Numerical evaluation of the earth-air heat exchanger thermal performance in a social housing in brazilian bioclimate zones ZB 3 and ZB 4

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X74487

Keywords:

Numerical simulation, EnergyPlus™, Solar orientation

Abstract

The Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) is a device where the external ambient air is cooled or heated when circulating inside ducts buried in the soil, which can bring benefits in the sense of reducing energy consumption and providing thermal comfort conditions. This system has been employed in several countries and different climatic contexts, however, little explored in Brazil. The use of this technology in conjunction with bioclimatic strategies favors buildings, increasing their efficiency. This study aims to evaluate the thermal performance of an EAHE together with optimization parameters of the building envelope, in two Brazilian bioclimatic zones and to propose strategies that enhance energy efficiency in buildings. The study consists of the validation and verification of a computational model and in the thermal evaluations of a Social Housing (SH), in which characteristics of solar orientation, thermal envelope, and the installation of an EAHE will be modified, combined, and investigated in proposed models. These evaluations were carried out through dynamic simulation with the EnergyPlus™ software. The results showed that the installation of an EAHE in SH brings improvements in the thermal performance of environments, thus contributing that future projects can rely on validated references and parameters.

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Author Biographies

Paula Wrague Moura, Federal University of Rio Grande

Possui graduação em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Católica de Pelotas - UCPEL (2007), especialização em Gestão Ambiental em Municípios pela Universidade Federal do Rio Grande - FURG (2010) e mestrado em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal de Pelotas - UFPEL (2017). Atualmente é servidora pública federal, no cargo de arquiteta e urbanista, da Universidade Federal do Rio Grande - FURG.

Leonardo Rodrigues Leite, Federal University of Rio Grande

Mestrando em Engenharia Oceânica pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) com enfoque na pesquisa em trocador de calor solo-ar. Graduado no curso superior de Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Técnico em Edificações pelo Instituto Federal Sul-Rio-grandense (IFSul). Cursando o Curso de Formação Pedagógica para Graduandos não Licenciados (IFSul). Atua nas áreas de construção civil e desempenho térmico. 

Márcio Wrague Moura, Federal University of Rio Grande

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande (2001), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina (2004) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina (2019). Atualmente é professor do magistério superior da Universidade Federal do Rio Grande. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Estruturas de Concreto, atuando principalmente nos seguintes temas: concreto armado, concreto protendido, estruturas portuárias e confiabilidade estrutural.

Luiz Alberto Oliveira Rocha, Federal University of Rio Grande do Sul

possui graduação em Engenharia Mecânica de Automóveis pelo Instituto Militar de Engenharia (1991), mestrado em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1995), doutorado em Engenharia Mecânica - Duke University (2002) e pós-doutorado na área de Turbulência no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS/RS (2006). Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Termodinâmica, Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor, atuando principalmente nos seguintes temas: otimizacao geométrica, análise energética e exergética, energias alternativas/renováveis, teoria constructal e design, indústria 4.0, realidade virtual e aumentada, modelagem, simulação e otimização de sistemas. Atualmente é professor convidado no PPG Engenharia Mecânica da UFRGS e professor visitante nos PPG Modelagem Computacional e PPG Engenharia Oceânica da FURG.

Elizaldo Domingues dos Santos, Federal University of Rio Grande

Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande (2004), mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2007) e doutorado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2011). Tem experiência na área de engenharia mecânica com ênfase em mecânica dos fluidos, transferência de calor, termodinâmica, dinâmica dos fluidos computacional, fontes renováveis de energia e design. Atualmente é professor Associado III da Universidade Federal do Rio Grande (FURG) e docente permanente dos Programas de Pós-Graduação em Modelagem Computacional (PPGMC) e Engenharia Oceânica (PPGEO). Além disso, serviu como Diretor de Pós-graduação (DIPOSG) vinculado a Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação (PROPESP) da Universidade Federal do Rio Grande (FURG) (2021). Atuou como coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica (PPGEO) no biênio 2015/2016 e como coordenador adjunto no biênio 2019/2020. Também serviu como Coordenador de Acompanhamento à Pós-Graduação (CAPG) da FURG no biênio 2017/2018 auxiliando na definição de políticas para pós-graduação da instituição e estratégias para gestão da pós-graduação. O docente tem coordenado projetos financiados nas áreas de Engenharia Mecânica, Engenharia Oceânica, Fontes Renováveis de Energia, Modelagem Computacional e Avaliação Geométrica com Design Construtal. É membro da Associação Brasileira de Ciências Mecânicas (ABCM) desde 2015 e membro do Comitê de Assessoramento de Engenharias da FAPERGS (2019 - 2024). Tem atuado como revisor de diversos periódicos indexados nas bases do Web of Science e Scopus e atuou como Editor convidado do Journal of Marine Science and Engineering em 2019 e 2020. Atua principalmente com os seguintes temas: análise numérica de escoamentos turbulentos isotérmicos e com transferência de calor por convecção, trocadores de calor, análise numérica do princípio de funcionamento de dispositivos para uso de fontes renováveis de energia (energia das ondas do mar, energia eólica, chaminés solares, trocadores de calor solo-ar) e avaliação geométrica de problemas de engenharia empregando Design Construtal.

Ruth da Silva Brum, Federal University of Pelotas

É professora adjunta da Universidade Federal de Pelotas. Possui curso técnico em informática pela Escola Agrotécnica Federal de São Vicente do Sul (2002), Licenciatura em Matemática pelo Centro Universitário Franciscano (2005), Especialização em Educação em Ciência e Tecnologia pela Universidade Federal do Pampa (2009), Mestrado em Modelagem Computacional pela Universidade Federal do Rio Grande (2013), Doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2016) e Pós doutorado no Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (2018). Em suma, possui experiência em áreas interdisciplinares envolvendo matemática aplicada, engenharias e educação especial.

Liércio André Isoldi, Federal University of Rio Grande

Possui Curso Técnico em Mecânica pela Escola Técnica Federal de Pelotas (1993), Graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande (1999), Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande (1999), Mestrado em Engenharia Oceânica (PPGEO) pela Universidade Federal do Rio Grande (2002), Doutorado em Engenharia (PROMEC) pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2008) e Pós-Doutorado vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional (PPGMC) da Universidade Federal do Rio Grande (2009). Atualmente é Professor Associado III (40h - DE) da Escola de Engenharia (EE) da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), Professor permanente do Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional (PPGMC-FURG) e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica (PPGEO-FURG). Atuou como Coordenador Adjunto do PPGEO no biênio 2015-2016. Atuou como Coordenador do PPGEO nos biênios 2017-2018, 2019-2020 e 2021-2022. Atualmente é Coordenador Adjunto do PPGEO (biênio 2023-2024).

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Published

2023-12-01

How to Cite

Moura, P. W., Leite, L. R., Moura, M. W., Rocha, L. A. O., Santos, E. D. dos, Brum, R. da S., & Isoldi, L. A. (2023). Numerical evaluation of the earth-air heat exchanger thermal performance in a social housing in brazilian bioclimate zones ZB 3 and ZB 4. Ciência E Natura, 45(esp. 3), e74487. https://doi.org/10.5902/2179460X74487

Issue

Vol. 45 No. esp. 3 (2023): ENMC/ECTM/MCSul/SEMENGO

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