Experimental evaluation and numerical simulation of a Trombe wall installed in a lightweight steel frame prototype

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Honrado, Henrique Leal
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/10316/116522
Resumo: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Experimental evaluation and numerical simulation of a Trombe wall installed in a lightweight steel frame prototypeAvaliação experimental e simulação numérica de uma parede de Trombe instalada num protótipo construído em estrutura leve de açoWater Trombe wallNumerical simulationThermal behaviourNatural ventilationForced ventilationParede de Trombe preenchida com águaSimulação numéricaComportamento térmicoVentilação naturalVentilação forçadaDissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaWith the improvement of living standards, there is also an increased demand for energy. The construction sector represents up to 40% of all energy consumed in the European Union and there is no stop in sight. One solution to this problem, is the introduction of more passive solutions to achieve indoor thermal comfort within buildings. With this in mind, solar energy presents itself has a free, renewable and sustainable alternative to fossil fuels. The Trombe wall is a solar passive concept which permits collection and storage of solar radiation. It is installed on the outer wall system of a building and aids in ventilation, heating and cooling of the interior air. This dissertation first objective is the study of the behaviour of a Light Steel Framed (LSF) module, where a water Trombe wall was installed. The Trombe wall worked under three ventilation strategies: natural ventilation, night-restricted ventilation, and forced ventilation, with the aim of comparing it to a reference LSF module. The second objective, is the creation of a numerical simulation model of the water Trombe wall module working under natural ventilation, using Ansys® CFX. Moreover, comparison between simulated predicted data and experimentally obtained measurements is made. It has been found that forced ventilation provide the highest average temperature differences between water Trombe wall and reference modules. Moreover, night-restricted ventilation did not prove to be a reliant solution to decrease heat losses during night periods. In relation to the numerical simulation model, the verification against experimental values has proved that the model is not correctly calibrated. Therefore, the predicted values are unfit for analysis.Com a melhoria dos padrões de vida, há também uma maior demanda por energia. O setor da construção representa até cerca de 40% de toda a energia consumida na União Europeia e não há sinais de diminuição. Uma solução para esse problema é a introdução de soluções passivas para alcançar o conforto térmico em edifícios. A energia solar apresenta-se como uma alternativa gratuita, renovável e sustentável aos combustíveis fósseis. A parede de Trombe é um conceito solar passivo que permite capturar e armazenar calor proveniente da radiação solar. Esta pode ser instalada na envolvente externa de um edifício, e auxilia na ventilação, aquecimento e arrefecimento do interior. O primeiro objetivo desta dissertação é o estudo do comportamento de um módulo LSF, onde foi instalada uma parede de Trombe preenchida com água a funcionar sob três estratégias de ventilação: ventilação natural, ventilação restrita à noite e ventilação forçada, com o objetivo de compará-lo a um módulo de referência em LSF. O segundo objetivo, é a criação de um modelo de simulação numérica do módulo de parede Trombe de água funcionando sob ventilação natural, utilizando o programa Ansys® CFX. Além disso, é feita uma comparação entre os dados simulados e as medições in situ. Foi concluído que a ventilação forçada proporciona as maiores diferenças de temperatura média entre o módulo com a parede de Trombe preenchida com água e o módulo de referência. Além disso, a ventilação restrita à noite não se mostrou uma solução eficaz para diminuir as perdas de calor durante os períodos noturnos. Em relação ao modelo de simulação numérica, a verificação deste com os valores obtidos experimental provou que o modelo não esta corretamente calibrado. Assim sendo, os valores por ele previstos não têm valor para análise.2024-07-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/116522https://hdl.handle.net/10316/116522TID:203694350engHonrado, Henrique Lealinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-09-11T22:07:45Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/116522Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:10:14.609005Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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