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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.102.2017.tde-04092017-150856
Document
Author
Full name
Vanessa Aparecida Caieiro da Costa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Chvatal, Karin Maria Soares (President)
Dornelles, Kelen Almeida
Roriz, Victor Figueiredo
Westphal, Fernando Simon
Title in Portuguese
Trocas de calor entre edificações térreas e o solo e sua modelagem no pré-processador Slab
Keywords in Portuguese
Conforto térmico
EnergyPlus
Fundação em laje
Pré-processador Slab
Simulação computacional
Temperatura do solo
Abstract in Portuguese
As trocas de calor entre o piso e o solo de edificações térreas é um dos aspectos mais influentes em seu desempenho térmico e energético. No entanto, devido à complexidade dos métodos de cálculo e à escassez de estudos nessa área, há ainda um grande número de incertezas quanto à sua modelagem em programas de simulação computacional. O objetivo principal desta pesquisa é identificar a forma mais correta para a modelagem das trocas de calor entre o piso e o solo de edificações térreas no programa de simulação de desempenho EnergyPlus, com o uso do pré-processador Slab. A metodologia consiste na verificação do impacto de distintas alternativas de modelagem e na comparação entre as temperaturas da interface piso e solo medidas em célula-teste e simuladas com o Slab. Com a verificação do impacto das alternativas de modelagem foi possível identificar a forma mais correta de modelagem do Slab e os parâmetros de entrada com maior impacto no desempenho térmico de uma habitação de interesse social. Já a medição em célula-teste permitiu analisar a relação entre a evolução das temperaturas da célula-teste e do solo. Verificou-se que a temperatura externa do ar (média mensal) apresenta valores bastante próximos à temperatura do solo, sugerindo que utilizar a temperatura externa pode ser uma alternativa quando não há dados do solo. Com esses dados, foi possível desenvolver simulações paramétricas com diferentes combinações de parâmetros de entrada e comparar a temperatura da interface piso e solo simulada pelo Slab com a medida. Os resultados indicaram que o Slab funciona corretamente e que gera valores de temperatura da interface piso e solo muito próximos da realidade quando este utiliza parâmetros de entrada adequados. Foi verificado também o alto potencial de impacto dos parâmetros de entrada: evapotranspiração, albedo e as propriedades do solo nos resultados do Slab. Além disso verificou-se que, o uso de outras alternativas de modelagem, no lugar do Slab, gera uma diferença muito significativa, com variação de -26,2 a -55,2% nos graus-hora de desconforto totais de uma edificação. Por fim, como síntese dessa pesquisa, foi elaborado um Manual do Slab com o objetivo de auxiliar e incentivar o uso do pré-processador
Title in English
Heat exchanges between the floor and the ground of a single-story slab-on-grade building in Slab preprocessor
Keywords in English
Computer simulation
EnergyPlus
Ground temperature
Slab preprocessor
Slab-on-grade
Thermal comfort
Abstract in English
The heat exchanges between the floor and the ground of a single-story slab-on-grade building is one of the most influential aspects in its thermal and energy performance. However, due to the calculation methods complexity and the scarcity of studies in this area, there are still a great number of uncertainties regarding its modeling in computer simulation programs. The main objective of this research is to identify the most correct way to model heat exchanges between the floor and the ground of a single-story slab-on-grade building in the EnergyPlus performance simulation program using the Slab preprocessor. The methodology consists of verifying the impact of different modeling alternatives and comparing the temperature of the ground and floor interface measured in test cells and simulated with Slab. With the impact verification of the modeling alternatives, it was possible to identify the most correct way of Slab modeling and the input parameters with the greatest impact on the thermal performance of a social housing. The test-cell measurement has allowed analyzing the relationship between the evolution of test-cell and soil temperatures. It was verified that the external air temperature (monthly average) presents very close values to the soil temperature, suggesting that using the external temperature can be an alternative when there is no soil data. With these data, it was possible to develop parametric simulations with different input parameters combinations and to compare the temperature of the ground and floor interface simulated by Slab with the measurement. The results indicated that Slab works correctly and generates values of temperature of the ground and floor interface very close to reality when it uses appropriate input parameters. It was also verified the high impact potential of the input parameters: evapotranspiration, albedo and soil properties in the Slab results. In addition, it was verified that the use of other modeling alternatives, in place of Slab, generates a very significant difference, varying from -26.2 to -55.2% in the total discomfort degrees of a building. Finally, as a synthesis of this research, a Slab Manual was developed with the purpose to assist and encourage the preprocessor use
 
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Publishing Date
2017-09-05
 
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