Transferência de calor, ar e umidade através de elementos porosos de edificações

Abstract

Desde a década de 70, tornou-se evidente a preocupação com as questões ambientais e com o uso racional de energia disponível. Neste contexto, o setor civil mostrou-se uma das áreas mais envolvidas nesta questão, pois as edificações residenciais, comerciais e públicas são responsáveis por grande parte do consumo de eletricidade em todo o mundo. Com o objetivo de aumentar a eficiência energética das edificações, vários instrumentos de simulação computacional foram desenvolvidos. Porém, simplificações nos modelos utilizados nos elementos do envoltório podem fornecer resultados equivocados. Entre as principais limitações relacionadas com o transporte higrotérmico em elementos porosos de edificações, observa-se a ausência de trabalhos de pesquisa que tratam de modelagem multidimensional, onde diferentes condições de contorno são levadas em conta. As principais dificuldades notadas nas simulações multidimensionais devem-se à complexidade na modelagem do meio poroso, ao elevado tempo computacional exigido nas simulações, aos problemas de divergência numérica e à alta dependência do conteúdo de umidade nas propriedades termofísicas. Deste modo, apresenta-se a elaboração de um modelo para o transporte combinado de calor, ar e umidade em meios porosos (HAM Heat, Air and Moisture). O modelo, na forma bidimensional, utiliza como potenciais motrizes os gradientes de pressão de vapor, pressão de gás (ar úmido) e temperatura. A solução das equações governantes, discretizadas através do método dos volumes finitos, é obtida por meio do algoritmo MTDMA (MultiTriDiagonal-Matrix Algorithm) para resolver os três potenciais simultaneamente. Resultados obtidos pelo modelo proposto para transferência combinada de calor, ar e umidade foram comparados com resultados disponíveis na literatura, mostrando boa concordância. Após essa verificação do modelo, analisou-se a contribuição do transporte de ar nos campos de temperatura e de umidade através de uma parede porosa. Na seqüência, para explorar o efeito multidimensional dos elementos de edificação, diferentes condições climáticas foram consideradas para estudo da transferência higrotérmica através de blocos estruturais vazados e de quinas (pontes térmicas). Além do efeito higrotérmico, analisou-se também o risco de crescimento de mofo devido à concentração de umidade na região de quina, ocasionada principalmente pela estagnação do ar.