Uso da inércia térmica do solo para o conforto higrotérmico em edificações residenciais unifamiliares

Abstract

O uso da inércia térmica do solo para o conforto higrotérmico foi praticado por diversos povos da antiguidade, tendo sido utilizada por nosso ancestrais em suas casas, total ou parcialmente enterradas, como uma forma instintiva de se proteger da hostilidade do clima das regiões em que habitavam. A sociedade humana atual, com a tecnologia e o conhecimento avançados que possui, permite abandonar o empirismo e adotar soluções de engenharia mais precisas e eficazes para esta problemática, como é o caso de alguns tipos de trocadores de calor geotérmico. O objetivo deste trabalho foi demonstrar a viabilidade técnica do aproveitamento da inércia térmica do solo por meio de um Trocador de Calor do tipo Solo-Ar para o conforto higrotérmico em residências unifamiliares por meio de seu projeto e dimensionamento. Sistemas desse tipo consistem basicamente em um conjunto de tubos enterrados, no interior dos quais se faz circular ar. Em dias quentes o substrato é fresco; em dias frios, é morno, sendo intrínseco ao solo ter uma menor amplitude térmica a maiores profundidades, devido à elevada inércia térmica que possui. Dessa forma, é possível regular a temperatura do ambiente edificado, por meio das trocas de calor que ocorrem entre o solo, as paredes dos tubos e o ar, como uma estratégia de resfriamento ou aquecimento natural. No trabalho foi apresentado um equacionamento simples do ponto de vista dos dados de entrada do problema, sendo necessárias somente informações referentes ao clima e ao solo da região, as quais foram utilizadas para mensurar a temperatura do ar de entrada e a temperatura das paredes dos tubos do trocador de calor. A temperatura do ar de saída foi determinada a partir da definição de conforto térmico humano, a vazão mássica do ar foi quantificada a partir de critérios de renovação do ar para edificações e o dimensionamento do diâmetro e do comprimento total dos tubos foi feito por meio das equações apresentadas. O dimensionamento do Trocador de Calor Solo-Ar do Projeto Demonstrativo mostrou que, com apenas 15 𝑚 de tubulação de diâmetro nominal 𝐷𝑁 = 5’’, foi possível condicionar uma área construída superior a 270 𝑚². Evidenciou-se que, além de tecnicamente viáveis, trocadores de calor solo-ar são sistemas simples e robustos e, como consomem pouca energia elétrica, podem funcionar ininterruptamente, fazendo, simultaneamente, o condicionamento e a renovação/higiene do ar, contribuindo tanto para a eficiência energética quanto térmica das edificações.