Author(s): Gonçalves, João Pedro Fonseca
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/6739
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Transferência de calor; Cargas térmicas; Aplicações de cálculo de cargas térmicas; Matlab; Heat transfer; Thermal loads; Software for thermal loads calculation
Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica
A presente dissertação consistiu no desenvolvimento de uma aplicação para o cálculo da condução térmica em edifícios. Esta aplicação foi desenvolvida através do programa de cálculo computacional MATrix LABoratory (MATLAB). Também é permitida a introdução e visualização dos dados relativos aos elementos estruturais, sendo feita de forma intuitiva para o utilizador. As estruturas de dados permitem manipular a informação relativa a materiais de construção de edifícios, locais geográficos, vidros simples, duplos e triplos, caixilhos, janelas simples e duplas, portas, elementos construtivos, horários de ocupação, iluminação e de equipamentos eléctricos. Para além da estrutura de dados a aplicação é composta por 18 ambientes gráficos e 19 funções que permitem: i) criar projectos, ii) introduzir e visualizar informação complementar à estrutura de dados original da aplicação, iii) definir e visualizar espaços a serem analisados termicamente, iv) introduzir, visualizar e definir os diversos tipos de horários, v) exportar os dados relativos à estrutura de dados e os relatórios da análise térmica do espaço. Os cálculos que a aplicação desenvolvida efectua são os das cargas térmicas de aquecimento e arrefecimento de acordo com as condições de projecto. A aplicação desenvolvida efectua também o cálculo das mesmas cargas térmicas em cada hora do ano, através da importação de um ficheiro climático. Desse ficheiro são retiradas as informações necessárias do clima do local geográfico em análise. Na formulação matemática é apresentada a metodologia de cálculo dos coeficientes globais de transmissão de calor essenciais para o cálculo das cargas térmicas, das próprias cargas térmicas e de conceitos psicométricos. A comparação dos resultados obtidos pela aplicação desenvolvida nesta dissertação foi realizada com uma outra aplicação de referência. Esta comparação permitiu verificar algumas discrepâncias no cálculo das cargas térmicas. Nomeadamente, no cálculo das cargas térmicas dos elementos da envolvente exterior. Uma vez que o programa utilizado para a comparação, como outras aplicações que calculam as cargas térmicas, consideram outros fenómenos físicos, não considerados neste estudo. No caso em que são considerados os mesmos fenómenos físicos a aplicação desenvolvida apresenta valores com um erro associado inferior a 1%.
Abstract: This master thesis consisted on the development of an application for the calculation of thermal conduction in buildings. This was developed by the computational calculation software MATrix LABoratory (MATLAB). It allows the introduction and display of data on structural elements in a user-friendly layout. Databases allow to manipulate the information on buildings’ construction materials, geographic locations, single, double and triple glazing, frames, single and double windows, doors, construction elements, occupancy schedules, lighting and electrical equipment. Apart from the database this application consists of 18 graphical environments and 19 functions that allow: i) to create projects, ii) to introduce and visualize complementary information to the original data base, iii) to define and visualize areas to be analyzed thermally iv) introduce, visualize and define the several different schedules, v) to export the database data and the thermal analysis reports of the area in study. The calculations that this application performs are the calculation of thermal loads of heating and cooling according to the designed conditions. Also, it is able to calculate the same thermal loads at every time of the year, by importing a climate file. From that file it is taken the necessary climate information of the geographical location in analysis. In the mathematical formulation it is presented the calculation methodology of the overall coefficient of heat transfer essential for the calculation of thermal loads, thermal loads itself and psychometric concepts. The results obtained by this application developed in this project were compared to another reference application. The comparison of results enabled to evaluate some discrepancies in the calculation of thermal loads. In particular, the calculation of thermal loads of the outer surrounding elements. Since the program used for the comparison, as well as other applications that calculate thermal loads, another physical phenomena’s are considered which were not in this study. When the same physical phenomena are taken into consideration, the associated error is inferior to 1% for the developed application.
