Estudos exploratórios sobre ventilação natural por tubos enterrados

Abstract

O uso do solo como massa inercial para condicionamento térmico de edificações por contato direto é uma prática antiga, porém, seu uso como trocador de calor através de dutos enterrados, para ventilação natural de edificações é recente. A prática consiste em enterrar dutos a profundidades entre 0,5m e 1,5m – com extensões e diâmetros variáveis – por onde o ar circula do exterior para o interior dos ambientes através da ação do vento externo e da convecção natural. Durante o trajeto, o ar troca calor com o solo e ingressa no ambiente a temperaturas mais amenas. Embora seja um sistema já empregado na arquitetura bioclimática, existem poucos estudos conclusivos sobre a sua real eficácia. Dessa forma, o objetivo do trabalho é investigar o comportamento higrotérmico de uma edificação construída no sul do Brasil com o sistema e compreender a atuação dos fatores climáticos responsáveis pelo deslocamento de ar no seu interior. O estudo foi realizado através do monitoramento do Protótipo Ventura, localizado em Viamão (Brasil – 30º01'59"S, 51º13'48"W) no período de verão. No deslocamento de ar, foi estudada a influência do vento e da diferença de temperatura nos 2 diâmetros, nas 2 inclinações e nas 2 orientações dos dutos existentes, bem como a influência da chaminé solar. O desempenho higrotérmico foi avaliado comparando o ar na sala ventilada com uma sala de referência (de mesmas dimensões, porém de orientação distinta) e com o exterior. Os resultados demonstram que o solo de Viamão é eficiente para o condicionamento térmico da edificação, pois a pequenas profundidades, ele apresenta uma temperatura mais estável que o ar, próxima à média anual de temperatura do ar local (18ºC). Dessa forma, ao passar pelo duto, o ar externo é aquecido nos períodos frios e refrigerado nos períodos quentes, mantendo o ar interno próximo da zona de conforto. Também foi possível observar que o principal fator responsável pelo deslocamento de ar observado é o vento externo, porém as diferenças de temperatura entre as extremidades dos tubos, bem como entre o interior e exterior da edificação, não podem ser desprezadas, pois geram velocidades de mesma magnitude que o primeiro. Por fim, conclui-se que a ventilação da sala reduziu seu retardo térmico, porém não prejudicou o seu conforto térmico, apresentando inclusive uma redução de sua umidade interna.

The use of the ground as an inertial mass for thermal conditioning of buildings, such as the Italians cellars, is an old practice. However, its use as a heat exchanger with buried pipes for natural indoor ventilation is quite recent. The system uses pipes with variable length and diameter buried at a depth between 0.5m and 1.5m. The air flows trough the pipes from the outside to the inside by convection or wind effects. Although it’s already a bioclimatic architecture system, there are few conclusive studies about its real effectiveness. The objective of this study is to investigate the benefits of natural ventilation through buried pipes in a building located in the south of Brazil. A prototype building and a buried pipe system have been built and measured during a period in the summer of 2005-2006, in Viamão (30º 01'59"S, 51º13'48"W). The influence of the pipes diameter, inclination and orientation has been studied as well as the thermal comfort indoors. The system is efficient for thermal building conditioning and air renovation. At small depths, the ground presents a more steady temperature than the air, close to the annual average temperature (18ºC), cooling the air in hot days, warming it in cold nights – a similar effect is expected on a yearly period. The main factor responsible to the air flow is the outside wind, but the air temperature differences between the pipes, the room and the solar chimney edges are very relevant. The room ventilation reduces its thermal delay without interfering with its thermal performance, and also shows a decrease in its internal humidity.