Desenvolvimento de um calorímetro para determinação do fator solar de vidros e janelas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2010Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um calorímetro utilizado para determinar o Fator Solar de vidros e janelas completas, com ou sem elementos de proteção solar. O Fator Solar é um índice adotado internacionalmente como parâmetro de comparação entre estes elementos de fechamento. Este índice tem um valor adimensional que varia de 0 a 1, e representa a fração da energia solar que é transmitida diretamente, mais a parcela absorvida pela janela e posteriormente reemitida para o interior da edificação. O desenvolvimento do calorímetro inclui o seu projeto, construção, detalhamento da instrumentação e calibração, além de medições do Fator Solar para diferentes elementos. O calorímetro possui dois sistemas de medição de ganho térmico: um em função da diferença de temperatura do líquido de resfriamento da cavidade principal (usada para testes com elementos em escala real), e um outro sistema para a cavidade secundária, que quantifica o calor adquirido através de vidros por meio de transdutores de fluxo de calor. Durante a etapa de calibração, uma nova metodologia de controle para a medição utilizando o calorímetro foi proposta. A partir daí foram testados 4 tipos de vidros, cada um deles simultaneamente nas duas cavidades (vidro monolítico incolor 3mm, incolor 6mm, verde 6mm, e prata laminado 8mm). Também foram realizadas medições na cavidade principal com três tipos de proteções solares internas (persiana metálica branca 45°, persiana metálica preta 45°, rolô branco) e uma proteção externa (brise horizontal metálico branco 45°). Todos os testes foram realizados sob condições ambientais reais, com os elementos posicionados verticalmente e orientados para o norte. Os resultados do Fator Solar medido foram comparados com valores teóricos calculados através da norma ISO 9050 para o caso dos vidros. Já para as proteções solares, foram adotados como parâmetros de comparação valores obtidos com base no ASHRAE Fundamentals (2005). Os resultados obtidos em campo também foram comparados com os resultados de simulações realizadas com um modelo matemático e no Software Window6. A incerteza de medição (absoluta) foi em média de ±0,04 na cavidade secundária e de ±0,12 na cavidade principal. Em geral, os valores experimentais encontrados apresentaram boa concordância com os valores teóricos. Assim, o calorímetro pode ser utilizado para fins de pesquisa ou como alternativa para verificação de Fator Solar de novos produtos que não estejam cobertos pelos processos de cálculo apresentados nas normalizações existentes.This work presents the development of a calorimeter used to determine the Solar Factor of glazing and windows, including or not shading devices. Solar Factor is an index used around the world for comparing thermal performance of fenestrations. This index has a non-dimensional value between 0 and 1, and it represents the solar energy fraction that is directly transmitted added of the portion absorbed by the window and re-emitted towards the inside of the building. The development of the calorimeter includes project, construction, instrumentation particularities, calibration and Solar Factor measurements in different elements. The calorimeter has two systems of thermal gain measurement: the first one depends on the temperature difference of fluid used for refrigeration of main chamber test (employed to tests with elements in full scale); the second system is applied in a secondary chamber, where heat flux transducers are used to measure the solar gain through fenestration. During the calibration stage, a new method for calorimeter measurement control was applied and tested. After this, four types of glass were tested at the two chambers (monolithic 3mm clear glass, 6mm clear glass, 6mm green glass, and laminated 8mm silver neutral). Measurements were also performed using the main cavity with three types of internal shading devices (metal venetian blind with white horizontal slats at 45°, metal venetian blind with black horizontal slats at 45°, white roller blind) and one external (metal white horizontal slats at 45°). All the tests were conducted under real outdoor conditions. The surface of measurement was always maintained in vertical position and on the north orientation. For glass products, the results of Solar Factor measurements were compared with theoretical values determinate by ISO 9050. As for the shading devices, values based on ASHRAE Fundamentals (2005) were adopted as parameters for comparison. Also, the experimental values were compared with simulations developed using a mathematical model and the Window6 software. The uncertainty of measurement (absolute) was on average ±0.04 for the secondary cavity and ±0.12 in the main cavity. In general, the experimental values presented good agreement with the theoretical values. Thus, the calorimeter can be used for research purposes or as an alternative to determine Solar Factor of new products, which are not covered by the calculation procedures presented in the existing standardization