Influência da velocidade do vento na medição do fator solar utilizando um dispositivo portátil

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2019.O fator solar é um índice adotado internacionalmente como parâmetro de comparação entre elementos de fechamento e é definido como a fração da radiação solar incidente admitida pelo vidro, tanto a parcela diretamente transmitida como a parcela absorvida e subsequentemente reemitida para o interior. O fator solar é diretamente influenciado pela velocidade do vento, que afeta as trocas de calor do vidro com o meio externo. Este trabalho analisa a influência da velocidade do vento no fator solar de vidros a partir da avaliação de um dispositivo portátil de medição de ganho de calor solar em janelas (Portable Window Energy Meter - PoWEM). O PoWEM é baseado no método fluximétrico para quantificação do ganho de calor solar, utilizando um sensor plano (fluxímetro). São analisados três tipos de vidros de controle solar monolíticos (4mm) e um vidro simples claro (4mm) de referência, caracterizados quanto às suas propriedades ópticas e valores de emitância térmica, obtidas em laboratório através de análises espectrofotométricas. Inicialmente, o fator solar foi medido em laboratório para o ângulo de incidência normal ao plano de medição, com emprego de um simulador solar e de um túnel de vento em velocidades de 0 a 3 m/s. Os mesmos vidros foram ensaiados em campo, em condições ambientais externas, também para o ângulo normal. Os valores obtidos nas medições foram comparados a valores calculados por simulação computacional no software WINDOW, ao método normatizado da ISO 9050 e a um modelo matemático desenvolvido para o estudo. Em geral, os valores experimentais encontrados apresentaram boa concordância com os valores teóricos em relação ao comportamento do fator solar frente ao aumento da velocidade do vento. Para todos os vidros, identificou-se nas medições com o PoWEM uma diminuição no valor do fator solar devido a elevação da velocidade do vento e consequente aumento do coeficiente de transferência de calor superficial externo. Essa redução foi mais expressiva em vidros de alta absortância, nos quais uma parcela significativa da energia é absorvida pelo vidro, causando o aquecimento do material. Com o aumento da velocidade do vento, as trocas de calor por convecção na face externa do vidro são intensificadas, diminuindo a parcela da energia absorvida pelo vidro que é posteriormente retransmitida para o interior, o que acarreta uma redução do fator solar. Identificou-se um padrão de comportamento de redução do fator solar dos vidros com o aumento velocidade do vento, sendo realizadas análises de regressão linear e geração de polinômios que estimam o valor esperado do fator solar a partir de valores de velocidade do vento de 0 a 30 m/s.Abstract: Solar factor is an index used around the world for comparing thermal performance of fenestrations and it is defined as the fraction of incident solar radiation admitted through a glass system, both directly transmitted and absorbed and subsequently released inward. Solar factor is directly influenced by the wind speed, which affects the heat exchanges with the external environment. This paper analyzes the influence of wind speed on the solar factor by the evaluation of a portable device which measures the solar heat gain through windows (Portable Window Energy Meter ? PoWEM). PoWEM device is based on the fluximetric method for quantifying solar heat gain, using a flat sensor (fluximeter). Three types of monolithic solar control glasses (4mm) and one reference clear glass (4mm) are analyzed and characterized by their optical properties and thermal emittance, obtained in spectrometric measurements in laboratory. Initially, solar factor was measured in the laboratory at the normal angle of incidence using a solar simulator and a wind tunnel at speeds of 0 to 3 m/s. The same glasses were tested outdoor, under external environmental conditions, also for the normal angle. The values obtained in the measurements were compared to those calculated by computer simulation in WINDOW software, to the standardized method of ISO 9050 and to a mathematical model developed for this study. The experimental values showed good agreement with the theoretical values, regarding the solar factor behavior in relation to the increase of wind speed. For all glasses, the PoWEM measurements showed a decrease in the solar factor value due to the increase in wind speed and a consequent increase in the external surface heat transfer coefficient. This reduction was more significant in high absorption glazing, which absorbs a significant portion of the energy, causing the heating of the glass. As the wind speed increases, convective heat exchanges on the outer face of the glass intensify, reducing the amount of energy absorbed by the glass that is subsequently released inward, which results in a reduction of the solar factor. A behavioral pattern of reduction of the solar factor with the increase of wind speed was identified, being performed linear regression analyzes and generation of polynomials that estimate the expected value of the solar factor as of wind speed values from 0 to 30 m/s