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O Brasil está situado, em sua maior parte, em uma região tropical, caracterizada pelas altas temperaturas e umidades elevadas. O Rio Grande do Sul está numa região de clima subtropical e tem as quatro estações do ano bem definidas. Os verões nesse estado são caracterizados pelas altas temperaturas e elevada umidade relativa. Nos últimos anos, o estado teve verões extremos, com umidades baixas. Para a produção animal, tratando-se de homeotérmicos, as altas temperaturas podem ocasionar estresse térmico e, como consequência, baixa conversão alimentar, mudanças comportamentais e baixa imunidade. O ser humano também está sujeito ao estresse térmico, seja em sua residência ou no exercício de suas atividades laborais. O trabalhador submetido ao estresse térmico tem uma baixa produtividade e pode desenvolver doenças ocupacionais. Fazendo com que a energia gasta em ar condicionado seja cada vez maior na área rural acompanhando a demanda mundial por energia elétrica. Hoje sabe-se que a o ar-condicionado é responsável por grande parte do consumo em muitos países (Mimouni et al., 2014). Combinando Trocador de calor solo-ar (TCSA) com janelas inteligentes e chaminé solar fornece uma alternativa sustentável para a melhoria das condições térmicas de edifícios com pouca energia elétrica. Para obter um sistema completamente passivo (um sistema que trabalha sem eletricidade), as chaminés solares podem ser empregadas para forçar um processo de ventilação natural através de dutos de ar, proporcionando um ambiente interno termicamente confortável durante os dias quentes de verão.
As janelas inteligentes, ou dispositivos eletrocrômicos, não só proporciona um bom contraste visual entre ambientes internos e externos também pode reduzir a passagem de raios ultravioleta e de infravermelhos para ambientes internos através da variação da transmitância de luz das janelas. Deste modo, em locais com clima quentes, estes dispositivos pode ajudar a enfraquecer o aquecimento de edifícios e, consequentemente, reduzir necessidades de ar condicionado (Granqvist , 2018).
Em relação ao TCSA, esses dispositivos usam dutos enterrados, onde o ar ambiente é soprado (geralmente pela ação dos ventiladores). Devido a inércia térmica da terra, as suas camadas superficiais são mais frias do que o ar exterior o verão e vice-versa no inverno. Por isso, o ar que flui nos dutos das trocas de calor com o solo e que é arrefecido no verão, ou aquecido no inverno (Brum, 2016).
Quanto ao último dispositivo, as chaminés solares empregam o conhecido efeito de chaminé, ou seja, a densidade do ar muda com a altura (e entre ambientes internos e externos) para produzir ventilação natural de um edifício. Esse efeito é melhorado pintando-os de preto (principalmente na parte superior) para aumentar a quantidade de energia solar que os aquece. Tal uma metodologia simples começou a ter considerável atenção devido ao seu baixo custo operacional e seu potencial para reduzir passivamente a carga de aquecimento de um edifício. As chaminés solares também podem ser usadas em configurações integradas com sistemas de refrigeração natural para melhorar a troca térmica ( Zhai et al., 2011 ; Maerefat et al., 2010).
Neste projeto, as chaminés solares serão integradas aos trocadores de calor solo-ar, Em um dia típico de verão, o ar externo é forçado a entrar nas entradas dos dutos enterrados pelo efeito de empilhamento criado pela chaminé, sem a necessidade de ventiladores. Ele troca calor com o solo e entra no edifício em suaves temperaturas através das saídas do TCSA. Nos quartos, o ar mais quente é expelido pelas entradas da chaminé, para finalmente sair do prédio pela saída da chaminé.
Devido ao clima subtropical, o Rio Grande do Sul possui um alto potencial térmico para instalações de TCSA , 2011 (Vaz et al. 2011 e 2014), também estimadas por modelos desenvolvidos em (Brum, 2013 a ; Brum et al., 2012 e 2013 b). Outros trabalhos recentes, de membros da equipe do projeto e colaboradores, visam maximizar seu uso em pequenos espaços (Nunes et al., 2015), melhorando sua eficiência usando múltiplos dutos (Rodrigues et al., 2015; Ramalho et al., 2018, Brum, 2016, Brum et al., 2016b, 2019a e 2019b) e analisando seus parâmetros construtivos (Brum et al., 2016a). Além disso, o trabalho de Estrada et al. (2018) apresenta a eficiência do TCSA em várias regiões do Brasil (fazendo uma comparação com a realidade da França) e mostram que climas tropicais também são uma boa opção para instalar os TCSA. Portanto, esses dispositivos representam não apenas uma opção sustentável para reduzir custos com ar condicionado, mas também oportunidades econômicas e comerciais verdadeiras que devem ser estudadas para serem empregadas no país.
Quanto aos dispositivos eletrocrômicos estudos recentes mostram sua eficiência no controle do consumo de energia (Piccolo et al., 2018; DeForest et al., 2017; Tavares et al, 2014, 2018; Piccolo e Simone, 2015), os membros da equipe do projeto e seus colaboradores também estão em desenvolvimento de estudos experimentais. Além disso, simulações numéricas foram desenvolvidas recentemente por Porto (2019) e Netto et al. (2023) visando aplicações em arquitetura. Ela estudou o desempenho da energia térmica desses dispositivos usando dados experimentais de vidros eletrocrômicos WO3 dopados com lítio em comparação com os comuns. As simulações mostraram que em climas quentes, as construções com dispositivos eletrocrômicos consumiram menos energia com ar condicionado que os tradicionais, empregando janelas de vidro habituais. Portanto, novas pesquisas devem ser desenvolvidas para aplicar esses dispositivos à realidade brasileira.
Em relação às chaminés solares, é sabido que elas têm um baixo potencial para serem usadas sozinhas. Contudo, combinando-os com outras técnicas permitem uma melhor substituição do ar ambiente estagnada com um exterior fresco, proporcionando mais conforto térmico num edifício (Punyasompun et al., 2009; Yusoff et al. , 2010 ; Aboul Naga e Abdrabboh , 2000) . Por exemplo, Macias et al. (2009) relataram um sistema de refrigeração passiva incorporando uma chaminé solar para um edifício na Espanha, onde a demanda de energia poderia ser reduzir d por mais de 50% por meio de estratégias adequadas no inverno e verão. Nesse contexto, também é possível encontrar alguns trabalhos que estudam a combinação de chaminés solares e trocadores de calor solo-ar para aquecer ou resfriar um edifício sem o uso de eletricidade. É o caso de (Maerefat e Haghighi , 2010 ; Calderaro e Agnoli , 2007) , que desenvolvem algumas análises experimentais e de parâmetros desses sistemas híbridos.
Este projeto tem como objetivo estudar o desempenho térmico de edifícios brasileiros, considerando o uso combinado de três dispositivos: TCSA, janelas inteligentes e chaminés solares. Em particular, o foco será edifícios rurais no sul do Brasil usando sistema passivo de energia. Para isso, o sistema será instalado em uma instalação rural do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Sul-rio-grandense (IFSul), o Câmpus Pelotas-Visconde da Graça (CaVG) e na Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel / Departamento de Fitotecnia da Universidade Federal de Pelotas. Espera-se que os resultados desta proposta sejam úteis para sua incorporação em outros edifícios, diminuir o desconforto térmico que acomete trabalhadores rurais e os animais criados de forma extensiva, aumentar a eficiência energética no cultivo de grãos representando novas oportunidades comerciais e de investimento. Pretende se avançar sobre questões de conforto térmico e de eficiência energética, considerando as regionais bioclimaticas do país. Isto irá ser feita desenvolvendo uma análise numérica desses sistemas. Isto permite estudos econômicos de viabilidade e obter recomendações construtivas para as instalações rurais, chaminés, dutos, orientação das aberturas, etc., buscando melhorar o conforto térmico destas instalações e reduzir a demanda de eletricidade.

Este projeto é um estudo exploratório, com o objetivo de investigar o desempenho do sistema híbrido para conforto térmico e eficiência energética em um edifício. Será desenvolvido através de simulação computacional, utilizando software CFD e experimentalmente com a implementação deste sistema em uma instalação rural.
O primeiro passo é uma revisão de literatura, cobrindo principalmente os tópicos: instalações rurais, dispositivos eletrocrômicos, trocador de calor solo-ar e sistemas híbridos, suas tecnologias e propriedades. A segunda etapa será definida o software e os modelos a serem estudados. Na terceira etapa será feita a configuração dos modelos. Na quarta etapa, serão feitas simulações computacionais dos modelos, para determinar o consumo de energia, o conforto térmico em cada situação simulada. Na quinta etapa, os resultados serão analisados e, finalmente, será feita uma comparação entre o desempenho térmico e a eficiência energética do edifício em cada caso.
Na última etapa, os resultados obtidos serão comparados com os existentes, onde as análises de conforto térmico e eficiência energética foram realizadas separadamente. Haverá uma avaliação das recomendações construtivas (tamanho da edificação, tamanho e orientação das aberturas) e uso (densidade de cargas do equipamento e temperatura da unidade de ar condicionado) sobre o desempenho energético da edificação rural na cidade de Pelotas.

Este projeto visa melhorar a eficiência energética e o conforto térmico das edificações rurais no sul do Brasil. Assim, ele irá contribuir para melhorar o conforto térmico de ambientes construídos. Contribuições importantes são esperadas de diferentes frentes, conforme descrito abaixo.

Contribuições científicas:
Obtenção de dados experimentais de instalações rurais acoplados a TCSA;
Modelagem Numérica da transferência de calor do trocador de calor solo-ar instalado em uma edificação rural na cidade de Pelotas;
Modelagem Numérica da transferência de calor do trocador de calor solo-ar e chaminé solar instalada na mesma instalação rural, na cidade de Pelotas ;
Modelagem numérica da transferência de calor do sistema híbrido completo de trocador de calor solo-ar, chaminé solar e dispositivos electrocrómicos instalados na mesma edificação rural da cidade de Pelotas.
Divulgação dos resultados por meio da submissão / aceitação / publicação de artigos para conferências nacionais e internacionais e revistas científicas com os resultados alcançados, além da publicação de dissertações de mestrado e teses de doutorado relacionadas ao tema deste projeto.

Contribuições tecnológicas :
 Desenvolvimento nacional tecnológico de filmes finos e sistemas híbridos de arrefecimento;
Desenvolvimento de tecnologia viável para implementação em residências, edificações rurais e empresas de vários tamanhos;
Desenvolvimento de soluções para redução de custos com ar condicionado para edificações rurais.

Inovação:
Efetuar o monitoramento ambiental de diferentes edificações (agroindustriais, alojamentos para animais domésticos, habitação rural e demais abrigos para animais não domésticos) e propor melhorias nos sistemas de ventilação (natural e/ou artificial), sombreamento e iluminação natural ou artificial com o uso de estratégias bioclimáticas passivas e de inovações tecnológicas de baixo consumo energético
Desenvolvimento de um sistema híbrido de resfriamento passivo que pode gerar projetos com menor consumo de energia.

Treinamento de Recursos Humanos:
Formação de recursos humanos qualificados, alunos da Pós-Graduação em Modelagem Matemática da Universidade Federal de Pelotas (UFPel) e colaboração com os estudos de alunos da Pós-Graduação em Modelagem Computacional da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Ciências e Materiais e Programa de Pós-Graduação em Arquitetura da UFPel ;
Abertura de novas linhas de pesquisa na área de moldagem;
Aumentar a produtividade técnica e científica dos pesquisadores envolvidos;
Consolidação da atual rede de cooperação acadêmica na área entre as instituições participantes, gerando tecnologia e estabelecendo estudantes e profissionais de alto nível na região.
Em termos gerais, espera-se contribuir com temas fundamentais para a sociedade, como (a) gestão sustentável dos sistemas de energia rural com questões técnicas relacionadas ao seu desempenho; (b) resolução realista de problemas de conforto térmico relacionados à arquitetura; (c) avaliar questões sociológicas, no âmbito da adequação do suprimento de energia renovável à demanda dos usuários no contexto de uma cidade sustentável; (d) promover oportunidades econômicas para a exploração do mercado emergente de energia renovável.