Thermal performance of aviary located in the semiarid region of Pernambuco based on computer simulation

Abstract

For studies of thermal performance, computational modeling has been presented as an important decision-making tool to solve complex and everyday problems in poultry production and research. Thus, the present study aimed to validate computational models developed using the EnergyPlus software package and, based on these, evaluate the thermal performance of a poultry house with different types of tiles (thermoacoustic, ceramic, fiber-cement, and metal). The research consisted of two stages: an experimental phase and another phase in which the climatic conditions in four aviary models are numerically simulated, considering different types of tiles. The experimental phase was conducted in two climate seasons, winter (2019) and summer (2020), where air temperature and relative air humidity data were measured and recorded using six HOBO model H12 data loggers distributed inside an aviary located in the semiarid region of Pernambuco state, Brazil. For the computer simulation, a virtual model of the house was developed using the OpenStudio graphical user interface in Sketchup, and the thermal performance was calculated using the EnergyPlus software package. The models were validated, showing a strong correlation between the experimental and simulated data, with Pearson’s correlation coefficient (r) values greater than 0.95. The simulations demonstrated the influence of the roof tiles on the thermal performance of the evaluated building. For the climatic conditions of the semiarid region of the Pernambuco state, thermoacoustic roof tiles presented the best thermal performance, followed by ceramic, fiber-cement, and metal roof tiles. Para estudos de desempenho térmico, a modelagem computacional tem sido apresentada como uma importante ferramenta na tomada de decisões para solucionar problemas complexos e cotidianos na produção e pesquisa em avicultura. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo validar modelos computacionais desenvolvidos por meio do programa EnergyPlus e a partir destes avaliar o desempenho térmico de um aviário com diferentes tipos de telhas (termoacústicas, cerâmicas, fibrocimento e metálicas). A pesquisa consistiu em duas etapas: uma fase experimental e outra fase para a simulação computacional das condições climáticas em quatro modelos de aviário, considerando diferentes tipos de telhas. A fase experimental foi conduzida em duas estações climáticas, inverno (2019) e verão (2020), onde foram aferidos e registrados os dados de temperatura e umidade relativa do ar através de seis data loggers HOBO modelo H12, distribuídos no interior de um aviário localizado no semiárido pernambucano. Para a simulação computacional, foi desenvolvido um modelo virtual do galpão com auxílio da interface gráfica de usuário OpenStudio no Sketchup, e posteriormente o cálculo do desempenho térmico foi realizado por meio do software EnergyPlus. A validação dos modelos mostrou uma forte correlação entre os dados obtidos de maneira experimental e os simulados, apresentando valores do coeficiente de correlação de Pearsons (r) maiores que 0.95. As simulações demonstraram a influência das telhas no desempenho térmico da edificação avaliada, onde para as condições climáticas do semiárido pernambucano, o melhor desempenho térmico foi apresentado pelas telhas termoacústicas, seguido das telhas cerâmicas, de fibrocimento e metálicas.