Utilização de materiais de mudança de fase na melhoria do comportamento térmico de edifícios

Abstract

A utilização de materiais de mudança de fase tem vindo a ganhar maior destaque nos últimos anos, como forma de redução das necessidades energéticas. Os PCMs são materiais com a capacidade de alterar o seu estado físico mediante a variação da temperatura, absorvendo ou libertando calor para o meio envolvente. A incorporação de PCM em materiais de construção permite armazenar grandes quantidades de energia e dessa forma reduzir as flutuações de temperatura interior, reforçando o conforto térmico e reduzindo as necessidades energéticas associadas à climatização.A presente tese foca-se no estudo da aplicação de PCM através de um software de simulação dinâmica, o DesignBuilder, com vista à compreensão do funcionamento do material e o seu efeito no consumo energético. A célula definida para o estudo, com uma geometria simples, foi parametrizado tendo como base alguns dados de referência fornecidos pelo REH. Estudou-se a aplicação para 7 localizações distintas, em Portugal, com PCMs de diferentes pontos de fusão, em sistema passivo, indicando posteriormente a melhor solução relativamente a temperaturas máximas, amplitudes térmicas e necessidades de aquecimento e arrefecimento, para cada caso. Foi também analisado alguns parâmetros, com vista a melhorar o desempenho térmico, para uma das localizações, nomeadamente medidas de ventilação e limitação de ganhos solares. No final foi efetuado um estudo mais pormenorizado, em sistema ativo, reduzindo a incorporação de PCM à zona mais desfavorável da célula.Os resultados demonstraram a relevância da incorporação destes materiais na envolvente do edifício, permitindo uma redução significativa tanto nos picos de temperatura máxima como nas necessidades energéticas.

The use of phase change materials has been gaining more relevance in recent years as a way to reduce energy requirements. The PCMs are materials with the ability to change their physical state by varying the temperature, absorbing or releasing heat to the surrounding environment. The incorporation of PCM in building materials allows to store large amounts of energy and thus reduce the indoor temperature fluctuations, enhancing the thermal comfort and reducing energy requirements associated with air conditioning.This thesis focuses on the study of PCM application using a dynamic simulation software, DesignBuilder, in order to understand the functioning of the material and its effect on energy consumption. The cell defined for the study, with a simple geometry, was parameterized based on some reference data provided by the REH. It was studied the application of PCM for 7 different locations, in Portugal, with PCMs of different melting points, in passive system, later indicating the best solution regarding maximum temperatures, temperature ranges and heating and cooling needs in each case. It was also examined some parameters, to improve thermal performance, in one of the locations, in particular ventilation and measures to limite solar gains. At the end it was made a more detailed study, in active system, reducing the incorporation of PCM to the most unfavorable area of the cell.The results showed the importance of inclusion of these materials in the building envelope allowing a significant reduction in both the maximum peak temperature as the energy needs.