Análise numérica e experimental para o desenvolvimento de uma proteção solar com incorporação de materiais de mudança de fase

Abstract

O sector dos edifícios é o maior consumidor final de energia na União Europeia. O maior consumo de energia neste sector está associado principalmente ao recurso de sistemas ativos para a climatização dos espaços interiores – aquecimento e arrefecimento. Atualmente, o desenho arquitectónico exterior de escritórios e de edifícios comerciais recorre sistematicamente ao uso de vãos envidraçados e de soluções translúcidas, que aumenta significativamente as perdas térmicas nestas zonas. Os sistemas de armazenamento de energia térmica, utilizando materiais de mudança de fase nos edifícios, é um tema atualmente muito investigado e com rápido desenvolvimento tecnológico. A incorporação de materiais de mudança de fase é atualmente uma solução avançada que permite melhorar o desempenho térmico do edifício, inclusive na aplicação em vãos envidraçados e soluções de proteção solar. O presente trabalho apresenta e analisa a campanha experimental e simulação numérica de um sistema de proteção solar que incorpora materiais de mudança de fase. A campanha experimental é composta por dois compartimentos lado a lado, e cada um deles tem duas proteções solares – um dos compartimentos com a incorporação de materiais de fase e no outro sem. Ambos os compartimentos foram sujeitos a condições climatéricas exteriores similares numa região de clima mediterrânio durante a estação de verão e de inverno. A fachada orientada a sul é um vão envidraçado, o qual tem aplicado o sistema de proteção solar. De acordo com os critérios de validação analisados, os resultados do modelo numérico foram considerados calibrados e validados. Os resultados obtidos provam o potencial dos materiais de mudança de fase na regulação térmica e na otimização da eficiência energética dos espaços interiores dos edifícios.

The building sector is the largest final end-use consumer of energy in the European Union. The large energy consumption of the building sector is mainly resourcing to active systems for cooling and heating of indoor spaces. Presently, the external envelopes of offices and commercial buildings are systematically composed by large glazed areas, which lead to substantial heat losses through these zones. Thermal Energy Storage systems (TES), using phase change materials (PCM) in buildings, are widely investigated technologies and a fast developing research area. The use of phase change materials (PCMs) is presently an advanced solution to improve the energy performance of building components, namely the glazing and window shutter protections solutions. The present work presents and discusses a numerical and experimental testing of a thermal energy system that contains phase change materials. The testing apparatus is composed by two side-by-side compartments that have two similar windows shutters, one containing PCMs and the other considered as a reference solution, without PCMs. The internal compartments were submitted to similar weather conditions in a Mediterranean climate during the summer and winter season, and the south oriented facade is a glazed area that incorporates the window protection systems. According the used acceptance criteria, the results of the numerical model presented a good agreement and reliability and were considered calibrated with well prediction data. The results reveal the PCM potential for the thermal regulation of indoor spaces as well as improving the energy efficiency of indoor building spaces.