Eficiência energética de edifícios - contributo dos PCMs e parede Trombe

Abstract

Dada a crescente utilização de energia elétrica nos edifícios, as restrições na capacidade de aumento de geração de eletricidade, a excessiva dependência de combustíveis fósseis para a produção de energia elétrica, há uma necessidade premente de se alcançar a eficiência energética nos edifícios. São fundamentais novas abordagens para a conceção de edifícios com menor utilização de energia elétrica e que atendam às suas necessidades de energia inteiramente a partir de fontes renováveis, abrindo assim o caminho para o paradigma da utilização de sistemas passivos. A importância atribuída a esta urgência de encontrar soluções energeticamente eficientes tem conduzido a diversos programas de investigação orientados no sentido da conservação e armazenamento da energia, através do desenvolvimento de novos materiais e técnicas construtivas. Em particular, no que diz respeito ao desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho térmico, têm sido realizados inúmeros estudos sobre os materiais mudança de fase (PCM) e a sua aplicabilidade na construção. Esta dissertação apresenta um estudo sobre a incorporação de painéis de PCM aplicados no revestimento de paredes e tetos de uma sala em estudo. Pretendeu-se avaliar a influência da incorporação de PCMs com temperaturas de fusão elevadas na variação de temperaturas interiores na estação de aquecimento. Verificou-se que, a evolução da temperatura interior do espaço com PCMs sofre um desfasamento relativamente à curva de referência, acompanhado de um amortecimento da temperatura interior, atingindo um pico máximo próximo da zona de conforto. Com a aplicação de PCMs com temperaturas de fusão baixas evidencia-se a capacidade de armazenamento obtendo-se indiretamente um ganho térmico significativo e um desfasamento temporal entre as duas curvas, o que se traduz na localização do máximo de temperaturas interiores num horário mais favorável ao conforto interno da sala. Da análise paramétrica realizada sobre a parede de trombe, constatou-se que a solução otimizada depende do tipo de materiais empregues e das respetivas dimensões. Com aplicação desta estratégia passiva na sala em estudo consegue-se obter um aumento do valor da fração solar significativa que se traduz numa diminuição das necessidades de aquecimento. Conseguiu-se assim alcançar o objetivo primordial deste trabalho que consistia em evidenciar a possibilidade de diminuição da dependência energética do edifício, com recurso a soluções passivas.

Given the increasing use of electricity in buildings, capacity constraints on the increase of electricity generation, overdependence on fossil fuels to produce electricity, there is a urgent need to achieve energy efficiency in buildings. It is fundamental new design approaches for buildings resourcing to less use of electricity and fulfil their energy needs entirely from renewable sources, thus opening the way for the paradigm of use of passive systems. The importance attached to this urgent need to find energy-efficient solutions has led to several research programs oriented towards the conservation and storage of energy through the development of new materials and construction techniques. In particular, with regard to the development of new materials with better thermal performance, numerous studies have been done on phase change materials (PCM) and their applicability in construction. This thesis presents a study on the incorporation of PCM panels into partition walls and suspended ceilings in an open space study room. It was intended to evaluate the influence of incorporation of PCMs with higher melting temperatures in the range of indoor temperatures in the heating season. It was found that the temporal evolution of indoor temperature of the space with PCMs suffers a time lag in respect to the reference curve, accompanied by a damping of the indoor temperature, reaching a peak near the comfort zone. With the application of PCMs with lower melting temperatures, it is evident the storage capacity attaining indirectly a significant heat gain and a time lag between the two curves, which is reflected in the location of the maximum indoor temperatures over a time range favorable to the indoor comfort of the room. From the parametric analysis performed using the Trombe wall, it was found that the optimal solution depends on the type of materials used and the respective dimensions. With the application of this passive strategy in the room under study it can be obtained an significant increase of the solar fraction value , which traduces into a significant decrease in heating requirements. Therefore it is achieved the main goal of this work in revealing the possibility of reducing energy dependence of the building resourcing to passive solutions.