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Materiais de mudança de fase como sistema de resfriamento passivo em habitações de interesse social pré-fabricadas leves
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Palavras-chave

Materiais de mudança de fase
PCM
Conforto térmico
Habitação de interesse social
HIS
Energyplus

Como Citar

ALMEIDA, Fernando da Silva; BRANDALISE, Mariane Pinto; MIZGIER, Martin Ordenes. Materiais de mudança de fase como sistema de resfriamento passivo em habitações de interesse social pré-fabricadas leves. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, Campinas, SP, v. 13, n. 00, p. e022027, 2022. DOI: 10.20396/parc.v13i00.8666777. Disponível em: https://periodicos.sbu.unicamp.br/ojs/index.php/parc/article/view/8666777. Acesso em: 14 abr. 2024.

Resumo

Os Materiais de Mudança de Fase (do inglês, Phase Change Materials – PCMs) apresentam capacidade de armazenar ou de liberar energia térmica, através de oscilações da temperatura. Estes podem estabilizar as flutuações de temperatura interna, além de melhorar a eficácia energética de edifícios. Observa-se considerável número de pesquisas que avaliam o consumo energético, entretanto, estudos que analisam as condições de conforto térmico em ambientes naturalmente ventilados ainda são incipientes. Dessa maneira, este artigo tem como objetivo analisar a implantação de PCMs como método passivo em uma edificação de interesse social pré-fabricada naturalmente ventilada, na estação de verão, através de simulações em três cidades do Brasil, sendo elas: Brasília (DF), Palmas (TO) e Santa Maria (RS). Nas análises realizadas, no município de Brasília, o melhor resultado obtido foi com o PCM 22, incorporado na cobertura e na parede em simultâneo, mantendo aproximadamente 100% das horas em conforto. Já em Santa Maria, o melhor desempenho térmico foi na mesma posição, porém, com o PCM 25, obtendo apenas 8% das horas fora da faixa de conforto. Por fim, em Palmas, o mesmo modelo apresentou cerca de 82% das horas em conforto. Em todos os casos, a utilização do PCM foi positiva, sendo este capaz de diminuir a amplitude térmica da residência e melhorar sua inercia térmica.

https://doi.org/10.20396/parc.v13i00.8666777
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Referências

ADILKHANOVA, I.; MEMON, S. A; KIM, A.; SHERYEV, A. A novel approach to investigate the thermal comfort of the lightweight relocatable building integrated with PCM in different climates of Kazakhstan during summertime. Energy, v. 217, p. 119390-119401, Feb. 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119390.

ÁLVAREZ, S.; CABEZA, L. F.; RUIZ-PARDO, A.; CASTELL, A.; TENORIO, J. A. Building integration of PCM for natural cooling of buildings. Applied Energy, v. 109, p. 514-522, Sept. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.01.080.

ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATINGREFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. ANSI/ASHRAE Standard. 55-2020: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2020.

BAETENS, R.; JELLE, B. P.; GUSTAVSEN, A. Phase change materials for building applications: A state-of-the-art review. Energy and Buildings, v. 42, n. 9, p. 1361-1368, Sept. 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.03.026.

BELTRÁN, R. D.; MARTÍNEZ-GÓMEZ, J. Analysis of phase change materials (PCM) for building wallboards based on the effect of environment. Journal of Building Engineering, v. 24, 100726, July 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.02.018.

CAIXA ECONÔMICA FEDERAL. Programa Minha Casa Minha Vida. Brasil, [200?]. Disponível em: https://www.caixa.gov.br/voce/habitacao/minha-casa-minha-vida/Paginas/default.aspx. Acesso em: 03 set. 2022.

CARDOSO, M. R. D.; MARCUZZO, F. F. N.; BARROS, J. R. Classificação climática de Köppen-geiger para o Estado de Goiás e o Distrito Federal. ACTA Geográfica, v. 8, n. 16, jan./mar. 2014, p. 40-55. DOI: 10.5654/actageo2014.0004.0016.

EPE. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2021: ano base 2020. Rio de Janeiro: EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2021. 292 p. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-601/topico-596/BEN2021.pdf. Acesso em: 13 maio 2022.

EVOLA, G.; MARLETTA, L.; SICURELLA, F. A methodology for investigating the effectiveness of PCM wallboards for summer thermal comfort in buildings. Building and Environment, v. 59, p. 517-527, Jan. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.09.021.

FERRAZ, A. M.; OLIVEIRA, M. C. Definição do ano climático de referência (TRY) para a cidade de Palmas-Tocantins. Revista Desafios, v. 7, n. 2, mar. 2020. Disponível em: https://sistemas.uft.edu.br/periodicos/index.php/desafios/article/view/7472/16593. Acesso em: 22 set. 2022.

IEA. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. 2019 Global Status Report for Buildings and Construction: toward a zero-emissions, efficient and resilient buildings and construction sector. Paris: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Dec. 2019. 41 p. Disponível em: https://www.iea.org/reports/global-status-report-for-buildings-and-construction-2019. Acesso em: 6 jan. 2020.

KABDRAKHMANOVA, M.; MEMON, S. A.; SAURBAYEVA, A. Implementation of the panel data regression analysis in PCM integrated buildings located in a humid subtropical climate. Energy, v. 237, 121651, Dec. 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121651.

KASAEIAN, A., BAHRAMI, L.; POURFAYAZ, F.; KHODABANDEH, E.; YAN, W-M. Experimental studies on the applications of PCMs and nano-PCMs in buildings: A critical review. Energy and Buildings, v. 154, p.96-112, Nov. 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.08.037.

LEI, J.; YANG, J.; YANG, E.-H. Energy performance of building envelopes integrated with phase change materials for cooling load reduction in tropical Singapore. Applied Energy, v. 162, p. 207-217, Jan. 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.031.

MANDILARAS, I.; STAMATIADOU, M.; KATSOURINIS, D.; ZANNIS, G.; FOUNTI, M. Experimental thermal characterization of a Mediterranean residential building with PCM gypsum board walls. Building and Environment, v. 61, p. 93-103, Mar. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.12.007.

MARIN, P.; SAFFARI, M.; GRACIA, A.; ZHU, X.; FARID, M. M.; CABEZA, L. F.; USHAK, S. Energy savings due to the use of PCM for relocatable lightweight buildings passive heating and cooling in different weather conditions. Energy and Buildings, v. 129, p. 274-283, Oct. 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.08.007.

MARKARIAN, E.; FAZELPOUR, F. Multi-objective optimization of energy performance of a building considering different configurations and types of PCM. Solar Energy, v. 191, p. 481-496, Oct. 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.09.003.

MOHAMED, S. A.; AL-SULAIMAN, F. A.; IBRAIM, N. I.; ZAHIR, M. H.; AL-AHMED, A.; SAIDUR, R.; YILBAŞ, B. S.; SAHIN, A. A. A review on current status and challenges of inorganic phase change materials for thermal energy storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 70, p. 1072-1089, Apr. 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.012.

OLIVEIRA, R. B. de; GONZALES, T. S.; CARVALHO, M. T. M. Uso de PCM para edificações em região de clima quente: uma revisão sistemática. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, v. 12, p. e021001, 2021. DOI: https://doi.org/10.20396/parc.v12i00.8658590.

OZDENEFE, M.; DEWSBURY, J. Thermal performance of a typical residential Cyprus building with phase change materials. Building Services Engineering Research and Technology, v. 37, n. 1, p. 85-102, 3 set. 2015. DOI: https://doi.org/10.1177/0143624415603004.

PISELLI, C.; PRABHAKAR, M.; GRACIA, A.; SAFFARI, M.; PISELLO, A. L.; CABEZA, L. F. Optimal control of natural ventilation as passive cooling strategy for improving the energy performance of building envelope with PCM integration. Renewable Energy, v. 162, p. 171-181, Dec. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.043.

PONS, V.; STANESCU, G. Materiais com mudança de fase: análise de desempenho energético para o Brasil. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, v. 8, n. 2, p. 127–140, 2017. DOI: https://doi.org/10.20396/parc.v8i2.8650228.

RAHIMPOUR, Z.; FACCANI, A.; AZUATALAM, D.; CHAPMAN, A.; VERBIČ, G. Using Thermal Inertia of Buildings with Phase Change Material for Demand Response. Energy Procedia, v. 121, p. 102-109, Sept. 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.483.

RAMAKRISHNAN, S.; WANG, X.; SANJAYAN, J.; WILSON, J. Thermal performance of buildings integrated with phase change materials to reduce heat stress risks during extreme heatwave events. Applied Energy, v. 194, p. 410-421, May 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.04.084.

REILLY, A.; KINNANE, O. The impact of thermal mass on building energy consumption. Applied Energy, v. 198, p. 108-121, July 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.04.024.

RUBITHERM TECHNOLOGIES GmbH. Phase Change Material: PCM RT-LINE - Versatile Organic PCM for Your Application. Berlin: RUBITHERM TECHNOLOGIES GmbH, 2021. Disponível em: https://www.rubitherm.eu/en/productcategory/organische-pcm-rt. Acesso em: 20 abr. 2021.

SAFFARI, M.; GRACIA, A.; FERNÁNDEZ, C.; CABEA, L. F. Simulation-based optimization of PCM melting temperature to improve the energy performance in buildings. Applied Energy, v. 202, p. 420-434, Sept. 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.05.107.

SHARMA, V.; RAI, A. C. Performance assessment of residential building envelopes enhanced with phase change materials. Energy and Buildings, v. 208, p. 109664, Feb. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109664.

SOUDIAN, S.; BERARDI, U. Assessing the effect of night ventilation on PCM performance in high-rise residential buildings. Journal of Building Physics, v. 43, n. 3, p. 229-249, May 2019. DOI: https://doi.org/10.1177/17442591198481.

SU, W.; DARKWA, J.; KOKOGIANNAKIS, G. Review of solid–liquid phase change materials and their encapsulation technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 48, p. 373-391, Aug. 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.044.

VEIGA, R. K.; OLINGER, M. S.; MELO, A. P.; LAMBERTS, R. Modelagem da ventilação natural com aplicação do objeto Energy Management System do Programa EnergyPlus. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 15.; ENCONTRO LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 11., João Pessoa, 2019. Anais […]. Porto Alegre: ANTAC, 2019. Disponível em: https://drive.google.com/file/d/1NZgXgUmzTVBpJrXqKM76eFkpQ4nmzdkB/view. Acesso em: 20 abr. 2022.

VERSAGE, R. S. Ventilação natural e desempenho térmico de edifícios verticais multifamiliares em Campo Grande, MS. 2009. 96 f. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009.

ZEINELABDEIN, R.; OMER, S.; GAN, G. Critical review of latent heat storage systems for free cooling in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 82, Part 3, p. 2843 - 2868, Feb. 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.046.

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