Defesa

Os Materiais de Mudança de Fase (PCMs) podem aumentar a inércia térmica de ambientes com restrições ao uso de materiais tradicionalmente associados à alta capacidade térmica. A incorporação de PCMs pode promover atraso e amortecimento térmico, aumentar o conforto térmico de usuários e a eficiência energética de edificações. Muitas pesquisas comprovaram o desempenho de PCMs para climas temperados e com altas latitudes, porém, para o contexto climático brasileiro, as pesquisas são comparativamente escassas. Essa tese objetiva contextualizar a aplicação de PCMs no espaço edificado e analisar sua influência no conforto térmico de usuários em um modelo de escritório nos climas brasileiros. Para isso, foi executada uma revisão integrativa de literatura para definição do estado da arte e simulações termoenergéticas com o programa EnergyPlus. A revisão levantou os parâmetros mais relevantes e correntes em pesquisas com PCMs: clima, condicionamento do ambiente, orientação solar, o tipo/características de PCM, a camada em que o material está instalado e sua espessura. Após o levantamento, foram realizadas simulações com PCMs orgânicos com temperaturas de mudança de fase entre 18°C e 44°C em modelo de escritório de baixa capacidade térmica e condicionado naturalmente. As simulações foram divididas em dois grupos: o primeiro com 5 cidades, com foco nos parâmetros de instalação e condições de contorno e o segundo, com 95 cidades simuladas e foco nos parâmetros climáticos. As primeiras simulações revelaram que o tipo do PCM, o clima (temperatura e radiação) e a camada de instalação foram os parâmetros de maior influência, resultando em variações acima de 20% na porcentagem de conforto térmico adaptativo. A orientação solar teve impacto moderado, com mudanças de até 10% no conforto e a espessura do PCM e tipo de ventilação apresentaram menor influência, com média de 2% no conforto. No segundo grupo de simulações, os parâmetros de instalação de maior impacto identificadas no primeiro grupo foram fixadas e os parâmetros climáticos foram adotados como variáreis independentes e analisados em relação ao conforto térmico adaptativo em ambientes com PCM. Foram avaliadas temperaturas de bulbo seco e de ponto de orvalho, radiação infravermelha, direta e difusa, umidade relativa, direção e velocidade do vento. Os resultados indicaram que a incorporação de PCMs tem potencial para aumentar o conforto em parte do Brasil, nos melhores casos com aumento entre 20% e 36% em relação aos casos sem PCMs. Constantemente, os melhores resultados foram obtidos nas Zonas Bioclimáticas (ZBs) 1 a 4, com melhores efeitos em cidades com temperaturas médias anuais iguais ou abaixo de 21°C. Cidades com temperaturas médias anuais maiores que 21°C e menores que 23°C nas ZB3, ZB4, ZB5 e ZB8 também apresentaram bom desempenho, o que demanda avaliação individualizada para cidades com médias anuais acima de 21°C. Para as melhores ocorrências, a temperatura de bulbo seco, a umidade relativa e a direção do vento foram os parâmetros climáticos mais representativos, e, portanto, mais importantes para o aumento do conforto térmico de usuários em ambientes com PCM.

Palavras-chave: Materiais de Mudança de Fase. PCMs. Simulação termoenergética. EnergyPlus. Climas brasileiros. Conforto térmico adaptativo. Parâmetros climáticos.

Tese