Estratégias para o incremento da inércia térmica em edifícios: utilização de PCMs

Abstract

O comportamento térmico dos edifícios depende de muitos parâmetros, sendo um deles a respetiva massa com influência direta na inércia térmica. A inércia térmica pode resultar em benefícios no comportamento térmico dos edifícios influenciando o consumo de energia para aquecimento e arrefecimento. Sendo a inércia térmica particularmente importante em climas mediterrâneos devido às grandes amplitudes térmicas diárias e à forte radiação solar, procuram-se para os edifícios, em particular os de reduzida massa, estratégias para aumentar a sua inércia térmica. Uma possibilidade promissora consiste na utilização de materiais de mudança de fase (PCMs – “Phase Change Materials”), caracterizados por uma elevada capacidade de acumulação de calor sem variação significativa de temperatura (calor latente). Existem no mercado hoje em dia diversos produtos contendo PCMs para utilização/aplicação no sector da construção. Os PCMs podem ser utilizados sob a forma passiva, ao serem incorporados nos materiais de construção para armazenamento de energia térmica, ou sob a forma ativa, onde são utilizados nos sistemas de aquecimento e arrefecimento. Na presente dissertação é feita a revisão do estado da arte deste tipo de sistemas, avalia-se a sua aplicabilidade a edifícios e estimam-se os benefícios da incorporação de PCMS, recorrendo a doze casos de teste descritos na norma EN 15265 2007. Para a realização deste estudo recorreu-se ao software de simulação dinâmica de edifícios, o DesignBuilder. Analisou-se a influência da incorporação de dois PCMS com temperaturas de fusão diferentes e a sua influência na melhoria do desempenho energético e do conforto térmico dos casos de teste. Os resultados obtidos demonstram uma diminuição de consumos energéticos, menores amplitudes térmicas e melhores índices de conforto térmico.

The thermal performance of buildings depends on many parameters, one being the respective mass with direct influence on the thermal inertia. The thermal inertia of buildings may result in benefits with regard to its thermal behavior and its consumption of energy for heating and cooling. Thermal inertia is particularly important in Mediterranean climates, due to daily thermal amplitudes and solar radiation, strategies for buildings, in particularly with reduced mass, to increase thermal inertia. A promising possibility is the use of phase change materials (PCMs - "Phase Change Materials") characterized by a high capacity for heat accumulation without significant variation in temperature (latent heat). Exist in the market nowadays many products containing PCMs for use / application in the construction sector. The PCMs can be used as a passive, incorporated into building materials for thermal storage, or as active, used in heating and cooling systems. In this thesis it is made a review to the state of art of such systems, evaluation and its applicability to buildings and estimated the benefits of using the incorporation of PCMs, using twelve test cases described in EN 15265 2007. For this study it is used the dynamic simulation software of buildings, the DesignBuilder. It is analyzed the influence of incorporation of two PCMs with different melting temperatures and their influence on improving energy performance and thermal comfort of the test cases. The results showed reduction of energy consumption, lower temperature ranges and better thermal comfort.