Uso de materiais de mudança de fase como alternativa para a melhoria do desempenho térmico de habitações no clima subtropical brasileiro

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dc.contributor.advisorOliveira, Raquel Diniz
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0005625273834609
dc.contributor.authorVieira, Júlia Cordeiro
dc.contributor.referee1Raquel Diniz Oliveira
dc.contributor.referee2Rogério Cabral de Azevedo
dc.contributor.referee3Paulo Henrique Ribeiro Borges
dc.contributor.referee4Ana Ibis Abreu Rojas
dc.contributor.referee5Roberta Vieira Gonçalves de Souza
dc.date.accessioned2023-06-19T12:47:16Z
dc.date.available2023-06-19T12:47:16Z
dc.date.issued2022-12-16
dc.description.abstractOs edifícios devem fornecer condições para garantir o conforto térmico e bem-estar aos usuários durante o ano, demandando consumo mínimo de energia adicional para auxiliar no controle artificial de temperatura ambiente. Diversos materiais construtivos podem propiciar um comportamento térmico adequado da edificação para o clima local e a consequente racionalização de energia, como os Materiais de Mudança de Fase (Phase Change Materials – PCM). Os PCMs são capazes de absorver e dissipar quantidades significativas de calor durante sua mudança de fase, mantendo faixas de temperatura constante. Neste contexto, propôs-se neste estudo testar a incorporação de PCM a sistemas construtivos no clima subtropical brasileiro. Inicialmente, avaliouse o desempenho térmico da envoltória de um modelo representativo de habitação térrea, em seu aspecto original, em três zonas bioclimáticas brasileiras (ZB 1, 2 e 3), por meio do método de simulação da NBR 15.575-1:2021. Ademais, estimaram-se as condições potenciais de conforto térmico oferecidas aos usuários, considerando 80% de aceitação dos ocupantes, segundo o modelo adaptativo de conforto térmico descrito na norma ASHRAE 55-2017. Os resultados indicaram desempenho térmico inadequado da edificação original ao clima subtropical. Assim, como proposta de solução alternativa, avaliou-se o impacto da incorporação do PCM na envoltória em combinações diferentes, considerando a variação de suas propriedades termofísicas, além da troca do sistema construtivo original da edificação (modelo de paredes pesadas – MPP) pelo sistema Light Steel Frame (modelo leve isolado – MLI). Os resultados indicaram que o PCM foi capaz de adaptar o desempenho térmico da edificação ao clima e aumentar as condições de conforto térmico na maioria dos casos, sobretudo no MLI, tendendo a melhorar com o aumento da sua capacidade de armazenamento térmico e da área de superfície de sua aplicação. Contudo, no MPP, os pontos de fusão do PCM que ofereceram as melhores condições de conforto térmico não permitiram atendimento ao nível Mínimo (M) de desempenho térmico exigido pela NBR 15.575-1:2021. Portanto, a partir desse estudo, demonstrou-se a importância de considerar as condições de conforto térmico nos ambientes, além do nível de desempenho térmico da edificação, bem como de otimizar as propriedades termofísicas do PCM na tomada acertada de decisões de projeto.
dc.description.abstractotherBuildings must provide conditions to ensure thermal comfort and well-being for users throughout the year, requiring minimum consumption of additional energy to assist in artificial temperature control. Several building materials can improve the building thermal behavior for the local climate and therefore provide energy savings, such as Phase Change Materials (PCM). PCMs are capable of absorbing and dissipating significant amounts of heat, during their phase change, maintaining indoor temperature constant. In this context, it was proposed in this study to test the PCM incorporation into construction systems as an alternative solution to optimize the thermal performance of housing envelopes in the subtropical Brazilian climate, as well as its thermal comfort conditions for users. Initially, the envelope thermal performance of a single-story housing representative model, in its original aspect, was evaluated in three Brazilian Bioclimatic Zones (BZ 1, 2, and 3), through the NBR 15575-1:2021 simulation method. In addition, the potential thermal comfort conditions for users were estimated, considering 80% of occupant acceptance, according to the Adaptive Thermal Comfort Model by ASHRAE Standard 55-2017. The results an indicated inadequate thermal performance of the original building for the subtropical climate. Thus, as an alternative solution proposal, the impact of the PCM incorporation in the envelope was evaluated in different combinations, considering the variation of its thermophysical properties, as well as the exchange of the original construction (Heavyweight Model – HM) by a Light Steel Frame construction system (Lightweight Model – LM). The results indicated that the PCM was able to adapt the building thermal performance to the climate and increase the thermal comfort conditions in most cases, mainly in the LM. Besides, the increase of the PCM’s thermal storage capacity and the surface area of its application led to better results. However, in the HM, the PCM melting points that provided the best thermal comfort conditions did not allow the Minimum level (M) of thermal performance meeting of the building required by NBR 15.575-1:2021. From this study, therefore, it was demonstrated the importance of considering the thermal comfort conditions for users, in addition to the building thermal performance level, as well as optimizing the PCM thermophysical characteristics for suitable design decisions.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/297
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectEdifícios de apartamentos - Brasil
dc.subjectResidências - Propriedades térmicas
dc.subjectMateriais - Propriedades mecânicas
dc.subjectArquitetura tropical
dc.titleUso de materiais de mudança de fase como alternativa para a melhoria do desempenho térmico de habitações no clima subtropical brasileiro
dc.typeThesis
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