Avaliação da influência dos materiais de mudança de fase no conforto térmico de um espaço com desempenho monitorado na zona bioclimática 2M

Abstract

Esta pesquisa avalia a contribuição de Materiais de Mudança de Fase (PCM) no desempenho termoenergético e no conforto térmico de uma edificação na Zona Bioclimática 2M, em Viçosa-MG. Diante do elevado consumo energético para climatização predial, o estudo busca verificar a eficácia dessa tecnologia para Zona Bioclimática 2M. A metodologia integra o monitoramento experimental in loco no Espaço de Desempenho Monitorado (EDEM) e simulações computacionais no software EnergyPlus. Instalou-se o PCM RT21HC macroencapsulado em uma estrutura de suporte integrado a paredes de alvenaria, comparando uma Zona De Análise a uma Zona De Controle. O modelo numérico foi validado conforme a ASHRAE Guideline 14, apresentando Coeficientes de Variação do Erro Quadrático Médio (CVRMSE) entre 4,81% e 5,45%. Foram testados diferentes cenários de ventilação natural noturna, ar-condicionado e ventilação alternada (ventilação natural durante o dia e ar-condicionado no período noturno). Com base nos dados apresentados nas fontes, os resultados indicam que o PCM atua como um buffer térmico, aumentando a inércia térmica da envoltória ao promover um atraso térmico de até 5 horas e coeficientes de amortecimento significativamente superior à zona de controle, com um aumento de até 50% na capacidade de amortecimento térmico. Contudo, a aplicação passiva isolada, nas condições especificas da edificação no monitoramento, reduziu o percentual de horas em conforto anual de 63,74% para 40,76%, devido à retenção de baixas temperaturas que intensificaram o desconforto por frio no inverno. Essa limitação foi investigada pela integração do material a estratégias de ventilação noturna ou condicionamento alternado, que garantiram a solidificação completa do PCM e reduziram a demanda de aquecimento em até 31%. A dissertação conclui que o PCM é uma ferramenta robusta para a eficiência energética, desde que sua aplicação seja integrada a decisões de projeto e regimes de ventilação adequados. O protocolo técnico e o modelo validado consolidam uma base científica para a promoção de edificações mais resilientes no cenário brasileiro. Palavras-chave: materiais de mudança de fase; conforto térmico; desempenho termoenergético; monitoramento experimental; simulação computacional

This research evaluates the contribution of Phase Change Materials (PCM) to the thermal energy performance and thermal comfort of a building in Bioclimatic Zone 2M, in Viçosa-MG. Given the high energy consumption for building air conditioning, the study seeks to verify the effectiveness of this technology for Bioclimatic Zone 2M. The methodology integrates experimental monitoring in situ in Monitored Performance Space (EDEM) and computer simulations using EnergyPlus software. Macroencapsulated PCM RT21HC was installed in a support structure integrated with masonry walls, comparing an Analysis Zone with a Control Zone. The numerical model was validated according to ASHRAE Guideline 14, presenting Coefficients of Variation of Mean Square Error between 4.81% and 5.45%. Different scenarios of natural ventilation, artificial conditioning, and hybrid regimes were tested. Based on the data presented in the sources, the results indicate that PCM acts as a thermal buffer, increasing the thermal inertia of the envelope by promoting a thermal delay of up to 5 hours and damping coefficients significantly higher than the control zone, with an increase of up to 50% in thermal damping capacity. However, passive application alone, under the specific conditions of the building under monitoring, reduced the percentage of hours in annual comfort from 63.74% to 40.76%, due to the retention of low temperatures that intensified discomfort from cold in winter. This limitation was investigated by integrating the material with night ventilation or hybrid conditioning strategies, which ensured complete PCM solidification and reduced heating demand by up to 31%. The dissertation concludes that PCM is a robust tool for energy efficiency, provided that its application is integrated with appropriate design decisions and ventilation regimes. The technical protocol and validated model consolidate a scientific basis for promoting more resilient buildings in the Brazilian scenario Keywords: phase change materials; thermal comfort; thermoenergetic performance; experimental monitoring; computer simulation.