Análise do comportamento energético de vidro termotrópico aplicado a um jardim de inverno

Abstract

A constante busca pelos benefícios proporcionados por grandes áreas envidraçadas, seja com o intuito de integração e interação da edificação com o ambiente externo, ou para maximizar a quantidade de iluminação natural do ambiente da edificação residencial ou comercial, é um desafio no que diz respeito à eficiência energética de uma edificação. É necessária a realização de um projeto adequado para mitigar o impacto que grandes áreas de vidro exercem sobre a demanda energética necessária para estabelecer-se o conforto térmico no interior da edificação. Uma das alternativas é a utilização de camadas de materiais termotrópicos em conjunto com os vidros para compor uma janela, as chamadas smart windows. Materiais termotrópicos exploram a propriedade de termocromismo, que é a variação dinâmica da refletância e transmitância da luz solar, para atingir-se algum objetivo. No caso de edificações o objetivo é reduzir o ganho de calor solar em benefício da eficiência energética do sistema. Nesta monografia, explora-se os efeitos da aplicação de grandes áreas de janelas termotrópicas em um jardim de inverno residencial, na cidade de Porto Alegre, RS, de clima subtropical úmido. As janelas são simuladas com camada de hidroxipropilcelulose com temperatura de transição de 35 oC entre o estado transparente e o estado translúcido, dispostas em planos com inclinação de 0° e de 90° em relação à superfície. A maior variação de temperatura interna aferida dá-se no extremo de verão, com uma diminuição de até 9,5 °C obtida pela janela termotrópica em relação à janela de vidro duplo. Registra-se uma grande predominância do estado translúcido frente ao estado transparente durante os períodos mais quentes do ano, chegando-se na média de 10h por dia, enquanto nos períodos mais frios a média é de 4h diárias. O valor mais expressivo de ganho de calor deu-se na janela de 0° de inclinação, na qual o vidro termotrópico apresentou uma redução anual de 55% em relação ao vidro duplo comum e de 45% em relação ao vidro Cool Lite.

The seeking for the benefits provided by large glazed areas, either to integrate and interact the building with the external environment or to maximize the amount of natural lighting in the residential or commercial building environment, is an excellent challenge regarding the energy efficiency of a building. A good building design is a primary necessity if one intends to mitigate the impact of large glazing areas on the necessary energy demand to establish thermal comfort inside a building. One of the alternatives to reach this goal is using layers of thermotropic materials combined with glass layers to compose a window, the so-called intelligent windows. Thermotropic materials exploit the property of thermochromism. It is the ability to dynamically variate the reflectance and transmittance of sunlight, to achieve some specific goal. Building design aims to reduce solar heat gain, benefiting the system's energy efficiency. This monograph intends to explore the effects of applying large thermotropic windows in a residential winter garden with large glazed areas in Porto Alegre, RS, with a humid subtropical climate. They are made with a 6% concentration hydroxypropylcellulose layer. The transition temperature from transparent to translucent state is established at 35 °C. Building performance predictions are performed for 0° and 90° inclination windows. The most significant variation in internal temperature measured occurred in the summer extreme, with a decrease of up to 9.5 °C obtained by the thermotropic window concerning the double-glazed window. There was a significant predominance of the translucent state compared to the transparent state during the hottest periods of the year, reaching an average of 10 hours daily. In the coldest periods, the average was 4 hours a day. The most expressive heat gain value occurred at the 0° inclination window, where thermotropic glass showed an annual reduction of 55% compared to standard double-glazing windows and a 45% reduction compared to Cool Lite glass windows.