Performance termoenergética de uma edificação com materiais de mudança de fase sob projeções de mudanças climáticas

Abstract

O presente trabalho investiga a performance térmica e energética de uma edificação com diferentes composições de envoltória e sua resposta à cenários climáticos futuros, considerando projeções de mudanças climáticas. Através de simulações computacionais utilizando o software EnergyPlus, a envoltória da edificação é alterada aplicando isolante térmico resistivo, material de mudança de fase ou nenhum material isolante e simulada nas zonas bioclimáticas 1 e 8, conforme Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT); a edificação, do tipo light framing, é construída consoante diretrizes normativas da American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). O material de mudança de fase utilizado, SP24E, possui temperaturas de operação condizentes com os setpoints do sistema de climatização modelado. Empregando a ferramenta Climate Change World Weather File Generator (CCWorldWeatherGen), os comportamentos das mudanças climáticas para os anos representativos de 2050 e 2080 são incorporados aos arquivos climáticos através da técnica de downscaling estatístico de morphing, considerando o cenário de emissões A2 (médio-alto) do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Os resultados demonstram que, em climas amenos, como Curitiba, o material de mudança de fase mostra-se mais eficiente do que o isolante térmico resistivo sob cenários de mudanças climáticas, reduzindo a Energy Use Intensity (EUI) anual projetada para 2050 em 8,2% e, para 2080, em 10%. Para o Rio de Janeiro, nas projeções climáticas, a envoltória com material de mudança de fase resulta em maiores EUI, registrando 12,1%, em 2050, e 20,7%, em 2080, a mais do que a envoltória com isolantes térmicos resistivos.

This paper investigates the thermal and energy performance of a building with different envelope compositions and its response to future climate scenarios, considering climate change projections. Through computer simulations using EnergyPlus, the building envelope is altered by applying resistive thermal insulation, phase change material, or no insulating material at all, and simulated in bioclimatic zones 1 and 8, according to the Brazilian Association of Technical Standards (ABNT); the building, of the light framing type, is built according to American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) guidelines. The phase change material used, SP24E, has operating temperatures consistent with the setpoints of the modeled HVAC system. Employing the Climate Change World Weather File Generator (CCWorldWeatherGen) tool, climate change behaviors for the representative years 2050 and 2080 are incorporated into the climate files through the statistical downscaling technique morphing, considering the A2 emissions scenario (medium-high) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The results show that in mild climates, such as in Curitiba, the phase change material proves to be more efficient than the resistive thermal insulator under climate change scenarios, reducing the annual Energy Use Intensity (EUI) projected for 2050 by 8.2% and, for 2080, by 10%. For Rio de Janeiro, in the climate projections, the envelope with phase change material results in higher EUI, registering 12.1% in 2050 and 20.7% more in 2080 than the envelope with resistive thermal insulators.