Avaliação de desempenho de um sistema passivo de aquecimento integrando vidro fotovoltaico

Abstract

O ciclo de vida dos edifícios representa um impacto considerável no consumo energético, podendo atingir cerca de 40% do consumo de energia primária a nível global. A busca pela conservação de energia, o estabelecimento de políticas de certificação ambiental e a importância do setor da Construção Civil na economia mundial, levam à necessidade, não somente do desenvolvimento de práticas de projeto mais racionais, como também ao fomento do desenvolvimento de novas tecnologias para geração de energias renováveis, assim como a promoção de sistemas passivos de climatização. Os últimos dez anos foram marcados pelo fomento da integração de módulos fotovoltaicos com a envolvente do edifício devido ao caráter multifuncional que este elemento construtivo passa a assumir. Assim, a utilização das fachadas dos edifícios torna-se uma alternativa atrativa para a implementação de elementos que geram energia limpa e ao mesmo tempo viabilizam as estratégias passivas para a redução de consumos energéticos. O presente estudo pretende analisar o desempenho energético de um sistema de aquecimento passivo solar integrado na fachada, incorporando vidro fotovoltaico como solução construtiva. Para cumprir o presente objetivo, realizou-se uma campanha experimental em célula teste e implementou-se um modelo de simulação energética dinâmica. Numa primeira fase, procedeu-se à comparação entre medições de temperatura e respectivos resultados obtidos no modelo de simulação. Após a verificação da fiabilidade do modelo de simulação, desenvolveu-se um caso de estudo para diferentes cenários. Deste modo, foi possível analisar o comportamento do sistema de aquecimento passivo em três latitudes com diferentes perfis climáticos, em quatro soluções construtivas, e em três variáveis geométricas da fachada, adotando-se como indicador o consumo energético global no cenário de referência, onde o sistema não é contemplado. No final do estudo, os resultados comprovaram que as estratégias passivas analisadas contribuíram para a redução do consumo energético até 21%. Porém, o desempenho deste sistema revelou-se muito dependente de parâmetros como latitude, clima, propriedades térmicas e a atuação ativa dos ocupantes no controle das aberturas. Com recurso a uma análise multicritério foi possível apontar as soluções com melhor desempenho para cada um dos cenários e concluir quais os parâmetros com maior influência no desempenho energético.

The life cycle of buildings represents a significant impact on global energy consumption, reaching upwards 40% of primary energy consumption globally. The concerns to lower energy usage, the establishment of environmental certification policies and the role of Construction sector in the world economy, lead to improvement not only in the development of more rational design practices, as well as to foster the development of new technologies for renewable energy generation, and the promotion of passive systems of climatization. The last decade was marked by promoting the integration of photovoltaic modules with building skin due to the multifunctional character that this element is to assume. Thus, the façade of buildings becomes an attractive alternative for implementation of elements that generate clean energy and at the same time enable passive strategies for the reduction of energy consumption. This study attempts to analyze the energy performance of a passive solar heating system integrated into the façade, with photovoltaic glass incorporation. To achieve this goal, we performed an experimental campaign conducted in a cell test and a dinamic energy simulation model. In a first stage, the comparison was made between temperature measurements and results obtained in the simulation model. Taking into account the reliability of the respective simulation model, it was possible to implement a case study for different scenarios. Therefore, the model allowed the analysis of the behavior of the passive solar heating system in three different wheater conditions, and three façade geometries taking as an indicator the overall energy consumption in the reference scenario, where the system is not supported. At the end of the study, the results proved that the passive strategies contributed to the reduction of energy consumption by up to 21%. However, the system performance depends significantly from other aspects such as - latitude, solar radiation and active participation of the occupants in control opening. Using a multicriteria analysis it was possible to identify the best solutions in terms of energy performance for each of the scenarios and conclude which parameters were more relevants on the energy performance.