Materiais de construção energeticamente eficientes funcionam melhor

Nos últimos anos, os materiais de mudança de fase (PCMs) usados ​​para melhorar a eficiência energética dos edifícios estão ganhando força. Os PCMs podem armazenar e liberar grandes quantidades de energia – quando em fase sólida, eles podem absorver calor, proporcionando um efeito de resfriamento e quando um PCM está em sua fase líquida, pode liberar calor, proporcionando um efeito de aquecimento.

“O gelo derretendo em água é um material de mudança de fase, assim como a manteiga derretendo em óleo. Por que é especial? Quando o material muda de fase, ele também absorve e libera energia. Na construção, esses materiais são encapsulados, ou seja, as cápsulas micro PCM são integrado a um elemento de construção, como o concreto”, explica Paris Fokaides, pesquisador principal da Kaunas University of Technology (KTU), Lituânia.

Juntamente com colegas da Frederick University em Chipre, os pesquisadores da KTU estavam conduzindo um estudo em diferentes regiões da Europa com o objetivo de calcular a eficiência da aplicação de PCMs para a atualização energética dos edifícios existentes. Sua pesquisa revelou que a eficiência e o período de recuperação de energia do PCM dependem de certas condições, como a localização geográfica e a orientação da parede do edifício.

“A avaliação do desempenho térmico de edifícios existentes é uma informação altamente valiosa, que pode ser útil na tomada de decisões de renovação”, diz Eglė Klumbytė, pesquisador da Faculdade de Engenharia Civil e Arquitetura da KTU e coautor do estudo.

Segundo ela, é importante entender como e onde usar os materiais adequados para obter a máxima eficiência.

Em climas frios, os investimentos se pagam em menos de um ano

O trabalho examina a aplicação de revestimentos de PCM em diversas condições meteorológicas na Europa, para todas as orientações dos principais edifícios. No total, foram realizadas 16 simulações numéricas para os quatro meses civis de janeiro, abril, julho e outubro e para três latitudes de Atenas, Milão e Copenhague.

“Queríamos que os resultados da nossa pesquisa fossem aplicáveis ​​globalmente, por isso escolhemos os locais com condições climáticas típicas no sul, centro e norte da Europa”, diz Fokaides.

As primeiras 8 simulações numéricas foram realizadas com material de mudança de fase integrado na estrutura do elemento de construção e as outras 8 simulações – na ausência de PCM. A espessura de PCM incorporada foi de 4 cm. A economia anual de energia foi calculada para quatro meses típicos, representando as quatro estações do ano (inverno, primavera, verão e outono).

“Um dos principais resultados do estudo destacou o fato de que o PCM teve melhor desempenho em condições de frio”, diz Klumbytė.

Segundo os pesquisadores, isso faz todo o sentido — em primeiro lugar, em condições mais frias, o PCM absorve mais energia e, em segundo lugar, uma vez que em climas mais frios os edifícios usam mais energia (eletricidade, aquecimento etc.), a economia de energia nessas condições é maior eficiente.

“No estudo, desenvolvemos o conceito de período de recuperação de energia, que significa o equilíbrio entre a energia gasta para produzir esses materiais e o ganho com o uso deles. O período de recuperação de energia indica quanto tempo levará para a energia que é economizada nos PCMs para eliminar os custos de energia de sua produção”, explica Fokaides.

O estudo revelou que a implementação do PCM pode contribuir para a economia de energia em determinados casos, variando de 0,24 até 29,84 kWh/m2a e períodos de retorno de energia de menos de um ano a quase 20 anos. O período de recuperação de energia mais longo foi calculado em climas mais quentes e o mais curto – em locais mais frios. A orientação ideal para a colocação de PCMs é oeste e leste em Atenas, leste e norte em Milão e norte em Copenhague. Ademais, os PCMs funcionam melhor quando são integrados em estruturas internas.

Tópicos pesquisados ​​nunca discutidos antes

“O modelo numérico desenvolvido demonstra a capacidade de realizar uma avaliação térmica sob diversas condições com resultados precisos. O principal objetivo da União Européia é o desenvolvimento ambiental sustentável. Nosso estudo pode contribuir muito para atingir esse objetivo”, Klumbytė está convencido.

De acordo com Fokaides, o estudo descrito acima está pesquisando tópicos que não foram discutidos na literatura científica antes. A localização ideal do material de mudança de fase no edifício, sua orientação ideal e o período de retorno de energia são conceitos inteiramente novos no amplo tema do desempenho energético do ambiente construído.

“No entanto, sendo grego, não posso ignorar o fato de que a primeira descrição de um edifício ecológico foi escrita por Sócrates há 2,5 mil anos. Naquela época, ele indicava que a parede norte de um edifício precisa ser mais espessa em comparação com a sul, portanto, nossa ideia de que a orientação da parede é crucial ao considerar sua composição estrutural está relacionada à de Sócrates”, diz um pesquisador da KTU.

Os pesquisadores da KTU afirmam que a metodologia e o conjunto de dados fornecidos neste trabalho podem ser usados ​​para o desenvolvimento das ferramentas de avaliação térmica dos edifícios. Atualmente, a equipe está iniciando um novo projeto de pesquisa no valor de 1,5 milhão, que se concentrará na digitalização das descobertas. Isso pode incluir o desenvolvimento de sensores inteligentes para medir o desempenho térmico dos elementos de construção em tempo real e outros aspectos. Segundo os cientistas, este tópico tem um grande potencial de comercialização.