PCMs for buildings
Desenvolver uma metodologia de análise do comportamento térmico de sistemas com cavidades retangulares com materiais de mudança de fase (PCMs) para o aproveitamento de energia solar térmica em edifícios.
Enquadramento
A conjuntura económica atual e as exigentes diretrizes da UE relativamente ao desempenho energético dos edifícios desafiam a indústria da Construção e a comunidade académica para o desenvolvimento de novos produtos e tecnologias que possam contribuir para a redução do consumo de energia associado à climatização. O desenvolvimento de novos sistemas que tirem proveito de energias renováveis, nomeadamente da energia solar térmica, contribuirá para a construção de edifícios mais sustentáveis e com menores consumos de energia.
A exportação destas tecnologias para as economias emergentes, com grande atividade no sector da Construção, pode ser uma grande oportunidade para as empresas que operam no sector, principalmente para as empresas de investigação e desenvolvimento.
A otimização das novas tecnologias contribuirá também para o desenvolvimento do Sistema Científico e Tecnológico Nacional e para dar visibilidade à investigação desenvolvida nas instituições de investigação Portuguesas.
Projeto
A redução do consumo da energia durante o período de utilização dos edifícios é hoje um desafio, não só para as economias ocidentais e países importadores de energia, mas também, para os países exportadores de energia que têm que reduzir o consumo interno para manter a balança de exportação. De facto, a eficiência energética dos edifícios é uma área de investigação global, com um mercado exigente à procura de novas soluções que permitam aumentar a independência energética dos edifícios, impulsionando o consumo de energias renováveis e reduzindo o consumo de combustíveis fósseis.
Hoje em dia, os materiais de mudança de fase (Phase Change Materials - PCMs) estão a ser usados em tecnologias para armazenamento e gestão de energia solar térmica ao permitirem tirar proveito do calor latente envolvido nos processos de mudança de fase sólido-líquido. Muitos PCMs foram já identificados para integrarem sistemas de armazenamento de calor latente (sistemas TES - Thermal Energy Storage). Várias técnicas de encapsulamento e confinamento para evitar fugas do PCM na fase líquida foram também já propostas, assim como diferentes técnicas para a incorporação de PCMs em diferentes materiais e sistemas de construção.
Os PCMs comerciais baseados em misturas parafínicas têm geralmente baixa condutividade térmica, o que pode condicionar a eficiência dos sistemas LHTES. A incorporação de alhetas de materiais com elevada condutividade térmica em macrocápsulas de secção retangular preenchidas com PCMs é uma das técnicas utilizadas para aumentar a transferência de calor para os PCMs. Estas cápsulas podem posteriormente ser incorporadas em sistemas verticais, tais como: paredes, tijolos, portadas, persianas, venezianas e painéis solares e fotovoltaicos. Assim, o estudo da mudança de fase em cavidades retangulares é de grande interesse, quer do ponto de vista teórico, quer para o desenvolvimento de novos sistemas LHTES para edifícios.
O objetivo principal deste projeto é estudar a transferência de calor através de uma bateria de cápsulas de secção retangular empilhadas e preenchidas com diferentes tipos de PCMs para aplicação em sistemas TES para edifícios. Esses sistemas são projetados para melhorar o desempenho energético dos edifícios.
O projeto também pretende definir protótipos em grande escala para serem otimizados numericamente e experimentalmente.
As principais linhas de investigação são:
- a caracterização da transferência de calor com mudança de fase em cavidades retangulares;
- a caracterização das propriedades termofísicas dos PCMs;
- a simulação numérica de escoamentos (CFD) considerando os fenómenos de mudança de fase, e
- a avaliação experimental da transferência de calor em regime transiente com mudança de fase.
A equipa de investigação interdisciplinar é constituída por investigadores com competências em materiais e em engenharia mecânica, térmica e civil.
Apoio
O projeto é promovido pela Associação para o Desenvolvimento da Aerodinamica Industrial em parceria com a Universidade de Coimbra e conta com o apoio do COMPETE 2020 no âmbito do Sistema de Apoio à Investigação Científica e Tecnológica (SAICT), envolvendo um Investimento elegível de 196 mil euros o que resultou num Incentivo FEDER de 166 mil euros.
Informações de Interesse