Comparação do desempenho térmico e energético de um sistema fotovoltaico integrado a uma fachada: edifício educacional em Florianópolis

Abstract

As edificações são responsáveis por aproximadamente 50% do consumo de eletricidade no Brasil. A utilização de estratégias passivas, ativas, e proativas, podem ser usadas para melhorar o desempenho termo energético das edificações. Quando são incorporadas nas etapas iniciais de projeto, se consegue obter os melhores resultados com menor custo. Em edificações de vários pavimentos, o sistema de vedação vertical é o elemento construtivo com maior influência nas trocas de calor da edificação com o meio externo. Numa edificação com envoltória adequada ao clima (estratégia passiva), uma forma de melhorar o desempenho da edificação é o uso de sistema fotovoltaico aplicado na envoltória (BIPV), estratégia proativa que possibilita a geração de energia limpa in loco. Neste trabalho foi feito uma comparação do desempenho termo energético de três sistemas de vedação vertical em uma edificação de uso educacional em Florianópolis. Os casos avaliados foram: um caso base, com parede simples em alvenaria; um caso com parede simples e sistema fotovoltaico aplicado diretamente sobre a fachada norte; e por último, um caso com sistema de parede dupla ventilada e sistema fotovoltaico integrado, funcionando como pele externa. Os modelos foram analisados por meio de simulação computacional no software EnergyPlus. Através dessas simulações obteve-se o consumo de energia, a carga térmica, o balanço térmico e a temperatura de ponto de equilíbrio de cada caso, além da geração de energia do sistema fotovoltaico. Como resultado constatou-se que os dois casos com uso de sistemas fotovoltaicos obtiveram um aumento da carga térmica de ar condicionado quando comparados ao caso base. Desta forma, os casos com sistemas fotovoltaicos na fachada apresentaram um consumo maior de energia quando comparados ao caso base. Porém, a geração de energia decorrente do sistema fotovoltaico simulado foi superior a demanda energética do ar condicionado, resultando que o caso base apresentou a maior demanda energética.Buildings are responsible for approximately 50% of energy consumption in Brazil. The use of passive, active and proactive strategies can improve the thermal energy performance of buildings. When these strategies are incorporated in the initial design stages, it is possible to obtain the best results at a lower cost. In several floors buildings, the vertical sealing system is the constructive element that has the greatest influence on the heat exchange between the building and the environment. In a building with adequate climate envelope (passive strategy), a way to improve the building’s performance is the use of photovoltaic applied to the envelope (BIPV), proactive strategy that enables the generation of clean energy in loco. In this study, it was made a comparison of the thermal energy performance of three vertical sealing systems in an educational building in Florianópolis. The cases evaluated were: a base case, with a simple masonry façade; a case with a simple masonry façade and a photovoltaic system applied on the north wall; and a case with a double skin façade with an integrated photovoltaic system as the external north skin. Three models were analyzed, one for each case, using computer simulation in EnergyPlus. Through these simulations, the energy consumption, thermal load, thermal balance and the balance point temperature were obtained, furthermore, the energy generation of the photovoltaic system. Through the simulations results, it was found that both cases with photovoltaic system had an increase in the thermal load of air conditioning when compared to the base case. Thus, the cases with photovoltaic systems on the façade had higher energy consumption when compared to the base case. However, the energy generation resulting from the simulated photovoltaic system was higher than the energy demand of the air conditioning, resulting in the base case having the highest energy demand.