Desempenho térmico de edificações residenciais em madeira industrializada no Brasil com o uso de materiais de mudança de fase e de sistemas híbridos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Cibele Eller, 1991-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/20475
Resumo: Orientadores: Lucila Chebel Labaki, Maria Gabriela Caffarena Celani
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spelling Desempenho térmico de edificações residenciais em madeira industrializada no Brasil com o uso de materiais de mudança de fase e de sistemas híbridosThermal performance of industrialized timber residential buildings in Brazil using phase change materials and hybrid systemsMateriais de mudança de faseSistemas híbridosConstrução de madeiraConforto térmicoEficiência energéticaArquitetura - Simulação por computadorPhase change materialHybrid systemsTimber constructionThermal comfortEnergy efficiencyBuilding performanceArchitecture - Computer simulationOrientadores: Lucila Chebel Labaki, Maria Gabriela Caffarena CelaniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: Sistemas construtivos em madeira têm sido objeto de atenção internacionalmente devido a suas características sustentáveis de armazenamento de carbono e sua contribuição para a mitigação das mudanças climáticas. Entretanto, seu desempenho térmico, em geral, é inferior ao de alvenaria convencional para a maioria dos contextos climáticos do Brasil. A falta de inércia térmica, principal causa desse fato, pode ser compensada com algumas estratégias, como a incorporação de materiais de mudança de fase (phase change materials - PCM) e com o uso de sistemas híbridos com maior massa térmica. O objetivo deste trabalho é investigar o efeito dessas estratégias sobre o desempenho térmico de edifícios residenciais multifamiliares industrializados em madeira, mais especificamente nos sistemas de wood frame (WF) e de cross laminated timber (CLT), com a finalidade de adequá-los às demandas climáticas brasileiras. Na fundamentação teórica, foi apresentado um panorama dos sistemas construtivos em madeira disponíveis no Brasil, com ênfase nos de maior grau de industrialização. Realizou-se também um levantamento de pesquisas em desempenho térmico desses sistemas no Brasil. Constatou-se que os sistemas em madeira, em sua maioria, possuem desempenho térmico inferior ao da alvenaria convencional, principalmente em climas quentes e nos verões de climas subtropicais, em consequência de sua baixa capacidade térmica. A partir dessa constatação, foi estabelecida uma correlação entre as estratégias passivas recomendadas para as zonas bioclimáticas brasileiras e as possibilidades e limitações dos sistemas industrializados em madeira. Foi evidenciada a importância da inércia térmica, principalmente em ambientes naturalmente ventilados e o potencial da utilização de sistemas híbridos. A segunda parte do trabalho consistiu em um estudo experimental, baseado em simulações computacionais com o uso do programa de modelagem Energy Plus, seguindo o procedimento de simulação da NBR 15575/2021. A partir da definição de um modelo de referência de bloco residencial multifamiliar, foramavaliados diferentes cenários para definir as melhores estratégias de acordo com as condições de cada zona bioclimática. Entre essas estratégias, foram testados a adição de PCM em diferentes combinações de wood frame e CLT e o uso de sistemas híbridos, com laje mista de CLT e concreto, vigas de madeira e concreto e torre de sanitários em concreto maciço. Os resultados evidenciaram a necessidade de maior inércia térmica nas zonas bioclimáticas 3 a 8 em contraste com as zonas 1 e 2, que se beneficiaram de construções leves com isolamento térmico. Com a adição de PCM no ponto de fusão adequado para o clima, foi possível atingir o nível superior de desempenho da norma para todas as zonas bioclimáticas brasileiras. Os sistemas híbridos, por sua vez, não apresentaram uma melhora significativa no nível de desempenho em comparação ao PCM. Concluiu-se que existe potencial para a adequação térmica dos sistemas em madeira industrializada no Brasil por meio da incorporação de materiais de mudança de fase. O uso desse material na construção civil deve ser estudado e incentivado em conjunto com sistemas construtivos industrializados em madeira para o cenário climático do Brasil, podendo, assim, apoiar a consolidação desses sistemas que apresentam inúmeras vantagens na esfera da sustentabilidadeAbstract: Wood construction systems have been the subject of international attention due to their sustainable characteristics, such as carbon storage and contribution to mitigating climate change. However, their thermal performance is generally lower than that of conventional masonry in most climatic contexts in Brazil. The lack of thermal inertia, the main cause of this fact, can be compensated with some strategies such as incorporating phase change materials (PCM) and using hybrid systems with greater thermal mass. This study aims to investigate the effect of these strategies on the thermal performance of industrialized multifamily residential buildings made of wood, specifically using wood frame (WF) and cross-laminated timber (CLT) systems, with the purpose of adapting them to Brazilian climatic demands. The literature review provides an overview of wood construction systems available in Brazil, with emphasis on those with higher degrees of industrialization, and also includes a survey of research papers on the thermal performance of these systems in Brazil. It was found that wood systems, for the most part, have lower thermal performance than conventional masonry, especially in hot climates and in summers in subtropical climates, due to their low thermal capacity. Based on this, a correlation was established between the recommended passive strategies for Brazilian bioclimatic zones and the possibilities and limitations of industrialized wood systems. The importance of thermal inertia, particularly in naturally ventilated environments, was highlighted, as well as the potential of using hybrid systems. The second part of the study consisted of an experimental investigation through computer simulations using the Energy Plus modeling program, based on the simulation procedure of NBR 15575/2021. Different scenarios were evaluated for a reference model of a multifamily residential block to determine the best strategies according to the conditions of each bioclimatic zone. Among these strategies, the addition of PCM in different combinations of wood frame and CLT and the use of hybrid systems, including timber-concrete composite structures and precast concrete toilets, were tested. The results showed the need for greater thermal inertia in bioclimatic zones 3 to 8, contrasting with zones 1 and 2, which benefited from insulated lightweight constructions. With the addition of PCM at the appropriate melting point for each climate, it was possible to reach the standard's superior performance level for all Brazilian bioclimatic zones. Hybrid systems, in turn, did not show a significant improvement in performance levels compared to PCM. In conclusion, there is potential for thermal adequacy of industrialized wood systems in Brazil through the incorporation of phase change materials. The use of these materials in civil construction should be studied and encouraged in conjunction with industrialized building systems in wood for Brazil's climatic scenario, thus supporting the consolidation of these systems, which offer numerous advantages in terms of sustainabilityAbertoDoutoradoArquitetura, Tecnologia e CidadeDoutora em Arquitetura, Tecnologia e CidadeCAPES88887.468320/2019-00[s.n.]Labaki, Lucila Chebel, 1943-Celani, Maria Gabriela Caffarena, 1967-Souza, Roberta Vieira Gonçalves deFaria, João Roberto Gomes deNeves, Leticia de OliveiraUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Arquitetura, Tecnologia e CidadeUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRodrigues, Cibele Eller, 1991-20232023-12-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (185 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/20475RODRIGUES, Cibele Eller. Desempenho térmico de edificações residenciais em madeira industrializada no Brasil com o uso de materiais de mudança de fase e de sistemas híbridos. 2023. 1 recurso online (185 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/20475. 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