Positive energy schools with cool materials and passive strategies: scenarios and perspectives for the Brazilian context

Abstract

Edifícios padronizados replicáveis podem causar desconforto e aumento no uso de ar-condicionado atualmente e no futuro. Além disso, materiais super frios são soluções passivas eficazes para aprimorar o potencial de edifícios com energia positiva e sobrevivência passiva. Portanto, hipotetiza-se que seja possível alcançar energia positiva, conforto térmico, resiliência térmica e sobrevivência passiva em escolas públicas brasileiras padronizadas do FNDE, com fácil replicabilidade em oito zonas bioclimáticas, utilizando materiais frios, outras estratégias passivas e produção de energia local a partir de sistemas fotovoltaicos. Portanto, esta tese é estruturada pelos seguintes objetivos específicos e métodos: identificar o desempenho termoenergético das atuais escolas públicas brasileiras padronizadas em oito zonas bioclimáticas por meio de simulações do DesignBuilder e análise de conforto térmico adaptativo da ASHRAE 55; verificar materiais frios adequados e estratégias passivas para alcançar conforto térmico por meio de simulações de otimização com o EnergyPlus e o algoritmo JEA, análise de sensibilidade e balanço térmico; avaliar a resiliência térmica e a sobrevivência passiva das escolas no presente e futuro (Ano Meteorológico Típico - TMY, 2050 e 2080) com indicadores de frequência, intensidade e severidade; e avaliar o alcance de um balanço energético positivo. Os resultados mostraram que os modelos escolares atuais carecem de conforto térmico. Assim, recomendam-se diferentes tipos de tintas frias: Termocrômicas para áreas dominadas por aquecimento; Espectralmente Seletivas para áreas secas dominadas por resfriamento e Alta Emissividade de Banda Larga para áreas úmidas dominadas por resfriamento extremo. Em relação ao envelope opaco, recomendam-se telhados planos de massa térmica e paredes isoladas. Em 7 das 8 zonas climáticas, a tinta fria sobre o telhado plano de massa térmica foi a estratégia passiva mais influente no conforto térmico, seguida pela ventilação natural. O modelo escolar otimizado garante conforto térmico e sobrevivência passiva em todas as zonas bioclimáticas em TMY sem ar-condicionado, alcançando facilmente um balanço energético positivo com o sistema fotovoltaico. Apesar dos resultados melhorados no conforto térmico e na autonomia passiva em todos os cenários, o modelo otimizado apresenta uma maior porcentagem de horas ocupadas em condições perigosas de calor. Consequentemente, é necessário o uso de condicionamento artificial e um aumento de até 18,75% no sistema fotovoltaico para garantir conforto térmico, sobrevivência passiva e energia positiva.