Resumo Os materiais de mudança de fase - phase change materials (PCMs) possuem alta capacidade de armazenamento de energia na forma de calor latente e potencial para proporcionar conforto térmico aos usuários e economia de energia em edificações. Entretanto, muitos parâmetros devem ser analisados para sua escolha e utilização adequada. O objetivo deste artigo é discutir as potencialidades do uso de PCMs em sistemas construtivos a partir de uma revisão integrativa de literatura em repositórios nacionais e internacionais, identificando as classificações, critérios de seleção, incorporação, aplicação, tendências e lacunas das pesquisas. Foram encontradas 134 publicações, dentre as quais 103 representam o estado da arte nos últimos cinco anos. De maneira geral, as pesquisas encontradas demonstram que a utilização de PCMs em sistemas construtivos apresenta potencial para aumento das horas de conforto e redução do consumo de energia. As condições climáticas configuraram o parâmetro mais importante para a escolha adequada de PCMs, evidenciando a importância de pesquisas em regiões tropicais com clima quente e úmido, principalmente em baixas latitudes, como grande parte do Brasil. Também foi observado o enfoque crescente em pesquisas que utilizam simulações e otimizações multiobjetivo para avaliação simultânea dos diversos parâmetros envolvidos na associação de PCMs a sistemas construtivos.

Abstract Phase Change Materials (PCMs) have a high latent heat storage capacity and the potential to provide thermal comfort to users and energy savings in buildings. However, many parameters must be analysed for the adequate selection and application of these materials. This article discusses the potential of applying PCMs in construction systems based on an Integrative Literature Review of national and international publications, identifying the classification, selection, incorporation and application criteria, trends, and research gaps. The review covers 134 articles, 103 of which are state-of-the-art from the past five years. Most of the research studies examined demonstrate that using PCMs in constructive systems leads to increased comfort hours and lower energy consumption. Climate conditions proved to be the most crucial parameter for an adequate choice of PCMs, highlighting a gap in the research on tropical regions with hot and humid climates and low latitudes, such as a large portion of Brazil. This study also detected a significant growth in research using multi-objective simulations and optimisation to simultaneously evaluate the parameters involved in the association of PCMs and building systems.

RESUMEN Este estudio tuvo como objetivo evaluar el desempeño bioclimático de tres instalaciones de procesamiento húmedo de café en Colombia, enfocado en las condiciones para los trabajadores y el café pergamino, a través de simulación computacional. Además de la temperatura y la humedad relativa, se simuló el índice de temperatura del globo negro y bulbo húmedo (WBGT) durante el mes de mayor producción de café. El modelo de simulación propuesto pudo predecir el comportamiento higrotérmico dentro de las tres instalaciones de procesamiento de café. El caso 3 presentó el ambiente más cálido, y el caso 2 el ambiente más húmedo con respecto a las condiciones adecuadas para el café y el trabajador. En el caso 3 se superó el límite del índice WBGT. Dado que este tipo de instalaciones emite grandes cantidades de calor y vapor, se sugieren modificaciones constructivas para mejorar las condiciones ambientales de los trabajadores y el café. Principalmente, se recomienda la separación física de los intercambiadores de calor, que idealmente deberían estar fuera de la instalación de poscosecha. El vapor producido en el secado debe evacuarse rápidamente con estrategias de ventilación. Además, se sugiere el uso de estrategias que reduzcan la ganancia de energía de radiación solar.

ABSTRACT This study aimed to evaluate the bioclimatic performance of three wet coffee processing facilities in Colombia, focused on the conditions for workers and coffee parchment, through computer simulation. In addition to temperature and relative humidity, the Wet-Bulb Globe Temperature index (WBGT) was simulated during the highest coffee production month. The proposed simulation model was able to predict hygrothermal behavior within the three coffee processing facilities. Case 3 presented the warmest environment, and case 2 the most humid environment concerning the appropriate conditions for the coffee and the worker. The WBGT index limit was exceeded in case 3. Since this type of facility emits large amounts of heat and steam, constructive modifications are suggested to improve the environmental conditions of workers and coffee. Mainly, the physical separation of the heat exchangers is recommended, which ideally should be outside the post-harvest facility. The steam produced in the drying process should be quickly evacuated with ventilation strategies. Additionally, the use of strategies that reduce the energy gain from solar radiation is suggested.

Abstract Distributed photovoltaic generation (DPVG) has become a worldwide trend and is experiencing great growth in Brazil, although at a later rate than most of the more developed countries. Brazil has an incentive tariff for distributed electricity generation based on a compensation system, i.e. net metering, therefore DPVG is becoming increasingly popular for low voltage consumers. However, the business model of Brazilian electrical energy distribution utilities is primarily a function of the trade and distribution of energy in addition to the maintenance and expansion of the distribution grid. The objective of this study was to evaluate the business model of electric power distribution utilities and to propose possible improvements in order to make it more robust and maintain the viability of electric distribution utilities, in a context of increased utilization of distributed energy resources. Data and tariff compositions from a Brazilian distribution utility at low voltage were studied. Considering different consumptions possibilities, the annual tariff costs for different types of consumers were simulated, the percentages of tariff reduction for the consumers and for the utilities, if these consumers opted for DPVG. Finally, based on tariff proposals for other countries, a tariff was proposed. With the proposed binomial tariff, which includes charging demand and energy consumption, there was greater attractiveness for smaller consumers to adopt DPVG and reduced bills for consumers with less demand, making the system fairer and more balanced.

Resumo O uso de estratégias relacionadas à ventilação natural para garantir conforto térmico e renovação de ar é necessário em grande parte do território brasileiro. Nesse contexto, as chaminés solares promovem benefícios como o aumento das trocas de ar e do conforto dos usuários. Este artigo tem como objetivo investigar a capacidade de um modelo de chaminé solar proporcionar conforto e renovação de ar em salas de aula e escritórios. Foram realizadas duas etapas de simulações termoenergéticas no EnergyPlus: a primeira avaliou parâmetros como altura, número de dispositivos instalados por ambiente e orientação solar para proporcionar mais horas em conforto e renovação de ar para quatro cidades brasileiras; a segunda ampliou o escopo dos dispositivos/ambientes simulados para oito cidades brasileiras, com uso dos melhores parâmetros identificados. A variação dos climas na segunda avaliação apresentou um impacto de até 80% nas horas em conforto. A influência do dispositivo proporcionou um aumento médio de 28% no conforto nas salas de aula e 21% nos escritórios. Foram observadas taxas de renovação de ar média entre 2,4 e 13,5 trocas/hora. Os melhores resultados foram observados nas cidades da ZB1, ZB2, ZB3, ZB4 e ZB5, o que torna essas zonas bioclimáticas potencialmente favoráveis para a utilização dessa chaminé solar.

Abstract The use of natural ventilation strategies to provide thermal comfort and air changes is necessary in most of the Brazilian territory. In this context, solar chimneys can promote benefits such as increase air changes and enhance the thermal comfort of building users. This paper aims to investigate the ability of a solar chimney model to provide thermal comfort and air changes in classrooms and offices. We ran two stages of energy performance simulations on EnergyPlus: the first stage evaluated parameters such as height, number of installed devices per room and solar orientation aimed at providing more hours of comfort and air renewal in four Brazilian cities; the second stage expanded the scope of the devices/rooms simulated to eight Brazilian cities. In the second evaluation, the variation of climate conditions had an impact of up to 80% on comfort hours. The influence of the devices led to an average increase of 28% in comfort in classrooms and 21% in offices. The air change rates were between 2.4 and 13.5 ACH. The best performances were observed in the cities in ZB1, ZB2, ZB3, ZB4, and ZB5, demonstrating the potential benefits using this solar chimney in those bioclimatic zones.

RESUMEN Este estudio tuvo como objetivo llevar a cabo una comparación bioclimática de instalaciones de beneficio húmedo en Colombia, con tres tipologías típicas de la zona cafetera colombiana, a través de simulación computacional, específicamente evaluando los efectos del calor y vapor generados por el secado mecánico, y el área de ventilación natural sobre la temperatura y la humedad relativa en estas instalaciones. Se observó el efecto del área de ventilación natural, a mayor área de ventilación natural, menor temperatura y humedad relativa, es decir, se observó que la tipología b se comportó mejor bioclimáticamente que la tipología a. El ambiente interno de la tipología a (tipología escalonada), tuvo un mayor riesgo biológico de proliferación de hongos y bacterias, con una temperatura promedio de 27,5 °C, y una humedad relativa interna promedio de 70,6%. En el tipo c, como su secadora mecánica sobresale del edificio, y expulsa el vapor y el calor producidos en el proceso de secado al ambiente externo, mostró las mejores condiciones bioclimáticas para el café pergamino, con una temperatura promedio de 23,5 °C y una humedad relativa interna promedio del 65,5% la mayor parte del tiempo.

ABSTRACT This study aimed to perform a bioclimatic comparison of wet processing facilities of coffee in Colombia, with three typical types of Colombian coffee region, through computer simulation, specifically evaluating the effect of heat and steam generated by mechanical drying machines, and natural ventilation area on the temperature and relative humidity within these facilities. The effect of the natural ventilation area was observed, indicating that the greater the natural ventilation area, the lower the temperature and relative humidity, i.e. it was observed that typology b behaved better bioclimatically than typology a. The indoor environment of type a (stepped type), had a greater biological risk of proliferation of fungi and bacteria, with an average temperature of 27.5 °C, and average internal relative humidity of 70.6%. In type c, as its mechanical drying machine protrudes from the building, and expel the vapor and heat produced in the drying process to the external environment, showed the best bioclimate conditions for parchment coffee, with an average temperature of 23.5 °C and average internal relative humidity of 65.5% most of the time.

Resumo O desenvolvimento da tecnologia computacional nas últimas décadas levou a otimização associada à parametrização a possibilitar o desenvolvimento de projetos de melhor desempenho, com ou sem integração com a simulação. O intuito deste trabalho foi aplicar a otimização baseada em simulação na forma de uma edificação residencial unifamiliar com o objetivo de encontrar a composição que apresentasse o melhor desempenho térmico com o menor custo dos materiais construtivos, considerando-se restrições estruturais. Foram utilizados os programas Rhinoceros e Energy Plus, além de plug-ins para modelagem paramétrica, o intercâmbio de informações entre os programas e a condução da otimização. Foram realizadas duas simulações, a primeira considerando os custos dos componentes construtivos e os graus-hora de aquecimento e resfriamento combinados e a segunda considerando os custos e graus-hora de aquecimento, que produziu resultados mais relevantes. Dois casos de cada solução de Pareto foram selecionados para análise, dentre 19,8 mil e 27,4 mil casos obtidos com uso de algoritmos evolucionários. Apesar das limitações de algumas das ferramentas, foi verificado um grande potencial de aplicação deste método no desenvolvimento de projetos arquitetônicos.

Abstract The development of computer technology in the past few decades led optimization associated with parameterization to develop designs that perform better, with or without the use of computer simulation. The purpose of this study was to apply this method to optimize the shape of a single family residential building with the goal of finding the design that presented the best thermal performance with the lowest cost of construction materials, considering structural constraints. The software Rhinoceros, Energy Plus and plug-ins for parametric modelling, information exchange between software and conduction of optimization were used in this study. Two simulations were performed, one considering the cost of construction materials and combined heating and cooling degree-hours, the second considering cost and heating degree-hour, which produced more relevant results. Two cases of each Pareto Front were selected for analysis, out of 19.8 thousand and 27.4 thousand cases obtained through evolutionary algorithms. Despite the limitations presented by some tools, the study demonstrated that there is great potential for implementation of this technology in the development of architectural projects.

Resumo O desenvolvimento de zonas bioclimáticas permite a elaboração de estratégias direcionadas para a construção de edifícios que sejam adequados a cada zona particular. No Brasil a NBR 15220-03:2005 apresenta o zoneamento bioclimático brasileiro e as diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. Porém, desde sua publicação pesquisadores defendem a necessidade de uma revisão no zoneamento referindo, especialmente, a imprecisão na caracterização climática de cidades brasileiras. Por ser a única classificação climática no país, seu uso não se restringe às habitações de interesse social, sendo usada também para outras tipologias, o que reforça a necessidade de revisão. Com a contribuição destes pesquisadores, várias propostas surgiram para a revisão do atual zoneamento. O objetivo é discutir as várias propostas de zoneamento bioclimático brasileiro, tanto a da NBR 15220-3 quanto as propostas de revisão, mediante a aplicação delas à região de Colatina, ES. O método da pesquisa consistiu em aplicar dados dos arquivos climáticos de Colatina a cada uma das metodologias empregadas nas definições de zoneamento bioclimático. As análises mostraram que o método escolhido interfere diretamente na classificação climática de Colatina, fazendo com que a região estudada seja classificada na mesma zona climática, ou em zonas diferentes, das cidades próximas.

Abstract The development of bioclimatic zones enables the design of strategies targeted specifically at the different areas where buildings are going to be constructed. The Brazilian Standard NBR 15220-03/2005 features the Brazilian Bioclimatic Zoning and Construction Guidelines For Low-Income Family Housing. However, since its publication, researchers have argued that the Brazilian Bioclimatic Zoning needs to be updated, especially regarding the climate accuracy of Brazilian cities. As this standard is the only climate classification in the country, its recommendations are applied to a wide variety of buildings, which highlights the need for a review. With the contribution of these researchers, several suggestions of updates to the current zoning have emerged. The purpose of this paper is to discuss different proposals for Brazilian bioclimatic zoning, both that of NBR 15220-3's and its review proposals, through their application in the region of Colatina, in the sate of Espírito Santo. The research method consisted in applying the Colatina climate database files to each methodology employed in the definitions of bioclimatic zoning. The results showed that the chosen method directly interferes in the climate classification of Colatina: depending on the method used, the area under study may be considered to be in the same zone as its neighbouring cities or in a different one.

Na versão de 2010, os Requisitos Técnicos da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais de Serviços e Públicos (RTQ-C) apresentam características para avaliação que não foram quantificadas, tendo sido desenvolvidas conceitualmente. O objetivo deste artigo é avaliar esses impactos por meio da simulação de um edifício naturalmente condicionado, utilizado para esta pesquisa, com a aplicação de medidas de conservação de energia: parede envidraçada com câmara de ar e alvenaria, brises triangulares, brises horizontais paralelos à fachada, aberturas zenitais, absortância das paredes externas, todos comparados com um caso-base, um edifício sem proteções solares. A simulação no EnergyPlus forneceu temperaturas operativas cujos limites de conforto foram determinados de acordo com a ASHRAE Standard 55. O caso-base apresentou nível de eficiência B, e a alternativa com parede envidraçada com câmara de ar e alvenaria, com fator solar de 0,83, apresentou nível de eficiência A; todas as demais apresentaram nível de eficiência B, devido ao desconforto por frio na zona bioclimática 3. A alternativa com brises horizontais paralelos à fachada, com aletas de 25 cm, apresentou o menor equivalente numérico. Percebeu-se a necessidade de mensuração de variáveis similares em outros modelos de edifícios naturalmente condicionados e para outras localidades pertencentes à zona bioclimática, a fim de confirmar as potencialidades e limitações de tais medidas no RTQ-C.

In its 2010 version, the Technical Quality Requirements for Energy Efficiency Levels of Commercial and Public Buildings (QTR-C) included unmeasured evaluation features, since they were based on theoretical concepts. This paper aims to evaluate these impacts through the simulation of a naturally conditioned building, used for this study, with the application of energy conservation measures: glazing wall, triangular solar protections, horizontal solar protections along the façades, translucent skylights, solar absorptance of external walls, all compared with a base case, a building without any solar shading. The building simulation on EnergyPlus provided operative temperatures for which comfort limits were calculated according to the ASHRAE Standard 55. The base case presented efficiency level B, while the alternative with glazing wall and Solar Factor 0.83, presented efficiency level A; all the others presented efficiency level B, due to discomfort caused by cold in bioclimatic zone 3. The alternative with horizontal solar protections, with 25cm fins, showed the lowest numerical equivalent. The study indicated the need to measure similar variables in other naturally conditioned building models and in other sites in the same bioclimatic zone in order to confirm the potential and limitations of these measures in QTR-C.

A fachada dupla consiste de duas camadas, em geral envidraçadas, colocadas a certa distância, formando uma cavidade intermediária por onde o ar circula. Essas camadas abrangem fenômenos físicos complexos, como a ventilação por efeito chaminé e as trocas térmicas radiantes. Este trabalho apresenta um método de simulação com o programa EnergyPlus para análise do desempenho de um ambiente com fachada dupla. As camadas da fachada dupla estão submetidas às trocas radiantes e convectivas na cavidade intermediária devido ao efeito da ventilação provocado pela chaminé térmica. O método empregado considera a cavidade (entre camadas) como um microclima, cujas condições climáticas foram usadas para gerar um arquivo climático específico dessa zona. Esse arquivo foi posteriormente usado em outra simulação, que considerou apenas a camada interna da fachada, com foco na radiação solar. São apresentados dados que validam o processo de simulação, em vista das variáveis disponíveis pelo programa. Os resultados foram comparados a um caso-base sem fachada dupla. Os ganhos de calor pela fachada e as temperaturas operativas internas foram usados para verificação do desempenho térmico do ambiente com a fachada dupla. Esse processo fornece subsídios para análise de modelos mais complexos.

Double skin façade consists of two layers, usually glass made, placed at a distance, forming a cavity that allows air circulation. These layers include complex physical phenomenon, such as the ventilation stack effect and thermal radiant exchanges. This paper presents a simulation method using the software EnergyPlus to analyse the performance of a double skin façade environment. The layers of the double skin façade were subjected to radiant exchanges and to the stack effect. The method considers the cavity (between layers) as a microclimate, where climatic conditions were used to generate a weather file of the specific conditions for that zone. The weather file was later used in another simulation, which considered only the inner layer of the façade, with focus on the solar radiation. The data presented validate the simulation process, given the variables available for the program. The results were compared to a base case without double skin facade. The heat gains in the façade and the internal operating temperatures were used to verify the performance of the environment with double skin facade. This procedure provides a basis to analyse more complex models.

Vários países têm utilizado a energia solar com a finalidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis e as emissões de gases de efeito estufa. Os edifícios comerciais, públicos e residenciais são responsáveis por 47,6% do consumo de energia elétrica no Brasil. O chuveiro elétrico é o equipamento com maior participação de consumo em residências brasileiras, seguido da geladeira e do ar-condicionado. Objetivou-se com este trabalho analisar a eficiência energética de um sistema solar térmico com apoio elétrico para atender diferentes demandas de água quente em uma residência unifamiliar, comparativamente ao uso de chuveiro elétrico. No dimensionamento do sistema solar foram considerados parâmetros do Programa Brasileiro de Etiquetagem de edifícios e da norma técnica NBR 15569/2008. O aquecedor solar foi simulado pelo programa EnergyPlus nas condições climáticas de Viçosa, Minas Gerais. Entre outras variáveis, foram avaliadas a fração solar do sistema, a energia transferida ao coletor solar, a energia armazenada no reservatório térmico e o consumo de energia elétrica pelas duas opções de aquecimento. Foi verificado que a substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar com backup elétrico provocou uma redução média de 70% no consumo de energia elétrica destinado a aquecimento de água e 36% no consumo total de energia elétrica da residência.

Several countries have been using solar energy in order to reduce dependence on fossil fuels and to cut greenhouse gas emissions. Commercial, public and residential buildings are responsible for 47.6% of the electricity consumption in Brazil. Electric water heaters are the biggest energy consumers in Brazilian dwellings, followed by refrigerators and air-conditioners. The objective of this study is to analyze the energy efficiency of a solar water heating system with electric backup to meet the different hot water demands of a single-family dwelling, comparing it with electric water heaters. The parameters of the Brazilian Labeling Program for buildings and those of the technical standard NBR 15569/2008 were considered in the dimensioning of the the solar heating system. The solar heating system was simulated using the EnergyPlus software in the climatic conditions of Viçosa, Minas Gerais. The variables analyzed included the solar fraction, the energy transferred to the solar panels, the energy stored in the storage tank and the electricity consumption of the two water heating options. The results indicated that the replacement of the electric shower by the solar heater with electric backup led to an average reduction of 70% in electricity consumption for water heating and 36% of the dwelling's total electricity consumption.

Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos foi publicado no Brasil em fevereiro de 2009 como parte do Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO. Contém dois métodos de avaliação: o método prescritivo e o método de simulação. Neste artigo, o método prescritivo é rapidamente descrito para que seus fundamentos sejam discutidos, indicando especificidades e aplicações do método. É apresentada a aplicação deste método em um edifício existente, considerando 13 alternativas para a determinação dos níveis de eficiência da envoltória, sistema de iluminação e sistema de condicionamento de ar. Mostrou-se os casos nos quais o método de simulação é mais indicado que o prescritivo, por limitações deste último - os resultados variaram de níveis de eficiência A, mais elevados, a E, de baixa eficiência. Dessa forma, mostrou-se o potencial de avaliação do método prescritivo.

The Technical Regulations for Energy Efficiency Labelling of Commercial Buildings (RTQ-C) was published in Brazil in February 2009 as part of INMETRO Brazilian Labeling Program. It contains two evaluation methods: the prescriptive method and the simulation method. This paper describes the prescriptive method, and discusses its foundation, pointing out specific features and applications of this method. This method was applied in an existing building, considering 13 alternatives to access the energy efficient labels of the envelope, lighting system and air conditioning system. The paper points out cases in which the simulation method is more appropriated than the prescriptive method, due to limitations of the later - the results ranged from A, more efficient, to E, less efficient. Then, this analysis indicates the evaluation potential of the prescriptive method.

A descrição dos métodos de avaliação do regulamento de eficiência energética de edifícios do Programa Brasileiro de Etiquetagem está contida em dois artigos. A primeira parte apresenta e discute o método prescritivo. A segunda parte refere-se ao método de simulação e suas aplicações, em que são discutidas questões acerca da simulação envolvendo o desempenho do edifício condicionado e o uso da simulação de ventilação natural, mas com enfoque no entorno do edifício condicionado e o aproveitamento da luz natural. Para tanto, um edifício real foi simulado de acordo com o método do Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C), com e sem sombreamento do entorno e com e sem brises. Seu modelo de referência foi também simulado, com e sem sombreamento do entorno. Os resultados de consumo anual foram comparados para avaliar o potencial de economia de eletricidade de cada modelo em relação a duas opções de modelos de referência. Essas duas opções foram também discutidas, mostrando por que o modelo de referência não deve possuir sombreamento no entorno para a simulação, segundo o RTQ-C.

The description of the evaluation methods of the Brazilian energy efficiency regulations for buildings is presented in two papers. The first part presents and discusses the prescriptive method. The second part deals with the simulation method and its use, and discusses issues related to the simulation of the performance of air-conditioned buildings in particular, but also of naturally ventilated buildings, focusing on the surroundings of the air-conditioned building and the use of daylight. An existing building was simulated based on the method of the Technical Regulations for Energy Efficiency Labelling of Commercial Buildings (RTQ-C) in Brazil, with and without surrounding shading, and with and without brise soleil. Its reference model was also simulated with and without surrounding shading. The results of annual electricity consumption were compared in order to assess the savings potential of each model in relation to the two reference models. The results of the two reference models were also discussed, explaining why the reference model should not have surrounding shading for simulation, according to the RTQ-C.