Painéis de gesso cartonado

A envolvente vertical dos edifícios é um dos elementos construtivos preferenciais para a análise das potencialidades dos PCMs na construção, em particular a sua incorporação em painéis de gesso cartonado e em revestimentos à base de gesso. A utilização deste tipo de soluções em paredes divisórias de edifícios com baixa massa térmica tem sido alvo de intensa investigação, resultando no desenvolvimento de alguns produtos já disponíveis no mercado.

Painéis de gesso impregnados com PCMs podem ser instalados no lugar de painéis comuns durante a construção nova, ou durante a reabilitação de um edifício, o que aumenta significativamente as áreas de armazenamento térmico para aquecimento/arrefecimento solar passivo, permitindo a diminuição das cargas de arrefecimento e aquecimento mecânico. Desta aplicação resultarão pouco ou nenhum custo adicional decorrente da instalação de painéis com PCMs no lugar do gesso comum [33].

Athienitis et al. [69] analisaram o comportamento de uma célula de teste constituída por painéis de gesso cartonado impregnados de PCM (25% em massa e temperatura de transição entre 17-21˚C), sujeita à temperatura exterior durante o Inverno. A temperatura interior da célula de teste foi mantida a 23 ˚C durante o dia e 16 ˚C durante a noite. Constatou-se uma redução na temperatura máxima de 4 ˚C com a incorporação de PCMs. Quando comparada, a solução com PCMs permitiria reduzir em 15% o consumo de energia para aquecimento.

Darkwa et al. [70] investigaram o comportamento de duas soluções distintas incorporando PCMs. Compararam painéis de gesso cartonado, com 12 mm de espessura, impregnadas com PCMs, com placas de gesso cartonado simples, com 10 mm de espessura, revestidas por lâminas de PCM com 2 mm. A quantidade de PCMs usada era, em ambos os casos, de 17%. Os resultados obtidos permitiram concluir que a utilização de PCM laminado é mais eficiente no que diz respeito à utilização da energia latente, tendo esta solução contribuído para um aumento de 17% da temperatura interior mínima.

Chen et al. [71] sugeriram a aplicação de um novo PCM, incorporado em painéis de gesso cartonado, no interior de uma parede orientada a norte de uma célula de teste.

O resultado indica que a aplicação de PCM adequada à superfície interna da parede norte da sala não só pode melhorar muito o conforto térmico interior, como também aumentar a taxa de utilização da radiação solar, de modo que o consumo de energia de aquecimento é reduzido e a meta de economia de energia é alcançada. Durante o dia, a temperatura máxima atingida foi de 25,5 ˚C no lado de referência e de 24 ˚C no lado do PCM.

A adoção desta solução no inverno, utilizando painéis com 30 mm de espessura e PCM com temperatura de transição de 23 ˚C, demonstrou um potencial de poupança energética de 17% com base numa temperatura de conforto de 20 ˚C.

Kalousck e Hirs [72] desenvolveram um caso de estudo, no qual comparam o conforto térmico simulado em duas salas no sótão de uma casa durante o verão, onde a primeira sala é constituída por gesso convencional e a segunda com painéis impregnados de PCM. Foi utilizado um PCM com ponto de fusão de 29˚C, com uma aplicação a 70% PCM e 30% em gesso. Conclui-se deste estudo que o painel com PCM poderia manter o conforto térmico de verão na sala sótão da casa, onde se verificou que a temperatura da superfície e a temperatura do ar na sala diminuiu 3,5 e 2,5 ˚C, respetivamente.

Oliver et al. [73] estudaram a conformidade da inclusão de PCMs em painéis de gesso para multiplicar a sua capacidade de armazenamento de energia térmica. A influência de diferentes parâmetros e variáveis do sistema (temperatura ambiente, velocidade do ar, exposição de materiais de mudança de fase e localização no edifício), foram estudadas para estabelecer um sistema de armazenamento de calor latente que, complementado com estratégias passivas (ganhos solares, ventilação natural), poderia reduzir o consumo de energia em edifícios. Este estudo demonstrou que um painel de gesso com 1,5 centímetros de espessura, incluindo 44,5% do seu peso em PCM, é capaz de armazenar cinco vezes mais energia térmica do que um painel de gesso atual com a mesma espessura, ou uma parede de tijolo com 11,5 cm de espessura na faixa de conforto (20-30 °C), mantendo as propriedades mecânicas e físicas necessárias.

A incorporação de microcápsulas de PCM em pastas de gesso é outra das soluções que tem sido investigada para o revestimento de paredes. Schossig et al. [74] construíram duas células de teste, cujas paredes foram revestidas internamente com gesso projetado, com e sem PCM.

Durante o decorrer da experiência, foram testadas duas soluções: um revestimento com 6 mm de espessura, incorporando 40% de PCM, e um outro, com 15 mm de espessura incorporando 20% de PCM; em ambos os casos o PCM utilizado apresentava uma gama de temperaturas de transição entre os 24-27 ˚C.

Durante o período monitorizado com o revestimento de 6 mm verificou-se uma temperatura interior máxima, na célula com PCM, de cerca de 4 ˚C mais baixa, sendo esta atingida com um desfasamento de 1 hora mais tarde, Figura 23. Com sombreamento, proporcionado por estores interiores, as diferenças registadas foram de apenas 2 ˚C. O contributo do PCM para o conforto térmico foi de tal forma significativo que, durante um período de três semanas, apenas se registaram temperaturas superiores a 28 ˚C durante cerca de 5 horas na célula com PCM, em detrimento das cerca de 50 horas na célula de referência.

Figura 23: Comparação dos resultados de temperaturas obtidas para uma solução com e sem incorporação de PCM [74]