AC Ambiente Construído Ambiente Construído 1415-8876 1678-8621 Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído - ANTAC Abstract The Brazilian energy matrix is predominantly renewable due to the abundance of water resources and seeks diversification in response to growing demands and environmental, social, economic, and technological considerations. Photovoltaic solar energy emerges as a clean alternative with unlimited availability. The global trend of integrating multiple functions into photovoltaic modules, known as BIPV (Building Integrated Photovoltaics), is gaining prominence especially when combined with thermal exchanges, forming BIPV/T. In this article, with the aim of revealing the thermal interferences of photovoltaic modules on façades, an experiment is conducted using a control cell and a test cell. The experiment includes comparative analyses of air temperatures between cells with and without Polycrystalline Silicon photovoltaic modules applied to the radiation-receiving face. It was concluded that, under the conditions of the experiment, without openings to allow air circulation between the back of the photovoltaic module and the interior of the test cell, the application of the photovoltaic module can minimize immediate heating during summer. In winter, despite its potential for heating, without ventilation mentioned and the low thermal inertia of the conventional masonry wall did not allow this potential to be utilized. Introdução A função principal das edificações é oferecer proteção e conforto aos usuários (Ochoa; Araújo; Sattler, 2012), e seu design influencia diretamente a interação entre o clima externo e o ambiente interno (Givoni, 1998). A arquitetura bioclimática aplica estratégias baseadas no clima, características construtivas e uso dos espaços internos (Bilésimo; Rampinelli; Marcelino, 2018; Mello et al., 2017; Gonçalves; Graça, 2004). A integração de módulos fotovoltaicos em edificações (BIPV – Building Integrated Photovoltaic) pode atuar tanto como material de acabamento quanto para produção de energia (Jelle; Breivik; Rokenes, 2012), contribuindo para o desenvolvimento da arquitetura bioclimática (BIPV/T – Building Integrated Photovoltaic Thermal) e pode ser aplicada em novas construções ou retrofit de edificações antigas, tornando-as mais sustentáveis. No entanto, o BIPV enfrenta desafios como sombreamentos, que afetam a eficiência energética (Zomer, 2014). Apesar disso, o uso de elementos fotovoltaicos tem grande potencial no Brasil (Scarabelot; Rampinelli, 2019). A irradiação em fachadas, devido à extensão das áreas, é relevante para o potencial solar geral de um edifício em área urbana, sendo importante para o desenvolvimento de políticas de disseminação solar e planejamento urbano (Redweik; Catita; Brito, 2013). Também para essas tipologias, a fachada ventilada pode ser importante (Delisle; Kummert, 2016). Quando o objetivo da instalação do sistema fotovoltaico é apenas geração de energia, há um potencial de energia térmica desperdiçado. Ao mesmo tempo, o aquecimento diminui a produção de energia ao elevar a temperatura padrão de operação acima de 25 ºC (Kant et al.,2016). Os sistemas híbridos aproveitam essa energia (Oliveira; Guerra; Vieira, 2019), podendo ser ativos ou passivos, sem qualquer tipo de bombeamento de ar ou líquido (Jurinic, 2020). É possível encontrar diversos trabalhos na literatura sobre sistemas BIPV, entretanto a maioria das pesquisas não avalia a geração térmica desse tipo de sistema (Rodrigues, 2018). Embora a matriz energética brasileira seja predominantemente hídrica e ainda tenha potencial, os recursos hídricos podem ser utilizados de outras maneiras. Portanto, diversificar as fontes de energia é a abordagem recomendada (Sauaia, 2017). A energia fotovoltaica tem os menores impactos socioambientais (Silva; Shayani; Oliveira, 2018) e é uma boa alternativa para diversificar a matriz energética do Brasil. Ela também pode ajudar o país a atingir suas metas de redução de gases de efeito estufa e de combate às mudanças climáticas (Dantas; Pompermayer, 2018). Além disso, desde 2012, com a regulamentação, a formação de associações e consórcios tem facilitado o acesso a essa energia (Santos, 2019). A elevação da temperatura de operação diminui a eficiência das células fotovoltaicas, pois reduz a tensão de circuito aberto, especialmente em células de silício, que sofrem uma perda de -2,2 mV/ºC (Prieb, 2002). Para mitigar essa perda de eficiência, é necessário resfriar os módulos fotovoltaicos (Kant et al., 2016). Royne, Dey e Mills (2005) apresentam em revisão bibliográfica vários métodos de resfriamento para essas células. A temperatura das células fotovoltaicas pode aumentar significativamente quando a irradiância ultrapassa 1.000 W/m², e os módulos fotovoltaicos têm pouca ventilação (ABNT, 2019). Sistemas híbridos elétricos e térmicos aproveitam o calor gerado para climatização de edificações. No Brasil, a climatização residencial representa 10% da demanda de eletricidade, valor que dobrou de 2005 a 2022 (EPE, 2024). Estudos que conciliam controle térmico passivo e produção de energia são, portanto, cruciais. O BIPV (Building Integrated Photovoltaics) oferece vantagens como não exigir área adicional para instalação, eliminar perdas na transmissão, não requerer infraestrutura extra, e contribuir para aspectos estéticos, ecológicos e de inovação (Ruther, 2009). O BIPV, além da geração de energia elétrica, pode influenciar a demanda para aquecimento, arrefecimento e iluminação, promovendo o melhor desempenho energético da edificação, influências pouco estudadas para locais de clima quente, como é o caso do Brasil (Rodrigues, 2018). As vantagens térmicas e estéticas tornam o BIPV um dos segmentos que mais cresce na indústria fotovoltaica (Hu et al., 2017). Quando a influência térmica é aproveitada, resultam os BIPV/T – sistemas fotovoltaicos térmicos integrados à edificação. Esse sistema híbrido que gera simultaneamente energia elétrica e térmica conta com um fluido, líquido ou o próprio ar, com movimentação natural ou forçada (Odisi, 2018). A redução do desempenho pela elevação da temperatura dos sistemas híbridos fotovoltaico-térmicos (PV/T - Photovoltaic/Thermal) acima dos 25 ºC justifica a implementação de formas para remover o calor operacional e garantir a eficiência energética (Wu et al., 2011). O custo-benefício aumenta quando a energia térmica é convertida em energia em útil (Delisle; Kummert, 2016). Em revisão bibliográfica, Debbarma, Sudhakar e Baredar (2017) analisaram vários sistemas fotovoltaicos e concluíram a importância pela busca da melhor temperatura operacional. Os autores destacam as vantagens do BIPV/T sobre o BIPV, pelo ganho térmico associado ao sistema e otimização de área. Yang e Athienitis (2016) concluíram que os sistemas de BIPV/T que utilizam o ar como fluido apresentam os problemas da reduzida capacidade térmica, sendo seu uso justificado quando proporcionam leveza final e agregam menores custos e mais simplicidade ao conjunto. Materiais de construção ou sistemas construtivos convencionais existentes, como chapas metálicas nervuradas, telhas fotovoltaicas, paredes Trombe e coletores opacos ventilados podem ser explorados para uso no desenvolvimento de sistemas BIPV/T inovadores. Kant et al. (2016) constataram, por meio de estudos numéricos e experimentais em duas cidades da Índia, que a temperatura de módulos de silício policristalino frequentemente ultrapassou os 25 °C ideais, tanto no inverno quanto no verão, indicando a necessidade de sistemas de resfriamento integrados. Delisle e Kummert (2016) desenvolveram, a partir de simulação numérica, um comparativo para avaliar a relação custo e benefício entre sistemas de BIPV em relação aos de BIPV/T baseado em sistemas a ar. Os autores avaliaram seis tipologias residenciais típicas do Canadá e os resultados demonstraram que os sistemas de BIPV/T sempre resultam em uma maior produção de energia, no caso, somatória de energia elétrica e térmica. Os autores também sugerem uma análise semelhante para edifícios maiores, salientando o potencial para sistemas fotovoltaicos integrados em fachadas com recuperação de energia térmica frente aos sistemas integrados em telhado. Ressaltaram que o sistema BIPV/T usado para pré-aquecimento de ar fresco teria melhor aproveitamento em edificações maiores do que em um Cenário de moradia unifamiliar (Delisle; Kummert, 2016). Em um estudo numérico, Hu et al. (2017) avaliaram três configurações de um sistema BIPV/T derivado de parede Trombe e concluíram que em função do acúmulo de aquecimento na parte posterior do painel fotovoltaico, o sistema com os módulos fotovoltaicos mais afastado das paredes da edificação acaba gerando mais energia elétrica por conseguir reduzir o aquecimento. Como as simulações foram desenvolvidas considerando a convecção natural, os autores sugerem avaliar com ventilação forçada e com algum tipo de isolamento na parede da edificação para os meses de verão. No Brasil, Didone, Wagner e Pereira (2014) realizaram uma simulação computacional em três situações: edifício de escritórios com tipologia típica brasileira; edifício otimizado, de forma a atender alguns requisitos de obtenção de selo de eficiência energética; e edifício com sistema fotovoltaico de geração de energia, caracterizando um BIPV. Foi avaliada a aplicação do sistema em fachada, telhado ou elementos de proteção solar. Os autores concluíram que se pode obter um edifício com muita eficiência energética, aproximando-se de Edifícios de Energia Zero (EEZ), tanto na simulação para Fortaleza/CE, cidade com excelente potencial solar, como em Florianópolis/SC. Várias pesquisas desenvolvidas entre 2010 e 2017 no Brasil utilizaram, em sua grande maioria, coletores PVT do tipo água, visto que o país é considerado de clima quente, dispensando assim sistemas para aquecimento de ar (Oliveira; Guerra; Vieira, 2019). A partir de uma simulação numérica, Odisi (2018) obteve resultado favorável ao resfriamento de módulos fotovoltaicos e ao aquecimento da água circulando na face posterior dos mesmos, solução aplicável sobretudo em situações nas quais os módulos apresentem obstruções à ventilação. Também por simulação numérica, Ospina (2016) analisou o ângulo de inclinação solar para seis cidades de diferentes regiões do Brasil. Além da diferenciação pela radiação, foi constatada a influência da velocidade do vento, gerando perdas térmicas por convecção na face superior dos sistemas com água. Kaltmaier Junior (2020) desenvolveu uma edificação experimental em Curitiba/PR para explorar a utilização de um sistema composto por um módulo fotovoltaico de telureto de cádmio (CdTe). O sistema propiciou trocas de ar entre o módulo fotovoltaico e o interior da edificação, com o objetivo de aproveitamento de ar aquecido no inverno e a renovação com ar externo no verão. As comparações foram desenvolvidas em relação ao enquadramento nas zonas de conforto. O aquecimento dos módulos fotovoltaicos é inerente à sua operação, e a necessidade de resfriamento ou o aproveitamento do potencial térmico gerado tem sido o foco de diversas pesquisas. Segundo Agathokleous; Kalogirou, 20151 apud Bender et al. (2020) há muitos estudos realizados na análise de transferência de calor de fachadas de pele-dupla, mas poucos realizados nas fachadas BIPV, e no que diz respeito à análise de transferência de calor com coeficientes de convecção natural, não há estudos nas fachadas solares. Dessa forma, este estudo tem como objetivo analisar experimentalmente a influência térmica de um sistema fotovoltaico instalado em uma fachada de alvenaria para a cidade de Curitiba/PR. Método e materiais O método foi concebido para ser experimental e comparativo. Optou-se pelo uso de células-teste, como protótipos para o estudo, pois são uma alternativa diante das dificuldades de se testarem edifícios reais e dos custos para construção de grandes edifícios voltados especificamente para testes (Fernandes et al., 2015). O método aplicado consiste em cinco etapas: escolha do local para construção das células-teste; construção das células-teste; definições dos Cenários de monitoramento; monitoramento dos dados microclimáticos, da temperatura do ar e de superfície; e análises comparativas entre resultados obtidos na célula-teste com o módulo fotovoltaico e sem o módulo. O termo célula-teste refere-se ao protótipo que recebeu o módulo fotovoltaico, e o termo célula-controle, ao protótipo que não recebeu o módulo. Foram construídas duas células-teste, ambas com uma parede de alvenaria de 15 cm de espessura, exposta ao sol, enquanto as demais paredes foram projetadas para serem quase adiabáticas. As células foram posicionadas lado a lado, com as paredes de alvenaria voltadas para o norte, garantindo condições idênticas de insolação. A célula-teste recebeu um painel fotovoltaico em frente à sua parede de alvenaria, enquanto a célula-controle manteve a parede exposta com uma pintura de tonalidade cinza. Temperaturas superficiais e do ar foram medidas em diferentes Cenários, variando a distância e vedação entre o módulo fotovoltaico e a parede, durante 24 horas, sob condições climáticas de verão e inverno em Curitiba/PR. Foram realizadas análises comparativas de diferença de temperatura do ar, sincronicidade entre temperaturas do ar máximas e mínimas e classificação segundo a faixa de conforto para a zona climática de Curitiba. Localização O experimento foi desenvolvido em um terraço na cidade de Curitiba, estado do Paraná, na latitude 25,42° sul e longitude 49,27° oeste, na altitude aproximada de 925 m acima do nível do mar. De acordo com a classificação climática Köppen-Geiger, Curitiba apresenta clima temperado, sem estação seca e verão ameno (CFB). Apresenta o mês de julho como o mais frio, com temperatura do ar média de 13,8 °C e a máxima de 20,1 ºC. Fevereiro é o mês mais quente, com a temperatura máxima em torno de 27,2 ºC e média de 21,4 ºC (INMET, 2022). A precipitação anual é de 1.550 mm, ligeiramente concentrada nos meses de verão, tendo como os meses mais secos, julho e agosto (Alvares et al., 2013). Células-teste Para o desenvolvimento da célula-teste foram levados em consideração a possibilidade de manuseio e ao mesmo tempo a adequação de espaço à instalação dos equipamentos. Com base nas dimensões de um módulo fotovoltaico reduzido (1,30 x 0,70 x 0,035 m – altura, largura e profundidade) foi elaborado o projeto dos protótipos para a construção (Figura 1). A célula-teste possui as dimensões de 1,78 x 0,82 x 0,70 m (altura, largura e profundidade), as paredes são constituídas de madeira compensada com espessura (e) de 0,025 m, revestida internamente com poliestireno expandido (e = 0,05 m) e apresenta transmitância térmica (U) de 0,706 W/m²K. A frente, voltada para o norte, é constituída de uma parede em alvenaria com 0,15 m de espessura e transmitância térmica (U) de 2,28 W/m²K (ABNT, 2005). As células-teste foram construídas no local do experimento e executadas conforme ilustrado na Figura 2. Por fim, as células-teste foram pintadas e dispostas lado a lado (Figura 3). A célula-teste recebeu a aplicação de um painel fotovoltaico em frente à parede de alvenaria (Figura 3c). O módulo fotovoltaico escolhido foi o de silício policristalino, mais utilizado no Brasil e com o maior rendimento em função da área, representado por um módulo reduzido de 1,30 x 0,70 x 0,035 m (altura, largura e profundidade). Esse módulo tem as mesmas caraterísticas do módulo-padrão e pode ser usado em parapeitos como um elemento de composição em fachadas constituídas de sistemas de vidro. O módulo utilizado apresenta 155 Wp, é constituído por 36 células fotovoltaicas e apresenta faixa de temperatura de operação de -40 ºC a +90 ºC. Foi aplicado no plano vertical, com orientação para o norte verdadeiro, conforme Suzuki (2012), Bianco (2016) e Kaltmaier Junior (2020). Configurações da célula-teste Após as análises prévias descritas com mais detalhes no experimento-piloto (Forlin, 2022), foi configurada a célula-teste, que recebeu a instalação do módulo fotovoltaico. Optou-se por realizar o experimento com o módulo fotovoltaico fixado em duas distâncias distintas da parede: espaçamento de 0,05 m e 0,10 m. A distância de 0,10 m foi utilizada em outros dois experimentos analisados: de Bianco (2016) e de Kaltmaier Junior (2020). A célula-teste foi avaliada com quatro configurações, denominadas Cenários (Tabela 1), formuladas com base em duas variáveis: a distância entre o módulo fotovoltaico e a parede de alvenaria; e a condição de ventilação da parte interna do módulo. A condição de ventilação foi dividida em três possibilidades: completamente ventilada; com duas passagens de ar restritas de 0,10 x 0,10 m posicionadas nas faces superior e inferior do fechamento periférico; e completamente fechada. A avaliação da temperatura do ar foi realizada a partir de medições no interior da célula nas quatro configurações apresentadas na Tabela 1. Os procedimentos adotados para o monitoramento estão descritos na seção “Instrumentos e coleta de dados”. Figura 1 Projeto das células-teste Fonte: Forlin (2022). Figura 2 Execução das células-teste Fonte: Forlin (2022). Figura 3 Células-Teste finalizadas Fonte: Forlin (2022). Tabela 1 Configuração dos Cenários Número do Cenário Distância entre módulo e parede (m) Condição de ventilação 1 0,05 Aberta 2 0,10 Aberta 3 0,10 Restrita 4 0,10 Fechada Fonte: Forlin (2022). Os Cenários 1 e 2 contaram com a ventilação plena entre o módulo fotovoltaico e a parede de alvenaria (Figura 4), variando apenas a distância de 0,05 m para o Cenário 1 e de 0,10 m para o Cenário 2. No Cenário 3 foi testado o afastamento de 0,10 m entre o módulo fotovoltaico e a alvenaria, com ventilação restrita de duas aberturas de ventilação (0,10 x 0,10 m), diametralmente opostas na face superior e inferior do fechamento (Figura 5). O Cenário 4 foi montado com afastamento de 0,10 m entre o módulo fotovoltaico e a parede de alvenaria e com fechamento total sem ventilação (Figura 6). O fechamento foi executado com poliestireno expandido com 0,05 m de espessura e em uma lateral com um acrílico para permitir a conferência visual dos equipamentos. As frestas foram vedadas com silicone. Instrumentos e coleta de dados Para as medições foram utilizados os seguintes instrumentos (Figura 7): Datalogger (coletor de dados) Acksen, modelo DS-108: Equipamento com 8 canais, além de um sensor interno de temperatura do ar e 8 sensores de temperatura tipo termopar K. Apresenta uma precisão de ±0,5 ºC e opera na faixa de -55 ºC a +125 ºC. Utilizado para a coleta e armazenamento de dados de temperatura em múltiplos pontos simultaneamente; e estação meteorológica Instrutemp, modelo ITWH1080: Instrumento para a medição e registro de variáveis meteorológicas, incluindo temperatura, umidade, pressão atmosférica, velocidade e direção do vento, e precipitação. Oferece uma precisão de ±1 ºC e opera na faixa de -40 ºC a +60 ºC. Este equipamento é utiizado em monitoramentos ambientais e estudos climáticos, fornecendo dados essenciais para análises meteorológicas. Para a coleta de dados foram selecionados os dias com condições favoráveis de céu aberto, programados previamente com base na previsão do tempo divulgada pelo Sistema de Tecnologia e Monitoramento Ambiental do Paraná (SIMEPAR). Os dados foram monitorados durante períodos de 24 horas, registrados em intervalos de 5 minutos para cada Cenário (Tabela 2). Para as análises foram utilizadas as médias horárias. Os dados de temperatura do ar interna foram medidos utilizando o Datalogger na célula-controle e o sensor do tipo K na célula-teste. Os sensores foram posicionados no centro geométrico das duas células-teste. Os dados de temperatura superficial foram monitorados por sensores do tipo K, instalados com contato direto nas superfícies, com aplicação de massa térmica para potencializar a superfície de contato e eliminar possíveis espaçamentos e cobertos com capa de poliestireno expandido fixado com fita-crepe. No módulo fotovoltaico, a fixação do sensor foi feita no lado interno do módulo e na parede de alvenaria no lado externo, ambos no centro geométrico. Figura 4 Cenários 1 e 2 com ventilação Fonte: Forlin (2022). Figura 5 Cenário 3 Fonte: Forlin (2022). Figura 6 Cenário 4 Fonte: Forlin (2022). Figura 7 Datalogger (a) e estação meteorológica (b) utilizadas para o monitoramento Fonte: Forlin (2022). Tabela 2 Relação dos períodos de coleta de dados Estação Cenário Início da coleta Fim da coleta Data Horário Data Horário Inverno 1 8/7/21 7h 9/7/21 6h 2 30/7/21 7h 31/7/21 6h 3 21/7/21 7h 22/7/21 6h 4 24/7/21 7h 25/7/21 6h Verão 1 7/3/22 7h 8/3/22 6h 2 11/3/22 7h 12/3/22 6h 3 9/3/22 7h 10/3/22 6h 4 10/3/22 7h 11/3/22 6h Fonte: Forlin (2022). Método de análise Foi realizada a análise comparativa dos dados monitorados em ambas as células-teste, avaliando o desempenho térmico em relação às faixas de conforto estabelecidas para a cidade de Curitiba durante o verão e o inverno. As faixas de conforto foram determinadas com base nas diretrizes da Universidade Federal de Santa Catarina, utilizando o modelo Standard 55 (ASHRAE, 2020) e os dados meteorológicos do INMET. Para o inverno, adotou-se a faixa de 18,29 °C a 25,29 °C, enquanto para o verão, a faixa utilizada foi de 20,36 °C a 27,36 °C (Projeteee, 2016). As temperaturas internas das célula-teste e célula-controle foram comparadas de forma percentual, considerando o número de horas em que se mantiveram dentro das faixas de conforto térmico. Análise dos resultados Os resultados estão apresentados em gráficos de temperaturas horárias para as 24 horas de monitoramento de cada Cenário, exibindo os dados juntamente à zona de conforto e às temperaturas externas (monitoradas pela estação meteorológica instalada no local do experimento). Os resultados de conforto térmico estão representados em gráficos de percentuais de faixa de conforto, bem como classificados como desconforto por frio ou calor. Finalmente, foram comparados os resultados entre célula-controle e célula-teste, evidenciando possíveis comportamentos decorrentes da instalação do módulo fotovoltaico em fachadas de alvenaria. Comparação de desempenho térmico das células-teste dentro da faixa de conforto térmico no inverno Os dados de inverno foram analisados em função da faixa de conforto de 18,29 ºC a 25,29 ºC. Na Figura 8 estão representadas as temperaturas do ar interno (TI) para a célula-teste (TI-CT) e de controle (TI-CC), juntamente à temperatura do ar externo (TE). Os picos de TI para ambas as célula-teste e célula-controle ocorreram às 17h para os Cenários 1, 2 e 3. Para o Cenário 4 ocorreu às 18h. Os picos diários da TE ocorreram às 14h para o Cenário 3 e às 15h para os Cenários 1, 2 e 4. Figura 8 Temperaturas do ar interno e externo nas células-teste – inverno Fonte: Forlin (2022). Os gráficos indicam que houve desconforto térmico devido ao calor na célula-teste nos seguintes períodos: no dia 21/7/2021 (Cenário 3), entre 16h e 19h; e no dia 24/7/2021 (Cenário 4), entre 16h30 e 19h. Esses Cenários tinham ventilação restrita (Cenário 3) e ausência de ventilação (Cenário 4), o que contribuiu para o aumento da temperatura interna na célula-teste. Em ambos os casos, uma ventilação adequada poderia alterar o nível de desconforto causado pelo calor. Além disso, observou-se que no dia 30/7/2021 (Cenário 2, com ventilação), a temperatura interna (TI) na célula-teste não atingiu o nível de conforto. Comparando os Cenários: no dia 8/7/2021 (Cenário 1, ventilado), as temperaturas permaneceram na faixa de conforto entre 13h e 21h30; no dia 21/7/2021 (Cenário 3, ventilação restrita), a temperatura esteve na faixa de conforto entre 13h e 16h e entre 19h e 0h; e no dia 24/7/2021 (cenário 4, sem ventilação), a temperatura se manteve confortável entre 13h e 16h e novamente entre 19h e 3h do dia 25 de julho. A Figura 9 apresenta a porcentagem de horas de conforto e desconforto térmico em cada uma das célula-teste e célula-controle e Cenários. Os dados revelam que, na maior parte do dia, as temperaturas internas (TI) estão fora da faixa de conforto. Como esses dados se referem ao período de inverno, observa-se que em grande parte do tempo as TI estão na faixa de desconforto devido ao frio. No entanto, apenas analisar a porcentagem de horas de conforto e desconforto não é suficiente; é crucial identificar em quais horários o desconforto ocorre, pois o impacto varia conforme o uso da edificação. A Figura 8 mostra que a maior parte do desconforto causado pelo frio ocorre fora do horário comercial (9h às 18h), o que pode ser inadequado para uma edificação residencial. Ao comparar a célula-controle com a célula-teste (Figura 9), notou-se que a célula-teste apresenta um maior tempo dentro da zona de conforto apenas no Cenário 4, que é completamente fechado, sem ventilação. O percentual de conformidade com a zona de conforto entre célula-controle e célula-teste foi semelhante nos Cenários 1 e 3 (Tabela 3). No Cenário 4, a célula-teste apresentou melhor desempenho em relação à zona de conforto e a diferença foi de 8,33% em relação à célula-controle. Por outro lado, no Cenário 2, a célula-teste obteve o pior resultado, com uma diferença de 29,17% (Tabela 3). Para o inverno, os Cenários com ventilação entre módulo fotovoltaico e parede de alvenaria apresentaram desconforto para o frio na maior parte das horas monitoradas, sugerindo que em condições de dias frios a ventilação impacta negativamente no desempenho térmico da edificação. O desconforto causado pelo calor no inverno foi identificado em ambas as célula-teste e célula-controle, porém com maior frequência na célula-controle, uma vez que a célula-teste tende a manter temperaturas mais baixas. Apesar do desconforto para o calor, identificado na célula-teste no Cenário 4, verificou-se que para o período de inverno, o Cenário sem ventilação propiciou maior quantidade das horas dentro da faixa de conforto, indicando o aproveitamento do calor gerado pelo módulo fotovoltaico na edificação. É possível realizar uma análise comparativa com o experimento conduzido por Kaltmaier Junior (2020), na mesma cidade e com a mesma orientação, utilizando um sistema similar caracterizado como BIPV, mas com comunicação com o ar interno em um protótipo único, focado na análise das temperaturas internas e externas ao experimento. Na Tabela 4 são apresentados os valores conforme o método aplicado por Kaltmaier Junior (2020) para comparação do percentual de adequação à faixa de conforto, considerando os dados de Temperatura Externa (TE) e Temperatura Interna (TI). Figura 9 Adequação à zona de conforto para os quatro Cenários de inverno Fonte: Forlin (2022). Tabela 3 Percentuais de conformidade com a faixa de conforto e diferenças térmicas entre as células-teste – inverno - Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 CC CT CC CT CC CT CC CT % conformidade 33,33% 33,33% 29,17% 0,00% 29,17% 29,17% 45,83% 54,17% Diferenças 0,00% -29,17% 0,00% 8,34% Fonte: Forlin (2022). Tabela 4 Comparativo com trabalho de Kaltmaier Junior (2020) para inverno Kaltmaier Junior (2020) Forlin (2022) Jul. 2018 Cenário 1 – Jul. 2021 Cenário 2 – Jul. 2021 Cenário 3 – Jul. 2021 Cenário 4 – Jul. 2021 CT CC CT CC CT CC CT   TI x conforto 36,58% 33,33% 33,33% 29,17% 0,00% 29,17% 29,17% 45,83% 54,17% TE x conforto 20,45% 16,67% 16,67% 0,00% 0,00% 16,67% 16,67% 25,00% 25,00% TI – TE 16,13% 16,66% 16,66% 29,17% 0,00% 12,50% 12,50% 20,83% 29,17% Fonte: Forlin (2022). Ao comparar os dados deste estudo com a pesquisa de Kaltmaier Junior (2020) observa-se que no inverno, exceto para o Cenário 2 (0,00%), os resultados mostraram maior adequação do ambiente construído à faixa de conforto. A célula-teste deste experimento apresentou consistentemente temperaturas mais baixas, e durante o inverno, esse fator se mostrou menos favorável. Os resultados mais próximos entre os dois experimentos foram observados no Cenário 1 (com ventilação plena), embora com a menor distância aplicada de 0,05 m entre módulo fotovoltaico e parede. Os resultados de adequação ao conforto térmico obtidos por Kaltmaier Junior (2020) foram superados apenas pelos resultados do Cenário 4, especialmente na célula-teste, que possui uma configuração mais fechada. Este achado sugere que a solução mais fechada proporcionou maior inércia térmica ao sistema, aumentando o volume de ar no invólucro e resultando em um desempenho térmico superior. Comparação de desempenho térmico das células-teste dentro da faixa de conforto térmico no verão Na Figura 10 são apresentadas as temperaturas internas registradas nas células controle e teste, simultaneamente com a temperatura do ar externo e a faixa de conforto térmico. Observou-se que o comportamento térmico da célula-controle se manteve consistente entre os quatro Cenários analisados. Em contraste, as temperaturas internas da célula-teste variaram significativamente em relação à célula-controle, especialmente nos Cenários 1 e 2 (com ventilação), onde essas diferenças foram mais pronunciadas. Nos Cenários 3 (ventilação restrita) e 4 (sem ventilação), as temperaturas das duas células se aproximaram consideravelmente, tendendo a se sobrepor. Nos Cenários com maior ventilação (1 e 2), as diferenças de temperatura entre as células controle e teste foram mais acentuadas, com a célula-teste apresentando temperaturas internas inferiores às da célula-controle. Esse fenômeno pode ser atribuído ao sombreamento da parede da célula-teste, resultante da aplicação do módulo fotovoltaico. Apesar disso, o conjunto construtivo das células ainda resultou em acúmulo de calor, elevando as temperaturas internas acima das temperaturas externas nos períodos da tarde e da noite. As maiores diferenças entre as temperaturas externa e interna ocorreram entre 14h e 16h para ambas as células. Na célula-controle essas diferenças (TE – TI) variaram de 8,41 ºC a 11,58 ºC. Na célula-teste, as diferenças entre TE e TI variaram de 7,17 ºC a 9,62 ºC. A temperatura do ar externo atingiu seu pico no início da tarde entre 13h e 15h em todos os Cenários. No entanto, as temperaturas internas continuaram a subir, com os picos ocorrendo entre 16h e 17h em todos os casos. Esse comportamento pode ser atribuído à inércia térmica das paredes de alvenaria, que retém o calor e prolonga o tempo necessário para que a temperatura interna se estabilize após o pico de calor externo. Em resumo, os módulos fotovoltaicos demonstraram um potencial significativo para contribuir com a redução das temperaturas internas nas células controle e teste durante o verão, principalmente através do sombreamento proporcionado. Contudo, em relação às edificações, é necessário considerar estratégias complementares, como ventilação adequada e uso de diferentes materiais, para minimizarem o acúmulo de calor e evitar que as temperaturas internas superem as externas durante os períodos de pico. Em todos os Cenários monitorados no período de verão, foi identificado desconforto térmico devido ao calor. O aquecimento das células controle e teste acompanhou o aumento da temperatura do ar externo, logo pela manhã, em todos os casos. Na célula-controle, a temperatura ultrapassou o limite máximo da faixa de conforto estipulado para o mês de março (27,36 °C), no primeiro dia de monitoramento (7/3/2022 – Cenário 1), às 10h. Nos outros Cenários, esse limite foi superado às 12h. A célula-teste apresentou um comportamento semelhante, excedendo o limite uma hora depois. O módulo fotovoltaico instalado na célula-teste garantiu um atraso no aquecimento interno. Analisando o comportamento térmico em relação ao horário comercial, o desconforto térmico persistiu por no mínimo quatro horas após as 18h. Durante esse tempo, a temperatura do ar externo já estava dentro da faixa de conforto, indicando que a ventilação adequada poderia evitar o desconforto. No entanto, durante o horário comercial, apenas a ventilação seria insuficiente para mitigar o desconforto, sendo necessário o uso de ar-condicionado. Figura 10 Temperaturas do ar interno e externo nas células-teste – verão A análise do conforto térmico entre célula-controle e célula-teste (Figura 11) mostra que a célula-teste apresenta os melhores resultados em todos os Cenários. Nos Cenários com maior controle da ventilação (3 e 4), a diferença entre as células controle e teste diminuiu, aproximando o comportamento da célula-teste ao da célula-controle. No entanto, essa configuração reduziu a eficiência do sistema de resfriamento da célula-teste, afastando os resultados da faixa de conforto, especialmente durante os períodos de temperaturas mais altas. Na Tabela 5 é apresentada a diferença percentual das temperaturas do ar dentro da zona de conforto, comparando a célula-controle e a célula-teste. À medida que a ventilação é mais controlada, a diferença tende a diminuir. Para o período do verão, tornou-se pertinente realizar uma análise comparativa com o experimento conduzido por Kaltmaier Junior (2020). Nesta análise, selecionou-se dados correspondentes ao mês de março para efetuar a comparação. A Tabela 6 apresenta os valores obtidos conforme o método aplicado por Kaltmaier Junior (2020), permitindo uma comparação entre os percentuais de adequação às faixas de conforto térmico para as temperaturas externa (TE) e interna (TI). períodos de 24 horas, especialmente no Cenário 3, a variabilidade das condições térmicas externas não garante um conforto contínuo. Fatores como a variação na intensidade e direção dos ventos, flutuações nas temperaturas diurnas e noturnas, alta umidade relativa, mudanças na radiação solar e as características urbanas locais, como a densidade de edificações e a presença de vegetação, contribuem para essa inconstância. Os valores mais significativos nas diferenças entre os percentuais de adequação externa e interna foram novamente obtidos no Cenário 4, no qual o isolamento e a formação de uma câmara de ar melhoraram a qualidade térmica do invólucro, assegurando maior eficiência no isolamento térmico. Figura 11 Percentuais de adequação com a zona de conforto para os quatro Cenários de verão Fonte: Forlin (2022). Tabela 5 Percentuais de conformidade com a faixa de conforto e diferenças térmicas entre as células-teste – verão - Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 CC CT CC CT CC CT CC CT % conformidade 29,17% 41,67% 45,83% 58,33% 54,17% 58,33% 50,00% 54,17% Diferenças 12,50% 12,50% 4,16% 4,17% Fonte: Forlin (2022). Tabela 6 Comparativo com trabalho de Kaltmaier Junior (2020) para verão Kaltmaier Junior(2020) Forlin (2022) Mar. 2019 Cenário 1 – Mar. 2022 Cenário 2 – Mar. 2022 Cenário 3 – Mar. 2022 Cenário 4 – Mar. 2022 CT CC CT CC CT CC CT   TI x conforto 67,47% 29,17% 41,67% 45,83% 58,33% 54,17% 58,33% 50,00% 54,17% TE x conforto 38,27% 58,33% 58,33% 54,17% 54,17% 79,17% 79,17% 16,67% 16,67% TI – TE 29,20% -29,16% -16,66% -8,34% 4,16% -25,00% -20,84% 33,33% 37,50% Fonte: Forlin (2022). O melhor resultado obtido no experimento de Kaltmaier Junior (2020), com 67,47% de enquadramento na faixa de conforto, foi alcançado graças à troca de ar, permitindo a remoção do ar aquecido do sistema. Isso corrobora a hipótese de que uma ventilação eficiente é a solução mais eficaz para alcançar o conforto térmico em ambientes construídos durante o verão. Embora alguns bons resultados tenham sido observados em Conclusões A análise comparativa dos resultados das temperaturas do ar internas das células controle e teste indicou que, durante o inverno, a célula-teste demonstrou maior eficiência apenas no Cenário sem ventilação na retaguarda do módulo (Cenário 4). Nos Cenários 1 e 3, os resultados foram semelhantes, enquanto no Cenário 2, o mais ventilado, a célula-teste apresentou menor eficiência, não atingindo os níveis desejados de conforto térmico em nenhum momento do dia. Durante o inverno foram registradas temperaturas elevadas em relação às da faixa de conforto adotada em ambas as células: três ocorrências na célula-controle, totalizando quinze horas, e duas ocorrências na célula-teste, totalizando sete horas. A célula-teste apresentou temperaturas elevadas nos Cenários 3 (ventilação restrita) e 4 (sem ventilação). No verão, a temperatura da célula-teste permaneceu dentro da faixa de referência por mais tempo nos três primeiros Cenários, igualando-se à célula-controle no Cenário 4 (62,5% do tempo dentro da faixa de referência). Como as células controle e teste não possuíam ventilação interna, as temperaturas elevadas persistiram mesmo após a temperatura externa ter retornado à faixa de referência. Esse problema poderia ser mitigado se, entre 15h e 17h, as células fossem ventiladas naturalmente. Essa prática poderia garantir melhora de quatro a sete horas no desempenho das células, dependendo do Cenário. Comparativamente, o módulo fotovoltaico proporcionou melhores condições de desempenho para a célula-teste em relação à faixa de conforto, atuando como um eficiente protetor para a parede testada. No entanto, essa eficiência é relativa às características específicas da parede testada, como a orientação, a cor e as condições experimentais. A aplicação de painéis fotovoltaicos em fachadas compostas por paredes de 0,15 m, sem troca de ar com o interior, em Curitiba, resultou em temperaturas mais baixas para a célula-teste, tanto no inverno quanto no verão. Há um potencial de aquecimento que pode ser explorado no inverno em conjunto com estratégias de aproveitamento da inércia térmica. As estratégias passivas, que requerem diferentes configurações durante o dia ou em diferentes estações do ano, poderiam ser otimizadas com o uso de sistemas de automação. O experimento enfrentou desafios, incluindo a falta de consenso na literatura sobre a fixação e proteção de sensores. Para pesquisas futuras, a construção de um maior número de células-teste poderia facilitar a comparação, permitindo a avaliação de diversos Cenários simultaneamente e sob as mesmas condições climáticas. Além disso, a introdução de trocas de ar com o interior das células poderia ajudar a avaliar de forma mais eficaz as condições em que o calor gerado na retaguarda do módulo fotovoltaico pode ser aproveitado para aquecimento. 1 AGATHOKLEOUS, R. A.; KALOGIROU, S. A. Double skin facades (DSF) and building integrated photovoltaics (BIPV): a review of configurations and heat transfer characteristics. Renewable Energy, v. 89, n. 4, p. 1-14, 2015. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer à Universidade Federal do Paraná (UFPR) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Referências ALVARES, C. A. et al. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v. 22, n. 6, p. 711-728, 2013. ALVARES C. 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