This study evaluates the impact of integrating Phase Change Materials (PCMs) in the efficiency of Ground-Air Heat Exchangers (GAHEs). A three-dimensional computational model for the GAHE system with an integrated annular PCM (GAHE-PCM) was implemented in ANSYS Fluent using the Finite Volume Method, accounting for the meteorological conditions and ground properties of Viamão, Brazil. A parametric evaluation with fifteen rectangular and fifteen elliptical PCM container configurations were analyzed by varying their geometric ratios. Results indicate that the inclusion of PCM may enhance the yearly thermal potential as high as 69.31% in heating and 27.92% in cooling. Geometries, such as square or circular cross-sections, maximize heat exchange with the airflow, whereas elongated shapes reduce PCM efficiency. Furthermore, placing most of the PCM in deeper, thermally stable soil layers reduces the overall performance. For near-optimal designs, the differences between rectangular and elliptical containers are minimal, providing flexibility for system implementation.

Resumo A demanda mundial de energia está em constante crescimento, ao mesmo tempo as reservas de combustíveis fósseis estão diminuindo e não serão suficientes para satisfazer as demandas globais de energia no futuro. Além disso, os sistemas convencionais de aquecimento e refrigeração consomem a maior parte da demanda por energia elevando consideravelmente os custos. O trocador de calor solo-ar (TCSA) é uma opção sustentável que consume menos energia com potencial para melhorar as condições térmicas em edifícios. Apesar de ser uma tecnologia simples e antiga, no Brasil as pesquisas sobre eles são muito limitadas. Nesse contexto, faltam estudos na Região Norte deste país, em particular na cidade de Belém do Pará. Portanto, o objetivo desta pesquisa é desenvolver um modelo numérico tridimensional do TCSA usando ANSYS Fluent para avaliar a influência de parâmetros operacionais e construtivos, tais como a velocidade de escoamento do ar, comprimento e diâmetro do duto no desempenho térmico desse sistema adaptado às condições climáticas e às características do solo dessa cidade. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que esse sistema pode reduzir a temperatura do ar na saída do duto até em 5,91 °C.

A eletricidade é essencial para o bem-estar e o desenvolvimento econômico, mas o aumento do consumo energético, impulsionado pelo crescimento populacional e pela busca por conforto térmico, tem gerado preocupações quanto à sustentabilidade da oferta. O setor da construção civil, responsável por uma parcela expressiva desse consumo, exige soluções tecnológicas voltadas à eficiência energética. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o desempenho térmico e a umidade relativa interna de uma edificação residencial equipada com janelas eletrocrômicas (DEC), localizada em Pelotas/RS, zona bioclimática 2, utilizando simulação computacional com o software EnergyPlus 9.6. O modelo foi desenvolvido no SketchUp e validado com base em dados experimentais e referências da literatura. As simulações consideraram dias típicos de verão e inverno, com análise de temperatura, umidade e comportamento adaptativo do DEC. Os resultados mostraram que, no inverno, o dispositivo permaneceu inativo, permitindo o aproveitamento da radiação solar para aquecimento passivo, enquanto, no verão, foi acionado com frequência, reduzindo significativamente a entrada de calor e estabilizando a umidade interna em torno de 45%. O desempenho observado indica a eficiência do DEC no controle térmico e na manutenção do conforto ambiental, contribuindo para a redução do consumo energético e para a sustentabilidade das edificações. Assim, o uso de tecnologias inteligentes em climas subtropicais apresenta-se como uma estratégia promissora para o desenvolvimento de edificações mais eficientes e ambientalmente responsáveis.