ANÁLISE DE COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES POR MEIO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS

O estudo do desempenho térmico e energético das edificações é uma área crescente nos últimos anos devido à sua importância e à necessidade de eficiência energética dos sistemas que a compõem. Tem sido muito impulsionado também por programas computacionais sofisticados, capazes de propiciar aos pesquisadores inúmeros recursos de simulação de forma rápida e eficaz. Porém, para que os recursos computacionais tenham veracidade nos resultados, é necessário que o pesquisador adapte o modelo do programa à edificação, equiparando os parâmetros exigidos pela simulação com a realidade.

A simulação computacional é a replicação de um objeto real para estudos relacionados com seu comportamento por meio da obtenção de dados. Mendes et al. (2005, p. 48) afirmam que a simulação computacional é um importante instrumento de análise da edificação, permitindo avaliar o desempenho térmico e energético para diferentes alternativas de projeto arquitetônico, componentes construtivos, sistemas de iluminação ou sistemas de condicionamento de ar.

Para Chvatal (2007), as simulações computacionais são a forma mais simples de alterar o isolamento das envolventes de uma edificação e verificar o seu efeito na resposta térmica. A autora defende que alguns programas simulam o comportamento térmico das edificações com um elevado grau de confiança, por meio de cálculos complexos, e fornecem as cargas térmicas e as temperaturas interiores como alguns dos resultados.

Seguindo o mesmo entendimento, Lamberts, Dutra e Pereira (2014, p. 289) alertam que “o arquiteto deve saber avaliar a importância de contar com simulação na otimização do seu projeto, seja para orientar as decisões de projeto ou para comprovar a eficiência e a análise de custo/benefício dessas decisões”. Além disso, recomendam uma sequência de procedimentos para o uso de simulações computacionais em projetos de arquitetura, apresentados na Figura 4.

Figura 4 – Sugestão para projetar integrando a simulação nas decisões de projeto.

Fonte: (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014, p. 291).

O programa computacional EnergyPlus foi desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos com o objetivo de simular carga térmica e análise energética de edificações e seus sistemas. O programa disponibiliza capacidade de cálculo de infiltração de ar diferenciada para cada zona térmica, de consumo de

energia, de índices de conforto térmico, de temperaturas, entre outros fatores, além de ter a possibilidade de interagir com outros sistemas.

O EnergyPlus é um dos programas de simulações computacionais mais utilizados por pesquisadores atualmente e, inclusive, recomendado pela NBR 15.575 - Parte 1 (ABNT, 2013a). Por isso, também foi usado na metodologia deste trabalho.

Beltrame e Cunha (2016) afirmam que programas como o EnergyPlus e o

Design Builder podem auxiliar a simular o desempenho termoenergético do edifício,

desde que exista um arquivo contendo os dados climáticos necessários gerado a partir de diferentes métodos para realizar o balanço térmico da edificação. Os autores usam como exemplo o ano climático de referência (Test Reference Year – TRY), utilizado pelos softwares de simulação para que os profissionais da área criem projetos arquitetônicos condizentes com o clima local.

Brito e Akutsu (2015) fizeram simulações computacionais no EnergyPlus para verificar a influência da cor da superfície externa da cobertura no desempenho térmico de uma habitação exposta às condições climáticas de verão em São Paulo (ZB 3). As autoras concluíram que a cor da telha exerceu mais influência na resposta térmica dos recintos quando a habitação não possuía forro ou laje na cobertura. As telhas claras (α = 0,20) reduziram significativamente a temperatura máxima interna do ambiente quando comparada com a mesma situação, todavia, com cor escura (α = 0,90). Também afirmam que, com o acréscimo de forro (ou laje) e de materiais isolantes no sistema de cobertura, a cor da telha deixa de ter tanta importância na resposta térmica da habitação, proporcionando ao projetista maior liberdade de escolha no acabamento.

Monteiro, Carvalho e Nogueira (2014) fizeram uso de simulações no

EnergyPlus para analisar o desempenho térmico de habitações populares com

alterações nas características dos materiais constituintes de sua envoltória, bem como a influência da orientação solar no conforto térmico. Foram avaliadas edificações horizontais e verticais localizadas na cidade de Cuiabá/MT (ZB 7). Entre os resultados obtidos, um deles mostrou que o acréscimo de forro de madeira na cobertura e o aumento da espessura das paredes de uma residência melhoraram consideravelmente sua temperatura e seu conforto interno.

Silveira (2014) também usou o programa para fazer a análise do desempenho térmico de edificações residenciais ventiladas naturalmente, localizadas em três cidades brasileiras (Curitiba – ZB 1, Campinas – ZB 3 e Natal – ZB 8), avaliadas

pelos métodos simplificado e de simulações computacionais da NBR 15.575. A partir de uma unidade habitacional unifamiliar, o autor classificou as variáveis consideradas em cinco grupos, entre eles a cobertura. Ele observou que os três tipos de telhas analisadas (cerâmica, telha de fibrocimento de 6 mm e de 10 mm) tiveram valores de transmitância térmica muito próximos e desempenho semelhante, somente apresentaram variações de comportamento quando houve a sua combinação com isolantes térmicos e com o acréscimo do ático. Na maioria dos casos simulados, a cobertura foi responsável por maiores ganhos e perdas de calor superficial. A utilização do sistema de cobertura sem forro ou isolamento não foi recomendada para nenhum tipo de telha ou zona bioclimática analisada, já a incorporação de isolantes resistivos (lã de rocha) no sistema mostrou-se uma solução eficiente para o conforto.

Dessa forma, a simulação computacional mostra-se como um instrumento importante, capaz de contribuir para que os projetos arquitetônicos resultem cada vez mais em edificações confortáveis e com menos gasto de energia.

3 METODOLOGIA

O trabalho utilizou a simulação computacional como estratégia de pesquisa para avaliar o desempenho térmico de uma edificação multifamiliar representativa para o local delimitado, assim como a influência do sistema de cobertura no comportamento térmico do edifício com condicionamento natural e o consumo energético anual com condicionamento artificial.

A partir dos resultados, foram realizadas comparações entre as temperaturas obtidas nos ambientes termicamente críticos da edificação para cada composição de cobertura com as telhas estudadas, além das diferentes variáveis consideradas no sistema para os solstícios de verão e de inverno.

A Figura 5 ilustra, de forma simplificada, as etapas da metodologia empregadas para o desenvolvimento da pesquisa.

Figura 5 – Etapas da metodologia desta pesquisa.

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Verificação de desempenho térmico: NBR 15.575 Análise do comportamento térmico com condicionamento natural Variações de telha, α, U e Ren/h na cobertura Método simplificado Método simulação computac. Variações de α e U na cobertura Comparativo entre os resultados de verão e inverno Análise do consumo energético com condicionamento artificial Definição da edificação base Variações de α, U e Ren/h na cobertura