4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Simulação computacional
4.1.1. Carga térmica de resfriamento e aquecimento
representam a demanda total de carga térmica para o dia de referência, ou seja, a soma de todas as cargas térmicas de aquecimento e resfriamento horárias para o dia de referência.
Tabela 4-1. Cargas térmicas de aquecimento e resfriamento - dia de referência de Ouro Preto.
Carga térmica de aquecimento (W)
Carga térmica de resfriamento (W)
Diferença percentual em relação ao Caso 1
Caso 1 0,0 1179,7 -
Caso 2 0,0 1233,1 4,5%
Caso 3 0,0 1265,9 7,3%
Caso 4 0,0 1330,1 12,7%
Como se pode observar, para o período de inverno, a demanda de carga térmica de aquecimento foi nula para todos os casos abordados. Isso pode ser explicado pelo perfil de temperatura interna no ambiente avaliado para este dia de referência. Conforme a Figura 4-1, a temperatura interna no ambiente manteve-se em uma faixa manteve-sempre acima da temperatura de controle do ar condicionado ao longo do dia, não necessitando de carga térmica de aquecimento neste recinto.
Em relação à simulação computacional do verão, ainda segundo os dados mostrados na Tabela 4-1, pode-se afirmar que a presença das pontes térmicas no sistema de fechamento da edificação representou um aumento percentual de 12,7% da carga térmica de resfriamento, comparando-se a metodologia de cálculo proposta pelas normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683 ao Caso base.
Observa-se que o isolamento térmico da viga apresentou uma grande redução
desses ganhos térmicos, chegando a uma queda de 8,2% da carga térmica de
resfriamento em relação ao Caso 4. Na Figura 4-2 mostra-se a evolução das
cargas térmicas de resfriamento para o dia de referência e ilustra-se
graficamente estas diferenças percentuais em relação ao Caso 1 (Caso base).
Figura 4-1. Evolução temporal da temperatura para o dia de referência de inverno - Ouro Preto.
Figura 4-2. Evolução temporal das cargas térmicas de resfriamento para as quatro abordagens.
Como esperado, observa-se que a desconsideração das pontes térmicas na envoltória da edificação (Caso 1), representada na Figura 4-2 pela linha tracejada, resulta em menores valores de carga térmica de resfriamento. Ao se considerar a presença de pontes térmicas planas (Caso 3), a diferença
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatura (°C)
Tempo (h)
Temperatura interna (°C) - Caso 1 Temperatura interna (°C) - Caso 2 Temperatura interna (°C) - Caso 3 Temperatura interna (°C) - Caso 4 Temperatura externa (°C)
0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 900,0 1000,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Carga Térmica (W)
Tempo (h)
Carga térmica de resfriamento (W) - Caso 1 Carga térmica de resfriamento (W) - Caso 2 Carga térmica de resfriamento (W) - Caso 3 Carga térmica de resfriamento (W) - Caso 4
1-3: +7,3%
1-4: +12,7%
1-2: +4,5%
percentual em relação ao Caso base é bem pronunciada, em torno de 7,3%.
Apesar disso, como observado anteriormente, a maior diferença se dá em relação à avaliação feita aplicando-se o método proposto segundo as normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683, uma vez que são considerados os efeitos da transferência de calor em 2D (bidimensional), provocada pela presença da estrutura de aço exposta na envoltória da edificação, diferente do que ocorre no Caso 3, onde só são quantificadas as trocas de calor em 1D (unidimensional).
Salienta-se que esses resultados são representativos de um dia baseado em médias de temperatura obtidas experimentalmente na cidade de Ouro Preto.
Para se quantificar o impacto das pontes térmicas nas cargas térmicas de resfriamento e aquecimento considerando dias extremos, é necessário realizar as simulações computacionais considerando os dias típicos de projeto, o que é discutido a seguir.
b) Dias de projeto de inverno e de verão das cidades representativas das Zonas Bioclimáticas 1, 2 e 3
São apresentados os resultados de carga térmica de resfriamento e aquecimento para os dias de projeto de inverno e de verão, considerando as simulações feitas para as cidades de Curitiba (Zona Bioclimática 1), Santa Maria (Zona Bioclimática 2) e Belo Horizonte (Zona Bioclimática 3). Estes resultados são apresentados em conjunto na Tabela 4-2. Assim como na avaliação feita considerando o dia de referência de Ouro Preto, a soma de todas as cargas térmicas de aquecimento e resfriamento horárias para o dia de projeto das cidades representa a demanda de carga térmica total para o ambiente avaliado.
Na avaliação feita para as cidades representativas dessas três Zonas Bioclimáticas, diferente do que é mostrado nos resultados obtidos para o dia de referência de Ouro Preto, há uma grande demanda de carga térmica de aquecimento no período de inverno em todos os casos abordados, principalmente nas cidades de Curitiba e Santa Maria, onde há predominância de invernos mais rigorosos. Nas Figuras 4-3 a 4-5 observa-se o comportamento das temperaturas internas horárias no ambiente avaliado considerando o dia de projeto de inverno de Curitiba, Santa Maria e Belo Horizonte, respectivamente.
Percebe-se que o valor significativo de carga térmica de aquecimento é
ocasionado pelas baixas temperaturas no ambiente avaliado, o que eleva, consideravelmente, a carga térmica necessária para atingir a temperatura de controle do ar condicionado no período de inverno.
Tabela 4-2. Cargas térmicas de aquecimento e resfriamento – dias de projeto das Zonas Bioclimáticas 1, 2 e 3.
Cidade Caso
Inverno Verão
Carga térmica de aquecimento
(W)
Diferença percentual em relação ao Caso 1
Carga térmica de resfriamento
(W)
Diferença percentual em relação ao Caso 1
Curitiba
Caso 1 42803,7 - 9419,0 -
Caso 2 42311,5 -1,1% 9821,1 4,3%
Caso 3 42987,3 0,4% 10696,2 13,6%
Caso 4 44966,3 5,1% 11979,9 27,2%
Santa Maria
Caso 1 21016,9 - 14284,3 -
Caso 2 20303,9 -3,4% 14614,7 2,3%
Caso 3 20069,3 -4,5% 15602,7 9,2%
Caso 4 20411,1 -2,9% 16964,2 18,8%
Belo Horizonte
Caso 1 4350,6 - 13970,2 -
Caso 2 3957,5 -9,0% 14225,3 1,8%
Caso 3 3922,2 -9,8% 15105,6 8,1%
Caso 4 4352,7 0,0% 16454,8 17,8%
Figura 4-3. Evolução temporal da temperatura para o dia de referência de inverno - Curitiba.
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatura (°C)
Tempo (h)
Temperatura interna (°C) - Caso 1 Temperatura interna (°C) - Caso 2 Temperatura interna (°C) - Caso 3 Temperatura interna (°C) - Caso 4 Temperatura externa (°C)
Figura 4-4. Evolução da temperatura - dia de projeto de inverno - Santa Maria.
Figura 4-5. Evolução da temperatura - dia de projeto de inverno - Belo Horizonte.
De acordo com os resultados apresentados na Tabela 4-2, nota-se que o efeito das pontes térmicas fica menos evidente na avaliação das cidades simuladas de acordo com o dia típico de inverno. Há um aumento de 5,1% da carga térmica de aquecimento na avaliação feita para a cidade de Curitiba ao se aplicar o método proposto com base nas normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683,
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatura (°C)
Tempo (h)
Temperatura interna (°C) - Caso 1 Temperatura interna (°C) - Caso 2 Temperatura interna (°C) - Caso 3 Temperatura interna (°C) - Caso 4 Temperatura externa (°C)
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Temperatura (°C)
Tempo (h)
Temperatura interna (°C) - Caso 1 Temperatura interna (°C) - Caso 2 Temperatura interna (°C) - Caso 3 Temperatura interna (°C) - Caso 4 Temperatura externa (°C)
comparativamente ao caso base adotado como referência neste estudo.
Observa-se ainda que há uma redução das cargas térmicas de aquecimento nos casos abordados que consideram a presença de pontes térmicas (Caso 3 e 4) na avaliação feita para as cidades de Santa Maria e Belo Horizonte, resultando em percentuais de comparação negativos ou nulos em relação ao caso base.
Isso pode ser explicado pela alta amplitude térmica nessas cidades. No inverno, altas temperaturas no período da tarde podem favorecer mais os ganhos de calor do que as perdas térmicas, diminuindo a demanda de aquecimento nestas cidades.
Quando se comparam os resultados obtidos considerando a estrutura isolada termicamente (Caso 2), percebe-se que há uma redução significativa nos valores de carga térmica de resfriamento do ambiente (Tabela 4-2), chegando a 23% de redução na simulação feita para Curitiba, 16,5% para Santa Maria e 16,0% para Belo Horizonte. Isso evidencia que um devido tratamento térmico na estrutura que se comporta como ponte térmica diminui consideravelmente as demandas de aquecimento e resfriamento do ambiente.
Como as simulações computacionais realizadas para a cidade de Curitiba apresentam os resultados mais significativos dos efeitos das pontes térmicas no comportamento térmico da edificação, nas Figuras 4-6 e 4-7 é apresentada a evolução das cargas térmicas de aquecimento e de resfriamento para os dias de projeto de inverno e de verão desta cidade, respectivamente. Os gráficos gerados para as simulações feitas para as cidades de Santa Maria e Belo Horizonte são apresentados no Apêndice G.
Em relação à carga térmica de resfriamento obtida na simulação feita para a
cidade de Curitiba, a presença das pontes térmicas na envoltória da edificação
proporciona um aumento percentual de 27,2% da carga térmica de resfriamento,
considerando-se a metodologia de cálculo proposta aplicando-se as normas
EN ISO 10211 e EN ISO 14683. As simulações computacionais feitas para a
cidade de Curitiba apresentam comportamento similar às feitas considerando o
dia de referência de Ouro Preto. A carga térmica de resfriamento para o Caso 3,
levando-se em conta a estrutura separada da parede, varia 13,6% em relação
ao Caso 1. Este último resultado pode ser comparado ao trabalho desenvolvido
por Caetano (2017), no qual é avaliada a influência da área de estrutura de aço exposta no desempenho térmico de uma edificação condicionada artificialmente.
Os resultados obtidos indicam que a presença de pontes térmicas planas na estrutura da edificação aumenta a carga térmica de resfriamento para um dia típico de projeto de verão em até 10,6%. Já o trabalho feito por Gomes et al. (2013) mostra que o pico de carga térmica de resfriamento pode ter um aumento de até 10% quando considerada a estrutura de aço nas simulações computacionais por meio do método CTP. Neste sentido, infere-se que a desconsideração das pontes térmicas no comportamento térmico de edificações ou o seu cálculo inapropriado podem levar a um aumento nas demandas internas de cargas térmicas, gerando gastos excessivos de energia para aquecimento ou resfriamento dos ambientes.
Figura 4-6. Carga térmica de aquecimento - Curitiba.
0,0 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0 6000,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Carga Térmica (W)
Tempo (h)
Carga térmica de aquecimento (W) - Caso 1 Carga térmica de aquecimento (W) - Caso 2 Carga térmica de aquecimento (W) - Caso 3 Carga térmica de aquecimento (W) - Caso 4