Lançando mão de simulações computacionais com o programa EnergyPlus, foi feito um estudo da influência que parâmetros físicos têm no comportamento termoenergético de uma edificação comercial com sistema de condicionamento de ar do tipo expansão direta.
Avaliando 7 tipos de vidro, 3 diferentes áreas envidraçadas das fachadas, 5 localizações geográficas e 8 orientações da edificação, foram obtidos resultados gráficos: da potência de refrigeração requerida pelo sistema de condicionamento de ar, da potência de aquecimento requerido pelo sistema de serpentina elétrica, do consumo elétrico anual do sistema de HVAC, do consumo elétrico anual das lâmpadas da edificação, do consumo elétrico anual dos equipamentos elétricos constantes no interior da edificação e do consumo elétrico anual total da edificação (soma dos três anteriores).
Visando reduzir o consumo elétrico das lâmpadas e dessa forma aumentar a eficiência energética da edificação, também foram simulados e comparados dois tipos de controle de potência das lâmpadas: um de iluminação contínua, que é definido pelo tradicional sistema de controle liga/desliga; e um de iluminação programada, que é definido por um sistema de controle automático da potência das lâmpadas, dependente da iluminância natural.
Os resultados para iluminação contínua mostram para:
• Porto Alegre: potencial de redução de até 32,7% na potência de refrigeração de pico, de até 26,0% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC e de até 11,5% no consumo elétrico anual total da edificação.
• Belém: potencial de redução de até 29,4% na potência de refrigeração de pico, de até 17,3% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC e de até 10,3% no consumo elétrico anual total da edificação.
• Brasília: potencial de redução de até 37,2% na potência de refrigeração de pico, de até 26,8% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC e de até 12,8% no consumo elétrico anual total da edificação.
• Recife: potencial de redução de até 26,2% na potência de refrigeração de pico, de até 18,4% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC e de até 10,7% no consumo elétrico anual total da edificação.
• São Paulo: potencial de redução de até 35,2% na potência de refrigeração de pico, de até 30,7% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC e de até 13,1% no consumo elétrico anual total da edificação.
Para iluminação programada em Porto Alegre, os resultados mostram que o potencial de redução é de até 34,7% na potência de refrigeração de pico, de até 24,1% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC, de até 92,8% no consumo elétrico anual das lâmpadas e de até 30,1% no consumo elétrico anual total da edificação.
Comparando os casos simulados de iluminação contínua com os de iluminação programada, ambos para Porto Alegre, para iluminação programada tem-se um potencial de redução em relação à iluminação contínua de até 12,5% na potência de refrigeração de pico, de até 15,2% no consumo elétrico anual do sistema de HVAC, de até 96,4% no consumo elétrico anual das lâmpadas e de até 43,3% no consumo elétrico anual total da edificação.
Visando avaliar se os custos de aplicação de película nos vidros e do uso do sistema de iluminação programada são viáveis economicamente, foi feita uma análise econômica de alguns casos simulados para a cidade de Porto Alegre. Foram determinados os casos simulados, tanto para iluminação contínua quanto para iluminação programada, em que ocorrem os maiores e os menores custos iniciais e operacionais anuais, para cada configuração de área envidraçada das fachadas. Uma comparação entre os dois sistemas de iluminação indica que o potencial de redução do custo inicial é de até 51,45% e de até 46,25% no custo operacional anual.
Foi feita uma análise econômica do caso simulado que apresenta o maior custo inicial, comparando-o ao caso que apresenta o menor custo inicial quando apenas o tipo de vidro é alterado, mantendo inalterados os demais parâmetros. Os resultados mostram que o potencial de redução do custo inicial é de 23,42% e do custo operacional anual é de 8,41%. Considerando potência ociosa, estes potenciais são, respectivamente, de 5,43% e de 6,72%.
Também foi feita uma análise econômica do caso simulado que apresenta o maior custo operacional anual, comparando-o ao caso que apresenta o menor custo operacional anual quando apenas o tipo de vidro é alterado, mantendo inalterados os demais parâmetros. Neste caso o potencial de redução do custo inicial é de 5,58% e do custo operacional anual é de 12,54%. Considerando potência ociosa, há um acréscimo no custo inicial de 20,57%, e o potencial de redução do custo operacional anual é de 10,68%. Através de uma análise econômica baseada no método do Valor Presente Líquido (VPL), esta redução no custo operacional consegue pagar o acréscimo no custo inicial a partir do quinto ano depois de feito o investimento.
Na análise de conforto térmico baseado no voto médio estimado de Fanger (PMV), estudaram-se as três configurações de área envidraçada das fachadas para Porto Alegre, e foram comparados apenas dois tipos de vidro: o mais e o menos transmissivo. Dos gráficos da evolução do PMV em cada zona ao longo de um dia de projeto de verão, observou-se, como esperado, que quanto maior a área envidraçada, maior é o valor atingido pelo PMV. Verificou-se também que,
apesar do sistema de condicionamento de ar conseguir manter a temperatura de projeto de verão ao longo do horário comercial, o PMV não é mantido dentro da faixa de conforto térmico para a maioria das zonas térmicas. Com o objetivo de identificar a causa deste comportamento, foram obtidos gráficos da evolução da temperatura média das superfícies internas de cada zona térmica, e também gráficos da evolução da temperatura média radiante de cada zona térmica. A análise destes gráficos revela que o vidro menos transmissivo, apesar de apresentar uma temperatura média maior que a do vidro mais transmissivo, consegue diminuir consideravelmente a temperatura média das superfícies das zonas térmicas, e conseqüentemente diminui a temperatura média radiante das zonas térmicas. Isto indica que quantitativamente, a transmissão de radiação solar para o interior de uma zona térmica altera de modo mais incisivo o PMV do que a emissão de radiação térmica de uma vidraça para o interior de uma zona térmica.
Na análise de estresse térmico nos vidros, considerando os sete tipos de vidros, estudaram-se comparativamente, para Porto Alegre, dois casos do prédio que possui maior área envidraçada das fachadas: sem marquise e com marquise. Foram obtidos gráficos da evolução da temperatura média de três das janelas das fachadas da edificação, que mostram que a marquise provoca uma redução na temperatura média da face interna das vidraças. Para verificar a diferença de temperatura ao longo da área de uma janela, dividiram-se as janelas avaliadas em quatro tiras horizontais de igual altura. Comparando, para um mesmo tipo de vidro, os resultados da evolução da temperatura média de cada uma destas tiras para uma edificação sem marquise com os mesmos resultados para uma edificação com marquise, nota-se que no primeiro caso a temperatura das tiras evolui de modo praticamente igual, enquanto no segundo caso pode-se quantificar a diferença de temperatura entre qualquer uma das tiras ao longo do dia. Considerando o prédio com marquise, também se quantificou a diferença de temperatura entre o uso de dois diferentes tipos de vidros, onde se observaram altas diferenças de temperatura no vidro com película, enquanto no vidro sem película estas diferenças são pequenas. Assim, vidros com película são mais propícios à falha por estresse térmico do que vidros sem película.
A análise comparativa entre a carga térmica da edificação e a carga térmica de refrigeração requerida pela edificação mostrou que na edificação avaliada a inércia térmica é sensivelmente alterada quando se altera o tipo de vidro.
Em ordem decrescente, os seguintes parâmetros mais influem na determinação da carga térmica de refrigeração: localização geográfica, área envidraçada das fachadas, tipo de vidro, orientação e iluminação programada. Já na determinação do consumo elétrico total anual da edificação, a ordem é: localização geográfica, iluminação programada, tipo de vidro, área envidraçada das fachadas e orientação.