4 Resultados
4.2 Caso 2 – Retrofit do Edifício Sede da Unimed Natal
4.2.1 Definição do modelo
Para modelar a edificação no programa de simulação, o primeiro passo foi tentar compreender as características do edifício existente apenas com base na apresentação das informações trazidas por ele. Assim, focou-se nos aspectos relativos à volumetria da edificação (Figura 33 a,b), à disposição dos ambientes como zonas térmicas (Figura 33 c,d), à configuração das aberturas (Figura 33 e,f), aos materiais do sistema construtivo (Figura 33 g) e à orientação geográfica (Figura 33 h).
Figura 33 – Dados recebidos sobre o Ed. Sede da Unimed Natal: volumetria (a,b); planta baixa (c,d), configuração das aberturas (e,f), composição da laje de cobertura (g) e orientação, com destaque
para a edificação em análise (h)
(a) (b)
© (d)
(e) (f)
(g) (h)
Fonte: Projetista (a-g); adaptado de Google Maps (h)
A compreensão da edificação permitiu que fossem propostas intervenções como também a modelagem da edificação. A cerca da modelagem, o entendimento da volumetria da edificação foi possível por meio do modelo tridimensional do programa SketchUp (Figura 33 a, b), que possibilitou sanar as dúvidas provenientes da falta de informação nas plantas baixas (Figura 33 c, d) e da ausência de cortes e fachadas. A compreensão da disposição dos ambientes como zonas-térmicas deu-se pelo cruzamento das informações das plantas baixas com o sistema de condicionamento utilizado em cada ambiente. Foram determinadas 8 zonas térmicas, mediante simplificações relativas a ambientes vizinhos com mesma característica térmica. As imagens apresentavam, ainda, as aberturas de correr com venezianas fechadas internamente com laminado de madeira (Figura 33 e, f) a fim de diminuir a infiltração de ar; as paredes de composição convencional pintado de branco e a cobertura de laje plana de concreto na cor preta (Figura 33 g). As dimensões desses elementos foram medidas in loco pelo projetista. O azimute da edificação foi determinado por meio de imagem retirada do Google Maps (Figura 33 h).
Os ambientes originalmente caracterizados como quarto de empregada, cozinha e garagens não foram simulados porque são áreas de depósito sem condicionamento artificial e de uso esporádico do sistema de iluminação, de acordo com o projetista, resultando em baixo impacto no consumo da edificação.
Figura 34 – Caso 2 modelado no DesignBuilder
Informações complementares foram solicitadas ao projetista para configurar o modelo. As informações possíveis de levantar com facilidade foram informadas pelo projetista, o que foi o caso da iluminação artificial (Tabela 1).
Fonte: Projetista
As informações indeterminadas em campo e/ou nos projetos foram determinadas por meio de outras fontes. Dentre os dados que se basearam nas referências bibliográficas estão a densidade de ocupação, de 0,12 pessoa/m² (CARLO, 2008), as temperaturas de controle do ambiente ou set point de resfriamento, de 24°C, conforme (CARLO, 2008; ABNT, 2008 ), e densidade de equipamentos instalada de 17,3 W/m² para pequenos escritórios (CARLO, 2008). Também foram empregadas informações da biblioteca do programa de simulação, como a configuração do uso de escritório e a configuração do ar condicionado Split, sem renovação de ar. A infiltração pelas frestas foi de 10 volumes de renovação por hora.
A análise de sensibilidade da simulação possibilitou observar que o comportamento da cobertura não condizia com o esperado para o uma laje de concreto de 0,23m no clima quente e úmido. Dessa forma, voltou-se a configuração, onde se percebeu que uma das zonas térmicas do modelo estavam configuradas com a coberta acrescida de uma manta com absortância de 0,3. Logo, a absortância reduzida levou a uma redução na carga térmica do edifício.
Figura 35 – Gráfico de cargas térmicas no edifício da Unimed ao longo de um dia para teste do modelo
A segunda simulação, com características de cobertura corrigida em todas as zonas, indicou incoerência nas cargas térmicas provenientes da radiação solar quanto à baixa contribuição do sombreamento da veneziana existente (Figura 36).
Figura 36 – Gráfico de cargas térmicas Unimed – segundo modelo
Voltando-se a configuração da abertura, percebeu-se que a veneziana modelada não correspondia ao sombreamento existente. Tendo em vista que o excesso de informações inseridas no modelo retarda as análises, foram modeladas venezianas simplificadas, mas que apontasse sombreamento semelhante (Figura 37). Assim, os estudos do diagrama de máscara de sombra da veneziana aceleraram a modelagem do impacto do sombreamento, bem como agilizou os cálculos realizados pelo programa.
Figura 37 – Diagrama de máscara de sombra das venezianas: originais (a), simplificadas (b)
(a) 0 2 4 6 8 10 12 14 vidro (condução) paredes coberta piso paredes internas iluminação equipamentos ocupação vidros (radiação solar)
(b)
Para essa nova condição de sombreamento obteve-se redução da carga proveniente da radiação térmica, ficando próximo a carga interna de iluminação, por exemplo (Figura 38). Esse comportamento demonstrou-se mais condizente com o caso simulado, possibilitando avançar nas análises das demais fontes de carga do edifício.
Figura 38 – Gráfico de carga térmica da Unimed – modelo com sombreamento ajustado
A primeira simulação com a ventilação natural demonstrou pouco potencial, ao contrário da experiência dos funcionários, indicando grande parte do período da tarde com incidência de desconforto ao calor (Figura 39). A fonte de erro foi a caracterização da coberta, que havia sido simulada com alta inércia térmica.
9,5 9,7 0 2 4 6 8 10 12 14 vidro (condução) paredes coberta piso paredes internas iluminação equipamentos ocupação vidros (radiação solar)
Carga térmica (MW)
Var
iáv
e
is
Figura 39 – Gráfico de percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed, primeira simulação
Fonte: Adaptado de Negreiros (2010)
Ao corrigir a caracterização da cobertura para telha sanduiche, obteve-se um aumento considerável de ocorrência de conforto térmico (Figura 40), mas o modelo ainda apresentava um percentual de horas em desconforto consideráveis para a madrugada. Isso poderia acontecer por algum material estar perdendo calor para o ambiente durante a noite ou pelo fato das janelas serem fechadas ao final do expediente.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Figura 40 – Gráfico de percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed, após ajuste da cobertura
Fonte: Adaptado de Negreiros (2010)
Ao investigar a primeira possibilidade, viu-se que não há ganhos térmicos consideráveis durante a madrugada (Figura 41). Logo, a primeira alternativa não seria a mais adequada. Para a segunda hipótese corroborou o fato do gráfico demonstrar que a maior frequência de horas em desconforto acontece antes das 8h, ou seja, antes das janelas abrirem, e a partir das 18h, ou seja, depois das janelas fecharem.
Figura 41 – Gráfico de cargas térmicas no edifício da Unimed ao longo de um dia
Foi observado ainda que o consumo por área de 456 kWh/m² estava acima do indicado na literatura, de 150 a 200 kWh/m². Após nova revisão, se observou que os dados inseridos dos
equipamentos não condiziam com o levantado na revisão bibliográfica, de 17 W/m² (CARLO, 2008). Além disso, o projetista iria trocar os equipamentos de condicionamento de ar por equipamentos com etiqueta A, o que levou a uma atualização do Coeficiente de Performance (COP) para 3,01 (INMETRO, 2013). Com esses novos dados, houve uma redução significativa no consumo proveniente de equipamentos (Figura 42) e o consumo para resfriamento por m² de 225 kWh/m².
Figura 42 – Gráfico da carga térmica da Unimed - modelo com densidade de equipamento e COP ajustados
Nesses últimos ajustes também foi relevante a referência do histórico do consumo de energia da edificação, uma vez que para consumo apresentado pela simulação, 27.587 kWh, considerou-se admissível uma variação de aproximadamente 50% (PEDRINI, 1997) para mais ou para menos desse histórico, 14.265 kWh, por se tratar de uma simulação na fase de estudo preliminar.
Figura 43 – Gráfico do histórico do consumo de energia da Unimed
Fonte: COSERN 0 2 4 6 8 10 12 14 vidro (condução) paredes coberta piso paredes internas iluminação equipamentos ocupação vidros (radiação solar)
Carga térmica (MW)
Var
iáv
e
is
Nessa experiência, verificou-se que as informações recebidas do projetista não eram suficientes para modelagem. A ausência de cálculo do azimute para definir a orientação e a planta sem definição dos usos das áreas posteriores, como cozinha e áreas destinadas a serviço, bem como a ausência de informações relativas a condicionamento dos ambientes, dificultaram o entendimento e definição das zonas térmicas, além de gerar trabalhos desnecessários por parte do simulador. Viu- se ainda a necessidade de confirmar se as informações não haviam chegado ao simulador porque não se sabia da necessidade de passá-las, ou por elas não estarem disponíveis. Como contribuição, vislumbra-se a criação de um checklist com informações necessárias para o projetista passar para o consultor.
A modelagem necessita diversas abstrações para caracterização de informações indeterminadas, bem como para simplificar, já que algumas características são inviáveis de modelar no software, a exemplo da capacidade de resfriamento quando se trata de simulação de variação de parâmetro.
Ao longo da modelagem, foi comprovada a importância da simulação com informações parciais. Esse processo contribui para identificar erros crassos por meio de resultados atípicos e refinar as informações relacionadas. As análises de sensibilidade contribuem para o refinamento do modelo porque possibilitam identificar as informações mais influentes e conferir e questionar suas origens e valores. Além disso, quando os resultados das simulações são analisados com base em gráficos pré-estabelecidos para recebimento dos dados de saída do software, a análise das informações tornou-se mais rápidas e direcionadas.
4.2.2 Identificação das potencialidades
Após a compreensão da edificação, foi discutido com o projetista as características passíveis de intervenção. Optou-se por investigar os ganhos térmicos da cobertura e advinda da infiltração de ar externo nas aberturas de veneziana que estavam obstruídas com laminado de madeira, mas ainda apresentavam frestas significativas (Figura 33f). Considerou-se a conservação das características históricas da edificação e do potencial de uso de estratégias bioclimáticas do projeto original, como sombreamento e ventilação natural. Outras intervenções em áreas internas do edifício foram descartadas porque além de afetar características históricas, trariam muito transtorno aos usuários, tendo em vista que seria necessário interromper o funcionamento do escritório e/ou provável geração resíduos decorrentes da reforma, que poderiam afetar os equipamentos e arquivos.
As alternativas de coberta analisadas foram:
1. Implantação de telha sanduiche sobre laje plana, considerando custo alto e desempenho bom;
2. Implantação de telha de alumínio sobre a laje com manta de isolamento térmico entre a laje e a telha, considerando custo e desempenho intermediários;
3. Instalação de manta com superfície refletora, de forma a reduzir a absortância da cobertura, considerando baixo custo e desempenho razoável.
Considerou-se a vedação com janelas de vidro internas às venezianas para reduzir a infiltração, já que os resultados (Figura 38) confirmam a contribuição dessas fontes de cargas térmicas. Assim, foram combinadas quatro tipos de coberturas com a variação da renovação de ar de 0 a 12 trocas de volume de ar por hora. Embora as renovações não possam ser especificadas, o Figura 44 ilustra o potencial de redução do consumo proporcional a redução das renovações de ar, aproximadamente 12MWh, o que indica que deve ser melhorada a vedação da esquadria. Além disso, as opções de telhas sanduiche e alumínio com isolamento térmico apresentam melhor desempenho.
Figura 44 – Gráfico do consumo de energia X renovações de ar - Unimed
A redução das renovações de ar pela metade, considerando as características da coberta existente, proporciona aproximadamente 10% de economia e até 13% de redução para a coberta com telha sanduíche (Figura 45).
25313,65 28660,48 31870,96 24704,63 27983,52 31167,25 24347,89 27587,34 30758,72 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 2 4 6 8 10 12 Consumo de energia (kWh) R e n o vaç õ e s d e ar
Unimed_telha aluminio c rolissol Unimed_telha sanduiche
Figura 45 – Gráfico do percentual de redução do consumo de energia - Unimed
Avaliou-se, também, a possibilidade de empregar a ventilação híbrida: foi constatado que os ocupantes do edifício optam por ventilação natural no período da tarde, quando não há insolação.
Figura 46 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed
Fonte: Adaptado de Negreiros (2010)
Assim, verificou-se a possibilidade de condicionar hibridamente a edificação, sendo mais de 90% dos dias garantidos o conforto sem necessidade de movimento de ar das 10h às 15h, das 8h às 10h e após 15h até às 18h. Também foi possível constatar a ocorrência de desconforto ao calor durante a madrugada, tendo em vista a inercia térmica da cobertura e a falta de renovação de ar no
3% 3% 2% 0% 13% 13% 12% 10% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%
Telha sanduiche Telha aluminio c rolissol Manta aluminizada Atual Po te n cial d e r e d u ção d o c o n su m o d e e n e rgi a (% ) Tipos de coberta
Percentual de redução do consumo de energia
ambiente, uma vez que as janelas são fechadas ao final do expediente. O conforto pode ser atingido em mais de 95% das horas do ano se o movimento de ar for garantido (Figura 46), facilmente obtido com ventiladores de teto, por exemplo. Assim, o conforto pode ser atingido em 36% das horas do ano, sem necessidade de outras medidas, em 59% das horas, se for garantida a ventilação, e apenas em 5% das horas haverá desconforto ao calor (Figura 47).
Figura 47 – Gráfico do percentual total de horas em conforto
Nessa fase, observou-se que foram possíveis poucas intervenções (redução da infiltração, uso de telha sanduiche e uso de ventilação híbrida, devido às restrições provenientes do interesse histórico da edificação e das boas práticas adotadas na arquitetura original do edifício. Mesmo assim, o projetista pode ter suporte das decisões mais eficazes para a eficientização, com dados embasados na redução do consumo de energia.