EDIFICAÇÕES UTILIZADAS NA PESQUISA PARA OS MODELOS DIGITAIS

Duas edificações com diferentes níveis de complexidade foram escolhidas para serem utilizadas como estudos de caso no decorrer da pesquisa. Elas serão contextualizadas nas subseções a seguir e novamente abordadas e descritas mais adiante no capítulo sobre a metodologia do trabalho.

2.8.1 Case 600 – ASHRAE Standard 140

A norma americana ANSI/ASHRAE Standard 140-2011 (ASHRAE, 2012), como já comentada anteriormente, aborda sobre o método padrão de testes para a validação de programas computacionais que realizam simulações energéticas de edificações com variados graus de complexidade de modelagem, compondo todos os testes possíveis de ocorrer.

Essa norma especifica os procedimentos de teste para avaliar as habilidades técnicas e as possibilidades de aplicação de programas de computador que calculam o desempenho térmico de edificações e de seus sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar-condicionado (AVAC). Apesar de não poder analisar todos os algoritmos dentro de um programa, as avaliações podem ser utilizadas para indicar as principais falhas ou limitações em suas capacidades (ASHRAE, 2012).

O método padrão de teste (Standard Method of Test – SMOT) consiste em uma sequência de avaliações que examina vários modelos térmicos, descritos detalhadamente na norma, que são relevantes para simular o desempenho energético de uma edificação e de seus equipamentos mecânicos (ASHRAE, 2012).

Os valores de saída (outputs) são comparados e utilizados em conjunto com a lógica de diagnóstico para identificar as fontes de diferenças previsíveis do programa computacional, que possivelmente podem ser causadas por variações algorítmicas, limitações de modelagem, diferenças de dados de entrada (inputs) ou erros de codificação (ASHRAE, 2012).

Na norma (ASHRAE, 2012), os casos de testes são divididos em duas classes para satisfazer diferentes níveis de detalhamento de modelagem dos programas computacionais. Para o presente trabalho destacam-se os testes da Classe I, desenvolvidos pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável dos Estados Unidos (NREL) em parceria com Agência Internacional de Energia (International Energy

Agency – IEA) e projetados para diagnósticos mais detalhados do que a Classe II.

Na Classe I, os modelos térmicos são destinados especificamente a testes de diagnóstico para programas capazes de realizar simulações horárias, como é o caso do EnergyPlus. Além disso, o método de teste emprega avaliações comparativas entre programas e foca nas cargas térmicas dos elementos do envelope da edificação e na performance dos equipamentos mecânicos (ASHRAE, 2012).

Por ser um documento relevante, inclusive recomendado pela norma NBR 15575-1 (ABNT, 2013) e pelos regulamentos brasileiros de eficiência energética – RTQ-C e RTQ-R (BRASIL, 2012, 2013) – quanto à validação de programas de simulação de edificações, a ASHRAE Standard 140 foi utilizada como referência para a escolha do modelo que foi empregado na pesquisa.

Como todos os modelos térmicos da norma representam simplificações da realidade, foi escolhido o caso de teste Case 600 por ser a edificação que serve de base para praticamente todos os outros modelos de simulação da Classe I.

O Case 600 é um modelo simplificado composto por uma única zona de baixa massa térmica (cobertura, piso e paredes leves), retangular e sem divisórias internas. Seu teste analisa a capacidade dos programas em modelar as cargas do envelope da edificação e simular efeitos combinados como massa térmica, fator de ganho de calor solar das janelas (FSt), calor gerado internamente e infiltração de ar (ASHRAE, 2012).

Sua escolha também se justifica pela explicação de Nasyrov et al. (2014) em que utilizar um modelo idealista e abstrato torna possível identificar os pontos fracos potenciais e quaisquer dados ausentes após a exportação ou importação de procedimentos.

2.8.2 Projeto Casa Eficiente

A fim de complementar a investigação, foi buscado um exemplo representativo de edificação real do cotidiano e com potencial para a análise do comportamento térmico, no caso uma habitação unifamiliar.

Então foi escolhido o projeto Casa Eficiente, resultado da coordenação da Centrais Elétricas S.A. (ELETROSUL) em parceria com a Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (ELETROBRÁS), através do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL), e desenvolvido pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), por meio do Laboratório de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE) (ELETROSUL, 2015; LAMBERTS et al., 2010a).

Constitui em um espaço concebido para contribuir na divulgação, desenvolvimento e aplicação de conceitos e soluções em conforto ambiental, eficiência energética e conservação do meio ambiente, visando a sustentabilidade, aprimoramento e modernização do fazer arquitetônico. Dessa forma é um instrumento educativo destinado à visitação e sensibilização pública, disseminador de boas práticas no setor da construção civil, principalmente em edificações residenciais, tornando-se referência nacional para a comunidade acadêmica e profissionais que atuam nesta área (ELETROSUL, 2015; LAMBERTS et al., 2010a, 2010b).

A Casa Eficiente trata-se de uma habitação unifamiliar de classe média para atender quatro pessoas com área útil de 206 m² em dois pavimentos (Figura 6). O programa de necessidades consiste em: dois quartos (solteiro e casal), sala de estar e jantar, cozinha, área de serviço coberta, banheiro, área para recepção (decks

externos), mezanino e duas áreas técnicas (reservatórios de água) (ELETROSUL, 2015).

Figura 6 – Vistas da Casa Eficiente: (a) fachada sul e (b) fachada norte

(a)

(b)

Fonte: (ELETROSUL, 2015).

A edificação foi inaugurada em 29 de março de 2006 e está localizada no pátio da sede da ELETROSUL, na cidade de Florianópolis-SC, onde o clima é definido como tropical temperado, super úmido, com verão quente e inverno ameno, sub-seco. Foi concebida pelas arquitetas Alexandra Albuquerque Maciel e Suely Ferraz de Andrade, com sistemas e soluções integradas para eficiência energética e desempenho térmico satisfatório pensados desde as etapas iniciais como premissas de projeto (ELETROSUL, 2015; LAMBERTS et al., 2010a, 2010b).

A partir do estudo detalhado das características da região litorânea de Santa Catarina, o projeto arquitetônico foi desenvolvido para o melhor aproveitamento e a

correta adequação das condições climáticas locais, como orientação e radiação solar, temperatura, umidade relativa do ar, ventos predominantes e o entorno próximo. Também teve o intuito de definir soluções de projeto para utilizar as diversas estratégias bioclimáticas, que exigem menores investimentos, minimizam a dependência de condicionamento artificial e assim proporcionam maior redução do consumo energético (ELETROSUL, 2015; LAMBERTS et al., 2010b).

A ELETROSUL (2015) detalha que houve a preocupação para o equilíbrio entre a tecnologia e o aproveitamento de fontes naturais de energia durante a concepção da edificação, com sistemas alternativos de resfriamento e aquecimento ambiental, prioridade em materiais locais renováveis ou de menor impacto ambiental, uso de vegetação para criação de microclima local agradável, entre outras condicionantes de projeto.

Dentre as estratégias passivas utilizadas no projeto para condicionamento de ar e conforto térmico dos usuários e para evitar ganhos de calor excessivos no verão e reduzir as perdas no inverno, destacam-se (ELETROSUL, 2015):

a) volumetria e orientação da edificação em função das condições de insolação e ventilação do entorno, para aproveitamento da radiação solar e captação dos ventos predominantes, respectivamente;

b) ventilação cruzada em todos os ambientes de maior permanência (quartos e sala), pela disposição das esquadrias em fachadas opostas em cada ambiente;

c) isolamento térmico nas coberturas e inércia térmica das paredes, com o amortecimento e atraso térmico nas temperaturas internas em relação ao ambiente externo, reduzindo a transmissão de calor e as amplitudes térmicas;

d) toda a área molhada da casa (cozinha, serviço e banheiro), de menor permanência dos ocupantes, foi concentrada no lado oeste, funcionando como barreira contra a insolação nesta orientação;

e) vidros duplos nas esquadrias, para melhor isolamento térmico e acústico, e persianas externas de PVC e proteções solares externas com vegetação, para sombreamento diurno;

f) emprego de insuflamento mecânico do ar externo durante o verão, para a ventilação nos dormitórios no período noturno através de equipamentos;

g) circulação de água quente em tubulação no interior dos quartos para aquecimento ambiental.

Como a Casa Eficiente é um centro com potencial para a promoção do ensino e do desenvolvimento científico e tecnológico, foi também criado o Laboratório de Monitoramento Bioclimático e Eficiência Energética (LMBEE). O LMBEE a equipou com um amplo sistema de monitoramento termoenergético e uma estação meteorológica própria, para o controle diário e comparação das variáveis ambientais internas e externas e dos fluxos de calor através das vedações (paredes e coberturas) (ELETROSUL, 2015; LAMBERTS et al., 2010a, 2010b), possibilitando um acompanhamento do comportamento térmico da edificação.

Os pesquisadores do LMBEE também realizaram simulações computacionais do desempenho termoenergético da habitação após a sua construção. Para isto utilizaram o programa computacional EnergyPlus, por meio de um modelo digital que representou ao máximo a realidade da casa já construída (LAMBERTS et al., 2010a). Como resultados, obtiveram o comportamento das temperaturas internas de ambientes específicos, como a sala, o quarto de casal e o banheiro, para compará- los com dados reais medidos internamente com equipamentos e no ambiente externo e avaliá-los quanto ao desempenho térmico (LAMBERTS et al., 2010a).

Suas atividades de pesquisa e os resultados obtidos ao longo de dois anos e meio foram apresentados em quatro publicações técnicas direcionadas à construção civil e ao desenvolvimento de projetos adequados ao meio ambiente, sendo relevantes para este trabalho o primeiro e o último volume: Volume 1 - Bioclimatologia e Desempenho Térmico (LAMBERTS et al., 2010b) e Volume 4 - Simulação Computacional do Desempenho Térmico-Energético (LAMBERTS et al., 2010a), respectivamente.

Tais publicações serviram de orientação para a modelagem e simulação do projeto Casa Eficiente nos programas computacionais que são objetos de estudo da presente pesquisa, a ser explicado na seção sobre a metodologia.