Estimativa de dados climáticos

Assim como Givoni (1994) propôs estimar a temperatura interna a partir de um curto período de medição, pesquisas têm sido feitas para moldar dados climáticos de curtos períodos de medição para serem utilizados na análise térmica de ambientes (GABRIELSSON e WILJANEN, 1994; ADELARD et al., 2000; HONG e JIANG, 1998; HONG e JIANG, 1995). Nem sempre arquivos climáticos com dados horários são disponíveis, podendo-se estimá-los de duas formas: a primeira através de correlações cruzadas entre os dados climáticos (NJAU, 1995, 1999); e a segunda através de auto-correlação das variáveis climáticas (HITTLE e PEDERSEN, 1981). Yoshida e Terai (1992) descrevem o procedimento para estimar a temperatura, a radiação solar global e a umidade, utilizando tanto a correlação cruzada quanto a auto-correlação das variáveis climáticas.

A auto-correlação é um dos métodos estatísticos de previsão de séries temporais. Uma série temporal é uma seqüência de observações ordenadas no tempo. O estudo de séries temporais permite o entendimento do mecanismo de observações passadas, para estimativa de valores futuros (WEI, 1994; BOX e JENKINS, 1976). A idéia principal da auto-correlação é determinar o padrão da série, separando-o do ruído contido nas observações individuais. A partir do padrão da série é possível prever valores futuros (SOARES et al., 1991).

A variação diária da temperatura interna não depende somente das temperaturas passadas, ela é conseqüência das características construtivas do ambiente, dos ganhos de calor internos, do clima, e da intervenção do usuário. Numa edificação naturalmente ventilada, a variação da temperatura interna de um ambiente é conseqüência de fatores externos e internos, e estes fatores podem ser divididos em cinco grupos:

1. Temperatura externa que por convecção aquece ou resfria a superfície externa do envelope da edificação;

2. Ar externo, temperatura e umidade, que entra no ambiente por infiltração ou ventilação; 3. Radiação solar absorvida nos elementos de fechamentos (paredes e coberturas), levando

a um acréscimo da temperatura superficial;

4. Radiação solar transmitida para o ambiente interno através dos vidros, aquecendo as superfícies internas e depois por convecção a temperatura do ar interno;

5. Calor sensível (convecção e radiação) e calor latente (umidade) gerado pela ocupação e atividade dos ocupantes, levando ao aumento na temperatura superficial dos fechamentos internos e na temperatura do ar.

As características construtivas, os materiais de acabamento e o contato com o solo são fatores que influenciam na forma pela qual o calor é absorvido e liberado ao ambiente. A combinação destes fatores faz com que a temperatura interna de um ambiente tenha um determinado valor horário, e uma distribuição de temperaturas ao longo do dia variável em função da variação dos fatores externos e internos.

A variação de temperatura interna pode ser explicada decompondo esta variação em quatro componentes das séries temporais:

1. A tendência de acompanhar a temperatura externa;

2. Flutuação com maior ou menor regularidade ao redor da tendência; 3. Componente sazonal;

4. Irregularidade.

Em ambientes naturalmente ventilados, a temperatura externa tem influência na temperatura interna. Quando estes ambientes são amplamente ventilados, a variação na temperatura externa é igualmente percebida no ambiente interno. Dependendo da orientação e ganhos térmicos pelo envoltório, a variação da temperatura interna pode ser influenciada pela radiação solar. A flutuação da temperatura interna com menor regularidade com relação à temperatura externa e à radiação solar, é devida à maior inércia térmica dos elementos construtivos do envoltório, características da superfície externa, proteções solares e as trocas de ar com o ambiente externo.

As características construtivas, os ganhos térmicos internos e externos e as trocas de ar podem ser calculados e mostram a tendência e a flutuação da temperatura interna em relação à temperatura externa, como pode ser determinado pelo método da admitância. As diferenças no gerenciamento da edificação em razão da variação sazonal também podem ser alteradas nos cálculos. Porém, a variação da temperatura interna tem uma componente que faz com que a mesma não siga apenas ciclos harmônicos. A componente “irregularidade” contempla tanto as variações não regulares do vento dentro de uma hora, quanto as atitudes diferenciadas de gerenciamento da edificação para condições climáticas externas parecidas e ganhos internos variáveis ao longo do dia. Por isso que se afirma nesta pesquisa, que uma real representação das condições de temperatura de um ambiente interno é obtida somente com o uso de medições no local.

A Eq. (3) de estimativa da temperatura máxima interna proposta por Givoni pode ser explicada decompondo-a em três das quatro componentes já citadas:

1. A tendência de acompanhar a temperatura externa;

2. Flutuação com maior ou menor regularidade ao redor da tendência; 3. Componente sazonal.

A irregularidade não é levada em consideração, pois os protótipos não eram ocupados, e as trocas de ar interno eram mantidas constantes através do uso de ventiladores. Ο ∆T é o valor médio da temperatura máxima interna acima da temperatura média externa (flutuação com maior ou menor regularidade ao redor da temperatura média diária). A porcentagem com que cada temperatura média diária influi na temperatura máxima interna é decorrente do valor de k1 do ambiente. Valores altos de k1, ou seja, edificações com pouca massa térmica,

representam que a edificação tem maior dependência da temperatura média diária do que da temperatura média de um grande período. Valores baixos de k1, ou seja, ambientes com massa

térmica e bioclimaticamente solucionados, dão um maior peso para a grande média, e significa que o ambiente interno é menos influenciado pela temperatura média diária (tendência de acompanhar a temperatura externa). Porém a edificação não é somente influenciada pela temperatura do dia, parte é decorrente de uma grande média (componente sazonal).

Givoni (1994, 1997 e 1998) propõe o uso da grande média da temperatura externa na determinação da temperatura máxima interna, mas acredita-se que a temperatura máxima interna não é conseqüência da média de temperaturas que ainda vão ocorrer, mas sim da média das temperaturas externas que já ocorreram. Essa hipótese foi adotada porque possivelmente na Califórnia e em Israel, onde foram feitas as medições que originaram a fórmula, o clima não seja tão variável como o do sul do Brasil. Para o sul do Brasil, a média da temperatura de 10 dias e a média da temperatura de 20 dias podem apresentar grandes diferenças devido a ocorrência de uma entrada de uma frente fria, queda de temperatura esta, que também ocorre nos períodos quentes. Devido a esta variação climática que ocorre no sul do Brasil, acredita-se ser importante utilizar a média da temperatura externa do período anterior ao dia em que se queira estimar a temperatura máxima interna. Em Papst e Lamberts (2001) se verificou que a temperatura máxima interna tem uma correlação mais forte com a temperatura média de três dias, do dia mais dois dias anteriores, do que com somente a temperatura média diária.