3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
3.7 FERRAMENTAS PARA ANÁLISE DOS DADOS MEDIDOS
Neste tópico, são apresentadas as ferramentas utilizadas para análise dos dados medidos com o objetivo de avaliar o desempenho térmico. Avaliou-se a efetividade das configurações para: estabilização térmica e para aquecimento e resfriamento. A seguir são apresentadas as ferramentas utilizadas.
3.7.1 Análise do desempenho térmico frente às normas EN-15.251 e ASHRAE Standard 55 e carta bioclimática adaptada por Bogo et al. (1994)
Na análise do desempenho térmico da edificação-teste, iniciou-se com abordagens segundo as normas EN-15.251 (EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION - CEN, 2007) e ASHRAE Standard 55 (AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS - ASHRAE, 2013) e carta bioclimática adaptada por Bogo et al. (1994).
As duas normas preveem o uso da temperatura operativa (𝑇𝑜 ) para verificação do desempenho da edificação. O cálculo dessa variável, demanda a utilização da temperatura radiante média (Trm). Quando a velocidade do ar no ambiente for menor que 0,2 m/s a To pode
ser tomada como a média entre a Trm e a temperatura do ar (Tar) (INTERNATIONAL
ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION - ISO, 1998, p. 49; INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO, 2010, p. 13). Na grande maior parte do tempo, a velocidade do ar no interior da sala foi praticamente igual a zero. Havendo velocidade maior, variou entre 0,0 e 0,2 m/s. Para este trabalho, considerou-se a hipótese, confirmada em seu decorrer, de que, na sala teto-reservatório, a Trm seria praticamente igual à temperatura do ar. Sendo assim, a temperatura operativa (𝑇𝑜 ) também teria valor muito próximo do da temperatura do ar. Por esse motivo, para agilidade e simplificação dos procedimentos, na avaliação do desempenho térmico da sala teto-reservatório tomou-se 𝑇𝑜 = Tar interno.
3.7.2 Avaliação da estabilidade térmica
Conforme observado anteriormente, em climas com grande amplitude térmica diária é importante que a edificação apresente inércia térmica. Para avaliar a capacidade das configurações para resistir às flutuações das temperaturas externas foi adotado o índice Fator Decremental (FD).
3.7.2.1 Fator Decremental (FD)
O fator decremental pode ser descrito como a amplitude térmica diária relativa. Mede a proporção entre a amplitude térmica diária interna e a amplitude térmica diária externa. É calculado pela Equação 13:
𝑭𝑫 =𝑨𝒊𝒏
𝑨𝒆𝒙
Equação 13
Fonte: Krüger, González-Cruz e Givoni (2010)
Em que:
𝐴𝑖𝑛 Amplitude térmica interna
𝐴𝑒𝑥 Amplitude térmica externa
Quanto menor o FD, maior o potencial da configuração para reduzir a flutuação das temperaturas internas e melhor será seu desempenho térmico.
Será considerado como ótimo o FD que atenda a seguinte expressão (Equação 14):
𝐹𝐷ó𝑡𝑖𝑚𝑜 ≤
7 °C
𝐴𝑒𝑥 𝑚á𝑥 Equação 14
Fonte: Autoria própria (2018)
Em que:
𝐴𝑒𝑥 𝑚á𝑥 Amplitude térmica externa máxima
O valor 7 °C foi definido na seção “3.1.3.5 Análise com enfoque na amplitude térmica diária”.
3.7.3 Aquecimento e resfriamento
Neste tópico, são descritas as ferramentas desenvolvidas e utilizadas para avaliar o desempenho das configurações ao aquecimento e resfriamento.
3.7.3.1 Coeficiente de dissemelhança das temperaturas diárias médias (CD)
Este coeficiente foi desenvolvido como alternativa à comparação direta das temperaturas médias, máximas e mínimas, pois estas não podem ser comparadas se medidas em períodos diferentes, quando o ambiente externo apresentar diferentes amplitudes térmicas
diárias. Alternativamente, os CDs de diferentes períodos podem ser comparados, pois serão os mesmos para uma mesma configuração, desde que medidos em períodos estáveis.
Expressa a dissemelhança da temperatura interna diária média (𝑇𝑖𝑛 𝑚é𝑑) em relação à
temperatura externa diária média (𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑). Mede o grau de diferença entre estas variáveis.
Tomando como referência uma célula-teste hipotética, na qual as trocas térmicas ocorrem exclusivamente por condução e convecção e não operam artifícios para aquecimento ou resfriamento, a 𝑇𝑖𝑛 𝑚é𝑑 será igual à 𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑 e o Coeficiente de Dissemelhança (CD) terá valor próximo de zero (0,0). Havendo formas passivas de aquecimento, a 𝑇𝑖𝑛 𝑚é𝑑 será mais alta
que a 𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑 e o CD será maior que zero. Caso o CD alcance valores próximos de 1, as
temperaturas internas médias estarão próximas das externas máximas. Havendo formas passivas de resfriamento, o CD será inferior a zero. Valores próximos de -1 indicam que as temperaturas internas médias se aproximam das mínimas externas.
O coeficiente de dissemelhança é calculado de acordo com a Equação 15:
𝐶𝐷 = (𝑇𝑖𝑛 𝑚é𝑑− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛
) − 1 Equação 15
Fonte: Autoria própria (2018)
Deve-se atentar para o fato de que uma mesma edificação pode apresentar diferentes coeficientes de dissemelhança conforme a atuação de formas passivas de condicionamento. Se a edificação possuir uma forma passiva de aquecimento para o período de inverno, neste período o CD terá valor específico.
O coeficiente de dissemelhança também pode ser entendido como a taxa relativa de aquecimento ou resfriamento, pois mede o deslocamento da temperatura média diária interna em relação à temperatura média diária externa.
Ainda, o coeficiente pode apresentar resultados distorcidos caso os dias anteriores ao dia escolhido para o cálculo apresentarem diferenças importantes, especialmente se a célula- teste ou edificação possuir inércia térmica alta. Devido a este fato, o CD deve ser adotado como um sinalizador, sendo necessário verificar criticamente os dados utilizados para seu cálculo. Aconselha-se que, no cálculo do CD, sejam evitados períodos de entrada de frentes frias e períodos com ondas desproporcionais de calor.
Em alguns climas, com inverno e verão bem definidos, é necessário que a edificação opere de forma diferente em cada época do ano. Que o CD seja ajustado conforme as variações da temperatura neutra de conforto, via artifícios para aquecimento ou resfriamento, para apresentar valores diferentes.
Considerando o clima externo e as temperaturas neutras de conforto no verão e inverno, é possível calcular o CD ideal para inverno e o CD ideal para verão.
O CD ideal para inverno pode ser calculado pela Equação 16.
𝐶𝐷𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑛𝑜 = (𝑇𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑛𝑜− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑚é𝑑
𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑚é𝑑 ) − 1 Equação 16
Fonte: Autoria própria (2018)
Em que:
𝐶𝐷𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑛𝑜 CD desejado para a edificação no inverno. 𝑇𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑛𝑜 Temperatura neutra de inverno.
𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑚é𝑑 Temperatura mínima média do período. 𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑 Temperatura externa média do período.
O CD ideal para verão é calculado de maneira semelhante pela Equação 17.
𝐶𝐷𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑣𝑒𝑟ã𝑜 = (
𝑇𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑟ã𝑜− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑚é𝑑
𝑇𝑒𝑥 𝑚é𝑑− 𝑇𝑒𝑥 𝑚í𝑛 𝑚é𝑑 ) − 1 Equação 17
Fonte: Autoria própria (2018)
Em que:
𝐶𝐷𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑣𝑒𝑟ã𝑜 Coeficiente de dissemelhança desejável para verão. 𝑇𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑟ã𝑜 Temperatura neutra de verão.
3.7.3.2 Coeficiente de dissemelhança ajustado (CDAjustado)
Para um correto entendimento dos objetivos desta pesquisa, é importante ter em mente que a investigação do potencial do teto-reservatório ocorre considerando que sua instalação não
deve implicar em grande demanda em termos de operação. Não se pensa em um componente da edificação que precise ser operado diariamente pelo usuário, diferindo, portanto, de elementos como as janelas. A ideia é que se adote uma configuração permanente, tirando partido das condições do local, como o percurso solar, ou, no máximo, que ocorram alterações de configuração a cada estação climática.
Sendo assim, quando se fala em aquecimento ou resfriamento, pressupõem-se o teto- reservatório seria ajustado para atuar de modo a levar a condições confortáveis de modo quase autônomo. Ou, ao menos, a colaborar para alcançar tais condições, sem atuar em outro sentido. Sob a perspectiva do conforto térmico e da arquitetura passiva, quando se fala em aquecimento e resfriamento, é necessário ter em mente que, quando estes ocorrem, a alteração na temperatura interna não deve ser tal que implique em passar de uma condição de desconforto para outra. Não é desejável que o aquecimento implique em passar da condição de desconforto devido às baixas temperaturas para a condição de desconforto por calor. Neste sentido, tem-se em mente que o teto-reservatório, ao aquecer ou resfriar, não pode gerar excessiva amplitude térmica diária, o que demandaria a intervenção do usuário. Assim, caso promova aquecimento, o TR também deve ser capaz de manter, ao longo do dia, os novos níveis de temperatura alcançados. Se promover resfriamento, deve, após atingir temperaturas mais baixas, ser capaz de mantê-las. Isso implica também em não gerar desconforto devido à promoção de amplitudes térmicas acima de 7 °C. Por outro lado, ao se ajustar o teto-reservatório para promover aquecimento, por exemplo, as taxas de aquecimento pensadas devem ser as desejáveis, não as possíveis. Que dizer, em um clima como o de Curitiba, talvez seja possível, por meio do teto- reservatório, levar um ambiente interno a atingir temperaturas do ar acima de 35 °C. Porém, provavelmente não sejam estas as temperaturas desejáveis.
Diante da necessidade de se manter a amplitude térmica diária em níveis baixos, avaliou-se o aquecimento das células-teste também segundo outro coeficiente, que leva em conta o fator decremental (FD). No cálculo do coeficiente penalizam-se desempenhos que resultam em altos FD. O coeficiente foi denominado CD Ajustado e é apresentado na Equação 18.
𝐶𝐷𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 = 𝐶𝐷
𝐹𝐷2 Equação 18
Fonte: Autoria própria (2018)
𝐶𝐷𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 Coeficiente de dissemelhança levando em conta o impacto na
amplitude térmica diária.
3.7.4 Comparação entre Temperaturas Internas Médias Medidas e Estimadas das Configurações Controle
Tanto para os experimentos com células-teste como para os experimentos com a edificação-teste foram adotadas configurações de controle (CC). Estas configurações controle serviram de referência para avaliar o desempenho das demais comparativamente.
A configurações controle nos experimentos com células-teste foi preparada de forma que: possuísse massa próxima da massa das demais configurações; no final de um dia típico, o saldo de aquecimento e resfriamento fosse mínimo; não possibilitasse resfriamento evaporativo significante; não possibilitasse aumentos de temperatura por efeito estufa (coletor solar).
A configuração controle nos experimentos com a edificação reproduziu a cobertura de grande parte das edificações daquela região de Israel, o que permitiu comparar as configurações experimentais com a cobertura padrão local.