Geometria e zonas térmicas

A sala S-17, conforme já descrito anteriormente, faz parte do prédio da Engenharia Civil da Escola Politécnica da USP, orientado geograficamente conforme Figura 36, sendo este composto por dois pavimentos, e uma grande quantidade de salas de aula, salas de escritórios e laboratórios. Na Figura 37 é possível ter uma visão geral do pavimento térreo do prédio. Ainda na mesma figura são destacados os Jardins e as áreas abertas, de grande influência para este estudo, além da entrada principal e da posição da sala S-17 no piso superior (projeção da sala).

Figura 36 – Mapa aéreo com o prédio da Engenharia Civil da Escola Politécnica da USP em destaque.

Figura 37 – Planta do pavimento térreo prédio da Engenharia Civil – Poli-USP.

Fonte: Acervo da Superintendência do Espaço Físico da USP (SEF) (2017)

A Figura 38 apresenta as características do piso superior, onde se encontra a sala de referência deste trabalho.

Figura 38 – Planta do pavimento superior prédio da Engenharia Civil – Poli-USP.

Fonte: Acervo da Superintendência do Espaço Físico da USP (SEF) (2017)

Uma forma de desenvolvimento da geometria para tal estudo seria modelar o prédio completo, o que traria uma boa qualidade geométrica para o modelo; entretanto, dois fatores não contribuem para tal cenário: o primeiro, ao redor da sala existem grandes

corredores com ventilação natural, onde o ar externo exerce maior influência do que as características dos ambientes adjacentes aos corredores; o segundo, para a modelagem do prédio todo seria necessário conhecer as características de cada ambiente, suas cargas, atividades etc., gerando um enorme trabalho e um custo computacional elevado e desnecessário.

Para a análise térmica a edificação é vista como uma rede complexa de capacitâncias e resistências térmicas, ligando os ambientes e representando os processos de armazenagem e transferência de calor radioativo, convectivo e condutivo. Assim, o tratamento matemático desta rede, que pode ter parte desprezada, valores fixados atribuídos ou suposições e simplificações de condição de contorno, determina a flexibilidade técnica da modelagem.

Com isso, após investigar qual seria a melhor forma de modelar a sala S-17 concluiu- se que uma maneira adequada foi criar apenas a geometria da sala e dos ambientes adjacentes, conforme Figura 39 e Figura 40, considerando as paredes externas, que neste modelo seriam expostas ao sol, como adiabáticas.

Figura 39 – Geometria do pavimento térreo modelada.

Figura 40 – Geometria modelada do pavimento superior que contém a sala 17.

Fonte: Autor (2018)

O levantamento de dados para o modelo geométrico foi feito por medições em campo. Com o uso de uma trena foram coletadas todas as medidas necessárias para o desenvolvimento do desenho (Figura 39 e Figura 40), com distância entre pisos de 3,40 m.

Com as medidas determinadas foi possível partir para a modelagem geométrica, esta realizada pelo software SketchUp Make 2016, gratuito e disponível no site <http://www.sketchup.com/pt-BR>, através do OpenStudio SketchUp Plug-in, também gratuito e disponível no site <https://www.openstudio.net/>.

Feita a modelagem geométrica, chegou-se ao resultado conforme mostra a Figura 41 e Figura 42.

Figura 41 – Geometria completa, visão a), b) e c) onde a linha laranja indica o Norte.

a)

c) b)

Figura 42 – a) Cortes realizados. Cortes verticais em b), c), d) e e). Cortes horizontais em f), g), e h). a) b) c) d) e) f) g) h)

As áreas abertas e de grandes vãos foram modeladas como portas ou janelas, sendo consideradas totalmente abertas por 100% do tempo da simulação. Esta consideração foi utilizada, e inclusive é sugerida em documentos oficiais do software, pois é uma maneira aceitável de modelar vãos, visto que para o cálculo matemático realizados pelo EnergyPlus é importante que existam volumes fechados. Para os vãos internos e onde existe entrada de luz no ambiente, o vão foi modelado como janela (Figura 43), já o limite dos corredores que estão dentro do prédio, foi modelado como porta (Figura 44).

Figura 43 – Vãos modelados como janelas, 100% do tempo abertas.

Figura 44 – Vãos modelados como portas, 100% do tempo abertas.

Fonte: Autor (2018) (Imagem do software SketchUp)

A geometria da sala S-17 é muito importante para a simulação, visto que é o ambiente de referência e que faz uso de plenum para insuflação do ar condicionado. Assim, como o restante da geometria, as medidas da sala S-17 foram coletadas em campo com uso de trena e o modelo geométrico final da sala S-17 é apresentado na Figura 45.

Figura 45 – Geometria final sala S-17, forma de visualização a) Convencional e b) Raio X.

a) b)

Fonte: Autor (2018) (Imagem do software SketchUp)

Criada toda a geometria para a simulação foi determinada a divisão das zonas térmicas. A divisão das zonas térmicas é importante para a correta avaliação e análise de cada ambiente. Foi definida uma zona térmica para cada ambiente, sendo 20 zonas térmicas modeladas, conforme apresenta a Figura 46, onde cada bloco representa uma zona térmica diferente e sua identificação é apresentada no Quadro 4.

Figura 46 – Divisão das zonas térmicas.

a)

b)

c)

Quadro 4 – Identificação das zonas térmicas.

IDENTIFICAÇÃO ZONA TÉRMICA IDENTIFICAÇÃO

1 Forro Zona do forro.

2 S-17 Zona da sala S-17.

3 Plenum Zona do plenum.

4 Circ2PS Corredor do piso superior, acesso às portas da sala S-17. 5 Escr1 Zona sob a sala S-17 e Circ2PS.

6 Circulacao Área de circulação com acesso para a secretaria de pós- graduação.

7 Jardim Área de jardim.

8 Cob_S17 Cobertura sobre a Sala S-17

9 Cob_Circ Cobertura sobre a área de circulação. 10 Cob_Jardim Cobertura sobre a área de jardim.

11 Circ1PS Corredor do piso superior mais próximo à entrada do prédio. 12 Circ1PI Corredor do piso inferior mais próximo à entrada do prédio. 13 Escr2 Corredor do piso inferior mais distante da entrada do prédio. 14 Circ3PS Corredor do piso superior mais distante da entrada do prédio. 15 CobSul_Circ1PS Parte Sul da cobertura sobre o corredor Circ1PS.

16 CobCentral_Circ1PS Parte central da cobertura sobre o corredor Circ1PS. 17 CobNorte_Circ1PS Parte Norte da cobertura sobre o corredor Circ1PS. 18 CobSul_Circ3PS Parte Sul da cobertura sobre o corredor Circ3PS. 19 CobCentral_Circ3PS Parte central da cobertura sobre o corredor Circ3PS. 20 CobNorte_Circ3PS Parte Norte da cobertura sobre o corredor Circ3PS.

Fonte: Autor (2018)