Método de simulação computacional

De acordo com o exposto na metodologia, a avaliação do desempenho térmico da edificação base pelo método de simulação computacional da NBR 15.575 tem critérios diferenciados em função do solstício analisado, por isso, os resultados foram divididos entre os períodos de verão e inverno.

Seguindo o critério da norma de comparação entre as temperaturas internas da edificação e as externas, para cada solstício foram obtidas as temperaturas internas dos dois dormitórios e da sala de estar (ambientes de permanência prolongada) da unidade habitacional termicamente mais crítica e escolhida a mais extrema delas para ser comparada com a temperatura crítica externa. As temperaturas dos três ambientes nas diversas composições de coberturas estão disponíveis no Apêndice D.

4.1.2.1 Verão

Durante o período de verão, a unidade habitacional mais crítica termicamente é a de número 1 (UH1). Foram obtidas as temperaturas máximas internas dos

ambientes de permanência prolongada da unidade e, após, foi escolhida a mais elevada para as avaliações de desempenho térmico da edificação.

A primeira avaliação foi realizada considerando o sistema de cobertura original da edificação base (Modelo 1): telha de fibrocimento, câmara de ar, laje de concreto armado e argamassa salpicada (U = 2,02 W/(m².K)). A absortância solar foi a da telha de fibrocimento envelhecida (α = 0,85). A Tabela 11 apresenta os resultados das temperaturas máximas internas para as diferentes condições estipuladas pela NBR 15.575 e a máxima externa para o dia típico de verão na cidade de Santa Maria/RS.

Tabela 11 – Temperaturas máximas (°C) externa e internas da UH1 com o Modelo 1 de cobertura para o dia típico de verão em Santa Maria.

Modelo 1: U = 2,02 W/(m².K) Verão – UH 1

Absort.

solar 1 Ren/h 5 Ren/h

1 Ren/h e 50% sombra 5 Ren/h e 50% sombra Temp. externa 0,85 44,90 38,86 43,57 37,98 33,20

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Observando os resultados, percebe-se que nenhuma das condições estipuladas pela NBR 15.575 fez com que a temperatura máxima interna da UH1 fosse igual ou menor que a temperatura máxima externa durante o dia típico de verão. Logo, a edificação base foi reprovada no desempenho térmico quando avaliada pelo método de simulação computacional.

Após a verificação do não atendimento ao parâmetro mínimo para o verão, foram feitas novas simulações computacionais, com propostas de alterações no sistema de cobertura da edificação, conforme descrito na metodologia (Tabela 6). Todos os modelos possuem valores de transmitância térmica capazes de serem aprovados pelo método simplificado da NBR 15.575 para verão. A Tabela 12 apresenta os resultados das temperaturas máximas internas da UH1 para as diferentes composições de cobertura e orientações da norma.

Tabela 12 – Temperaturas máximas (°C) externa e internas da UH1 com todos os modelos de cobertura para o dia típico de verão em Santa Maria.

Modelo U W/(m².K)

Absort.

solar (α) 1 Ren/h 5 Ren/h

1 Ren/h e 50% sombra 5 Ren/h e 50% sombra Temp. externa 1 2,02 0,85 44,90 38,86 43,57 37,98 33, 20 0,70 42,49 37,43 41,13 36,57 0,50 39,17 35,67 37,78 34,95 0,30 36,21 34,12 34,96 33,40 2 1,34 0,85 42,41 36,93 40,53 35,87 0,70 40,78 36,10 38,88 35,18 0,50 38,53 35,12 36,69 34,25 0,30 36,40 34,16 34,88 33,29 3 0,95 0,85 41,10 36,01 38,95 35,05 0,70 39,87 35,52 37,72 34,58 0,50 38,18 34,85 36,19 33,92 0,30 36,54 34,16 34,84 33,23 4 0,62 0,85 39,92 35,37 37,53 34,38 0,70 39,09 35,05 36,69 34,06 0,50 37,92 34,61 35,76 33,63 0,30 36,68 34,15 34,86 33,18

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Entre as composições de coberturas propostas para a edificação base, somente a que possui U = 0,62 W/(m².K) e α = 0,30 foi aprovada no desempenho térmico mínimo de verão pelo método de simulação computacional, desde que tenha 5 Ren/h nos ambientes internos e 50% de sombreamento nas janelas externas. Todas as outras situações foram reprovadas, porque suas temperaturas máximas internas foram superiores à máxima externa no dia típico de verão.

Percebe-se que as alterações do sistema de cobertura contribuíram bastante para a diminuição da temperatura interna na UH1, chegando a reduzir 11,72°C. Comparando as variáveis de forma isolada, a alteração da transmitância térmica de 2,02 para 0,62 W/(m².K) com α = 0,85 atingiu a melhoria de 10,52°C, enquanto que a diminuição da absortância solar de 0,85 para 0,30 com U = 2,02 W/(m².K) diminuiu a temperatura em 11,50°C.

Os resultados obtidos também podem ser apresentados em forma de gráficos, para visualização da influência das duas variáveis alteradas na cobertura em relação à temperatura interna. A Figura 22 ilustra a avaliação das temperaturas

máximas internas da UH1 em função da absortância solar da telha de fibrocimento e, a Figura 23, em função da transmitância térmica do sistema de cobertura.

Analisando os dois gráficos, percebe-se que a diminuição da absortância solar da telha tem mais influência na queda da temperatura interna do ambiente no verão do que a variação da transmitância térmica do sistema de cobertura. Nota-se também que a presença de isolante térmico na cobertura e consequente diminuição do valor da transmitância térmica do sistema é mais significativa nos casos de absortância solar alta (0,70 e 0,85), já que diminuem a temperatura interna de verão.

Quando α = 0,30, a maior parte do fluxo de calor incidente na telha é refletido, ou seja, tem como resultado o sentido ascendente. Situação adversa da que ocorre quando α = 0,85, na qual a maior parte do fluxo de calor é absorvida pelo material e tem como resultado o fluxo descendente, logo, resulta no aquecimento da cobertura e posteriormente do ambiente interno.

Figura 22 – Temperaturas máximas internas na UH1 em função da absortância solar da cobertura da edificação base.

Fonte: Elaborada pela autora (2017). α =

Figura 23 – Temperaturas máximas internas na UH1 em função da transmitância térmica do sistema de cobertura da edificação base.

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Por meio dos gráficos, observa-se ainda que, para baixos valores de absortância, a variação da transmitância apresenta pouca influência sob as temperaturas internas do ambiente. As temperaturas máximas mais próximas do limite mínimo de aprovação ocorreram quando α = 0,30, sendo a variação de apenas 0,22°C entre as quatro transmitâncias térmicas sugeridas, o que demostra a grande importância que a cor da telha tem para este método de avaliação de desempenho térmico no verão na ZB 2.

4.1.2.2 Inverno

No solstício de inverno, a unidade habitacional mais crítica do ponto de vista térmico é a de número três (UH3). Para essa unidade foram obtidas as temperaturas internas dos dormitórios e da sala de estar, sendo escolhida a menor delas para as avaliações de desempenho térmico da edificação.

A primeira análise foi realizada para o sistema de cobertura original da edificação base, sendo U = 2,02 W/(m².K) e α = 0,85. Como o método simplificado da NBR 15.575 só considera o fluxo térmico descendente, os valores de transmitância térmica do sistema de cobertura não foram calculados para o fluxo ascendente (inverno), com o intuito de não causar equívocos nas análises. A Tabela 13 apresenta o resultado da temperatura mínima interna da UH3 e a mínima externa para o dia típico de inverno na cidade de Santa Maria.

Tabela 13 – Temperaturas mínimas (°C) externa e interna da UH3 com o Modelo 1 de cobertura para o dia típico de inverno em Santa Maria.

Modelo 1: U = 2,02 W(m².K) Inverno – UH3

Absort. solar 1 Ren/h Temp. externa

0,85 8,85 2,49

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Com a obtenção do resultado, a edificação é considerada aprovada no nível intermediário de desempenho térmico para o inverno, segundo o método de simulação computacional da NBR 15.575, pois obteve uma temperatura mínima interna superior a 5°C da mínima externa no dia típico de inverno.

As mesmas propostas de alterações no sistema da cobertura da edificação base para o verão foram avaliadas para o solstício de inverno. A Tabela 14 apresenta os resultados das temperaturas mínimas internas na UH3 para os quatro modelos de cobertura propostos, simulando quatro valores de absortâncias solares para a telha de fibrocimento, considerando 1 Ren/h interna em todos os ambientes e na cobertura.

De acordo com os resultados obtidos, a edificação base é considerada aprovada em todos os modelos propostos para o período de inverno pelo método de simulação computacional da NBR 15.575. Nota-se que as absortâncias solares mais altas para a telha da cobertura favorecem a aprovação em um nível superior ao das aprovações das absortâncias mais baixas.

Tabela 14 – Temperaturas mínimas (°C) externa e interna da UH3 dos quatro modelos para o dia típico de inverno em Santa Maria.

Modelos 1, 2, 3 e 4 – Inverno – UH3 1 Ren/h interna nos ambientes Absort. solar Modelo 1 U = 2,02 W(m².K) Modelo 2 U = 1,34 W(m².K) Modelo 3 U = 0,95 W(m².K) Modelo 4 U = 0,62 W(m².K) Temp. externa 0,85 8,85 8,71 8,54 8,29 2,49 0,70 8,22 8,20 8,06 7,99 0,50 7,35 7,44 7,51 7,59 0,30 6,24 6,63 6,87 7,14

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

No caso do inverno, a redução da transmitância térmica de 2,02 até 0,62 W/(m².K) faz com que haja uma diminuição nas temperaturas internas para os casos de absortâncias solares iguais a 0,85 e 0,70, e um pequeno aumento da temperatura para as absortâncias 0,50 e 0,30. Em quaisquer das situações, a alteração da temperatura é muito baixa, chegando ao máximo de 0,9°C quando α = 0,30.

Já a redução do valor da absortância solar da cobertura diminui de forma mais significativa a temperatura. A mudança da absortância de 0,85 para 0,30 baixa a temperatura da UH3 em 1,15°C quando U = 0,62 W/(m².K) e em 2,61°C quando U= 2,02 W/(m².K).

A Figura 24 representa a influência da transmitância térmica do sistema de cobertura e a Figura 25, por sua vez, a da absortância solar da telha de fibrocimento sob as temperaturas internas mínimas na UH3 para o inverno.

Observa-se que o acréscimo no valor da transmitância térmica causa diminuição na temperatura mínima para absortâncias solares baixas e aumento para as absortâncias altas. Isso ocorre porque quando α = 0,30 e 0,50, a temperatura na cobertura não atinge valores muito altos durante o dia; em compensação, chega a valores bem baixos durante a noite. Então, quanto mais isolada ela estiver, menor será o calor que o ambiente perderá pelo fechamento horizontal e maior será sua temperatura interna.

Figura 24 – Temperaturas mínimas internas na UH3 em função da transmitância térmica da cobertura da edificação base.

Fonte: Elaborada pela autora (2017).

Figura 25 – Temperaturas mínimas internas na UH3 em função da absortância solar da cobertura da edificação base.

Fonte: Elaborada pela autora (2017). U =

Já na variação da absortância solar, o aumento de seu valor causa um acréscimo na temperatura dos ambientes em todos os valores de transmitância térmica sugeridos. Como explicado na revisão bibliográfica, quanto maior o valor da absortância solar, mais o material absorve a radiação solar e se aquece, transferindo posteriormente o calor da cobertura para o interior dos ambientes da edificação. A transferência será maior quanto menos resistência térmica o calor encontrar, ou seja, quanto maior for o valor da transmitância térmica do sistema de cobertura.