MODELAGEM ENERGÉTICA DA CONSTRUÇÃO (BUILDING ENERGY

MODELING – BEM)

Normalmente, os modelos digitas tridimensionais de edificações são gerados para outras finalidades distintas da simulação de desempenho, como por exemplo

para a representação visual da construção. Entretanto, tais modelos não possuem a qualidade necessária para a aplicação no contexto de simulação energética, tornando um grande desafio ajustar a geometria modelada e outros dados da edificação para serem utilizados em programas de simulação (NASYROV et al., 2014).

O processo de modelagem energética da construção (Building Energy Modeling – BEM) auxilia na concepção de edificações mais eficientes, tanto na fase de projeto quanto de operação durante seu ciclo de vida. Como uma ferramenta de projeto, o BEM pode ser utilizado para prever o uso e comportamento da edificação, estimar e comparar o desempenho de várias alternativas de projeto e identificar alterações potenciais para reduzir o consumo de energia (REEVES; OLBINA; ISSA, 2012).

Quando utilizado em conjunto com ferramentas BIM, sua interoperabilidade e integração no processo permite que as implicações ambientais das decisões de projeto tomadas no modelo BIM sejam testadas de uma forma relativamente rápida, desde que a geometria da construção não precise ser recriada na ferramenta BEM (REEVES; OLBINA; ISSA, 2012).

Os seguintes componentes são necessários para a construção de um modelo energético: geometria, propriedades dos materiais, sistemas da edificação, condições do local e informações de operação da construção. A geometria é a base do modelo, onde todas as outras propriedades são atribuídas, da qual os resultados da importação em ferramentas de análise de desempenho ainda requerem um pós- processamento através de plug-ins ou programas adicionais. As condições do local, tais como coordenadas e orientação da edificação, normalmente são transferidas juntamente com a geometria; enquanto que os sistemas e informações de operação da edificação não são extraídos diretamente do modelo de construção, mas são dados específicos de simulação que na prática atual consistem em conjuntos de parâmetros pré-assumidos para determinados tipos de utilização da edificação, atribuídos no modelo ou inseridos manualmente e editados diretamente na ferramenta de análise (NASYROV et al., 2014).

De um modo geral, os modelos BEM requerem uma representação mais simplificada da geometria que define as paredes e lajes como planos, onde toda transferência de calor entre elementos é ortogonal aos limites da zona, tendo como foco obter informações mais detalhadas sobre o desempenho térmico dos elementos construtivos. Em consequência dessas limitações, as definições geométricas do BEM são incapazes de modelar superfícies curvas (O’DONNELL et al., 2013).

Os limites espaciais da geometria são de grande importância para a simulação de desempenho. Não podem ser determinados se os componentes e os espaços não forem definidos corretamente e não são calculados ou são calculados incorretamente onde os elementos possuem geometrias complexas (forma livre ou mudança de espessura de parede). Isso pode resultar em falhas na transferência de geometria, das quais o cálculo incorreto ou inconsistente do volume e das superfícies externas da edificação é uma causa para falsos resultados de simulação. Assim, é essencial que os limites geográficos sejam corretamente definidos (NASYROV et al., 2014).

As dimensões das zonas térmicas de um modelo energético são diferentes dos compartimentos da edificação. Enquanto estes utilizam dimensões medidas internamente, nas zonas térmicas o ideal é adotar a face externa das paredes, havendo um pequeno aumento no volume de massa de ar interno, porém mantendo a área de superfície da sua envoltória com as dimensões reais, uma vez que a radiação solar interfere muito no desempenho da edificação.

Os materiais construtivos são especificados pelo arquiteto no modelo BIM como parte de sua rotina profissional. Quanto às suas propriedades na simulação térmica, existem aspectos que são importantes: a composição de materiais consiste de camadas correspondentes atribuídas aos respectivos elementos de construção da geometria (parede, telhado, laje etc.) e a camada de cada material deve possuir os parâmetros termofísicos necessários (espessura, condutividade, densidade etc.). Formatos BIM e de exportação incluem as entidades necessárias para a maioria das propriedades de materiais requeridas, no entanto, esses dados ainda são mal transportados entre os programas (SHADRINA, 2015).

Embora as informações de geometria sejam importantes para a simulação, estas são apenas uma parte do fluxo ideal de dados para integração entre BIM e BEM. As informações de operação da edificação dependem do seu tipo de uso e do comportamento dos usuários; portanto é difícil descrever com precisão suficiente durante a fase de projeto (NASYROV et al., 2014).

Os modelos de energia tentam reproduzir o comportamento dos ocupantes implementando rotinas (schedules) para a ocupação, o uso de iluminação e equipamentos, fatores importantes que influenciam diretamente nas trocas de calor das edificações. Entretanto estes cronogramas também são uma fonte comum de erros no momento de estimar o tempo e horários de uso pois o comportamento dos

ocupantes é altamente variável e quase impossível ser modelado com precisão (PEREIRA, 2009; REEVES; OLBINA; ISSA, 2012).

Como as edificações podem ser objetos experimentais grandes e relativamente complexos, os detalhes exatos de projeto, propriedades dos materiais e etapas de construção podem não ser perfeitamente conhecidos. Portanto, há algumas incertezas sobre as informações do modelo de simulação para que representem com precisão a edificação em estudo. Tais definições incompletas do modelo de simulação e o uso de dados adquiridos e transformados inadequadamente são duas das causas mais comuns para que os resultados sejam questionáveis e possam levar a decisões equivocadas (JUDKOFF; NEYMARK, 2006; O’DONNELL et al., 2013).

Especificamente na questão térmica, os elementos necessários citados acima para um modelo BEM interferem diretamente na forma como a edificação reage, como será demonstrado na próxima seção da dissertação.