O Design Builder calcula a carga térmica necessária para aquecer ou arrefecer um ambiente, ou seja, calcula a transferência de calor entre o exterior e o interior, através do balanço energético. Este cálculo é baseado no comportamento térmico e energético da edificação, no clima que a edificação está inserida e nos valores de cargas térmicas encontradas.
Este, possui diversas características que o realçam em relação a outros softwares, sendo essas características as seguintes:
- Cálculo de energia necessária para arrefecer ou aquecer um ambiente; - Condução de calor transiente através dos elementos construtivos; - Modelo de conforto térmico;
- Técnica de solução baseada no balanço de energia para as cargas térmicas dos edifícios;
- Fornece dados de saída de cada componente inserido no programa, possibilitando analisar a influência de cada parâmetro individualmente de acordo com o intervalo definido pelo usuário;
- Analisar a influência dos parâmetros em diversos tipos de clima, uma vez que o programa possui uma biblioteca com um grande número de arquivos climáticos, entre outros.
O balanço de energia do software envolve processos de condução (processo em que se verifica diferentes temperaturas no estado estacionário), convecção (a transferência de calor ocorre entre uma superfície e um fluído em movimento) e de radiação (que é a energia emitida por um corpo que se propaga até outros através do espaço que os separa) os quais ocorrem em superfícies internas e externas para cada elemento do edifício.
A metodologia usada para o cálculo é baseada no fluxo de calor por convecção entre as temperaturas internas de cada superfície com a temperatura do ambiente no qual está inserida.
Figura 2.5 Balanço energético das paredes.
O Balanço Energético para superfícies externas:
(2.10)
onde,
T´ĮVRO = Fluxo de radiação absorvida directa e difusa; T´Lwr = Fluxo de radiação de comprimento de onda longa; T´conv = Fluxo de calor por convecção;
T´K0 = Fluxo de calor por condução através da superfície. O Balanço energético para superfícies internas:
onde,
T´Lwx = Troca de fluxo de radiação de comprimento de onda longo entre as superfícies;
T´sx = Fluxo de radiação de comprimento de onda curto emitida pelas lâmpadas; T´Lws = Fluxo de radiação de comprimento de onda longo;
T´Ki = Fluxo de calor por condução através da superfície; T´sol = Fluxo de radiação solar absorvida pela face interna; T´conv = Fluxo de calor por convecção.
O Balanço Energético do volume de ar da zona:
(2.12)
onde,
qconv = Transferência de calor pelas superfícies de convecção; qGI = Ganhos internos por convecção;
qI = Transferência de calor devido à infiltração de ar exterior; qsis = Troca de calor com o sistema de climatização.
Ganhos totais brutos do edifício obtido pela soma dos seguintes factores: - Através da envolvente do edifício através da incidência da radiação solar; - Absorção da radiação solar pelos envidraçados;
- Com a renovação do ar;
- Devido à existência dos ocupantes, da iluminação e dos equipamentos.
Como software auxiliar ao Design Builder foi usado o Energy Plus de forma a facilitar o trabalho e a simulação. Este software é o primeiro interface gráfico exaustivo para o programa de simulação térmica dinâmica EnergyPlus. O seu uso é de fácil compreensão e as ferramentas que incluem permitem até que os edifícios mais complexos sejam desenhados e modelados pelos utilizadores menos experientes. Combina as funcionalidades de rápida modelação de edifícios e a facilidade de uso com a simulação energética dinâmica de ponta.
Este pode oferecer dados relativos ao comportamento físico e ambiental do edifício, bem como as fantásticas imagens/ filmes a qualquer fase do desenvolvimento do modelo. Dá também a possibilidade de se obter dados concretos de funcionamento de um edifício quando eles são necessários no processo de concepção do edifício, quando as alterações são ainda fáceis de efectuar.
O Design Builder tem como características a existência de uma plataforma de modelação 3D, não há limitações geométricas tridimensionais e estão disponíveis elementos realísticos que fornecem de forma visual e imediata detalhes como espessuras de paredes, janelas, lajes, implementação de caixilhos e molduras de janelas, dá uma boa visualização de áreas e volumes, é possível fazer pré-definições que permitem a atribuição de dados e características de construção, actividades e ocupações e também é possível ao utilizador fazer as suas próprias pré-definições. A simulação deste software permite a visualização dos dados (componente física) sem recorrer a módulos externos. As descrições do EnergyPlus são uma ferramenta versátil e rápida para análise detalhada de sistemas de aquecimento e climatização. Permite a modelação de sistemas de ventilação natural e também as cavidades envidraçadas. As janelas e envidraçados podem ser configurados com diferentes caixilhos, atribuição de iluminação natural e calculo da respectiva poupança energética de iluminação.
São fornecidos os seguintes dados (anual, mensal, diário ou horário): - Consumo energético descriminado
- Temperatura do ar interior, média radiante e operacional, humidade relativa - Índices de conforto
- Dados climatéricos do local
- Transmissão de calor através da envolvente do edifício - Cargas de aquecimento e climatização
- Produção de CO2.
São também obtidos os gráficos de análise paramétrica, que permitem investigar os efeitos de variações em vários tipos de parâmetros construtivos, bem como o dimensionamento das unidades de climatização. Os ficheiros IDF podem ser exportados para serem utilizados fora da plataforma.
Relativamente à base de dados deste software, este inclui um conjunto de dados climatéricos e de localização ASHRAE, possuí bibliotecas pré-definidas que permitem
definir materiais de construção, actividades e sistemas de iluminação e AVAC, mas também é possível próprio utilizador criar bibliotecas.
O Design Builder tem como potencialidades, a possibilidade de gerar e exportar imagens realísticas do edifício, a análise do sombreamento, gerar filmes AVI de sombreamento e também zonas com diversas colour-coded layout images show zones activities.