2.3. Normativos de Avaliação de Desempenho e Conforto Térmico em Edificações
2.3.4. NBR 15220/2005
A NBR 15220/2005 – parte 1 define conforto térmico como satisfação psicofisiológica do indivíduo com as condições térmicas do ambiente. O normativo divide o território Brasileiro em 8 zonas bioclimáticas, baseando-se no trabalho de Givoni (1992), e apresenta diretrizes construtivas para cada uma das zonas. As propriedades térmicas que devem atender requisitos mínimos são: transmitância térmica, atraso térmico, fator solar e absortância. Além das variáveis físicas, a ventilação natural é também considerada um dos fatores para obtenção do desempenho térmico satisfatório.
Apesar do nome, a norma não se caracteriza por um normativo de avaliação de desempenho, já que em última análise, apresenta diretrizes para obtenção do desempenho mínimo sem, no entanto, apresentar metodologia para verificação e avaliação do mesmo. A NBR 15220/2005 divide-se em cinco partes, sendo:
• Parte 1: Definições, símbolos e unidades;
• Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar dos componentes da edificação;
• Parte 3: Zoneamento bioclimático Brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social;
• Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida;
• Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método do fluxímetro.
A parte 2 foi utilizada neste estudo para cálculo das propriedades físicas dos materiais e componentes, enquanto a parte 3, para a classificação e análise das localidades escolhidas para os casos simulados.
2.3.4.1.
Parte 2 – Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade
térmica, do atraso térmico e do fator solar dos componentes da
edificação.
Nesta seção estão descritas as equações para resistência e transmitância térmica, capacidade térmica, atraso térmico e fator solar para elementos opacos e transparentes. São ainda apresentadas tabelas para variáveis como absortância (α), radiação solar e emissividade (ε), radiações de ondas longas, densidade de massa aparente (ρ), condutividade térmica (λ) e calor específico (c), facilitando o processo de cálculo para uma série de materiais convencionais na construção civil.
2.3.4.2.
Parte 3 – Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas
para habitações unifamiliares de interesse social
O zoneamento bioclimático Brasileiro constitui-se de oito diferentes zonas climáticas relativamente homogêneas, sobre as quais se formulou um conjunto de recomendações técnico-construtivas, objetivando aperfeiçoar o desempenho térmico das edificações, através de sua melhor adequação climática (ABNT, 2005). A partir de levantamentos climatológicos de 330 cidades brasileiras, em que foram aferidas as médias mensais de temperatura máxima, médias mensais de temperatura mínima e médias mensais de umidade relativa do ar, realizou- se a interpolação destes valores para 6500 pontos de análises, de maneira a cobrir todo o território nacional. A partir da obtenção destes dados, adotou-se uma carta bioclimática (Figura 8), adaptada a partir do modelo sugerido por Givoni (1992), onde são estipuladas as estratégias de condicionamento térmico passivo a serem aplicadas, conforme listagem a seguir:
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Figura 8 - Carta bioclimática adaptada a partir do trabalho de Givoni. Fonte(ABNT, 2005)
Sendo:
• A – Zona de aquecimento artificial (calefação) • B – Zona de aquecimento solar da edificação • C – Zona de massa térmica para aquecimento • D – Zona de Conforto Térmico (baixa umidade) • E – Zona de Conforto Térmico
• F – Zona de desumidificação (renovação do ar) • G + H – Zona de resfriamento evaporativo • H + I – Zona de massa térmica de refrigeração • I + J – Zona de ventilação
• K – Zona de refrigeração artificial • L – Zona de umidificação do ar
Sobre esta carta, foram registradas as variáveis pré-estipuladas (médias mensais de temperatura máxima, médias mensais de temperatura mínima e médias mensais de umidade relativa do ar) de cada um dos 6500 pontos de análise, classificando-os em uma das estratégias apresentadas e agrupando-os em uma das oito zonas bioclimáticas (Figura 9) (RORIZ, 1999).
Figura 9 - Zoneamento bioclimático Brasileiro. Fonte: ABNT, 2005
Para cada zona bioclimática foram estipuladas diretrizes construtivas, descritas a seguir:
• Tamanho das aberturas para ventilação;
As aberturas são classificadas em função do percentual da relação da área do piso e da área destinadas a ventilação no ambiente. Classificam-se as aberturas como pequenas, médias e grandes, conforme Tabela 3:
Tabela 3 – Classificação de aberturas para ventilação. Fonte: ABNT, 2005
• Proteção das aberturas;
Neste item são prescritas condições de sombreamento de aberturas para determinados períodos do ano. Não são definidas as estratégias de sombreamento exigido.
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• Vedações externas (paredes externas e coberturas);
Os componentes constituintes da envoltória (paredes e coberturas) são diferenciados de acordo com valores para a transmitância térmica, atraso térmico e fator solar, sendo então classificadas como leves ou pesados e isolados ou refletores, conforme Tabela 4:
Tabela 4 – Classificação de vedações externas. Fonte: ABNT, 2005
• Estratégias de condicionamento térmico passivo;
As estratégias de condicionamento térmico passivo são obtidas, após análise climática, através da carta bioclimática (Tabela 5). Para tal, apresentam-se orientações para aplicação de cada uma das estratégias e obtenção de melhores resultados.
Tabela 5 – Estratégias de condicionamento térmico passivo. Fonte: ABNT, 2005
2.3.4.3.
Aplicação das Diretrizes
Matos et. al (2006) realizaram simulações térmicas de uma edificação residencial, através do programa Energyplus, variando-se seus componentes construtivos (tipo de parede, cobertura e piso), cores externas e área de aberturas. A partir da variação dos modelos, os resultados foram comparados às recomendações previstas na NBR 15220, considerando-se a edificação localizada em Florianópolis, SC. O desempenho térmico da residência foi quantificado através de graus-hora de desconforto para cada cômodo e a ventilação natural foi introduzida no modelo através do módulo COMIS, integrado ao programa Energyplus.
Os resultados obtidos demonstraram que, de modo geral, as recomendações presentes na norma garantem bom desempenho para a zona bioclimática analisada, porém constatou-se que a norma não faz menção à orientação do edifício, que se mostrou um fator determinante na obtenção do desempenho adequado; não prevê limites inferiores para o atraso térmico de vedações leves que resultaram em valores de graus-hora superiores aos das paredes pesadas; e por fim, não faz distinção das possíveis estratégias de ventilação natural (diurna, noturna, etc.), mas que através do uso da simulação computacional mostrou-se uma ferramenta importante para incremento do desempenho térmico na edificação.
2.3.5. NBR 15575/2013
A NBR 15575/2013 (ABNT, 2013) é uma norma de avaliação de desempenho térmico de edificações que, dentre diversos requisitos de desempenho, inclui o desempenho térmico como uma das exigências dos usuários. A norma mantém ainda exigências referentes ao desempenho estrutural, segurança contra incêndio, estanqueidade, desempenho acústico e lumínico, saúde, higiene e qualidade de ar, funcionalidade e acessibilidade, conforto visual e tátil, durabilidade, manutenibilidade e adequação ambiental e se destina ao uso exclusivo para avaliação de habitações de até 5 pavimentos.
O conceito de desempenho significa comportamento de um produto em uso. Dadas as condições de exposição do objeto em questão, ou seja, determinadas as ações e influências sofridas durante a sua vida útil, o objeto deverá cumprir com suas funções propostas, apresentando determinadas características para tal. Desta maneira, a avaliação de um produto, segundo critérios de desempenho, implica antes na definição das condições qualitativas e/ou
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quantitativas que deverão ser atendidas quando o objeto for submetido às condições normais de uso, além da definição dos métodos de avaliação para saber se as condições estabelecidas foram atendidas. Estas condições foram denominadas exigências dos usuários. A NBR 15575/2013 divide-se em seis partes, sendo:
• Parte 1: Requisitos gerais;
• Parte 2: Requisitos para os sistemas estruturais; • Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos internos;
• Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas; • Parte 5: Requisitos para os sistemas de coberturas;
• Parte 6: Requisitos para os sistemas hidrossanitários.
A Parte 1 da norma – Requisitos Gerais - estabelece dois procedimentos distintos para avaliação do desempenho térmico, devendo-se optar inicialmente por um deles. A norma permite que, caso não sejam atendidos os critérios em um determinado procedimento, possa se optar pela utilização de outro, porém o método 3 é de caráter apenas informativo e não se sobrepõe ao método 1 (ABNT, 2013). Os resultados obtidos variam entre os índices M, I ou S (mínimo, intermediário ou superior, respectivamente). Os procedimentos de avaliação são listados a seguir:
• Procedimento 1 – Simplificado (normativo): verificação do atendimento aos requisitos e critérios para fachadas e coberturas, estabelecidos nas Partes 4 e 5;
• Procedimento 1 – Simulação Computacional: verificação do atendimento aos requisitos e critérios estabelecidos na parte 1, por meio de simulação computacional do edifício;
• Procedimento 2 – Medição: verificação do atendimento aos requisitos e critérios estabelecidos na parte 1, por meio de medição em edificações ou protótipos construídos.
A seguir estabelecem-se os requisitos mínimos exigidos, relacionando-os ao método simplificado e ao método de simulação. O método simplificado exige índices para propriedades térmicas dos sistemas de vedação e cobertura, enquanto o método simulado refere-se a valores de temperaturas no interior da edificação para condições de verão (temperatura interna máxima) e de inverno (temperatura interna mínima), para um dia típico de projeto. O método simplificado e por simulação encontram-se detalhados nos itens 2.3.5.1 e 2.3.5.2, respectivamente. Por se tratar de uma norma de desempenho, não se faz menção ao uso de qualquer material em específico e a escolha dos componentes segue apenas aspectos de desempenho exigido.
2.3.5.1.
Procedimento 1 – Avaliação pelo método simplificado
A avaliação pelo método simplificado é feita através da verificação das propriedades
físicas dos componentes construtivos de paredes e coberturas, de acordo com a zona bioclimática proposta pela NBR 15220, em que se encontra situada a edificação. O nível de desempenho é obtido diretamente através da escolha do material da envoltória. Deve-se verificar também o desempenho mínimo exigido com relação à área destinada à ventilação natural.
Coberturas
Para a adequação dos requisitos mínimos exigidos nos componentes de cobertura, a norma estabelece valores máximos de transmitância térmica (U) e de absortância à radiação
solar (α), levando-se em consideração o local de implantação do edifício, de acordo com as
características estabelecidas no zoneamento bioclimático proposto na NBR 15220-3. A Tabela 6 apresenta os valores máximos de transmitância térmica para os três níveis possíveis de desempenho. Para a zona bioclimática 8, no caso de coberturas que possuam aberturas para ventilação, o valor da transmitância térmica pode ser multiplicado pelo fator FV, de acordo com a equação 2.20:
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Onde:FV = Fator de ventilação ou fator de correção de transmitância aceitável para coberturas da zona 8;
h = altura da abertura em dois beirais opostos, em centímetros.
Para coberturas sem forro ou com áticos não ventilados, como nos casos simulados neste trabalho, o valor de FV =1;
Tabela 6 – Critérios de avaliação e nível de desempenho para coberturas quanto à transmitância térmica. Fonte: ABNT, 2013
Paredes
A classificação das paredes deve atender aos requisitos de transmitância térmica (Tabela 7) e capacidade térmica (Tabela 8). A capacidade térmica relaciona-se diretamente à inércia térmica, fator essencial para a avaliação de um componente construtivo. Ao se considerar isoladamente o efeito da transmitância térmica em regime transitório de troca de calor, pode não se representar adequadamente o desempenho térmico deste componente. Paredes com o mesmo valor de transmitância térmica podem ter desempenhos distintos se os valores de capacidade térmica forem diferentes (AKUTSO, 1998).
Tabela 7 - Critérios de desempenho mínimo para paredes quanto à transmitância térmica. Fonte: ABNT, 2013
Tabela 8 - Critérios de desempenho mínimo para paredes quanto à capacidade térmica. Fonte: ABNT, 2013
Aberturas para Ventilação
Os requisitos para aberturas destinadas à ventilação limitam-se apenas a ambientes de longa permanência, como salas e dormitórios. A norma prevê apenas o nível de desempenho mínimo para tal, em caráter prescritivo, conforme Tabela 9, a seguir:
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2.3.5.2.
Procedimento 1 – Avaliação por Simulação
Na avaliação por simulação computacional o desempenho individual de cada componente construtivo dá lugar ao desempenho global da edificação. Devem ser consideradas, além das variáveis tratadas na avaliação simplificada, outras variáveis que irão influenciar diretamente no comportamento térmico da edificação, tais como orientação do edifício, tipologia da edificação, renovação de ar nos ambientes, dados climáticos, dentre outros. A aplicação da simulação computacional implica um trabalho detalhado, porém, com maior possibilidade de obtenção do desempenho requerido, visto que a quantidade de variáveis a serem tratadas aumenta consideravelmente.
O anexo A da parte 1 da NBR 15575/2008 indica a utilização do software EnergyPlus para realização da simulação computacional. Nas simulações, os dados climáticos devem ser caracterizados por dias típicos de projeto, para períodos de inverno e verão. Esse dia, segundo o método desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, é definido como um dia real determinado em função de sua frequência de ocorrência, e caracterizado pela velocidade média do vento e pelos valores horários de cada uma das seguintes variáveis: temperatura do ar, umidade relativa do ar, radiação solar incidente em superfície horizontal (SIQUEIRA et al., 2005).
A obtenção dos dias típicos de projeto é feita por meio de um tratamento estatístico dos valores das médias máximas diárias e mínimas diárias para o verão e o inverno, respectivamente, sendo definido o período de inverno e verão os meses mais quentes e mais frios do ano. Considera-se ainda um intervalo de 0,5ºC como valor máximo de variação de temperatura em relação ao dia de referência, para obtenção do dia típico de projeto. O período mínimo recomendado para a obtenção do dia típico de projeto é de 10 anos (AKUTSO, 1998), porém, dada a dificuldade de obtenção de registros contínuos de variáveis climáticas, especialmente dados de radiação solar incidente, períodos menores de 5 anos são usualmente adotados (GRANJA, A, 2002).
A partir do dia típico de projeto deve ser verificada a ocorrência das temperaturas internas do edifício. Os níveis de desempenho são função exclusiva da temperatura interna do ambiente estudado. A temperatura interna deve atender a limites mínimos e máximos para condições distintas de verão (Tabela 10) e inverno (Tabela 11), conforme zoneamento bioclimático. A norma prevê condições de desempenho mínimo, intermediário e superior. É
importante ressaltar que a norma não faz distinção de limites de temperatura entre edifícios ventilados naturalmente e edifícios climatizados. Para a realização das análises, as simulações não devem incluir fontes internas de calor como ocupantes, lâmpadas, equipamentos, etc. A ventilação deve ser simulada apenas como renovações de ar por hora, adotando-se uma taxa de 1ren/h, utilizando o mesmo valor para áreas de coberturas ou áticos.
Tabela 10 - Critério para avaliação de desempenho térmico para condições de verão. Fonte: ABNT, 2013
Tabela 11 - Critério para avaliação de desempenho térmico para condições de inverno. Fonte: ABNT, 2013
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2.4.
Simulação Computacional
Simulação computacional pode ser definida como a tentativa de replicar um determinado comportamento baseado na obtenção de dados característicos do objeto real, no desenvolvimento de equações teóricas descritivas deste comportamento, na solução destas equações e na análise dos resultados (WILDE e VOORDEN, 2004). Segundo Mendes et. al. (2005) estas características tornam a simulação computacional um importante instrumento de análise do edifício, permitindo a verificação de diferentes alternativas de projeto em etapas preliminares, sejam elas opções de projeto arquitetônico, componentes construtivos, sistemas de iluminação ou sistemas de condicionamento de ar.