8.3 Simulações
8.3.1 O programa DOE 2.1E
As informações apresentadas nesta seção a respeito do DOE 2.1E são obtidas no manual de Simulação energética de edificações usando o DOE 2.1E elaborado por LAMBERTS (1995).
O DOE 2.1E é um software elaborado para analisar o desempenho termo-energético de edificações. Foi desenvolvido pelo Lawrence Berkeley Laboratory da Universidade da Califórnia em conjunto com o Department of Energy (DOE), nos Estados Unidos, e implementado no Brasil pelo NPC (Núcleo de Pesquisa em Construção). Este programa simula o consumo horário e os custos de energia de uma edificação considerando as variáveis que influenciam direta ou indiretamente no consumo, tais como:
• Características arquitetônicas: a forma, os materiais utilizados nas paredes, nas janelas e na cobertura, a orientação, detalhes de sombreamento e isolamento térmico;
• Regime de utilização: quantidade de pessoas, tipo de atividade, horário de trabalho;
• Sistema de ar condicionado: quantidade e tipo de aparelhos ou sistemas de ar condicionado e seu período de utilização ao longo do dia, dos meses e do ano, temperatura
de ajuste;
• Sistema de iluminação e equipamentos: potência instalada por unidade de área;
• Dados climáticos: temperatura, umidade e radiação solar;
• Estrutura tarifária: custo do kWh de consumo e do kW de demanda de energia elétrica. Estas informações podem ser melhor visualizadas através da Figura 44.
Figura 44. Estrutura do programa DOE 2.1E segundo PEDRINI (1997).
O programa DOE 2.1E pode ser utilizado no estudo de conservação de energia elétrica em edifícios existentes de forma a avaliar possíveis alterações de equipamentos, ou regime de utilização, ou até mesmo nos padrões arquitetônicos. Da mesma forma, pode-se avaliar edifícios ainda em fase de projeto, garantindo o menor consumo de energia elétrica possível em função de padrões arquitetônicos adequados e equipamentos energeticamente eficientes. Atualmente, já de dispõe do programa VisualDOE, que é a versão mais recente do programa DOE, com a vantagem de apresentar uma interface gráfica bastante amigável e rodar em ambiente Windows (Figura 45).
Para avaliar a influência dos padrões construtivos de um edifício no seu consumo de eletricidade, SIGNOR (1996) realizou uma série de simulações. O seu caso base é constituído por dois edifícios com razão entre os lados de 4:1 e com área total de 10.000 m2. Um dos prédios possui apenas um pavimento e o outro, 10 pavimentos com 1.000 m2 cada. O pé- direito é de 3 metros e as janelas compreendem 1/3 de suas fachadas. A cobertura é composta apenas por uma laje de concreto e reboco com espessura total de 9,5 cm (absortividade de 80%). As paredes são compostas por tijolos de 6 furos assentados na maior dimensão e reboco em ambas as faces totalizando 18,0 cm (absortividade de 70%).
As simulações indicam um consumo de 2.662 MWh e 1.732 MWh, respectivamente, para o prédio de 1 pavimento e de 10 pavimentos. A Tabela 30 apresenta as reduções percentuais proporcionadas por diferentes alterações realizadas nos casos base.
Tabela 30. Reduções percentuais do consumo de eletricidade para diferentes alterações.
Alteração Redução percentual do consumo (%)
1 pavimento 10 pavimentos
Isolamento térmico da cobertura 64 5
Pintura branca da cobertura (absortividade de 30%) 37 6 Pintura branca das paredes (absortividade de 30%) 1 5
Janelas com vidro duplo de 6 mm 2 16
Ar condicionado eficiente 20 20
Adoção de forro a 30 cm da laje 37 -
Iluminação natural 2 11
A Tabela 31 apresenta os aumentos percentuais do consumo de eletricidade para os dois casos base a medida que se adota alternativas ineficientes.
Tabela 31. Aumentos percentuais do consumo de eletricidade para diferentes alterações.
Alteração Aumento do consumo (%)
1 pavimento 10 pavimentos Aumento da taxa de infiltração de 1 para 5 trocas/h 20 31
Aumento da área de janelas para 80% - 32
Aumentando a densidade de iluminação de 10 para 20 W/m2 15 24 Através destes exemplos, pode-se perceber a necessidade de se avaliar o edifício ainda em fase de projeto, como forma de garantir um menor consumo energético. Deve-se atentar que os valores apresentados aplicam-se apenas aos casos discutidos anteriormente e servem apenas como um indicativo dos benefícios que se pode obter em função de determinadas alterações no projeto, não devendo ser tomados para outras situações.
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Desempenho térmico de edificações
-
Parte 1: Definições, símbolos e
unidades.
Origem: 02:135.07-001:1998
CB-02- Comitê Brasileiro de Construção Civil
CE-02:135.07 - Comissão de Estudo de Desempenho Térmico de Edificações
02:135.07-001 - Thermal performance in buildings - Terminology, symbols and units
Descriptors: Thermal. Performance. Buildings. Terminology. Symbols. Units
Palavras-chave: Desempenho térmico. Edificações. Definições. Símbolos. Unidades 11 páginas SUMÁRIO Prefácio 1 Objetivo 2 Definições Anexos A Referências bibliográficas
B Tabelas de conversão de unidades Prefácio
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros).
Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos CB e ONS, circulam para Votação Nacional entre os associados da ABNT e demais interessados.
utilizados nas seguintes Normas que compõem o conjunto de Normas de Desempenho Térmico de Edificações:
Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator de calor solar de elementos e componentes de edificações;
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 em regime estacionário pelo método fluximétrico.
Os anexos A e B são de caráter informativo. 1 Objetivo
Esta norma estabelece as definições e os correspondentes símbolos e unidades de termos relacionados com o desempenho térmico de
edificações. Notas:
1) O anexo A apresenta a fonte de algumas definições abordadas nesta Norma.
2) O anexo B apresenta tabelas de conversão de unidades para facilitar o uso da literatura internacional sobre o assunto. 2 Definições
Para os efeitos desta Norma aplicam-se as definições, símbolos e unidades indicadas nas tabelas 1, 2 e 3 conforme o campo de estudo.
Tabela 1 - Características térmicas de materiais, elementos e componentes
construtivos
No Grandeza Definição Símbolo Unidade
1 Calor ou Energia térmica Ver NBR 12538 Q J 2 Fluxo de calor ou Taxa de fluxo de calor Quociente da quantidade de calor que atravessa uma superfície durante um intervalo de tempo pela duração desse intervalo.
Q W 3 Densidade de fluxo de calor ou Densidade de taxa de fluxo de calor Quociente do fluxo de calor que atravessa uma superfície pela área dessa superfície (1).
q” W/m2
4 Condutividade térmica
Quociente do fluxo de calor pelo gradiente de temperatura (2). λ W/(m.K) 5 Resistência térmica de elementos e componentes Quociente da diferença de temperatura verificada entre as superfícies de um elemento ou componente construtivo pela densidade de fluxo de calor, em regime estacionário. R (m2.K)/ W 6 Resistência superficial interna Resistência térmica da camada de ar adjacente à superfície interna de um componente que transfere calor por radiação e/ou convecção. Rsi (m 2 .K)/ W 7 Resistência superficial externa Resistência térmica da camada de ar adjacente à superfície externa de um componente que transfere calor por radiação e/ou convecção. Rse (m 2 .K)W 8 Resistência térmica total
Associação das diversas resistências térmicas do componente em questão com as resistências superficiais interna e externa. RT (m 2 .K)/ W
(1) Esta grandeza também pode ser expressa por unidade de comprimento. Neste caso, seu símbolo é q’ e sua unidade W/m.
(2) Quando existe transferência de calor por condução, convecção e radiação em materiais porosos deve-se usar o termo “condutividade térmica aparente”.
No Grandeza Definição Símbolo Unidade 9 Transmitância térmica ou Coeficiente global de transferência de calor Inverso da resistência térmica total. U W/(m2.K )
10 Capacidade térmica C=dQ/dT, onde dT é o aumento de temperatura em um sistema, como
resultado da adição de uma pequena quantidade de calor dQ (3). C J/K 11 Calor específico ou Capacidade térmica específica Quociente da capacidade térmica pela massa.
C J/(kg.K )
12 Capacidade térmica de componentes
Quantidade de calor
necessária para variar em uma unidade a temperatura de um componente, por unidade de área. CT J/(m 2 .K ) 13 Densidade de massa aparente
Quociente da massa pelo volume aparente de um corpo.
ρ kg/m3
14 Difusividade térmica Quociente da capacidade de um material de
conduzir calor (λ) pela sua capacidade de
armazenar energia térmica (ρc).
α m2/s
15 Atraso térmico Tempo que transcorre entre os momentos de ocorrência da temperatura máxima do ar no exterior e no interior da edificação quando se verifica um fluxo de calor através de um componente construtivo submetido a uma variação periódica da temperatura do ar no exterior (4).
ϕ h
16 Fator de calor solar Quociente da energia solar absorvida por um componente pela energia solar total incidente sobre a superfície externa do mesmo.
FS -
17 Emitância Taxa de emissão de
radiação por unidade de área em todos os
comprimentos de onda e em todas as direções.
E W/m2
18 Irradiância Taxa de radiação
incidente sobre um corpo, por unidade de área da superfície, em todos os comprimentos de onda e em todas as direções.
No Grandeza Definição Símbolo Unidade 19 Radiosidade Taxa de energia radiante
que deixa uma superfície, incluindo a parcela
refletida da radiação incidente e a emissão direta da superfície.
J W/m2
20 Emissividade Quociente da taxa de radiação emitida por uma superfície pela taxa de radiação emitida por um corpo negro, à mesma temperatura.
ε -
21 Absortância à radiação solar
Quociente da taxa de radiação solar absorvida por uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície (5).
α -
22 Absortância em ondas longas
Quociente da taxa de radiação emitida por fontes de baixa temperatura que é absorvida por uma
superfície pela taxa de radiação incidente sobre esta mesma superfície (6).
αol -
23 Refletância à radiação solar
Quociente da taxa de radiação solar refletida por uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície.
ρ -
24 Refletância em ondas longas
Quociente da taxa de radiação emitida por fontes de baixa temperatura que é refletida por uma
superfície pela taxa de radiação incidente sobre esta mesma superfície.
ρol -
25 Transmitância à radiação solar
Quociente da taxa de radiação solar que
atravessa uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície.
τ -
26 Transmitância em ondas longas
Quociente da taxa de radiação transmitida por fontes de baixa
temperatura que atravessa um corpo pela taxa de radiação incidente sobre esta mesma superfície.
τol -
(3) Para que esta grandeza seja completamente definida, é necessário que o tipo de transformação seja especificado.
(4) O atraso térmico depende da capacidade térmica do componente construtivo e da ordem em que as camadas estão dispostas.
eletromagnético compreendida entre comprimento de onda de 0,2µm e 3,0
µm.
(6) Fontes de baixa temperatura emitem radiação térmica de onda longa com comprimento de onda compreendido entre 3,0µm e 100,0 µm.
Tabela 2 - Características térmicas de ambientes
No Grandeza Definição Símbolo Unidade
27 Temperatura radiante plana
Temperatura uniforme do ambiente no qual o fluxo radiante incidente em um lado de um pequeno
elemento plano é o mesmo que no ambiente real não uniforme (7). Trp o C 28 Temperatura radiante média Temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a troca de calor do corpo humano por radiação é igual a troca de calor por radiação no ambiente real não uniforme.
Trm o C 29 Assimetria de radiação Diferença entre as temperaturas radiantes planas medidas em lados opostos de um pequeno elemento plano. ∆Trp o C 30 Temperatura operativa É a temperatura uniforme de um ambiente negro imaginário no qual o ocupante poderia trocar a mesma quantidade de calor por radiação e convecção que no ambiente real não uniforme.
To
o
C
31 Temperatura efetiva Temperatura de um ambiente com 50% de umidade relativa que resulta na mesma perda total de calor pela pele que em um ambiente real.
Tef
o
C
32 Temperatura neutra Temperatura operativa para a qual o corpo humano encontra-se em neutralidade térmica. TN o C 33 Temperatura termodinâmica
Definida de acordo com os princípios da
termodinâmica (8)
T K
34 Temperatura Celsius t = T – To
onde To é fixado por
convenção como sendo 273,15 K (9).
t oC
(7) A temperatura radiante plana é uma quantidade que descreve a radiação em uma direção.
(8) A unidade de temperatura termodinâmica, kelvin (K), é a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. A temperatura termodinâmica é uma das sete grandezas de base do SI. (9) A temperatura termodinâmica To é, por definição, 0,01 K inferior à temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. Graus Celsius é um nome especial para a unidade kelvin, para uso na indicação de valores da temperatura Celsius.
No Grandeza Definição Símbolo Unidade 35 Temperatura ar-sol Temperatura fictícia que
representa o efeito combinado da radiação solar incidente no fechamento e dos
intercâmbios de energia por radiação e convecção entre a superfície e o meio envolvente.
Tar-sol
o
C
36 Taxa de ventilação Vazão de ar exterior que circula por um ambiente através de aberturas intencionais.
Var m
3
/s
37 Taxa de infiltração Vazão de ar exterior que circula por um ambiente através de aberturas não intencionais. Vi m 3 /s 38 Taxa de renovação de ar Número de trocas de ar de um ambiente por unidade de tempo.
Tabela 3 - Grandezas do clima, do ambiente e da fisiologia
humana relacionadas ao condicionamento térmico de edificações
No Grandeza Definição Símbolo Unidade
39 Conforto térmico Satisfação
psicofisiológica de um indivíduo com as
condições térmicas do ambiente.
- -
40 Neutralidade térmica Estado físico no qual a densidade do fluxo de calor entre o corpo humano e o ambiente é igual à taxa metabólica do corpo, sendo mantida constante a temperatura do corpo.
- -
41 Desconforto local Aquecimento ou
resfriamento de uma parte do corpo gerando
insatisfação do indivíduo.
- -
42 Taxa metabólica Taxa de produção de energia do corpo (10).
TM W/m2
43 Isolamento térmico das roupas
Representa a resistência à troca de calor sensível através de um conjunto de roupas (11). Ir clo 44 Percentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente Percentagem de pessoas em um ambiente que não se encontram termicamente satisfeitas (12). PPI % 45 Temperatura de bulbo seco Temperatura do ar medida por um termômetro com dispositivo de proteção contra a influência da radiação ambiente. TBS o C 46 Temperatura de bulbo úmido Temperatura do ar medida por um termômetro cujo bulbo está embutido em uma mecha embebida em água destilada, sobre o qual atua um exaustor de