OS PROCESSOS DE AUTOMATIZAÇÃO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL 1 As variáveis sazonalmente adaptáveis

Para dar início às primeiras simulações computacionais foram estudadas as propriedades da fachada que poderiam gerar impacto no desempenho térmico do ambiente quando adaptáveis. Assim, com base no trabalho desenvolvido por Kasinalis et al. [28], foram definidas as seis primeiras propriedades sazonalmente adaptáveis a serem consideradas no presente estudo. Posteriormente, novos parâmetros passíveis de adaptabilidade foram introduzidos nas análises. Faz-se importante ressaltar que não se pretendeu analisar a adaptabilidade de fachadas por meio da simulação de sistemas conhecidos e/ou difundidos de construção. Buscaram-se as melhores soluções de adaptabilidade, o que poderia resultar na identificação da necessidade de desenvolvimento

de novos sistemas construtivos, visando melhores índices de conforto térmico no interior do edifício.

A seguir são apresentados os parâmetros cuja possibilidade de adaptabilidade sazonal foi considerada para o início do estudo. A descrição dos mesmos lembra a função desempenhada por cada um dos parâmetros nas envoltórias dos edifícios. O possível intervalo de variação dos valores das propriedades sazonalmente adaptáveis foi definido a partir dos dados utilizados em pesquisa anterior [28], sendo os intervalos referentes a densidade, calor específico, condutividade térmica e absortância solar externa adaptados de acordo com as propriedades de materiais conhecidos e descritos na Norma Brasileira de Desempenho Térmico de Edificações [64].

 Densidade (ρ): relação existente entre massa e volume de um corpo. Materiais de baixa densidade são bastante porosos e podem funcionar como isolantes térmicos, já que o ar existente nos poros tem baixa capacidade de transmissão de calor [65]. Poliestireno estruturado e espuma rígida de poliuretano podem apresentar densidade próxima a 40 kg/m3, enquanto pedras, como granito, gneisse, adósia e xisto podem apresentar densidade próxima a 3000 kg/m3 [64].

 Calor específico (c): quantidade de calor necessária para que cada grama de uma substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 1 °C. Assim, quanto maior o valor de calor específico de um material, maior a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada dele para que ocorram variações de temperatura. Argamassa e placas de gesso, placas de fibrocimento, brita ou seixo, terra argilosa seca e pedras podem apresentar valores de calor específico próximos a 0,8 kJ/(kg/K). Concretos e madeiras podem apresentar valores de calor específico de, respectivamente 1,0 e 1,3 kJ/(kg/K) [64].

 Condutividade térmica (λ): representa a capacidade do material em conduzir maior ou menor quantidade de calor por unidade de tempo [65]. Estruturas possuidoras de materiais com alto valor de condutividade térmica conduzem energia térmica de forma mais rápida que aquelas construídas com materiais de baixa condutividade térmica. Madeiras podem apresentar valores de condutividade térmica próximos a 0,1 W/(m.K), caracterizando-se como material mau condutor de calor, enquanto algumas pedras podem apresentar valores de condutividade térmica próximos a 3,0 W/(m.K), apresentando-se como materiais

que conduzem energia térmica com eficiência [64].

 Absortância solar: refere-se à parcela de radiação solar absorvida pelo material, geralmente relacionada à cor do material. Quanto mais escuro o material, maior a parcela da radiação solar incidente absorvida por ele [65]. Assim, enquanto a pintura preta apresenta absortância solar um pouco superior a 0,9, a pintura branca apresenta um valor de absortância solar de 0,2.

 Percentual de abertura da fachada (PAF): é a relação entre as áreas opaca e translúcida da parede. Quanto maior o PAF, maior o tamanho da janela, assim um PAF= 90% indica que a janela ocupa 90% da área da parede. A relação entre a área envidraçada e a área total da fachada é utilizada como parâmetro em estudos sobre a influência das características arquitetônicas no consumo de energia [66]. Em conjunto com as características óticas do envidraçamento, são importantes características de projeto que influem no desempenho energético e no conforto ambiental das edificações.

 U-value e g-value são propriedades térmicas dos vidros. O U-value ou U-factor, é

a transmitância térmica total da janela (W/m²K). Os vidros com alto valor do coeficiente “U” são bons condutores de calor, portanto, quanto menor o valor de “U”, melhor o isolamento. O g-value, SHGC (solar heat gain coefficient) ou Solar

factor é a energia térmica que penetra num recinto através da radiação solar. É o

quociente de energia solar transmitida e absorvida por um componente pela energia solar total incidente sobre a superfície externa do mesmo (FS).

5.2.2 As rotinas de automatização e simulação computacional

Definido o modelo tridimensional a ser simulado e as primeiras propriedades da fachada passíveis de adaptabilidade, o passo seguinte foi o desenvolvimento das rotinas de automatização e otimização para a realização das simulações computacionais. Conforme citado no Capítulo 3, para a realização do trabalho foram utilizados os softwares SketchUp, EnergyPlus e MatLab, além do plugin OpenStudio. As primeiras rotinas de automatização e otimização das simulações computacionais foram desenvolvidas conforme descrito a seguir:

 RunEnergyPlus: rotina para abertura do software EnergyPlus e simulação do número requerido de casos que se diferenciaram por propriedades termofísicas e / ou termo-ópticas, sendo estas pré-definidas e determinadas por automatização.

Definiu-se intervalos de possíveis valores para densidade, calor específico, condutividade térmica e absortância superficial externa da fachada opaca em contato com o meio externo. Fechamentos translúcidos com propriedades conhecidas (U-value [W/m2K]; g-value) foram selecionados, enumerados de 1 a 7 e utilizados como opções para as simulações. As combinações de diferentes valores dos parâmetros citados para a obtenção dos diversos casos ocorreram aleatoriamente, pelo método de Monte Carlo. Esta rotina ainda determinou a criação de uma pasta para cada caso simulado, de forma que fossem salvos todos os arquivos resultantes de cada simulação, juntamente com o seu arquivo .idf, aquele onde é possível a identificação do valor atribuído a cada uma das propriedades passíveis de variação;

 ExtractMensalResults: rotina para extração dos valores de temperatura operativa

a cada hora e cálculo do número de horas de desconforto por frio e por calor em cada mês, de acordo com o modelo de conforto adaptativo da ASHRAE [34], "Condições ambientais térmicas para ocupação humana", nível de aceitabilidade de 80%5. Por meio da abertura do arquivo .csv gerado para cada caso simulado e da rotina de cálculo escrita, o programa verifica existência ou não de condição de conforto térmico no modelo a cada hora. O resultado compilado mensalmente mostra, para cada um dos casos simulados, o número de horas de desconforto por calor e por frio para cada um dos meses do ano;

 MensalBestResults: rotina para identificação dos casos de melhor desempenho de

cada rodada de simulação realizada, o que resulta na possibilidade de combinação dos melhores casos simulados para cada mês.

A partir do completo domínio das rotinas descritas, com o transcorrer da pesquisa, foram desenvolvidas novas rotinas de automatização necessárias para a combinação de resultados mensais e, então, obtenção dos desempenhos anuais dos modelos dotados de fachadas estáticas e daqueles providos por fachadas sazonalmente adaptáveis, nos diferentes níveis estudados.

5 _{A norma especifica as combinações de fatores ambientais térmicos e fatores pessoais que resultam em condições}