Schedules de controle do sistema de ar condicionado

Na Figura 13 encontram-se os resultados dos somatórios, mês a mês, dos valores das schedules de controle do sistema de ar-condicionado desenvolvidas para o ambiente com geometria de 1:2, índice de ambiente igual a 0,8, orientação oeste e duas áreas de janela, com porta interna fechada. Nesta figura constam os resultados pelo método da ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente, ASHRAE 55 para ambiente ventilados naturalmente, com 80% e 90% de aceitabilidade e, por Givoni. Já na Figura 14 encontram-se esses resultados para o ambiente com geometria de 2:1, índice de ambiente igual a 5, orientação oeste e duas áreas de janela, com porta interna fechada. No Apêndice A podem ser visualizados os resultados dos somatórios, mês a mês, dos valores das schedules de controle do sistema de ar-condicionado desenvolvidas para cada ambiente estudado.

Fica evidente que: (a) o comportamento da curva do método da ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente é diferente do padrão de uso do sistema de ar- condicionado em Florianópolis, nos meses de inverno (junho, julho e agosto); (b) as demais curvas, dos outros métodos,

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 TBS [°C] TB U [° C] U [ g/ k g] UR [%] UF SC - ECV - L abEEE - NPC ZONAS: 1 1. Conforto 2 2. Ventilacao 3 3. Resfriamento Evaporativo 4

4. Alta Inércia Térmica p/ Resfr.

5

5. Ar Condicionado

6

6. Umidificação

7

7. Alta Inércia Térmica/Aquecimento Solar

8

8. Aquecimento Solar Passivo

9

9. Aquecimento Artificial 10

10.Ventilação/Alta Inércia

11

11.Vent./Alta Inércia/Resf. Evap.

12

12.Alta Inércia/Resf. Evap. ZONAS:

1. Conforto 2. Ventilação

3. Resfriamento Evaporativo 4. Alta Inércia Térmica para Resfriamento 5. Ar-condicionado

6. Umidificação

7. Alta Inércia Térmica/Aquecimento Solar

8. Aquecimento Solar Passivo 9. Aquecimento Artificial 10.Ventilação/Alta Inércia

11.Ventilação/Alta Inércia/Resfr. Evaporativo

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apresentaram um comportamento similar, que vai ao encontro do padrão de uso do aparelho de ar-condicionado na cidade supracitada (com algumas exceções); (c) em algumas situações, o número de horas entre o método da ASHRAE 55 para ambiente ventilados naturalmente, para 90% de aceitabilidade, e o método de Givoni, foram semelhantes. Essa tendência manteve-se para todos os ambientes estudados. Inclusive para os ambientes com porta interna aberta.

Na Figura 14 nota-se um comportamento diferente aos demais gráficos. Na geometria de 2:1, índice de ambiente igual a 5 e orientação oeste, há uma maior carga térmica solar que na orientação sul. Neste ambiente, com 10% de área de janela, a ventilação natural não se mostrou efetiva, conduzindo aos maiores números de horas de uso do sistema de ar-condicionado por cada método.

Nos meses de janeiro a março, os valores de temperaturas médias mensais (Figura 8), de umidades absolutas médias mensais (Figura 9), e de umidades relativas médias mensais do ar externo, atingem seu patamar mais alto. Uma exceção ocorreu no mês de setembro, em que houve um pico no valor da umidade relativa. Esses fatos refletem diretamente no número de horas de uso do sistema de ar-condicionado, que também atingem seus maiores valores. Entre os meses de abril e agosto, as temperaturas e umidades baixam, acarretando em menores números de horas de uso do sistema de ar-condicionado. A partir de agosto as temperaturas e as umidades absolutas médias mensais do ar externo começam a aumentar com comportamentos similares entre si. Já as umidades relativas médias mensais apresentam um comportamento diferenciado, principalmente entre os meses de setembro a dezembro, em que, ao contrário da temperatura e umidade absoluta, apresentam um comportamento decrescente.

(a) Área de janela de 10%

(b) Área de janela de 100%

Figura 13: Número de horas do ambiente, com porta interna fechada, com geometria de 1:2, índice de ambiente igual a 0,8, orientação oeste

e duas áreas de janela.

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade Givoni

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 80% de aceitabilidade ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade Givoni

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 80% de aceitabilidade ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente

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(a) Área de janela de 10%

(b) Área de janela de 100%

Figura 14: Número de horas do ambiente, com porta interna fechada, com geometria de 2:1, índice de ambiente igual a 5, orientação oeste e

duas áreas de janela.

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade Givoni

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 80% de aceitabilidade ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade Givoni

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 80% de aceitabilidade ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente

Os resultados dos somatórios dos valores das schedules de controle do sistema de ar-condicionado, ao longo do ano, também foram obtidos para todos os ambientes, por cada método de avaliação de conforto. A Tabela 15 mostra esses resultados para os três métodos de avaliação de conforto, duas geometrias, dois índices de ambiente, duas orientações, três áreas de janela, com porta interna aberta e fechada. Pode-se perceber que, de modo geral, o número de horas é maior para os ambientes com índice de ambiente igual a 5, com relação aos ambientes com índice de ambiente igual a 0,8. A exceção do método de Givoni, em que a tendência oposta foi observada na maioria das situações. Outro fator é que com o aumento da área de janela, aumenta-se a carga térmica interna do ambiente. Desse modo, a tendência esperada é a de que houvesse um maior número de horas de uso do sistema de ar-condicionado. De modo geral, essa tendência esperada foi observada para o método de Givoni. Entretanto, para os métodos da ASHRAE 55 para ambiente ventilados naturalmente, em alguns casos se observou essa tendência, porém para outros, ocorreu o comportamento inverso (diminuiu o número de horas). Já para o método da ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente, o aumento da área de janela não alterou significativamente o número de horas de uso do sistema de ar-condicionado.

Deste modo, e como pode ser observado na Tabela 15, os números de horas ao ano pelo método da ASHRAE 55 para ambientes climatizados artificialmente são muito superiores aos demais métodos, para todos os casos. Esse fato deve-se aos limites estreitos, estipulados por esta norma, para garantir conforto térmico. Mesmo no inverno (junho, julho e agosto), conforme observado na Figura 13 e no Apêndice A, devido às altas umidades, típicas do clima de Florianópolis, se utilizaria consideravelmente o sistema de ar-condicionado na função de resfriamento. Este comportamento manteve-se o mesmo para todos os ambientes estudados neste trabalho. Deste modo, este método não se mostrou adequado para ser aplicado em ambientes com elevada umidade, não sendo apropriado para ser utilizado com a estratégia híbrida de ventilação proposta neste trabalho.

Os menores números de horas foram obtidos para o método da ASHRAE 55, com 80% de aceitabilidade, para ambientes ventilados naturalmente, com exceção de um

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ambiente (grifado em vermelho na Tabela 15), que resultou em um número superior de horas de uso do sistema de ar- condicionado que o método de Givoni. Pelo método da ASHRAE 55, com 80% de aceitabilidade, para ambientes ventilados naturalmente, no mês de dezembro, o número de horas de uso do sistema de ar-condicionado foi próximo a zero. Assim, este método também não se mostrou adequado para ser utilizado no clima de Florianópolis.

Desta maneira, resta analisar, minuciosamente, os métodos de Givoni e da ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente para 90% de aceitabilidade, que apresentaram um comportamento que vai ao encontro do padrão de uso do sistema de ar-condicionado em Florianópolis e que são similares entre si. De modo geral, os números de horas pelo método de Givoni foram superiores aos do método alternativo da ASHRAE 55, com 90% de aceitabilidade, com exceção de três ambientes (grifados em azul na Tabela 15). Para identificar em quais meses ocorrem essas diferenças e porque que elas ocorrem, o número de horas ao longo do ano para todos os ambientes estudados nesta parte do trabalho foi analisado. A Figura 15 apresenta os resultados de número de horas pelos métodos da ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente para 90% de aceitabilidade e de Givoni, em relação às áreas de janela (10, 50 e 100%), para o ambiente com geometria de 1:2 e índice de ambiente igual a 0,8. Os demais resultados encontram-se no Apêndice B.

Tabela 15: Número de horas ao ano em que o sistema de ar- condicionado ficaria ligado por cada método de avaliação de conforto.

Como pode ser observado pela Figura 15 e pelo Apêndice B, as maiores diferenças entre os métodos ocorrem entre os meses de setembro a novembro.

Pelo método de Givoni, os números de horas praticamente não diferem entre as orientações; já acontecendo o oposto pela ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente para 90% de aceitabilidade, em que o número de horas na orientação oeste é sempre superior a orientação sul. Esta diferença ocorre, pois,

Oeste Sul Oeste Sul Oeste Sul Oeste Sul 10% 741 217 839 600 425 98 2051 229 50% 421 249 772 600 502 283 596 409 100% 510 288 514 352 689 402 565 352 10% 439 64 455 302 215 31 1559 81 50% 219 108 418 302 290 157 318 207 100% 283 158 257 171 454 215 315 182 10% 1840 1842 1863 1854 1820 1819 2093 1841 50% 1840 1846 1851 1850 1842 1842 1848 1843 100% 1842 1841 1844 1837 1858 1835 1845 1839 10% 782 683 809 743 727 890 1440 755 50% 830 840 747 709 947 944 765 763 100% 973 986 793 790 1074 1074 886 879 Método Área 10% 228 98 812 506 185 73 1401 215 50% 298 183 753 533 433 241 603 397 100% 454 258 520 351 677 390 570 358 10% 66 17 434 242 66 21 937 80 50% 149 67 404 266 237 130 330 195 100% 256 143 263 175 443 208 318 186 10% 1836 1832 1849 1846 1826 1821 1892 1842 50% 1839 1831 1846 1849 1843 1833 1845 1845 100% 1841 1835 1845 1843 1857 1827 1845 1838 10% 699 800 808 687 866 1006 1086 761 50% 941 999 729 671 1011 1044 778 752 100% 1017 1042 799 791 1075 1083 884 891 GIVONI

Número de horas para porta interna fechada

Número de horas para porta interna aberta ASHRAE VN 90% Aceit. GIVONI ASHRAE Cond. Artificial. ASHRAE VN 80% Aceit. Método Área Geometria ASHRAE VN 90% Aceit. ASHRAE Cond. Artificial. ASHRAE VN 80% Aceit. K=0,8 K=5 2:1 K=0,8 K=5 1:2

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tanto as temperaturas operativas internas quanto as temperaturas internas do ar, são inferiores na orientação sul, em relação à orientação oeste. Logo, no método da ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente para 90% de aceitabilidade, por somente considerar as temperaturas operativas internas, o número de horas na orientação sul é menor que na orientação oeste. Já no método de Givoni, por considerar a umidade interna do ambiente, mesmo estando a temperatura interna do ar mais baixa, possuindo uma umidade elevada (a umidade absoluta interna praticamente não varia entre as orientações), o sistema de ar-condicionado entrará em funcionamento. Esse comportamento foi observado para todos os ambientes deste trabalho, tanto com porta interna aberta quanto fechada.

De acordo com uma pesquisa realizada por Coelho (2006), há pouca variação de consumo entre as orientações oeste e sul em edificações comerciais em Florianópolis. Esta pesquisa foi baseada em dados reais de consumo de energia elétrica de 19 dos 35 edifícios comerciais abordados por Santana (2006). Coelho (2006) correlacionou o consumo de energia elétrica com características construtivas desses edifícios e chegou a resultados de consumo de 79,3 kWh/m2.ano para a orientação sul

e, de 77,6 kWh/m2.ano para a orientação oeste. Assim, parece

que o método de Givoni é o mais adequado para o clima em estudo.

Outro argumento que corrobora essa opção é de que o método da ASHRAE 55 foi desenvolvido com base em um banco de dados envolvendo diferentes climas em diferentes continentes, sendo os países analisados: Inglaterra, Tailândia, Estados Unidos da América, Indonésia, Canadá, Austrália, Paquistão, Grécia e Malásia (DE DEAR e BRAGER, 2002). Porém, nesses países a umidade relativa média diminui consideravelmente entre o verão, 55,8%, e o inverno, 32,8% (ASHRAE RP-884, 1997). Fato esse que não se observa em Florianópolis (que na média dos ambientes estudados, ocorre uma redução de 78,20% para 66,47%), que também apresenta uma umidade relativa média superior à daqueles países.

Apesar do apresentado até o momento, resta ainda analisar as correlações entre número de horas de uso do sistema de ar-condicionado e variáveis ambientais externas e entre número de horas de uso do sistema de ar-condicionado e número de horas estimado para a tipologia predominante.

(a) Orientação oeste

(b) Orientação sul

Figura 15: Número de horas do ambiente com geometria de 1:2, índice de ambiente igual a 0,8, áreas de janela de 10, 50 e 100%, porta interna

fechada e duas orientações.

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-10% de área de janela ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-50% de área de janela ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-100% de área de janela Givoni - 10% de área de janela

Givoni - 50% de área de janela Givoni - 100% de área de janela

0 50 100 150 200 250

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês N úm er o de hor as

ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-10% de área de janela ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-50% de área de janela ASHRAE 55 para ambientes ventilados naturalmente, 90% de aceitabilidade-100% de área de janela Givoni - 10% de área de janela

Givoni - 50% de área de janela Givoni - 100% de área de janela

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4.3.3 Correlação de número de horas e variáveis