Simulações termoenergéticas são modelos matemáticos detalhados para a previsão de alguns aspectos do desempenho de edificações, de forma a comparar um projeto a outro (HAVES, 2004). Sendo assim, podemos recriar ambientes e avaliar o desempenho termoenergético das edificações para diferentes alternativas de projeto, sejam opções do desenho arquitetônico, componentes construtivos, sistemas de iluminação ou sistemas de ar condicionado, além de estimar o consumo e o custo de energia (MENDES, et.al., 2005). As ferramentas computacionais podem ser utilizadas em qualquer fase do projeto possibilitando testar soluções mais eficientes e manipular as variáveis envolvidas na edificação a baixo custo (MELO, 2007).
Lee et al. (2012) simularam janelas eletrocrômicas automatizadas com sistema de iluminação regulável. Estas janelas foram instaladas em uma sala de conferências, com frente oeste, em Washington. As janelas eletrocrômicas de óxido de tungstênio ficavam totalmente escurecidas ou transparentes, podendo ser controladas manualmente. O sistema foi monitorado durante 15 meses em condições normais de ocupação, mas apenas os últimos 6 meses foram utilizados na análise dos dados de acionamento manual para avaliar a satisfação do projeto do sistema de controle e usuário. Das 328 reuniões que ocorreram durante o período de seis meses o sistema automático foi substituído manualmente em 14 ou 4% das reuniões. O EnergyPlus foi utilizado para analisar o desempenho anual, onde houve uma economia de energia de 48%.
44 Ainda em 2013, DeForest, et al., utilizaram o programa COMFEN para simular o desempenho de vidros eletrocrômicos em edifícios residenciais e comerciais em 16 cidades. O desempenho dos vidros eletrocrômicos em comparação aos vidros estáticos de alto desempenho, apresentou uma economia de energia de aquecimento e refrigeração que variou de 5 a 11kWh/m2 por ano para prédios comerciais e de 8 a
15kWh/m2 por ano para uso residencial, em muitas regiões da ordem de 10%.
Em 2014, Tavares et al., utilizaram o programa ESP-r para simular o desempenho e a economia de energia utilizando janelas eletrocrômicas em climas mediterrâneos. Várias comparações foram feitas: tipos de vidros (vidro duplo, simples e eletrocrômicos), tipo de construção, ganhos internos de ocupação, iluminação, equipamentos e orientação solar. Os autores concluíram que para o clima em estudo os melhores resultados foram obtidos quando as janelas eletrocrômicas estavam na fachada oeste para a fachada sul no hemisfério norte os resultados não mostraram vantagens significativas.
No ano de 2015, Piccolo e Simone, analisaram os requisitos necessários para o desempenho de janelas eletrocrômicas do ponto de vista da eficiência energética e conforto no interior de um edificio. Eles compararam o desempenho de um dispositivo em estado sólido que foi testado em condições controladas em laboratório com vidros eletrocromicos de grandes áreas disponiveis no mercado concluiram que a a tecnologia eletrocrômica tem potencial e identificaram algumas melhorias que devem ser feitas para melhorar o desempenho das janelas.
Em 2017, DeForest et al. simularam o desempenho energético em três tipos de vidros eletrocrômicos incluindo o vidro eletrocrômico de banda dupla (DBEC) em 16 regiôes climáticas dos EUA, utilizando o software EnergyPlus. Neste estudo, concluiram que o DBEC é capaz de atingir uma excelente economia anual quando comparado com os outros vidros em estudo.
Já em 2018, Piccolo et al. descreveram os resultados de ensaios experimentais e a modelagem computacional de uma janela eletrocrômica com a finalidade de avaliar o desempenho da janela em relação ao controle da radiação solar e o consumo de energia em um edificio residencial em ois climas tipicamente italianos. Os resultados experimentais mostram que a janela eletrocrômica obtiveram uma redução de 20% no fluxo de energia, o que pode elevar a temperatura interna da vidraça ocasionando em desconforto térmico dos usuários.
45 Inúmeros programas vêm sendo desenvolvidos para analisar o desempenho energético, o consumo de energia e o custo desse consumo nas edificações, neste trabalho, foi utilizado o EnergyPlus 8.4
3.4.1. EnergyPlus
O programa EnergyPlus foi desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, a partir da união dos programas, BLAST e DOE-2. Este programa utiliza o balanço de calor do BLAST com o modelo de ar condicionado genérico, novos algoritmos de transferência de calor e fluxo de ar entre zonas (CRAWLEY et al., 1999), enquanto os cálculos da iluminação natural provem do programa DOE-2, desenvolvido para simulações de capacidade de carga térmica e análise energética de edificações e seus sistemas (ENERGYPLUS, 2015).
O programa possui capacidade de simulação diferenciada, integra vários módulos (fotovoltaico, ventilação natural, iluminação natural, entre outros). O programa calcula a carga térmica necessária para aquecer ou resfriar um edifício usando vários sistemas e fontes de energia. Este cálculo é baseado no comportamento térmico e energético da edificação e no clima onde a edificação está inserida (LABEEE, 2009).
Para realizar uma simulação térmica é importante ter conhecimentos de volumes de controle, conservação de massa e energia e transferência de calor. A simulação térmica pode ser dividida em duas categorias: cálculo de carga térmica e a análise energética. É possível analisar o comportamento térmico da edificação frente a diferentes materiais de construção, já a análise energética auxilia na avaliação do consumo e demanda de energia (BARCELOS e MELO, 2011).
Uma desvantagem do programa é a dificuldade apresentada pelos usuários na construção geométrica da edificação e na inserção dos sistemas de condicionamento de ar. Por isso, o Departamento de Energia dos Estados Unidos lançou um plugin para ser utilizado no programa SketchUp, chamado de Open Studio. Através dele o usuário cria e edita a geometria da edificação com ferramentas de desenho do SketchUp (Figura 10) e salva como EnergyPlus Input File (idf), possibilitando a criação e edição de arquivos do EnergyPlus, possibilitando rodar (simular) e visualizar os resultados (BARCELOS e MELO, 2011). Na tela principal do EnergyPlus chamada de EP-
46 Launch, através dela acessamos a documentação do programa, selecionamos e editamos os arquivos do IDF Editor.
O tempo de simulação varia de acordo com o tamanho do arquivo de input e da capacidade do processador do computador que está sendo utilizado. O programa permite que o usuário acompanhe a simulação em uma janela.
3.3.4.1.1. Energy Management Systm (EMS)
O EMS é um dos recursos do EnergyPlus, que permite realizar rotinas de execução automatizadas para modelos desenvolvidos pela ferramenta (LEITZKE et al., 2017). É uma ferramenta capaz de acessar uma ampla variedade de dados “sensores” e usar esses dados para direcionar vários tipos de ações de controle supervisionando o comportamento da edificação, assim como determinar critérios para obter informações específicas durante o a simulação (EnergyPlus, 2016). Para tal precisamos definir as rotinas, onde “sensores” serão implementados e acionados durante a simulação.
O EMS baseia-se na linguagem de programação funcional Erlang, na qual suas implementações possuem sintaxe simples e comandos básicos de programação computacional, o que facilita o processo de desenvolvimento (U.S. DEPARTMENT OF ENERGY, 2016).
Neste trabalho, o EMS foi utilizado nas simulações do vidro eletrocrômico com o intuito de otimizar as diferentes fases de um vidro eletrocrômico, assim como suas diferentes propriedades óticas ao longo do tempo, e, portanto, analisar o conforto térmico e a eficiência energética na edificação em estudo.
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