Trabalhos que Validam o EnergyPlus

Henninger e Witte, 2003a, apresentaram resultados do teste da versão 1.1.0.020 do

EnergyPlus utilizando a metodologia BESTEST, sendo analisados 18 de seus 40 casos. Foram

obtidos os seguintes resultados: para 13 casos, o consumo elétrico anual de aquecimento e de resfriamento e o consumo elétrico anual de pico de aquecimento e resfriamento; e para 5 casos, temperatura máxima e mínima de evolução livre. Estes foram comparados com resultados de outros oito programas de simulação térmica do envelope de edificações. Baseado em 62 comparações separadas, o EnergyPlus estava dentro da faixa de resultados obtidos pelos outros oito programas em 56 comparações. Nas Figuras 2.3, 2.4, 2.5 e 2.6, respectivamente são mostrados: o consumo elétrico anual de aquecimento e refrigeração, e a potência de aquecimento e de refrigeração de pico, obtidos pelos autores para alguns casos.

Figura 2.4. BESTEST – Comparação do consumo anual de refrigeração de alguns casos.

Figura 2.5. BESTEST – Comparação da potência de aquecimento de pico de alguns casos.

Henninger et al., 2004, testaram várias versões do programa EnergyPlus contra resultados analíticos utilizando a metodologia HVAC BESTEST. Este trabalho nada mais é do que um resumo do relatório técnico apresentado por dois dos autores [Henninger e Witte, 2003b]. Foram feitos testes analíticos e testes comparativos nos 14 casos desta metodologia, que serviram para eliminar erros e validar os algoritmos de resfriamento por expansão direta no

EnergyPlus. Uma série de parâmetros foram comparados: o consumo elétrico de ventilação

interna, a soma dos consumos elétricos de ventilação externa e do compressor, a carga térmica sensível de resfriamento, a carga térmica latente de resfriamento, a soma das cargas sensível e latente de resfriamento, a temperatura de bulbo seco interna e o conteúdo de umidade interna. Os autores chegaram à conclusão de que o HVAC BESTEST “é uma ferramenta bastante válida na determinação de excelentes marcas de desempenho em testes de sistemas de aquecimento, ventilação e condicionamento de ar e testes de algoritmos de equipamentos contra os resultados de outros programas internacionais de simulação de edificações”. Nas Figuras 2.7, 2.8 e 2.9, respectivamente são mostrados os consumos elétricos anuais de refrigeração causados pelas cargas latente, sensível e total (soma da sensível e latente) [Henninger e Witte, 2003b].

Figura 2.7. HVAC BESTEST – Consumo anual de refrigeração da carga térmica sensível.

Figura 2.9. HVAC BESTEST – Consumo anual de refrigeração da carga térmica total.

Olsen e Chen, 2003, utilizando o EnergyPlus, fizeram uma análise de conforto térmico e de consumo de energia em diferentes sistemas de resfriamento de baixo consumo energético em um clima moderado do Reino Unido. Os sistemas avaliados foram: teto resfriado, ventilação por deslocamento, ventilação natural, resfriamento noturno, um sistema tradicional de vazão variável de ar e um sistema híbrido (divide-se o ano em três situações de uso de equipamentos: ventilação natural, resfriamento e aquecimento). A edificação avaliada consistia em um prédio de três pisos com fachadas quase 100% envidraçadas, contendo um sistema de condicionamento de ar bastante sofisticado (o que sugere que tenha baixo consumo de energia), e foi instrumentada para uma simples validação do programa (no trabalho também é descrita a validação empírica do programa, feita pela IEA). Considerando o sistema de condicionamento de ar já existente no prédio, para um típico dia útil e para cada zona definida foram obtidos os gráficos de carga térmica dos equipamentos elétricos e de carga térmica de iluminação artificial. Como resultados, primeiro foram comparados os resultados de simulação com os dados experimentais obtidos (como uma validação adicional do programa). Em seguida foram feitas comparações de consumo de energia, dimensionamento de equipamentos e conforto térmico para os vários sistemas de resfriamento avaliados. No caso do sistema de condicionamento existente no prédio, foi identificada uma vazão de ar de renovação muito acima do necessário (cerca de quatro vezes), o que determina um consumo energético quase cinco vezes maior que os sistemas de baixa energia. Dentre as conclusões, os autores afirmam que “a precisão de suas predições são similares ou melhores que aquelas apresentadas por um estudo de validação empírica da IEA; o uso de diferentes vazões de ar de renovação é essencial para minimizar o consumo energético; o resfriamento por ventilação natural de ar exterior é bastante eficaz no clima moderado avaliado; a ventilação natural sozinha não consegue manter as condições de conforto de verão; e o sistema híbrido é a melhor escolha em termos energéticos”.

Silva, 2003, comparou resultados computacionais obtidos com o EnergyPlus com resultados medidos de consumo de energia elétrica para o mês de fevereiro em uma edificação bancária real em Porto Alegre. O autor concluiu que o consumo elétrico simulado ficou próximo do consumo elétrico medido, sendo que na terceira semana de fevereiro há uma considerável diferença, a qual, entre outros fatores, o autor atribui à um período em que o sistema de condicionamento de ar da edificação esteve em manutenção. Outra ressalva feita é em relação ao consumo elétrico simulado para os finais de semana, que foram ligeiramente menores que os medidos porque, segundo o autor, “não foi considerado na simulação o funcionamento do sistema de condicionamento de ar da área de auto-atendimento neste período”.

Grings, 2003, comparou resultados computacionais e experimentais do comportamento térmico de um ambiente. Foram obtidos dados através da instrumentação da sala (que coletou dados durante duas semanas ininterruptas), sendo posteriormente comparados com resultados obtidos através de simulações computacionais no EnergyPlus. Para realizar esta validação empírica, foi montada uma estação meteorológica que coletou dados (simultaneamente à instrumentação do ambiente), usados posteriormente como arquivo climático no formato EPW

(EnergyPlus Weather), padrão do simulador. Como resultados obtiveram-se gráficos

comparativos dos seguintes dados medidos e simulados: temperatura da sala e da carga térmica. A autora ainda analisou estes mesmos gráficos comparativos para diferentes modelos de convecção disponíveis na versão do EnergyPlus utilizada: convecção detalhada e céu anisotrópico, convecção simples e céu anisotrópico, e convecção detalhada e céu isotrópico. Finalmente, para avaliar a precisão do arquivo climático medido, a autora comparou seus resultados com resultados obtidos utilizando um arquivo climático no formato TRY (Test

Reference Year). Entre outras conclusões, a autora afirma: “todos os resultados encontrados para

as diferenças de temperatura (da sala) apresentaram resultados melhores do que nas simulações implementadas com o BLAST (simulações referentes a uma referência bibliográfica utilizada pela autora); para o modelo de convecção detalhado e céu anisotrópico, os resultados de carga térmica sensível em cada dia analisado estão dentro da margem de incerteza prevista ou apresentam uma diferença diária igual ou inferior a 10% entre os resultados medidos e simulados; para o modelo de convecção simples e céu anisotrópico, a carga térmica medida e simulada não apresentam uma boa concordância, ficando o resultado da simulação nestas condições muito além da margem de incerteza”.