Avaliação do desempenho térmico do Lar São Vicente de Paulo - Ouro Preto- MG [manuscrito] / Vanessa de Freitas Vilaça. Neste trabalho, avalia-se o desempenho térmico do Lar São Vicente de Paulo, um edifício social para idosos localizado na cidade de Ouro Preto-MG, por meio do programa de cálculo EnergyPlus. 17 Tabela 2: Critérios de avaliação do desempenho térmico para condições de inverno 17 Tabela 3: Latitude, longitude e altitude da cidade de Ouro Preto.
Neste contexto, a arquitetura bioclimática inclui conceitos que visam a adaptação da estrutura ao ambiente em que se insere, nomeadamente ao clima, conferindo à estrutura um melhor desempenho térmico e, consequentemente, conforto térmico para o utilizador. Verificar o desempenho térmico do Lar São Vicente de Paulo em Ouro Preto, MG, e a influência de estratégias passivas como: ventilação natural, sombreamento e massa térmica dos recintos.
Metodologia
Motivação
O Capítulo 1 apresenta o tema proposto, o objetivo a atingir, uma metodologia concisa e a motivação para a escolha deste tema. O Capítulo 2 traz uma visão geral da literatura sobre desempenho térmico de edificações, as normas aplicáveis e os critérios de desempenho brasileiros utilizados no estudo, além do zoneamento bioclimático do país. Também discute os critérios a serem utilizados para avaliar o desempenho térmico por meio do programa EnergyPlus.
No Capítulo 4 são apresentados os resultados da simulação computacional descrita no Capítulo 2 e são feitas análises gráficas para comparação com padrões de desempenho e cumprimento de requisitos de conforto térmico. Desta forma, o estudo do desempenho térmico dos edifícios prolonga a vida útil da estrutura e, sobretudo, reduz os custos energéticos e o impacto ambiental.
Desempenho térmico de edificações
Dia típico de verão: é definido como um dia real, caracterizado pelas seguintes variáveis: temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do vento, radiação solar incidente em uma superfície horizontal para o dia mais quente do ano de acordo com a média do período da últimos 10 anos. O critério do valor máximo da temperatura de um dia típico de verão deve ser sempre menor ou igual ao valor máximo diário da temperatura externa, válido para ambientes de residência de longa duração, como salas e quartos, desconsiderando fontes de calor internas (Tabela 1). O critério para o valor da temperatura mínima de um dia típico de inverno deve ser sempre maior ou igual à temperatura mínima externa mais 3°C, para recintos de longa permanência (Tabela 2) (ABNT, 2013).
T i,max é o valor máximo diário da temperatura do ar no interior do edifício, em graus Celsius;. T i,min é o valor mínimo diário da temperatura do ar no interior do edifício, em graus Celsius;.
Estratégias bioclimáticas passivas em arquitetura
Ventilação natural
18 também é importante para a saúde humana, pois pode diluir os poluentes, expulsando-os devido à diferença de pressão (BOWER, 1995). As populações de baixa renda necessitam de projetos arquitetônicos tecnicamente bem elaborados para obter conforto térmico, pois não possuem acesso a equipamentos de refrigeração, além dos altos custos de energia. Assim, a forma do edifício, incluindo a localização e as dimensões de suas aberturas e fachadas, está diretamente relacionada à ventilação desejada.
Isso reduz a temperatura efetiva devido à evaporação do suor da pele e às trocas convectivas entre a corrente de ar e o corpo humano. A condição de conforto em ambientes naturalmente ventilados depende então da temperatura e da velocidade do ar (BITTENCOURT; CÂNDIDO, 2008). As diferenças de pressão nas diferentes superfícies de um edifício causam o fluxo de ar dentro do edifício.
Esta diferença de pressão pode ser criada por forças do vento ou mudanças de temperatura do ar dentro e fora do edifício. A ventilação natural pode ocorrer de forma transversal, quando há aberturas em lados opostos de um cômodo, ou unilateral, quando há aberturas em apenas um dos lados (Figura 3).
Sombreamento
Como as persianas ficam expostas à luz direta do sol, cuidados especiais devem ser tomados quanto ao tamanho para que não causem ofuscamento ou absorção de calor na edificação. Os materiais utilizados na envoltória de uma edificação devem ser analisados em relação à sua superfície e espessura, para que sejam suficientes para o armazenamento de calor e frio adequados ao desempenho térmico. Essa capacidade de absorver calor ou frio combinada com a taxa na qual é liberada no ambiente é chamada de massa térmica.
Um elemento de alta massa térmica tem a capacidade de absorver, armazenar e liberar calor lentamente, enquanto um elemento de baixa massa térmica tem a capacidade de absorver, armazenar e liberar calor rapidamente. 21 O dimensionamento da massa térmica envolve o cálculo da capacidade térmica (C) e da permeabilidade térmica (U) dos fechos, sendo necessário conhecer as suas propriedades termofísicas: condutividade térmica (λ); o calor específico (c); a massa específica (ρ); além de sua espessura (e).
O programa computacional EnergyPlus
Ventilação simplificada e ventilação módulo AirflowNetwok
A estratégia de ventilação natural proporciona conforto térmico aos moradores e é eficaz em climas quentes e úmidos, como ocorre na maioria das regiões brasileiras. Entende-se por ventilação natural o movimento do ar por forças naturais, principalmente pelo interior da edificação. Depende de vários fatores, como: diferença de temperatura entre o ar dentro e fora da edificação, velocidade e direção do vento, abertura de exaustão (PEREIRA et al., 2013).
A ventilação natural pode ser simulada de forma simplificada no EnergyPlus ou através do módulo AirflowNetwork – sistema de rede. De forma simplificada, o usuário insere um fluxo de ar nominal e um padrão de uso, ou seja, é obrigatório definir o número de trocas de ar por hora (ren/h) para cada ambiente criado e uma rotina horária para tal fluxo ( GOMES, 2012 ). Dessa forma, a ventilação é direcionada para que mais calor seja perdido para o ambiente interno.
23 mudanças no ar dentro do edifício, maior a remoção de calor do ambiente e, portanto, menor a temperatura. A simulação baseada no módulo AirflowNetwork realiza o cálculo dos fluxos de ar entre as zonas e o exterior em função das aberturas existentes, como portas e janelas, e características do vento local. Para o cálculo correto, é necessário que o usuário defina as características do entorno da edificação, orientação solar e quais zonas serão simuladas e seus padrões de controle de ventilação, além das condições de abertura e fluxo de ar (GOMES, 2012).
Para o desenvolvimento do trabalho são apresentadas informações sobre a edificação, o objeto de estudo, sua localização e caracterização e os parâmetros de simulação para avaliação do desempenho térmico através do programa de cálculo por simulação numérica EnergyPlus versão 8.6.
Objeto de estudo
Etapas da simulação numérica
Caracterização climática da cidade
A Tabela 3 apresenta os dados referentes à latitude, longitude e altitude da cidade de Ouro Preto – MG, na Tabela 4, os dados climáticos de Ouro Preto para um dia típico de verão e, na Tabela 5, os dados climáticos de Ouro Preto Preto para um dia comum de inverno. O tipo de fechamento externo recomendado para esta área e as aberturas e sombreamentos são mostrados nas tabelas 6 e 7, respectivamente. Além disso, esta norma também descreve as estratégias passivas de projeto bioclimático utilizadas, que são mostradas na tabela 8.
Caracterização do objeto de estudo e seu entorno
Existem vários fatores que afetam diretamente o desempenho térmico da edificação, como a cor das paredes externas e seus materiais. A absorção solar está relacionada à capacidade de absorver a radiação solar de uma determinada superfície devido à taxa de radiação solar incidente sobre ela. O Lar São Vicente de Paulo possui paredes brancas, o que o caracteriza como uma cor clara, onde o valor de absorção solar para uma cor clara é de 0,3 conforme NBR15220 (ABNT, 2005).
39 o fluxo de calor que passa por um componente em uma unidade de tempo e por unidade de área, para uma diferença uniforme entre as temperaturas do ar em contato com cada uma das superfícies desse mesmo componente. Assim, os cálculos de condutividade térmica e capacidade térmica (TC) da parede (envelope) são apresentados no ANEXO A.
Critérios de avaliação do desempenho térmico
Conforme já mencionado no subtítulo 2.1 deste trabalho, a avaliação do desempenho térmico de edificações por meio de simulação numérica deve atender aos requisitos de desempenho no verão e no inverno, conforme descrito na norma NBR 15575 (ABNT, 2013). Existem também limites de conforto térmico previamente estabelecidos pela equação (1) e constantes de temperatura para níveis de desempenho mínimo, inferior, intermediário e superior adotados pela NBR 15575-1 (ABNT, 2013). Mas o gráfico deixa claro que as temperaturas internas fazem a curva próxima da temperatura externa, no período da tarde, e ficam bem abaixo dos limites predeterminados de conforto térmico adaptativo, mais especificamente, as curvas estão dentro dos limites inferior, mínimo e intermediário de desempenho térmico determinado pela norma NBR 15.575 (ABNT, 2013), porém fora do limite de conforto, conforme equação (1).
Como o resultado da simulação é insuficiente para atender aos padrões de desempenho térmico e também para o conforto térmico dos moradores do Lar São Vicente de Paulo no inverno, faz-se necessário propor melhorias para o aquecimento da edificação nesta estação. O trabalho centra-se na temática do desempenho térmico dos edifícios e conforto térmico para o utilizador. O Lar São Vicente de Paulo, um edifício social, é o objeto de estudo em questão, avaliando o seu desempenho térmico e adequação ao conforto dos seus habitantes.
A simulação numérica, um dos focos deste trabalho, é de grande relevância para avaliação do desempenho térmico e eficiência energética de edificações. É através de simulações, feitas para o projeto arquitetónico ou para a construção já construída, que é possível prever ou mesmo efetuar uma avaliação após a ocupação para reduzir os custos energéticos, adequar o conforto térmico ao utilizador ou ainda avaliar se o edifício cumpre os requisitos requisitos conforme a norma sugere. O estudo da avaliação do desempenho térmico do Lar São Vicente de Paulo - Ouro Preto por meio do programa EnergyPlus permite compreender que a edificação não atende a todos os requisitos da norma, nem possui conforto térmico suficiente para o idoso durante o período de inverno.
É importante ressaltar que a norma garante desempenho térmico para a edificação, mas não conforto térmico para o usuário, o que mostra que a análise dos dois conceitos citados deve ser diferente, como feito neste trabalho. Para atender às normas e proporcionar conforto térmico ao usuário, é necessário, portanto, analisar e simular cuidadosamente o invólucro, comparando os resultados com equações de conforto e desempenho previamente estudadas e padronizadas. Além disso, se a edificação já estiver em uso, é interessante e de extrema importância a elaboração de questionários para os moradores adequarem seu conforto térmico.
É preciso entender uma série de fatores que interferem para proporcionar conforto térmico ao maior número de pessoas, sendo cada indivíduo único e diferente. Influência da inércia térmica do solo e da ventilação natural no desempenho térmico: estudo de caso de um projeto habitacional em light steel frame.
