UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
LUANA APARECIDA ESSER DE OLIVEIRA DE MORAES
Avaliação de envoltórias para HIS da cidade de Sinop – MT por
meio de Simulação Computacional.
Sinop
2016/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
LUANA APARECIDA ESSER DE OLIVEIRA DE MORAES
Avaliação de envoltórias para HIS da cidade de Sinop – MT por
meio de Simulação Computacional.
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof.ª Orientadora: Mestre Karen Wrobel Straub
Sinop
2016/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Absortancia de Superficie e Cores. ... 16 Tabela 2 – Diretrizes construtivas para a zona bioclimática 5. ... 29 Tabela 3 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para paredes pre-selecionadas. ... 30 Tabela 4 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para
coberturas pre-selecionadas.. ... 31 Tabela 5 – Abertura para ventilação ... 32 Tabela 6 – Equipamentos considerados para carga térmica interna ... 33
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Mapa do Zoneamento Bioclimatico Brasileiro ... 20 Figura 2 – Habitação do Daury Riva ... 26 Figura 3 – Planta baixa de uma edificações do Daury Riva ... 28
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas BID – Banco Interamericano de Desenvolvimento CBIC – Câmera Brasileira de Indústria e Construção
FNHIS – Fundo Nacional de Habitação de Interesse Social HIS – Habitações de Interesse Social
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística LBNL – Lawrence Berkeley National Laboratory
PNUD – Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento
SINAPI – Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil ZBB – Zoneamento Bioclimatico Brasileiro
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação de Envoltórias para HIS da cidade de Sinop – MT por meio de Simulação Computacional.
2. Tema: Conforto e Desempenho térmico 3. Delimitação do Tema: Conforto térmico
4. Proponente: Luana Aparecida Esser de Oliveira de Moraes 5. Orientadora: Karen Wrobel Straub Schneider
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado do Mato Grosso 7. Público Alvo: Acadêmicos, docentes, pesquisadores e profissionais da
área da construção civil.
8. Localização: Avenida dos Ingás, n° 3001, Centro – Sinop – MT, CEP
78550-000
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 7 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 9 3 JUSTIFICATIVA... 10 4 OBJETIVOS ... 12 4.1 OBJETIVO GERAL ... 12 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 13
5.1 HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL ... 13
5.2 CONFORTO TÉRMICO ... 14
5.3 DESEMPENHO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES ... 15
5.3.1 DESEMPENHO TÉRMICO DAS PAREDES ... 16
5.3.2 DESEMPENHO TÉRMICO DA COBERTURA ... 18
5.4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ... 19
5.5 NORMAS RELACIONADAS ... 19
5.5.1 NBR 15575: Edificações Habitacionais - Desempenho ... 20
5.5.2 NBR 15220: Desempenho térmico de edificações ... 20
5.6 ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO ... 21
5.7 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL PARA AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO ... 22
5.7.1 EnergyPlus ... 22
5.7.2 DesignBuilder ... 22
5.8 ESTADO DA ARTE ... 23
5.8.1 Estudos Locais ... 23
5.8.1.1 Marafon - Estratégias bioclimáticas em avaliação de desempenho térmico nas habitações de interesse social em Sinop/MT ... 23
5.8.1.2 Balen - Definição da Temperatura de Neutralidade: Estudo de Caso em um Conjunto de Habitação de Interesse Social no Município de Sinop–MT .. 23
5.8.1.3 Goto - Análise de Condições de Conforto Térmico de Habitações de Interesse Social do Município de Sinop-MT: Critérios de temperatura adaptativa 24 5.8.1.4 Vicente - Etiquetagem Energética de um Conjunto Residencial do Programa Minha Casa Minha Vida em Sinop-MT ... 24
5.8.2.1 Pereira - A Influência do Envelope no Desempenho Térmico de
Edificações Residenciais Unifamiliares Ocupadas e Ventiladas Naturalmente .... 25
5.8.2.2 Lima –A Influência do Envelope no Desempenho Térmico de Edificações Residenciais Unifamiliares ... 25
5.8.2.3 Mazaferro - Influência de Elementos Construtivos do Envelope no Desempenho Térmico De Edificações Unifamiliares ... 26
6 ÁREA DE ESTUDO ... 27 7 METODOLOGIA ... 29 7.1 ELABORAÇÃO DA SIMULAÇÃO ... 30 7.2 PARÂMETROS DE ENTRADA ... 31 7.2.1 Caracterização da envoltória ... 31 7.2.2 Orientação Solar ... 34
7.2.3 Carga térmica interna ... 34
7.2.4 Temperatura do solo ... 35
7.2.5 Ventilação e sombreamento ... 35
7.3 ANÁLISE DE CUSTO ... 36
8 CRONOGRAMA ... 37
1 INTRODUÇÃO
A falta de habitação no Brasil está estimada em mais de 6 milhões de famílias, de acordo com os dados estatísticos sobre o Déficit Habitacional Brasileiro (2014). Este número faz com que os investimentos do governo nas Habitações de Interesse Social-HIS, aumentem expressivamente no país. Mas, de acordo com Pereira (2002), essas construções são em geral de baixa qualidade e não atendem às necessidades de seus usuários, especialmente quanto às condições de conforto térmico.
Sinop é uma das cidades que mais cresce no estado de Mato Grosso, e assim como a média nacional, através do crescimento populacional também cresce as construções das Habitações de Interesse Social – HIS, para garantir moradia a população de baixa renda.
No entanto essas construções, assim como no Brasil em geral, são executadas sem uma avaliação adequada quanto ao clima local e sem adequação as normas de desempenho e conforto térmico. Alguns autores como Balen (2013), Goto (2015) e Marafon (2014), mostraram que o sistema construtivo, realizado nesse tipo de habitação é ineficiente quanto a tal quesito.
Um desempenho térmico adequado proporciona a redução do consumo de energia elétrica com a climatização artificial, além do conforto dos usuários. Tal fator atualmente vem apresentando grande preocupação na sociedade brasileira e busca a potencialização dos recursos energéticos através da redução do consumo. Apesar destas pesquisas realizadas a respeito da influência da envoltória no conforto e desempenho térmico, verifica-se um número reduzido de estudos locais, que validem os materiais de construção para obtenção de maior conforto térmico.
A ABNT por meio da NBR 15220-3/2005 apresenta recomendações sobre os materiais a serem utilizados da edificação. Dentre estes apresentam os relacionados à envoltória, porém são parâmetros genéricos que englobam a zona bioclimática como um todo. Entende-se assim, que a partir desses dados ainda é necessário a verificação das variáveis locais para a definição da envoltória apropriada, principalmente para as especificidades locais.
O fato de o clima e o conforto térmico serem divergentes de região para região, reforça a necessidade de pesquisas especificas de envoltórias que atendam as necessidades dos usuários.
Com base nos fatos apresentados, este projeto consiste em analisar a envoltória mais adequada para minimizar ou até mesmo solucionar o problema encontrado pelos autores mencionados acima, através de simulação computacional, que vem se mostrado uma eficiente ferramenta de verificação e determinação de envoltórias eficazes. Essa determinação, portanto, poderá servir como base para as futuras edificações construídas, para que proporcionem melhor qualidade de vida aos seus usuários.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
No Brasil em geral, há diversos estudos relacionados ao conforto térmico, porem não há normativas para o mesmo. Principalmente em Habitações de Interesse Social–HIS, devido a diversos fatores, entre eles o econômico, as construções desse tipo de habitação são mais focadas na quantidade do que na qualidade das mesmas, o que acarreta na ineficiência das edificações.
Em Sinop-MT, uma pesquisa realizada por Goto (2015), definiu algumas condições de conforto térmico para usuários de conjuntos habitacionais de interesse social. Esta pesquisa mostrou que 63,49% de pessoas entrevistadas estavam insatisfeitas termicamente. A temperatura de neutralidade encontrada foi de 27,97°C, enquanto a temperatura operativa média verificada nas edificações foi de 32,15°C, mostrando que as edificações não atendem as necessidades dos usuários quanto ao conforto térmico. O baixo desempenho térmico das edificações verificado na referida pesquisa pode estar relacionado à envoltória das edificações.
Em geral as habitações de interesse social seguem certa padronização o que muitas vezes compromete a eficiência das edificações, tendo em vista que o país possui uma grande extensão territorial com muitas variações climáticas. Assim é evidente a necessidade de estudos específicos para cada região para que as edificações atendam as necessidades dos usuários quanto ao conforto térmico.
3 JUSTIFICATIVA
De acordo com Goto (2015) cerca de 65% das habitações de interesse social avaliadas na cidade de Sinop-MT, não apresentam condições de proporcionar conforto térmico aos moradores. Mostrando a importância de pesquisas que identifique quais são essas alterações necessárias nas edificações, para que elas possam oferecer conforto aos usuários.
Conforto térmico, segundo Lamberts et al.,(2011), é definido como o estado mental em que o individuo expressa a satisfação com o ambiente térmico em que se encontra. A insatisfação pode ser causada devido ao desconforto quando este é exposto a situações ambientais extremas de frio ou calor.
Quando o usuário apresenta essa insatisfação com o meio, ele encontra-se em desconforto térmico, podendo sofrer consequências negativas na saúde, no psicológico e em seu desempenho físico.
Em relação ao desempenho Frota e Schiffer (1995) confirmaram que para trabalhos físicos o aumento da temperatura de 20°C para 24°C diminui o rendimento em 15% e a 30°C de temperatura ambiente o rendimento cai 28%. Na saúde, uma das consequências é o stress térmico, que de acordo com Lamberts et al., (2008), são os efeitos psicofísiológico a que está submetida uma pessoa, quando exposta a esse tipo de desconforto.
Diante de diversos fatores relacionados ao conforto térmico em uma edificação, um dos principais é o sistema construtivo da envoltória, que é o elemento responsável por separar o ambiente interno do ambiente externo. De acordo com Mazzaferro (2013), a especificação das propriedades termo-físicas da envoltória do edifício é, dentre as estratégias passivas de condicionamento, uma das mais importantes a serem estudadas. Manioglu e Yilmaz (2006), afirmam que a envoltória do edifício é o principal determinante do clima interno. Portanto a elaboração de um projeto e sua execução, devem ser devidamente analisados de acordo com essas propriedades que proporcionam um desempenho térmico adequado.
O estudo para a determinação de uma envoltória adequada para essas edificações, além de propor melhor qualidade de vida aos usuários, também está relacionado à preocupação na minimização da redução de consumo de energia destinada ao sistema de refrigeração artificial. Dutra et al, (s/d) atesta que a
economia e racionalização das soluções estruturais de um edifício podem contribuir na redução do consumo de energia, aumentando assim, sua eficiência energética.
Em um estudo de verificação das características referentes às dimensões e aos materiais empregados nas Habitações de Interesse Social executadas na cidade, Marafon et al., (2014) chegaram a resultados que indicam a presença de falhas relacionadas tanto com o projeto arquitetônico quanto com os materiais empregados na execução das habitações. Ficando em evidência a importância dos estudos que analise as características culturais dos usuários, as condições climáticas locais e toda a envoltória da edificação.
Pereira et al., (2002) cita que os variados elementos formadores do cotidiano do ser humano, constituem uma ―teia‖ de eventos relacionada com fenômenos, pessoas, lugares e atividades. E por isso há relevância em associar a qualidade de vida às inter-relações entre o sujeito e sua moradia.
Os fatos apresentados anteriormente evidenciam a importância da pesquisa, uma vez que as habitações em questão não apresentam desempenho térmico adequado, e consequentemente, seus usuários encontram-se em desconforto térmico.
Tais características, além de afetar na sua saúde física e mental dos usuários, prejudicam na falta de eficiência energética dessas edificações, resultando em um custo de energia elevado, devido ao alto consumo com a climatização artificial, o qual também é um fator significativo, uma vez que os usuários desse tipo de habitação, geralmente são de baixa renda.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo desse trabalho é avaliar envoltórias para as Habitações de Interesse Social (HIS) da cidade de Sinop – MT que atendam a zona de conforto térmico determinada por Goto (2015).
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar o desempenho das envoltórias das HIS de Sinop, de acordo com as características construtivas;
Identificar o agente de maior influência à falta de desempenho térmico dessas habitações;
Avaliar as envoltórias que atendam a zona de conforto térmico determinada por Goto;
Comparar os resultados de desempenho e conforto térmico das edificações existentes com a envoltória que será proposta;
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL
O Governo Federal define os princípios da aplicação das Habitações de Interesse Social, como a ação voltada ao apoio a estados, Distrito Federal, municípios e entidades privadas sem fins lucrativos para viabilizar o acesso à habitação digna, regular e dotada de serviços públicos, em localidades urbanas ou rurais, mitigando as desigualdades sociais e contribuindo para a ocupação urbana planejada. Sendo esta, implementada por meio do repasse de recursos do Orçamento Geral da União, da Unidade Orçamentária do Fundo Nacional de Habitação de Interesse Social–FNHIS.
O termo Habitação de Interesse Social-HIS segundo Abiko (1995) define uma série de soluções arquitetônicas de moradias destinadas à população de baixa renda. Habitação popular é a nomenclatura empregada genericamente, ao definir uma determinada solução habitacional destinada à população de baixa renda. Além deste termo secundário encontram-se outros como: habitação de interesse social ou habitação social, habitação de baixo custo e habitação para população de baixa renda.
No Brasil, o déficit habitacional está em um total de mais de 6 milhões de famílias, de acordo com os dados estatísticos sobre o Déficit Habitacional Brasileiro segundo a Fundação João Pinheiro em parceria com o Ministério das Cidades, Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID) e Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) de 2014. Segundo a Câmara Brasileira da Indústria da Construção-CBIC (2014), devido a esse déficit que ainda apresenta um número elevado, as habitações de interesse social são justificadas como uma ação de combate dessa carência habitacional.
―Ter uma moradia digna é o sonho de milhões de pessoas em todo mundo e um direito previsto na Declaração Universal dos Direitos Humanos. No Brasil, a Constituição da República reconhece esse direito como social‖ (MEDEIROS, 2007). Tais deveres do governo em cumprir com esse direito social, faz com que os investimentos do governo nas Habitações de Interesse Social, fomente a ascensão da construção civil no país. Porém, essa ascensão está relacionada a parte quantitativa, e de acordo com Pereira (2002) os empreendimentos institucionais são
em geral de baixa qualidade construtiva e não atendem às necessidades de seus usuários, especialmente quanto às condições de conforto térmico.
Além da baixa qualidade, Balen (2014), ressalta que o fato dos métodos construtivos de habitação popular serem padronizados em todo o Brasil, sem levar em consideração o clima de cada região, faz com que interfira diretamente no conforto térmico das mesmas.
Segundo Medeiros (2007), o direito de moradia precisa de uma maior e melhor assistência do Estado, pois ainda não existe uma equipe de engenheiros, arquitetos e urbanistas no sistema público que realize assistência técnica adequada.
Essa falta de assistência leva a falta de funcionalidade, que segundo Pedro (2000) apud Logsdon (2012), é um dos requisitos que expressam qualidade à habitação, e está diretamente relacionado com a adequação das funções e atividades desenvolvidas na residência, de forma que sejam organizadas e estruturadas de um modo eficiente, levando em conta as ações exercidas.
5.2 CONFORTO TÉRMICO
Segundo a norma ISO 7730 (2005), ―conforto térmico é o estado de alma que expressa satisfação com o ambiente térmico‖.
Gallo e Ribeiro (2007), declaram que o conceito de conforto térmico não tem uma definição única. Ou seja, a sensação de conforto térmico não está associada a uma temperatura específica, mas sim de fatores mensuráveis e de fatores não-mensuráveis, os quais podem variar bastante de uma pessoa para outra, mesmo estando sob as mesmas condições térmicas.
Os fatores mensuráveis envolvem a temperatura do ar, velocidade do vento, umidade do ar, entre outros e os não-mensuráveis estão relacionados ao estado mental, hábitos, educação, entre outros. Outros agentes que também influenciam na sensação de conforto, é o nível de atividade exercida pela pessoa e o tipo de vestimenta.
De acordo com o pesquisador dinamarquês Fanger (1970), neutralidade térmica é a situação em que uma pessoa não prefira nem mais calor nem mais frio no ambiente em que se encontra. Com base nessas definições Lamberts, et al (2011) concluíram que, ―a neutralidade térmica é uma condição necessária, mas não suficiente, para que uma pessoa esteja em conforto térmico.‖
Frota e Schiffer (1995), descrevem que devido a grande diversidade nas variáveis do conforto térmico e ao fato de que as diferenças de variação de algumas delas podem proporcionar sensações ou respostas semelhantes ou até iguais nas condições finais. Fez com que estudiosos desenvolvessem índices que agrupam as condições que proporcionam as mesmas respostas, os índices de conforto térmico. Esses índices foram desenvolvidos com base em diferentes aspectos do conforto e podem ser classificados como:
Índices biofísicos — que se baseiam nas trocas de calor entre o corpo e o ambiente, correlacionando os elementos do conforto com as trocas de calor que dão origem a esses elementos;
Índices fisiológicos — que se baseiam nas reações fisiológicas originadas por condições conhecidas de temperatura seca do ar, temperatura radiante média, umidade do ar e velocidade do ar;
Índices subjetivos — que se baseiam nas sensações subjetivas de conforto experimentadas em condições em que os elementos de conforto térmico variam.
Segundo Frota & Schiffer (1995), existem diversos índices de conforto térmico, mas para fins de aplicação em edifícios para as condições climáticas brasileiras, são apresentados apenas três: carta Bioclimática, temperatura efetiva e o índice de conforto equatorial. Que são apresentados como uma zona de conforto, que pode ser utilizada como uma indicação e analisadas acerca de sua aplicabilidade às condições específicas de projeto e de realidade ambiental.
Marafon (2014), relata que quando se trata das características da edificação, o conforto térmico sofrerá influência pelas disposições construtivas adotadas em sua execução e as características dos materiais utilizados.
5.3 DESEMPENHO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES
De acordo com Leão (2015), para considerar que uma edificação satisfaz as exigências dos usuários, determinados requisitos devem ser atendidos, obedecendo critérios estabelecidos para cada um deles. Com o objetivo de satisfazer as necessidades básicas de desempenho, os diferentes sistemas têm requisitos mínimos de desempenho, os quais devem ser considerados e atendidos em todos os casos.
Para Borges (2010), a definição de desempenho de edificações está associada ao seu comportamento quando em utilização. O edifício deve apresentar
determinadas características que o façam atender os requisitos para o qual foi projetado, quando submetido a determinadas condições de exposição e uso.
Para Mazzaferro (2013), a envoltória de uma edificação é o elemento responsável por separar o ambiente interno do ambiente externo. Por isso, a especificação das propriedades termo físicas do envelope do edifício é, dentre as estratégias passivas de condicionamento, uma das mais importantes a serem estudadas.
5.3.1 DESEMPENHO TÉRMICO DAS PAREDES
Ghisi et al., (2011), dizem que a condição para que ocorra transmissão de calor entre dois corpos, é que os mesmos tenham temperaturas diferentes. O corpo de maior energia cede parte de sua energia térmica, provocando uma redução em sua temperatura enquanto o outro corpo aumenta a sua. Esse processo ocorre até que ocorra o equilíbrio térmico, ou seja, suas temperaturas se igualem. No caso das paredes, essa troca de calor pode ocorrer do meio externo para o interno, ou vice versa, o sentido irá variar em relação a maior temperatura. Outras variáveis que interferem na obtenção do fluxo de calor são a área da superfície considerada e a transmitância térmica dos materiais empregados.
A área tem uma relação linear, ou seja, quanto maior a área em questão, maior será a quantidade de energia térmica cedida ou recebida. Em contra partida, a transmitância térmica varia de acordo com o material, a espessura e a maneira como o mesmo estiver disposto na envoltória do edifício, Mazzaferro (2013).
O desempenho térmico está relacionado a resistência térmica, que segundo Leão (2015), é a propriedade do material em resistir a passagem do calor. Essa resistência depende dos materiais, métodos construtivos, projetivos e até mesmo das cores que são utilizados na vedação externa da edificação. Outro fator interferente, são as variações climáticas da região que a edificação esta situada.
Os materiais opacos, por exemplo, desempenham características e transmitância térmica divergente aos materiais transparentes ou translúcidos.
A incidência da energia radiante em paredes opacas é absorvida ou refletida. E em seu cálculo de transmitância são considerados os seguintes fatores: radiação total incidente na superfície; absortividade solar; refletividade solar; radiação total incidente na superfície; resistência superficial externa e a diferença entre a radiação de onda longa emitida e recebida pela superfície.
A tabela 1, fornecida pela ABNT(2005) através da NBR 15220, apresenta a absortância de alguns materiais e cores de comum utilização na construção civil. Exemplificando assim, a influência do material com a resistência térmica.
Tabela 1–Absortância de superficie e cores. Tipo de Superfície α Chapa de alumínio (nova e
brilhante) 0,05
Chapa de alumínio (oxidada) 0,15 Chapa de aço galvanizada (nova e
brilhante) 0,25 Caiação nova 0,12 / 0,15 Concreto aparente 0,65 / 0,80 Telha de barro 0,75 / 0,80 Tijolo aparente 0,65 / 0,80 Reboco claro 0,30 / 0,50 Revestimento Asfáltico 0,85 / 0,98 Vidro Incolor 0,06 / 0,25 Vidro Colorido 0,40 / 0,80 Vidro metalizado 0,35 / 0,80 Pintura: Branca Amarela Verde Clara ―Alumínio‖ Verde escura Vermelha Preta 0,20 0,30 0,40 0,40 0,70 0,74 0.97 Fonte: Adaptado de NBR 15220-2 (ABNT, 2005)
No caso de parede transparente ou translúcida, Frota e Schiffer (1995) relatam que a radiação solar incidida tem parte dissipada e penetrada por transparência para o interior, e outra parte dissipada e refletida para o exterior. Seu fator de ganho de calor é calculado de acordo com os seguintes fatores: transmitância térmica do componente; absortância à radiação solar – função da cor; resistência superficial externa e a transmitância à radiação solar.
Conforme relata a ABNT (2005) pela NBR 15220, há ainda outros fatores que alteram as propriedades do desempenho e resistência térmica superficial, tais como: emissividade, velocidade do ar sobre a superfície e temperaturas da superfície do ar e superfícies próximas.
Os requisitos e critérios para verificação dos níveis mínimos de desempenho térmico de vedações verticais externas são apresentados pela ABNT NBR 15220-1 e ABNT NBR 15220-3.
5.3.2 DESEMPENHO TÉRMICO DA COBERTURA
Outras características da envoltória da edificação que podem aumentar ou minimizar os ganhos de calor estão relacionadas a cobertura.
Os sistemas de coberturas, de acordo com Lamberts (2011), realizam importantes funções nas edificações, desde o aporte para preservação da saúde dos usuários até a proteção do corpo da própria estrutura, interferindo diretamente na conservação dos demais elementos.
Lopes (2010), se refere as coberturas como as superfícies da envoltória que mais contribuem para os ganhos de calor num edifício, devido ser a parte da envoltória mais exposta á radiação solar, exercendo assim, preeminente influência no conforto térmico dos usuários.
Ao aplicar uma metodologia de calibração de modelos de edificações através de simulação computacional do desempenho térmico e energético, Gosch (2005) sugere, para otimização de projetos, avaliar as características térmicas da cobertura, de forma a definir corretamente tanto a transmitância quanto o isolamento térmico. Pois a condutividade térmica do material que será utilizado na cobertura contribui para a redução ou aumento da taxa de fluxo de calor que irá para o interior da edificação.
Para Lopes (2010), o isolamento térmico de uma cobertura é considerado uma intervenção de eficiência energética prioritária por serem medidas simples e pouco dispendiosas para a diminuição das necessidades energéticas. Tanto para coberturas horizontais, quanto as verticais.
Assim como na envoltória vertical, a cobertura também tem variação de desempenho de acordo com as características da transmitância do tipo de material e a cor utilizada. Um exemplo disso pode ser reconhecido na análise da envoltória pelo método prescritivo de etiquetagem de residência unifamiliar em Maceió-AL, feita por Almeida (2012). Onde a influência da absortância da cobertura se destacou, sendo que a adoção de pintura branca ao invés da cor natural da cerâmica resultou em uma redução de 61% no Graus Hora de Resfriamento - GHR e de 57% no Consumo Relativo para Refrigeração - CR. Com a adoção da laje de concreto, os
valores de GHR e CR são reduzidos em 60% e 47%, respectivamente, em relação à configuração original.
A ABNT NBR 15575 apresenta os requisitos e critérios para verificação dos níveis mínimos de desempenho térmico de coberturas, conforme definições, símbolos e unidades da ABNT NBR 15220-1e ABNT NBR 15220-3.
5.4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A eficiência energética, de acordo com Dutra et al.,(s/d), pode ser entendida como uma propriedade da edificação que possibilita conforto térmico, acústico e visual com baixo consumo de energia. Para que um edifício seja considerado mais eficiente que o outro, ele deve propiciar as mesmas condições ambientais, porém com menor consumo de energia.
Nos últimos anos, a preocupação em obter conforto térmico e os projetos de engenharia e arquitetura relacionados ao condicionamento térmico natural, vem aumentando, não só pelo conforto, mas também pela eficiência energética. Já que se sabe que grande parte do consumo de energia é proveniente dos equipamentos de climatização e iluminação artificial.
Vieira (2008), relata que o uso adequado da ventilação natural, o emprego de materiais de forma adequada e o aproveitamento de luz natural em edificações usadas principalmente durante o dia, além de melhorar o conforto ambiental dos ocupantes, realizam uma significativa contribuição na redução do consumo de energia elétrica. Dessa forma, o montante de energia elétrica necessária para climatização e iluminação em um edifício depende, fundamentalmente, do seu projeto.
Em uma pesquisa de campo em um edifício em Florianópolis, sobre a correlação das características arquitetônicas e o consumo de energia elétrica, Lamberts et al. (1995), concluíram que a fachada, em termos de área envidraçada e os materiais componentes são as principais características de projeto que influenciam no desempenho energético da edificação.
5.5 NORMAS RELACIONADAS
No Brasil, pode-se dizer que o tema conforto térmico ainda é recente, a qual não apresenta nenhuma norma que aborda tal assunto. Porem há normas para
desempenho térmico da edificação e este capítulo visa trazer normativas que serão utilizadas como parâmetro para a pesquisa e realização do trabalho.
5.5.1 NBR 15575: Edificações Habitacionais - Desempenho
A NBR 15575 é uma norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que entrou em vigor em 2013. Ela aborda quesitos de desempenho mínimo importantes de uma edificação, como desempenho acústico, desempenho térmico, durabilidade, garantia e vida útil. Esta normativa é dividida em seis partes:
Parte 1: Requisitos gerais;
Parte 2: Requisitos para os sistemas estruturais;
Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos;
Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas;
Parte 5: Requisitos para os sistemas de coberturas;
Parte 6: Requisitos para os sistemas hidrossanitários.
Para esta pesquisa, serão utilizados os requisitos abordados pelas partes 4 e 5, que apresentam requisitos e critérios mínimos para verificação dos níveis de desempenho térmico de vedações verticais externas e coberturas, respectivamente, apresentando transmitância e capacidade térmica que proporcionem o desempenho térmico mínimo para cada zona bioclimática, de acordo com a ABNT (2005) por meio da NBR 15220-3.
5.5.2 NBR 15220: Desempenho térmico de edificações
A NBR 15220 é uma norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que entrou em vigor em setembro de 2005. A qual aduz as definições, procedimentos, parâmetros, recomendações e estratégias que se diz respeito ao desempenho térmico das edificações, sendo composta em cinco partes:
Parte 1: Definições, símbolos e unidades;
Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações;
Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social;
Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida;
Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico.
Nesta pesquisa, será utilizada a parte 3 da referida norma, pois traz recomendações quanto ao desempenho térmico de habitações unifamiliares de interesse social.
Ela também propõe a divisão do território brasileiro em oito zonas climáticas, estabelecendo assim o Zoneamento Bioclimático Brasileiro - ZBB.
5.6 ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO
O Zoneamento Bioclimático Brasileiro foi desenvolvido para que pudesse ser elaborado um conjunto de recomendações técnico-construtivas para adequação climática de habitações unifamiliares de interesse social, com até três pavimentos. Apresentado pela ABNT (2005) por meio da NBR 15220-3.
Figura 1 – Mapa do Zoneamento Bioclimático Brasileiro Fonte:(ABNT, 2005)
O território brasileiro, como já mencionado, é dividido em oito zonas relativamente homogêneas quanto ao clima e, para cada uma destas zonas, apresentam técnicas em relação a aberturas, vedações externas e condicionamento térmico passivo.
5.7 SIMULAÇÃO
COMPUTACIONAL
PARA
AVALIAÇÃO
DE
CONFORTO TÉRMICO
A ABNT (2005) através da NBR 15220 indica que a avaliação de desempenho térmico de uma edificação pode ser feita tanto na fase de projeto, quanto na edificação já construída. Após a construção, a avaliação pode ser realizada por medições in-loco e na fase de projeto a avaliação pode ser realizada por meio de simulação computacional.
Simulação computacional, como o próprio nome sugere, é a realização de simulações por meio de softwares de computador, que realizam, por exemplo, a análise energética de uma edificação, baseada na simulação das cargas térmicas resultantes da configuração construtiva e dos sistemas de condicionamento e demais equipamentos existentes. (LBNL, 2014)
Esse tipo de simulação para avaliação de conforto térmico e eficiência energética, na engenharia civil, foi desenvolvido para proporcionar praticidade aos engenheiros e arquitetos na elaboração de um projeto de apto desempenho térmico, conduzindo na escolha de elementos construtivos adequados.
5.7.1 EnergyPlus
Dentre diferentes softwares existentes nesse tipo de simulação, está o
EnergyPlus, que de acordo com (DOE, 2008), é um programa que calcula as trocas
térmicas, os índices de iluminação e de consumo energético das edificações, a partir da modelagem física do edifício e seus sistemas de ventilação, iluminação, aquecimento e resfriamento. Ele permite a análise das cargas térmicas procedentes dos elementos construtivos das edificações, considerando as condições ambientais dos locais onde estas se encontram. A desvantagem do software é não ter uma interface gráfica amigável. Para tal limitação, será utilizado o programa
DesignBuilder como ferramenta de auxiliar.
O DesignBuilder é um software comercial desenvolvido pela empresa britânica
DesignBuilder Ltda. É o primeiro software de interface exaustivo para o programa de
simulação térmica dinâmica EnergyPlus, ele permite uma rápida e fácil introdução de geometrias e oferece um conjunto de ferramentas que tornam mais fácil a modelação de edifícios. Oferece também ferramentas avançadas de modelagem para análises detalhada com ênfase em conforto ambiental e eficiência energética.
5.8 ESTADO DA ARTE
Os estudos relacionados ao desempenho térmico e eficiência energética tem se expandido no Brasil, com preocupação tanto em relação ao conforto do usuário quanto ao elevado consumo de energia. As pesquisas têm sido realizadas por métodos de medições in loco, cálculos, questionários e simulações computacionais.
5.8.1 Estudos Locais
Em âmbito local, na cidade de Sinop, alguns autores, como Goto (2014), Marafon (2014), Balen (2013), Vicente (2015), realizaram pesquisas relacionadas ao tema de conforto e desempenho térmico, que contribuíram para a ascensão dos mesmos.
5.8.1.1 Marafon - Estratégias bioclimáticas em avaliação de desempenho térmico nas habitações de interesse social em Sinop/MT
Este trabalho comparou as recomendações propostas pela NBR 15220 e pelo Método de Mahoney Nebuloso com o que tem sido executado em Sinop/MT verificando o alcance das estratégias bioclimáticas nos empreendimentos de habitações de interesse social do município. A metodologia usada se baseou na verificação das características das dimensões e dos materiais utilizados nas Habitações de Interesse Social executadas no município. Os resultados encontrados por Marafon, demonstraram que essas habitações não são executadas com vistas ao conforto térmico devido a inadequação para o clima do município de Sinop.
5.8.1.2 Balen - Definição da Temperatura de Neutralidade: Estudo de Caso em um Conjunto de Habitação de Interesse Social no Município de Sinop–MT
O artigo apresentou uma avaliação do conforto térmico em um conjunto de habitações de interesse social no município de Sinop–MT determinando a temperatura de neutralidade para as condições dos meses de outubro e novembro.
Também avaliou a temperatura de conforto nas habitações de interesse social, em função de seus aspectos locais, a qual concluiu enfatizando a importância de conhecer o voto de conforto e a necessidade de se aplicar questionários simultaneamente a medição, para calcular a temperatura de neutralidade e determinar a zona de conforto térmico. Demonstrou-se que a temperatura de neutralidade em Sinop é mais baixa que a temperatura operativa média encontrada nas habitações, mostrando assim, que essas edificações não proporcionam conforto térmico adequado aos usuários.
5.8.1.3 Goto - Análise de Condições de Conforto Térmico de Habitações de Interesse Social do Município de Sinop-MT: Critérios de temperatura adaptativa
A pesquisa levou em consideração as condições do clima e das edificações locais e associando as características dos usuários e seus respectivos votos de opinião. A correlação entre dados objetivos e subjetivos definiu a porcentagem de insatisfeitos, a determinação de uma zona de temperatura interna aceitável a 80% dos usuários e o cálculo de uma temperatura em que eles se sentem confortáveis. Os resultados mostraram uma zona de conforto onde apenas 35% das residências se enquadraram, temperatura de neutralidade térmica definida em 27,97°C e porcentagem de insatisfeitos de 63,49%. Concluindo ainda que medidas devem ser tomadas, em relação a tais problemas, em duas vertentes, uma para as edificações existentes e para as futuras edificações a serem construídas.
5.8.1.4 Vicente - Etiquetagem Energética de um Conjunto Residencial do Programa Minha Casa Minha Vida em Sinop-MT
O estudo propôs alternativas para aumentar o nível de eficiência energética de um conjunto residencial do Minha Casa Minha Vida (MCMV) em Sinop–MT, assim como levantou os custos para a execução e avaliação da viabilidade do investimento. Para tal, foram avaliados a envoltória e o sistema de aquecimento de água através do método prescritivo. Os resultados obtidos classificaram as atuais moradias no nível D e mostraram que poucas alterações são necessárias para atingir o nível A, e que o aumento nos custos de construção para alcançar o nível A são inferiores à economia proporcionada ao longo do tempo de vida da edificação. E por fim, sugeriu para pesquisas futuras a avaliação do conforto térmico gerada com as alterações e a valorização das residências com nível A de eficiência energética.
5.8.2 Estudos Nacionais
Diversos autores vêm aderindo às simulações computacionais para a realização de suas pesquisas e projetos, de forma a avaliar o desempenho térmico e energético e definir as estratégias bioclimáticas que podem ser utilizadas nas edificações.
Em âmbito Nacional, pode-se citar: Pereira (2009), Lima (2010), Mazzaferro (2013). Tais autores são citados, com objetivo de demonstrar a viabilidade e eficácia, bem como embasamento, para a metodologia que será proposta.
5.8.2.1 Pereira - A Influência do Envelope no Desempenho Térmico de Edificações Residenciais Unifamiliares Ocupadas e Ventiladas Naturalmente
Pereira teve como objetivo, investigar a influência das propriedades térmicas do envelope no desempenho térmico de edificações residenciais unifamiliares quando estas são ocupadas e ventiladas naturalmente, na cidade de Florianópolis-SC. O método utilizado compreendeu o estudo, através de medições e de simulação computacional utilizando o programa EnergyPlus. Através da caracterização e monitoramento de uma edificação real, foi realizada a calibração do software, que permitiu a criação de um modelo computacional com resultados de temperatura interna do ar similares ao medido na edificação real. A partir do modelo calibrado, foram simuladas variações no envelope da edificação, utilizando materiais com diferentes propriedades térmicas. Verificando assim, a correlação entre as horas de desconforto e as propriedades térmicas dos componentes do envelope, concluindo que o envelope exerce uma influência sobre o desempenho térmico da edificação, inclusive quando esta é ocupada e ventilada naturalmente. E que essa influência é mais fortemente relacionada ao valor de capacidade térmica do componente do envelope.
5.8.2.2 Lima –A Influência do Envelope no Desempenho Térmico de Edificações Residenciais Unifamiliares
A dissertação realizada por Lima, avaliou a influência do sombreamento e da absortância da envoltória no desempenho térmico e consumo energético em edifícios residenciais localizados em Maceió-AL. Sua metodologia foi fundamentada em análises paramétricas para comparação do modelo de referência e alguns parâmetros propostos, através de simulação computacional pelo software
EnergyPlus. A qual a metodologia demonstrou-se satisfatória para a obtenção dos
objetos propostos. Seus resultados mostraram que características do arranjo, sombreamento e a cor clara na textura das paredes externas contribuem para um bom desempenho termo energético do edifício. Diante das conclusões apresentadas em sua pesquisa, ela observou também a importância em estabelecer critérios construtivos de acordo com a realidade climática onde a edificação será inserida, pois certos aspectos podem ocasionar baixo desempenho térmico e elevado consumo energético.
5.8.2.3 Mazaferro - Influência de Elementos Construtivos do Envelope no Desempenho Térmico De Edificações Unifamiliares
Mazaferro avaliou a influência de elementos construtivos do envelope no desempenho térmico de edificações residenciais unifamiliares nas cidades de Florianópolis-SC, Curitiba-PR e Fortaleza-CE, através de simulação computacional. As rotinas de ocupação, iluminação, equipamentos e abertura de janelas foram definidas por estudos efetuados em Florianópolis. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o programa EnergyPlus. Adotaram-se quatro tipos de parede e oito tipos de cobertura, sendo que oito combinações de envelopes foram analisadas. Através da análise das correlações entre transmitância térmica ponderada da envoltória e graus-hora, para Florianópolis e Curitiba, concluiu-se que a transmitância térmica ponderada do envelope teve forte influência sobre o desempenho térmico das edificações simuladas.
6 ÁREA DE ESTUDO
A pesquisa será realizada na cidade de Sinop, a qual encontra-se localizada no norte do estado do Mato Grosso, com população estimada para 2016 de 132.934 habitantes (IBGE,2016).
Sinop apresenta um clima tropical, chove muito mais no verão que no inverno. Segundo a Köppen e Geiger (1936) o clima é classificado como Clima tropical chuvas de verão (Aw). A temperatura média anual em Sinop é 25,0 °C e 1818 mm é o valor da pluviosidade média anual. O mês mais quente do ano é o mês de Setembro, o qual tem uma temperatura média de 26,6 °C. Enquanto o mês de Julho apresenta a temperatura média mais baixa, com a média de 23,2 °C.
De acordo com o software de Classificação Bioclimática dos Municípios Brasileiros, Sinop encontra-se na zona bioclimática 8. Porém, esse dado diverge do trabalho já realizado por Straub (2016), Goto (2015), Vicente (2015), Laco (2013) dentre outros, que caracterizam Sinop de acordo com os dados climáticos da cidade de Vera – MT, na zona Bioclimática 5.
Portanto, para realização desta, será utilizado como parâmetro a zona Bioclimática 5.
Sinop conta com programas de habitação realizados pelo Departamento de Habitação, vinculado à Secretaria Municipal de Assistência Social. Tais programas atendem famílias de diversos bairros e tem como finalidade o acesso a moradia digna às famílias de baixa renda.
Dentre essas habitações, está o conjunto habitacional Daury Riva, situado no setor norte, que é caracterizado por atender população de baixa renda. A habitação desse residencial possui aproximadaente 51 m², constituída por 2 quartos, sala, cozinha, área de serviço, banheiro e varanda. A figura 2 apresenta a habitação.
Figura 2 – Habitação do Daury Riva. Fonte: (SISAN, 2013)
O conjunto habitacional em questão foi o escolhido para ser estudado, devido às características encontradas em uma análise de condições de conforto térmico de Habitações de Interesse Social do Município de Sinop-MT, realizada por Goto (2015). Tal residencial apresentou a maior porcentagem de pessoas insatisfeitas termicamente, em relação aos demais analisados, constatando 82,41% de pessoas insatisfeitas, bem como a ocorrência de temperaturas mais elevadas que nos outros casos.
7 METODOLOGIA
A metodologia que será usada no decorrer da pesquisa será baseada pela análise das metodologias utilizadas por outros autores já citados, Pereira (2009), Lima (2010), Mazzaferro (2013), que realizaram pesquisas relacionadas a conforto e desempenho térmico por meio de simulações computacionais. A simulação que será realizada nesta, terá como referência o uso da NBR 15220-3, para o emprego das técnicas e elementos construtivos da envoltória das habitações de interesse social, localizada na cidade de Sinop – MT para atender a zona de conforto térmico definida por Goto (2015).
A habitação escolhida, conforme já mencionado, será do conjunto habitacional Daury Riva, que devido a falta de emprego das normas brasileiras de desempenho térmico, por parte dos responsáveis de projeto e execução, apresentou o maior índice de desconforto térmico.
A simulação será executada pelo software EnergyPlus. Neste software é necessário a definição das zonas térmicas do modelo, portanto cada cômodo da edificação será definido como uma zona térmica. Além disso, previamente deve ser modelada a geometria e os componentes construtivos do modelo.
Essa modelagem será realizada a partir do projeto da edificação existente, que pode ser observado na figura 3.
A partir desse modelo de projeto, serão realizadas as modificações na envoltória da edificação – paredes externas e cobertura – norteadas pelas recomendações estratégicas contidas na terceira parte da NBR 15220, para a zona bioclimática 5, a qual se enquadra a cidade em questão.
Figura 3 – Planta baixa de uma edificações do Daury Riva. Fonte: (Adaptado SISAN, s/d)
7.1 ELABORAÇÃO DA SIMULAÇÃO
O software que será utilizado na etapa de simulação, EnergyPlus, dispõe de três algoritmos de simulação:
CTF (ConductionTransferFunction- Função de transferência por condução) - Considera apenas o calor sensível não levando consideração o armazenamento ou difusão de umidade nos elementos de construção.
MTF (MoistureTransferFunction - Função de transferência por umidade) - Algoritmo de solução simultânea de transferência de calor e massa, considera a absorção de vapor na edificação.
EMPD (EffectiveMoisturePenetrationDepth- Umidade efetiva na profundidade
de umidade nas superfícies internas, porém precisa de informações adicionais das características de umidade dos materiais.
O algoritmo que será utilizado neste trabalho será o CTF, pois os dois últimos requerem informações muito detalhadas sobre os componentes da envoltória, não acessíveis para este trabalho.
A definição do modelo de referência para as simulações será feito com base da representação e projeto da edificação real, existente no conjunto habitacional de estudo. Para tal, é necessário fornecer ao EnergyPlus a descrição das propriedades termo físicas dos materiais que compõem os elementos construtivos da edificação. Portanto será necessário identificar os materiais e as características empregadas.
Após a definição do modelo para calibração, as alternativas que serão adotadas nas simulações serão baseadas na mudança das características dos materiais construtivos na envoltória da mesma.
Tais mudanças consistem em alterar os materiais das paredes externas e da cobertura, a fim de variar a transmitância térmica da envoltória e verificar a influência da orientação no desempenho térmico das residências.
7.2 PARÂMETROS DE ENTRADA
7.2.1 Caracterização da envoltória
A ABNT (2005) por intermédio da norma 15220-3 estabelece recomendações e diretrizes construtivas, para adequação climática de habitações unifamiliares de interesse social, com até três pavimentos.
Para a zona bioclimática 5, as diretrizes construtivas sugerem que para vedações externas, as paredes devem ser leves e refletoras, e a cobertura leve e isolada. Seus parâmetros admissíveis são demonstrados através da tabela 2.
Tabela 2 – Diretrizes Construtivas para a Zona Bioclimática 5. Vedações Externas Transmitância térmica –
U (W/m².K)
Atraso térmico – ϕ
(Horas) Fator solar - (%) Paredes leve refletora ≤ 3,60 ≤ 4,3 ≤ 4,0
Coberturas leve
isolada ≤ 2,0 ≤ 3,3 ≤ 6,5
Fonte: Adaptado de NBR 15220-3 (ABNT, 2005)
Assente em tais parâmetros, é possível fazer uma filtragem dos materiais que, possivelmente, poderão ser utilizados como parâmetros de entrada para a
simulação. As opções pré-selecionadas, são apresentadas nas tabelas 3 e 4 para parede e cobertura, respectivamente.
Tabela 3 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para paredespré-selecionadas.
Descrição da parede Transmitância térmica – U (W/m².K) Atraso térmico – ϕ (Horas) Capacidade térmica - (KJ/m².K) Parede de tijolos 6 furos quadrados,
assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x14,0x19,0 cm Espessura da argamassa de
assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm
2,48 3,3 159
Parede de tijolos 8 furos quadrados, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x19,0x19,0 cm Espessura da argamassa de
assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm
2,49 3,3 159
Parede de tijolos de 8 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm
2,24 3,7 167
Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm
2,28 3,7 168
Parede com 4 furos circulares Dimensões do tijolo: 9,5x9,5x20,0 cm Espessura da argamassa de
assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,5 cm
2,49 3,7 186
Parede de blocos cerâmicos de 3 furos Dimensões do bloco: 13,0x28,0x18,5 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 18,0 cm
2,43 3,8 192
Parede de tijolos maciços, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0 cm Espessura da
argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm
Parede de blocos cerâmicos de 2 furos Dimensões do bloco: 14,0x29,5x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 19,0 cm
2,45 4,0 203
Fonte: Adaptado de NBR 15220-3 (ABNT, 2005)
Tabela 4 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico paracoberturas pré-selecionadas.
Descrição da parede Transmitância térmica – U (W/m².K) Atraso térmico – ϕ (Horas) Capacidade térmica - (KJ/m².K) Cobertura de telha de barro com forro
de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
2,0 1,3 32
Cobertura de telha de fibrocimento com forro de madeira Espessura da telha: 0,7 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
2,0 1,3 25
Cobertura de telha de barro, lâmina de alumínio polido e forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
1,11 2,0 32
Cobertura de telha de fibrocimento, lâmina de alumínio polido e forro de madeira Espessura da telha: 0,7 cm Espessura da madeira: 1,0 cm.
1,16 2,0 25
Cobertura de telha de barro com 2,5 cm de lã de vidro sobre o forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
0,95 2,3 33
Cobertura de telha de barro com 5,0 cm de lã de vidro sobre o forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
0,62 3,1 34
Fonte: Adaptado de NBR 15220-3 (ABNT, 2005)
Para o condicionamento térmico passivo, no verão, a norma sugere a estratégia de ventilação cruzada. Para ventilação adequada dessa zona, que as aberturas devam ser médias e sombreadas. A tabela 5 apresenta as diretrizes construtivas relativas às aberturas para ventilação.
Tabela 5 – Aberturas para ventilação Aberturas para ventilação A (em % da área de piso) Pequenas 10% < A < 15% Médias 15% < A < 25% Grandes A > 40%
Fonte: Adaptado de NBR 15220-3 (ABNT, 2005)
7.2.2 Orientação Solar
Hertz (1998) apud Bagnati (2013), afirma que através de uma orientação solar correta do edifício, é possível obter uma diferença de até 3º C entre a temperatura interna e externa, além de reduzir a potência da incidência da radiação solar durante as horas quentes.
A análise do estudo de outros autores, como Matos (2007), afirma que a orientação diferenciada de cada um dos cômodos da residência pode influenciar o comportamento térmico dos mesmos.
Diante das afirmações encontradas, parte da estratégia de simulação, irá consistir na mudança de direção da edificação para as 4 orientações solares (Norte, Sul, Leste e Oeste), para que seja examinado a orientação mais conveniente para as envoltórias escolhidas.
7.2.3 Carga térmica interna
A Tn medida por Goto (2015), foi obtida através de medições in loco, portanto as variáveis medidas sofreram influência das diferentes cargas térmicas. Essas sofrem interferência pela atividade e ocupação dos usuários, a carga da iluminação artificial e dos eletrodomésticos.
Sendo assim, para a simulação também será considerada a influência dessas cargas. Para isso, serão definidos padrões de acordo com a metodologia utilizada por Lima (2010), onde considera-se a seguinte ocupação por casa: família de 4 membros (1 casal e 2 filhos). Durante o dia será considerado a presença de 1 adulto na casa e de noite a presença de 4 membros. Como já mencionado, cada cômodo da casa representará uma zona térmica, para a zona térmica que representará os quartos serão considerados 2 pessoas; as zonas que representarão sala, cozinha e banheiro, terão ocupação de 4 pessoas.
Para efeitos das cargas internas gerada pelos eletrodomésticos, será considerado os aparelhos descritos na tabela a seguir, os dados de potência foram obtidos através de tabelas fornecidas pela Energisa (2015).
Tabela 6 – Aparelhos considerados para carga térmica interna Cômodo Aparelho Potência Aproximada
(W) Sala Televisor 21‖ 90 Cozinha Geladeira simples 250 Banheiro Chuveiro elétrico 5500 Quarto do casal Ventilador 100 Quarto dos filhos Ventilador 100
Fonte: Adaptado Energisa (2015)
Para a iluminação dos dormitórios, sala e cozinha será considerado o horário das 18:00 às 22:00 horas, as lâmpadas que serão consideradas como lâmpada de led de 10W, a quais equivalem as lâmpadas incandescentes de 100W que foram consideradas para o calculo do projeto elétrico elaborado pela empresa responsável, Sisan Engenharia.
7.2.4 Temperatura do solo
A temperatura do solo, para Mazzaferro (2013), é um parâmetro de entrada de grande influência para as simulações térmicas de edificações que apresentam somente o pavimento térreo. A influência da temperatura do solo deve ser considerada porque as trocas de calor entre o piso e o solo interferem diretamente nas temperaturas operativas dos cômodos da edificação. Esse parâmetro será obtido através do Earthtube, ferramenta vinculada ao Energyplus.
7.2.5 Ventilação e sombreamento
A ABNT (2013) mediante a NBR 15575-4, que apresenta os requisitos e critérios para verificação dos níveis mínimos de desempenho térmico de vedações verticais externas, denota que em procedimento de simulação do desempenho térmico podem ser consideradas condições de ventilação e de sombreamento, conforme NBR 15575-1.
A ventilação pode ser considerada uma condição ―padrão‖ com taxa de 1ren/h, ou seja, uma renovação de ar por hora do ambiente, e uma condição ―ventilada‖, com taxa de 5ren/h, no ambiente sala ou dormitório.
No caso do sombreamento das aberturas pode ser considerada uma condição ―padrão‖, na qual não há nenhuma proteção da abertura contra a entrada da radiação solar, e uma condição ―sombreada‖, na qual há proteção da abertura que corte pelo menos 50% da radiação solar incidente no ambiente sala ou dormitório.
À vista disso e da análise da metodologia adotada por outros atores, será utilizado na simulação a taxa de 1ren/h para ventilação, em todas as simulações que forem realizadas.
Para sombreamento será considerado que as aberturas da edificação, não dispõem de qualquer tipo de proteção.
7.3 ANÁLISE DE CUSTO
Além de utilizar a NBR 15220-3 para adotar as características, outro fator de influência na escolha será quanto ao custo dos materiais. O levantamento de custo será realizado para o estado atual da edificação, afim de servir de comparação e também de parâmetro.
Para tal, pretende-se através da pré-definição dos materiais mais adequados, que foram apresentados nas tabelas 4 e 5, realizar o levantamento de custos, através do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil - SINAPI, que estabelece regras e critérios para elaboração do orçamento de referência de obras e serviços de engenharia, contratados e executados com recursos dos orçamentos da União, para obtenção de referência de custo.
A partir disso, será realizada a seleção de materiais para cobertura e parede para a caracterização e definição do arranjo construtivo para ser analisado na simulação.
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2017
FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Estudo avançado das
ferramentas do software Energyplus. Coleta de dados pertinente aos materiais utilizados na envoltória do conjunto habitacional estudado.
A partir dos dados, definir o modelo de referência. Inicio da simulação com modelo referência para calibração do Software. Orçamento, pelo SINAPI, dos materiais pré-selecionados. Determinação e quantificação dos materiais adequados para as simulações. Determinação do número de simulações que serão realizadas. Simulações de envoltórias no software Energyplus. Processamento dos resultados. Encontro com orientador. Redação do artigo. Revisão final e entrega oficial. Apresentação do artigo em banca.
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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Residencial Em Portugal.Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em
Engenharia Civil) - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, Julho de 2010.
