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AVALIAÇÃO DO IMPACTO DO USO DE
ISOLAMENTO TÉRMICO EM COBERTURAS E
FACHADAS DE EDIFICIOS COMERCIAIS E DE
ESCRITÓRIOS
(1ª versão)
Elaborado por: TechnoBuild Engenharia
e Consultoria Ltda.
Para: ABRALISO – Associação Brasileira
dos Fabricantes de Lãs Isolantes
Florianópolis, outubro de 2007
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RESUMO EXECUTIVO
Este relatório apresenta os resultados das simulações, no programa EnergyPlus, do
comportamento térmico e energético de edificações representativas de um edifício de escritórios e de
um galpão comercial, utilizando-se os dados do arquivo climático da cidade de São Paulo, com
diferentes alternativas de percentual de abertura nas fachadas, densidade de cargas internas, e
condições de isolamento térmico das paredes e coberturas opacas.
O edifício de escritórios possui 15 pavimentos e dois subsolos com área em planta de 1.500
m². O percentual de área de aberturas em relação à fachada variou em 40% e 20%, sendo que este
último valor foi utilizado em apenas uma das fachadas da edificação. Foram adotados três tipos de
vidro: vidro refletivo (SHGC=0,49), vidro verde (SHGC=0,71) e vidro claro (SHGC=0,87). Dois valores
de carga interna foram simulados: 20 W/m² e 60 W/m². A espessura de isolante térmico aplicado nas
paredes foi de 25 mm e 40 mm, além dos casos simulados sem isolação. A fachada de aplicação do
produto também variou. A outra tipologia simulada, o galpão comercial, possui 80x40m, percentual de
área de abertura em relação à fachada de 20% e vidro refletivo (SHGC=0,49). Para o galpão, as
densidades de carga interna adotadas foram 20 W/m² e 80 W/m². Foram aplicadas camadas de 25
mm, 75 mm e 100 mm de espessura de isolante térmico na cobertura e 25 mm e 40 mm nas paredes,
variando-se a superfície de aplicação do isolante. A cobertura do galpão é em fibro-cimento, com
transmitância de 4,6W/m². As paredes do galpão e do edifício de escritórios são em bloco de concreto,
rebocadas, com transmitância de 2,75 W/m².
As simulações mostraram que o consumo anual do edifício de escritórios apresenta maior
redução em virtude do uso de isolantes nas paredes para densidades de carga interna baixas
(20W/m²). Quando o WWR é de 40% obtém-se redução do consumo anual de energia elétrica em
torno de 3%, e da carga instalada em condicionamento de ar em torno de 10%. A isolação de todas as
fachadas apresenta melhores resultados em comparação com a isolação de apenas algumas fachadas.
Quando todas as fachadas são isoladas, para os casos com diferenciação de WWR, o uso de
isolamento reduz o consumo em torno de 4% e entre 15% e 11% a capacidade instalada, dependendo
do tipo de vidro e da orientação. Quando apenas uma fachada é isolada, a redução no consumo é de
2% e na capacidade em torno de 8%, com relação aos casos sem isolação. Nos casos em que uma das
fachadas possui WWR de 20%, onde o isolamento é aplicado, e as outras WWR de 40%, a maior
variação de capacidade instalada foi verificada quando a fachada oeste recebeu isolação. O uso de
isolante nas fachadas contribuiu para a redução do pico da carga de resfriamento, o que gerou uma
redução significativa na capacidade instalada em condicionamento de ar. Por outro lado, o impacto
causado no consumo anual da edificação foi menor. Pois, o uso do isolamento pode ser favorável em
algumas horas do ano e em outras não, gerando uma compensação ao longo do ano. Porém, como o
consumo por uso final da edificação aponta para uma parcela de pelo menos 30% devido ao sistema
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de condicionamento de ar, pode-se dizer que a redução no consumo total anual da edificação é apenas
um terço do consumo do sistema de condicionamento de ar.
Na análise dos resultados para o modelo do galpão, constatou-se que os benefícios do
isolamento térmico da cobertura são significativos. Com a utilização de 25 mm de isolante na cobertura
ocorre uma redução de 41% no consumo e 58% na capacidade instalada em sistema de
condicionamento de ar para a densidade de carga interna de 20W/m². Para a densidade de 80W/m², a
redução foi de 21%no consumo e 53% capacidade. Acrescentando-se uma espessura de isolante na
cobertura maior que 25 mm, o valor do consumo anual e a capacidade instalada não variaram
significativamente para ambas as densidades de carga interna instalada. Quando as paredes do galpão
também foram isoladas, percebeu-se que não há diferença significativa nos valores de consumo e na
capacidade instalada em condicionamento de ar quando nenhuma, ou uma ou mais fachadas são
isoladas para os dois casos de densidade de carga interna. Devido à volumetria desse tipo de
edificação, a maior parte do fluxo de calor ocorre pela cobertura, que possui área superior á área das
paredes. Por isso, a influência no consumo não é significativa.
Através das simulações concluiu-se que a isolação de paredes reduziu o consumo de energia
do edifício de escritórios, principalmente com carga interna baixa, sendo a redução na capacidade
instalada em ar-condicionado mais significativa. A relação entre o impacto na carga instalada em
condicionamento de ar e o uso de isolamentos térmicos para o edifício de escritórios indica forte
influência na demanda de energia a ser solicitada pela edificação. A utilização de isolantes térmicos em
fachadas de edifícios de escritórios provoca redução da demanda de energia necessária para o
abastecimento da edificação Portanto, o uso de isolantes em edificações com características
semelhantes às simuladas é justificável devido ao custo de energia, ou seja, o impacto é significativo
na redução de demanda. Para o galpão, os benefícios da isolação da cobertura são evidentes tanto no
consumo quanto na capacidade instalada em sistemas de condicionamento de ar.
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SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO __________________________________________________________ 5
2
METODOLOGIA _________________________________________________________ 5
2.1
INTRODUÇÃO _________________________________________________________ 5
2.2
Caso básico ___________________________________________________________ 5
2.2.1
Edifício de Escritórios _______________________________________________ 6
2.2.2
Galpão Comercial __________________________________________________ 8
2.3
Dados Climáticos ______________________________________________________ 10
2.4
Balanço térmico_______________________________________________________ 10
2.5
Alternativas de simulação _______________________________________________ 11
3
RESULTADOS – Edifício de escritórios ______________________________________ 14
3.1
Caso Básico __________________________________________________________ 14
3.2
Alternativas Simuladas _________________________________________________ 15
3.2.1
WWR de 40% em todas as fachadas__________________________________ 15
3.2.2
WWR de 20% em uma das fachadas e 40% nas fachadas restantes ________ 17
3.3
4
RESULTADOS – Galpão Comercial _________________________________________ 21
4.1
Caso Básico __________________________________________________________ 21
4.2
Alternativas Simuladas _________________________________________________ 22
4.2.1
Cobertura isolada _________________________________________________ 22
4.2.2
Cobertura e fachadas isoladas _______________________________________ 23
4.3
5
Balanço térmico_______________________________________________________ 19
Balanço Térmico ______________________________________________________ 24
Conclusões ____________________________________________________________ 26
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Apêndice A – Valores de Consumo e capacidade instalada em condicionamento de ar para os
casos simulados do edifício de escritórios. ______________________________________________ 29
Apêndice B – Valores de Consumo e capacidade instalada em condicionamento de ar para os
casos simulados do galpão comercial. _________________________________________________ 33
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1 INTRODUÇÃO
Este estudo apresenta os resultados das simulações térmicas realizadas para um edifício de
escritórios e para um galpão comercial. O comportamento térmico e energético das edificações foram
simulados no programa EnergyPlus, com arquivo climático representativo da cidade de São Paulo, com
diferentes alternativas de percentual de abertura nas fachadas, densidade de cargas internas, e
condições de isolamento térmico das paredes e coberturas opacas.
O objetivo deste estudo é estabelecer relações entre a aplicação de isolantes térmicos em
coberturas e paredes e a redução no consumo de energia elétrica e na carga instalada em
condicionamento de ar daquelas edificações.
2 METODOLOGIA
2.1
INTRODUÇÃO
O edifício de escritórios e o galpão comercial foram modelados de acordo com o código de
interpretação do programa EnergyPlus. Para cada zona térmica dos modelos foram definidos os valores
de carga interna, incluindo: sistema de iluminação, equipamentos elétricos e ocupação (pessoas).
Rotinas de ocupação e uso dos sistemas das edificações foram estabelecidos e representados
através de schedules no programa de simulação. O modelo do sistema de condicionamento de ar é
similar a um sistema de água gelada, composto por resfriadores de líquido, fan-coils e bombas.
Sobre o modelo base de cada edificação foram criadas alternativas, variando-se o percentual
de abertura nas fachadas e a sua respectiva orientação, a transmitância térmica das paredes e
coberturas e a densidade de cargas internas (iluminação, pessoas e equipamentos elétricos).
2.2
CASO BÁSICO
Para ambos os prédios foi adotada uma parede de referência, composta por blocos de concreto
(14x19x39), com argamassa de assentamento de 1 cm de espessura e reboco de 2,5 cm em ambas as
faces. A transmitância total desse componente é de 2,50 W/m².K.
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Para variar a transmitância térmica das paredes foi adicionada uma camada de isolante pelo
lado externo da parede de referência, protegida por um revestimento. Para variar a transmitância
térmica da cobertura foi adicionado um isolante térmico sob a cobertura do galpão e sobre a laje do
edifício comercial, nesse caso protegido por um revestimento.
A absortância à radiação solar das paredes e coberturas foi mantida em 70%, para todas as
alternativas. As janelas foram representadas por vidro refletivo de 6 mm de espessura, SHGC de 0,49.
Os padrões de uso das cargas internas e do sistema de condicionamento de ar foram modelados para
representar atividades de escritórios de serviços e atividades de um galpão comercial.
2.2.1 Edifício de Escritórios
O caso básico representativo do edifício de escritórios possui um total de 15 pavimentos + 2
subsolos para garagens, com ocupação exclusiva para escritórios de serviços. A área projetada de é
1.500 m², sendo a parcela de 20% de área não-condicionada em cada pavimento, correspondente a
escadas, elevadores e sanitários. A relação entre área de janela e fachada (WWR) é de 40%. O croqui,
apresentado na Figura 1, indica as dimensões sugeridas para o pavimento tipo deste modelo. A área
sombreada representa a zona não condicionada. Para o edifício de escritórios será adotada como
cobertura de referência laje maciça de concreto, com 27 cm de espessura, com transmitância total de
2,75 W/m².K.
Figura 1 - Croqui do pavimento tipo do edifício de escritórios,
com dimensões apresentadas em metros, sem escala.
A densidade de carga interna leva em consideração a potência instalada em iluminação
artificial, a densidade de ocupação e equipamentos elétricos em cada zona térmica. A opção de 20
W/m², adotada para o caso básico, representa um sistema de iluminação eficiente (11 W/m²) e
escritório com baixa densidade de ocupação, com cerca de 30 m² por pessoa. Para representar a carga
de equipamentos elétricos – especialmente microcomputadores – considera-se cerca de 150 W para
cada ocupante do prédio.
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As rotinas de ocupação e
de
90%
possuem
70%
valores diferenciados para
os dias úteis e finais de
semana. Durante os dias
de semana, no período
80%
Ocupação_
funcionamento
equipamentos
100%
(exclusive)
a
Sábados
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
compreendido entre 9h e
18h
Dias de semana
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 2 – Schedule de ocupação para o edifício de escritórios.
edificação possui 100% de
ocupação, como mostra a
Figura 2. A partir desse horário a ocupação é de 50% e depois 25%. Aos sábados, a ocupação é de
10% do total e ocorre entre 9h e 13h.
O padrão de uso da iluminação e dos equipamentos é o mesmo, como pode ser observado na
Figura 3 e na Figura 4. Porém, durante o período noturno, entre 20h e 9h, e aos sábados, 5% da
iluminação total é utilizada e apenas 2,5% do total de equipamentos é ligado.
100%
90%
80%
Dias de semana
Sábados
Iluminação_
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 3 – Padrão de uso de iluminação para o edifício de escritórios.
100%
90%
80%
Dias de semana
Sábados
Equipamentos_
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 4 – Padrão de uso de equipamentos para o edifício de escritórios.
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O sistema de condicionamento
1
Dias de semana
de ar pode funcionar entre 8h e 18h
Sábados
e 12h durante os sábados, dependo
HVAC_
durante os dias de semana e entre 9h
das condições ambientais. A Figura 5
apresenta o padrão de uso do sistema.
Foi considerada uma taxa de infiltração
de 0,3 trocas de ar por hora.
0
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 5 – Padrão de uso do sistema de condicionamento de ar.
2.2.2 Galpão Comercial
O galpão comercial possui um pavimento com área aproximada de 3.200 m² e pé-direito de 10
m. A área é totalmente condicionada, representando um supermercado ou loja de departamentos. O
croqui apresentado na Figura 6 indica as dimensões sugeridas para o modelo do galpão. A área
sombreada (90% do total) representa o espaço destinado às atividades típicas de um supermercado ou
loja de departamentos. O restante, 10% da área total, é destinado a atividades de escritórios.
Figura 6 - Croqui do galpão comercial, com dimensões apresentadas em metros, sem escala.
A área de janela com relação à fachada é de 20% e a cobertura de referência é composta por
telhas de fibro-cimento sem forro, com transmitância total de 4,6 W/m².K.
Para a atividade típica, considerou-se um único padrão de uso e ocupação para os dias úteis e
finais de semana. A ocupação ocorre entre 7h e 22h, sendo que, durante a última hora, a ocupação é
de 50% do total.
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100%
90%
80%
70%
Ocupação_
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 7 – Padrão de ocupação para o galpão comercial.
O padrão de uso da iluminação e dos equipamentos é o mesmo para o galpão comercial. Entre
7h e 22h todas as lâmpadas e equipamentos foram considerados em funcionamento. Às 22h, metade
dos equipamentos e da iluminação está em uso. E a partir desse horário, 5% da iluminação e 2,5%
dos equipamentos continuam em funcionamento.
100%
90%
80%
Iluminação_
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 8 – Padrão de uso da iluminação para o galpão comercial.
100%
90%
80%
Equipamentos_
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h
Figura 9 – Padrão de uso dos equipamentos para o galpão comercial.
O sistema de condicionamento de ar pode funcionar durante o período compreendido entre 7h
e 21h dependendo das condições externas e do ambiente. A taxa de infiltração adotada foi de 0,3
trocas de ar por hora.
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2.3
DADOS CLIMÁTICOS
Os programas de simulação térmica reproduzem as condições climáticas através de arquivos
representativos do clima de determinada região. O EnergyPlus, por exemplo, necessita de um arquivo
climático com registro horário de dados de temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo úmido,
velocidade e direção do vento, etc., para o período de um ano, ou seja, 8760 horas. O Ano Climático
de Referência – TRY (Test Reference Year), utilizado nas simulações, é um conjunto de dados
climáticos horários, obtido através da análise de uma série de 10 anos, da qual foi extraído um ano
sem extremos de temperatura.
2.4
BALANÇO TÉRMICO
Pode-se dizer que existem dois tipos de superfícies com relação ao comportamento térmico: as
superfícies que armazenam calor e as superfícies que transferem calor. As que armazenam energia são
as superfícies internas que dividem espaços que possuam a mesma temperatura. E as que transferem
energia são as superfícies externas ou internas que separam espaços com temperaturas diferentes.
O balanço de energia para cada elemento da edificação envolve os processos de condução,
convecção e de radiação, os quais ocorrem nas superfícies internas e externas. Os ganhos de calor
internos: sistema de iluminação, sistema de condicionamento de ar, equipamentos e pessoas são de
extrema importância para o cálculo do balanço térmico na edificação. As superfícies interagem com o
balanço térmico do ar da zona por convecção. O balanço térmico do ar envolve o processo de
convecção em relação às cargas internas, em relação ao ar que o sistema de condicionamento insere
na zona e em relação aos sistemas de ventilação e infiltração presentes na zona térmica.
Os resultados do balanço térmico baseiam-se no cálculo por convecção entre as temperaturas
internas de cada superfície (cobertura, paredes, piso e janelas) com a temperatura do ambiente no
qual está inserida. A área de cada elemento construtivo é multiplicada pela diferença de temperatura
entre a superfície e o ar interno da zona e depois multiplicado pelo coeficiente de convecção referente
a cada superfície. Na soma destas multiplicações é adicionado o ganho total do sistema de iluminação,
os ganhos com equipamentos e pessoas, e os valores referentes ao ganho ou perda por infiltração de
ar hora a hora.
A soma horária do balanço térmico representa o quanto de calor deve ser adicionado ou
retirado do ambiente para atender a temperatura de controle adotada. A carga térmica é o calor a ser
fornecido ou extraído do ar, por unidade de tempo, para manter o ambiente nas condições desejadas.
Esta carga está relacionada com os ganhos de calor por radiação, condução e convecção, infiltração e
renovação de ar; ganhos internos através de pessoas, iluminação artificial, motores e cargas especiais.
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2.5
ALTERNATIVAS DE SIMULAÇÃO
A partir do caso básico de cada edificação foram propostas alternativas de simulação, com o
objetivo de mapear os casos para os quais o uso de isolação melhora o desempenho térmico da
edificação e o impacto no consumo de energia e no dimensionamento do sistema de condicionamento
de ar. Pois, se o isolamento térmico é capaz de reduzir a carga térmica instantânea para certas
condições de projeto de edificações, certamente haverá uma redução na necessidade de carga
instalada em condicionamento de ar.
As alternativas contemplam mudanças no envelope das edificações – percentual de abertura
nas fachadas e fachada envidraçada, tipo de vidro, transmitância térmica de paredes e cobertura – e
na densidade de carga interna das áreas climatizadas. A Tabela 1 apresenta os valores adotados nos
parâmetros variados nas simulações das duas edificações. As duas edificações possuem volumetrias
diferentes, por esse motivo, para o edifício de escritórios, foi dada ênfase na variação do percentual de
abertura, tipo de vidro e transmitância térmica das paredes. Para o galpão comercial priorizou-se a
variação na transmitância térmica da cobertura.
Tabela 1 – Valores adotados nos parâmetros variados nas simulações
dos dois edifícios.
Características
Edifício de escritórios
Galpão industrial/comercial
20%
Percentual de abertura nas fachadas:
40%
20%
60%
80%
SHGC=0,49
SHGC=0,71
SHGC=0,87
Tipo de vidro
1 com valor fixo de 20% e as
demais com percentuais
variáveis
Fachadas envidraçadas
SHGC=0,71
2 fachadas envidraçadas
4 fachadas com valores
variáveis
Espessura de isolante aplicado nas
paredes
Espessura de isolante aplicado na
cobertura:
zero mm
zero mm
25 mm
25 mm
40 mm
40 mm
zero mm
zero mm
25 mm
25 mm
75 mm
100 mm
Densidade de carga interna das áreas
climatizadas
20 W/m²
20 W/m²
60 W/m²
80 W/m²
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A Tabela 2 apresenta a composição dos diferentes valores de densidade de carga interna
adotada. A importância desse parâmetro está no fato de que simulações realizadas em pesquisas
anteriores mostraram que os benefícios do isolamento térmico de paredes em alguns climas brasileiros
são altamente dependentes da geração de calor interno na edificação. Prédios com alta densidade de
carga interna necessitam de um envelope com resistência térmica mais baixa para permitir maior
dissipação de calor. Prédios mais eficientes, com carga interna mais baixa, teriam maior necessidade
de isolamento térmico em suas paredes.
Tabela 2 – Composição dos valores de densidade de cargas internas adotadas.
Densidade = 20 W/m²
Qtd
W/m²
Ilum. (w/m²)
11
11,00
Pes. (m²/pes)
30
4,00
Equip. (W/pes)
150
5,00
Total
20,00
Densidade = 60 W/m²
Qtd
W/m²
Ilum. (w/m²)
19,5
19,50
Pes. (m²/pes)
6,7
18,00
Equip. (W/pes)
150
22,50
Total
60,00
Densidade = 80 W/m²
Qtd
W/m²
Ilum. (w/m²)
26
26,00
Pes. (m²/pes)
5
24,00
Equip. (W/pes)
150
30,00
Total
80,00
As alternativas resultaram da combinação dos diversos valores dos parâmetros apresentados.
Porém, a combinação dos parâmetros seguiu os fluxogramas apresentados na Figura 10 e na Figura
11.
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WWR=40%
ILD=20W/m²
3WWR40% E 1WWR20%
ILD=60W/m²
ILD=20W/m²
SHGC=0,49
SHGC= 0,71
SHGC= 0,87
ISOLANTE (mm)
0
25
40
Todas as
fachadas
ILD=60W/m²
ISOLANTE (mm)
0
40
N
N/L/O
L
N/O
25
40
25
Todas as
fachadas
40
1WWWR20%
N
L
O
O
Figura 10 – Fluxograma das alternativas de simulação para o edifício de escritórios.
WWR=20%
ILD=20W/m²
ILD=80W/m²
SHGC=0,49
ISOLANTE COBERTURA
(mm)
ISOLANTE PAREDE(mm)
25
0
25
75
40
100
N
N/L/O
L
N/O
O
Figura 11 – Fluxograma das alternativas de simulação para o galpão comercial.
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3 RESULTADOS – EDIFÍCIO DE ESCRITÓRIOS
3.1
CASO BÁSICO
A Figura 12 apresenta o modelo em 3 dimensões do edifício de escritórios gerado pelo
programa EnergyPlus e o zoneamento da edificação. A zona térmica 5 representa o volume de ar não
condicionado, ou seja, escadas, elevadores, área de circulação e sanitários. As outras zonas térmicas
são condicionadas.
Zona1
N
Zona5
Zona2
Zona4
Zona3
N
Figura 12 – Modelo 3D gerado pelo programa EnergyPlus e zoneamento da edificação.
Observando-se o consumo por uso final do caso básico, através da Figura 13, percebe-se 48%
do total é devido à iluminação e 35% do consumo total se deve ao sistema de condicionamento de ar.
Os equipamentos representam 17% do consumo total. O caso básico possui densidade de carga
instalada de 20W/m², dos quais 11 W/m² são resultantes de um sistema de iluminação eficiente,
4W/m² representam uma baixa densidade de ocupação, com cerca de 30 m² por pessoa. Os 5W/m²
restantes representam a carga de equipamentos elétricos – especialmente microcomputadores – nos
quais considera-se cerca de 150 W para cada ocupante do prédio.
Equipamentos
17%
Iluminação
HVAC
35%
48%
Figura 13 – Consumo por uso final do caso básico.
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3.2
ALTERNATIVAS SIMULADAS
As alternativas simuladas para o edifício de escritórios são apresentadas de acordo com a
razão de área envidraçada por fachada, ou WWR – Windown Wall Ratio. Os valores de WWR adotados
foram de 40% para todas as fachadas, e de 20% em uma fachada e 40% nas fachadas restantes.
3.2.1 WWR de 40% em todas as fachadas
Os valores de consumo anual para os casos em que a área de abertura por fachada é 40% são
apresentados na Figura 14. No eixo das abscissas estão os valores de espessura de isolante utilizados
nas fachadas, variando em zero mm, 25 mm e 40 mm. Os pontos em verde representam os casos com
a densidade de carga interna (ILD) de 20W/m² e os pontos em azul representam os casos com
densidade de carga interna de 60W/m². A redução do consumo anual com a utilização de 40 mm de
isolante é maior para os casos com menor densidade de carga interna, em torno de 3% dependendo
do tipo de vidro adotado. Para os casos com densidade de carga interna mais alta, a redução no
consumo foi pequena, por volta de 0,2%. Ou seja, para prédios mais eficientes, geralmente prédios
novos, que possuem densidade de carga interna baixa, o uso de isolantes térmicos em fachadas se
torna um investimento mais atraente do que para prédios antigos, para os quais seria necessário um
retrofit em iluminação e equipamentos visando reduz a carga interna.
ILD = 20W/m2
WWR = 40%
ILD = 60W/m2
4500
Consum o (MWh)
4000
-0,2%
-0,2%
SHGC: 0,49
SHGC: 0,87
-0,3%
3500
3000
SHGC: 0,71
2500
-3,2%
-3,1%
2000
-2,7%
40
25
0
40
25
0
40
25
0
1500
Espessura de isolante (mm)
Figura 14 – Valores de consumo total anual para isolação em todas as fachadas, WWR=40%.
A redução na capacidade instalada é mais significativa para os casos com ILD de 20W/m²,
como mostra a Figura 15. A redução foi maior quando se utilizou vidro incolor na fachada, 10,6% e
utilizando-se o vidro refletivo – 10,5%. Para os casos com ILD de 60W/m², a redução na carga
instalada foi de 4,4% para o vidro refletivo, 4,9% para o vidro simples e 4,2% para o vidro verde.
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WWR=40%
20W/m²
-4,2%
SHGC: 0,49
900
Capacidade
AC (TR)
(TR)
Capacidade AC
60W/m²
-4,9%
1000
800
SHGC: 0,87
-4,4%
700
SHGC: 0,71
-10,5%
600
500
-8,2%
-10,6%
40
25
0
40
25
0
40
0
25
400
Espessura isolante (mm)
Figura 15 – Valores de capacidade instalada para isolação de todas as fachadas, WWR=40%.
Isolando-se apenas algumas fachadas da edificação, observa-se um aumento do consumo com
relação ao caso com todas as fachadas isoladas com 40 mm (Figura 16). Para ILD de 60W/m², o
aumento no consumo anual foi pequeno ou até mesmo nulo em alguns casos, como ocorre na maioria
das opções de isolação de fachada para o vidro com SHGC de 0,71. Nesses casos, o uso do isolamento
em algumas fachadas traria o mesmo benefício que a isolação de todas as fachadas.
WWR = 40%
20W/m2
60W/m2
4500
Consumo (MWh)
4000 1% 1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
0%
0%
1%
0%
0%
0%
0%
1%
2%
Norte Leste Oeste N/L/O
N/O
3500
3000
SHGC: 0,49
SHGC: 0,87
SHGC: 0,71
2500
2000
4%
3%
2%
3%
1%
2%
2%
2%
1%
2%
Norte Leste Oeste N/L/O
N/O
3%
2%
2%
1500
Norte Leste Oeste N/L/O
N/O
Espessura de isolante (40 mm)
Figura 16 – Valores de consumo total anual para isolação de algumas fachadas, WWR=40%.
O mesmo comportamento ocorrido com o consumo anual dos casos com isolação em apenas
algumas fachadas é observado nos resultados de capacidade instalada em sistema de condicionamento
de ar (Figura 17). Ocorre um aumento da capacidade instalada dos casos com isolação de 1, 2 ou 3
fachadas com relação aos casos com aplicação de isolante térmico nas 4 fachadas. As maiores
diferenças são observadas quando se isola apenas uma fachada, nessa ordem: norte, leste e oeste. As
menores diferenças ocorrem quando as três fachadas, norte, leste e oeste são isoladas. A utilização de
isolante térmico nas fachadas norte e oeste equipara-se ao uso desse material apenas na fachada
oeste.
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20W/m²
WWR=40%
1000
Capacidade AC (TR)
900
5%
6% 4%
4%
4%
5%
4%
SHGC: 0,87
3%
1% 3%
SHGC: 0,71
SHGC: 0,49
600
500
1% 3%
2% 4%
800
700
3%
60W/m²
10%
10% 6%
7%
2%
7%
6%
1%
6%
8%
6%
4%
4% 1%
6%
400
Norte Leste Oeste N/L/O N/O 40 Norte Leste Oeste N/L/O N/O 40 Norte Leste Oeste N/L/O N/O 40
40mm 40mm 40mm 40mm mm 40mm 40mm 40mm 40mm mm 40mm 40mm 40mm 40mm mm
Espessura isolante (mm)
Figura 17 – Valores de capacidade instalada para isolação em algumas fachadas, WWR=40%.
3.2.2 WWR de 20% em uma das fachadas e 40% nas fachadas restantes
Foram consideradas duas alternativas para os casos com diferenciação de WWR nas fachadas
norte, leste e oeste: todas as fachadas isoladas e apenas a fachada com WWR de 20% isolada. A
Figura 18 apresenta os valores de consumo para a primeira opção. A redução no consumo anual
devido ao uso de isolante térmico para essa disposição de área de janela nas fachadas é pequena
quando a densidade de carga interna é alta, ou seja, 60W/m². Nesses casos a redução é em torno de
1%. Para a densidade de carga interna de 20W/m² a utilização de isolante térmico resultou em uma
redução máxima de 4% no consumo anual. Para o vidro refletivo (SHGC=0,49), a maior redução é
observada quando a fachada oeste possui WWR de 20%. Para o vidro simples, a maior redução é
observada quando as fachadas oeste e leste possuem área de janela reduzida, e para o vidro verde, a
fachada leste proporciona maior redução no consumo.
Comparando-se as fachadas na qual a área de janela é reduzida (WWR20%), o menor
consumo ocorre quando essa fachada é oeste, para as duas densidades de carga interna e para os três
tipos de vidro.
3xWWR: 40% e 1WWR: 20%
Norte
Leste
Oeste
4500
-1%O
0%
-1%L
4000
Consumo (MWh)
ILD=60W/m²
3500
3000
SHGC: 0,87
SHGC: 0,49
SHGC: 0,71
2500
-4%O,L
-4%O
2000
-4%L
ILD=20W/m²
1500
0
25
40
0
25
40
0
25
40
Espessura de isolante (mm)
Figura 18 – Valores de consumo total anual para isolação de todas as fachadas,
3xWWR=40% e 1xWWR=20%.
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Apesar da redução observada no consumo ser pequena para os casos com densidade de carga
interna alta, a redução da capacidade instalada em sistema de condicionamento de ar é de até 8%
utilizando-se vidro refletivo (SHGC=0,49) e de até 7% utilizando-se os vidros simples (SHGC=0,87) e
verde (SHGC=0,71), considerando-se 40 mm de isolante térmico por fachada. Com a densidade de
carga interna menor, 20W/m², a redução na capacidade instalada é expressiva, chegando a 15% para
o vidro refletivo, 14% para o vidro simples e 11% para o vidro verde. A fachada oeste apresentou-se
como melhor opção para a redução da área de janela, resultando em menores valores de capacidade
instalada com relação às fachadas norte e leste.
3xWWR=40%e 1WWR:20%
Leste
Oeste
-7%L
-8%O
900
Capacidade
CapacidadeAC
AC(T
(TR)
Norte
-7%O
1000
ILD=60W/m²
800
700
SHGC: 0,87
SHGC: 0,71
SHGC: 0,49
600
ILD=20W/m²
500
-14%O
400
0
25
40
0
-15%O
25
-11%L
40
0
25
40
Espessura isolante (mm)
Figura 19 – Valores de capacidade instalada em sistema de condicionamento de ar
para isolação de todas as fachadas, 3xWWR=40% e 1xWWR=20%.
Aplicando-se o isolante térmico apenas na fachada com WWR de 20%, obtêm-se os valores de
consumo apresentados na Figura 20 e os valores de capacidade instalada apresentados na Figura 21.
Com relação ao consumo, pode-se dizer que, independente da densidade de carga interna, 20W/m² ou
60W/m², os valores são muito próximos entre as fachadas norte, leste e oeste. A redução observada
no consumo é menos significativa, pois a área de fachada isolada é menor. Houve redução no
consumo para os casos com densidade de carga interna de 60W/m² apenas quando o vidro refletivo
foi utilizado, redução máxima de 1% quando a fachada isolada foi a oeste. O consumo anual foi
reduzido no máximo em 2% para a densidade de carga interna de 20W/m² para os três tipos de vidro.
3xWWR: 40% e 1xWWR:20%
Norte
Leste
Oeste
4500
-1%O
0%
0%
Consumo (MWh)
4000
3500
ILD=60W/m²
3000
SHGC: 0,49
SHGC: 0,87
SHGC: 0,71
-2%O,L
-2%O,L
2500
-2%O
2000
ILD=20W/m²
1500
0
25
40
0
25
40
0
25
40
Espessura de isolante (mm)
Figura 20 – Valores de consumo total anual para isolação das fachadas com WWR de 20%,
3xWWR=40% e 1xWWR=20%.
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Os menores valores de capacidade instalada em sistema de condicionamento de ar são obtidos
com a isolação da fachada oeste (Figura 21), que proporciona também as maiores reduções na
capacidade instalada com relação ao caso correspondente sem isolação. Utilizando-se 40 mm de
isolante na fachada com WWR de 20%, obteve-se uma redução máxima de 4% para o vidro refletivo,
3% para o vidro simples e 2% para o vidro verde, quando a densidade de carga interna foi de
60W/m². A máxima redução na capacidade instalada foi de 8% para os vidros refletivo e simples e 6%
para o vidro verde.
Norte
3xWWR:40% e 1xWWR:20%
-3%O
1000
Leste
-2%L,O
-4%O
900
Capacidade AC (TR)
Oeste
ILD=60W/m²
800
SHGC: 0,71
SHGC: 0,87
700
SHGC: 0,49
600
ILD=20W/m²
500
-8%O
-6%O
400
0
25
-8%O
40
0
25
40
0
25
40
Espessura isolante (mm)
Figura 21 – Capacidade instalada em condicionamento de ar para isolação das fachadas com WWR de 20%,
3xWWR=40% e 1xWWR=20%.
3.3
BALANÇO TÉRMICO
Foram escolhidos dois casos para a apresentação do balanço térmico, o primeiro é o caso
básico, que não possui isolação nas fachadas e o segundo é o caso 2, que possui as mesmas
características do caso básico, porém as paredes possuem isolante térmico de 40mm de espesssura.
Os resultados são apresentados na Figura 22. Do lado esquerdo é apresentado o caso básico e do lado
direito o caso 2. Os gráficos superiores são referentes ao balanço térmico anual e os inferiores são
representativos da carga térmica horária para o dia de pico.
Os valores referentes à carga térmica de cobertura, janelas, iluminação, infiltração, pessoas e
equipamentos não varia entre os dois casos. Devido ao tipo de vidro adotado nesses casos, vidro
refletivo (SHGC=0,49), a carga térmica resultante das janelas não é tão expressiva se comparada à
carga térmica proveniente de paredes, piso e cobertura. Nota-se que a superfície do piso dos casos
simulados apresenta uma grande parcela de ganhos de calor. Isto acontece em razão do piso estar
ganhando calor por irradiação proveniente das janelas.
Utilizando-se isolamento nas paredes, reduziu-se a carga térmica de pico de resfriamento do
sistema de condicionamento de ar em 1000kWh. Essa redução se reflete no balanço térmico anual,
pois a carga térmica integrada para o caso básico que era de 78kWh/m² passou a ser 68 kWh/m² com
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a utilização do isolamento na fachada. A carga térmica anual de paredes e piso também foi reduzida
com a aplicação da isolação.
Caso Básico - Zona 1
Caso 2 - Zona 1
80
80
60
60
7000
3000
Equipamentos
Pessoas
Infiltração
Iluminação
Cobertura
Piso
1000
24h
23h
22h
21h
20h
0
19h
-500
18h
24h
23h
22h
21h
20h
19h
18h
17h
16h
15h
14h
13h
12h
9h
11h
10h
8h
7h
6h
5h
4h
3h
0
2h
-500
2000
0
17h
1000
16h
0
3000
500
15h
2000
14h
500
4000
1000
13h
3000
12h
1000
5000
1500
11h
4000
9h
1500
6000
2000
10h
5000
8h
2000
7000
2500
7h
6000
6h
2500
8000
Caso 2
2h
Caso Básico
1h
3000
9000
Horas do dia 25/02
Horas do dia 26/12
HVAC
Paredes
Janelas
Piso
Iluminacão
Infiltração
Equipamentos
Pessoas
Cobertura
HVAC
Paredes
Janelas
Piso
Iluminação
Infiltração
Equipamentos
Pessoas
Figura 22 – Balanço térmico para dois casos simulados.
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Cobertura
Consumo HVAC (kWh)
3500
Carga térmica (kWh)
4000
8000
Consumo HVAC (kWh)-
9000
3500
5h
Equipamentos
Pessoas
Infiltração
Iluminação
Cobertura
Piso
Janelas
Paredes
HVAC
-20
4000
1h
Carga térmica (kWh)-
-20
HVAC
0
0
Janelas
20
4h
20
40
3h
40
Paredes
kWh/m²
100
kWh/m²
100
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4 RESULTADOS – GALPÃO COMERCIAL
4.1
CASO BÁSICO
A Figura 23 apresenta o modelo em três dimensões do galpão comercial gerado pelo programa
EnergyPlus, bem como o zoneamento adotado.
Zona 1
N
Zona 2
N
Figura 23 - Modelo 3D do galpão gerado pelo programa EnergyPlus e zoneamento da edificação.
Devido ao tipo de atividade desenvolvida nessa edificação, o consumo de energia elétrica está
intimamente ligado ao consumo do sistema de condicionamento de ar. Fato este que fica evidenciado
no consumo por uso final da edificação (Figura 24). 72% do consumo total anual de energia elétrica é
devido ao sistema de condicionamento de ar. O consumo com iluminação é de 19% e o consumo com
equipamentos é de 9%.
Equipamentos
Iluminação
19%
9%
HVAC
35%
HVAC
72%
Figura 24 – Consumo por uso final do caso básico.
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4.2
ALTERNATIVAS SIMULADAS
Os resultados das alternativas de isolação de superfícies simuladas para o galpão são
apresentados em dois grupos: isolação da cobertura e isolação da cobertura e fachadas
simultaneamente.
4.2.1 Cobertura isolada
A Figura 25 apresenta os valores de consumo total anual para os casos com isolação da
cobertura. No eixo das abscissas constam os valores de espessura de isolante utilizado. A primeira
coluna, em verde, representa os valores de consumo para densidade de carga interna de 20W/m². E a
segunda coluna, em azul, representa a densidade de carga interna de 80W/m². Para essa densidade
de carga interna, a utilização de 25mm de isolante na cobertura resultou em uma redução de 21% no
consumo total anual. Utilizando-se a mesma espessura de isolante, porém para a densidade de
20W/m², a redução foi de 41%. Aumentando a espessura do material de isolamento para 100mm
obtém valores próximos aos anteriores. A redução no consumo é de 25% para a densidade de carga
interna alta e de 49% para a densidade de carga interna baixa. Portanto, devido ao custo do material e
da redução proporcionada, a utilização de 25 mm de isolante torna-se mais atrativa.
Sem fachadas isoladas
20W/m²
80W/m²
Consumo (MWh)
2500
1966
2000
1550
1483
1500
1475
1064
1000
623
552
543
500
0
0
25
75
100
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Figura 25 – Consumo total anual para os casos com isolação da cobertura.
A capacidade instalada em condicionamento de ar, apresentada na Figura 26, sofreu uma
maior redução em decorrência do uso de isolamento térmico na cobertura. Utilizando-se 25 mm de
isolante, a redução foi de 47% em comparação com o caso cuja cobertura não era isolada para a
densidade de potência de 80W/m² e de 58% para a menor densidade de carga interna, ou seja,
20W/m². Aumentando a espessura de isolante para 75 mm, a redução foi de 55% para a densidade de
carga interna de 80W/m² e de 67% para 20W/m². A redução na capacidade instalada em
condicionamento de ar é pequena quando são comparados os casos com isolação de 75 mm e 100
mm. Portanto, a utilização de espessuras maiores do que 75mm para os casos em questão não são
viáveis com relação à redução na capacidade instalada em condicionamento de ar. A utilização de
25mm de isolante apresentou-se como alternativa mais atrativa.
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20W/m²
Sem fachadas isoladas
80W/m²
600
500
Capacidade (TR)
500
418
400
265
300
226
222
177
200
137
132
100
0
0
25
75
100
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Figura 26 – Capacidade instalada em condicionamento de ar para os casos com isolação da cobertura.
4.2.2 Cobertura e fachadas isoladas
Para esse grupo de alternativas são apresentados os resultados das simulações para três
condições de isolação das fachadas:
a) Isolação de uma fachada utilizando-se isolante de 40 mm de espessura, variando-se a
orientação de aplicação do produto nas fachadas norte, leste e oeste;
b) Isolação das fachadas norte, leste e oeste simultaneamente;
c) Isolação das fachadas norte e oeste.
Além desses casos, foram simuladas alternativas com isolante de 25 mm de espessura aplicado
na fachada. A isolação da cobertura variou entre zero mm e 100 mm. A Figura 27 apresenta, do lado
esquerdo, os resultados para a densidade de carga interna de 20W/m², e do lado direito os valores de
consumo total anual para a densidade de carga interna de 80W/m². Analisando-se os valores de
consumo para os dois casos de densidade de carga interna, percebe-se que não há diferença
significativa quando nenhuma, ou uma ou mais fachadas são isoladas. Devido à volumetria desse tipo
de edificação, a maior parte do fluxo de calor ocorre pela cobertura que possui uma área superior á
área das paredes. Por isso, a influência no consumo não é significativa.
O mesmo acontece com a capacidade instalada em condicionamento de ar, Figura 28, não há
variação significativa quando o isolamento térmico é aplicado nas fachadas, independentemente da
espessura de isolamento utilizada na cobertura.
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ILD:80W/m²
2500
2000
2000
Consumo (MWh
Consumo (MW
ILD:20W/m²
2500
1500
1000
1500
1000
4
500
500
0
0
0
25
75
0
100
Nenhuma
Norte
Leste
Oeste
N/L/O
25
75
100
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Nenhuma
N/O
Norte
Leste
Oeste
N/L/O
N/O
Figura 27 – Consumo total anual para os casos com isolação das fachadas (40 mm) e da cobertura.
ILD:20W/m²
ILD:80W/m²
600
500
500
Capacidade (T
600
400
300
200
100
400
300
4
200
100
0
0
0
25
75
100
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Nenhuma
Norte
Leste
Oeste
N/L/O
N/O
0
25
75
100
Espessura de isolante da cobertura (mm)
Nenhuma
Norte
Leste
Oeste
N/L/O
N/O
Figura 28 – Capacidade instalada em condicionamento de ar para os casos
com isolação das fachadas (40mm) e da cobertura.
4.3
BALANÇO TÉRMICO
A análise do balanço térmico foi realizada para dois casos distintos. O primeiro deles é o caso
básico, ou seja, sem isolação de fachadas e coberturas. O segundo é o caso 3, que possui 100 mm de
isolante na cobertura. No balanço anual, a carga térmica da cobertura do caso básico é de
109kWh/m². Com a utilização da isolação, a cobertura passa a responder por apenas 15kWh/m². Em
razão disso, a carga relacionada ao sistema de condicionamento de ar também foi reduzida, passando
de 238kWh/m² para 83kWh/m². Na análise horária para o dia de pico, observa-se que a curva de
consumo do sistema de condicionamento de ar acompanha a curva de carga térmica da cobertura
durante o dia e das paredes e piso durante a noite. Por trata-se de uma cobertura com baixa inércia
térmica, a cobertura de fibro-cimento praticamente não armazena calor, transferindo-o rapidamente
para o ambiente. Durante o período noturno o calor do ambiente é transferido para exterior através
dessa superfície. O calor armazenado pelas paredes e piso durante o período diurno continua sendo
transferido para o interior da edificação durante o período noturno. A utilização de isolante térmico na
cobertura do caso 3 mostra uma redução significativa no pico de carga térmica desse componente, o
que consequentemente reduz, não só o pico, como o consumo em condicionamento de ar.
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Caso Básico
Caso Básico - Zona 2
100
Consumo HVAC (MWh)-
150
50
23h
24h
21h
22h
0
20h
Equipamentos
Pessoas
Infiltração
Iluminação
Cobertura
Piso
Janelas
-50
Paredes
HVAC
0
200
18h
19h
14
16h
17h
6
14h
15h
-3
13h
30
6
250
11h
12h
50
36
10h
44
300
8h
9h
100
350
6h
7h
109
4h
5h
2
kWh/m
150
400
3h
200
450
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
1h
2h
250
Carga Térmica (MWh)-
238
Horas do dia 26/02
HVAC
Paredes
Janelas
Piso
Iluminação
Infiltração
Equipamentos
Pessoas
Caso 3 - Zona 2
100
50
23h
24h
0
Horas do dia 27/02
Havc
Paredes
Janelas
Piso
Iluminação
Infiltração
Equipamentos
Pessoas
Figura 29 – Balanço térmico para dois casos simulados.
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Cobertura
Consumo HVAC (MWh)-
150
21h
22h
Equipamentos
Pessoas
Infiltração
Iluminação
Cobertura
Piso
Janelas
-50
Paredes
0
200
19h
20h
14
16h
17h
18h
6
14h
15h
-3
12h
13h
15
250
10h
11h
6
300
7h
8h
9h
4
350
5h
6h
18
50
30
400
3h
4h
83
450
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
1h
2h
150
HVAC
kWh/m2
200
Carga Térmica (MWh)-
Caso 3
250
100
Cobertura
26
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5 CONCLUSÕES
No presente estudo técnico, o modelo computacional de um edifício de escritórios de 30 x 50
m e 15 pavimentos, com percentual de área de janela nas fachadas de 40% e vidro refletivo (SHGC =
0,49) foi inserido no programa EnergyPlus. Para testar outro extremo de tipologia construtiva,
elaborou-se o modelo virtual de um galpão comercial com área em planta de 3.200 m² (40 x 80 m).
Sobre estes modelos foi desenvolvida uma série de testes, simulando a aplicação de isolamento
térmico em paredes e coberturas, e alterações do tipo de vidro e percentual de área de abertura, e
ainda, densidade de carga interna. Para os dois modelos, consideraram-se como componentes
construtivos: parede de blocos de concreto com transmitância térmica de 2,00 W/m².K; e cobertura
composta por laje de concreto (transmitância de 2,75 W/m².K) para o edifício de escritórios e telhas de
fibro-cimento (transmitância de 4,60 W/m².K) para o galpão. As simulações foram feitas com arquivo
climático horário com dados de um ano típico da cidade de São Paulo.
Para o edifício de escritórios, quando o WWR é de 40%, a isolação de todas as fachadas
apresenta melhores resultados em comparação com a isolação de apenas algumas fachadas. Para
densidades menores de carga interna (ILD=20W/m²) obtém-se maior redução do consumo anual de
energia elétrica, em torno de 3%, e da carga instalada em condicionamento de ar em torno de 10%.
Para diferentes valores de áreas de abertura nas fachadas, 3xWWR=40% e 1xWWR=20%, ocorre
maior redução no consumo e na capacidade para ILD=20W/m². Quando todas as fachadas são
isoladas, o uso de isolamento reduz o consumo em torno de 4% e entre 11% e 15% a capacidade
instalada, dependendo do tipo de vidro e da orientação. Quando apenas uma fachada é isolada, a
redução no consumo é de 2% e na capacidade em torno de 8%, com relação aos casos sem isolação.
Portanto, constatou-se que a aplicação de isolamento térmico nas paredes do edifício de escritórios
pode provocar uma redução de até 10% no consumo de energia elétrica em condicionamento de ar e
até 15% na capacidade instalada do sistema. Considerando que o uso final de energia elétrica em
condicionamento de ar de um edifício desse tipo (conforme considerações do estudo) seja algo em
torno de 30%, o impacto no consumo anual de energia pode parecer, de fato, pequeno, em torno de
3%. Mas no cômputo geral do consumo de várias edificações, pensando no panorama nacional, esse
benefício não poderia ser desprezado.
Na análise dos resultados das simulações para o galpão comercial, a não utilização do isolante
na cobertura resulta em um maior consumo quando comparado aos outros casos onde há a presença
do isolante para ambos os valores de densidade de carga interna instalada. Com a utilização de 25 mm
de isolante na cobertura, o consumo é reduzido em 41%, para ILD= 20W/m². Para o valor de
80W/m², a redução é de 21%. O valor do consumo anual não varia significativamente quando é
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acrescentada uma espessura de isolante maior que 25 mm na cobertura. O comportamento do
consumo e da capacidade do sistema de condicionamento de ar para os casos onde as fachadas são
isoladas simultaneamente ou isoladamente não ocasionou impacto significativo na redução da
capacidade instalada do sistema. Através das simulações, pode-se observar que tanto o consumo
quanto a capacidade interna instalada dos casos variou significativamente quando foi utilizado
isolamento térmico na cobertura da edificação.
O uso de simulação pôde identificar onde os isolantes são viáveis economicamente, levando a
concluir que a isolação de paredes reduziu o consumo de energia do edifício de escritórios,
principalmente com carga interna baixa, sendo a redução na capacidade instalada em ar-condicionado
mais significativa. Portanto, o uso de isolantes é justificável nesses casos devido ao custo de energia,
ou seja, o impacto é significativo na redução de demanda. Para o galpão, os benefícios da isolação da
cobertura são evidentes tanto no consumo quanto na capacidade instalada em sistemas de
condicionamento de ar.
Com relação à Regulamentação para Etiquetagem Voluntária de Nível de Eficiência Energética
de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos, o item 5 (Envoltória) do texto apresenta uma série de
equações para cálculo do Indicador de Consumo, que resulta na classificação do nível de eficiência da
envoltória da edificação. Porém, tais equações não envolvem qualquer parâmetro relacionado à
resistência térmica de fechamentos opacos – paredes e cobertura. Sabe-se que os ganhos de calor
através de janelas se constituem em uma parcela significativa do consumo de energia para o
condicionamento ambiental de edificações, especialmente comerciais. Mas a influência do fluxo de
calor por paredes e coberturas não pode ser desconsiderada, principalmente em edificações com
plantas predominantemente horizontais. Foram realizados testes para a classificação da envoltória dos
casos propostos no estudo, de acordo com a proposta da Regulamentação. Constatou-se que as
edificações simuladas seriam classificadas em nível “C”, mesmo com as melhorias aplicadas ao
envelope, tanto no edifício de escritórios quanto no galpão. Analisando-se os fatores envolvidos nas
equações nota-se um direcionamento para a adoção de vidros mais eficientes e proteções solares nas
janelas em detrimento aos demais parâmetros. O uso de proteções solares externas às janelas pode vir
a reduzir a carga térmica de edificações, mas por outro lado também pode ocasionar uma maior
solicitação do sistema de iluminação artificial interna da edificação. Do ponto de vista prático e
construtivo, o uso de brises solares afeta diretamente a estética da edificação e requer custo adicional
com a manutenção de todo o conjunto de fachada, ou seja, limpeza e substituição regular de peças
deterioradas. Da forma como está apresentada, a Regulamentação ignora a utilização de um
tratamento térmico mais eficiente de fachadas e coberturas. A norma de eficiência energética em
edificações não residenciais da ASHRAE (American Society of Heating, Ventilating and Air condicionting
Engineers), a Standard 90.1, amplamente divulgada no Brasil e seguida por algumas incorporadoras,
considera tal fator. A seção 11 e o apêndice G da referida norma quantificam o nível de desempenho
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de uma edificação a partir da comparação do custo com energia de um edifício de referência com o
projeto proposto. Para a composição desse custo, os critérios tarifários da legislação aplicável devem
ser considerados. Neste caso, a demanda solicitada pelo prédio pode interferir no atendimento ou não
da norma.
A relação entre o impacto na carga instalada em condicionamento de ar e o uso de
isolamentos térmicos, contatada no presente estudo, indica forte influência na demanda de energia a
ser solicitada pela edificação. Para abastecer um edifício comercial de médio porte no Brasil são
necessários grandes investimentos em estrutura de geração e transmissão de energia elétrica. Além
disso, têm-se conhecimento dos esforços para promover a redução do pico de carga do sistema
elétrico como um todo de órgãos como o PROCEL e de empresas de transmissão e geração de energia
elétrica, através dos programas de conservação de energia. Neste contexto, imagina-se que a redução
de demanda de energia de edificações deveria também ser adotada na regulamentação brasileira.
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APÊNDICE A – VALORES DE CONSUMO E CAPACIDADE
INSTALADA EM CONDICIONAMENTO DE AR PARA OS CASOS
SIMULADOS DO EDIFÍCIO DE ESCRITÓRIOS.
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Tabela 3 – Valores para os casos com isolação de todas as fachadas e WWR de 40%.
Caso
WWR (%)
Base
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
Isolante
Fachada
(mm)
0
25
40
0
25
40
0
25
40
0
25
40
0
25
40
0
25
40
ILD
(W/m²)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
60
60
60
60
60
60
60
60
60
SHGC
Capacidade
(TR)
Consumo
Total
Anual
(MWh)
540
487
484
645
591
577
626
578
574
829
797
792
936
895
890
911
876
872
1715
1664
1662
1835
1788
1777
1805
1759
1757
3757
3747
3749
3887
3876
3880
3838
3824
3826
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.71
0.71
0.71
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.71
0.71
0.71
Tabela 4 – Valores para os casos com isolação de fachadas específicas e WWR de 40%.
Caso
WWR (%)
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
Isolante
Fachada
(mm)
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
Norte 40mm
Leste 40mm
Oeste 40mm
N/L/O 40mm
N/O 40 mm
ILD
(W/m²)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
SHGC
Capacidade
(TR)
Consumo
Total
Anual
(MWh)
537
515
520
491
516
642
617
614
584
612
623
612
598
582
596
839
823
824
805
823
934
931
920
901
919
921
911
898
885
897
1712
1691
1706
1680
1703
1843
1820
1818
1792
1816
1812
1801
1788
1773
1787
3795
3784
3786
3780
3788
3913
3914
3907
3881
3886
3851
3844
3832
3831
3835
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
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Tabela 5 – Valores para os casos com isolação de fachadas específicas, ILD de 20W/m²
e WWR de 3X40% e 1X20%.
Caso
WWR (%)
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
Isolante
Fachada
(mm)
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
ILD
(W/m²)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
SHGC
Capacidade
(TR)
Consumo
Total
Anual
(MWh)
496
512
534
421
472
480
421
454
477
472
494
530
457
497
529
573
606
636
507
538
580
491
531
565
545
579
631
529
571
631
545
587
619
493
523
569
489
520
565
532
563
614
513
557
614
1667
1685
1708
1595
1646
1656
1596
1629
1653
1643
1667
1703
1628
1670
1703
1756
1792
1823
1697
1731
1774
1684
1727
1762
1731
1766
1819
1715
1759
1819
1720
1764
1797
1670
1702
1748
1666
1700
1745
1708
1740
1792
1688
1734
1792
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
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Tabela 6 – Valores para os casos com isolação de fachadas específicas, ILD de 60W/m²
e WWR de 3X40% e 1X20%.
Caso
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
WWR (%)
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
40 e 20 O
40 e 20 L
40 e 20 N
Isolante
Fachada
(mm)
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
Oeste
Leste
Norte
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
0
0
0
25
25
25
40
40
40
25mm
25mm
25mm
40mm
40mm
40mm
ILD
(W/m²)
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
SHGC
Capacidade
(TR)
Consumo
Total
Anual
(MWh)
784
824
825
729
792
787
722
786
782
759
820
830
754
817
830
863
904
928
810
871
882
804
864
877
838
896
921
834
906
921
828
880
902
791
855
866
786
820
862
815
892
911
812
858
911
3710
3748
3750
3683
3740
3736
3684
3740
3737
3692
3750
3757
3690
3748
3757
3809
3850
3874
3790
3847
3859
3793
3849
3862
3794
3850
3872
3793
3860
3873
3756
3807
3827
3742
3803
3811
3743
3778
3813
3749
3822
3837
3747
3794
3838
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.87
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
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33
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APÊNDICE B – VALORES DE CONSUMO E CAPACIDADE
INSTALADA EM CONDICIONAMENTO DE AR PARA OS CASOS
SIMULADOS DO GALPÃO COMERCIAL.
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Tabela 7 – Valores para os casos com aplicação de isolante na cobertura.
Isolante Cobertura
(mm)
Caso
ILD
(W/m²)
Fachada
isolada
Capacidade (TR)
Consumo Total Anual
(MWh)
Base
0
20
-
418
1064
1
25
20
-
177
623
2
75
20
-
137
552
3
100
20
-
132
543
4
0
80
-
500
1966
5
25
80
-
265
1550
6
75
80
-
226
1483
7
100
80
-
222
1475
Tabela 8 - Valores para os casos com aplicação de isolante na cobertura e em uma fachada.
Isolante Cobertura
(mm)
Caso
ILD
(W/m²)
Fachada
isolada
Capacidade (TR)
Consumo Total
Anual (MWh)
48
0
20
Leste 25mm
410
1049
49
25
20
Leste 25mm
169
608
50
75
20
Leste 25mm
131
538
51
100
20
Leste 25mm
126
529
52
0
20
Norte 25mm
417
1062
53
25
20
Norte 25mm
174
617
54
75
20
Norte 25mm
135
545
55
100
20
Norte 25mm
130
536
56
0
20
Oeste 25mm
416
1059
57
25
20
Oeste 25mm
170
609
58
75
20
Oeste 25mm
126
530
59
100
20
Oeste 25mm
119
516
60
0
80
Leste 25mm
492
1948
61
25
80
Leste 25mm
259
1530
62
75
80
Leste 25mm
220
1464
63
100
80
Leste 25mm
216
1456
64
0
80
Norte 25mm
499
1960
65
25
80
Norte 25mm
263
1538
66
75
80
Norte 25mm
224
1470
67
100
80
Norte 25mm
219
1462
68
0
80
Oeste 25mm
498
1958
69
25
80
Oeste 25mm
259
1530
70
75
80
Oeste 25mm
217
1458
71
100
80
Oeste 25mm
208
1445
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Tabela 9 - Valores para os casos com aplicação de isolante na cobertura e em fachadas.
Isolante Cobertura
(mm)
Caso
ILD
(W/m²)
Fachada isolada
Capacidade (TR)
Consumo Total
Anual (MWh)
8
0
20
Norte 40mm
417
1062
9
25
20
Norte 40mm
174
618
10
75
20
Norte 40mm
135
546
11
100
20
Norte 40mm
130
537
12
0
20
Leste 40mm
409
1046
13
25
20
Leste 40mm
168
607
14
75
20
Leste 40mm
129
537
15
100
20
Leste 40mm
124
528
16
0
20
Oeste 40mm
416
1059
17
25
20
Oeste 40mm
169
610
18
75
20
Oeste 40mm
125
530
19
100
20
Oeste 40mm
118
516
20
0
20
N/L/O 40mm
405
1039
21
25
20
N/L/O 40mm
157
587
22
75
20
N/L/O 40mm
112
505
23
100
20
N/L/O 40mm
107
495
24
0
20
N/O 40 mm
415
1057
25
25
20
N/O 40 mm
167
606
26
75
20
N/O 40 mm
123
526
27
100
20
N/O 40 mm
115
511
28
0
80
Norte 40mm
499
1964
29
25
80
Norte 40mm
263
1545
30
74
80
Norte 40mm
224
1479
31
100
80
Norte 40mm
219
1471
32
0
80
Leste 40mm
490
1949
33
25
80
Leste 40mm
257
1536
34
74
80
Leste 40mm
219
1471
35
100
80
Leste 40mm
214
1463
36
0
80
Oeste 40mm
497
1958
37
25
80
Oeste 40mm
259
1529
38
75
80
Oeste 40mm
216
1456
39
100
80
Oeste 40mm
207
1442
40
0
80
N/L/O 40mm
487
1940
41
25
80
N/L/O 40mm
247
1509
42
75
80
N/L/O 40mm
202
1434
43
100
80
N/L/O 40mm
197
1426
44
0
80
N/O 40 mm
497
1956
45
25
80
N/O 40 mm
256
1525
46
75
80
N/O 40 mm
213
1452
47
100
80
N/O 40 mm
204
1438
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