UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL
PROPOSTA DE ALTERAÇÕES DAS ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS SOB A ÓTICA
DA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA:
ESTUDO DE CASO EM UNIDADE HABITACIONAL DE CUIABÁ/MT
LAÍS BRAGA CANEPPELE
Profa. Dra. MARTA CRISTINA DE JESUS ALBUQUERQUE NOGUEIRA
ORIENTADORA
Cuiabá/MT
2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL
PROPOSTA DE ALTERAÇÕES DAS ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS SOB A ÓTICA
DA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA:
ESTUDO DE CASO EM UNIDADE HABITACIONAL DE CUIABÁ/MT
LAÍS BRAGA CANEPPELE
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia de Edificações e A mbiental da Universidade
Federal de Mato Grosso, para obtenção do título de Mestre
em Engenharia de Edificações e Amb iental.
Profa. Dra. MARTA CRISTINA DE JESUS ALBUQUERQUE NOGUEIRA
ORIENTADORA
Cuiabá/MT
2014
AGRADECIMENTOS
À DEUS que me guiou neste caminho e me fortaleceu nas dificuldades;
À minha orientadora Profª. Dr.ª Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira por
toda a orientação emocional, instrumental e teórica para a dissertação e para a vida;
Ao Programa de Pós-Graduação de Engenharia de Edificações e Ambiental da
Universidade Federal de Mato Grosso pela oportunidade de crescimento profissional;
A CAPES pelo recurso financeiro necessário para o desenvolvimento dos estudos;
Ao casal Karyna Rosseti e Igor Kunen pela paciência e acolhimento ao me receber em
sua residência;
Aos colegas do programa, em especial Daniel Moussalem Apolonio, Emilly Marques
Silva Freire, Luciana Oliveira da Silva, Oana Cristina da Veiga Walendolf e Rainy da
Conceição Soares, por todo apoio e companhia;
Aos colegas da instituição, Luis Anunciação, Raquel Moussalem e Luciana Durante,
pelo suporte técnico e teórico;
Aos meus pais Carlos Caneppele e Maria Aparecida Braga Caneppele, irmãos Daniel e
André Braga Caneppele e familiares pelo apoio emocional e financeiro em toda minha
vida;
Ao meu grande parceiro Rafael Rosseti por toda paciência, suporte, companheirismo e
carinho em minha vida e para minhas conquistas profissionais.
SUMÁRIO
LISTAS DE FIGURAS ……………………………………………………………….
7
LISTAS DE TABELAS ……………………………………………………………….
10
LISTAS DE QUADROS ……………………………………………………………… 11
RESUMO ………………………………………………………………………………
12
ABSTRACT …………………………………………………………………….……….
13
1. INTRODUÇÃO …………………………………………………………………….
14
1.1. O BJETIVO GERAL ………………………………………..……………………………. 16
1.1.1. Objetivos específicos ………………………………………..………………….
16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA …………………………………….………………
17
2.1. DESEMPENHO TÉRMICO ……………………………………………………………….
17
2.1.1. Normativas de desempenho térmico ……………………………………………
18
2.2. ENERGIA ………………………………………………………………………….….
19
2.2.1. Tarifação de energia elétrica ……………………………………………………
23
2.3. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA …………………………...…………………………………
25
2.4. RTQ-R: MÉTODO PRESCRITIVO E SIMULADO ………………………………….………
27
2.5. ETIQUETAGEM …………………………………………………………….………….
31
2.6. COMPARAÇÕES E LIMITAÇÕES DO RTQ ……………………………………...……….
33
2.7. CALIBRAÇÃO E AJUSTE DOS RESULTADOS ………………..………………… 35
2.8. ENERGY PLUS (OPEN STUDIO E SKETCH UP) …………………………………………
36
2.9. O CLIMA QUENTE- ÚMIDO E QUENTE- SECO PARA ARQUITETURA ………………………
37
2.10. ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA ZONA 7………………………………………...
38
3. LOCAL DE ESTUDO………………………………………….………………..….
40
3.1. CUIABÁ : LOCALIZAÇÃO E CLIMA ………………………………………….………….. 40
3.2. DISPERSÃO E ZONEAMENTO URBANO ………………………………………...….……
40
3.3 Q UALIDADE TERMOENERGÉTICA X PROCESSO EVOLUTIVO HABITACIONAL …….......…
43
4. M ATERIAIS E MÉTODOS ………………………………………….…...……….
44
4.1. MATERIAIS ………………………………………….………………………….……..
44
4.1.1. Edificação residencial ………………………………………….……………….
44
4.1.2. Equipamentos ………………………………………….………………………..
49
4.1.2.1. Estação Micrometeorológica ………………………………………….……………
50
4.1.2.2. Termômetro digital portátil e infravermelho …………………………………....
50
4.1.2.3. Registrador com sensores de temperatura do ar, umidade relativa do ar e
iluminância ………………………………………….…………...........................................
51
4.1.2.4. Registrador com sensor de ocupação e luz ……………………………………....
52
4.1.2.5. Câmera de infravermelho ………………………………………….………………..
53
4.1.3. Programas de simulação ………………………………………….……………..
53
4.2. MÉTODOS ………………………………………….…………………………………. 53
4.2.1. Levantamento de informações (edificação) ……………………………………
53
4.2.2. Pré- funcionamento dos equipamentos ………………………………………….
54
4.2.3. Períodos ………………………………………….……………………………...
55
4.2.4. Variáveis microclimáticas ………………………………………….…………...
55
4.2.5. Variáveis internas da edificação ………………………………………….….…
56
4.2.6. Avaliação do desempenho térmico: medição (NBR15575, ABNT, 2013) ........
58
4.2.7. Variáveis dos elementos da construção ………………………………………...
59
4.2.8. Avaliação do desempenho térmico: simplificado (NBR15575, ABNT, 2013)..
59
4.2.7. Simulação Computacional ………………………………………….…………..
60
4.2.7.1. Montagem do arquivo climático (inserção de dados medidos) ……………..
61
4.2.7.2. Geometria ………………………………………….………………………….
61
4.2.7.3. Sistema operacional da edificação …………………………………………...
62
5. RESULTADOS ………………………………………………………….………….
63
5.1. CARACTERIZAÇÃO DOS PERÍODOS – DADOS EXTERNOS ……………………………….
63
5.1.1. Período quente seco – dados externos ………………………………………….
63
5.1.2. Período quente úmido – dados externos ………………………………………..
66
5.1.3. Temperatura do solo – dados externos …………………………………………
68
5.2. A VALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO ………………………………….……….…..
70
5.2.1. Avaliação do desempenho térmico – Método de medição …………………….
70
5.2.1.1. Período quente seco – dados internos ………………………………………..
70
5.2.1.2. Período quente úmido – dados internos ……………………………………...
73
5.2.2. Avaliação do desempenho térmico – Método Simp lificado ……………….......
75
5.2.3. Análise das temperaturas superfic iais da envoltória …………………………...
75
5.3. CLASSIFICAÇÃO DO NÍVEL DE EFICIÊNCIA ………………………………………….....
82
5.3.1 Comparação entre dados medidos e simulados ………………………………....
82
5.3.2. Graus hora e classificação em níveis …………………………………………...
86
5.4. ANÁLISE DE USO DA ILUMINAÇÃO E OCUPAÇÃO DOS AMBIENTES ………………….....
87
5.5. PROPOSTA PARA A MELHORA DO DESEMPENHO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .....
88
6. CONCLUSÕES ………………………………………….………………………….
90
7. REFERÊNCIAS ………………………………………….……………………..….
92
APÊNDICE ………………………………………….………………………………….
99
7
LISTAS DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema de co mportamento e desempenho térmico …………………......………………………
18
Figura 2 – Consumo energético final no setor residencial brasileiro …………………......……………….....
21
Figura 3 – Oferta Interna de Energ ia Elétrica por Fonte em 2011 …………………......………………….....
21
Figura 4 – Consumo final na carga residencial da região Centro-Oeste …………………......……………...
23
Figura 5 – Consumo de energia elét rica e eficiência energética no setor residencial …………………......…
25
Figura 6 – Esquema de avaliação do RTQ-R …………………......……………………….............................
28
Figura 7 – ENCE de Unidade Habitacional Autônoma Construída …………………......…………………..
32
Figura 8 – Zoneamento Bioclimático Brasileiro …………………......………………………........................
39
Figura 9 – Normais climato lóg icas da zona b ioclimát ica 7 …………………......……………………...
39
Figura 10 – Climograma das normais climatológicas de 1961-1990 de Cuiabá-MT (períodos seco e úmido)
40
Figura 11 – Diagrama de cidades com metabolismo circu lar …………………......………………………. ..
41
Figura 12 – Mapa da evolução urbana de Cuiabá dividido em reg iões …………………......………………
42
Figura 13 – Mapa da locazição da zona de uso e ocupação do objeto de estudo …………………......……...
44
Figura 14 – Visualização da frente da edificação com as áreas públicas da esquina …………………......…
45
Figura 15 – Planta de situação da edificação na esquina …………………......………………………...........
45
Figura 16 – Planta baixa da ed ificação com as zonas térmicas e indicação das aberturas …………………...
46
Figura 17 – Tipo de portas da edificação …………………......………………………...................................
47
Figura 18 – Tipo de janelas da edificação …………………......………………………..................................
47
Figura 19 – Fabricações de painéis JET CASA …………………......………………………..........................
48
Figura 20 – Instalação de painéis JET CASA …………………......……………………….............................
48
Figura 21 – Instalação da Estação …………………......…………………………………………......…........
50
Figura 22 – Console d a Vant agePro 2 …………………......…………………………………………......
50
Figura 23 – Estação micro meteo ro lóg ica …………………......………………………………………....
50
Figura 24 – Termô met ro d ig it al po rtát il …………………......…………………………………………..
51
Figura 25 – Termô met ro d ig it al in fravermelho …………………......……………………….................
51
Figura 26 – Reg istrador HOBO U12-012 …………………......………………………..........................
51
Figura 27 – Cabo TM C20HD …………………......…………………………………………......……....
51
Figura 28 – Cabo TM C20HD co mo g lobo …………………......………………………….....................
52
Figura 29 – Cabo TM C20HD en capado …………………......………………………............................
52
Figura 30 – Reg istrador HOBO UX90-006x …………………......……………………….............................
52
Figura 31 – Câmera de infrav ermelho Flir i3 …………………......………………………....................
53
Figura 32 – HOBO U12-012 co m cabo TMC20HD instalado para calibração …………………..................
54
Figura 33 – Estação microclimát ica instalada afastada de obstáculos …………………......…………..........
55
Figura 34 – Quatro pontos de medições do solo …………………......………………………........................
56
Figura 35 – Camadas do so lo …………………......………………………............................................
56
8
Figura 36 – Instalação do Cabo TMC20HD …………………......………………………..............................
56
Figura 37 – Instalação do HOBO U12-012 co m cabo TM C20HD co m g lobo …………………......…..
57
Figura 38 – Instalação do HOBO UX90-006x…………………......………………………....................
58
Figura 39 – Maquet e elet rôn ica da v ista d a frente …………………......……………………….............
61
Figura 40 – Maquet e elet rôn ica da v ista dos fundos …………………......………………………..........
61
Figura 41 – Demarcação do co rte long itud inal …………………......………………………..................
62
Figura 42 – Maquet e elet rôn ica co m corte long itud inal, apresentando as altu ras ………………..........
Figura 43 – Climograma das normais climato lóg icas de 1961-1990 de Cu iabá -MT (azu l: períodos d e
med ição) …………………......…………………………………………......………………………..........
62
Figura 44 – Méd ias d iárias da temperatu ra máxi ma, méd ia e mín ima, qu ente seco de 28/ 06/ 13 ..........
63
Figura 45 – Médias horárias da temperatura do ar, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13 ................................
64
Figura 46 – Médias horárias de umidade relativa do ar, quente seco de 28/06/13 a 12/07/13 ........................
64
Figura 47 – Médias horárias de velocidade do ar, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13 ..................................
65
Figura 48 – Médias horárias de temperatura e u midade relativa do ar, o dia típico da estação seca
12/ 07/ 2013 …………………......…………………………………………......……………………….............
66
Figura 49 – Médias diárias da temperatura máxima, média e mínima, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
66
Figura 50 – Médias diárias da temperatura máxima, média e mínima, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
67
Figura 51 – Médias diárias da temperatura máxima, média e mínima, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
67
Figura 52 – Médias diárias da temperatura má xima, média e mínima, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
Figura 53 – Médias horárias de temperatura e u midade relativa do ar, o dia típico da estação úmido
14/ 01/ 2014 …………………......…………………………………………......……………………….............
Figura 54 – Médias a cada 15min de temperatura do solo, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13 ....................
68
Figura 55 – Médias a cada 15min de temperatura do solo, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14 .................
Figura 56 – Médias mensais de temperatura do solo medidas e obtidas no RTQ-R (BRASIL, 2012a) ..........
63
68
69
69
70
Figura 57 – Médias horárias das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco
12/ 07/ 2013 …………………......…………………………………………......……………………….............
71
Figura 58 – Médias horárias das umid. relativas internas e externa, destacando dia típico quente seco
12/ 07/ 2013 …………………......…………………………………………......……………………….............
72
Figura 59 – Médias horárias das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quent e úmido
14/ 01/ 2014
…………………......…………………………………………......………………………………………….....
73
Figura 60 – Médias horárias umid. relativas internas e externa, destacando dia típico quente úmido
14/ 01/ 2014 …………………......…………………………………………......……………………….............
74
Figura 61 – Mapa como pontos de medição nas superfícies das paredes, tetos e pisos ………………….......
76
Figura 62 – Valores de temperaturas superficiais internas dos pontos da zona da sala (quente seco) .............
77
Figura 63 – Valores de temperaturas superficiais internas dos pontos da zona da sala (quente úmido) ..........
77
Figura 64 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos da zona da sala (quente seco) ........
78
Figura 65 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos da zona da sala (quente úmido) .....
78
Figura 66 – Valores de temperaturas sup. internas dos pontos da zona do home oficce (quente seco) ............
79
9
Figura 67 – Valores de temperaturas sup. internas dos pontos da zona do home oficce (quente úmido) .........
79
Figura 68 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos do home oficce (quente seco) ........
80
Figura 69 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos do home oficce (quente úmido) .....
80
Figura 70 – Valores de temperaturas sup. internas dos pontos da quarto do casal (quente seco) ....................
81
Figura 71 – Valores de temperaturas sup. internas dos pontos da quarto do casal (quente úmido) .................
81
Figura 72 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos do quarto do casal (quente seco) ...
81
Figura 73 – Valores de temperaturas sup. internas e externas dos pontos do quarto do casal (quente úmido)
81
Figura 74 – Três imagens registradas pela câmera FLIR i3 do Ponto 1 interno às 8h, 14h e 20h ...................
82
Figura 75 – Co mparação entre dados medidos e simulados do home oficce (quente seco) ………………….
82
Figura 76 – Co mparação entre dados medidos e simulados do home oficce (quente úmido) ……………….
83
Figura 77 – Co mparação entre dados medidos e simulados da sala (quente seco) …………………......…....
83
Figura 78 – Co mparação entre dados medidos e simulados da sala (quente úmido) …………………......….
84
Figura 79 – Co mparação entre dados medidos e simulados do quarto casal (quente seco) ………………….
84
Figura 80 – Co mparação entre dados medidos e simulados do quarto casal (quente úmido) ……………......
85
Figura 81 – Quantificação dos graus-horas dos dados de temperatura operativa calibrados ou não ..............
86
10
LISTAS DE TABELAS
Tabela 1 – Indicadores energéticos mundiais de 1973 a 2011 ..........................................................................
20
Tabela 2 – Consumo de energia elétrica do Brasil e da região centro-oeste em 2011 .....................................
22
Tabela 3 – Consumo de energia elétrica do Mato Grosso por setor em 2011 ..................................................
22
Tabela 4 – Sistema Tarifário da Classe de Consumo Residencial ....................................................................
24
Tabela 5 – Nível de eficiência de acordo com a pontuação e equivalente numérico ........................................
25
Tabela 6 – Dados de dias típicos de verão e de inverno de Cuiabá/MT ...........................................................
58
Tabela 7 – Critério de avaliação de desempenho térmico para condições de verão .........................................
58
Tabela 8 – Critério de avaliação de desempenho térmico para condições de inverno ......................................
58
Tabela 9 – Critério máximos ad missíveis para transmitância térmica de paredes externas .............................
59
Tabela 10 – Critério mín imos admissíveis para capacidade térmica de paredes externas ................................
59
Tabela 11 – Critério para áreas mín imas admissíveis de ventilação em dormitórios e salas de estar ..............
60
Tabela 12 – Critério e n íveis de desempenho de coberturas quanto à para transmitância térmica ...................
60
Tabela 13 – Volu me pluvio métrico, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13 ........................................................
65
Tabela 14 – Volu me pluvio métrico, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14 .....................................................
67
Tabela 15 – Temperaturas do solo utilizadas para simu lação, destacadas em cin zas as temperaturas
med idas .............................................................................................................................................................
70
11
LISTAS DE QUADROS
Quadro 1 – Avaliação da envoltória EqNumEnv ............................................................................................
29
Quadro 2 – Avaliação do sistema de aquecimento de água EqNumAA ...........................................................
30
Quadro 3 – Sistema de Bonificações ..............................................................................................................
31
Quadro 4 – Especificações de aberturas relacionadas às nomenclaturas da planta baixa das Figuras 15 e 16
47
Quadro 5 – Propriedade térmicas dos materiais dos componentes construtivos, baseados na NBR15220
(ABNT, 2008) ...................................................................................................................................................
48
Quadro 6 – Quadro de especificações da composição dos componentes construtivos ....................................
49
Quadro 7 – Resumo das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/07/2013 ........
71
Quadro 8 – Resumo das umid. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/07/ 2013 ........
72
Quadro 9 – Avaliação do desempenho térmico para o período quente seco correspondente ao inverno ........
72
Quadro 10 – Resu mo das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/01/2014 ...
73
Quadro 11 – Resu mo das umid. do ar internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/ 01/2014....
74
Quadro 12 – Avaliação do desempenho térmico para o período quente úmido correspondente ao verão ......
75
Quadro 13 – Avaliação do desempenho térmico pelo método simplificado ...................................................
75
Quadro 14 – Resu mo dos indicadores estatísticos das comparações ...............................................................
85
Quadro 15 – Resu mo dos dados de ilu minação e ocupação de 16/06/13 a 15/01/14 ......................................
87
12
RESUMO
Este trabalho avalia o desempenho térmico e o nível de eficiência energética propondo
alterações de estratégias bioclimáticas em uma residência de Cuiabá/MT. Foi escolhida uma
habitação consequente da atual forma de produção do espaço. A edificação possui sistema
construtivo de rápida execução (“Jetcasa”). A edificação foi dividida em seis zonas térmicas,
sendo três dela de permanência prolongada. Uma estação micrometeorológica foi utilizada
para a obtenção de dados instantâneos ambientais. Quatro registradores HOBO U12-012 com
cabos TMC20HD foram utilizados para medição de temperatura do solo e variáveis internas
das zonas da sala, home office e quarto do casal, de temperatura do ar, umidade relativa do ar
e temperatura de globo para a avaliação de desempenho térmico da edificação pelo métodos
da NBR 15.575 (ABNT, 2013). Três registradores HOBO UX90-006x são empregados nas
zonas de permanência para analisar a gestão de utilização de luz e ocupação. A câmera de
infravermelho registrou as temperaturas superficiais dos elementos construtivos. Foi utilizado
o programa EnergyPlus 8.0 para a determinação do nível de eficiência energética da
edificação pelo método do RTQ-R. As medições foram em dois períodos de 15 dias: quenteseco (28/06 a 12/07/2013) e quente-úmido (31/12/2013 a 14/01/2014). O período quente seco
possui baixas umidades e altas amplitudes térmicas diárias e o quente úmido, altas umidades e
baixas variações diárias de temperatura. A sala de estar foi a zona térmica com piores
condições de desempenho térmico e eficiência energética e o quarto de casal apresentou as
melhores. As paredes possuem maior interferência para o ganho térmico da sala e do home
office. A eficiência energética foi nível C. As propostas para alterações da edificação sob
estudo são proteções às aberturas, proteções às paredes, plantio de vegetação e instalação de
sistemas de aquecimento de águas.
Palavras-chave: RTQ-R, calibração e EnergyPlus
13
ABSTRACT
This study evaluates the thermal performance and the level of energy efficiency and
proposing changes with bioclimatic strategies in a residence of Cuiabá/MT. It was chosen
housing consequent of the current production space. The building has construction system for
fast execution ("Jetcasa"). The building was divided into six thermal zones, three of them with
prolonged permanency. A micrometeorological station was used to obtain snapshots
environmental data. Four HOBO U12-012 datalogger with TMC20HD cables were used to
measure soil temperature and internal variables of the living room, home office and double
room zones which air temperature, relative humidity and temperature of the globe to the
thermal performance evaluation of building by NBR 15.575 (ABNT, 2013) methods. Three
HOBO UX90-006x datalogger are used to examine the occupancy and light. The infrared
camera recorded the surface temperatures of building elements. EnergyPlus 8.0 software was
used to determine the level of energy efficiency of the building by the RTQ -R method.
Measurements were two periods of 15 days: warm dry (28/06 to 12/07/2013) and warm
humid (31/12/2013 to 14/01/2014). The warm dry period has low humidity and high daily
temperature ranges and warm wet, high humidity and low daily temperature variatio ns. The
living room was the thermal zone with worse thermal performance and energy efficiency and
the double room had the best. The walls have greater interference for the heating gain of the
room and the home office. Energy efficiency was level C. The proposed changes to the
building of study are the protections openings, protections walls, planting vegetation and
installing water heating systems.
Keywords: RTQ-R, calibration and EnergyPlus
14
1. INTRODUÇÃO
A atividade humana está diretamente ligada à utilização de energia. Desde a préhistória, o homem explora os recursos naturais para adaptar o meio em que vive,
transformando a energia existente no ambiente natural em recursos necessários à
sobrevivência. O atual modelo de desenvolvimento da sociedade moderna não se difere da
pré-história quando analisamos a relação que temos com o meio em que vivemos. O
crescimento populacional, o aumento da expectativa de vida, a elevação da renda nos países
em desenvolvimento como China e Brasil, aumentam as pressões sobre os recursos
energéticos disponíveis no planeta.
O petróleo e outras fontes fósseis de energia (gás natural e carvão mineral), mesmo na
atual conjuntura sócio política ambiental, na qual se tenta diminuir a dependência desses
recursos para a produção de energia, ainda responde por mais de 80% da oferta energética no
mundo, segundo os dados do Relatório Final do Balanço Energético Nacional (BRASIL,
2012). A falha estratégica desse modelo fica evidente no cenário pós-segunda guerra mundial,
quando em 1960 os cinco principais países produtores de petróleo (Arábia Saudita, Irã,
Iraque, Kuwait e Venezuela) criaram a Organização dos Países Exportadores de Petróleo, a
OPEP. Essa organização surgiu para responder a política de achatamento de preço praticada
pelo cartel das grandes corporações petrolíferas ocidentais, as chamadas “sete irmãs”
(Standard Oil of New Jersey, Royal Dutch Shell, Mobil, Texaco, Gulf, BP e Standard Oil da
California). Os países produtores percebendo que o petróleo é uma fonte não renovável
passaram a onerar os royalties e a nacionalizar a exploração do petróleo, pois assim poderiam
gerar receitas volumosas e criar condições para investimentos em outras fontes de receitas.
Porém esse movimento acabou desencadeando uma série de conflitos, provocando um déficit
na oferta mundial de petróleo: a guerra de Yom Kipur (1973) e a revolução islâmica no
Irã(1979). O preço do petróleo atingiu valores altíssimos, chegando a aumentar 400%, e
desencadeando uma recessão nos Estados Unidos e na Europa, o que desestabilizou a
economia mundial durante décadas.
No entanto, o desvio para outras fontes de energia não é a solução prioritária. Sachs
(2007) afirma que a energia que menos polui e que geralmente menos custa é aquela que
deixa de ser produzida graças à adoção de um perfil mais sóbrio da demanda energética e à
maior eficiência no uso final das energias produzidas. Para isso, são necessárias revoluções
quanto ao estilo de vida, logística da prod ução, reestruturação dos espaços urbanos e
durabilidade dos produtos. Com este objetivo, a partir das crises do petróleo em 1973 e 1979,
15
iniciaram ações para a conservação e eficiência no uso energético e aceleraram as buscas por
fontes diversificadas de energia. As crises trouxeram preocupações mundiais para uma
situação real, a dependência do petróleo era, e continua, evidente, não há possibilidade de
mudança desse panorama em um curto prazo. Portanto, era preciso aprender a utilizar essa
energia de forma mais eficiente, evitando o desperdício desse recurso natural não renovável e
de alto custo de utilização.
Em 1984, iniciaram-se discussões para a racionalização energética, com o Programa
Brasileiro de Etiquetagem (PBE), criado pelo Instituto Brasileiro de Metrologia,
Normalização e Qualidade (INMETRO). Em seguida, o programa ganhou forças com o
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) instituído pelo Ministério
de Minas e Energia e da Indústria e Comércio Exterior. Quinze anos depois, em 2001, foi
decretada a Lei de Eficiência Energética (Lei nº 10.295) que determina ao Poder Executivo o
estabelecimento de níveis máximos de consumos e mínimos de eficiência para máquinas e
aparelhos fabricados ou comercializados no país.
A partir desta Lei, vem sendo criadas diversas normas, regulamentos e manuais que
vão ao encontro de melhorias quanto à eficiência energética. Para edificações temos a
NBR15220 (ABNT, 2003) e NBR15575 (ABNT, 2013), publicadas em 2003 e 2008, normas
de Desempenho Térmico de Edificações, as quais visam apresentar diretrizes construtivas
para um melhor desempenho e estabelecer os requisitos e critérios para avaliação. Já em 2009
e 2010, foram aprovados os Regulamentos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos e de Edificações Residenciais
(RTQ-C e RTQ-R) respectivamente, nos quais se definem os níveis de classificação e os
procedimentos de avaliação da eficiência energética dos edifícios e estabelecem a Etiqueta
Nacional de Conservação de Energia (ENCE).
Para contribuir com a elaboração dos projetos e melhorias no desempenho térmico e
eficiência energética, são utilizadas ferramentas de simulação computacional que preveem os
resultados termoenergéticos da construção no local que será implantada. O EnergyPlus é um
programa livre que atende aos requisitos de simulação do RTQ favorecendo aos estudos nesta
área.
As normas e relatórios que vem sendo desenvolvidos são aplicados a novos projetos,
por isso, em vista da evolução recente e nova forma de produção do espaço urbano de Cuiabá,
verifica-se que vem sendo implantados diversos loteamentos e condomínios horizontais
fechados em áreas afastadas e sem infraestrutura urbana. Desta forma, surgem alguns
questionamentos: Qual seria a qualidade térmica e energética destas habitações que são
16
construídas em escala neste processo de ocupação? Como os sistemas construtivos de rápida
execução adotados pelas construtoras estão proporcionando aos usuários economia de
energia? É possível recomendar alterações das estratégias bioclimáticas para a melhoria das
edificações? E qual seria a viabilidade econômica das alterações na construção em vista da
economia energética?
Portanto, considera-se importante os estudos que verifiquem a qualidade das
edificações, de forma a introduzir as avaliações e recomendações das leis, normas e
regulamentos que buscam um desempenho térmico favorável e a racionalização do uso
energético e que utilizem ferramentas de simulação como o EnergyPlus. Este programa
possibilita verificar os resultados obtidos já na fase de projeto das propostas de construções
das edificações para a cidade de Cuiabá. Cidade que apresenta um clima desfavorável ao
conforto em alguns períodos do ano, principalmente, devido às altas temperaturas, o que torna
necessário a utilização de equipamentos de refrigeração do ar.
1.1. O BJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é avaliar o desempenho térmico, determinar o nível de
eficiência energética e propor alterações das estratégias bioclimáticas que favoreçam a
economia de energia em uma unidade habitacional de Cuiabá-MT.
1.1.1. Objetivos específicos
Para obter este objetivo é necessário alcançar os seguintes objetivos específicos:
a) Caracterizar o microclima do local do objeto de estudo;
b) Desenvolver a simulação da edificação e calibrar os resultados de temperatura
operativa;
c) Aplicar o Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de
Edificações Residenciais (RTQ-R) e definir o nível de eficiência da edificação por
simulação utilizando arquivo climático existente de Cuiabá;
d) Identificar os elementos desfavoráveis da envoltória e propor estratégias bioclimáticas
referentes aos materiais construtivos existentes que favoreçam o conforto térmico e a
economia de energia;
e) Propor alterações da edificação a fim de alterar o desempenho térmico e eficiência
energética.
17
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Nos próximos tópicos serão apresentados conceitos, dados, normas, regulamentos
entre outros, que permitem o entendimento do trabalho, além de contextualizá- lo com outras
pesquisas
do
mesmo
assunto,
desenvolvidas
regionalmente,
nacionalmente
e
internacionalmente. Segundo Silva (2013) aplicar o conceito sustentabilidade à arquitetura e
ao urbanismo é um desafio, pois pressupõe que seja uma alteração do natural por um espaço
edificado. Desta forma, pode não ser obtido um ambiente de floresta novamente, este nem
deve ser o objetivo, mas o desafio está em diminuir o impacto ambiental.
2.1. DESEMPENHO TÉRMICO
A abordagem de desempenho é, segundo Gibson (1982) apud Borges (2008) 1 ,
primeiramente e acima de tudo, a prática de se pensar e m termos de fins e não de meios.
Desta forma, o autor define que desempenho está relacionado ao resultado final da edificação,
sem que haja a determinação da forma de como se atinja este resultado. “Na construção civil,
o conceito de desempenho está associado à atuação ou comportamento de algum sistema”
(MIRANDA, 2011). Desta forma, na análise do desempenho deve-se considerar um dos
comportamentos que a edificação apresenta em seus sistemas, ou seja, no desempenho
térmico, lumínoso e acústico, dos quais, neste estudo, será direcionado ao desempenho
térmico. Este comportamento é “caracterizado pela resposta física que a edificação apresenta
quando submetida às solicitações do clima externo (variáveis climáticas) e às condições de
uso dos ambientes” (LAMBERTS, 2010).
Quando for identificado o comportamento, a partir de alguns fatores tais como
temperatura do ar, velocidade do vento e umidade relativa do ar, e for comparado à prérequisitos que definem o atendimento das exigências dos usuários da edificação, então é
possível avaliar o desempenho térmico. O comportamento é definido a partir de dados
mensuráveis ou simulados com alta representatividade e comparado a parâmetros
determinados como favoráveis para o conforto do usuário e que se distancie do
comportamento apresentado pelo ambiente externo, depe ndendo da comparação do
comportamento do ambiente interno e dos parâmetros pré-estabelecidos, avalia-se a
edificação (Figura 1).
1
GIBSON, E. J., Coord.,Working with the performace approach in build ing. Rotterdam. CIB W 060.
1982 (CIB State of the Art Report n.64) apud BORGES, C. A. M . O conceito de desempenho de edificações e a
sua importância para o setor da construção civil no Brasil. 2008. 263f. Dissertação (Mestrado em Engenharia).
Escola Po litécnica, Un iversidade de São Paulo, São Pau lo-SP.
18
Figura 1 – Esquema de co mportamento e desempenho térmico
Fonte: Próprio Autor
O desempenho térmico e do conforto ambiental deve ser compreendido em uma
questão temporal, ou seja, a determinação deste possui uma vida, que é difinida como a vida
útil em que se deve atingir uma determinada avaliação. Borges (2008), conceitua a vida útil
como um período de tempo desejável, projetado e requerido para um determinado nível de
desempenho previsto, já durabilidade, é conceituada, como a capacidade do componente,
elemento, sistema ou até construção de atender ao desempenho previsto durante certo período
de tempo.
2.1.1. Normativas de desempenho térmico
O desempenho térmico está ligado à conservação de energia. Dependendo do nível de
avaliação de uma edificação, ela possuirá qualidade em reduzir o ganho ou perda térmica em
seus ambientes internos, diminuindo a necessidade da utilização de sistemas artificiais de
climatização do ar. Desta forma, quanto melhor for o nível de desempenho térmico, maior
será a economia e a eficiência energética da edificação.
Para a conservação de energia há diversas normas que abra ngem diretrízes para
projetos de edificações com um melhor desempenho e são utilizadas de forma obrigatórias ou
voluntárias por vários países. As normas desenvolvidas nos Estados Unidos pela ASHRAE Sociedade Americana de Aquecimento, Refrigeração e Engenharia de Condicionamento de
Ar, são as mais utilizadas internacionalmente e servem de referência para outras normas
específicas e adaptadas para cada região.
No Brasil, através do Comitê Brasileiro de Construção Civil, foi criada pela ABNT –
Associação Brasileira de Normas Técnicas, a NBR 15220 – Desempenho Térmico de
Edificações (ABNT, 2005a) com o objetivo da construção obter um melhor desempenho
térmico ou ambiental analisando o uso de um sistema ou processo que cumpri sua função
independente da solução técnica adotada. A norma está dividida em cinco partes:
a)
Parte 1 - Definições, símbolos e uni dades ;
19
b) Parte 2 - Métodos de cálcul o da transmitância térmica, da capaci dade térmica, do atraso térmico
e do fator solar de elementos e componentes de edi ficações ;
c)
Parte 3 - Zoneamento biocli mático brasileiro e diretrizes construti vas para habi tações
unifamiliares de interesse social;
d) Parte 4 - Medição da resistência térmica e da conduti vi dade térmica pel o princí pi o da placa
quente protegi da;
e)
Parte 5 - Medição da resistência térmica e da conduti vi dade térmica pel o método fluxi métrico.
Além da NBR 15220 (ABNT, 2005a), também foi publicada a NBR 15575 Edificações habitacionais – Desempenho (ABNT, 2013), a qual utiliza como critério de
avaliação de desempenho térmico os limites de temperatura do ar no interior da edificação,
para verão e inverno, que podem variar em desempenho mínimo (M), intermediário (I) e
superior (S). Ela é dividida em seis partes:
a)
Parte 1 - Requisitos gerais;
b) Parte 2 : Requisitos para os sistemas estruturais ;
c)
Parte 3 : Requisitos para os sistemas de pisos ;
d) Parte 4 : Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas ;
e)
Parte 5 : Requisitos para os sistemas de coberturas ;
f)
Parte 6 : Requisitos para os sistemas hi drossanitários .
A partir destas normas são desenvolvidas outras, regulamentos específicos e diretrizes
para melhorar as condições de desempenho térmico das edificações brasileiras. E tem o
objetivo de que em um futuro próximo se possa cobrar dos construtores (produtores) que
alguns requisitos mínimos para o desempenho térmico estejam obrigatoriamente presentes nos
edifícios e, assim, favorecer a utilização do empreendimento pelos moradores (consumidores).
2.2. ENERGIA
Ao se analisar os indicadores energéticos mundiais, entre 1973 a 2011, na Tabela 1,
verifica-se que a taxa de crescimento populacional (77%) é três vezes menor que a do PIB
(263%), o que leva ao aumento da renda per capita e da riqueza global; quanto ao consumo da
energia primária, o aumento é maior que a população mundial, por isso tem-se um aumento
do consumo per capita de 23% no período de 38 anos, sendo que em 2011 obteve-se 1,88tep
(energia equivalente a quase duas toneladas de petróleo) per capita, ou seja 15MWh; as
emissões de CO 2 cresceram a uma taxa bem mais baixa que o consumo de energia primária,
aumento de 13%; já o consumo de energia elétrica triplicou no período, apresentou um
aumento, consequentemente verifica-se uma maior eficiência na exploração dos recursos
energéticos, representados pela relação entre a energia final e primária, que diminuiu em 11%;
a intensidade energética representa a relação entre consumo de energia final pelo PIB, por isso
20
quanto menor for, maior é a eficiência energética da economia/produto, neste indicador o
resultado foi positivo com o decaimento pela metade do valor no período.
Tabela 1 – Indicadores energéticos mundiais de 1973 a 2011
INDICADORES ENERGÉTICOS
1973
2011
RELAÇ ÃO (%)
População (milhão)
3.938
6.958
76,7
PIB (bilhão USD 2005)
14.451
52.486
263,2
Renda per capita (USD 2005)
3.670
7.543
105,6
Energia primária (M tep)
6.034
13.113
117,3
Energia Final (M tep)
4.606
8.918
93,6
Energia final/Energia primária
Energia elétrica (M tep)
0,76
525
0,68
1.582
-10,9
201,3
Energia elétrica/Energia final
0,11
0,18
55,6
Energia primária per capita (tep)
1,53
1,88
23,0
Emissão de CO2 per capita (ton)
3,98
4,50
13,2
Intensidade energética primária (tep/USD 2005)
418
250
-40,2
Intensidade energética final (tep/USD 2005)
319
170
-46,7
Fonte: IEA, 2013
A partir do conhecimento dos mesmos indicadores energéticos, mas do período
de 1793 a 2004, Peréz-Lombard (2008) afirma que o consumo de energia está relacionado ao
desenvolvimento econômico e o crescimento da população, pois a globalização, a melhora das
condições de vida em regiões emergentes e o desenvolvimento das redes de comunicação
promovem a elevação do estilo de vida e das necessidades de energia para os padrões de
consumo. Este sistema linear de uso da energia e socioeconômico caminha para o
esgotamento dos combustíveis fósseis e para um grave impacto ambiental caso não ocorram
medidas políticas globais de intervenção e revolução da sociedade.
Para o setor residencial, Peréz-Lombard (2008) apresenta que o tamanho e a
localização da edificação são fatores de maior influência para o consumo energético, sendo
que a quantidade e tipo de energia utilizada estão relacionados ao tempo, projeto
arquitetônico, sistemas de economia de energia e nível dos ocupantes. Por isso, caso não haja
medidas intervencionistas que influenciem os hábitos da população, o consumo neste setor irá
crescer, pois novos aparelhos serão instalados e a área construída terá expansão.
No setor residencial brasileiro verifica-se que as principais fontes de energia
consumidas são de eletricidade, lenha e GLP. O consumo da energia de eletricidade mantevese crescendo até 2000, sendo que em 1996, ela ultrapassou o consumo da energia de lenha, a
qual era a mais consumida até então. Quando ocorreu o racionamento de energia elétrica no
período de 2000 a 2001, a lenha voltou a apresentar maior consumo que a eletricidade, quadro
21
que se manteve até 2008. Hoje a energia de eletricidade se mantém como a mais consumida
pelo setor residencial brasileiro (Figura 2).
Figura 2 – Consumo energético final no setor residencial brasileiro
Fonte: Balanço Nacional de Energia (BRASIL, 2012c)
A energia elétrica consumida no Brasil é originária principalmente de hidroelétricas.
Segundo o Relatório Final do Balanço Nacional de Energia (BRASIL, 2012c), a energia
elétrica a partir de hidroelétricas correspondeu a 81,9% em 2011, uma pequena parcela
derivada de biomassa, gás natural, nuclear, derivados do petróleo, carvão mineral e eólica
completam as fontes de energia elétrica ofertadas no país (Figura 3).
Figura 3 – Oferta Interna de Energ ia Elétrica por Fonte em 2011
Notas: ¹Inclui gás de coqueira
²Inclui importação de eletricidade
³Inclui lenha, bagaço de cana, lixívia
e outras recuperações
Fonte: Balanço Nacional de Energia (BRASIL, 2012c)
22
Segundo o Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2012 (BRASIL, 2012b), o consumo
na rede do Brasil é de 433.034GWh sendo que a região centro-oeste representa 6,5% deste
total e o estado de Mato Grosso representa uma parcela pequena de 1,4% em relação a outros
estados, como São Paulo e Minas Gerais, 30% e 12%, respectivamente (Tabela 2).
Tabela 2 – Consumo de energia elétrica do Brasil e da região centro-oeste em 2011
BRASIL
População
CENTRO-OESTE
193.177 mil
14.319 mil
433.034 GWh
28.205 GWh
2.482 KWh/ano
1.970 KWh/ano
59.904 M W médio
-
Clientes totais
70.323 mil
5.317 mil
Clientes residenciais
59.907 mil
4.335 mil
Consumo total médio
513,1 KWh/mês
442,0 KWh/mês
Consumo residencial médio
155,8 KWh/mês
163,9 KWh/mês
Consumo na rede
Consumo per capita
Carga de energia
Fonte: Anuário estatístico de energia elétrica 2012 (BRA SIL, 2012b )
Nestes estados o setor industrial apresenta consumo de duas e quatro vezes mais que o
setor residencial, o que se diferencia do estado de Mato Grosso, em que estes setores
apresentam consumos semelhantes. Desta forma, verifica-se que nos estados de São Paulo e
Minas Gerais o setor industrial apresenta um maior consumo energético, sendo importante a
realização de medidas de conservação de energia principalmente neste setor. Assim, no es tado
de Mato Grosso, medidas de conservação de energia no setor residencial resultarão em um
impacto considerável, tendo em vista as semelhanças no valor de consumo.
Na tabela 3, o consumo residencial médio de Mato Grosso é de 176,7kWh/mês,
superior à média nacional de 155,8kWh/mês, no entanto é inferior ao consumo residencial
médio de São Paulo que é de 204,11kWh/mês (BRASIL, 2012b).
Tabela 3 – Consumo de energia elétrica do Mato Grosso por setor em 2011
Total
6.278 GWh
100,0%
Residencial
1.772 GWh
28,2%
Industrial
1.849 GWh
29,5%
Co mercial
1.256 GWh
20,0%
Rural
715 GWh
11,4%
Público
670 GWh
10,7%
16 GWh
0,3%
Consumo próprio
Fonte: Anuário estatístico de energia elétrica 2012 (BRA SIL, 2012b )
23
Como o consumo médio está relacionado ao PIB, um menor consumo residencial
médio não garante que uma residência apresente uma maior economia de energia, muitas
vezes, as residências com menor consumo não possuem todos os eletrodomésticos
necessários, não estando relacionado à utilização de equipamentos e siste mas mais eficientes.
Ao analisar o consumo final das residências do Centro-Oeste na Figura 4, verificase que os maiores responsáveis pelo consumo energético são chuve iro (28%) e geladeira
(24%) e os gastos com condicionamento do ar vem em terceiro lugar com 18% junto com
lâmpada (12%). Estes quatro equipamentos correspondem a 82% do consumo residencial,
por isso deve priorizá- los para medidas de redução do consumo.
Ferro, 3%
Som, 3%
Lava roupa, 1%
Freezer, 7%
Televisão, 7%
Lâmpadas, 12%
Cond.
Ambiental, 18%
Geladeira, 24%
Chuveiro, 28%
Figura 4 – Consumo final na carga residencial da região Centro-Oeste
Fonte: ELETROBRÁS e PROCEL, 2007 (Adaptado pelo autor)
Ao alterar a porcentagem por valores quantitativos, chuveiro, geladeira, ar
condicionado e lâmpadas são responsáveis pelo consumo de 23.080,71GWh na região
centro-oeste. Ao se considerar que este consumo é equivalente para os estados da região,
nas residências do estado de Mato Grosso consome-se em média 144,89kWh/mês de
energia para o uso de chuveiros, geladeira, condicionamento ambiental e lâmpadas.
2.2.1. Tarifação de energia elétrica
Para o estudo da tarifação de energia elétrica, é necessário, a princípio, considerar
alguns conceitos e definições. O Manual da Tarifação de Energia Elétrica (PROCEL, 2011)
define que potência é a quantidade de energia elétrica solicitada na unidade de tempo, sendo
expressa em watts (W) ou quilowatts (kW). E consumo de energia elétrica é definido como a
quantidade de potência elétrica (kW) consumida em um intervalo de tempo, expresso em
quilowatt- hora (kWh). Desta forma, o consumo de um equipamento eletroeletrônico é o
produto da potência pelo seu período de utilização e, em uma instalação residencial, comercial
ou industrial, o consumo é a soma da demanda medida multiplicada pelo período de
integração. A demanda medida, utilizada para fins de faturamento, é a maior demanda de
potência ativa, verificada por medição, integralizada no intervalo de 15 minut os durante o
período de faturamento, expressa em quilowatts (kW) (PROCEL, 2011).
24
O horário de ponta é o período de três horas consecutivas exceto sábados, domingos e
feriados nacionais, definido pela concessionária, em função das características de seu sistema
elétrico (PROCEL, 2011). Em Cuiabá, corresponde ao horário das 18 às 21horas. Segundo a
notícia divulgada no site do “MT Agora”, durante o horário de verão 2012/2013, o estado de
Mato Grosso teve uma redução de demanda de potência na ponta de 4%, ou seja, 56MW, o
que equivale a desligar dois municípios do porte de Cáceres (MT Agora, Mato Grosso
economiza 4% de energia, 2013). Esta redução na ponta é um dos objetivos de se adotar o
horário de verão, pois ocorre a diminuição do carregamento nas linhas de transmissão,
subestações e sistemas de distribuição de energia, aliviando também a geração.
No estado de Mato Grosso, os períodos sazonais são sete meses de período seco indo
de maio a novembro e são cinco meses de período úmido indo de dezembro a abril (PROCEL,
2011). Esta diferenciação ocorre pois no períodos secos o nível de água nas hidrelétricas baixa
e reduz a geração de energia. Para isso, o custo da energia é diferenciado entre os períodos,
para provocar a diminuição do consumo e da demanda nos períodos em que se tem menor
geração, já que a matriz energética brasileira é de usinas hidrelétricas.
A tarifa é o preço da unidade de energia elétrica (R$/MWh) e/ou da demanda de
potência ativa (R$/kW). O setor residencial geralmente se enquadra no grupo tarifário B, que
apresenta tensão até 2.300volts, assim a tarifa é monômia: os preços são aplicáveis
unicamente ao consumo de energia elétrica ativa (kWh) (PROCEL, 2011).
O sistema tarifário residencial em vigência está apresentado na Tabela 4, há uma
parcela correspondente à utilização do sistema de distribuição de energia elétrica (TUSD Tarifa de Uso dos Sistemas Elétricos de Distribuição) e outra ao consumo de energia (TE Tarifa de Energia Elétrica). Desta forma, o valor do quilowatt-hora da tarifa B1-residencial é
de R$0,34, estes valores ainda não apresentam acrescidos os encargos tributários.
Tabela 4 – Sistema Tarifário da Classe de Consumo Residencial
TUSD
TE
TOTA L
(R$/MWh)
(R$/MWh)
(R$/MWh)
167,28
175,54
342,82
-
-
-
B1 – Consumo Mensal até 30kWh
56,54
61,44
117,98
B1 – Consumo Mensal entre 31kWh e 100kWh
96,93
105,33
202,26
B1 – Consumo Mensal entre 101kWh e 220kWh
145,39
157,99
303,38
B1 – Consumo Mensal superior a 220kWh
161,55
175,54
337,09
Subgrupo
B1 – Residencial
B1 – Residencial Baixa Renda
Fonte: Resolução Ho mologatória A NEEL Nº1506/2013 (ANEEL, 2013)
25
2.3. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A partir das intenções de se utilizar adequadamente a energia elétrica em consequência
das crises energéticas, aumentaram os estudos e incentivos tanto do governo como das
concessionárias de energia para a eficiência energética. Esta preocupação vem com a
finalidade de aperfeiçoar o que já está disponível. O consumo energético deve ser controlado,
pois se ocorrer de forma desmedida, nem as infraestruturas em desenvolvimento serão
suficientes para atender a demanda. Por isso, além de ampliar a geração, transmissão e
distribuição energética, são necessárias aperfeiçoar as estruturas existentes.
A eficiência energética é a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia.
Um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas
condições ambientais com menor consumo de energia (LAMBERTS, 1997). O Plano
Nacional de Eficiência Energética (2011) apresenta que a eficiência energética refere-se a
ações de diversas naturezas que culminam na redução da energia necessária para atender as
demandas da sociedade por serviços de energia sob a forma de luz, calor/frio, acionamento,
transportes e uso em processos. Verifica-se que a eficiência energética aborda várias áreas,
sendo necessário obter uma eficiência elétrica com a substituição por equipamentos com
menor potência, uma eficiência luminosa com a utilização de lâmpadas com maior quantidade
de lumens por W, um melhor desempenho térmico da envoltória entre outras ações que em
conjunto são responsáveis pela diminuição do consumo de energia sem que haja uma
alteração na qualidade da edificação.
Na Figura 5 é apresentado como será o panorama futuro com conservação da energia
elétrica no setor residencial brasileiro até 2021 e sem conservação da energia. A energia
nacional conservada poderá ser de 9,2% em 2021 em relação ao consumo usual, chegando a
economizar 17.517GWh, que é equivalente a três vezes o consumo do Mato Grosso em 2011.
Consumo energético
(GWh)
Figura 5 – Consumo de energia elét rica e eficiência energética no setor residencial
250.000
Sem conservação
200.000
Conservação
150.000
100.000
50.000
2012
2016
Estimativa para os próximos anos
Fonte: Plano Decenal de Expansão de Energia - 2021 (BRASIL, 2013)
2021
26
Para a redução de energia nos edifícios são necessários medidas de controle. Iwaro et
al. (2010) afirma que os regulamentos energéticos para edifícios desempenham papel
favorável à redução, sendo amplamente utilizados como instrumento de controle de consumo.
O consumo energético de um edifício depende de inter-relação de diversas varáveis
microclimáticas locais e das características construtivas, por isso se torna um sistema muito
complexo de energia. Em virtude destas implicações e em consideração ao elevado consumo
de energia das edificações, é necessária à introdução de ferramentas de análises
termoenergéticas rigorosas e capazes de avaliar adequadamente as implicações energéticas
operacionais de cada projeto, podendo prever resultados que contribuam na tomada de
decisões arquitetônicas e técnicas pelos profissionais envolvidos.
Mas para que ocorram estas análises energéticas, Casals (2006) afirma que as
normalizações (regulação obrigatória e de certificação) apresentam relevância primordial para
alcançar uma introdução eficaz de ferramentas de análise de energia no sector da construção
devido à falta de tradição existente atualmente.
Para que estes regulamentos estejam de acordo com os objetivos, sistemas construtivos
e energéticos e clima do local, cada nação tem desenvolvido seus próprios padrões de
eficiência energética estabelecendo requisitos mínimos do edifício em matéria de construção
sustentável. Segundo Melo (2014), estas normas são baseadas na concepção do ASHRAE
90.1 Standard – Padrão energético para construções exceto residências de baixa altura. ,
A partir das preocupações e necessidades de conservação de energia no Brasil,
estratégias de eficiência energética, novos regulamentos de construções e esquemas de
certificação que agora incluem requisitos mínimos vêm sendo desenvolvidos para incentivar a
eficiência energética nacional. Assim, surgiu a Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000, que
dispõe sobre realização de investimentos em pesquisa e desenvolvimento e em eficiência
energética por parte das empresas concessionárias, permissionárias e autorizadas do setor de
energia elétrica, e dá outras providências.
“As concessionárias de geração e empresas autorizadas à produção independente de
energia elétrica ficam obrigadas a aplicar, anualmente, o montante de, no mínimo ,
1% (u m por cento) de sua receita operacional líqu ida em pesquisa e
desenvolvimento do setor elétrico” (BRASIL, 2000).
Este montante deve ser distribuído em 40% para Fundo Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico – FNDCT; 40% para projetos de pesquisa e desenvolvimento,
segundo regulamentos estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, e
20% para o Ministério de Minas e Energia, a fim de custear os estudos e pesquisas de
27
planejamento da expansão do sistema energético, bem como os de inventário e de viabilidade
necessários ao aproveitamento dos potenciais hidrelétricos.
No ano seguinte surgiu a Lei nº 10.295, de 17 de Outubro de 2001, que dispõe sobre a
Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia e outras providências, conhecida
como Lei de Eficiência Energética.
“O Poder Executivo estabelecerá níveis máximos de consumo específico de energia,
ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de
energia fabricados ou comercializados no País, com base em indicadores técnicos
pertinentes” (BRASIL, 2001).
A lei também apresenta que após um ano da publicação dos níveis, deverá realizar um
Programa de Metas para incentivar o processo de evolução e o Poder Executivo deverá
desenvolver mecanismos para ampliar a eficiência energética para as edificações construídas
no país.
No mesmo ano, foi aprovado o Decreto nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001
(BRASIL, 2001), que regulamenta a Lei nº 10.295, citada acima, e dá outras providências.
Assim como institui um comitê, formado por representantes do Ministério de Minas e
Energia, do Ministério da Ciência e Tecnologia, do Ministério do Desenvolvimento, Indústria
e Comércio Exterior, da Agência Nacional de Energia Elétrica, Agência Nacional do Petróleo
e, especialistas em matéria de energia, um representante de universidade brasileira e um
cidadão brasileiro. Este comitê é responsável, por implementar a aplicação da Lei de
Eficiência energética, propondo indicadores de consumo de energia, elaborando mecanismos
de avaliação e procedimentos para comprovação.
2.4. RTQ-R: MÉTODO PRESCRITIVO E SIMULADO
Ao considerar o compromisso de atender a Lei nº 10.295, de 17 de Outubro de 2001 e
de acordo com o Decreto nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001, havendo a necessidade de
instituir regras equânimes e de conhecimento público para os segmentos de projeto e
construção de Edificações Residenciais, foi revisada pela Portaria n.º18, de 16 de janeiro de
2012, o Regulamento Técnico da Qualidade - RTQ para o Nível de Eficiência Energética de
Edificações Residenciais. O regulamento se baseia nas normas brasileiras apresentadas
anteriormente ABNT-15220 (2008) e ABNT-15575 (2013) entre outras, e em normas
internacionais como da ASHRAE e a ISO 25745-1 (2012).
Estes regulamentos têm como objetivo classificar edifícios de acordo com cinco
níveis: de "A" (mais eficiente) a "E" (menos eficiente). Segundo Melo (2014), por serem
28
desenvolvidos para climas brasileiros, sua aplicação em edifícios existentes podem reduzir o
consumo energético em cerca de 30% e cerca de 50% em novos edifícios.
No primeiro capítulo do regulamento são apresentadas as definições, símbolos e
unidades necessários para a compreensão e sua aplicação. No segundo capítulo apresentam-se
considerações gerais como o pré-requisito para níveis A ou B, havendo mais de uma unidade
habitacional autônoma no mesmo lote, ainda não construída, devem possuir medição
individualizada de eletricidade e água. Os procedimentos para determinação da eficiência
entre os cinco níveis são para unidades habitacionais autônomas; edificações unifamiliares;
edificações multifamiliares; e, áreas de uso comum de edificações multifamiliares ou de
condomínios de edificações residenciais (Figura 6 e Tabela 5).
Figura 6 – Esquema de avaliação do RTQ-R
UNIDADES HABITACIONAIS
AUTÔNOMAS & EDIFICAÇÃO
UNIFAMILIAR
• avaliam-se desempenho térmico da envoltória, eficiência
do sistema de aquecimento de água e bonificações
EDIFICAÇÕES
MULTIFAMILIARES
• pondera-se o resultado da avaliação de todas as unidades
habitacionais autônomas da edificação;
ÁREAS DE USO COMUM
• avaliam-se eficiência do sistema de iluminação artificial,
sistema de aquecimento de água, dos elevadores, das
bombas centrífugas, dos equipamentos e bonificações
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
Tabela 5 – Nível de eficiência de acordo com a pontuação e equivalente numérico
Pontuação (PT)
Nível de Eficiência
EqNu m
PT ≥ 4,5
A
5
3,5 ≤ PT < 4,5
B
4
2,5 ≤ PT < 3,5
C
3
1,5 ≤ PT < 2,5
D
2
PT < 1,5
E
1
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
Para a classificação do nível de eficiência para Unidades Habitacionais Autônomas e
Edificação Unifamiliar deve seguir a Equação 2.1 do RTQ-R (Equação 1).
Equação 1
Onde:
: pontuação total do nível de eficiência da unidade habitacional autônoma;
: coeficiente de acordo com a reg ião geográfica na qual a edificação está localizada;
: equivalente nu mérico do desempenho térmico da envoltória da unidade habitacional autônoma
quando ventilada naturalmente pelo método prescritivo ou método de simulação e após a verificação dos prérequisitos da envoltória;
: equivalente nu mérico do sistema de aquecimento de água;
: pontuação atribuída a iniciativas que aumentem a eficiência da edificação.
* os parênteses do termo “
” foram adaptados pelo autor
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
29
Para a classificação do nível de eficiência para Edificações Multifamiliares deve-se
fazer ponderação da classificação de todas as unidades habitacionais autônomas da edificação
pela área útil das UHs, excluindo terraços e varandas. Já para a classificação do nível de
eficiência para áreas de uso comum deve utilizar as Equações 2.2 a 2.5 do RTQ-R.
No terceiro e quarto capítulos estabelecem-se os critérios para avaliação do nível de
eficiência energética das unidades habitacionais autônomas (UH) e edificaçõe s unifamiliares.
Esta avaliação, assim como se verifica na Equação 01, apresenta três pontos para avaliação:
envoltória, sistema de aquecimento de água e bonificações (Quadros 1, 2 e 3).
Quadro 1 – Avaliação da envoltória EqNumEnv
Não atendimento a este pré-requisito
Transmitância térmica, capacidade térmica e absortância solar das
implica em no máximo nível C nos
paredes externas e coberturas, Tabela 3.1 do RTQ-R
EqNumEnvAmbResf , EqNumEnvAmbA
e EqNumEnvAmbRefrig.
Prérequisitos
Ventilação Natural de acordo com a Tabela 3.2 do RTQ-R;
Não atendimento a este pré-requisito
Ventilação cruzada as aberturas devem atender à proporção
implica em no máximo nível C no
indicada na Equação 3.5 do RTQ-R
EqNumEnvAmbResfr .
Não atendimento a este pré-requisito
A soma das áreas de aberturas para iluminação natural de cada
implica em no máximo nível C nos
ambiente deve corresponder a no mínimo 12,5% da área útil
EqNumEnvAmbResfr , EqNumEnvAmbA
e EqNumEnvAmbRefrig.
Naturalmente ventilada: Cálculo do indicador de graus-hora para
resfriamento GH R e do consumo relativo para aquecimento CA e
determinação
dos
EqNumEnvAmbResfr,
EqNumEnv – Equação 2.1 do RTQ-R
EqNumEnvAmbA,
EqNumEnvResfr, EqNumEnvA, e EqNumEnv
M étodo
Prescritivo
Condicionada artificialmente: Cálculo consumo relativo para
refrigeração C R e determinação dos
EqNumEnvAmb Refrig
e
EqNumEnvRefrig
Obtenção do nível A de eficiência
neste item é obrigatória, caso se deseje
obter
a
bonificação
de
condicionamento artificial de ar
Pré-requisitos: programa de simulação e arquivo climático
Condições para a modelagem da envoltória
Procedimentos
para
naturalmente
ventilada:
compara
os
indicadores de graus-hora de resfriamento (GH R) dos ambientes de
M étodo
de
permanência prolongada da UH com os níveis de eficiência das
tabelas do arquivo climático utilizado na simulação
Simulação
Procedimentos para condicionada artificialmente: compara os
consumos relativos para aquecimento (CA) e para refrigeração (C R)
com os níveis de eficiência das tabelas
Determinação
do
EqNumEnvAmb Resfr,
EqNumEnvAmbA,
EqNumEnvResfr, EqNumEnvA, e EqNumEnv
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
EqNumEnv – Equação 2.1 do RTQ-R
30
Na avaliação da envoltória os critérios estabelecidos como pré-requisitos de
transmitância térmica, capacidade térmica e absortância solar das paredes externas e
coberturas para as diferentes Zonas Bioclimáticas foram baseados nos critérios estabelecidos
nas partes 4 e 5 da NBR15575 (2008) e na parte 3 da NBR15220 (2008). Já os critérios para
áreas mínimas de abertura para ventilação em relação à área útil é baseado na parte 4 da
NBR15575 (2008) (Quadro 1).
Na avaliação do sistema de aquecimento da água (Quadro 2), para a região centrooeste, o RTQ-R define que em caso da não ocorrência de sistema de aquecimento da água, o
EqNumAA passa a corresponder a 1, referente ao pior nível, diferente do norte e nordeste, que
corresponde a 2 (nível B). Este critério vem apresentado discussões, pois se tem a hipótese de
que na cidade de Cuiabá, por possuir um clima quente, não haveria tanto co nsumo por este
equipamento nas residências. No entanto, será computado o EqNumAA assim como determina
o regulamento, por ainda não haverem estudos que apresentem uma contraprova do consumo
e que permitem definir este critério mais detalhado em relação a cada cidade.
Quadro 2 – Avaliação do sistema de aquecimento de água EqNumAA
Tubulações para água quente devem ser apropriadas
Reservatório apresenta resistência térmica mínima de 2,20 (m²K)/W.
Tubulações metálicas: isolamento térmico com espessura mínima, em
Pré-requisitos
centímetros (cm), determinada pela Tabela 3.44 do RTQ-R;
Tubulações não metálicas: espessura mínima do isolamento deve ser de 1,0cm,
Deve ser atendido
para os níveis A e B
para qualquer diâmetro nominal de tubulação, com condutividade térmica entre
0,032 e 0,040 W/mK.
Sistema de aquecimento Solar
Sistema de aquecimento a gás
Determinação
eficiência
da
Bombas de calor
Sistema de aquecimento elétrico
Caldeiras a óleo
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
A avaliação do sistema de condicionamento artificial de ar em residências apenas
ocorre em um critério de pontuação da bonificação (Quadro 3). Mas Leão (2007), ao analisar
a carta bioclimática de Cuiabá, para o ano de referência (TRY) 1994, afirma que mesmo que a
edificação residencial atenda a todas as estratégias passivas de resfriamento, ainda será
necessário o uso do ar condicionado em 8,5% das horas. Ao se considerar a necessidade do
uso tão acentuado do ar condicionado e tendo em vista que este sistema representa 18% do
consumo energético de uma residência do centro-oeste, verifica-se que a classificação do
31
RTQ-R deveria sensibilizar-se mais com eficiência energética deste sistema para Cuiabá, não
sendo apenas um critério de bonificação de 0 a 0,2.
Quadro 3 – Sistema de Bonificações
B1
Ventilação natural
0 a 0,40
B2
Iluminação natural
0 a 0,30
B3
Uso racional de água
0 a 0,20
B4
Condicionamento artificial de ar
0 a 0,20
B5
Iluminação artificial
0 a 0,10
B6
Ventiladores de teto instalados na UH
0 a 0,10
B7
Refrigeradores instalados na UH
0 a 0,10
B8
M edição individualizada
0 a 0,10
Bonificações
Somatório de cada bonificação específica
0 a 1,00
Fonte: RTQ-R (BRASIL, 2012a)
Nos quinto e sexto capítulos são estabelecidos os critérios para avaliação do nível de
eficiência energética de edificações multifamiliares e das áreas comuns. No entanto, a
avaliação destes pontos não será abordada por este trabalho.
2.5. ETIQUETAGEM
O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) surgiu na década de 1970, a princípio
apenas para o setor automotivo. O PBE faz exigências relacionadas ao desempenho dos
produtos no campo compulsório baseando-se no estabelecimento de níveis mínimos de
eficiência energética. Atualmente, ele possui 38 Programas de Avaliação da Conformidade
agrupando desde veículos até fogões, refrigeradores, condicionadores de ar, aquecimento
solar e fotovoltaico e, evidenciado nesta dissertação, as edificações, as quais apresentam um
grande potencial de economia de energia para o país.
Os objetivos do PBE são prover informações úteis que influenciem a decisão de
compra dos consumidores e estimular a competitividade da indústria. Desta forma, foram
criadas premiações, como o Selo CONPET do Programa Nacional da Racionalização do Uso
dos Derivados do Petróleo e do Gás Natural e Selo PROCEL Programa Nacional de
Conservação de Energia Elétrica.
A etiquetagem evidencia o atendimento dos requisitos mínimos de desempenho
determinados por normas e regulamentos por meio de uma Etiqueta Nacional de Conservação
de Energia (ENCE). A ENCE classifica os equipamentos, veículos e edifícios com letras em
faixas coloridas, geralmente a mais eficiente como “A” na cor verde e a menos como “E” na
cor vermelha.
32
A portaria n.º 50, de 01 de fevereiro de 2013, aprova o documento de Requisitos de
Avaliação da Conformidade para a Eficiência Energética de Edificações de forma unificada,
tanto para edificações residenciais como para comerciais, serviços e públicas, no qual são
estabelecidos critérios para a concessão da ENCE. Esta avaliação pode ser feita do projeto
e/ou da edificação construída.
O processo de avaliação inicia-se com o proprietário encaminhando toda a
documentação necessária para avaliação do projeto ao laboratório de inspeção, o qual verifica
a documentação e aplica o RTQ-R ou RTQ-C, identificando os níveis de eficiência. Então o
laboratório solicita o registro da ENCE projeto e expede ao proprietário a ENCE projeto
registrada. Com a edificação construída, inicia-se novamente o processo, mas agora para
obtenção da ENCE, incluindo a ENCE projeto, a avaliação da edificação totalmente
construída.
Para edificações residenciais são expedidas as ENCE de projeto e de edificações
construídas de unidade habitacional autônoma, de edificação multifamiliar e das áreas de uso
comum. Existem pequenas diferenças entre as ENCE de unidade habitacional autônoma
quanto às zonas climáticas com ou sem avaliação da eficiência para o inverno e com a
obtenção ou não de bonificações (Figura 7).
Figura 7 – ENCE de Unidade Habitacional Autônoma Construída
Fonte: RA C (BRASIL, 2013)
33
2.6. COMPARAÇÕES E LIMITAÇÕES DO RTQ
O sistema de avaliação LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) é um
sistema de certificação e orientação ambiental para edificações com objetivo de fomentar o
perfil dos projetos, obra e uso das edificações, sempre com foco na sustentabilidade de suas
atuações. Entre os pré-requisitos de avaliação deste sistema, existe um relacionado com o
desempenho mínimo de energia, o qual compara os custos de energia do modelo proposto
com a construção de um modelo de referência. Este modelo utiliza os pré-requisitos
apresentados no Apêndice G do ASHARE Standard 90.1, os quais são relacionados de acordo
com a zona bioclimática os parâmetros de transmissão térmica das paredes e do telhado,
relação de área de aberturas e fator solar do vidro e os sistemas de densidade de potência de
iluminação e condicionamento do ar.
Na avaliação como o RTQ, também são utilizados estes pré-requisitos e ao comparar
especificamente como parte do LEED (apenas relacionado ao Apêndice G do ASHARE
Standard 90.1) como o método de avaliação do RTQ-C, eles se aproximam muito com o
método de comparação do consumo energético de um modelo de referência. Já no RTQ-R,
por ser considerado o uso de ventilação natural, não são comparados os consumos em relação
a um modelo de referência, mas se classifica de acordo com a somatória de graus-horas a
partir da temperatura operativa em relação a uma tabela padrão.
Para verificar os resultados do regulamento brasileiro de classificação de edifícios
num panorama internacional, Melo (2014) estudou a relação entre os resultados de dois
edifícios comerciais e um residencial nas cidades de Brasília, Rio de Janeiro e Belém,
classificados com os regulamentos nacionais e pelo sistema LEED:
a) Edifícios comerciais: em Brasília, o Edifício 01 demonstrou equivalência entre os
dois métodos para o nível C de classificação e o Edifício 02 equivalência no nível B;
no Rio de Janeiro, ambos os edifícios demonstram equivalência no nível B; em Belém,
ambos os edifícios demonstram equivalência no nível A; o modelo de referência
proposto pela ANSI/ASHRAE Standard 90.1-2007 (com 10% de redução de
certificação LEED) é equivalente para alguns níveis em relação ao regulamento
brasileiro, mas no nível A do RTQ-R nenhuma das construções comerciais
demonstraram que podem cumprir os requisitos para a certificação LEED com
redução inferior a 10%;
b) Edifícios residenciais: O modelo de referência proposto pela ANSI/ASHRAE
Standard 90.1 de 2007 demonstrou um resultado do consumo de energia maior que o
34
RTQ-R no nível C; recomenda-se o LEED ND com crédito 1 no nível C para Brasília
e Rio de Janeiro por serem equivalentes ao regulamento brasileiro, para Belém, a
equivalência é para o nível B; uma diferença significativa entre os dois modelos está
relacionada ao sistema de energia, os valores considerados para o regulamento
brasileiro são inferiores.
Com este estudo, verificam-se que os métodos e pré-requisitos da regulamentação
brasileira se baseiam nas internacionais e, desta forma, alguns resultados apresentaram valores
equivalentes. No entanto o sistema de avaliação se difere, pois o LEED consiste em realizar
um Check List de pontuações, de forma que alguns pontos negativos possam ser substituídos
por ações positivas. Neste quesito, a regulamentação brasileira se sobressai, pois nela analisase o resultado final do conjunto. Mesmo assim, mais estudos devem ser realizados para
comparar os RTQs no panorama internacional, mas já é possível concluir que eles seguem as
tendências de outros países e que dependendo dos objetivos nacionais podem ampliar para as
avaliações de emissões tóxicas e de impacto ambiental.
Atualmente impulsionados por questões mercantis de venda de produtos e serviços,
vem sendo lançados edifícios que vão além das definições mínimas governamentais de
classificações, são os edifícios denominados de “alta eficiência” ou “consumo zero”. Segundo
Casals (2006), na Alemanha e nos Estados Unidos há certificações baseadas no consumo
negativo, ou seja, edifícios que relacionam a produção líquida de energia operacional. No
entanto, para alcançar estes níveis baixíssimos (ou negativo) de demanda energética, requer
empregar tecnologias mais complexas, agregar materiais com elaborado processo de produção
e equipamentos adicionais de condicionamento.
Desta forma, Casals (2006) afirma que ao se analisar o ciclo de vida destes edifícios,
verifica-se que ocorre uma falsa certificação, pois estes edifícios poderão ter um impacto
energético pior do que de outros edifícios. Por isso, o autor complementa que, quando esses
aspectos escaparem dos regimes de regulação de energia ou de certificação, pode levar a uma
situação errônea ao descartar ou atribuir um menor nível ao edifício com menor consumo de
energia no ciclo de vida, mas que não atinge os requisitos regulamentares de energia
operacionais, assim o mercado se distancia da sustentabilidade e torna o regime de
certificação inútil.
De acordo com a crítica apontada pelo autor, a regulamentação brasileira é uma das
que se encaixa em uma falsa certificação. No RTQ, a escolha dos materiais da envoltória para
um menor consumo energético consiste apenas ao considerar suas características térmicas sem
que haja uma análise da energia consumida no processo de produção e construção. Se pré-
35
requisitos fundamentados na análise de ciclo de vida e questões relacionadas à
sustentabilidade, como limites de emissão de CO 2 , não forem adotadas nos regulamentos, não
será possível superar as restrições ambientais para que haja um rápido desenvolvimento
econômico.
Gali et al. (2012) aponta para a questão da complexidade dos edifícios, em cada país
existem metodologias diferentes de cálculo, as quais, geralmente, adaptam-se melhor aos
edifícios residenciais por serem mais simples. Mas não se pode generalizar, assim como
existem edifícios comerciais mais simples, existem residências mais complexas. O nível de
complexidade de um edifício aumenta de acordo com a quantidade de interações que ocorrem:
os materiais e geometria do edifício, exigências ambientais internas e as condições de
conforto, os equipamento em uso, os horários de trabalho, as pessoas envolvidas, as relações
entres as zonas. Assim que aumenta a complexidade do edifício, aumentam as variáveis e,
então, aumentam os erros do próprio cálculo do modelo e erros da má interpretação pelo
usuário responsável pela informação dos dados e análise da simulação, que em algumas
situações tem de enfrentar uma série de suposições. Em visto disso, Gali et al. (2012), afirma
que estas inter-relações podem ter fortes efeitos sobre os resultados de demanda de
aquecimento e arrefecimento e orienta que cada zona deve ser avaliada individualmente em
edifícios complexos obtendo-se uma “hipótese de certificação”.
Mesmo que as ferramentas exijam uma portabilidade de modelagem energética com
métodos dinâmicos, que os dados sejam obtidos em uma extensa base dados nacionais e que
os usuários estejam capacitados para utilizar as ferramentas, ainda haverá o controle do
avaliador (a interpretação pessoal) ao utilizar a ferramenta. Por isso, deve-se realizar a
calibração do modelo em períodos menores, para que ocorra uma aproximação dos dados
reais (medidos) e simulados.
2.7. CALIBRAÇÃO E AJUSTE DOS RESULTADOS
Assim como forem apresentadas as limitações do método de simulação, Coakley et al.
(2011) afirma que por serem ferramentas de simulação em processos estocásticos em edifícios
por um curto período de tempo, é difícil obter uma representação exata do modelo de
operação do edifício no mundo real, mas pela calibração pode-se conseguir uma representação
mais confiável e precisa.
Desta forma, a calibração deve ocorrer nos resultados simulados que apresentam pelo
menos alguma semelhança ao modelo real. Coakley et al. (2011) enfatiza que a finalidade da
calibração é diminuir a discrepância entre dos dados simulados em relação ao real. Por isso,
36
para a obtenção deste resultado inicial é necessário realizar simulações testes e alterar alguns
parâmetros duvidosos e que apresentam grandes mudanças nas variáveis de saída.
Pereira (2009), em estudo de caso de uma residência monitorada em Florianópolis,
identificou que ao realizar alterações nos parâmetros de resistência térmica dos materiais
pouca foi a influência nos valores de temperatura do ar dos ambientes, o que poderia não
contribuir significativamente na aproximação do modelo com as medições. No mesmo estudo,
a autora identificou que os parâmetros de temperatura do solo, absortância e ventilação foram
parâmetros que apresentaram maior influência. Por isso, estes parâmetros devem ser
trabalhados com prioridade.
Para a calibração para demanda energética já existem padrões estabelecidos para os
indicadores estatísticos, como o coeficiente de variação do erro quadrático médio –
CV(RMSE). Mas, de acordo com Mateus (2012), ainda existe a necessidade de se definirem
valores padrões que permitam determinar se um modelo de desempenho térmico se encontra
validado ou não, pois ainda não existem valores de consenso entre os pesquisadores ou
normatizados. Em estudo de caso de monitoramento da temperatura do ar, o autor considerou
adequado o valor de 10% para desvio médio máximo entre os valores simulados relacionados
aos medidos, correspondendo à ordem de grandeza do erro associado aos projetos de
engenharia.
Tahmasebi (2012), utilizou R² em calibração de simulação energética pois o principal
propósito do modelo desenvolvido é a previsão de resultados futuros e este indicador fornece
informações sobre a qualidade do ajuste de um modelo. Desta forma, entre a variação de zero
a um, o R² indica a linha de regressão que se encaixa perfeitamente os dados reais.
2.8. ENERGY PLUS (OPEN STUDIO E SKETCH UP)
O EnergyPlus, elaborado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, surgiu a
partir dos programas BLAST e DOE-2, que foram desenvolvidos no final da década de 70
como ferramentas de simulação de carga energética. Segundo o manual do programa, ele foi
desenvolvido para engenheiros e arquitetos com o objetivo de dimensionar o equipamento de
climatização adequado, desenvolver retrofit e estudos de análises de custo de ciclo de vida do
edifício e otimizar o desempenho da energia. Assim como outros, o EnergyPlus é um
programa de simulação desenvolvido para modelagem de edifícios associando aquecimento,
ventilação e ar condicionado (ENERGYPLUS, 2012).
O EnergyPlus é um programa de livre acesso e permite a entrada de vários outros
arquivos que descrevem o edifício a ser modelado e o ambiente que o rodeia, ou seja, foi
37
concebido para ser um elemento dentro de um sistema de programas que incluem até uma
interface gráfica para descrever o edifício. O programa produz vários arquivos d e saída, que
precisam ser analisados ou processados, a fim de dar sentido aos resultados da simulação
(ENERGYPLUS, 2012). A facilidade de acesso e diversidade de possibilidade de entradas e
saídas podem ser os motivos para que o programa venha sendo altame nte utilizado
internacionalmente por diversos grupos de pesquisa de eficiência energética e laboratórios de
certificação.
O programa SketchUp é uma ferramenta para construção de modelos em 3D, ou seja,
maquetes eletrônicas. Ele é fácil e intuitivo de usar, podendo ser utilizado para criar modelos
em 3D, desde o início ou importando dados existentes, como plantas em outros formatos e
localizações de terrenos do Google Earth. O programa também permite que outras
ferramentas sejam incorporadas ampliando suas ações, como criação de imagens
fotorrealísticas, e a inserção de atributos aos componentes (materiais de construção,
características térmicas). O livre acesso e a flexibilidade de utilização podem ser os motivos
que levem a ampla utilização deste programa.
O SketchUp permite a utilização do plugin OpenStudio, que facilita a inserção e
organização dos dados para que o modelo seja importado para o EnergyPlus. Desta forma, a
construção do modelo torna-se mais simples ao utilizar estas três ferramentas em conjunto,
aproveitando a forma fácil de desenhar em 3D no SketchUp, a simples inserção das
características térmicas dos materiais no OpenStudio e a diversidade de simulação de
variáveis térmicas e de eficiência energética com o EnergyPlus. Por estes e outros motivos, o
EnergyPlus é utilizado em diversos estudos de simulação termoenergética e eficiência
energética, além, de ser uma ferramenta útil, prática e confiável no processo de
desenvolvimento de projetos de edifícios.
2.9. O CLIMA QUENTE- ÚMIDO E QUENTE- SECO PARA ARQUITETURA
A fonte de energia, o sol, e sua interação com a atmosfera e toda a superfície do
planeta cria um padrão tendencional onde as características se repetem, essa interação
determina o comportamento do clima em todo o mundo (LEÃO, 2007).
O estudo do clima compreende tanto a formação resultante de diversos fatores
especiais e geomorfológicos que sejam provocados pela movimentação planetária de
translação e ou rotação, energia solar, latitude, altitude, ventos, distribuição das terras e das
águas, vegetação, etc, quanto às caracterizações definidas pelas variáveis: temperatura do ar,
38
umidade do ar, movimentos das massas de ar e precipitação, torna-se, pois, importante para a
compreensão do sistema atmosférico (MAITELLI, 1994).
As características temporais que caracterizam o clima da região que se situa a cidade
de Cuiabá determinam um padrão climático polarizado em duas estações definidas como,
quente seco e quente úmido, onde toda a pluviosidade se concentra em um período de seis
meses do ano, que vai de outubro março, sendo o restante do ano caracterizado por chuvas
irregulares e escassas.
Frota (2001) apresenta que o grau de umidade relativa do ar influencia as condições
climáticas de um local ao diferenciar as amplitudes das temperaturas diárias. Durante o dia em
dias úmidos, maior é a quantidade de água em suspensão, estas partículas absorvem a
radiação solar se aquecendo e funcionam como barreira para que a radiação atinja o solo.
Durante a noite, essas partículas dificultam que a radiação absorvida pelo solo seja dispersa
para o ar. Assim, as temperaturas não são tão altas durante o dia e nem tão baixas durante a
noite, apresentam amplitude térmica reduzida. Já em dias secos, uma grande quantidade de
radiação atinge o solo durante o dia e é perdida durante a noite, aumentando muito a
amplitude térmica. Portanto, a autora sugere a adoção de partidos arquitetônicos distintos em
função dos climas típicos brasileiros: quente-seco e quente-úmido.
Segundo Frota (2001), para o clima quente-seco deve-se adotar partidos com uma
inércia térmica elevada, que levará a um grande amortecimento do calor e um atraso térmico
significativo no número de horas, sendo que o vento não será be m vindo. Já para o clima
quente-úmido deve-se permitir a ventilação quando as temperaturas externas estiverem abaixo
das internas e adotar leve inércia térmica, para um rápido resfriamento do espaço interno.
2.10. ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA ZONA 7
Na parte 3 da NBR 15220 (2008) é apresentado o zoneamento bioclimático brasileiro
e as diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social (Figura 8). As oito
zonas brasileiras foram determinadas a partir das normais climatológicas aplicadas à carta
bioclimática de Givoni, tais cartas foram desenvolvidas para um padrão de usuário (GIVONI,
1992; GIVONI et al., 2011). A partir das características climáticas do ambiente (temperatura
do ar, temperatura de bulbo úmido e umidade relativa do ar), definiram-se diretrizes
favoráveis ao conforto térmico do usuário. Na NBR 15220-3 (2008), estas diretrizes são
apresentadas para cada zona bioclimática, assim como, os limites das propriedades térmicas
dos elementos construtivos (paredes e coberturas): fator solar, atraso térmico e transmitância
térmica.
39
Figura 8 – Zoneamento Bioclimático Brasileiro
Fonte: NBR15220-3 (A BNT, 2008)
A partir das normais climatológicas, a cidade de Cuiabá, segundo a NBR 15220
(2008), é classificada como pertencente à zona bioclimática 7, (Figura 9). As estratégias
indicadas são aberturas para ventilação sombreadas e pequenas (de 10% a 15% da área do
piso), paredes e coberturas pesadas (paredes: U2,20W/m²K; 6,5horas; FSo3,5% e
coberturas: U2,00W/m²K; 6,5horas; FSo,5%). Além do estabelecimento destes
índices, também se propõe:
a) Estratégia de desumidificação, para redução da umidade, por meio da renovação do ar
interno, com a promoção da ventilação dos ambientes.
b) Estratégia de resfriamento evaporativo e massa térmica para resfriamento, alta inércia
para redução das temperaturas internas.
c) Estratégias de ventilação, para redução das temperaturas, com ventilação seletiva, nos
período em que a temperatura interna seja superior à externa.
d) Estratégia de refrigeração artificial, o uso de resfriamento artificial será necessário
para amenizar a eventual sensação de desconforto térmico por calor.
Figura 9 – Normais climatológicas da zona bioclimát ica 7
Fonte: NBR15220-3 (A BNT, 2008)
40
3. LOCAL DE ESTUDO
Esta pesquisa foi desenvolvida no município de Cuiabá-MT, em uma região em em
crescimento ocupacional urbano, sendo escolhida uma edificação residencial resultante de um
processo de construção em série de um conjunto habitacional.
3.1. CUIABÁ : LOCALIZAÇÃO E CLIMA
O município de Cuiabá localiza-se na mesorregião Centro-Sul-Mato-Grossense, nas
coordenadas geográficas 15º 35’ 56” de latitude sul (S) e 56º 06’ 01” de longitude oeste (W)
de Greenwich (Gr). O município possui uma área de 3.538,17 km², sendo 254,57 km² de área
urbana (Lei n.º 4.719/04) e 3.283,60 km² de área rural. A sede municipal está situada à
altitude ortométrica de 177 metros (CUIABÁ, 2012).
Machado et al. (2012) realizou um estudo de sobreposição dos modelos de Köppen,
Thornthwaite & Matter e Strahler de classificação climática para a cidade de Cuiabá
relacionando uma maior variedade de elementos e fatores climáticos, definindo-se o clima
tropical subúmido seco, com chuvas de verão a outono. Ao analisar o climograma das
normais climatológicas (Figura 10) verifica-se a definição de dois períodos: um de novembro
a março (período quente úmido) e outro de maio a agosto (período quente seco), sendo abril e
outubros meses de transição entre os períodos. Leão (2007), por considerar não haver
consenso entre a quantificação dos meses para cada período entre os autores, optou pela
análise bioclimática do ano climático segundo períodos equivalentes (seis meses para cada) de
verão chuvoso (outubro a março) e inverno seco (abril a setembro).
Figura 10 – Climograma das normais climatológicas de 1961-1990 de Cuiabá-MT (períodos seco e úmido)
40
Úmido
35
Temp. máxima
Temp. mínima
Seco
Úmido
250
200
30
150
25
100
20
50
15
Preciptação (mm)
Temperatura do ar (ºC)
Preciptação acumulada
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun Jul
Meses
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Fonte: INM ET
3.2. DISPERSÃO E ZONEAMENTO URBANO
O processo evolutivo da cidade se configura por uma expansão territorial urbana
definida por interesses empresariais e políticos os quais levaram ao aumento do perímetro
41
urbano em desproporção ao aumento populacional. Este processo foi desencadeado pelos
interesses econômicos particulares de valorização de terras rurais, assim que passaram a
pertencer ao perímetro urbano. Desta forma, a densidade habitacional de Cuiabá é muito
baixa, de 23hab/ha (CUIABÁ, 2012).
A densificação urbana apresenta vantagens: uso racional de energia e preservação dos
recursos naturais, pois diminuem as distâncias das viagens e a emissão de poluentes;
otimização da infraestrutura; proteção das áreas agrícolas rururbanas; e, diversidade cultural e
social. Mas em excesso, apresenta desvantagens: aumento da poluição, a perda de qualidade
de vida, redução de áreas verdes e alterações microclimáticas (MASCARÓ et al., 2001).
Em contradição, o espalhamento urbano, que no caso brasileiro é decorrente da falta
de continuidade da malha urbana (vazios urbanos), também apresentam problemas, pois o
custo da terra tende a ser baixo, enquanto que o padrão de desenvolvimento é
economicamente insuficiente (MASCARÓ et al., 2001). O autor definiu parâmetros de
adensamento populacional considerando um padrão mais econômico de moradia (relação
custo de infraestrutura com quantidade de habitantes) sem perder a qualidade ambiental da
cidade, a densidade mais adequada variou entre 300 e 350hab/ha, sendo mínimo de 40hab/ha.
Para o desenvolvimento sustentável, Silva (2013) afirma que uma solução de
minimização para os impactos ambientais das cidades contemporâneas pode ser por meio de
um “metabolismo” circular, reduzindo as entradas e saídas do sistema, o qual é possível nas
cidades compactas (Figura 11).
Figura 11 – Diagrama de cidades com metabolismo circu lar
Fonte: SILVA (2013)
Em 2000 e 2010 em Cuiabá, o fenômeno de dispersão urbana passou de 9.202ha para
mais de 13.422ha e a área urbana se ampliou em 45,86%, enquanto que a população da cidade
cresceu apenas 13,54%. Apesar de ter ocorrido um acréscimo do numero de habitantes em
42
relação ao perímetro urbano (18,72 hab/ha, em 2000, para 21,25 hab/ha, em 2010), ao analisar
área efetivamente ocupada pela mancha urbana, a densidade apresentou um decréscimo (de
51,8 hab/ha para 40,3 hab/ha no mesmo período) (SILVA, 2013).
No mesmo estudo, constatou-se que em 15 anos será possível duplicar ou até triplicar
a população da cidade, mantendo a qualidade ambiental e o atual perímetro urbano com a
mesma proporção adequada de áreas verdes, superfície de água, equipamentos e infraestrutura
urbana. Para a mudança do cenário atual, deve-se promover a coesão social com o aumento da
densidade urbana e valorização dos espaços públicos, minimizando, a segregação
socioespacial, o processo de dispersão territorial e a dependência automotiva (SILVA, 2013).
Na Figura 12, verifica-se que ainda há áreas urbanas sem apresentarem uso e ocupação
representadas pela cor branca. Verifica-se que a região norte obteve maior ocupação
principalmente nas décadas de 70 a 80, com a criação do Centro Político Administrativo
estadual, sendo a região em destaque pelo desenvolvimento e dispersão territorial, pois
apresenta ocupações em áreas próximas ao perímetro limítrofe urbano e sem intraestrutura
urbana, cores verdes no mapa.
Figura 12 – Mapa da e xpansão urbana de Cuiabá div idido em regiões
Fonte: CUIABÁ, 2012 (adaptado pelo autor)
43
Por isso, Carvalho et al. (2001), apresenta o zoneamento urbano como sendo o mais
difundido instrumento urbanístico e, também, o mais criticado, tanto por sua eventual
ineficácia, quanto por seus efeitos perversos (especulação imobiliária e segregação
socioespacial). O autor ainda afirma que a zona de expansão urbana é a área que controla o
crescimento horizontal da cidade e para a sua delimitação deve-se se tomar cuidado, pois o
subdimensionamento pode favorecer a especulação imobiliária e o superdimensionamento
pode produzir uma urbanização muito rarefeita.
No zoneamento de uso e ocupação cuiabano, as áreas demarcadas de expansão urbana
se encontram muito distantes, próximas às regiões periféricas. Isto ocorre, mesmo com a
existência de vários vazios urbanos nos intermeios, os quais foram demarcados como zonas
de uso múltiplo, permitindo atividades residenciais, comerciais e institucionais.
3.3 Q UALIDADE TERMOENERGÉTICA X PROCESSO EVOLUTIVO HABITACIONAL
Segundo Romancini (2011), no ano de 1994, em Cuiabá, iniciaram-se novas formas de
produção do espaço urbano, denominados de condomínios horizontais e loteamentos
fechados. A autora afirma que esta nova morfologia revela a segregação socioespacial e a
ruptura do diálogo entre os diferentes, evidenciando uma cidade fragmentada, com
predomínio do espaço privado sobre o público, correspondendo ao processo de
mercantilização do solo, da moradia, dos meios de transporte coletivo e demais serviços
urbanos, bem como aspectos “naturais”, com as áreas vegetadas e de temperaturas mais
amenas.
Silva (2011), afirma que no caso de Cuiabá-MT, a implantação destes grandes
empreendimentos imobiliários leva ao aumento do custo operacional da cidade, pois são
instalados em áreas desprovidas de infraestrutura urbana. Nota-se que interesses sociais e a
função social da propriedade e da cidade são esquecidos quando se visam lucros.
Além das análises das questões urbanísticas e sociais da implantação destes
empreendimentos é necessário verificar a qualidade térmica e a eficiência energética das
habitações instaladas neste processo. Desta forma, ao se verificar o processo evolutivo e a
forma de produção urbana que vem ocorrendo ultimamente em Cuiabá, buscou-se um objeto
de estudo característico desta situação, uma edificação residencial, pertencente a um
loteamento habitacional horizontal fechado na região norte de Cuiabá.
44
4. M ATERIAIS E MÉTODOS
4.1. MATERIAIS
4.1.1. Edificação residencial
Ao verificar o zoneamento de Cuiabá-MT, segundo a Lei complementar nº232, lei de
uso e ocupação do solo de Cuiabá-MT, constata-se que a edificação em estudo pertence a uma
zona de ocupação urbana de uso múltiplo (ZUM), ou seja, é permitida a integração dos vários
usos e atividades. Próxima a edificação, existem a zonas de interesse ambiental 1 (ZIA 1) e a
área do Parque das Nascentes, para as quais se recomenda a recuperação, a preservação ou
conservação ambiental. As zonas especiais de interesse social 1 (ZEIS 1), apresentadas na
figura são zonas que necessitam realizar a regulamentação. Já as zonas de expansão urbana
(ZEX) são zonas ainda não parceladas para fins urbanos e destinadas à ampliação da
ocupação urbana (Figura 13).
Figura 13 – Mapa das zonas de uso e ocupação do objeto de estudo
Objeto de estudo
ZUM
ZEIS 1
ZEX
ZIA 1
PARQUES
Fonte: Lei Municipal n.231 (Cu iabá, 2011) (adaptado pelo autor)
No loteamento no qual o objeto de estudo está inserido existem dois tamanhos de
residências, as de dois quartos e as de três quartos (o terceiro quarto é considerado espaço
adaptativo onde o proprietário poderá transformar em sala de TV), mas todas possuem um
mesmo sistema construtivo com alterações nas orientações solares para a adequação da
construção nos lotes e nas quadras. A edificação escolhida para o estudo possui três quartos,
por opção de escolha oferecida pela construtora, o terceiro quarto foi transformado em sala de
TV. A maioria das edificações do loteamento são geminadas nas duas laterais, uma parede
dupla faz a união das residências vizinhas.
45
A residência em estudo está localizada na esquina da quadra, por isso ela só faz divisa
com vizinhos em uma lateral e nos fundos. Na esquina, há uma área com solo permeável
coberta por uma espécie de gramínea, local público a todos os moradores. Esta área cerca o
estacionamento público, que assim como as vias de acesso, são pavimentadas com asfalto
escuro e as calçadas com concreto claro (Figura 14).
Figura 14 – Visualização da frente da edificação com as áreas públicas da esquina
Fonte: Próprio Autor
A edificação possui uma área construída com 57m² em um terreno de 126m², com
33% de área permeável com cobertura de gramíneas, mas não há unidades arbóreas de grande
porte que façam sombra por ser um bairro novo e a vegetação ainda não se encontra de porte
médio a alto. A edificação em estudo não possui cobertura para a garagem particular dos
carros, na parte frontal do terreno. No entanto, já foi realizado um projeto para o loteamento
prevendo a construção de uma cobertura para a garagem, que se for realizada irá comprometer
o limite de área permeável prevista na legislação de uso e ocupação do solo (de 33% de área
permeável passará a 11%, sendo que o limite é de 25% baseado na lei de uso e ocupação do
solo) (Figura 15).
Figura 15 – Planta de situação da edificação na esquina
Fonte: Próprio Autor
46
Assim como afirma Welleir (2008) “uma zona não é um conceito geométrico e sim,
um conceito térmico”. O volume de ar condicionado apresenta características semelhantes
(temperatura do ar e umidade do ar), sendo delimitado por superfícies que transferem e
armazenam energia, define-se como uma zona térmica. O programa de simulação a ser
utilizado, o EnergyPlus, considera as zonas térmicas como um volume delimitado por
superfícies em todos os lados. Portanto para a realização dos estudos, apesar da NBR15575
(ABNT, 2008) considerar a medição por ambientes, que poderiam ser separados mais
ambientes dentro de uma mesma zona, dividiram-se as zonas com características semelhantes
para realizar a medição no centro destas, considerando, também, que para a construção do
modelo de simulação as zonas térmicas devem estar delimitadas por superfícies.
Desta forma, a edificação foi dividida em seis zonas térmicas, ou seja, zonas que
apresentam em geral características térmicas semelhantes, no caso são delimitadas por
paredes (Figura 16). O acesso à edificação se dá pela zona da sala de estar, que contém os
ambientes de sala de estar e sala de TV, representada em cor amarela. Esta zona não possui
janelas, mas, uma porta grande de correr de acesso para o fundo do terreno que permite a
ventilação e a boa iluminação natural. A zona da cozinha também permite o acesso ao fundo e
está representada em lilás. A zona do home oficce, se caracteriza por um ambiente misto que
agrupa o uso de escritório com quarto de hóspedes, sendo representado na cor vermelha. A
zona na cor verde representa a suíte do casal e permite o acesso a zona do banheiro do casal
na cor azul. O banheiro de uso social está representado na cor cinza.
Figura 16 – Planta baixa da ed ificação com as zonas térmicas e indicação das aberturas
Fonte: Próprio Autor
As quatorze aberturas da edificação são organizadas em três tipos de portas (porta de
abrir de madeira, porta de abrir de alumínio e vidro e porta de correr de alumínio e vidro) e
47
três tipos de janelas (janela de correr de alumínio e vidro, janela basculante pequena ou
grande de alumínio e vidro) (Figuras 17 e 18). No entanto, algumas portas, apesar de serem do
mesmo tipo, apresentam dimensões diferenciadas. No Quadro 4, são especificados os detalhes
das aberturas de acordo com a nomenclatura utilizada na planta baixa da Figura 16.
Figura 17 – Tipo de portas da edificação
(a) porta de abrir de madeira; (b) porta de abrir de alumínio e vidro; (c) porta de correr de alumínio e vidro
(a)
(b)
(c)
Fonte: Próprio Autor
Figura 18 – Tipo de janelas da edificação (a) janela de correr de alumínio e vidro;
(b) janela basculante pequena de alumínio e vidro; (c) janela basculante grande de alumínio e vidro
(b)
(a)
(c)
Fonte: Próprio Autor
Quadro 4 – Especificações de aberturas relacionadas às nomenclaturas da planta baixa das Figuras 17 e 18
NOME
DIMENSÕES
TIPO
P1
0,80x2,10m
Porta de abrir de madeira
01
P2
1,50x2,10m
Porta de correr de alumínio e vidro
01
P3
0,70x2,10m
Porta de abrir de madeira
03
P4
0,60x2,10m
Porta de abrir de madeira
02
P5
0,80x2,10m
Porta de abrir de alumínio e vidro
01
J1
1,20x0,90x1,20m
Janela de correr de alumínio e vidro
03
J2
0,55x0,50x1,50m
Janela basculante pequena de alumínio e vidro
02
J3
1,20x1,00x1,10m
Janela basculante grande de alumínio e vidro
01
Fonte: Próprio Autor
QUANT.
48
O sistema construtivo das edificações do loteamento é JET CASA. Este sistema
consiste na utilização de painéis estruturais pré- fabricados mistos de concreto armado e
blocos cerâmicos. Os painéis pré-fabricados e rebocados possuem 11cm de espessura e são
compostos por tijolos de oito furos quadrados, com 9cm de espessura e 19cm de altura e
comprimento. A estrutura dos painéis é composta por treliças metálicas em todo o perímetro
dos painéis, formando um quadro estrutural externo (cor azul), e por nervuras de barras de aço
com diâmetro de 5 e 8mm (cor verde), distribuídas no interior dos painéis (Figuras 19 e 20).
Figura 19 – Fabricações de painéis JET CASA
Figura 20 – Instalação de painéis JET CASA
Es paço para
abertura
Fonte: www.jetcasa.com.br, acesso em julho/2013
Quadro 5 – Propriedade térmicas dos materiais dos componentes construtivos , baseados na NBR15220 (2008)
Materiais
Rugosidade
Espessura
Condutiv.
Calor Espec.
Absorção térm.,
(W/m.K)
Densidade
(Kg/m³)
(mm)
(J/Kg.K)
solar e visível
Painel Alvenaria
Rugoso
0,014
0,9
2252
0,92
0,90 / 0,65 / 0,65
Argamassa
Rugoso
0,01
1,15
2000
1,00
0,90 / 0,30 / 0,30
Telha cerâmica
Rugoso
0,01
1,05
2000
0,92
0,90 / 0,75 / 0,75
Laje Forro
Rugoso
0,10
1,75
2400
1,00
0,90 / 0,65 / 0,65
Laje Piso
Rugoso
0,02
1,75
2400
1,00
0,90 / 0,65 / 0,65
Porta de M adeira
Liso
0,05
0,058
200
2,3
0,90 / 0,20 / 0,20
Alumínio
Liso
0,003
230
2700
0,88
0,50 / 0,20 / 0,20
Azulejo
Liso
0,01
1,05
2000
0,92
0,90 / 0,30 / 0,30
Fonte: Próprio Autor
Desta forma, a edificação é constituída por paredes de painéis pré-moldados, laje de
contrapiso sobre o solo, forro de laje e cobertura de estrutura metálica com telhas cerâmicas.
O revestimento interno é com massa fina e pintura clara, mas na sala de TV há duas paredes
com pintura escura. Nos dois banheiros os azulejos foram instalados em todo perímetro até o
forro, assim como todo o piso da residência. Nas paredes externas foram aplicadas texturas
em tons claros nas cores verde e amarelo. No Quadro 5, são apresentadas as propriedades
49
térmicas e características dos materiais que compõem os componentes construtivos da
edificação, representados pelo Quadro 6.
Quadro 6 – Quadro de especificações da composição dos componentes construtivos
Transmitância Capacidade
W/(m².K)
kJ/(m²K)
Parede
Argamassa + Painel + Argamassa
0,30
2,792
158*
Parede de divisa
Argamassa + Painel + Argamassa+ Painel + Argamassa
0,30
1,820
316*
Piso
Laje + Azulejo
0,20
3,499
240*
Cobertura
Telha Cerâmica + ar + laje
0,75
1,92*
113*
* Este dado foi retirado da NBR15220 (2008) referente a uma cobertura semelhante, pois no modelo do programa este
elemento foi construído como uma zona térmica e o valor de transmitância total não foi calculado.
Componentes
Composição
α
Fonte: Próprio Autor
As relações das áreas das aberturas em relação as área dos pisos estão adequadas, e as
aberturas estão presentes em fachadas opostas, o que permite uma boa iluminação natural e
ventilação cruzada no interior da edificação. Quanto a iluminação artificial, em cada ambiente
é apresentado um ponto de iluminação e na zona da sala de estar são apresentados quatro
pontos de iluminação artificial.
Apesar da ventilação natural, ainda há equipamentos de ar condicionado instalados na
sala de estar e no quarto de casal. Na sala, o equipamento de ar condicionado possui
capacidade de 12.000btu/h e potência elétrica de 1.090W, já no quarto de casal possui
capacidade de 7.500btu/h e potência elétrica de 660W. Ambas as unidades condensadoras
foram instaladas em tensão de 220Volts e em áreas sombreadas.
A edificação sob estudo possui um casal de moradores, que devido à rotina de trabalho
diário fora de casa, a edificação é pouco utilizada durante o período diurno. No entanto,
durante os finais de semana aumenta-se o uso.
Segundo as recomendações ABNT (2013), os ambientes considerados para a avaliação
são os dormitórios e as salas, ou seja, ambientes de permanência prolongada. Desta forma,
para a avaliação do desempenho térmico e eficiência energética são consideradas
principalmente três zonas: da sala de estar, home office e quarto do casal.
4.1.2. Equipamentos
Os equipamentos utilizados nesta pesquisa foram calibrados, com as licenças dos
softwares em dia e disposição, pertencentes ao laboratório, sem haver a necessidade de serem
adquiridos especificamente para este trabalho.
50
4.1.2.1. Estação Micrometeorológica
Utilizou-se a estação Micrometeorológica da marca Davis Instruments, composta pelo
Conjunto de Sensores Integrados (ISS) modelo VantagePro2, instalada há 2m de altura do
solo, que permite a obtenção dos dados externos do microclima local da edificação. O
equipamento contém termômetro; barômetro; higrômetro; anemômetro; biruta; piranômetro;
heliógrafo e pluviômetro que coletam os dados do tempo e os enviam para o console da
VantagePro2 via ondas de rádio de baixa intensidade (Figura 21, 22 e 23). Para o
funcionamento da estação, uma placa fotovoltaica gera energia e carrega a bateria. Já o
console que fica instalado no interior da edificação é ligado à tomada de energia elétrica e
possui baterias internas para eventuais falhas de energia. Os dados armazenados na memória
do console são capturados para o computador a partir de um cabo RS232/USB e analisados
com a ajuda de um software, WeatherLink5.7.
Figura 21 – Instalação da Estação
Figura 22 – Console da VantagePro2
Fonte: Próprio Autor
Figura 23 – Estação micro meteorológica
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
4.1.2.2. Termômetro digital portátil e infravermelho
No trabalho, foram utilizados dois tipos de termômetros digitais, os que medem a
temperatura através de estruturas sensíveis e os que medem através de raio infravermelho sem
entrar em contato com o meio ou corpo.
O termômetro digital portátil, modelo TH-1300 da marca Instrutherm, pode ser
submerso e possui sensor termopar (-10 a 250°C) que permite a obtenção de dados de
51
temperatura do solo á profundidade de 10cm. Este equipamento funciona com bateria 9Volts
e registra e congela o valor da temperatura no visor. Para seu funcionamento deve-se
introduzir a extremidade da bainha metálica do termopar no solo (Figura 24).
O termômetro digital infravermelho com mira a laser, modelo TI-800 da marca
Instrutherm é um dispositivo que mede a temperatura da superfície sem entrar em contato
com o corpo (-20 a 200ºC). Este equipamento funciona com bateria 9Volts e registra e
congela o valor da temperatura no visor (Figura 25).
Figura 24 – Termô met ro digital portátil
Figura 25 – Termô met ro digital infravermelho
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
4.1.2.3. Registrador com sensores de temperatura do ar, umidade relativa do ar e
iluminância
Quatro registradores (datalogger) HOBO U12-012 da Onset que registram a
temperatura do ar (-20 a 70ºC), umidade relativa do ar (5 a 95%) e iluminância (10 a
32.280lux) foram utilizados neste trabalho (Figura 26). Este equipamento funciona com a
energia de uma bateria de lítio de 3V CR2032. Cada equipamento disponibiliza um canal
externo, o qual foi utilizado para medição de temperatura, por meio do cabo TMC20HD (-20
a +70ºC) (Figura 27).
Figura 26 – Reg istrador HOBO U12-012
Fonte: Próprio Autor
Figura 27 – Cabo TM C20HD
Fonte: Próprio Autor
Em três cabos foram acopladas esferas pintadas com tinta preta fosca, material
adaptado, presas a hastes, que também foram adaptadas com palitos de madeira fixados em
52
uma base (sabonete). Desta forma, com os equipamentos calibrados, os dados de temperatura
ar em bulbo seco, passam a ser considerados como temperatura de globo (Figura 28). No
quarto registrador o cabo de temperatura foi encapado com mangueira de chuveiro de cor
clara para ser utilizado na determinação da temperatura do solo, em 60cm de profundidade
(Figura 29).
Figura 28 – Cabo TM C20HD co mo globo
Figura 29 – Cabo TM C20HD encapado
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
Para descarregar os dados registrados, deve- se conectar o equipamento ao
computador utilizando um cabo USB. Estes dados, são baixados e analisados com o
auxílio do software HOBOware.
4.1.2.4. Registrador com sensor de ocupação e luz
Três registradores (datalogger) HOBO UX90-006x da Onset foram utilizados em
ambientes internos da edificação. Estes equipamentos monitoram quando os ambientes estão
sendo ocupados ou não e se a luz está ligada ou não. Este compacto registrador funciona com
a energia de uma bateria de lítio de 3V CR2032 e possui visor de LCD embutido para a
verificação de status, nível de bateria restante e consumo de memória. Pode-se usar a tela
LCD para calibrar rapidamente o registrador para o nível de luz no quarto ou selecionar
limiares de sensibilidade pré-definidos com o software HOBOware, utilizado para baixar e
analisar os dados, quando o equipamento é conectado por meio de um cabo USB ao
computador (Figura 30).
Figura 30 – Reg istrador HOBO UX90-006x
Fonte: Próprio Autor
53
4.1.2.5. Câmera de infravermelho
O termovisor compacto Flir i3 (câmeras termográficas, de infravermelho, ou de
imagens térmicas) registra imagens de energia ou de temperatura de infravermelho. Este
equipamento de termografia infravermelha produz imagens visuais da radiação infravermelha
e calculam medições precisas de temperatura sem contato com o objeto (Figura 31).
Figura 31 – Câmera de infravermelho Flir i3
Fonte: Próprio Autor
Para o funcionamento, deve-se carregar o termovisor que possui uma bateria de Li-Ion
de 3,6V e acioná- lo a cada imagem que se deseja guardar. As imagens são armazenadas em
um cartão de memória e devem ser descarregadas em um computador pela própria inserção do
cartão ou conectando um cabo USB. No computador as imagens são analisadas e utilizadas na
geração automática de relatórios técnicos por meio do software FLIR QuickReport.
Para este equipamento foram inseridas informações de temperatura do ar de 20ºC,
umidade relativa 50% e emissidade de 0,9, relacionado à maioria das superfícies brancas que
foram medidas.
4.1.3. Programas de simulação
O programa EnergyPlus 8.0, descrito anteriormente, será utilizado para a simulação
termoenergética. O modelo da edificação será construído por meio do programa
SketchUpPlusPro 8 e a ferramenta OpenStudio 1.0.10, também já apresentado em tópicos
anteriores.
4.2. MÉTODOS
4.2.1. Levantamento de informações (edificação)
As dimensões da edificação de estudo foram obtidas a partir do levantamento com o
auxílio de trenas. Com as dimensões, foi possível desenhar a planta baixa com as dimensões
de aberturas e alturas da edificação.
54
O sistema construtivo da edificação foi investigado a partir de verificações no local,
pesquisas sobre sistemas construtivos em loteamentos residenciais e sobre a construtora,
análises de fotografias, entrevista com os moradores, estudo do manual do proprietário e
relatórios técnicos sobre o sistema construtivo.
O uso dos ambientes pelos moradores e caracterização da logística do consumo de
energia elétrica na edificação foi definido a partir de entrevistas, verificação das contas de
energia e análise dos dados medidos pelo registrador com sensor de ocupação e iluminação
HOBO UX90-006x. Este equipamento foi instalado no centro de três ambientes de
permanência prolongada a serem estudados: zona da sala de estar, do home office e quarto de
casal.
4.2.2. Pré- funcionamento dos equipamentos
Antes de instalar os equipamentos, foram realizados testes para confirmação de
funcionamento, estados das memórias e trocas de baterias. Nestes testes também foi possível
determinar os melhores locais para a instalação dos equipamentos de medições.
Nesta etapa também foram verificadas as datas de vencimento das licenças de
utilização dos softwares e certificados de calibração, sendo que todos os equipamentos
utilizados atendiam positivamente a estas questões. No entanto, os quatro HOBO U12-012
com cabo TMC20HD com globo foram submetidos a uma comparação, para se diminuir o
erro na comparação entre as diferenças de temperaturas registradas. Desta forma, os
equipamentos foram instalados numa mesma situação e atingiram coeficientes de
determinação muito explicativos, muito próximos a 1, para os dados de temperatura do ar e
umidade do ar. Mesmo assim foram feitos os ajustes nos dados em relação a um equipamento
padrão (Figura 32).
Figura 32 – HOBO U12-012 co m cabo TMC20HD instalados para calibração
Fonte: Próprio Autor
55
4.2.3. Períodos
As medições foram realizadas em dois períodos, de acordo com as características de
clima para a arquitetura apresentadas por Frota (2001), deve-se avaliar os períodos quenteseco e quente- úmido. Segundo a recomendação da ABNT (2013) para desempenho térmico de
edificações habitacionais, deve-se avaliar os dias típicos de duas estações do ano: inverno e
verão. Desta forma, foram definidos dois períodos de 15 dias de medição, referente ao período
quente seco coincidentemente com a estação do inverno e outro referente ao período quente
úmido com características da estação do verão.
4.2.4. Variáveis microclimáticas
Para os dois períodos de 15 dias foram medidas variáveis do microclima local a partir
da estação micrometeorológica instalada na esquina próxima a edificação. A instalação desta
estação está afastada de obstáculos que possam interferir na medição dos dados (como
sombras ou fontes de interferência na velocidade do ar e temperatura do ar) (Figura 33).
Figura 33 – Estação microclimát ica instalada afastada de obstáculos
Fonte: Próprio Autor
As variáveis externas obtidas nestas medições foram usadas para caracterização do
microclima local nos dois períodos. Também foram usadas para a comparação com as
variáveis internas e avaliação do desempenho térmico da edificação. Além de serem base para
o arquivo climático de calibração da simulação realizada como o EnergyPlus.
As variáveis externas utilizadas foram: temperatura média, máxima e mínima do ar,
umidade relativa, velocidade e direção do vento, precipitação pluviométrica e radiação solar.
Para a determinação da temperatura do solo foi utilizado o cabo TMC20HD conectado
ao canal externo do registrador HOBO U12-012. Em um primeiro instante foi escolhida a
56
região do quintal da edificação para a medição prevendo as condições de segurança,
funcionamento, abrigo e coleta dos dados do equipamento de medição durante a permanência
por um grande período. Nesta região, determinaram-se quatro pontos com condições de
insolação diferentes e possíveis diferenças nas características do solo (Figura 34). Nestes
pontos foram medidas as temperaturas horárias das 11h às 19h, sendo na superfície com
termômetro digital infravermelho modelo TI-800 da Instrutherm e em 10cm de profundidade
com termômetro digital portátil TH-1300 da Instrutherm no dia 12 de junho de 2013. A partir
dos resultados escolheu-se o ponto 4 por apresentar menor diferença de temperatura entre as
horas e por se manter o maior tempo sombreado.
Figura 34 – Quatro pontos de medições do solo
Fonte: Próprio Autor
No ponto 4, foi instalado o cabo TMC20HD conectado ao registrador HOBO U12-012
para a determinação da temperatura do solo, para os dois períodos de 15 dias. Para isso, ouve
a necessidade de se cavar um buraco retirando as camadas do solo e recolocando-as na ordem
correta até atingir a profundidade de 60cm (Figura 35 e 36).
Figura 35 – Camadas do solo (a) Grama; (b) Horizonte A: M atéria
Figura 36 – Instalação do Cabo TMC20HD
orgânica – 6cm; (c) Horizonte B: Argila – 8cm; (d) Lã de rocha;
(e) Brita 3 – 10cm; (f) Argila e brita 2 – 0,36
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(d)
(f)
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
57
A temperatura do solo a partir de uma profundidade, dependendo das características de
cada solo, não sofre muitas alterações entre os pontos e as demais profundidades devido à alta
inércia térmica, desta forma as temperaturas registradas podem ser consideradas as mesmas
do solo sob a edificação de estudo.
Os dados medidos de temperaturas do solo são necessários para inserção no programa
de simulação e são referentes ao solo que está sob a edificação, trocando energia com ela. Por
se tratar de dados de apenas dois períodos de 15 dias, as temperaturas do solo medidas
servirão apenas para a calibração do modelo. Já a simulação de 8760horas deverá utilizar
dados simulados ou obtidos de outras referências.
4.2.5. Variáveis internas da edificação
Nas três zonas térmicas foram instalados os conjuntos de HOBO U12-012 com cabo
TMC20HD, no centro dos recintos, quando foi possível (sala de estar), a 1,20 m do piso,
assim como recomendado pela norma de desempenho térmico (ABNT, 2013). As variáveis
coletadas a cada 15min por estes equipamentos nos dois períodos de medição são temperatura
do ar, umidade relativa do ar e temperatura de globo (Figura 37).
Nestas zonas também foram instalados os registradores HOBO UX90-006x, estes
equipamentos devem ser instalados em pontos estratégicos que proporcionem uma maior
varredura do ambiente. Na sala de estar foi instalado a uma altura de 1,50m e não possui
obstáculos para os sensores de ocupação e luz. Já nos outros ambientes instalou-se a uma
altura de 1,20m junto com os outros registradores de temperatura e umidade (Figura 38).
Figura 37 – Instalação do HOBO U12-012 com cabo
Figura 38 – Instalação do HOBO UX90-006x
TMC20HD co m g lobo
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
58
4.2.6. Avaliação do desempenho térmico: medição (NBR15575, ABNT, 2013)
A avaliação de desempenho térmico pelo procedimento de medição ocorre com a
verificação do atendimento dos critérios de temperatura de bulbo seco do ar, medida no centro
do ambiente a 1,20m de altura em relação ao piso.
A análise dos dados é feita para um dia típico de projeto, de verão ou inverno,
precedido por três dias sequenciais. A caracterização do dia típico é feita com os dados de
temperatura exterior medida no local.
Os dados de dias típicos de algumas cidades brasileiras são definidos pela NBR155751 (2013). Para Cuiabá, os dias típicos de verão e inverno são apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 – Dados de dias típicos de verão e de inverno de Cuiabá/MT
Período
Temperatura máx. e
mín. diária (°C)
Amplitude diária de
temperatura (°C)
Temperatura de
bulbo úmido (°C)
Radiação solar
(Wh/m²)
Nebulosidade
(décimos)
Verão
37,8
12,4
24,8
4 972
6
Inverno
11,4
14,3
20,1
4 163
4
Fonte: NBR 15575-1 (A BNT, 2013)
A avaliação é feita a partir da análise das temperaturas internas e externas do ar para o
dia típico de estudo. Os critérios para avaliação para cada período são apresentados nas
Tabelas 7 e 8.
Tabela 7 – Critério de avaliação de desempenho térmico para condições de verão
Fonte: NBR 15575-1 (A BNT, 2013)
Tabela 8 – Critério de avaliação de desempenho térmico para condições de inverno
Fonte: NBR 15575-1 (A BNT, 2013)
59
4.2.7. Variáveis dos elementos da construção
O termovisor compacto Flir i3 foi utilizado para registrar as imagens e as temperaturas
de infravermelho das superfícies em três dias de medições nos horários 8h, 14h e 20h. Todos
os ambientes da edificação foram utilizados para a avaliação, sempre que possível foram
consideradas as paredes internas e externas, teto e piso dos ambientes, totalizando 34 pontos
em paredes internas e 12 pontos em paredes externas, as temperaturas da superfície interna do
teto e do piso foram obtidas de cada ambiente. Em algumas paredes não foi possível
determinar as temperaturas, por causa dos móveis e objetos de decoração existentes na
edificação.
Esta determinação permite avaliar as características térmicas dos elementos da
envoltória da edificação. Desta forma, pode-se identificar mais facilmente os pontos mais
desfavoráveis para o desempenho térmico da envoltória.
4.2.8. Avaliação do desempenho térmico: simplificado (NBR15575, ABNT, 2013)
Na avaliação de desempenho térmico pelo procedimento simplificado são
analisados os elementos da envoltória, vedações na NBR15575-4 (ABNT, 2013) e
cobertura na NBR15575-5 (ABNT, 2013) de acordo com a zona bioclimática definida na
NBR15220-3 (ABNT, 2005b).
Nas Tabelas 9, 10 e 11, são apresentados os critérios para a aceitação do nível
mínimo “M”, na avaliação de vedações verticais.
Tabela 9 – Critério máximos ad missíveis para transmitância térmica de paredes externas
Fonte: NBR 15575-4 (A BNT, 2013)
Tabela 10 – Critério mín imos admissíveis para capacidade térmica de paredes externas
Fonte: NBR 15575-4 (A BNT, 2013)
60
Tabela 11 – Critério para áreas mín imas admissíveis de ventilação em dormitórios e salas de estar
Fonte: NBR 15575-4 (A BNT, 2013)
Para a obtenção da relação “A”, deve-se dividir a área efetiva para a ventilação do
ambiente, ou seja, que não possua vidro nem venezianas, pela área do piso do ambiente.
O sistema de vedações verticais externas pode ser o primeiro a ser avaliado,
considerando o método de procedimento simplificado. Mas, se não atenderem a este critério,
deve-se avaliar pelo procedimento de medições em campo ou simulação.
Para a avaliação das coberturas, quanto ao desempenho térmico, obtendo-se a
aceitação do nível mínimo “M”, intermediário “I” ou superior “S”, deve adotar os critérios da
Tabela 12. Assim como nas vedações verticais, caso não seja atendido o nível mínimo “M”
pelo procedimento simplificado, deve-se adotar os demais procedimentos de avaliação.
Tabela 12 – Critério e n íveis de desempenho de coberturas quanto à para transmitância térmica
Fonte: NBR 15575-4 (A BNT, 2013)
4.2.7. Simulação Computacional
O programa utilizado para realizar as simulações termoenergéticas para a definição de
nível energético proposto pelo RTQ-R deve atender aos pré-requisitos especificados no
regulamento. Por isso, para a modelagem da edificação foi utilizado o Plug- in OpenStudio
(versão 1.0.11) e os programas SketchUp Pro (versão 8) e EnergyPlus (versão 8.1.0), o qual
está de acordo com as exigências.
61
4.2.7.1. Montagem do arquivo climático (inserção de dados medidos)
Para gerar a simulação é necessário utilizar um arquivo climático com 8.760 horas por
ano e devem ser disponibilizados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos ou
publicados no sitio www.procelinfo.com.br/etiquetagem_edificios, em formatos tais como
TRY e TMY. Para a cidade de Cuiabá existe um arquivo climático desenvolvido a partir de
dados do Aeroporto Marechal Candido Rondon, o qual foi utilizado no trabalho.
Para a calibração deve-se utilizar um arquivo climático com dados simultâneos ao
período de medição. Por isso, a partir do arquivo climático disponibilizado foram inseridos
alguns dados pontuais do microclima do local de estudo. O processo de modificação do
arquivo climático está discriminado a seguir:
a)
Abrir o arquivo climát ico orig inal em Excel (.csv), transformar em texto para colunas, substituir (.) por
(,) e alterar as informações desejadas. Para este estudo foram alterados os dados de 28/06/2013 a
12/ 07/ 2013 e de 31/12/2013 a 14/ 01/ 2014 das variáveis: Bulbo seco (ºC), Bu lbo Úmido (ºC) (es timada),
Umidade Relat iva (%), Pressão Baromét rica (KPa), Radiação solar direta (w/ m²), Direção do vento (º),
Velocidade do ar (m/s);
b) Salvar o arquivo novamente em (.csv);
c)
Abrir em bloco de notas, substitua (,) por (.) e (;) por (,), cole o cabeçalho original e salve co mo (.epw);
d) Simu lar o arquivo com o novo arquivo climát ico, caso apareçam erros novos, corrigir possíveis falhas
no arquivo climát ico, salvar e simular novamente.
4.2.7.2. Geometria
A construção dos ambientes do modelo consiste em seis zonas térmicas, mas apenas as
de permanência prolongada foram analisadas e utilizadas para a classificação do nível
energético: home office, sala e quarto do casal. As paredes que fazem divisa com a edificação
vizinha foram consideradas com trocas com ambiente externo, mas sem considerar a
exposição ao vento e ao sol. Os muros e beirais foram construídos como elementos de
proteção solar e não reirradiam calor, apenas provocam o sombreamento da edificação
(Figuras 39 e 40).
Figura 39 – Maquete eletrônica da vista da frente
Figura 40 – Maquete eletrônica da vista dos fundos
Fonte: Próprio Autor
Fonte: Próprio Autor
62
Para a construção da cobertura foram criadas novas zonas térmicas, representando
graficamente as inclinações, volumes de ar e superfícies de delimitação (telhado, forro e
paredes). Devido a limitações do programa a cobertura geral deve ser particionadas. Por isso,
as paredes internas, criadas para delimitar as zonas da cobertura, apresentam baixa resistência
térmica se aproximando a situação real, em que não existem paredes (Figura 41 e 42).
Figura 41 – Demarcação do corte longitudinal
Figura 42 – M aquete eletrônica com corte longitudinal,
Fonte: Próprio Autor
3,0 m
2,7 m
4,9 m
3,2 m
apresentando as alturas
Fonte: Próprio Autor
4.2.7.3. Sistema operacional da edificação
Para sistemas de uso e ocupação, funcionamento de aberturas, iluminação e
equipamentos eletrônicos e ventilação natural, foram simuladas de acordo com
recomendação do RTQ- R. O regulamento apresenta cronogramas de pessoas (quantidade,
atividade e ocupação), temperatura para funcionamento de aberturas, cronograma de
densidade de iluminação e equipamentos (quantidade e funcionamento.)
63
5. RESULTADOS
5.1. CARACTERIZAÇÃO DOS PERÍODOS – DADOS EXTERNOS
Os dois períodos de análise foram de 15 dias, verifica-se que as medições de 28/06/13
a 12/07/13 pertencem ao período das normais climatológicas com dados extremos quente
seco, apresentando baixo volume de precipitação pluviométrica e temperaturas médias do ar
menores. As medições de 30/12/13 a 14/01/14 pertence ao período com dados extremos
quente úmido, altas temperaturas e volumes maiores de precipitações de água (Figura 43). O
período quente seco de medição está contido principalmente no mês de julho, no qual a
temperatura máxima do ar foi de 31,8ºC e mínima de 18,1ºC e a precipitação total no mês
foram de 12,3mm. O período quente úmido está contido no mês de janeiro com tempera
máxima de 32,6ºC e mínima de 23,2ºC e precipitação de 214,7mm.
Figura 43 – Climograma das normais climatológicas de 1961-1990 de Cuiabá-MT (azul: períodos de medição)
Temp. máxima
Temp. mínima
250
35
200
30
150
25
100
20
50
15
Preciptação (mm)
Temperatura do ar (ºC)
Preciptação acumulada
40
0
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun Jul
Meses
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Fonte: INM ET
5.1.1. Período quente seco – dados externos
Entre os 15 dias do primeiro período de medição quente seco (28/06/13 a 12/07/13),
verificou-se que os valores de temperaturas médias diárias tiveram maior frequência em 26ºC,
as temperaturas máxima diárias em 35ºC e as mínimas em torno de 18ºC (Figura 44).
Figura 44 – Médias diárias da temperatura máxima, média e mínima, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/13
Temperatura do ar (⁰C)
Temperatura máxima
Temperatura média
Temperatura mínima
40
35
30
25
20
15
28
29
30
1
2
3
4
5
Dias
6
Fonte: Próprio Autor
7
8
9
10
11
12
64
Os três últimos dias sequenciais (10, 11, e 12/07/2013) apresentaram valores de
máximas, médias e mínimas diárias semelhantes e coincidentes aos valores repetitivos
ocorridos no período. No entanto, verifica-se a queda da temperatura máxima e elevação da
temperatura mínima em alguns dias (01, 02 e 09/07/2013) diferente dos valores.
Ao se analisar os valores de médias horárias para o período, notou-se que os três
últimos dias sequenciais apresentaram comportamentos semelhantes de temperatura do ar,
sendo que há uma amplitude térmica de 16ºC, mais do que o dia típico apresentado pela NBR
15575 (ABNT, 2013), entre as temperaturas máximas e mínimas. No dia 7, ocorreu um
aumento incomum de temperatura no período noturno, às 21h e às 22h. Este comportamento
anormal pode ser de alguma interferência externa que sensibilizou o sensor de temperatura
(Figura 45). Nos dias 01 e 02/07, em menor proporção no dia 09/07, ocorre uma queda dos
picos de temperatura em mais de 5ºC.
Figura 45 – Médias horárias da temperatura do ar, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13
Temperatura do ar (⁰C)
40
35
30
25
20
15
Dias
Fonte: Próprio Autor
Este período de medição foi marcado com baixas umidades relativas durante o dia, nos
picos noturnos a umidade relativa atinge 90%, enquanto durante o dia chega a 32% (Figura
46). Neste período verifica-se uma grande amplitude da umidade na maioria dos dias e poucas
precipitações pluviométricas, apenas no entardecer do dia 01/07 com 10,4 mm (Tabela 13).
Umidade relativa (%)
Figura 46 – Médias horárias de umidade relativa do ar, quente seco de 28/06/13 a 12/07/13
100
80
60
40
20
Dias
Fonte: Próprio Autor
65
Tabela 13 – Volu me pluvio métrico, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13
Meses
JUNHO
Dias
28
(mm)
29
JULHO
30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10,4
Fonte: Próprio Autor
A estação micrometeorológica foi instalada a 2m de altura, por isso a velocidade do
vento analisada sofre perdas de velocidade e desvios, devido à rugosidade do terreno a esta
altura. Mesmo assim, verifica-se uma similaridade de velocidade do vento na maioria dos
dias, nos quais são registrados valores (independente da velocidade) entre 9h e 17h (Figura
47). Nos dias 1, 2, 8 e 9, os registros de velocidade se mantém entre mais horas dos dias, isso
pode estar ligado à aproximação de massas de ar úmido com menores temperaturas e mais
úmidas, alterando as pressões e influenciando na maior movimentação de ar.
Velocidade do vento (m/s)
Figura 47 – Médias horárias de velocidade do ar, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Dias
Fonte: Próprio Autor
Ao comparar os dados do local do período com os dados do mês de julho das normais
climatológicas, temperaturas máximas e mínimas de 31,8ºC e 18,1ºC e precipitação
acumulada no mês de 12,3mm, verifica-se que o período escolhido para a análise está
condizente com o período quente seco das normais possuindo temperaturas máximas e
mínimas de 34,0ºC e 19,5ºC e precipitação de 10,4mm.
Portanto, constatando-se os comportamentos semelhantes e consecutivos dos dias 10,
11 e 12 de julho de 2013, definiu-se o dia 12 como sendo o dia típico para o período quente
seco. Por ser uma sexta- feira, o dia típico selecionado é correspondente a maioria dos dias da
rotina dos usuários da edificação, que se diferencia nos finais de semana e feriados (Figura
48).
66
Temperatura
Temperatura do ar (⁰C)
40
QUA
35
Umidade Relativa
QUIN
100
SEX
80
30
60
25
20
40
15
20
Umidade Relativa do ar
(%)
Figura 48 – Médias horárias de temperatura e u midade relativa do ar , o dia típico da estação seca 12/07/2013
Dias
Fonte: Próprio Autor
5.1.2. Período quente úmido – dados externos
Entre os 15 dias do segundo período de medição quente úmido (31/12/13 a 14/01/14),
verificou-se que os valores de temperaturas médias diárias tiveram maior frequência em 27ºC,
as temperaturas máxima diárias entre 35ºC e as mínimas em torno de 23ºC. Os três últimos
dias sequenciais (12, 13, e 14/01/2014) apresentaram valores de máximas, médias e mínimas
diárias semelhantes e coincidentes aos valores repetitivos ocorridos no período, visto que
neste período ocorre a aproximação das temperaturas (Figura 49). Diferente do outro período,
não são perceptíveis grandes mudanças do clima devido a chegada de frentes frias.
Figura 49 – Médias diárias da temperatura máxima, média e mínima, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
Temperatura do ar (⁰C)
Temperatura máxima
Temperatura média
Temperatura mínima
40
35
30
25
20
15
31
1
2
3
4
5
6
7
Dias
8
9
10
11
12
13
14
Fonte: Próprio Autor
Ao se analisar os valores de médias horárias para o período, notou-se que os três
últimos dias sequenciais apresentaram comportamentos semelhantes de temperatura do ar,
com amplitude térmica bem menor que o outro período, 9ºC entre as temperaturas máximas e
mínimas. No dia 4, ocorreu uma queda de temperatura as entre as 13 e 15h (Figura 50).
67
Temperatura do ar (⁰C)
Figura 50 – M édias horárias da temperatura do ar, quente úmido de 31/ 12/13 a 14/01/14
40
35
30
25
20
15
Dias
Fonte: Próprio Autor
Este período de medição, ao contrário do anterior, é marcado com altas umidades
durante todo o dia, sem que haja muitas alterações entre os picos máximas e mínimas (Figura
51). Neste período verifica-se uma grande quantidade de precipitações pluviométricas, apenas
em quatro dias não ocorre chuva. Em apenas 15 dias, obtém um acumulado de precipitação de
163,4mm. (Tabela 14).
Umidade relativa (%)
Figura 51 – Médias horárias de umidade relativa do ar, quente úmido de 31/ 12/ 13 a 14/ 01/ 14
100
80
60
40
20
Dias
Fonte: Próprio Autor
Tabela 14 – Volu me pluvio métrico, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
Meses
Dias
(mm)
JANEIRO
31
1
2
0,2
7,2
3
4
5
32,8
6
7
8
9
10
11
12
13
14
47,8
9,4
42,0
1,2
1,0
3,0
18,4
0,4
Fonte: Próprio Autor
Verifica-se uma similaridade de velocidade do vento na maioria dos dias, nos quais
são registrados valores (independente da velocidade) entre 9h e 19h (Figura 52). No dia 31, os
registros de velocidade se mantém entre mais horas dos dias, quase o dia inteiro.
68
Velocidade do vento (m/s)
Figura 52 – Médias horárias de velocidade do ar, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Dias
Fonte: Próprio Autor
Ao comparar os dados do local do período com os dados do mês de janeiro das
normais climatológicas, temperaturas máximas e mínimas de 32,6ºC e 23,2ºC e precipitação
acumulada no mês de 214,7mm, verifica-se que o período escolhido para a análise é
condizente com o período quente seco das normais, possuindo temperaturas máximas e
mínimas de 35ºC e 23ºC e precipitação de 163,4mm.
Portanto, constatando os comportamentos semelhantes e consecutivos dos dias 12, 13
e 14 de janeiro de 2014, definiu-se o dia 14 como sendo o dia típico para o período quente
úmido. Por ser uma terça- feira, o dia típico selecionado é correspondente a maioria dos dias
da rotina dos usuários da edificação, que se diferencia nos finais de semana (Figura 53).
Figura 53 – Médias horárias de temperatura e u midade relativa do ar, o dia típico da estação úmido 14/01/2014
40
QUA
Umidade Relativa
QUI
35
SEX
100
80
30
60
25
20
40
15
20
Umidade Relativa(%)
Temperatura do ar (⁰C)
Temperatura
Dias
Fonte: Próprio Autor
5.1.3. Temperatura do solo – dados externos
Os dados de temperatura do solo foram registrados a cada 15minutos do dia
18/06/2013 a 15/01/2014. Os dados apresentaram pouca variação entre os horários diários de
medição, isto confirma o objetivo da metodologia de que mesmo que não fossem medidos sob
69
a edificação de estudo os dados registrados representariam a mesma situação, pois devido à
inércia térmica da terra, a partir de uma profundidade não ocorre grandes mudanças de
temperatura. No período análise quente seco, verifica-se que a temperatura se mantém entorno
de 26ºC com poucas variações de temperatura (Figura 54).
Temp. do solo (ºC)
Figura 54 – Médias a cada 15min de temperatura do solo, quente seco de 28/06/ 13 a 12/ 07/ 13
30
28
26
Período quente seco
Fonte: Próprio Autor
No período quente úmido, a temperatura se mantém entorno de 28ºC, já neste período
verifica-se maiores variações de valores, diferente do que ocorre no período quente seco
(Figura 55). Isso ocorre devido às chuvas que alteram a umidade no solo e provocam quedas
de temperatura.
Temp. do solo (ºC)
Figura 55 – Médias a cada 15min de temperatura do solo, quente úmido de 31/12/13 a 14/01/14
30
28
26
Período quente úmido
Fonte: Próprio Autor
A temperatura do solo é um fator de grande relevância na inserção dos dados para a
simulação, por isso foi medida durante o período e realizada a média mensal para ser possível
inseri- la no programa. Ao comparar as médias mensais medidas com as obtidas no RTQ-R,
corriqueiramente utilizada para realizar as simulações para Cuiabá/MT, verifica-se que em
geral, neste caso, a temperatura medida se manteve entorno de 1ºC superior em relação à
temperatura simulada (Figura 56).
70
Figura 56 – Médias mensais de temperatura do solo medidas e obtidas no RTQ-R (BRASIL, 2012a)
Temp. do solo (ºC)
Medido
RTQ-R
30
28
26
24
22
Junho
Julho
Agosto
Setembro Outubro
Meses
Novembro Dezembro
Janeiro
Fonte: Próprio Autor
Por isso, para a construção do modelo de simulação optou-se em utilizar a temperatura
medida quando possível, ou seja, nos meses de junho a janeiro. Afinal, considero u-se que a
utilização dos dados medidos possibilitaram simulações mais confiáveis e próximas a
realidade, contribuindo para um melhor resultado na calibração (Tabela 15).
Tabela 15 – Temperaturas do solo utilizadas para simu lação, destacadas em cin zas as temperaturas med idas
JAN
FEV
MAR
ABR
MAI
JUN
JUL
AGO
SET
OUT
NOV
DEZ
28,26
26,61
26,71
25,88
25,20
26,74
25,94
25,04
26,88
27,93
28,57
28,30
Fonte: Próprio Autor
5.2. A VALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO
5.2.1. Avaliação do desempenho térmico – Método de medição
5.2.1.1. Período quente seco – dados internos
Entre os três últimos dias típicos consecutivos, correspondentes a quarta, quinta e
sexta- feira, as temperaturas internas do ar dos ambientes, registradas pelo sensor de
temperatura do registrador HOBO U12-12 e ajustadas com a equação de comparação, foram
comparadas com as temperaturas externas. Nota-se que os valores da zona térmica da sala
possuem picos mais elevados do que a temperatura da zona do home office e esta possui picos
mais elevados do que os valores do quarto de casal (Figura 57).
Ao analisar o dia típico do período, verifica-se que os ambientes internos apresentam
função de abrigo evitando temperaturas extremas, pois enquanto as temperaturas externas
possuem amplitude de 17,1ºC, no interior dos ambientes, a amplitude cai para 6,2ºC na sala e
até 3,2ºC no quarto casal. Desta forma, fica evidente a ocorrência de amortecimento térmico
de 3,5ºC na sala com atraso de 1h e de 5,4ºC no quarto do casal com atraso de 2h. No dia
típico, são apresentadas máximas de 34,7ºC para externa, 31,2ºC para a sala e 29,3ºC para o
71
quarto de casal e mínimas de 17,5ºC para externo, 25,0ºC para a sala e 26,1ºC para o quarto
de casal (Quadro 7).
Figura 57 – Médias horárias das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/07/ 2013
Temperatura do ar (ºC)
Temp. home office
Temp. sala
QUA
1h
10/07
Temp. quarto casal
QUI
12h
10/07
1h
11/07
12h
11/07
Dias
Temp. externa
SEX
1h
12/07
12h
12/07
24h
13/07
Fonte: Próprio Autor
Quadro 7 – Resumo das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/07/2013
Externo
Z. sala de estar
Z. home Office
Z. quarto casal
Mínima
17,5ºC às 7h
25,0ºC às 8h
25,5ºC às 8h
26,1ºC às 9h
Máxima
34,7ºC às 16h
31,2ºC às 17h
30,3ºC às 18h
29,3ºC às 18h
Amplitude diária
17,1ºC
6,2ºC
4,9ºC
3,2ºC
Amortecimento
Temp. máxext – Temp. máxint
3,5ºC
4,3ºC
5,4ºC
Atraso entre máx.
Hora Tmáxint – Hora Tmáxext
1h
1h
2h
Fonte: Próprio Autor
Quanto às umidades relativas dos três dias, verifica-se que há pouca diferença entre as
curvas dos ambientes e que possuem amplitudes bem menores em relação aos valores
externos (Figura 58).
No dia típico, 12/07/2013, são apresentadas máximas de umidade relativa de 88,5%
para o ambiente externo, 63,9% para a sala e 61,3% para o quarto de casal e mínimas de
31,8% para o externo, 46,0% para a sala e 51,2% para o quarto de casal (Quadro 8). Neste dia,
mesmo que com pouca diferença, o ambiente do quarto de casal apresenta valores máximos
de umidade relativa menores que a sala, diferente dos dias 10 e 11/07/2013.
72
Figura 58 – Médias horárias das umid. relativas internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/ 07/ 2013
Temperatura do ar (ºC)
UR Home office
UR Sala
QUA
1h
10/07
12h
10/07
UR Quarto casal
UR externa
QUI
1h
11/07
12h
11/07
Dias
SEX
1h
12/07
12h
12/07
24h
13/07
Fonte: Próprio Autor
Quadro 8 – Resumo das umid. do ar internas e externa, destacando dia típico quente seco 12/07/ 2013
Externo
Z. sala de estar
Z. home Office
Z. quarto casal
Máxima
88,5% às 7h
63,9% às 9h
61,3% às 9h
61,9% às 9h
Mínima
31,8% às 15h
46,0% às 19h
47,8% às 19h
51,2% às 18h
56,8%
17,9%
13,6%
16,0%
UR mín int – UR mín ext
14,2%
16,0%
19,4%
H UR mín int – H UR mín ext
4h
3h
3h
Amplitude diária
Dif. M ínimas
Atraso entre mín
Fonte: Próprio Autor
Em geral, para o período verifica-se que o ambiente do quarto de casal apresenta
melhores condições de desempenho que os demais ambientes de permanência prolongada.
Apesar da norma não obrigar a definição do nível de desempenho térmico para a zona
bioclimática de Cuiabá no período de inverno, foram feitas as análises. Ao avaliar a
edificação segundo os critérios da NBR15575 (ABNT, 2008), verificou-se que as três zonas
térmicas apresentaram nível superior de desempenho térmico para o período quente seco que
corresponde ao inverno (Quadro 9).
Quadro 9 – Avaliação do desempenho térmico para o período quente seco correspondente ao inverno
Ambiente
Temp. int. mín. (Ti mín)
Sala de estar
25,0ºC
Home office
25,5ºC
Quarto casal
26,1ºC
Temp. ext. mín. (Te mín)
17,5ºC
Fonte: Próprio Autor
Critério
Ní vel
Ti mín. ≥ (Te, mín + 7ºC)
S
Ti mín. ≥ (Te, mín + 7ºC)
S
Ti mín. ≥ (Te, mín + 7ºC)
S
73
5.2.2.2. Período quente úmido – dados internos
Entre os três últimos dias típicos consecutivos (12, 13 e 14/01/14), correspondentes a
domingo, segunda- feira e terça- feira, nota-se que os valores internos se aproximaram, em
relação ao período anterior. Mesmo assim a zona térmica da sala possuem picos mais
elevados do que os valores do quarto de casal nos dias 13 e 14/01 (Figura 59). Neste período,
verificam-se que as temperatura não sofrem grandes alterações, as amplitudes diárias são
menos perceptíveis e não ocorre grandes diferenças em relação a temperatura externa.
Figura 59 – Médias horárias das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/01/2014
Temperatura do ar (ºC)
Temp. home office
Temp. sala
QUA
1h
12/01
Temp. quarto casal
QUI
12h
12/01
1h
13/01
12h
13/01
Dias
Temp. externa
SEX
1h
14/01
12h
14/01
24h
15/01
Fonte: Próprio Autor
Ao se analisar o dia típico do período, verifica-se que os ambientes internos
apresentam função de abrigo evitando temperaturas extremas, mas não é muito perceptível,
pois enquanto as temperaturas externas possuem amplitude de 8,0ºC, no interior dos
ambientes, a amplitude cai para 2,6ºC na sala e até 2,3ºC no home office, já no quarto casal a
amplitude é maior entre os ambientes, de 4,5ºC. Desta forma, apresenta-se um baixo
amortecimento térmico de 2,2ºC na sala sem atraso térmico e de 2,8ºC no quarto do casal com
atraso de 1h (Quadro 10).
Quadro 10 – Resu mo das temp. do ar internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/01/2014
Externo
Z. sala de estar
Z. home Office
Z. quarto casal
Mínima
23,3 às 22h
26,3ºC às 23h
26,8ºC às 23h
23,9ºC às 7h
Máxima
31,3ºC às 12h
29,1ºC às 12h
29,0ºC às 13h
28,5ºC às 13h
Amplitude diária
8,0ºC
2,6ºC
2,2ºC
4,5ºC
Amortecimento
Temp. máxext – Temp. máxint
2,2ºC
2,3ºC
2,8ºC
Atraso entre máx.
Hora Tmáxint – Hora Tmáxext
0h
1h
1h
Fonte: Próprio Autor
74
No dia típico, são apresentadas máximas de 31,3ºC para externa, 29,1ºC para a sala e
28,5ºC para o quarto de casal e mínimas de 23,3ºC para externo, 2,2ºC para a sala e 2,3ºC
para o quarto de casal.
Quanto às umidades relativas dos três dias, verifica-se que há pouca diferença entre as
curvas dos ambientes e que possuem amplitudes bem menores em relação ao período anterior
e se assemelhando aos valores externos (Figura 60).
Figura 60 – Médias horárias umid. relativas internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/ 01/ 2014
Temperatura do ar (ºC)
UR Home office
1h
12/01
12h
12/01
UR Sala
1h
13/01
UR Quarto casal
12h
13/01
Dias
UR externa
1h
14/01
12h
14/01
24h
15/01
Fonte: Próprio Autor
No dia típico, 14/01/2014, são apresentadas máximas de umidade relativa de 88,5%
para o ambiente externo, 63,9% para a sala e 61,3% para o quarto de casal e mínimas de
31,8% para o externo, 46,0% para a sala e 51,2% para o quarto de casal (Quadro 11).
Quadro 11 – Resu mo das umid. do ar internas e externa, destacando dia típico quente úmido 14/ 01/2014
Externo
Z. sala de estar
Z. home Office
Z. quarto casal
Máxima
92,5% às 7h
80,5% às 9h
77,5% às 9h
82,0% às 9h
Mínima
64,0% às 13h
74,0% às 12h
72,8% às 19h
74,0% às 18h
28,5%
6,5%
4,7%
8,8%
UR mín int – UR mín ext
10,0%
8,8%
10,0%
H UR mín int – H UR mín ext
*
*
*
Amplitude diária
Dif. M ínimas
Atraso entre mín
* O pico do co mportamento não está definido por isso não considerou o atraso
Fonte: Próprio Autor
Em geral, para o período verifica-se que o ambiente do quarto de casal apresenta
melhores condições de desempenho, mas não está em discrepância em relação aos demais
ambientes de permanência prolongada. Ao se avaliar a edificação segundo os critérios da
75
NBR15575 (ABNT, 2013), verificou-se que as três zonas térmicas apresentaram níveis
intermediário e superior para o período quente seco que corresponde ao verão (Quadro 12).
Quadro 12 – Avaliação do desempenho térmico para o período quente úmido correspondente ao verão
Ambiente
Temp. int. máx. (Ti máx)
Sala de estar
31,2ºC
Home office
30,3ºC
Quarto casal
29,3ºC
Temp. ext. mín. (Te máx)
34,7ºC
Critério
Ní vel
Ti máx. ≤ (Te, máx - 2ºC)
I
Ti mín. ≤ (Te, mín - 4ºC)
S
Ti mín. ≤ (Te, mín - 4ºC)
S
Fonte: Próprio Autor
No entanto os valores de temperaturas internas são muito altos o que não contribui
para uma condição de desconforto para o usuário.
5.2.2. Avaliação do desempenho térmico – Método Simp lificado
Assim como visto a avaliação de desempenho térmico pelo método simplificado
segundo a NBR15575 (ABNT, 2013), avalia a edificação de acordo com a envoltória,
paredes externas e cobertura. De acordo com o quadro 13, verifica-se que as paredes
externas atenderam aos requisitos de transmitância térmica e capacidade térmica
relacionados à absortância solar, que neste caso, foi menor ou igua l a 0,6, além de
atenderem aos requis itos de ventilação relacionados à área abertura. Por isso, as paredes
externas receberam avaliação mínima por atenderem aos requisitos. Já a cobertura não
atendeu aos requisitos e por isso não podem ser avaliadas por este método. Para se
avaliar a cobertura é necessário aplicar o método de simulação para a avaliação do
desempenho térmico.
Quadro 13 – Avaliação do desempenho térmico pelo método simplificado
Envol tóri a
Critérios
α ≤ 0,6
Transmitância térmica
Parede externa
Capacidade térmica
U ≤ 3,70
Transmitância térmica
CT ≥ 130
A ≥ 5%
Ventilação
Cobertura
Avaliação
α > 0,4
U ≤ 1,50
Mínima
Mínima
-
Fonte: Próprio Autor
5.2.3. Análise das temperaturas superfic iais da envoltória
Após a escolha das zonas térmicas de ambientes de permanência prolongada foram
determinados os pontos para se realizar as medições de temperatura superficial em: paredes,
76
piso e teto (Figura 61). Os pontos internos foram definidos de forma a estarem centralizados,
tanto na horizontal como na vertical, nos elementos construtivos com características
semelhantes ou em pontos que não interfiram por possuírem obstáculos do próprio mobiliário
da residência. Os pontos externos foram definidos, quando possível, de forma a coincidir com
os pontos internos, podendo obter um diferencial de temperatura da superfície interna e
externa do mesmo ponto.
Figura 61 – Mapa como pontos de medição nas superfícies das paredes , tetos e pisos
Fonte: Próprio Autor
Para a obtenção da variável temperatura superficial foram realizadas duas medições,
sendo um dia no período quente-seco (09/07/2013) e outra no período quente úmido
(14/01/2014) das três zonas térmicas na edificação analisada. Os dias foram escolhidos por
apresentarem condições climáticas comuns ao período pertencente. Em cada dia obteve-se as
temperaturas superficiais em três horários 8h, 14h e 20h.
Na zona da sala foram definidos nove pontos de medição das superfícies internas das
paredes (1 a 9), três pontos em superfícies externas das paredes (1, 8 e 9) e seis pontos para a
medição das superfícies internas de teto e piso (At, Ap, Bt, Bp, Dt e Dp).
Na Figura 62, referente ao período quente seco, verificam-se que os pontos de 2 a 7,
Ap, Bp e Dp, que são das superfícies internas de paredes internas e de piso, possuem
comportamentos semelhantes, apresentam menores temperaturas, com pouca variação entre os
três horários de medição. Os pontos 1, 8, 9, At, Bt e Dt, que são de superfícies internas que se
relacionam com ambiente externo, ocorreram uma maior diferenciação entre os dados
77
coletados às 8h para os demais horários, quando ocorreu um aumento considerável da
temperatura. No horário das 8h, foram registrados o maior valor de 28,6°C para o ponto 2 e
menor valor de 25,7°C para o ponto 9. No horário das 14h o maior valor foi de 32,8°C no
ponto 8 e o menor valor de 28,4°C no po nto Dp. No horário de 20h o maior valor foi de
31,1°C no ponto 8 e o menor valor de 28,8°C no ponto Dp. Percebe-se que o ponto mais
desfavorável acontece às 14h no ponto 8 onde a face de ambiente está para o lado oeste
recebendo o sol da tarde, aonde vem a confirmar trabalhos anteriores realizados para a cidade
de Cuiabá/MT.
Figura 62 – Valores de temperaturas superficiais internas dos pontos da zona da sala (quente seco)
Temp. sup. (ºC)
8h
14h
20h
35
30
25
20
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
At
Pontos de medição
Ap
Bt
Bp
Dt
Dp
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 63, referente ao período quente úmido, verificam-se que os pontos em geral
não sofrem muita alteração de temperatura. Mas nos pontos internos que se relacionam com o
meio externo percebe-se uma sutil diminuição das temperaturas nos horários das 8h e 20h.
Figura 63 – Valores de temperaturas superficiais internas dos pontos da zona da sala (quente úmido)
Tem. sup. (ºC)
8h
14h
20h
35
30
25
20
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
At
Pontos de medição
Ap
Bt
Bp
Dt
Dp
Fonte: Próprio Autor
No horário das 8h, foram registrados o maior valor de 28,7°C para os pontos 4 e 6 e
menor valor de 26,8°C para o ponto 9. No horário das 14h o maior valor foi de 30,3°C no
ponto 1 e o menor valor de 28,6°C no ponto Ap. No horário de 20h o maior valor foi de
78
28,6°C no ponto 4 e o menor valor de 23,7°C no ponto 1. Percebe-se que o ponto mais
desfavorável acontece às 14h no ponto 1 onde a face de a mbiente está para o lado norte
recebendo o sol, diferente do período anterior, que foi um ponto 8 da parede oeste.
Na Figura 64 e 65, são relacionados apenas os pontos das paredes externas que foram
medidos na superfície interna e externa.
No período quente seco, entre os três horários de medição, verificou-se que no ponto
com valores maiores (ponto 8) ocorre uma variação de 21ºC entre as medições do mesmo
ponto em outro horário, às 8h foi registrado entorno de 24,2ºC e às 14h passou para 45,6ºC.
As variações entre as superfícies externas e internas às 14h, verificou-se diferença de até
13ºC, principalmente no ponto 8, de 32,8ºC interno e 45,6ºC externo. Desta forma verifica-se
que as paredes apresentaram um ganho térmico ao serem atingidas pela radiação so lar e que,
apesar de ser insuficiente, apresentam uma resistência na transmitância do calor para o
interior. Mesmo assim a zona da sala de estar apresentou maiores temperaturas do ar interno
em relação às demais, pois o ponto mais desfavorável (ponto 8) representa uma grande área
dos elementos construtivos da edificação.
Já no período quente úmido os valores de temperaturas externas são bem menores e
sendo difícil verificar variações entre os horários num mesmo ponto ou entre valores de
superfícies internas e externas.
Figura 64 – Valores de temperaturas sup. internas e
Figura 65 – Valores de temperaturas sup. internas e
externas dos pontos da zona da sala (quente seco)
externas dos pontos da zona da sala (quente úmido)
1 int.
8 int.
9 int.
1 int.
8 int.
9 int.
1 ext.
8 ext.
9 ext.
1 ext.
8 ext.
9 ext.
8h
14h
Horários
20h
50
Temp. sup. (ºC)
Temp. sup. (ºC)
50
40
30
20
40
30
20
8h
14h
Horários
Fonte: Próprio Autor
20h
Fonte: Próprio Autor
Na zona do home oficce foram determinados cinco pontos de medição das superfícies
internas das paredes (10 a 14), dois pontos em superfícies externas das paredes (11 e 12) e
dois pontos para a medição das superfícies internas de teto e piso (Ct e Cp).Na Figura 66,
79
referente ao período quente seco, verificam-se que os pontos de 10, 13, 14, Cp, possuem
comportamentos semelhantes, apresentam menores temperaturas, com pouca variação entre os
três horários de medição. Os pontos 11, 12 e Ct, ocorreram uma maior diferenciação entre os
dados coletados apresentando um aumento considerável da temperatura as 14h. Já no período
quente úmido, figura 67, verifica-se uma similaridade entre os pontos e sofrem um pequeno
aumento de temperatura as 14h.
No período quente seco foram registrados no horário das 08h o maior valor de 27,9°C
para o ponto 10 e menor valor de 26,0°C para os pontos 12 e Ct. No horário das 14h o maior
valor foi de 32,2°C no ponto 11 e o menor valor de 29,0°C no ponto 13. No horário de 20h o
maior valor foi de 29,9°C no ponto 10 e o menor valor de 28,8°C no ponto Cp. Percebe-se
que o ponto mais desfavorável acontece às 14h no ponto 11 onde a face do ambiente esta para
o lado nordeste e não tem barreiras arquitetônicas como muro ou vegetações ficando exposto
ao sol todo o período da manhã. Já no período quente úmido foram registrados no horário das
08h o maior valor de 27,8°C para o ponto Ct e menor valor de 28,4°C para os pontos 14. No
horário das 14h o maior valor foi de 30,8°C no ponto 11 e o menor valor de 28,8°C no ponto
Cp. No horário de 20h o maior valor foi de 29,1°C no ponto 12 e o menor valor de 28,1°C no
ponto Cp. Assim como o período quente seco, o ponto mais desfavorável acontece às 14h no
ponto 11.
Figura 66 – Valores de temperaturas sup. internas dos
Figura 67 – Valores de temperaturas sup. internas dos
pontos da zona do home oficce (quente seco)
pontos da zona do home oficce (quente úmido)
14h
20h
8h
35
30
25
20
15
10
11
12 13 14 Ct
Pontos de medição
Fonte: Próprio Autor
Cp
Temp. sup. (ºC)
Temp. sup. (ºC)
8h
14h
20h
35
30
25
20
15
10
11
12 13 14 Ct
Pontos de medição
Cp
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 68 e 69, são relacionados apenas os dois pontos das paredes externas que
foram medidos na superfície interna e externa do home office. No período quente seco, entre
os três horários de medição, verificou-se que no ponto com valores maiores (ponto 11)
ocorreu uma variação de 11ºC entre as medições do mesmo ponto, em que às 8h foi registrado
entorno de 24,8ºC e às 14h passou para 35,6ºC. Entre as superfícies externas e internas às 14h,
80
verificou-se diferença de até 4ºC, principalmente no ponto 11, de 32,2ºC interno e 35,6ºC
externo. Percebe-se que o ponto mais desfavorável aconteceu às 14h no ponto 11 externo,
repetindo os valores encontrados para o ambiente interno. Mesmo assim o valor máximo deste
ponto foi inferior ao ponto máximo da zona da sala de estar, apesar de apresentarem a mesma
orientação solar. Isso ocorre, pois a própria edificação provocou sombra em uma parte da
parede representada por este ponto (Figura 68).
Já no período quente úmido os valores de temperaturas externas não possuem picos
altos de temperatura, sendo difícil verificar variações entre os horários num mesmo ponto ou
entre valores de superfícies internas e externas (Figura 69). No dia de medição ocorreu uma
precipitação pluviométrica antes da medição às 14h, o que pode ter contribuído para o grande
decaimento da temperatura nos horários das 14h e 20h.
Figura 68 – Valores de temperaturas sup. internas e
externas dos pontos do home oficce (quente seco)
Figura 69 – Valores de temperaturas sup. internas e
externas dos pontos do home oficce (quente úmido)
11 int.
12 int.
11 int.
12 int.
11 ext.
12 ext.
11 ext.
12 ext.
50
Temp. sup. (ºC)
Temp. sup. (ºC)
50
40
30
20
40
30
20
8h
14h
Horários
Fonte: Próprio Autor
20h
8h
14h
Horários
20h
Fonte: Próprio Autor
Na zona do quarto de casal foram determinados dois pontos de medição das
superfícies internas das paredes (15 e 17), um ponto em superfície externa das paredes (16) e
dois pontos para a medição das superfícies internas de teto e piso (Et e Ep). No período
quente seco e quente úmido, os pontos 15, 16, 17 e Ep possuem comportamentos semelhantes
com temperaturas menores e poucas variações entre os três horários de medição (Figura 70 e
71). O ponto Et, que é de superfícies internas do teto que se relaciona com ambiente externo,
registrou uma maior diferenciação entre os dados coletados às 8h para o horário das 14h,
quando aumenta a temperatura.
81
Figura 70 – Valores de temperaturas sup. internas dos
Figura 71 – Valores de temperaturas sup. internas dos
pontos da quarto do casal (quente seco)
pontos da quarto do casal (quente úmido)
14h
20h
8h
35
30
25
20
15
15
16
17
Et
Pontos de medição
Ep
Temperatura sup. (ºC)
Temperatura sup. (ºC)
8h
14h
20h
35
30
25
20
15
15
Fonte: Próprio Autor
16
17
Et
Pontos de medição
Ep
Fonte: Próprio Autor
No período quente seco, entre os três horários de medição, ocorreu uma variação de
4ºC entre as medições do ponto 16, em que às 8h foi registrado 24 ºC e às 14h passou para
28,4ºC. Entre as superfícies externas e internas às 8h, verificou-se diferença de até 3ºC, de
26,6ºC interno e 24ºC externo, sendo diferente dos demais ambientes em que as maiores
diferenças entre as superfícies internas e externas ocorriam às 14h (Figura 72). Já no período
quente úmido, verifica-se que a temperatura até inicia com valores mais altos as 8h, decai
devido a influência de chuvas, comum no período (Figura 73).
Figura 72 – Valores de temperaturas sup. internas e
Figura 73 – Valores de temperaturas sup. internas e
externas dos pontos do quarto do casal (quente seco)
externas dos pontos do quarto do casal (quente úmido)
16 ext.
16 int.
50
40
30
20
8h
14h
Horários
Fonte: Próprio Autor
20h
Temperatura sup. (ºC)
Temperatura sup. (ºC)
16 int.
16 ext.
50
40
30
20
8h
14h
Horários
20h
Fonte: Próprio Autor
A zona do quarto do casal só possui uma parede que recebe incidência solar e apenas
no período matutino já que é fachada sudeste, as demais paredes da zona não estavam entre os
limites internos e externos, simultaneamente. Tendo em vista que as paredes desta zona
82
térmica recebem pouca radiação direta solar, pouco é transmitido para o ambiente interno
caracterizando na melhor situação entra as zonas analisadas.
As imagens obtidas pela câmera não registraram grandes alterações de cores entre os
pontos da imagem. Isso ocorreu por terem sido tiradas a um metro de distância dos pontos de
medição demarcando regiões em que não possuem grandes alterações de temperaturas para
serem registradas. Na figura 74, são apresentadas imagens do dia 09/07/13 do Ponto 1 interno,
ou seja, parede da sala de estar. Verificou-se que cada imagem apresenta pouca variação de
cores, no entanto ao serem comparadas umas com as outras de diferentes horários e do mesmo
ponto, contatou-se alterações proporcionais à variação de temperatura entre os horários.
Figura 74 – Três imagens registradas pela câmera FLIR i3 do Ponto 1 interno às 8h, 14h e 20h
27,9ºC às h
32,5ºC às 14h
30,9ºC às 20h
Fonte: Próprio Autor
5.3. CLASSIFICAÇÃO DO NÍVEL DE EFICIÊNCIA
5.3.1 Comparação entre dados medidos e simulados
Os dados medidos e simulados (com arquivo climático alterado) foram comparados
durante os dois períodos quente seco (28/06 a 12/07/2013) e quente úmido (31/12/2013 a
14/01/2014). Na Figura 75, são apresentados os dados referentes ao home oficce.
Figura 75 – Co mparação entre dados medidos e simulados do home oficce (quente seco)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,7158x + 8,5539
R² = 0,9115
EQM=1,2016
Medido home
Simulado home
Dias
Fonte: Próprio Autor
83
Verificou-se que os comportamentos são semelhantes e até se sobrepõem em alguns
horários. Isto significa que a construção do modelo e inclusão dos parâmetros foi satisfatória,
devido à grande correspondência entre o comportamento das curvas dos resultados. A maior
diferença entre os dados foi de 2,82ºC às 8h do dia 09/07/2013.
Ao realizar a mesma comparação dos dados da zona do home office, no período quente
úmido, verifica-se que ocorre um distanciamento entre os picos máximo de forma que os
dados simulados possuem valores mais altos (Figura 76). A maior diferença entre os dados foi
de 4,89ºC às19h do dia 08/01/2014, sendo maior que no período anterior.
Figura 76 – Co mparação entre dados medidos e simulados do home oficce (quente úmido)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,5565x + 11,4797
R² =0,7897
EQM=2,0247
Medido home
Simulado home
Dias
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 77 são apresentados os dados referentes à zona térmica da sala para o
período quente seco, também pode ser verificar a semelhança entre os comportamentos. Isso
confirma o resultado obtido para a zona do home oficce. A maior diferença entre os dados foi
de 3,24ºC às 8h do dia 09/07/2013.
Figura 77 – Co mparação entre dados medidos e simulados da sala (quente seco)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,7915x + 6,633
R² = 0,9069
EQM= 1,3713
Medido sala
Simulado sala
Dias
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 78, são apresentados os dados do mesmo ambiente, mas para o período
quente úmido, verifica-se que ocorre um distanciamento dos valores, principalmente entre os
dias em que ocorre queda da temperatura máxima medida. Isso pode ocorrer devido ao uso de
84
sistemas de condicionamento do ar, os quais não foram simulados no modelo. A maior
diferença entre os dados foi de 7,50ºC às 20h do dia 09/12/2013.
Figura 78 – Co mparação entre dados medidos e simulados da sala (quente úmido)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,5321x + 12,5773
R² =0,6648
EQM=2,1366
Medido sala
Simulado sala
Dias
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 79, são apresentados os dados da zona térmica do quarto de casal. Neste
caso, o comportamento se difere entres os dados, devido à mudança do comportamento dos
dados medidos no dia 30, em decorrência ao uso de ar condicionado, o qual não foi simulado.
O sistema de condicionamento do ar não foi simulado, por isso ocorre discrepância entre os
dados. A maior diferença entre os dados foi de 4,66ºC às 17h do dia 30/07/2013.
Figura 79 – Co mparação entre dados medidos e simulados do quarto casal (quente seco)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,5927x + 11,63
R² = 0,5569
EQM=1,7297
Medido quarto casal
Dias
Simulado casal
Fonte: Próprio Autor
Na Figura 80, são apresentados os mesmo dados para o período quente úmido. Neste
caso, o comportamento se difere entres os dados, devido à mudança do comportamento dos
dados medidos no final do período, em decorrência ao uso de ar condicionado. A maior
diferença entre os dados foi de 4,66ºC às 24h do dia 09/01/2014.
85
Figura 80 – Co mparação entre dados medidos e simulados do quarto casal (quente úmido)
Temp. operativa (ºC)
y = 0,7429x + 5,7322
R² =0,6151
EQM=2,5341
Medido quarto casal
Simulado casal
Dias
Fonte: Próprio Autor
Entre a análise dos dois períodos, verificou-se que o modelo apresentou resultados
diferentes ao relacionar os dados, sendo que as maiores diferenças ocorreram no período
quente úmido. Isso pode ter ocorrido devido à mudança das propriedades térmicas dos
materiais da envoltória, os quais absorvem a umidade do ambiente e apresentam água em sua
constituição. Também pode ter ocorrido este resultado por não terem sido informados dados
pluviométricos no arquivo climático para a simulação. Em vista disso, devem-se definir duas
equações de ajuste, sendo uma para cada situação de período.
Quanto à análise das comparações entre os ambientes, verifica-se que o home office é
o que possui melhores resultados de ajuste, sendo que este ambiente não tem equipamento de
ar. Nos demais ambientes, o condicionamento do ar interferiu nos comportamentos dos dados
medidos e não foi considerado para a simulação.
No quadro 14, são apresentados dois indicadores estatísticos, o coeficiente de
determinação (R²), que indica a qualidade do modelo e de como as amostras são explicadas
por ele, e o erro quadrático médio (EQM), que representa o erro do estimador. Desta forma,
entre os períodos verifica-se que o seco apresentou indicadores estatísticos mais favoráveis ao
modelo. Entre os ambientes verifica-se que o home office apresenta os indicadores mais
favoráveis ao modelo. Sendo assim, foram definidas as equações para ajuste da comparação
do home office para cada período, de maio a outubro e de novembro a abril.
Quadro 14 – Resu mo dos indicadores estatísticos das comparações
HOME OFFICE
SALA
Q. CASAL
R²
EQM
R²
EQM
R²
EQM
SECO
0,9115
1,2016
0,9069
1,3713
0,5569
1,7297
ÚMIDO
0,7897
2,0247
0,6648
2,1366
0,6151
2,5341
Fonte: Próprio Autor
86
5.3.2. Graus hora e classificação em níveis de eficiência energética (RTQ- R)
A partir da aplicação do RTQ-R, realizou-se a determinação do nível de eficiência
energética. O método consiste na somatória dos pontos da avaliação da envoltória, do sistema
de aquecimento de água e dos demais sistemas de forma geral (Equação 1, apresenta
ateriormente na página 26). A edificação não apresenta instalado nenhum sistema de
aquecimento de água, por isso o EqNumAA é o mínimo, valor igual a 1. Na avaliação
generalizada dos demais sistemas, é possível pontuar 0,3 pontos, para o sistema de iluminação
natural e artificial e de refrigerador. O edifício não pontuou quanto ao sistema de ar
condicionado, pois mesmo que tenha sido instalado em dois ambientes, ele não configura uma
situação totalitária da edificação em estudo e das demais edificações do loteamento. Mesmo
se fosse considerado o sistema de ar condicionado não alteraria o valor final da classificação.
Para a determinação final do nível de eficiência energética, é necessário avaliar a
envoltória e determinar o EqNumEnv. Para isso, foi necessário quantificar os graus-horas das
zonas de permanência prolongada, a partir das temperaturas operativas simuladas em um ano
com arquivo climático padrão. Na Figura 81, verificou-se que com a calibração ocorreu uma
diminuição em torno de 4mil graus-hora para as três zonas térmicas.
Figura 81 – Quantificação dos graus-horas dos dados de temperatura operativa calibrados ou não
Graus-Hora
36.000
E
30.000
D
C
24.000
18.000
B
12.000
Não-calibrado
Calibrado
A
6.000
Sala
Home
Zonas térmicas de permanência prolongada
Suíte
Fonte: Próprio Autor
A partir da definição da avaliação da envoltória em nível C em somatória com os
parâmetros citados acima, obteve-se uma avaliação total do edifício em nível C. Caso a
definição da envoltória fosse nível D, consequente da avaliação pondera de das zonas, a
classificação final da edificação passaria para nível D. Por isso, devem-se obter dados
simulados com alto grau de confiabilidade, pois pequenas variações da temperatura operativa
simulada podem acarretar em uma determinação do nível de eficiência equivocado.
87
5.4. ANÁLISE DE USO DA ILUMINAÇÃO E OCUPAÇÃO DOS AMBIENTES
Os dados de uso de iluminação e ocupação foram medidos de 16/06/13 a 15/01/14 nos
ambientes de permanência prolongada: sala de estar, home office e quarto do casal.
Os dados referentes ao uso de iluminação na sala de estar não corresponde ram à
realidade, neste caso o ponto de instalação do equipamento não foi adequado para o
equipamento ser sensibilizado ao uso de iluminação artificial ou a claridade natural ocorrida
por uma grande abertura. No entanto, o ponto de instalação foi adequado para que o
equipamento realizasse uma ampla varredura do ambiente quanto à ocupação. Por isso,
devido a geometria e iluminação da sala de estar, para se ter uma ma ior confiabilidade dos
dados neste ambiente, haveria a necessidade de ter instalados mais equipamentos, para que
alguns fossem responsáveis pelo registro de ocupação e outros pelo uso de iluminação
artificial, estes sendo instalados mais próximos as fontes de luz. Portanto, para este estudo,
devem-se desconsiderar os dados de iluminação obtidos neste ambiente (Quadro 15).
Quadro 15 – Resu mo dos dados de ilu minação e ocupação de 16/06/13 a 15/01/14
Sala de estar
Home office
Quarto do Casal
Tempo TOTAL de registro
5143:31:17 (HMS )
5143:31:13 (HMS )
5144:29:25 (HMS )
Tempo Lu z ligada
2780:33:17 (HMS)
759:58:44 (HMS)
412:53:38 (HMS)
54,06%
14,78%
8,03%
628:15:25 (HMS)
284:10:51 (HMS)
474:55:56 (HMS)
12,21%
5,53%
9,23%
2244:50:10 (HMS)
530:58:14 (HMS)
314:57:28 (HMS)
43,64%
10,32%
6,21%
92:32:18 (HMS)
55:10:21 (HMS)
376:59:46 (HMS)
1,80%
1,07%
7,33%
Porcentagem Ligada
Tempo Ocupado
Porcentagem Ocupado
Tempo Lu z ligada e não ocupado
Porcentagem Luz ligada e não ocupado
Tempo Lu z desliga e ocupado
Porcentagem Lu z desliga e ocupado
Fonte: Próprio Autor
Do total de horas de medição, correpondentes a 6 meses, em pelo menos um dos
ambientes obtiveram-se ocupução em torno de 27% do tempo, sendo a sala de estar e o quarto
de casal os que permaneceram com maior ocupação e o home office com menor porcentagem.
Estes dados são compatíveis a rotina dos moradores, que passam muito tempo fora de sua
residência, permanencendo em casa principalmente nos períodos noturnos e finais de semana.
Ao analisar a porcentagem de luz articial ligada e sem ocupação no ambiente, é
necessário desconsiderar os dados da sala de estar por não haver confiabilidade, entre os
demais ambientes, verifica-se que obteve-se entorno de 17% nos ambientes do home office e
88
quarto do casal. Neste quadro, destaca-se que no quarto de casal ocorreu 9% de ocupação e
6% de tempo de luz ligada sem ocupação, já no home office constata-se que a porcentagem de
ocupação foi de 6% e o tempo de luz ligada sem uso do ambiente foi de 10%. Por isso,
verifica-se um mal uso da iluminação principalmente no home office, em que o tempo de
desperdício de energia de iluminação supera o tempo de ocupação do ambtiente.
Quanto ao consumo energético, considerando que haja duas lâmpadas de 23W em
cada ambiente, o consumo para o quarto de casal foi de 14,5kW/h e do home office de
24,4kW/h. Ao consider a tarifa de consumo local sem taxas igual a 342,82 reais por MW/h,
pode-se dizer que no período de seis meses ocorreu um gasto desnecessário de 13,33 reais
referente apenas aos dois ambientes.
5.5. PROPOSTA PARA A MELHORA DO DESEMPENHO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Entre os períodos, identifica-se a diferença entre as variáveis. No período quente
seco, verificam- se baixas umidades e maiores amplitudes térmicas, proporcionado por um
resfriamento no período noturno. Enquanto no período quente úmido, verificam- se altas
umidades e menores amplitudes térmicas, não havendo grandes variações climáticas entre
dia e a noite.
Na edificação de estudo, identificou- se a sala como sendo o ambiente mais
desfavorável para o desempenho térmico e eficiência energética. O ambiente do quarto de
casal se encontra protegido pela própria edificação, que se torna um obstáculo para a
radiação direta e consequentemente ganho térmico. Em geral, na envoltória verifica- se
que são as paredes os elementos construtivos que mais influenciam no ganho térmico
interno.
Em vista deste diagnóstico da edificação, as propostas devem atender a dois
períodos climáticos distintos, influenciar prioritariamente na zona da sala e podendo
oferecer maior resistência térmica as paredes e estar de acordo com as estratégias
bioclimáticas para a zona 7, recomendadas pela NBR 15220 (2008):
a) Proteção às aberturas: a edificação possui venezianas instaladas nas janelas, no
entanto para a porta de correr de vidro da sala para o aces so ao quintal, não ocorre
proteção solar com brises e outros obstáculos a radiação. Ela está localizada em uma
das fachadas mais desfavoráveis da edificação, por estar voltada para o oeste. Por isso,
propõe-se que seja feita a proteção desta abertura com a utilização de brises, pois no
período da tarde a radiação avança para dentro da zona da sala.
89
b) Proteção às coberturas: avaliação do desempenho da cobertura demonstrou
ineficiência tanto no método simplificado como no medido. Por isso é necessário
aumentar a resistência térmica destes elementos construtivos. Para isso, deveria
utilizar telhar com menores valores de absorção solar, ou seja, telhas claras. Também,
podem ser inseridas mantas térmicas de reflexão da radiação solar.
c) Proteção às paredes: os elementos construtivos (paredes e coberturas) apresentam
resistências em atendimento ao mínimo estabelecido em normas. No entanto não estão
sendo suficientes, principalmente as paredes que recebem radiação por um longo
período do dia ou a tarde (sala). A residência cuiabana se apodera deste artifício ao
propor varandas, as quais sombreiam as paredes mais prejudicadas. Na edificação de
estudo não é possível desenvolver esta medida, mas é possível encorpar a parede
(maior inércia térmica), propor a utilização de paredes verdes composta por vegetação,
instalar elementos no entorno (vegetação, brises, venezianas, muros) que promovam o
sombreamento dos elementos construtivos.
d) Plantio de vegetação: a edificação foi construída em um processo de rápida execução
em uma gleba urbana devastada para a construção do condomínio. Por isso, não
existem indivíduos arbóreos no entorno. Portanto, propõe-se o plantio de vegetação,
pois ela poderá contribuir para a proteção das aberturas e proteção as paredes, além de
contribuírem para a umidificação e resfriamento evaporativo do ar principalmente nos
período quente seco.
e) Instalação de sistema de aquecimento de água: a edificação não possui sistemas
para aquecimento da água do chuveiro. A instalação deste sistema poderá contribuir
para a eficiência energética da edificação proporcionando a redução de consumo
energético pelo chuveiro, um dos principais equipamentos responsáve is pelo consumo
residencial.
f) Educação aos moradores e automação: como constatado, às vezes os moradores
mantém ligado desnecessariamente sistemas de iluminação. Por isso, mesmo que
sejam adotados todos os requisitos para um alto desempenho e eficiência energética,
sem a educação dos moradores, este quadro não ocorrerá na realidade. Por isso,
devem-se realizar ações de informação e incentivo a economia energética tanto para as
crianças como para os adultos. Podem ocorrer por meio de filmes, palestras e cartilhas
educacionais. Além disso, poderá ser instalados equipamentos de automação de
acionamento, os quais mantêm os equipamentos em uso apenas quando necessário.
90
6. CONCLUSÕES
O microclima do local de estudo possui dois períodos distintos: quente seco e quente
úmido, com características climáticas distintas: baixas umidades e altas amplitudes térmicas
diárias num período e altas umidades e baixas variações diárias de temperatura.
Entre as três zonas térmicas de permanência prolongada, a sala de estar foi o que
apresentou piores condições de desempenho térmico e eficiência energética, enquanto o
quarto de casal apresentou as melhores.
Entre os elementos da envoltória, as paredes são os elementos que apresentam maior
interferência para o ganho térmico dos ambientes da sala e home office, enquanto que no
quarto de casal elas se encontram protegidas, passando a ter a cobertura o elemento de maior
interferência.
A calibração do modelo de simulação foi realizada a partir das temperaturas
operativas. O ajuste foi realizado em dois períodos (quente seco e quente úmido), a partir da
equação de comparação do home office.
A edificação foi classificada em nível C, mesmo não possuindo sistemas de
aquecimento de água. Para a determinação deste índice, os dados foram ajustados de acordo
com a calibração. Se isso não tivesse ocorrido, o nível cairia para D. Por isso fica evidente a
necessidade de realizar a calibração dos dados simulados, tendo em vista a complexidade do
modelo climático.
As propostas de alterações para melhora do desempenho térmico e eficiência
energética da edificação são: proteções às aberturas, principalmente a porta de correr de vidro
dos fundos, com a utilização de brises; proteções às coberturas, deve-se diminuir a absorção
solar com elementos mais reflexivos; proteções às paredes, principalmente as que recebam
muita radiação, para isso deve aumentar a resistência térmica da parede (maior inércia
térmica), utilizar paredes verdes, instalar elementos no entorno (vegetação, brises, venezianas,
muros) de sombreamento; plantio de vegetação, pois contribuem para o sombreamento,
umidificação e resfriamento evaporativo; instalar sistemas de aquecimento de água; e,
promover ações educacionais a população e instalar sistemas de automação de acionamento.
Neste estudo, ficou evidente a necessidade de se realizar a calibração dos modelos, no
entanto ainda não existe uma metodologia padronizada para a calibração. Por isso, são
necessários mais estudos a fim de se obter a metodologia mais adequada e que possa permitir
maior confiabilidade dos dados, sendo evitados erros de interpretação e de inserção de
informações.
91
Os estudos climatológicos envolvem uma complexidade de interações em um espaço
temporal. Isso torna os estudos mais difíceis, pois algumas falhas nos sistemas de medições
em que ocorra perda de dados prejudicam a pesquisa de forma irreversível. Por isso, é
necessário conhecer muito bem os instrumentos de medições e monitorá- los frequentemente
para que se evitem falhas.
92
7. REFERÊNCIAS
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220:
Desempenho térmico de edificações – Parte 1: Definições, símbolos e unidades. Rio de
Janeiro, 2005a.
______. NBR 15220-3: Desempenho térmico de edificações – Parte 3: Zoneamento
bioclimático brasileiro e estratégias de condicionamento térmico passivo para habitações de
interesse social. Rio de Janeiro, 2005b.
______. NBR 15220-2: Desempenho térmico de edificações – Parte 2: Métodos de cálculo da
transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos
e componentes de edificações. Rio de Janeiro, 2008a.
______. NBR 15575: Edificações habitacionais – Desempenho. Rio de Janeiro, 2013.
ANEEL. Resolução Homologatória Nº 1.506 de 2013. Homologa o resultado da terceira
Revisão Tarifária Periódica – RTP da Centrais Elétricas Matogrossenses S.A. – Cemat, fixa as
Tarifas de Uso do Sistema de Distribuição – TUSD, as Tarifas de Energia – TE e dá outras
providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, n.66, p. 74, 08
abr.,
2013.
seção
1.
PT.
1.
Disponível
em:
<http://www.aneel.gov.br/cedoc/
reh20131507.pdf>. Acesso em: 20/05/2013.
BRASIL. Decreto de Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000. Dispõe sobre realização de
investimentos em pesquisa e desenvolvimento e em eficiência energética por parte das
empresas concessionárias, permissionárias e autorizadas do setor de energia elétrica, e dá
outras providências. Diário Oficial da Republica Federativa do Brasil. Brasília, DF, v. 138, n.
242, p. 5, 20 dez., 2001. seção 1. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/cedoc/blei
20009991.pdf> Acesso em: 21/05/2013.
_______. Decreto de lei nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001. Regulamenta a Lei no 10.295,
de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso
Racional de Energia, e dá outras providências. Diário Oficial da Republica Federativa do
93
Brasil. Brasília, DF, v. 138, n. 142, p. 1, 25 jul., 2000. seção 1. PT. 1. Disponível em: <http://
http://www.aneel.gov.br/cedoc/bdec20014059.pdf> Acesso em: 27/05/2013.
_______. Lei nº 10.295, de 17 de Outubro de 2001. Dispõe sobre a Política Nacional de
Conservação e Uso Racional de energia e outras providências . Diário Oficial [da]
Republica Federativa do Brasil. Brasília, DF, n. 2001, p. 1, 18 out., 2001. seção 1. Disponível
em: < http://www.aneel.gov.br/cedoc/lei200110295.pdf> Acesso em: 21/05/2013.
_______. MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMERCIO
EXTERIOR - MDIC. INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E
QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO. Portaria nº 50, de 01 de fevereiro de 2013.
Requisitos de Avaliação da Conformidade para a Eficiência Ene rgética de Edificações .
Rio de Janeiro, 2013.
_______. MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMERCIO
EXTERIOR - MDIC. INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E
QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO. Portaria nº 372, de 17 de setembro de 2010.
Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios
Comerciais, de Serviços e Públicos. Rio de Janeiro, 2010.
_______. MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMERCIO
EXTERIOR - MDIC. INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E
QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO. Portaria nº 18, de 16 de janeiro de 2012.
Regulamento Técnico da Qualidade - RTQ para o Nível de Eficiência Energética de
Edificações Residenciais. Rio de Janeiro, 2012a.
_______. MINISTÉRIO
DE MINAS
E ENERGIA.
EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA. Anuário estatístico de energia elétrica 2012. Rio de Janeiro: EPE, 2012b.
_______. MINISTÉRIO
DE MINAS
E ENERGIA.
EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2012: Ano Base 2011. Relatório Final. Rio
de Janeiro: EPE, 2012c.
94
_______. MINISTÉRIO
DE MINAS
E ENERGIA.
EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2012: Ano Base 2011. Síntese do Relatório
Final. Rio de Janeiro: EPE, 2012d.
_______. MINISTÉRIO
DE MINAS
E ENERGIA.
EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA. Plano Decenal de Expansão de Energia - 2021. Brasília: EPE, 2013.
_______. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. INSTITUTO NACIONAL DE
METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E QUALIDADE INDUSTRIAL - INMETRO. Plano
Nacional de Eficiê ncia Energética: Pre missas e diretrizes básicas . Rio de Janeiro, 2011.
BARBOSA, M. J. Uma metodologia para especificar e avaliar o desempenho térmico de
edificações residenciais unifamiliares. 1997. 277f. Tese (Doutorado em Engenharia). Pósgraduação em engenharia de produção, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis-SC.
BORGES, C. A. M. O conceito de desempenho de edificações e a sua importância para o
setor da construção civil no Brasil. 2008. 263f. Dissertação (Mestrado em Engenharia).
Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo-SP.
CARVALHO, P. F. de; BRAGA, R. (orgs.) Perspectivas de Gestão Ambiental em Cidades
Médias. Rio Claro: LPM-UNESP, 2001. p. 95 a 109. (ISBN 85-89154-03-3)
CASALS, X. G. Analysis of building energy regulation and certification in Europe: Their
role, limitations and differences. Energy and Buildings. 2006. Vol. 38. p 381–392. (ISSN:
0378-7788) Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2005.05.004> Acesso em
14/01/2014.
COAKLEY, D; RAFTERY, P; MOLLOY, P; WHITE, G. Calibration of a Detailed BES
Model to Measured Data Using an Evidence-Based Analytical Optimisation Approach. In:
TWELFTH SYDNEY IBPSA CONFERENCE, 2011, Bienais eletrônicos. Sydney:
Australian Institute of Refrigeration, Air-conditioning and Heating (AIRAH). Disponível em:
<http://ibpsa.org/proceedings/BS2011/P_1222.pdf>. Acesso em: 18/01/2014.
95
CUIABÁ. Lei complementar nº 231, de 26 de Maio de 2011. Disciplina o Uso, Ocupação e
Urbanização do Solo Urbano no município de Cuiabá. Gazeta Municipal. Cuiabá, MT
n.1059, 27 maio, 2011, pág. 1. Disponível em: < http://www.cuiaba.mt.gov.br/upload/arquivo
/LUOUS_Lei_de_Uso_Ocupacao_Urbanizacao_do_Solo.pdf > Acesso em: 17/07/2013
________. PREFEITURA. SECRETARIA MUNICIPAL DE DESENVOLVIMENTO
URBANO – SMDU. DIRETORIA DE URBANISMO E PESQUISA-DUP. Perfil
socioeconômico de Cuiabá. vol. V. Cuiabá: Central de Texto, 2012.
ENERGYPLUS. Getting started with Energy Plus. Basic Concepts Manual. Orlando
Lawrence Berkeley national Laboratory. University of Illinois. p. 690, 2012.
FROTA, A. B; SCHIFFER, S. R. Manual de Conforto Térmico. São Paulo: Studio Nobel;
2001, 5.ed, 243 p.
GALI, G; YILMAZ, A. Z. Problems for Energy Certification of Complex Buildings through
Simplified Methods. In: BSO12 - FIRST BUILDING SIMULATION AND OPTIMIZATION
CONFERENCE, 2012. Bienais eletrônicos. Turquia: Loughborough University, 2012.
Disponível
em:
<http://www.ibpsa.org/proceedings/BSO2012/1D3.pdf>.
Acesso
em:
11/01/2014.
GIVONI, B. Comfort Climate Analysis and Building Design Guidelines. Energy and
Buildings. 1992. v. 18. p 11-23. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/
article/pii/037877889290047K> Acesso em: 20/01/14
________. CHENG, V; NG, E; CHAN, C. Outdoor Thermal Comfort Study in a Sub- Tropical
Climate: a Longitudinal Study Based in Hong Kong. Int J Biometeorol. 2011. Disponível
em: <DOI 10.1007/s00484-010-0396-z> Acesso em: 20/01/2014
IEA - INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Key World Energy Statistics. Paris,
França. 2013.
IWARO, J; MWASHA, A. A review of building energy regulation and policy for energy
conservation in developing countries. Energy Policy. 2010. Vol. 38. p 7744–7755. (ISSN:
96
0301-4215) Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2010.08.027> Acesso em
14/01/2014.
LAMBERTS, R; GHISI, E; PEREIRA, C. D; BASTISTA, J. O. Casa eficiente:
Bioclimatologia e desempenho térmico. Florianópolis:UFSC/LabEEE; 2010, V.1, 123 p.
LAMBERTS, R; DUTRA, L; PEREIRA, F. O. R. Eficiência Energética na Arquitetura,
PW, São Paulo, 1997.
LEÃO, E. F. T. B. Carta Bioclimática de Cuiabá - Mato Grosso. 2007. 147f. Dissertação
(Mestrado em Física e Meio Ambiente). Pós-graduação em Física e Meio Ambiente,
Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá-MT.
MACHADO, F. L. V; MACHADO, M. DE R.; BASTOS, L. G; RIOS, I. DA S. Modelos de
Classificações Climáticas: Estudo de Caso no Município de Cuiabá (MT). GEONORTE.
2012. Edição Especial 2. Vol. 2. N 5. p 1455–1467. (ISSN 2237-1419). Disponível em:
<http://www.revistageonorte.ufam.edu.br/index.php/edicao-especial-climatologia>
Acesso
em 18/01/2014.
MAITELLI, G. T. Uma abordagem tridimensional de clima urbano e m área tropical
continental: o exemplo de Cuiabá-MT. São Paulo, FFLCH-USP, 1994. Tese (Doutorado em
Geografia). Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, Universidade de São Paulo,
1994.
MATEUS, N. A. M. A Validação de modelos de simulação térmica num edifício de dupla
pele sem climatização. 2012. 70f. Dissertação (Mestrado em Engenharia da Energia e do
Ambiente). Universidade de Lisboa, Portugal.
MASCARÓ, J. L; MASCARÓ, L. Densidades, ambiência e infra-estrutura urbana.
Arquitextos, out. 2001. Nº 017.08. (ISSN 1809-6298). Disponível em: <http://
http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/arquitextos/02.017/842 >. Acesso em: 13/01/2014.
Mato Grosso economiza 4% de energia. MT Agora, Cuiabá-MT, 18 fev. 2013. Disponível
em: <http:www.mtagora.com.br >. Acesso em: 20/05/2013.
97
MIRANDA, S. A. Desempenho térmico em dormitórios e consumo de energia elétrica
residencial: Estudo de cado em Cuiabá-MT. 2011. 143f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia de Edificações e Ambiental). Programa de Pós-Graduação em Engenharia de
Edificações e Ambiental, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá-MT.
MELO, A. P; SORGATO, M. J; LAMBERTS, R. Building energy performance assessment:
Comparison between ASHRAE Standard 90.1 and Brazilian regulation. Energy and
Buildings.
2014.
Vol.
70.
p
372–383.
(ISSN:
0378-7788)
Disponível
em:
<http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.080> Acesso em 16/01/2014.
PROCEL. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE PRÉDIOS PÚBLICOS. Manual de Tarifação
da Ene rgia Elétrica. Rio de Janeiro, RJ, 2011. 56 p.
PEREIRA, C. D. A Influência do Envelope no Desempenho Té rmico de Edificações
Residenciais Unifamiliares Ocupadas e Ventiladas Naturalmente . 2009. 124f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Civil). Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil,
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianóplis-SC.
PERÉZ-LOMBARD, L; ORTIZ, J; POUT, C. A review on buildings energy consumption
information. Energy and Buildings. 2008. Vol. 40. p 394–398. (ISSN: 0378-7788)
ROMANCINI, S. R. Novas Formas de Habitat Urbano em Cuiabá (MT): Os Condomínios
Fechados. Revista ACTA Geográfica, Cidades na Amazônia Brasileira, n. Especial, 2011.
SACHS, I. A revolução energética do século XXI. Revista Estudos Avançados. v. 21. n. 59.
USP: São Paulo. 2007.
SILVA, V. F. Produção do Espaço Urbano: Condomínios Horizontais e Loteamentos
Fechados em Cuiabá-MT. Revista Geográfica de América Central, Costa Rica, n. Especial
EGAL, 2011.
SILVA, G. J. A. da; ROMERO, M. A. B. Cidades sustentáveis: uma nova condição urbana a
partir de estudos aplicados a Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, Brasil. Ambiente
98
Construído, Porto Alegre, v. 13, n. 3, p. 253-266, jul./set. 2013. (ISSN 1678-8621).
Disponível
em:
<http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212013000300015>.
Acesso
em:
13/01/2014.
TAHMASEBI, F; ZACH, R; SCHUß, M; MAHDAVI, A. Simulation Model Calibration: an
Optimization-based
Approach.
In:
FOURTH
GERMAN-AUSTRIAN
IBPSA
CONFERENCE, 2012, Bienais eletrônicos. Alemanha: Berlin University of the Arts.
Disponível: <http://www.ibpsa.org/proceedings/bausimPapers/2012/BauSIM2012_170.pdf>.
Acesso em: 18/01/2014.
WEILLER, G. C. B. A influência de variáveis de entorno no desempenho térmico de
habitações de interesse social. 2008. 187f. Dissertação (Mestre em Engenharia de
Edificações e Saneamento) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e
Saneamento. Departamento de Engenharia civil da Universidade Estadual de Londrina,
Londrina-PR.
99
APÊNDICE
2.9. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DOS MATERIAIS
Para o estudo do desempenho dos materiais da edificação é necessário ter claro alguns
conceitos das características dos materiais e entender como o material se comporta com o
calor do ambiente. Desta forma, a seguir são apresentados algumas características tratadas
pela NBR15220-2 (ABNT, 2005a).
2.9.1. Fluxo de calor (Q)
Segundo a NBR15220-1 (2005a), o fluxo de calor é uma quantidade de energia que
atravessa uma superfície durante um intervalo de tempo. Pode ser representado pelo símbolo
“Q” sendo expresso pela unidade de watts (W). Para que ocorra transmissão de calor é
necessário que os corpos tenham temperaturas diferentes, podendo ocorrer por condução,
convecção, radiação e condensação. No caso dos componentes construtivos da envoltória da
edificação é necessário que haja diferença entre as temperaturas dos ares interno e externo. As
Equações 3 e 4 representam o fluxo de calor em planos opacos verticais e horizontais,
respectivamente (LAMBERTS, 1997).
Para Planos Verticais:
Equação 3
Para Planos Horizontais:
Equação 4
Onde:
Q: fluxo de calor (W)
U: transmitância térmica (W/m².K)
A: área da superfície (m²)
Text e Tint: temperatura externa e interna (ºC)
: absorvidade solar (função da cor) (sem unidade)
RS: radiação solar total incidente na superfície (W/m²)
Rse: resistência superficial externa (sem unidade)
2.9.2. Condutividade térmica (λ)
A transmissão de calor por condução se realiza por contato molecular. Portanto, a
condutividade térmica é uma propriedade física específica de cada material homogêneo e
quantifica a habilidade dos materiais de conduzir energia térmica. Existem vários métodos
para se medir a condutividade térmica, a NBR15220 (2008) parte 4 e 5, trazem dois destes
métodos, para a determinação de um fluxo de calor constante, com densidade de 1W/m²,
quando submetido a um gradiente de temperatura uniforme de 1Kelvin por metro. Esta
propriedade é representada pelo símbolo “λ” e é expresso pela unidade W/(m.K).
100
A NBR15220-2 (2008) apresenta alguns valores indicativos de condutividade térmica
para alguns materiais. A NBR15220-3 (2005b) apresenta os valores utilizados para o cálculo
de capacidade térmica, transmitância térmica e atraso térmico dos componentes de paredes e
coberturas exemplificados na norma.
2.9.3. Resistência térmica (R)
A resistência térmica é a propriedade do material em resistir à passagem do calor. Na
arquitetura os componentes construtivos devem apresentar resistência à passagem de calor do
ambiente externo para o interno ou ao contrário dependendo do sentido do fluxo.
Segundo a NBR15220-2 (ABNT, 2005a), a resistência de uma camada homogênea é
dada pela Equação 9, sendo representada pelo símbolo “R” e unidade de medida (m².K)/W.
Equação 9
Onde:
R: resistência térmica da camada homogênea ((m².K)/W)
e: espessura de uma camada (m)
: condutividade térmica (W/(m.K))
A resistência térmica total é o somatório do conjunto resistências térmicas
correspondentes às várias camadas de um elemento ou componente, incluindo as resistências
superficiais interna e externa (ABNT, 2005a), verificado na Figura 9. O cálculo das
resistências das camadas dos componentes é determinado pela Equação 9, mas os valores de
resistências superficiais internas e externa e resistência do ar (Rsi, Rse e Rar) são obtidos a
partir de tabelas normalizadas (ABNT, 2005a).
Figura 9 – Corte perpendicular a u ma parede co m apresentação das
camadas de sua composição e a somatória das resistências
Fonte: LAM BERTS, 1997
101
2.9.4. Transmitância térmica (U)
A transmitância térmica é a propriedade que se tem de permitir o fluxo de calor, o
inverso da resistência térmica, que quantifica a dificuldade da passagem de calor (NBR152201 ABNT, 2005a). Segundo Lamberts (2010) representa a capacidade dos componentes
construtivos de conduzir maior ou menor quantidade de energia por unidade de área e de
diferença de temperatura.
A Equação 10 apresenta o cálculo para os valores de transmitância térmica, que é
representada pelo símbolo “U”ou “valor U” e medida em W/(m².K).
Equação 10
Onde:
U: transmitância térmica (W/(m².K))
R: resistência térmica da camada homogênea ((m².K)/W)
e: espessura de uma camada (m)
: condutividade térmica (W/(m.K))
2.9.5. Capacidade térmica (C)
A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para que o material aumente
sua temperatura, ou seja, que suas moléculas aumentem a agitação (NBR15220-1 ABNT,
2005a). Esta propriedade é representada pelo símbolo “C”expressa em J/K (Equação 11). Em
edificações, trabalha-se com a capacidade térmica de componentes, que seria a capacidade
térmica para a área do componente (ABNT NBR15220-1, 2005a). Esta propriedade é
representada pelo símbolo “C T ” e medida em J/m².K (Equação 12).
Equação 11
Equação 12
Onde:
C: capacidade térmica (J/K)
Q: quantidade de energia recebida ou cedida (J)
t: variação da temperatura (K)
CT: capacidade térmica de componente (J/(m².K))
i:
condutividade térmica da camada iª (W/(m.K))
Ri: resistência térmica da camada iª ((m².K)/W)
ei: espessura da camada iª (m)
ci: calor específico da camada iª (kJ/(kg.K))
i:
densidade aparente da camada iª (W/(m.K))
2.9.6. Densidade de massa aparente ()
102
A densidade aparente é a quantidade de massa contida em um volume aparente do
corpo, representada pelo símbolo “” e medida em kg/m³ (NBR15220-1 ABNT, 2005a).
Diferente da densidade real, a densidade aparente corresponde ao volume ocupado por uma
determinada massa de sólido, considerando a porosidade.
2.9.7. Inércia térmica: Atraso térmico () e amortecimento
O atraso e o amortecimento, juntos, compõem a inércia térmica, a qual é função da
densidade, da condutibilidade e da capacidade calorífica da parede, assim como apresentado
da Figura 10 (FROTA, 2001).
Figura 10 – Esquema exp licat ivo do fenômeno da inércia térmica de u ma parede real (q 2) e de u ma parede
fictícia de peso nulo (q1)
Fonte: FROTA (2001)
O atraso térmico é o tempo transcorrido entre uma variação térmica em um meio e sua
manifestação na superfície oposta (ABNT NBR15220-1, 2005a). O amortecimento é a
diferença da temperatura máxima inicial que o material proporciona ao resistir à passagem de
calor. O atraso térmico para elemento heterogêneo é calculado a partir da Equação 13, sendo
representado pelo símbolo “” e medido em horas.
Equação 13
Equação 14
Equação 15
Onde:
: atraso térmico (h)
Rt: resistência térmica do componente ((m².K)/W)
CT: capacidade térmica de componente (J/(m².K))
CT ext: capacidade térmica da camada externa do componente (J/(m².K))
: condutividade térmica do material externo (W/(m.K))
103
: densidade aparente do material externo (W/(m.K))
c: calor específico do material externo (kJ/(kg.K))
Rext: resistência térmica do componente externo ((m².K)/W)
2.9.8. Fator solar (FS)
O fator solar é a relação entre a radiação solar que o componente construtivo transmite
para o interior pela radiação solar total incidente sobre a superfície externa, é representado
pelo símbolo FS e não possui unidade de medida (ABNT NBR15220-1, 2005a). As Equações
16 e 17 são utilizadas para os cálculos do fator de ganho solar de elementos opacos e
elementos transparentes ou translúcidos.
Equação 16
Equação 17
Onde:
FSo: fator solar de elementos opacos (sem unidade)
U: transmitância térmica do componente (W/(m².K))
: absortância à radiação solar – função da cor (sem unidade)
Rse: resistência superficial externa (sem unidade)
FSt: fator solar de elementos transparentes ou translúcidos (sem unidade)
τ: transmitância à radiação solar, relação entra a taxa radiação solar que atravessa pela incidente