Alessandra de Sousa Couto
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO IMPACTO DE
SOLUÇÕES ARQUITETÔNICAS NO DESEMPENHO
TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada ao Mestrado em Engenharia
Civil do CEFET-MG como requisito para obtenção do
título de Mestre em Engenharia Civil
Orientador: Prof. Guilherme Fernandes Marques, Ph.D.
Co-Orientador: Prof. Frederico Romagnoli Silveira Lima, Dr.
Belo Horizonte, 29 de agosto de 2013
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem
a autorização da Instituição, da autora e do orientador.
Alessandra de Sousa Couto
Arquiteta e Urbanista, pós-graduada em Arquitetura de Interiores, mestranda em
Engenharia Civil, trabalha na Seção de Engenharia da Polícia Militar de Minas Gerais,
com o desenvolvimento de projetos de construção e reforma e avaliação do uso e
ocupação das edificações PM em todo o Estado.
Alessandra de Sousa Couto
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO IMPACTO DE
SOLUÇÕES ARQUITETÔNICAS NO DESEMPENHO
TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
Dissertação apresentada ao Mestrado em Engenharia
Civil do CEFET-MG como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil
Belo Horizonte, 29 de agosto de 2013
Dedico este trabalho ao meu marido e aos meus pais.
AGRADECIMENTOS
A todas as pessoas que me apoiaram no período do mestrado, em especial:
Ao Engenheiro de Produção Civil e Capitão PM Antônio Carlos Correa Júnior,
meu marido, meu maior incentivador, pelo amor, carinho e apoio incondicional
durante todo o mestrado. Agradeço de forma especial o total apoio no
desenvolvimento deste trabalho final, me auxiliando com seus conhecimentos.
Aos meus pais e irmãos pelo apoio e incentivo aos meus estudos, durante todas
as fases de minha vida.
Ao Prof. Guilherme Fernandes Marques, pela orientação e confiança durante o
desenvolvimento do trabalho.
Ao Prof. Frederico Romagnoli, pela co-orientação e auxílio no aprendizado do
software Desing Builder.
Ao Prof. Sílvio Romero Fonseca Motta, pelo apoio com seus conhecimentos e
pelos contatos com pessoas para colaborarem nesta pesquisa.
Ao Prof. Raoni Venâncio dos Santos Lima, UFRN, pelo auxílio quanto ao uso
do Software Design Builder.
À Isa Couto Corrêa, que dividiu os primeiros momentos da sua vida com a
conclusão desse trabalho.
RESUMO
A inclusão de estudos sobre o comportamento térmico de edificações, na elaboração
de projetos de edifícios é um método eficiente na busca pelo conforto térmico com menor
consumo de energia e consequente redução das emissões de CO2 para o meio ambiente. As
ferramentas de simulação computacional são um importante auxílio na avaliação de opções
construtivas. As edificações comerciais e públicas, principalmente devido ao tipo de uso e
concepção arquitetônica são as maiores responsáveis pelo consumo de energia em razão do
uso de ar condicionado, sendo importante o desenvolvimento de estudos que contribuam para
a redução de tal necessidade. O objetivo deste trabalho é investigar soluções arquitetônicas,
envolvendo materiais de vedação externa e elemento de proteção solar nas aberturas, para
melhoria do desempenho ambiental de uma edificação da Polícia Militar de Minas Gerais,
tendo como referência, o conforto térmico interno na edificação. A avaliação e a comparação
são feitas em termos de porcentagem de horas de desconforto, consumo de energia e emissão
de CO2. Através do software Design Builder, é simulado o projeto base, conforme padrão de
construção utilizado hoje na Corporação. Posteriormente, são feitas modificações do tipo de
bloco de vedação e telha utilizada, variação na espessura desses blocos e utilização de brises
nas janelas. Todos os casos em estudo são simulados considerando ventilação natural de todos
os ambientes e posteriormente considerando uso de ar-condicionado em dois ambientes
administrativos. Os resultados apontam que quanto menores os valores de transmitância para
as paredes externas, maior é o percentual de horas de desconforto. A utilização de telha mais
isolante para a cobertura, com menor transmitância e atraso térmico maior, fez com que o
percentual de horas de desconforto aumentasse, em relação ao caso base, principalmente nos
meses mais frios. Porém, o consumo de energia, com uso de ar condicionado, necessário para
manter o ambiente na temperatura de conforto estipulada foi menor devido ao fato das
temperaturas máximas horárias serem maiores para o tipo de telha menos isolante. O uso de
brises nas janelas, mostrou-se bastante eficiente para a melhoria do conforto térmico e
consequentemente para a redução no consumo de energia. Conclui-se, dessa forma, que
sistemas construtivos de baixa resistência térmica e consequentemente maiores valores de
transmitância térmica, podem proporcionar mais conforto, em certas situações.
Palavras Chave
Desempenho térmico, Conforto térmico, envoltória e elementos de proteção solar.
ABSTRACT
The inclusion of studies on the thermal behavior of buildings, development of building
projects is an efficient method in the search for thermal comfort with lower energy
consumption and consequent reduction of CO2 emissions to the environment. The
computational simulation tools are an important aid in evaluating construction options. The
commercial and public buildings, mainly due to the type of use and architectural design are
the most responsible for energy consumption on account of the use of air conditioning, it is
important to develop studies that contribute to the reduction of such need. The objective of
this work is to investigate architectural solutions involving sealing materials and external
protection element in solar vents, to improve the environmental performance of a building of
the Military Police of Minas Gerais, with reference to the thermal comfort inside the building.
The evaluation and comparison is made in terms of percentage of hours of discomfort, energy
consumption and CO2 emissions. Through the Design Builder software, is simulated design
basis as construction standards used today in the Corporation. Subsequently, modifications are
made to the type of sealing block tile used and variation in thickness of these blocks and the
use of louvers in the windows. All case studies are simulated considering natural ventilation
in all environments and subsequently considering the use of air conditioning in two
administrative environments. The results indicate that the lower the transmittance values for
the external walls, the higher the percentage of hours of discomfort. The use of more
insulation for the tile roof, with lower transmittance and thermal lag greater, caused the
percentage of hours of discomfort increased, compared to the base case, especially in the
colder months. However, the energy consumption with the use of air conditioning required to
keep the environment in the comfort temperature was lower due to the stipulated maximum
temperature Time fact be greater for the type of tile least insulator. The use of louvers in the
windows, was quite efficient for improving thermal comfort and consequently to a reduction
in energy consumption. The conclusion is thus that building systems of low thermal resistance
and hence greater thermal transmittance can provide more comfort in certain situations.
Keywords
Thermal performance, thermal comfort, envelope and solar protection elements.
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 7
2.
OBJETIVOS...................................................................................................................... 10
3.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 11
3.1. Desempenho ambiental no ambiente construído............................................................. 11
3.2. Análise de desempenho ambiental .................................................................................. 12
3.2.1.
4.
Desempenho térmico de edificações .................................................................. 12
3.2.1.1.
Conforto térmico ......................................................................................... 13
3.2.1.2.
Bioclimatologia ........................................................................................... 17
3.2.1.3.
Transmissão e armazenamento de calor em edificações ............................. 25
3.2.1.4.
Métodos e normas de avaliação de desempenho ambiental ........................ 33
3.2.1.5.
Ferramentas de simulações e análises de desempenho ambiental............... 36
METODOLOGIA ............................................................................................................. 40
4.1. Atividades para realização do trabalho ........................................................................... 41
4.2. Definição da tipologia de referência e dos materiais empregados nos sistemas de
vedação externa ...................................................................................................................... 45
4.3. Determinação da Zona de Conforto ................................................................................ 48
4.4. Recomendações para condicionamento térmico passivo ................................................ 49
4.5. Definição das soluções utilizadas nas simulações .......................................................... 53
4.6. Avaliação do desempenho térmico e ambiental das envoltórias através de simulação
computacional ........................................................................................................................ 59
4.7. Análise dos resultados esperados .................................................................................... 64
5.
RESULTADOS OBTIDOS .............................................................................................. 65
5.1. Cálculo de propriedades térmicas ................................................................................... 65
5.2. Conforto térmico nos ambientes ..................................................................................... 67
5.3. Emissão de CO2 .............................................................................................................. 80
5.4. Consumo de energia ........................................................................................................ 81
6.
CONCLUSÃO .................................................................................................................. 85
7.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 88
ANEXOS .................................................................................................................................. 92
Anexo I – Configurações de ar condicionado utilizadas nas simulações ............................... 92
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Escala térmica de Fanger ......................................................................................... 15
Figura 2 - Correlação entre PMV e PPD .................................................................................. 15
Figura 3 - Diagrama de Givoni ................................................................................................. 20
Figura 4 - Zona de Conforto ..................................................................................................... 21
Figura 5 - Zona de ventilação ................................................................................................... 22
Figura 6 - Zona de resfriamento evaporativo ........................................................................... 22
Figura 7 - Zona de massa térmica para resfriamento................................................................ 23
Figura 8 - Zona de massa térmica para aquecimento ............................................................... 24
Figura 9 - Zona de aquecimento solar passivo ......................................................................... 24
Figura 10 - As três fases da transmissão de calor nos fechamentos opacos. ............................ 26
Figura 11 - Esquema de parede dupla com uso de elemento isolante e representação do fluxo
de calor ..................................................................................................................................... 30
Figura 12 - Zoneamento bioclimático brasileiro ...................................................................... 35
Figura 13 - Fluxograma das simulações ................................................................................... 45
Figura 14 - Planta baixa da edificação avaliada ....................................................................... 46
Figura 15 - Perspectiva da edificação avaliada ........................................................................ 46
Figura 16 - Implantação Projeto Destacamento Policial .......................................................... 59
Figura 17 – Volumetria da edificação no Design Builder ........................................................ 60
Figura 18 – Representação interna da edificação no Design Builder ....................................... 60
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Indicadores de conforto em ambiente com ar-condicionado................................... 17
Tabela 2 - Absortância para radiação solar (ondas curtas) ....................................................... 32
Tabela 3 - Resumo das simulações ........................................................................................... 43
Tabela 4 - Detalhamento das estratégias de condicionamento térmico passivo ....................... 51
Tabela 5 - Transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar admissíveis para cada
tipo de vedação externa ............................................................................................................ 52
Tabela 6 - Composição de materiais para alvenarias externas – Caso Base (BCE20) ............. 53
Tabela 7 - Composição de materiais para cobertura FC (fibrocimento) .................................. 54
Tabela 8 - Composição de materiais para alvenarias externas – BCE15 ................................. 54
Tabela 9 - Composição de materiais para alvenarias externas – BCE25 ................................. 54
Tabela 10 - Temperatura estimada de piso ............................................................................... 61
Tabela 11 - Resultados de transmitância térmica dos blocos de concreto celular autoclavado 65
Tabela 12 - Resultados de capacidade térmica, atraso térmico e fator solar de blocos de
concreto celular autoclavado .................................................................................................... 66
Tabela 13 - Resultados de composição de materiais para alvenarias externas – Casos
BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN, BCA25_FC_VN, BCA15_FC_AC, BCA20_FC_AC e
BCA25_FC_AC ....................................................................................................................... 66
Tabela 14 - Resultados de Composição de materiais para cobertura – Casos BCXXX_TA_VN
e BCXXX_TA_AC .................................................................................................................. 67
Tabela 15 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente Recepção - REDS – Casos BCE15_FC_VN, BCE20_FC_VN (caso base) e
BCE25_FC_VN. ....................................................................................................................... 69
Tabela 16 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente Administração – Casos BCE15_FC_VN, BCE20_FC_VN (caso base) e
BCE25_FC_VN. ....................................................................................................................... 70
Tabela 17 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente Recepção - REDS – Casos BCA15_FC_VN, Casos BCA20_FC_VN e
BCA25_FC_VN. ...................................................................................................................... 72
Tabela 18 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente
Administração
–
Casos
BCA15_FC_VN,
Casos
BCA20_FC_VN
e
BCA25_FC_VN. ...................................................................................................................... 73
Tabela 19 - Transmitância e Atraso Térmico das paredes externas dos Casos base
(BCE20_FC_VN), BCE15_FC_VN, BCE25_FC_VN, BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN e
BCA25_FC_VN. ...................................................................................................................... 74
Tabela 20 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente
Recepção
–
REDS
–
Casos
BCE15_FC_VN,
BCE15_TA_VN
e
BCE15_TA_VN_B................................................................................................................... 78
Tabela 21 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente - Administração – Casos BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B 78
Tabela 22 - Transmitância e Atraso Térmico das coberturas externas dos casos
BCE15_FC_VN e BCE15_TA_VN. ........................................................................................ 79
Tabela 23 - Percentual de horas de desconforto BCE20_FC_VN e BCE15_TA_VN_B ........ 80
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos
base (BCE20_FC_VN), BCE15_FC_VN e BCE25_FC_VN. ................................................. 69
Gráfico 2 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos base
(BCE20_FC_VN), BCE15_FC_VN e BCE25_FC_VN. ......................................................... 70
Gráfico 3 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos
BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN ............................................................ 72
Gráfico 4 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos
BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN ............................................................ 73
Gráfico 5 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos
BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B ....................................................... 77
Gráfico 6 - Percentual de Horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos
BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B ....................................................... 77
Gráfico 7 - Emissão de CO2 no ano devido ao uso de aparelhos condicionadores de ar......... 80
Gráfico 8 - Consumo de energia devido ao uso de aparelhos de ar condicionado. Anual ....... 82
Gráfico 9 - Temperaturas máximas verificadas no ambiente Administração - ºC BCE10_TA_AC e BCE10_FC_AC ......................................................................................... 83
Gráfico 10 - Temperaturas máximas verificadas no ambiente Recepção/REDS - ºC BCE10_TA_AC e BCE10_FC_AC ......................................................................................... 83
Com organização e tempo, acha-se o segredo
de fazer tudo e bem feito.
Pitágoras
7
1. INTRODUÇÃO
De acordo com Motta e Aguilar (2009), nosso modelo mundial de desenvolvimento é baseado
em um crescente consumo de recursos naturais, apresentando como consequência, a
degradação e a poluição ambiental. De um lado, os países ricos, na busca pela manutenção
dos elevados padrões de vida, continuam a promover um consumo crescente. Por outro lado,
os países em desenvolvimento, na busca por melhorias em seus padrões de vida, também
elevam excessivamente o consumo dos recursos naturais.
As mudanças ambientais e climáticas em curso, juntamente com o fato de que os recursos
naturais são limitados, indicam que esse modelo de desenvolvimento apresenta-se
insustentável. É preciso pensar na qualidade de vida, buscando soluções socialmente e
economicamente ideais, porém com maior eficiência no uso dos recursos naturais, causando
assim, menor impacto ambiental.
Nesse contexto, nas últimas décadas, surgiu uma série de discussões sobre economia de
energia, gerada em grande parte pelos indícios do aquecimento global e suas desastrosas
conseqüências, assim como pela crise do petróleo na década de 70.
Atualmente, já está comprovado que o aquecimento global é um fenômeno climático que está
agravando consideravelmente, principalmente devido às atividades humanas. A principal
evidência do aquecimento global vem sendo a elevação gradual das temperaturas médias em
todo o mundo aliada às alterações bruscas dos diversos fenômenos atmosféricos que ocorrem
na Terra. Dentre as consequências de tal aquecimento está o crescimento e surgimento de
desertos, o derretimento das geleiras e o aumento de furacões e ciclones. Outra conseqüência
é o aumento das ondas de calor, refletindo diretamente no comportamento térmico das
edificações, gerando uma maior demanda de utilização de sistemas de condicionamento de ar.
Estes sistemas por sua vez, consomem energia, a qual provoca geralmente a emissão de
dióxido de carbono na atmosfera. Tal emissão tem um grande impacto sobre o efeito estufa,
uma vez que o citado gás forma uma camada protetora que retém parte das radiações
infravermelhas emitidas pelo sol e as reflete para a superfície.
8
Dentre as edificações existentes em cada comunidade, destacam-se os prédios comerciais e os
públicos como os maiores responsáveis pelo consumo de energia devido ao uso de
condicionamento do ar. Tal fato ocorre muitas vezes devido à concepção arquitetônica da
edificação, à especificação dos materiais empregados e ao tipo de uso da edificação.
Portanto, as características construtivas de uma edificação são extremamente importantes para
que o edifício tenha eficiência energética. De acordo com Lamberts et al. (1997), a eficiência
energética é a obtenção de um serviço com baixo consumo de energia. Dessa maneira, uma
edificação pode ser considerada mais eficiente energeticamente que outra, quando
proporcionar as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia.
Muito além do uso de recursos tecnológicos tais como equipamentos com baixo consumo para
iluminação e condicionamento de ar, a elaboração de projetos que incluam estudos sobre o
comportamento energético do edifício pode melhorar a eficiência da arquitetura.
Dessa maneira, os profissionais responsáveis pela concepção de projetos de edificações
devem buscar um maior conhecimento das interações térmicas que ocorrem nos edifícios,
incentivando práticas de projetos eficientes e que otimizem o uso da energia na indústria da
construção.
A análise do tipo de clima no qual a edificação será inserida, assim como das propriedades
físicas dos materiais que serão empregados na edificação, quando utilizados de forma correta
podem gerar uma economia no consumo de energia final e consequentemente menor emissão
de CO2 para a atmosfera.
Nesse sentido, o uso de ferramentas computacionais apropriadas para avaliar o desempenho
térmico e energético de edificações, pode auxiliar tanto na melhoria de edificações existentes
quanto na avaliação do comportamento de futuras edificações, introduzindo alternativas que
possam melhorar sua eficiência energética.
Baseado nos preceitos acima, o trabalho aqui proposto irá avaliar e comparar o desempenho
ambiental de uma edificação pública da Polícia Militar do Estado de Minas Gerais, ainda não
construída, com o objetivo de verificar, se é possível melhorar a eficiência térmica da mesma,
através de modificações nos materiais utilizados nas envoltórias (paredes externas e telhado),
modificação nas espessuras dessas paredes externas e com a utilização de elementos
sombreadores nas aberturas (brises).
9
Inicialmente será feita simulação computacional, utilizando o software Design Builder, para o
caso base, conforme projeto arquitetônico desenvolvido pela Corporação, utilizando materiais
atualmente empregados pela PMMG como padrão para as envoltórias. Posteriormente serão
feitas novas simulações, modificando a espessura dos blocos, o tipo de bloco e o tipo de telha
utilizados, e será incluído o uso de elementos sombreadores (brises) nas janelas para o
conjunto que apresentar melhor desempenho. Os materiais propostos como alternativas aos
padrões empregados atualmente foram definidos conforme sua existência no mercado da
construção de Belo Horizonte, sendo apontados pelos fabricantes como materiais que
apresentam bom desempenho térmico.
Serão feitas simulações com o uso de ventilação natural e posteriormente com uso de arcondicionado nos ambientes em estudo, para manter o ambiente em temperatura confortável,
pré-estabelecida.
Para as simulações onde for considerada ventilação natural, será avaliado como resultado a
porcentagem mensal do número de horas de desconforto em dois ambientes administrativos,
durante o período em que cada um é utilizado, tendo como parâmetro a zona de conforto préestabelecida.
Para as simulações onde for considerado uso de ar-condicionado nos ambientes em estudo,
será avaliada a emissão anual de CO2 em kg e consumo anual de energia em kWh, relativos ao
uso de ar-condicionado nos dois ambientes em estudo.
Pretende-se, dessa forma, avaliar a influência da envoltória no consumo de energia das
edificações, verificando o impacto da alteração das características térmicas das paredes e
coberturas e da inclusão de brise para redução da incidência direta da luz do sol.
10
2. OBJETIVOS
Os objetivos do presente trabalho são:
I.
Avaliar o desempenho ambiental, em termos de consumo de energia e emissão de
CO2, em uma edificação de tipologia definida observando-se a demanda por conforto
ambiental.
II.
Avaliar possibilidades de melhoria do desempenho ambiental desta edificação,
investigando soluções de projeto, através de:
a. emprego de bloco de vedação externa e telha diverso do material proposto
inicialmente,
b. variação na espessura dos blocos de vedação externa proposto,
c. utilização de elementos sombreadores externos (brises).
11
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1.
Desempenho ambiental no ambiente construído
No Brasil, aproximadamente 40% da extração de recursos naturais têm como destino o setor
construtivo e 50% dos resíduos sólidos urbanos vêm das construções e de demolições
(OBRECOM, 2011).
Além do impacto ambiental existente na fase de construção da edificação deve-ser levado em
consideração também o impacto ambiental existente na fase de uso dessas edificações. Esses
impactos são referentes à forma como a energia é consumida para iluminação e
condicionamento ambiental, como a água é servida e como o esgoto é destinado (JOHN,
2000; SANSÃO, 2011).
De acordo com a estratégia da União Europeia para o Ambiente Urbano (UE, 2004) o
aquecimento e a iluminação dos edifícios são responsáveis pela maior quota individual de
utilização da energia (42%, dos quais 70% destes para aquecimento) e produzem 35% de
todas as emissões de gases contribuintes para o efeito estufa. No Brasil, a participação dos
edifícios no consumo de energia elétrica é superior a 45%, principalmente em consequência
do consumo durante o uso e a operação do edifício, e este porcentual está crescendo mais
rapidamente do que a economia (CBCS, 2011).
Nesse contexto, é bastante claro que o atual modelo de desenvolvimento baseado na extração
maciça de recursos naturais e geração de resíduos não é sustentável ao longo dos anos.
Especificamente, a cadeia produtiva da construção civil, por ser uma das maiores da economia
e consequentemente grande geradora de impactos ambientais, terá que passar por
transformações significativas. É necessário pensar em uma otimização do uso de recursos
naturais, de materiais e componentes construtivos por meio da análise ambiental de edifícios e
de produtos com base em seu ciclo de vida; na diminuição dos custos de manutenção e
melhora do desempenho térmico da edificação; na economia de água, no aumento da vida útil
da edificação, na geração de empregos e consequentemente na melhoria da qualidade de vida
(JOHN, 2000; JOHN, 2006; SANSÃO, 2011).
12
3.2.
Análise de desempenho ambiental
O termo “desempenho ambiental”, conforme definição já apresentada neste trabalho apresenta
enfoque amplo e envolve vários elementos. No presente trabalho, o foco é o desempenho
ambiental relacionado com a redução no consumo de energia consumida durante o uso da
edificação para manutenção de padrão de conforto definido em norma. Desta forma, contribui
para a redução no consumo de energia na fase de uso da edificação o emprego de materiais,
métodos e técnicas construtivas que visem bom desempenho térmico.
A consequência direta da redução no consumo de energia é a redução em emissão de CO2
necessária para a geração dessa energia. Muito embora a matriz energética brasileira seja
predominantemente hidrelétrica, com reduzida emissão de CO2 por kWh gerado se
comparado com geração térmica a gás, diesel ou carvão, é importante destacar que no Brasil
estas últimas vem sendo cada vez mais empregadas para atendimento a demandas de ponta
(picos de demanda que resultam, dentre outros usos, o ar-condicionado). (CAMARGO, 2004).
Desta forma, torna-se cada vez mais importante a melhoria da eficiência térmica e
consequentemente da redução da demanda de energia durante o uso das edificações, incluindo
a demanda decorrente do condicionamento do ar.
3.2.1. Desempenho térmico de edificações
De acordo com Lamberts et al. (1997), a eficiência energética é a obtenção de um serviço com
baixo consumo de energia. Dessa maneira, uma edificação pode ser considerada mais
eficiente energeticamente que outra, quando proporcionar as mesmas condições ambientais
com menor consumo de energia.
Para Melo (2007), o desempenho térmico eficiente de uma edificação, implica em um
consumo mínimo de energia, mantendo ainda as condições de conforto dos usuários.
Meier et al. (2002) propuseram três critérios para avaliar edificações:
13
1) A edificação deve proporcionar conforto aos usuários, de acordo com as atividades
específicas a que se destinam;
2) A edificação deve conter equipamentos e materiais eficientes que estejam de acordo
com o local e condições do ambiente;
3) A edificação deve consumir menos energia quando comparada a edificações
similares.
Para se proceder ao estudo do comportamento térmico de uma edificação, é necessário o
conhecimento de alguns assuntos, dentre eles a fisiologia térmica dos ocupantes da edificação,
a climatologia e os processos de transmissão de calor.
3.2.1.1.
Conforto térmico
Segundo a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e
Condicionamento de Ar dos Estados Unidos, ASHRAE, 2013, conforto térmico é a condição
de satisfação do indivíduo com o ambiente térmico que o circunda. De acordo com Lamberts,
et al (1997), quando o balanço de todas as trocas de calor a que está submetido o corpo for
nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos limites, pode-se dizer que o
homem sente conforto térmico.
O organismo humano possui um mecanismo termo-regulador, que permite que a temperatura
interna do corpo seja mantida praticamente constante em 37ºC (variando entre 36,1 e 37,2ºC),
sendo que os limites para sobrevivência estão entre 32 e 42ºC. Quando o meio apresenta
condições térmicas inadequadas para que sejam mantidas as condições de temperatura, o
sistema termo-regulador do homem é ativado, reduzindo ou aumentando as perdas de calor
pelo organismo através de alguns mecanismos de controle, como reação ao frio e ao calor.
Quando o corpo encontra dificuldades para eliminar o calor devido à alta temperatura do
meio, ocorre a vasodilatação, com aumento do volume sanguíneo, acelerando o ritmo cardíaco
e provocando a transpiração. Com o frio existem as dificuldades para manter o calor devido à
baixa temperatura do meio. Desta forma origina-se a vasoconstrição, com a diminuição do
volume sanguíneo e do ritmo cardíaco, provocando arrepio ou até mesmo tremor muscular. A
14
pele é o principal órgão termo-regulador do organismo humano, sendo que ao sentir
desconforto térmico o primeiro mecanismo fisiológico a ser ativado é a regulagem
vasomotora do fluxo sanguíneo desta camada. Quando as perdas por convecção e radiação
ainda são inferiores às perdas necessárias à termo-regulação, tem início outro mecanismo de
termo-regulação da pele, denominado transpiração (LAMBERTS, et al 1997; LAMBERTS et
al 2011a).
O conforto térmico é afetado por variáveis, classificadas em ambientais e humanas. As
variáveis ambientais são a temperatura radiante média, a velocidade do ar, a umidade relativa
do ar e a temperatura do ar, sendo esta última a principal variável do conforto térmico. As
variáveis humanas compreendem o metabolismo gerado pela atividade física e a resistência
térmica oferecida pela vestimenta. Existem também, outras variáveis que podem exercer
influência nas condições de conforto de cada pessoa, tais como sexo, idade, raça, hábitos
alimentares, peso, altura etc, que também devem ser consideradas (LAMBERTS et al 2011a).
3.2.1.1.1.
Indicadores de conforto térmico
Lamberts et al (2011b) indicam que existem vários índices de conforto térmico, divididos
entre aqueles que se baseiam no balanço de calor e os que têm uma abordagem adaptativa.
Os indicadores foram criados para avaliar o efeito conjunto das variáveis de conforto térmico
e são desenvolvidos, de forma geral, fixando um tipo de atividade e a vestimenta do
indivíduo. Com base nessas informações, relacionam-se as outras variáveis do ambiente,
criando-se cartas ou monogramas com as diversas condições ambientais que proporcionam
respostas iguais por parte dos indivíduos.
Entre os indicadores baseados no balanço de calor, destaca-se o voto médio predito,
desenvolvido por Fanger em 1972. Esse indicador faz uma relação entre as seis variáveis do
conforto térmico, citadas anteriormente, com o percentual de pessoas insatisfeitas com a
sensação térmica em um ambiente.
O voto das pessoas é registrado por meio de uma escala gráfica, representada na figura 1.
15
Figura 1 - Escala térmica de Fanger
Adaptado de TSE et al (2005)
TSE et al (2005) relatam que Fanger propôs o índice para avaliação da quantidade de pessoas
insatisfeitas (PPD - Predicted Percentage of Dissatisfied) que estima a porcentagem geral de
insatisfação térmica dentro de um espaço com ar condicionado. Salienta-se que o PPD é uma
função matemática do PMV, podendo ser demonstrado pela figura 2:
Figura 2 - Correlação entre PMV e PPD
Fonte: Lamberts (2011)
16
Lamberts et al (2011b) salientam que a norma ISO 7730/94 - “Moderate
thermal
environments - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the
conditions for thermal comfort” considera um ambiente confortável quando o percentual
de pessoas insatisfeitas não ultrapassa 10% e os insatisfeitos devido ao desconforto causado
pelas correntes de ar indesejadas (draught) forem inferior a 15%.
O ASHRAE Handbook of Fundamentals (ASHRAE, 2013) delimita, para atingir uma zona de
conforto que atenda 80% das pessoas de um ambiente, considerando a execução de atividades
sedentárias ou leves, isolamento da vestimenta de 0,5clo no verão e de 0,9clo no inverno, para
uma velocidade máxima do ar de 0,8 m/s e umidade do ar máxima de 60%, as seguintes
temperaturas:

23ºC a 27ºC no verão;

20,5ºC a 24,5ºC no inverno.
Salienta-se que clo é a unidade de medição da resistência térmica da roupa, sendo 1clo
equivalente a 0,155m² ºC/W.
Givoni (1992) entende que a população de países quentes em desenvolvimento, por viverem a
maior parte do tempo em edifícios sem condicionamento, são aclimatadas e conseguem
tolerar temperaturas mais altas e maior umidade. Assim seria possível, considerando
velocidades do ar entre 0,1m/s e 1,5m/s, em edificações residenciais e naturalmente
ventiladas, considerar os seguintes limites de temperatura, para prover o conforto necessário a
essa população:

20ºC a 29ºC no verão;

18ºC a 27ºC no inverno.
Na norma NBR 16401, “Instalações de ar-condicionado – sistemas centrais e unitários”, em
sua parte 2, são estipulados os parâmetros ambientais suscetíveis de produzir sensação
aceitável de conforto térmico em 80% ou mais de pessoas em ambientes com ar condicionado.
Os parâmetros estipulados consideram um grupo homogêneo de pessoas, usando roupa típica
da estação e em atividade sedentária ou leve (1,0met a 1,2met). Os parâmetros adotados se
enquadram nas zonas de conforto estipuladas pela a ASHARE para estes mesmos fatores
pessoais (NBR16401-2-2008).
17
Salienta-se que “met” é a unidade utilizada para descrever a energia produzida por unidade de
área de uma pessoa em repouso (1met=58W/m²)
Tabela 1 - Indicadores de conforto em ambiente com ar-condicionado
Temperatura
Umidade Relativa Velocidade média
Operativa (ºC)
(%)
verão
inverno
do ar (m/s)
22,5 a 25,5
65
23,0 a 26,0
35
21,0 a 23,5
60
21,5 a 24,0
30
0,20 ou 0,25
0,15 ou 0,20
Fonte: Adaptado da NBR16401-2-2008.
3.2.1.2.
Bioclimatologia
A bioclimatologia estuda as relações entre o clima e o ser humano. A expressão projeto
bioclimático foi criada por Olgyay em 1973, como forma de definir uma arquitetura que
apresenta desempenho térmico adequado, tirando partido das condições do clima do local
(LAMBERTS et al, 2011a).
Para efeitos de estudo, o clima normalmente é subdividido em três escalas, distintas, porém
indissociáveis: o macroclima, o mesoclima e o microclima (LAMBERTS et al, 1997).
No macroclima, as variáveis climáticas são quantificadas em estações meteorológicas e se
referem a dados relativos a uma determinada região. As normais climatológicas são exemplos
de dados disponíveis para caracterização do clima das cidades. As normais são séries de
dados, padronizados pela Organização Meteorológica Mundial, calculadas para períodos de
30 a 30 anos, obtidas a partir de médias mensais e anuais de totais diários. A série de 1931 a
1960 é a mais recente, e apresenta médias mensais de temperatura, médias das máximas de
temperatura, média das mínimas de temperatura, temperaturas máximas e mínimas absolutas,
pressão atmosférica, umidade relativa, horas de insolação, precipitação, dentre outras. Os
dados medidos em estações podem ser reunidos em arquivos climáticos. Os arquivos podem
conter dados de anos específicos ou podem representar o macroclima de uma cidade ou
18
região. Neste caso, há diversas formas de tratamento de dados para que o arquivo seja
representativo, em geral, registrando dados de hora a hora, até atingir as 8760 horas que
formam um ano completo de 365 dias. O TRY (Test Reference Year) é um Ano Climático de
Referência, resultado de um tratamento de 30 anos de dados climáticos em que são eliminados
os anos que apresentam a menor e a maior temperatura da série. Por fim, é selecionado o ano
cujas temperaturas não apresentam extremos. Apesar do TRY ser gerado a partir de dados de
temperatura, ele apresenta ainda dados de umidade, direção e velocidade dos ventos,
cobertura de nuvens, pressão atmosférica e, às vezes, radiação solar (LAMBERTS et al,
2011a).
No mesoclima e microclima são observadas as alterações locais na radiação solar, temperatura
do ar, umidade e vento, estando o microclima relacionado diretamente à escala da edificação e
seu entorno imediato (LAMBERTS et al, 2011a).
3.2.1.2.1.
Estratégias bioclimáticas
Como forma de verificar as estratégias arquitetônicas mais adequadas para uma determinada
localidade, foram criadas cartas bioclimáticas. Estas permitem através do clima externo
plotado sobre diagramas, verificar as estratégias arquitetônicas mais adequadas para uma
determinada localidade. O uso correto destas estratégias, durante a concepção de projeto da
edificação, pode proporcionar melhoras nas condições de conforto térmico e redução no
consumo de energia (LAMBERTS et.al, 2011a).
Na década de 1960, os irmãos Olgyay (1963) elaboraram o primeiro diagrama, propondo
estratégias de adaptação da edificação ao clima, a partir de dados do clima externo. Dentre
outros estudos, em 1969, Givoni desenvolveu uma carta bioclimática para edifícios, que
corrigia algumas limitações do diagrama proposto inicialmente por Olgyay. A principal
diferença entre os dois sistemas é que o Diagrama de Olgyay (1963) é desenhado entre dois
eixos, sendo o eixo vertical o das temperaturas(secas) e o eixo horizontal o das umidades
relativas. Já a carta de Givoni é traçada sobre uma carta psicrométrica. Outra diferença é o
fato do diagrama de Olgyay se basear em temperaturas externas, enquanto Givoni baseou-se
nas temperaturas internas do edifício (BOGO et. al, 1994).
19
Em 1992, Givoni fez uma atualização em seu trabalho, explicando que pessoas que utilizam
edifícios sem condicionamento e naturalmente ventilados, aceitam usualmente uma grande
variação de temperatura e velocidade do ar como situação normal, demonstrando assim sua
aclimatação. Givoni desenvolveu então uma carta bioclimática adaptada para países em
desenvolvimento, expandindo os limites máximos de conforto, em relação à sua carta anterior
(LAMBERTS et.al, 1997).
De acordo com Lamberts et.al (1997), foi desenvolvido um estudo com o objetivo de
selecionar uma metodologia bioclimática a ser utilizada no Brasil. Neste estudo foram
analisadas as metodologias de vários autores, entre eles Watson e Labs, Olgyay, Givoni e
Szokolay. A partir da pesquisa, conclui-se que o trabalho de Givoni de 1992 para países em
desenvolvimento é o mais adequado às condições brasileiras.
Stilpen, (2007) afirma que a conclusão da pesquisa baseia-se em quatro aspectos principais:

Givoni desenvolveu um trabalho específico voltado para nações quentes e em
desenvolvimento;

Sua metodologia adota maiores limites de velocidade do ar para temperaturas mais
elevadas, coerentes com a realidade dos países de clima quente e úmido;

Seu trabalho foi fundamentado na aclimatação de indivíduos a climas quentes e
úmidos, sendo seu estudo confirmado por experimentos na Tailândia;

O espaço interno da edificação pode ser resfriado com menor consumo elétrico, já que
se adotou temperatura máxima para o conforto superior àquela observada em outros
modelos.
O diagrama de Givoni é dividido em 12 partes, conforme representado na figura 3. São 9
estratégias bioclimáticas e 3 áreas híbridas, estas últimas, abrangendo duas ou mais estratégias
de forma individual ou simultânea.
20
Figura 3 - Diagrama de Givoni
Fonte: Sansão (2011)
A figura 4 indica limites para a zona de conforto. Para condições climáticas que resultem em
pontos delimitados por esta região, existe uma grande probabilidade das pessoas sentirem
conforto térmico. Desta forma, pode-se verificar que a sensação de conforto térmico pode ser
obtida para umidade relativa do ar variando de 20 a 80%, razão de umidade entre 4g/kg e
17g/kg e temperatura de bulbo seco entre 18 e 29ºC (LAMBERTS et al, 2011a).
Buscando manter o conforto, quanto mais próximas de 18ºC forem as temperaturas, menor
deverá ser a velocidade do vento, para que não haja desconforto. Por outro lado, quanto mais
próximas de 29ºC, menor deverá ser a incidência solar direta no ambiente (STILPEN, 2007).
21
Figura 4 - Zona de Conforto
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
As estratégias de condicionamento térmico passivo são propostas para as seguintes zonas
bioclimáticas: zona de ventilação, de resfriamento evaporativo, zona de massa térmica de
refrigeração, zona de massa térmica para aquecimento, zona de aquecimento solar passivo,
zona de umidificação do ar (SANSÃO, 2011).
A zona de ventilação, figura 5, é delimitada pela temperatura de bulbo seco entre 20°C e
32°C; umidade relativa do ar entre 15% e 100%; razão de umidade entre 4g/kg e 20,5g/kg;
volume específico entre 0,85m³/kg e 0,88m³/kg. Para esta zona, a estratégia adequada é o
resfriamento natural do ambiente construído através da substituição do ar interno (mais
quente), pelo externo (mais frio). As soluções arquitetônicas mais indicadas são a ventilação
cruzada, a ventilação da cobertura e a ventilação do piso sob a edificação (LAMBERTS et al,
2011a).
22
Figura 5 - Zona de ventilação
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
A zona de resfriamento evaporativo, figura 6, é delimitada por temperatura de bulbo seco
entre 20°C e 44°C, temperatura de bulbo úmido entre 10,5°C e 24°C e razão de umidade entre
0g/kg e 17g/kg (STILPEN, 2007). Esta estratégia é utilizada para aumentar a umidade relativa
do ar e diminuir a sua temperatura, podendo ser obtida de forma direta ou indireta. Uma
forma direta de resfriamento evaporativo é o uso de vegetação, de fontes d’água ou de outros
recursos que resultem na evaporação da água diretamente no ambiente que se deseja resfriar.
Uma forma indireta pode ser obtida através de tanques d’água sombreados executados sobre a
laje de cobertura (LAMBERTS et al, 2011a).
Figura 6 - Zona de resfriamento evaporativo
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
23
A zona de massa térmica para resfriamento, figura 7, compreende temperatura de bulbo seco
entre 29°C e 38°C, razão de umidade entre 4g/kg e 17g/kg; volume específico entre
0,87m³/kg e 0,89m³/kg. A utilização de componentes construtivos com inércia térmica
(capacidade térmica) superior faz com que a amplitude da temperatura interior diminua em
relação à exterior, ou seja, os picos de temperatura verificados externamente não serão
percebidos internamente. Desse modo, o calor armazenado nos componentes construtivos da
edificação durante o dia é devolvido ao ambiente somente à noite, quando as temperaturas
externas diminuem. Em contrapartida, a massa térmica resfriada durante a noite, mantém a
edificação fria durante boa parte do dia, reduzindo as temperaturas interiores nesse período
(LAMBERTS et al, 1997; STILPEN, 2007).
Figura 7 - Zona de massa térmica para resfriamento
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
A figura 8 ilustra a zona de massa térmica para aquecimento, cuja temperatura de bulbo seco
está compreendida entre 14°C e 20°C e a umidade relativa entre 0% e 100%. O uso de massa
térmica com ganho solar pode compensar as baixas temperaturas pelo armazenamento de
calor solar que fica retido nas paredes e pode ser devolvido ao interior da edificação nos
horários mais frios. Esta estratégia consiste em usar fechamentos opacos e mais espessos,
além de diminuir as áreas de aberturas e orientá-las para o sol (LAMBERTS et al, 1997).
24
Figura 8 - Zona de massa térmica para aquecimento
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
A zona de aquecimento solar passivo, figura 9, está compreendida na área delimitada por
temperatura de bulbo seco entre 10,5°C e 14°C e umidade relativa entre 0% e 100%. Nesta
região é recomendado o isolamento térmico do edifício de forma mais rigorosa, devido à
tendência a grandes perdas de calor. Deve ser incorporado ao projeto do edifício, superfícies
envidraçadas orientadas ao sol, aberturas reduzidas nas fachadas menos expostas ao sol e
proporções apropriadas de espaços exteriores para conseguir sol no inverno.
Figura 9 - Zona de aquecimento solar passivo
Fonte: LAMBERTS et al (2011a)
25
A estratégia de umidificação é recomendada quando a umidade relativa do ar for muito baixa
e a temperatura inferior a 27ºC, causando sensação de desconforto devido à secura do ar.
Recomenda-se o uso de recipiente com água, no interior do ambiente para aumentar a
umidade relativa do ar. Outra forma de manter a umidade pode ser obtida com a utilização de
aberturas herméticas, conservando o vapor proveniente das plantas e das atividades
domésticas (LAMBERTS et al, 1997).
3.2.1.3.
Transmissão e armazenamento de calor em edificações
Em uma arquitetura, as trocas de energia (luz e calor) acontecem entre os meios interno e
externo, através do envelope ou fechamento da edificação. O envelope construtivo pode ser
dividido em fechamentos opacos e fechamentos transparentes. Sendo a principal diferença
entre eles, a sua capacidade de transmitir (transparentes) ou não transmitir (opacos) a radiação
solar para o ambiente interno. Entender os conceitos de transmissão de calor e o
comportamento térmico dos fechamentos possibilita ao arquiteto dimensionar e especificar
corretamente as aberturas e os materiais de construção a serem utilizados na edificação
(LAMBERTS et al,1997).
3.2.1.3.1.
Transmissão e armazenamento de calor em fechamentos opacos de edificações
A condição essencial para que ocorra troca de calor é que haja diferença de temperatura entre
corpos. O corpo com maior temperatura tende a ceder parte da sua energia térmica para o
corpo com menor temperatura até que se tenha o equilíbrio térmico entre os corpos. No caso
dos fechamentos opacos das edificações, o fluxo de calor acontece em função da diferença
entre as temperaturas interna e externa (LAMBERTS et al, 2011).
Segundo Lamberts et al (1997), a transmissão de calor nos fechamentos opacos acontece em
três fases: Troca de calor com o meio exterior; Condução através do fechamento; e Troca de
calor com o meio interior, como se mostra na figura 10.
26
Figura 10 - As três fases da transmissão de calor nos fechamentos opacos.
Fonte: LAMBERTS (1997)
Supondo as temperaturas indicadas na figura 10, na fase 1, a superfície externa do fechamento
receberá calor do meio por radiação e convecção. A temperatura da superfície externa
aumentará em função da resistência superficial externa. Esta por sua vez é função da
velocidade do vento. Já a radiação incidente no fechamento opaco, terá uma parcela refletida
e outra absorvida, sendo que os valores dependerão respectivamente da refletividade e da
absortividade do material.
Na fase 2, com a elevação da temperatura da face externa do fechamento, haverá um
diferencial entre esta e a superfície interna, provocando a troca de calor entre as duas. A troca
térmica nesta fase ocorre por condução, sendo que a intensidade do fluxo de calor pelo
material dependerá da sua condutividade térmica. Esta por sua vez é uma propriedade que
depende da densidade e representa a capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de
calor por unidade de tempo. Quanto maior o valor da condutividade, maior será a quantidade
de calor transferida entre superfícies. Cabe ressaltar também a importância da variável
espessura do fechamento, nesta fase. Através da espessura, pode ser calculada a resistência
térmica – propriedade do material de resistir ao calor.
Na terceira fase do processo, as trocas térmicas acontecem por convecção e radiação. O calor
chega até a superfície interna, fazendo com que a temperatura da superfície seja maior que a
temperatura do ar. As perdas de calor por convecção dependerão da resistência superficial
interna do fechamento e as perdas por radiação, da emissividade superficial do material.
27
3.2.1.3.1.1.
Inércia térmica
A inércia térmica pode ser definida como a capacidade de uma edificação de armazenar e
liberar calor. O seu uso na edificação, ajuda no atraso e na diminuição dos picos de calor
extremos (PAPST, 1999).
Em princípio os fechamentos da edificação recebem calor do interior ou do exterior,
dependendo de onde a temperatura do ar seja maior. Ao conduzir o calor para o outro
extremo, o material retém uma parte desse calor no seu interior, como consequência de sua
massa térmica. Posteriormente, quando a temperatura do ar interior for maior que a da
superfície do material, o calor armazenado pode ser devolvido para o interior (LAMBERTS et
al, 1997).
A massa térmica das edificações pode estar contida em paredes, partições internas, pisos,
coberturas, desde que constituídos de material com grande capacidade térmica (PAPST,
1999). Quanto maior for o valor da massa térmica, maior será o calor retido pelo material.
Concreto e a alvenaria, por exemplo, são materiais que esquentam e esfriam mais lentamente
do que muitos outros materiais de construção, como conseqüência dos valores de suas massas
térmicas (ACI, 2002).
Em algumas regiões, o uso de massa térmica com ganho solar, pode compensar as baixas
temperaturas à noite, pelo armazenamento de calor solar que fica retido nos componentes
construtivos da edificação durante o dia. Este é devolvido ao ambiente somente à noite,
quando as temperaturas externas diminuem. Em contrapartida, a massa térmica resfriada
durante a noite, mantém a edificação fria durante boa parte do dia, reduzindo as temperaturas
interiores nesse período (ACI, 2002).
Os benefícios da massa térmica em edifícios comerciais são geralmente maiores do que para
os prédios residenciais (ACI, 2002). De acordo com Papst (1999), isto ocorre devido ao fato
do ganho de calor armazenado na massa térmica durante o dia ser liberado no período noturno
quando há baixa ou nenhuma ocupação num escritório. Somando-se a isso, nos edifícios de
escritório, além dos ganhos de calor relativos ao clima, insolação e aos fechamentos externos,
existem grandes ganhos de calor internos, devido à iluminação, equipamentos e ocupantes,
28
criando maior necessidade de massa térmica para absorver e atrasar o fluxo de calor (ACI,
2002).
A razão entre o calor absorvido e o calor armazenado nos materiais da edificação depende da
capacidade térmica do material que compõe a envoltória. A capacidade térmica por unidade
de superfície é o produto da densidade pela espessura e pelo calor específico dos seus
componentes. O conceito de massa térmica refere-se à combinação da massa específica e da
espessura do material, pois se o calor específico dos materiais de construção (inorgânicos)
encontram-se na faixa de 0,87 a 1,67 kJ/kg.K, a capacidade térmica dos componentes das
edificações é quase completamente dependente do peso da estrutura (PAPST, 1999).
3.2.1.3.1.2.
Transmitância térmica
A transmitância térmica, ou coeficiente global de transferência de calor (U) pode ser definida
como uma das propriedades dos componentes utilizados nas envoltórias das edificações,
relacionada à permissão da passagem de energia. É definida em função dos materiais que
compõe a envoltória, com base na espessura do componente e na condutividade térmica de
cada componente. A transmitância térmica representa a capacidade de conduzir maior ou
menor quantidade de energia por unidade de área e de diferença de temperatura, conforme
preceitua Lamberts et al, 2010. A unidade do sistema internacional que representa a
transmitância é W/(m².K).
A NBR 15220-2 (ABNT, 2005) define os critérios para o cálculo da transmitância térmica
para os elementos e componentes da edificação, considerando-se as seções e camadas de cada
componente. A citada norma denomina seção a uma parte de um componente tomada em toda
a sua espessura (de uma face à outra) e que contenha apenas resistências térmicas em série.
Camada é definida como parte de um componente tomada paralelamente às suas faces e com
espessura constante.
A transmitância térmica é o inverso do somatório do conjunto de resistências térmicas
correspondentes às camadas de um elemento ou componente, incluindo resistências
superficiais interna e externa. A NBR 15220-2 (ABNT, 2005) indica que sempre que for
possível, os valores da resistência térmica, e por consequência da transmitância térmica
29
devem ser obtidos com base em medições baseadas em ensaios normalizados. Entretanto,
caso esse dado não esteja disponível, ele poderá ser calculado com base nas expressões
delineadas nos itens 4 (resistência térmica de materiais) e 5 (resistência térmica de um
componente) dessa norma.
A influência da transmitância térmica de paredes e coberturas no consumo de energia de
edificações comerciais é estudada por Melo, 2007 para duas tipologias construtivas (um
edifício de 5 pavimentos e uma loja comercial de um pavimento) nas cidades de
Florianópolis, Curitiba e São Luiz. O estudo baseou-se em simulação computacional com o
uso do software Energy Plus com diferentes condições de carga interna, absortância solar
externa, padrão de uso, razão de área de janelas nas fachadas, entre outros parâmetros; sempre
analisando a influência destes em relação ao consumo anual de energia elétrica das
edificações. A análise dos casos indica que o aumento da transmitância térmica das paredes da
tipologia 1 (edifício de 5 pavimentos) nas três cidades proporcionou uma redução do consumo
anual da edificação, principalmente para os casos simulados em conjunto com alta densidade
de carga interna ou alto padrão de uso. Nos casos referentes à tipologia 2 (loja comercial de
um pavimento), verificou-se que o aumento da transmitância térmica da cobertura representou
um aumento do consumo anual da edificação para todos os casos simulados nos três climas
avaliados. As tipologias adotadas buscaram isolar a contribuição de dois elementos
(alvenarias de vedação externa e coberturas) com o objetivo de avaliar o comportamento do
aumento da transmitância em cada situação.
GRAF (2011) estudou a influência da transmitância térmica das superfícies que compõem a
envoltória de uma edificação residencial em Curitiba, com o objetivo de se avaliar sua
importância para mantê-la em uma faixa de conforto térmico com menor uso de energia para
climatização dos ambientes. Nesse sentido, fez-se necessário buscar um ponto ótimo entre
transmitância térmica e energia incorporada para o modelo estudado, ajustando o isolamento
térmico do invólucro conforme o clima do local do estudo. O nível de isolamento foi
verificado pela transmitância térmica dos materiais que compõem as superfícies do invólucro,
sabendo-se que quanto menor a transmitância térmica, mais isolada é a superfície.
Assim tem-se que o aumento da resistência térmica dos componentes implica em um maior
isolamento térmico e por consequência em uma redução da transmitância. Essa característica
pode ser obtida com o uso de elementos isolantes, conforme demonstrado na figura 11.
30
Figura 11 - Esquema de parede dupla com uso de elemento isolante e representação do fluxo de calor
Fonte: Renovarte (2010)
Embora o senso comum indique que o bom desempenho térmico de uma edificação é
diretamente proporcional ao isolamento da sua envoltória, e por consequência a baixos
valores de transmitância, Roriz et al (2009) indicam que sistemas construtivos de baixa
resistência térmica, e alta transmitância podem proporcionar mais conforto do que aqueles que
possuem uma alta resistência térmica e um potencial de isolamento mais elevado. Pela
avaliação de estudos elaborados para diversas localidades no Brasil, esses autores concluíram
que o uso de isolantes pode prejudicar o desempenho térmico de edificações, principalmente
daquelas com valores mais altos de fontes internas de calor ou de ganhos solares através de
vidros, uma vez que o isolamento restringe as perdas de calor.
3.2.1.3.1.3.
Atraso térmico
A NBR 15220-1 (ABNT 2005) define atraso térmico como o tempo transcorrido entre uma
variação térmica em um meio e sua manifestação na superfície oposta de um componente
construtivo submetido a um regime periódico de transmissão de calor. A unidade do sistema
internacional utilizada para medi-lo é h (horas). A norma cita ainda que o atraso térmico
31
depende da capacidade térmica do componente construtivo e da ordem em que suas camadas
estão dispostas.
A segunda parte da citada norma (NBR 15220-2) apresenta no item 7 (Atraso térmico de um
componente) o roteiro para o cálculo dessa propriedade para elementos homogêneos e
heterogêneos. Não menos importante, a terceira parte dessa norma (NBR 15220-3) traz em
seu anexo D tabelas com propriedades térmicas, entre as quais o atraso térmico, de uma série
de paredes e coberturas, usualmente utilizadas para construção de edificações.
PEREIRA, 2009 estudou a influência do envelope no desempenho térmico de edificações
residenciais, na cidade de Florianópolis, utilizando o Software Energyplus. No que tange à
avaliação do atraso térmico, duas colocações merecem destaque. A primeira é de que o atraso
térmico demonstra exercer uma maior influência sobre o desconforto nos ambientes
ventilados e ocupados do que em ambientes sem ventilação e ocupação. A segunda e não
menos importante refere-se ao fato do aumento dos valores do atraso térmico, nos casos
estudados, implicarem em redução das horas de desconforto, com exceção desse
comportamento, em apenas um dos casos avaliados.
3.2.1.3.1.4.
Fator Solar de elementos opacos
O fator de ganho de calor solar de elementos opacos, ou simplesmente fator solar de
elementos opacos é definido pela NBR 15220-1 (ABNT 2005) como o quociente da taxa de
radiação solar transmitida através de um componente opaco pela taxa da radiação solar total
incidente sobre a superfície externa do mesmo.
O item 8 (Fator de ganho solar de elementos opacos) da NBR 15220-2 traz a expressão que
permite calcular o Fator Solar para os elementos opacos, apresentando o valor em percentual.
O fator solar de elementos opacos relaciona-se diretamente com a transmitância e a
absortância de cada elemento.
Tratada a transmitância anteriormente, faz-se necessário tecer uma breve exposição da
absortância, que é o quociente da taxa de radiação solar absorvida por uma superfície pela
taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície (ABNT 2005). A absortância é
dada em função do tipo de material e da sua cor, como se verifica na Tabela 2:
32
Tabela 2 - Absortância para radiação solar (ondas curtas)
Absortância (α)
Tipo de superfície
Chapa de alumínio (nova e brilhante)
0,05
Chapa de alumínio (oxidada)
0,15
Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante)
0,25
Caiação nova
0,12 / 0,15
Concreto aparente
0,65 / 0,80
Telha de barro
0,75 / 0,80
Tijolo aparente
0,65 / 0,80
Reboco claro
0,30 / 0,50
Revestimento asfáltico
0,85 / 0,98
Pintura
Branca
0,20
Amarela
0,30
Verde clara
0,40
“Alumínio”
0,40
Verde escura
0,70
Vermelha
0,74
Preta
0,97
Fonte: NBR 15220-2
MELO, 2007 avaliou a influência da absortância das superfícies externas de paredes e
coberturas adotando valores de 0,20 e 0,90 nas simulações computacionais realizadas em seu
estudo. Observou-se que o aumento da absortância implicou no aumento do consumo de
33
energia nos três casos estudados. Salienta-se que para a absortância baixa (0,20) o aumento da
transmitância das paredes, avaliada nesse estudo, implicou em redução de energia,
principalmente para as cidades com climas mais frios. Em contrapartida, quando da avaliação
do modelo com absortância maior (0,90) verificou-se que o aumento da transmitância térmica
conduziu para aumento do consumo de energia, principalmente no local avaliado com
temperaturas externas mais elevadas. Conclui-se que o aumento da transmitância térmica
combinada com alta absortância a radiação solar aumentam os ganhos externos para o
ambiente interno resultando em uma maior utilização do sistema de condicionamento de ar.
3.2.1.4.
Métodos e normas de avaliação de desempenho ambiental
A avaliação do desempenho térmico de edificações pode ser feita na fase de projeto ou após a
construção da edificação. Na fase de projeto as avaliações podem ser feitas através da
verificação do cumprimento de diretrizes construtivas e através de simulação computacional.
Na edificação construída, as avaliações podem ser feitas através de medições in loco de
variáveis representativas do desempenho (NBR 15220-3, 2005).
Esses estudos podem ser feitos com o intuito de servir de base para a indicação de melhorias
nas próprias edificações, como também para balizar e recomendar diretrizes para o projeto e
construção de outras edificações, de modo a evitar os mesmos erros e falhas. (SANSÃO,
2011)
Normalmente as análises são realizadas de acordo com índices de conforto térmico, que são
estabelecidos através de escala de sensação de conforto e desconforto, obtida com base no
estímulo das pessoas. A partir desses índices, são montadas cartas diagramas, delimitando
zonas de conforto térmico estabelecendo limites que possam atender várias regiões e pessoas
(LEÃO, 2006). Por exemplo, a carta bioclimática de Givoni relaciona dados climáticos, zonas
de conforto térmico e diretrizes de projeto.
Diante da preocupação mundial com a economia de energia e desempenho térmico das
edificações, vários países possuem normas para conservação de energia, que apresentam
diretrizes obrigatórias ou voluntárias, para que se tenha edificações com melhor desempenho.
34
As normas mais difundidas internacionalmente, e que serviram de base para várias outras,
foram desenvolvidas pela ASHRAE – Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento,
Refrigeração e Condicionamento de Ar – nos Estados Unidos. De um modo geral, estas
normas estabelecem requisitos mínimos para projeto de edifícios eficientes energeticamente.
Estes requisitos para projetos de edifícios eficientes recomendados pela ASHRAE são
indicados com base na manutenção das condições mínimas de conforto térmico descritas na
ASHRAE Standard 55 (ANSI; ASHRAE, 2010) e no capítulo 8 da ASHRAE Handbook of
Fundamentals (ASHRAE, 2013). (PEREIRA, 2009)
A ASHRAE implantou a sua primeira norma de eficiência energética em 1975. MELO, 2007
indica que desde 1989 a ASHRAE considera a envoltória da edificação, sistemas de
condicionamento de ar, iluminação artificial, aquecimento de água, eficácia de motores e
equipamentos como critérios para avaliação da eficiência energética de uma edificação.
O Brasil, em 1984, estabeleceu o Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), com o objetivo
principal de contribuir para racionalização do uso da energia, através da apresentação de
características da eficiência energética de diversos produtos através de etiquetas informativas.
Em 2001, após a crise vivenciada no setor de geração e distribuição de energia elétrica,
aumentou-se o estimulo para o uso eficiente da energia elétrica, sendo tal situação
caracterizada pela publicação da Lei 10.295/01, que dispõe sobre a política nacional de
conservação e uso racional de energia (BRASIL, 2001-a) e do Decreto 4.059/01 que
regulamenta a citada lei (BRASIL, 2001-b). Esses documentos previram, entre outras ações, o
desenvolvimento de mecanismos que promovam a eficiência energética nas edificações
construídas no Brasil.
Nesse sentido, foi criado em 2003 o Programa Nacional de Eficiência Energética em
Edificações – PROCEL EDIFICA. A classificação do nível de eficiência energética em
edifícios comerciais e de serviços públicos leva em conta a eficiência e potência instalada do
sistema de iluminação, a eficiência do sistema do condicionamento de ar e o desempenho
térmico da envoltória da edificação. (PROCELINFO, 2006)
LAMBERTS, 2012 indica que no Brasil existem 31 edifícios comerciais etiquetados e 43
etiquetas emitidas. Entre esses encontram-se o edifício Robson Braga de Andrade, o CNATE
da Caixa Econômica Federal e o Edifício Forluz, todos localizados em Belo Horizonte.
35
Em 2005, foi instituída no Brasil, a norma NBR-15220, Desempenho Térmico de Edificações.
Esta norma esta subdividida em cinco partes que descrevem a respeito de métodos de cálculo
e de medição de propriedades térmicas dos componentes construtivos das edificações,
definem um zoneamento bioclimático brasileiro, conforme figura 12 e indicam diretrizes
construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. A parte 3 da NBR apresenta
recomendações quanto ao desempenho térmico de habitações de interesse social, aplicáveis
durante a fase de projeto. São estabelecidos também nesta parte, o zoneamento bioclimático
brasileiro e recomendações de diretrizes construtivas e detalhamento de estratégias de
condicionamento térmico passivo, com base em parâmetros e condições pré-fixados. Dessa
maneira, o território brasileiro foi subdividido em 8 zonas relativamente homogêneas quanto
ao clima, adaptando a carta bioclimática sugerida por Givone. Para cada zona, foram
estipuladas recomendações técnico construtivas, com o objetivo de otimizar o desempenho
térmico das edificações, através da adequação ao clima. A partir da norma é possível realizar
avaliação por prescrição, verificando-se o cumprimento de determinados limites estabelecidos
para as propriedades térmicas dos componentes construtivos e ainda o atendimento a
recomendações de estratégia de condicionamento térmico passivo, conforme Zoneamento
bioclimático brasileiro e carta bioclimática estabelecidos na norma. (NBR 15220-3, 2005).
Figura 12 - Zoneamento bioclimático brasileiro
Fonte: NBR 15220-3 (2005)
36
Outra norma em vigor no Brasil é a NBR15575 – Edificações Habitacionais de até cinco
pavimentos, em vigor desde 2008. Além de reafirmar as indicações da NBR15220, esta norma
utiliza como critério de avaliação de desempenho térmico a determinação de valores limites
de temperatura do ar no interior da edificação, para verão e inverno. Estes limites variam em
uma escala de classificação do desempenho em mínimo (M), intermediário (I) e superior (S),
e também variam segundo as zonas bioclimáticas. (PEREIRA, 2009)
A citada norma de desempenho passou por um processo de revisão estando em vigor desde o
mês de julho de 2013. A principal mudança está explicitada no nome da NBR 15.575:2013
Edificações Habitacionais - Desempenho: diferentemente da versão anterior, restrita a
edificações residenciais de até cinco pavimentos, o novo texto será mais abrangente e
contemplará projetos habitacionais de qualquer porte.
Com relação ao desempenho térmico, de um modo geral, a norma prevê que a edificação deve
reunir características que atendam às exigências de desempenho térmico, considerando-se as
zonas bioclimáticas definidas na NBR 15.220 - Desempenho Térmico de Edificações.
(TECHNE, 2013)
3.2.1.5.
Ferramentas de simulações e análises de desempenho ambiental
Os programas de simulação computacional possibilitam avaliar o desempenho térmico e
energético de edificações através do estudo de diferentes alternativas de projeto, com opções
de analisar variações no desenho arquitetônico, nos componentes construtivos, nos sistemas
de iluminação ou nos sistemas de condicionamento de ar. A partir das simulações, é possível
estimar o consumo de energia, o custo desse consumo e até mesmo o impacto ambiental
provocado pela alternativa de projeto antes mesmo de sua execução. (MENDES et al, 2005)
A utilização de ferramentas computacionais pode ocorrer tanto na fase de projeto como
durante a construção da edificação, permitindo testar soluções mais eficientes sem a
necessidade de intervir na edificação. Além disso, a facilidade de manipulação das variáveis
envolvidas na edificação, o baixo custo e a redução do tempo de simulação contribuem ainda
mais para uma maior utilização destes programas computacionais (MELO, 2007).
37
Salienta-se que muitos programas computacionais nacionais e internacionais foram ou estão
sendo desenvolvidos para o cálculo de cargas térmicas, avaliação das condições de conforto
térmico e desempenho energético de edificações. A escolha do programa a ser utilizado em
uma simulação dependerá da aplicação pretendida. (MELO,2007).
Um dos programas de simulação de edificações mais utilizados no mundo é o EnergyPlus,
distribuído pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos. Ele foi desenvolvido para
simulação de carga térmica e análise energética de edificações e seus sistemas. O programa
inclui também, a possibilidade de adicionar ventilação natural, usos de água, sistemas
fotovoltaicos, índices de conforto térmico, entre outros. As inúmeras possibilidades que o
software permite, o colocam à frente de diversos programas de simulações termoenergéticas
existentes (MELO et al, 2009).
No Brasil, ainda são poucos os profissionais que utilizam esses programas como ferramenta
de trabalho, ficando o uso mais restrito às instituições de estudo e pesquisa. A complexidade
dos fenômenos envolvendo o comportamento térmico de edifícios implica em uma grande
quantidade de dados de entrada nas simulações, requerendo conhecimentos multidisciplinares
dos usuários, dificultando assim, a utilização dessas ferramentas de forma simples e rápida
(MENDES et al, 2005).
Porém, mesmo com tais dificuldades, as simulações têm sido de grande valia para análises
termo energéticas de edificações.
3.2.1.5.1.
Programa Design Builder
O Design Builder é uma das ferramentas de simulação computacional existentes no mercado,
a qual foi escolhida para utilização no presente estudo, na versão 2.3.6.005 revisada em 2010.
Trata-se de uma interface amigável para simulações de desempenho de edifícios, através da
ferramenta Energy Plus, citada acima. O programa calcula as cargas de aquecimento e
resfriamento, utilizando o método de "Balanço de Calor" aprovado pela ASHRAE e
implementado pelo EnergyPlus.
38
Segundo a OTEC (2011), as simulações para o modelo são rodadas utilizando informação
climática horária para checar como o edifício irá se comportar durante a operação.
O programa permite a análise, em intervalos anuais, mensais, diários, horários ou sub-horários
para avaliar:

Consumo de energia por combustível e uso final.

Temperatura de ar interno, média radiante, de operação e níveis de umidade;

Níveis de conforto, inclusive curvas de distribuição das horas não atendidas (segundo
os critérios da ASHRAE 55, Fanger PMV, Pierce PMV ET, Pierce PMV SET, Índice
de Desconforto Pierce - DISC, Índice Pierce de Sensação Térmica - TSENS, Kansas
Uni TSV);

Informação climática local;

Transmissão de calor no edifício, considerando paredes, coberturas, taxas de
infiltração, ventilação, etc;

Cargas de aquecimento e resfriamento;

Emissão de CO2.
O programa possibilita também, analisar os efeitos das alternativas de projeto no desempenho
do edifício, permitindo a avaliação de parâmetros como: consumo anual de energia, horas de
aquecimento e emissão de CO2.
O procedimento para entrada de dados é subdividido em seis passos:

Modelagem tridimensional da edificação,

Definição das rotinas de ocupação,

Identificação dos sistemas construtivos (materiais utilizados em paredes, pisos,
telhados, forros, etc.),

Caracterização das aberturas: portas, janelas, brises, vãos,
39

Sistemas de iluminação,

Sistemas de condicionamento de ar, aquecimento, exaustão e ventilação.
40
4. METODOLOGIA
A proposta geral do presente trabalho é investigar soluções envolvendo materiais, elementos
construtivos, regime de uso e arquitetura, para melhoria do desempenho ambiental de uma
edificação de tipologia definida.
O desempenho ambiental é definido nesse trabalho a partir do consumo de energia para fins
de condicionamento de ar da edificação, quando necessário para manter o conforto térmico, o
qual se relaciona com emissões de CO2 para geração da energia.
Dessa forma, é realizada também avaliação do conforto térmico, por meio do número de horas
de desconforto, para estabelecimento de um critério de referência, garantindo que soluções de
melhor desempenho ambiental atendam aos requisitos de conforto térmico.
As soluções envolvem:
I.
Variação no tipo e espessura dos blocos utilizados na alvenaria de vedação
externa;
II.
Variação no tipo de telha utilizada na cobertura;
III.
Utilização ou não de elementos de proteção solar externos (brises);
IV.
Emprego de ventilação natural e condicionamento do ar.
É definida uma tipologia e um projeto específico de uma edificação comercial (orientação,
carga térmica, regime de uso, dimensões e materiais), e construído um modelo computacional
desse ambiente com emprego do software Design Builder. O modelo é empregado em uma
sequencia de simulações variando-se as soluções apresentadas. Para todas as soluções
apresentadas são feitas duas simulações, sendo que a primeira considera que os ambientes
administrativos em estudo são naturalmente ventilados e a segunda considera que os mesmos
ambientes são condicionados artificialmente. Para cada simulação que considera a ventilação
natural dos ambientes em estudo, são registrados resultados de número de horas de
desconforto. Para as simulações que consideram a climatização artificial dos ambientes em
estudo, são registrados o consumo de energia e emissão correspondente de CO2. Buscou-se
41
verificar se, e como, é possível reduzir o consumo de energia e a emissão de CO2, devido ao
uso de ar-condicionado, garantindo porém, o conforto térmico no interior da edificação.
4.1.
Atividades para realização do trabalho
Para atingir os objetivos propostos, este trabalho envolve os seguintes passos:

Definição de um projeto de edificação como caso base a ser estudado nas condições
climáticas da cidade de Belo Horizonte.

Definição de materiais a serem empregados na envoltória (paredes externas e telhado),
de acordo com materiais usuais na construção civil local.

Delimitação das condições e recomendações de conforto térmico para a cidade de
Belo Horizonte baseado em estudos existentes e recomendações prescritas na NBR
15220-3 (ABNT, 2005).

Utilização do software Design Builder para realizar simulações computacionais da
edificação experimental, conforme as variáveis em estudo.
As simulações no software Design Builder seguem as seguintes etapas:
Configuração de um cenário de referência, denominado “Caso Base” a partir de projeto
existente da edificação. Esse projeto inclui especificação construtiva dos ambientes (tipo e
espessura dos blocos, tipo de telha usada na cobertura) e regime de uso com ventilação
natural. Para o Caso Base, é realizada uma simulação para período de um ano e calculado o
número de horas de desconforto.
O primeiro grupo de simulações subsequentes inclui alterações no material e espessura de
blocos utilizados nas paredes de vedação externa, ainda com uso de ventilação natural,
conforme rotina pré-definida, buscando verificar se é possível melhorar o desempenho
térmico dos ambientes administrativos mudando o material e espessura das paredes externas.
Os resultados são avaliados calculando-se o número de horas de desconforto.
42
Um segundo grupo de simulações considera as mesmas envoltórias estudadas nas simulações
do primeiro grupo, porém, substituindo a ventilação natural pelo condicionamento de ar, e
calculados o consumo de energia com uso de ar condicionado (kWh) e emissão
correspondente de CO2 (kg). As simulações são realizadas com uso de ar-condicionado em
dois ambientes administrativos, conforme temperatura de conforto pré-definida, buscando
verificar qual dos casos estudados permite maior redução no consumo de energia e emissão de
CO2, mantendo porém, as condições de conforto térmico pré-estabelecidas.
A partir do caso com melhor desempenho ambiental quanto ao material e espessura das
paredes externas, é desenvolvida nova simulação acrescentando alteração no tipo de
cobertura. A simulação é realizada com uso de ventilação natural, conforme rotina prédefinida, buscando verificar se é possível melhorar o desempenho térmico dos ambientes
administrativos mudando o material da cobertura.
Considerando a configuração de cobertura utilizada no caso anterior, é desenvolvida nova
simulação com o uso de ar-condicionado para suprir as horas de desconforto. A simulação é
realizada com o uso de ar-condicionado nos ambientes administrativos, conforme temperatura
de conforto pré-definida, buscando verificar se e quanto a mudança no tipo de telha contribuiu
para redução no consumo de energia e emissão de CO2, mantendo as condições de conforto
térmico pré-estabelecidas.
Partindo do caso que apresente melhor desempenho ambiental em relação à alvenaria de
vedação e tipo de telha, é realizada nova simulação com a inclusão de brise nas janelas. A
simulação é realizada com uso de ventilação natural, conforme rotina pré-definida, buscando
verificar até que ponto é possível melhorar o conforto térmico dos ambientes administrativos
com a inclusão de brises nas janelas.
Considerando a inclusão de brise utilizada no caso anterior, será realizada nova simulação
com o uso de ar-condicionado para suprir as horas de desconforto. A simulação é realizada
com o uso de ar-condicionado nos ambientes administrativos, conforme temperatura de
conforto pré-definida, buscando quantificar os benefícios decorrentes da inclusão de brise nas
aberturas para redução no consumo de energia e emissão de CO2, mantendo as condições de
conforto térmico pré-estabelecidas.
Assim, serão realizadas 16 simulações apresentadas de forma simplificada na tabela 3.
43
Tabela 3 - Resumo das simulações
Código
BCE20_FC_VN
(Caso Base)
BCE15_FC_VN
BCE25_FC_VN
BCA15_FC_VN
BCA20_FC_VN
BCA25_FC_VN
BCE15_FC_AC
BCE20_FC_AC
BCE25_FC_AC
Descrição simplificada dos sistemas simulados
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 6 furos circulares,
assentados na dimensão intermediária, dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0
cm (Espessura total da parede 20 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de
7 mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ventilação
natural.
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 6 furos circulares,
assentados na menor dimensão, dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
(Espessura total da parede 15 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7
mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ventilação natural.
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 8 furos circulares,
assentados na dimensão intermediária, dimensões do tijolo: 10,0x20,0x30,0
cm (Espessura total da parede 25 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de
7 mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ventilação
natural.
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 10x30,0x60,0 cm (Espessura total da
parede 15 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso de ventilação natural.
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 15x30,0x60,0 cm (Espessura total da
parede 20 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso de ventilação natural.
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 20x30,0x60,0 cm (Espessura total da
parede 25 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso ventilação natural.
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 6 furos circulares,
assentados na menor dimensão, dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
(Espessura total da parede 15 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7
mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 6 furos circulares,
assentados na dimensão intermediária, dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0
cm (Espessura total da parede 20 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de
7 mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
Envoltória composta por parede de tijolos cerâmicos de 8 furos circulares,
assentados na dimensão intermediária, dimensões do tijolo: 10,0x20,0x30,0
cm (Espessura total da parede 25 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de
7 mm com laje em concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
44
Código
BCA15_FC_AC
BCA20_FC_AC
BCA25_FC_AC
BCXXX_TA_VN
BCXXX_TA_AC
BCXXX_XX_VN_B
BCXXX_XX_AC_B
Descrição simplificada dos sistemas simulados
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 10,0x30,0x60,0 cm (Espessura total
da parede 15 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 15,0x30,0x60,0 cm (Espessura total
da parede 20 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
Envoltória composta por parede de blocos de concreto autoclavado, assentados
na menor dimensão, dimensões do bloco: 20,0x30,0x60,0 cm (Espessura total
da parede 25 cm). Cobertura em telha de fibrocimento de 7 mm com laje em
concreto com 20 cm de espessura. Uso de ar-condicionado.
Envoltória composta por parede com tipo de bloco e espessura que apresentar
maior redução no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos
anteriores (especificação XXX definida posteriormente). Cobertura em telha
termoacústica, composta por espuma rígida de poliuretano com espessura de
30 mm, revestida, na face superior e inferior por telhas de aço pré-pintadas,
com 0,5 mm de espessura, com laje de concreto de 20 cm. Uso ventilação
natural.
Envoltória composta por parede com tipo de bloco e espessura que apresentar
maior redução no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos
anteriores. Cobertura em telha termoacústica, composta por espuma rígida de
poliuretano com espessura de 30 mm, revestida, na face superior e inferior por
telhas de aço pré-pintadas, com 0,5 mm de espessura, com laje de concreto de
20 cm. Uso de ar condicionado.
Envoltória composta por parede com tipo de bloco e espessura que apresentar
maior redução no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos
anteriores. Cobertura composta por tipo de telha que apresentar maior redução
no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos anteriores. Uso de
ventilação natural. Inclusão de elementos de proteção solar nas janelas
(brises).
Envoltória composta por parede com tipo de bloco e espessura que apresentar
maior redução no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos
anteriores. Cobertura composta por tipo de telha que apresentar maior redução
no consumo de energia e emissão de CO2 entre os casos anteriores. Uso de ar
condicionado. Inclusão de elementos de proteção solar nas janelas (brises).
As siglas para descrição de cada caso foram compostas da seguinte forma: As siglas BCE e
BCA significam bloco cerâmico e bloco de concreto autoclavado, respectivamente. FC indica
o uso da telha de fibrocimento, enquanto TA o uso da telha termoacustica. No que tange a
45
climatização do ambiente foram utilizadas as letras VN para ventilação natural e AC quando
do uso de aparelhos de ar condicionado. A letra B, no final da sigla indica o uso de proteção
solar (brises). A letra x foi utilizada para indicar a necessidade de avaliação do material e
espessura que seria utilizado, até a comparação dos resultados das simulações.
O desenvolvimento das simulações é apresentado na figura 13.
Figura 13 - Fluxograma das simulações
4.2.
Definição da tipologia de referência e dos materiais empregados nos
sistemas de vedação externa
A edificação definida como tipologia de referência para o estudo é um Destacamento da
Polícia Militar de Minas Gerais (PMMG). Trata-se de um projeto modelo da Corporação, para
um tipo de subunidade policial, com área construída de 140,58m², conforme figuras 14 e 15.
46
N
Figura 14 - Planta baixa da edificação avaliada
Figura 15 - Perspectiva da edificação avaliada
A escolha da edificação específica, leva em consideração o fato da mesma, estar em fase de
projeto, de maneira que estudos a respeito podem contribuir para melhorias nesse projeto e
consequentemente no desempenho térmico e ambiental da edificação construída.
47
A definição dos materiais utilizados na envoltória de uma edificação é uma das variáveis que
o arquiteto pode considerar, com o objetivo de melhorar o conforto térmico no interior de
edificações, diminuindo consequentemente os gastos com condicionamento artificial.
Nesse contexto, o Caso Base definido no presente estudo é configurado com materiais de
vedação externa (paredes e cobertura) usuais no mercado de Belo Horizonte e foram definidos
conforme padrão utilizado hoje nas obras da PMMG.
Atualmente são utilizados como elementos de vedação externa nestas obras, para as paredes,
blocos cerâmicos com 6 furos circulares, com 15cm de espessura, mais 2,5cm de reboco em
cada face, totalizando uma espessura de 20cm. A pintura externa das edificações é
padronizada na cor branco gelo. Para os telhados, são utilizadas laje com 20cm de espessura e
telhado sobre a laje, em telhas de fibrocimento com 7mm de espessura. Portanto, estas serão
as condições dos materiais da envoltória a serem utilizados no caso base de simulação.
Buscando avaliar potenciais melhorias no desempenho ambiental da edificação de forma
passiva, é avaliada a substituição dos materiais usualmente empregados nas envoltórias, por
outros materiais também existentes no mercado em estudo.
Como substituição ao bloco cerâmico com furos circulares, é utilizado o bloco de concreto
celular autoclavado e como substituição à telha de fibrocimento, é avaliada a telha metálica
com isolamento termoacústico em poliuretano, na espessura de 30mm.
A opção por avaliar tais materiais parte principalmente do fato dos mesmos serem
apresentados pelos fornecedores como alternativas que apresentam bom desempenho térmico,
com potenciais reflexos no desempenho ambiental em vista de possível redução no consumo
de energia para manutenção do conforto.
Além do estudo das alvenarias de vedação em relação ao tipo de bloco empregado, é estudado
o desempenho ambiental em relação às espessuras desses blocos, sendo definido que os dois
tipos de blocos devem ser avaliados nas espessuras de 10, 15 e 20cm. É considerado 2,5cm de
argamassa de emboço na face interna e 2,5cm na face externa. As respectivas paredes
acabadas têm 15, 20 e 25cm.
48
Por fim, é avaliada a melhoria de conforto proporcionada pelo uso de brises externos às
aberturas e sua influência nos valores do consumo de energia e da emissão de CO2 relativa à
necessidade de uso de ar-condicionado para garantir conforto térmico no ambiente interno.
Os valores das propriedades dos materiais da envoltória, necessárias para a avaliação do
desempenho térmico através de simulação computacional no software Design Builder,
densidade, condutividade térmica e calor específico são retirados da NBR15220-2-2005.
4.3.
Determinação da Zona de Conforto
Para avaliação do conforto térmico, é necessária a definição da zona de conforto. Tal zona
varia entre ambientes naturalmente ventilados e ambientes climatizados artificialmente.
Conforme exposto em 3.2.1.1.1, Givoni (1992), estabelece uma zona de conforto, para
edificações naturalmente ventiladas, de países quentes e úmidos. Os valores indicados por
Givoni (1992), para os limites de temperatura de conforto nesses países e que, portanto
deveriam ser utilizados como critério de avaliação do desempenho térmico de seus edifícios,
são:

No verão: de 20ºC a 29ºC

No inverno: de 18ºC a 27ºC
Ainda segundo a carta psicrométrica de Givoni, a umidade relativa deve estar entre 20 e 80%.
As simulações do presente estudo, que consideram o uso de ventilação natural, seguem como
parâmetro para avaliação das horas de desconforto interno, os intervalos recomendados por
Givoni para inverno e verão. O critério de avaliação é a porcentagem do número de horas
ocupadas que apresentam desconforto.
Pereira (2009) considera em seu estudo, como critério para a definição dos meses de inverno e
verão, a temperatura média mensal do ar, registrada no ano climático de referência (TRY) de
Florianópolis. Para valores acima de 20ºC foi considerado mês de verão.
49
Belo Horizonte pertence à zona bioclimática 3, assim como a cidade de Florianópolis.
Portanto, para o presente estudo, é considerada a temperatura média mensal do ar, registrada
no ano climático de referência (TMY) de Belo Horizonte, seguindo o mesmo critério utilizado
no estudo de Pereira (2009), onde valores acima de 20ºC são considerados meses de verão.
Dessa maneira, são considerados meses de inverno de maio a agosto e meses de verão de
setembro a abril.
Para as simulações onde é utilizado ar-condicionado nos ambientes em estudo, a zona de
conforto é definida com base nos limites estabelecidos pela NBR16401-2-2008, “Instalações
de ar-condicionado – sistemas centrais e unitários”, parte 2, estando estes parâmetros
enquadrados nas zonas de conforto estipuladas pela ASHARE para os mesmos fatores
pessoais , conforme descrito no item 3.2.1.1.1 da revisão bibliográfica.
Embora a sensação de conforto seja subjetiva e envolva vários fatores, conforme exposto naa
revisão bibliográfica, serão considerados para efeito dessas simulações, que os ambientes em
estudo (recepção/REDS e administração), deverão ter suas temperaturas mantidas sempre a
24ºC, durante todo o tempo de uso pré-estabelecido. Esta temperatura está dentro da zona de
conforto estipulada pela NBR16401-2-2008, para ambientes com ar-condicionado, tanto para
períodos de inverno quanto para os meses de verão. Devido ao fato da edificação ser
destinada ao uso militar, o tipo de vestimenta (farda) será considerado o mesmo durante todo
o ano.
4.4.
Recomendações para condicionamento térmico passivo
Embora seja prevista a utilização de ar-condicionado nos ambientes administrativos da
edificação em estudo nos horários onde a temperatura estiver fora da zona de conforto, a
utilização de estratégias de condicionamento passivo deve ser utilizada, buscando minimizar
ou até mesmo eliminar a necessidade do condicionamento artificial, quando possível.
Para a formulação das diretrizes construtivas que carreiam o presente estudo foram
considerados os parâmetros abordados na NBR 15220-3 (2005) para o estabelecimento de
condicionamento térmico passivo, quais sejam:
50
a) tamanho das aberturas para ventilação;
b) proteção das aberturas;
c) vedações externas (tipos de parede externas e tipo de cobertura), com atenção especial
para os índices de transmitância térmica, atraso térmico e fator solar;
d) estratégias de condicionamento térmico passivo.
As recomendações e estratégias construtivas apresentadas na parte 3 da NBR 15220 (2005),
para cada zoneamento bioclimático, destinam-se a habitações unifamiliares de interesse
social. Porém, estas diretrizes serão utilizadas como suporte neste estudo, podendo ser
constatado inclusive, no final, se as recomendações avaliadas podem ser estendidas a outra
tipologia ou não.
A cidade de Belo Horizonte, está localizada na Zona Bioclimática 3, o que implica na
necessidade de atender as seguintes diretrizes construtivas:

Aberturas para ventilação: Médias

Estratégias de condicionamento passivo: B, C, F e I

Paredes externas: Leves e refletoras

Coberturas: Leves e isoladas

Proteção das aberturas: Permitir sol durante o inverno
Consideram-se aberturas para ventilação médias aquelas com percentual da área do piso
superior a 15% e inferior a 25%. O projeto apresenta aberturas equivalentes a 1/6 da área do
piso, ou seja, aproximadamente 17%, atendendo a recomendação prescrita na NBR 15220-3
(2005).
As recomendações para condicionamento térmico passivo, B, C, F e I, apresentadas na
NBR15220-3, (2005) estão detalhadas na tabela 4.
51
Tabela 4 - Detalhamento das estratégias de condicionamento térmico passivo
Estratégia
B
Detalhamento
A forma, a orientação e a implantação da edificação, além da correta
orientação de superfícies envidraçadas, podem contribuir para otimizar o
seu aquecimento no período frio através da incidência de radiação solar.
A cor externa dos componentes também desempenha papel importante
no aquecimento dos ambientes através do aproveitamento da radiação
solar.
C
A adoção de paredes internas pesadas pode contribuir para manter o
interior da edificação aquecido.
F
As sensações térmicas são melhoradas através da desumidificação dos
ambientes. Esta estratégia pode ser obtida através da renovação do ar
interno por ar externo através da ventilação dos ambientes.
I
Temperaturas internas mais agradáveis também podem ser obtidas
através do uso de paredes (externas e internas) e coberturas com maior
massa térmica, de forma que o calor armazenado em seu interior durante
o dia seja devolvido ao exterior durante a noite, quando as temperaturas
externas diminuem.
Fonte: NBR 15220, 2005
As estratégias B, C e F não são alteradas no presente trabalho, uma vez que o objetivo é
avaliar estratégias para melhoria do conforto térmico, redução do consumo de energia e da
emissão do CO2, através de alterações na envoltória da edificação. Assim, essas estratégias
serão constantes, para todos os casos avaliados.
Para avaliação das paredes externas e coberturas, verifica-se que a citada norma indica as
características citadas na tabela 5:
52
Tabela 5 - Transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar admissíveis para cada tipo de
vedação externa
Vedações Externas
Paredes
Coberturas
Transmitância Atraso térmico – Fator Solar térmica – U ϕ
FSo
W/m².K
h
%
Leve
U ≤ 3,00
ϕ ≤ 4,3
FSo ≤ 5,0
Leve refletora
U ≤ 3,60
ϕ ≤ 4,3
FSo ≤ 4,0
Pesada
U ≤ 2,20
ϕ ≥ 6,5
FSo ≤ 3,5
Leve isolada
U ≤ 2,00
ϕ ≤ 3,3
FSo ≤ 6,5
Leve refletora
U ≤ 2,30.FT
ϕ ≤ 3,3
FSo ≤ 6,5
U ≤ 2,00
ϕ ≥ 6,5
FSo ≤ 6,5
Pesada
Fonte: NBR 15220-3 (2005)
Pela análise da tabela acima, verifica-se que as paredes que apresentarão melhor desempenho
térmico, de acordo com a recomendação para a zona bioclimática 3, serão aquelas com
transmitância térmica inferior a 3,6W/m²K e com atraso térmico inferior a 4,3 horas.
No que tange ao Fator Solar para elementos opacos a NBR 15220-2 (2005) apresenta a
equação 1 para seu cálculo:
(1)
onde:
FSo representa o fator de ganho de calor solar de elementos opacos (ou apenas fator solar de
elementos opacos); U representa a transmitância; α representa a absortância e Rse representa a
resistência superficial externa. A citada norma indica que Rse é admitida constante igual a
0,04 para toda direção de fluxo de calor, assim a equação 1 pode ser escrita da seguinte forma:
(2)
Por fim, conforme indicado no item 4.2 deste estudo, a absortância será constante para toda a
envoltória e igual a 0,2 (pintura branca). Assim, o Fator Solar poderá ser calculado pela
equação 3:
(3)
53
Com relação à proteção das aberturas, elas são analisadas na última etapa da simulação
computacional, momento em que são incluídos os elementos de proteção solar (brises).
4.5.
Definição das soluções utilizadas nas simulações
O caso base é simulado com os materiais normalmente utilizados para a construção das
edificações na PMMG.
As paredes externas são dimensionadas no programa Design Builder com a seguinte
configuração, exposta na tabela 6:
Tabela 6 - Composição de materiais para alvenarias externas – Caso Base (BCE20). NBR 15220-3 (2005)
Descrição
ϕ [h]
U
[W/(m².K)]
Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados 1,92
Fator Solar
- FSo %
4,8
1,53
na dimensão intermediária
Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
Espessura de argamassa de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 20,0 cm
Salienta-se que esse material não atende os requisitos delimitados na NBR 15220-3 (2005)
para ser considerada uma parede leve refletora, tipologia mais adequada à zona bioclimática
de Belo Horizonte.
A cobertura utilizada é a de telha de fibrocimento de 0,7 cm com laje de concreto de 20 cm.
Esse material apresenta as seguintes características, expostas na tabela 7:
54
Tabela 7 - Composição de materiais para cobertura FC (fibrocimento)
Descrição
U
[W/(m².K)]
Cobertura de telha de fibrocimento com laje de 1,99
concreto de 20 cm. Espessura da telha: 0,7cm
ϕ [Horas]
7,9
Fator Solar
- FSo %
1,59
Fonte: NBR 15220-3 (2005)
As configurações dessa cobertura configuram-na como uma cobertura pesada, conforme
critérios estabelecidos na NBR 15220-3 (2005).
Para avaliação de outros critérios construtivos é alterado, inicialmente, a espessura das
paredes externas, mantendo todos os materiais. Assim os casos BCE15_FC_VN e
BCE25_FC_VN são simulados adotando, respectivamente, as seguintes configurações de
materiais, nas paredes externas:
Tabela 8 - Composição de materiais para alvenarias externas – BCE15
Descrição
U
[W/(m².K)]
Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados 2,28
na menor dimensão
Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 15,0 cm
ϕ [Horas]
3,7
Fator Solar
- FSo %
1,82
Fonte: NBR 15220-3 (2005)
Tabela 9 - Composição de materiais para alvenarias externas – BCE25
Descrição
U
[W/(m².K)]
Parede de tijolos de 8 furos circulares, assentados 1,61
na dimensão intermediária
Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x30,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 25,0 cm
Fonte: NBR 15220-3 (2005)
ϕ [Horas]
5,9
Fator Solar
- FSo %
1,29
55
Em breve análise, verifica-se que o aumento da espessura das alvenarias implica na redução
da transmitância e por conseqüência, do Fator Solar. Entretanto, ocorre também o aumento do
número horas envolvidas no atraso térmico, condicionando a parede a aproximar-se mais de
paredes pesadas.
Não menos importante, verifica-se que a alvenaria utilizada para os casos BCE15_FC_VN, e
BCE15_FC_AC é classificada como parede leve e refletora, uma vez que a transmitância do
conjunto é menor que 3,60 W/(m².K), o número de horas do atraso térmico é menor do que
4,3 horas e o fator solar é menor do 4,0%. Assim, acredita-se que essa tipologia, entre as
combinações estudadas com o uso do bloco cerâmico, seja a mais adequada para o emprego
na zona bioclimática estudada.
Para avaliar a conveniência do uso do bloco de concreto celular autoclavado, são simulados
três casos com alvenarias compostas por esse material e argamassa de cimento com a mesma
dimensão dos casos anteriores.
A NBR 15220-3 (2005) não traz os dados de transmitância, atraso térmico e fator solar para
os blocos de concreto autoclavado. Nesse sentido, faz-se necessário calcular os valores
necessários, com base nas equações disponíveis na NBR 15220-2 (2005), quais sejam:
(4)
onde:
R é a resistência térmica para blocos homogêneos;
e é a espessura de uma camada e;
λ é a condutividade térmica do material.
(5)
onde:
Rt é a resistência térmica de um componente;
R1, R2, ..., Rn são as resistências térmicas das n camadas homogêneas, determinadas pela
equação 4.
(6)
56
onde:
U é a transmitância térmica e;
Rt é a resistência térmica determinada pela expressão 5.
Para cálculo do atraso térmico, faz-se necessário calcular inicialmente a capacidade térmica
do elemento, que pode ser obtida por meio das equações 7 e 8:
∑
(7)
(8)
onde:
ei é a espessura da camada i;
ci é o calor específico do material da camada i;
ρi é a densidade de massa aparente do material da camada i;
CTa, CTb, ... CTn são as capacidades térmicas do componente de cada para cada seção (a, b, …,
n), determinadas pela expressão 7;
Aa, Ab, ..., An são as áreas de cada seção.
O atraso térmico em elementos constituídos por camadas heterogêneas varia de acordo com a
ordem das camadas.
O atraso térmico é determinado através da equação 9:
√
(9)
onde:
Rt é a resistência térmica de superfície a superfície do componente;
B1 é dado pela equação 10;
B2 é dado pela equação 11.
(10)
onde B0 é dado pela equação 12.
(
(
)
) (
)
(11)
57
(12)
onde:
CT é a capacidade térmica total do componente;
CText é a capacidade térmica da camada externa do componente.
A NBR 15220-2 cita que a condutividade térmica e o calor específico dos blocos de concreto
celular autoclavado são, respectivamente, 0,17W/(m.K) e 1,00kJ/(kg.K). A densidade de
massa aparente é indicada como 400-500(kg/m³). Em contato com a PRECON, empresa
produtora e distribuidora desse material em Belo Horizonte, foi indicado que a densidade de
massa aparente mais correta seria de 500kg/m³.
Após a simulação dos seis casos é avaliada a quantidade de energia necessária, com o uso de
ar-condicionado, para manter um nível de conforto térmico ideal na sala da administração e na
recepção/REDS, nos horários de uso desses dois ambientes. Além do consumo de energia, é
avaliada também, a emissão de CO2 ocorrida durante o período de um ano, devido ao uso do
ar-condicionado.
É considerada nesse estudo a temperatura de 24ºC como temperatura ideal de conforto,
conforme definido em 4.3, realizando o acionamento de aparelhos condicionadores de ar
sempre que a temperatura ultrapassar esse valor.
Assim, são realizados os estudos dos seis casos com uso de ar-condicionado, conforme
indicado na tabela 03, para avaliar qual caso utiliza menor quantidade de energia e
consequentemente menor emissão de CO2.
Após a simulação dos casos BCE15_FC_AC, BCE20_FC_AC, BCE25_FC_AC, BCA15_FC_AC,
BCA20_FC_AC, BCA25_FC_AC é verificada qual tipologia apresentou menor consumo de
energia e menor emissão de CO2 durante o ano. A partir dessa tipologia são realizadas novas
simulações, incluindo outras variações, para verificar a possibilidade de reduzir o consumo de
ar condicionado.
Para tanto, o caso BCXXX_TA_VN utiliza a tipologia com menor consumo de energia
durante o ano para avaliar o impacto da inclusão de uma nova solução de cobertura no
conforto térmico. A simulação é feita considerando a ventilação natural nos ambientes em
estudo. É avaliada a redução na porcentagem mensal de horas de desconforto em relação ao
caso base e à tipologia com menor consumo energético. Posteriormente, é realizada nova
58
simulação, denominada caso BCXXX_TA_AC, onde é verificado o consumo de energia em
razão do uso de aparelhos condicionadores de ar, após a modificação da cobertura.
A nova cobertura é idealizada com substituição das telhas de fibrocimento de 7 mm de
espessura, por telhas termoacústicas, compostas por espuma rígida de poliuretano com
espessura de 30 mm, revestida, na face superior e inferior por telhas de aço pré-pintadas, com
0,5 mm de espessura, cada. É mantida a laje com a mesma dimensão e a mesma espessura da
câmara de ar.
A NBR 15220-2 (ABNT, 2005) não apresenta a transmitância térmica, o atraso térmico e o
fator solar do novo modelo de cobertura. Entretanto, tais propriedades podem ser calculadas
através das equações 6, 9 e 3, respectivamente, tal como foi realizado para os blocos de
concreto celular autoclavado.
Após a simulação do caso BCXXX_TA_AC, é verificada se a mudança do tipo no tipo de telha
utilizada contribuiu para a redução no consumo de energia e emissão de CO2 durante o ano.
Em caso positivo, parte-se dessa tipologia para uma nova simulação com a inclusão no
projeto, de brises nas janelas. O objetivo é verificar até que ponto é possível melhorar o
conforto térmico dos ambientes administrativos com a inclusão desses elementos de proteção
solar.
Os brises podem ser horizontais, verticais ou mistos. Quanto ao tipo de funcionamento,
podem ser fixos ou móveis. A escolha correta depende da orientação solar da edificação.
Os elementos horizontais cumprem corretamente seu papel nas orientações Norte e Noroeste,
de acordo com Olgyay (1998). Como as janelas dos ambientes em estudo estão com
orientação norte, é definido para efeito de estudo, a utilização de brises horizontais fixos,
afastados 0,30m da janela, com lâminas de 0,20m de profundidade, afastamento de 0,30m
entre réguas e inclinação das réguas de 15º.
No caso BCXXX_XX_AC_B, será feita a avaliação do desempenho ambiental da edificação,
considerando a inclusão de brise utilizada no caso anterior, desenvolvendo, porém, nova
simulação com o uso de ar-condicionado para suprir as horas de desconforto. A simulação é
realizada com o uso de ar-condicionado nos ambientes administrativos, conforme temperatura
de conforto pré-definida, buscando verificar o quanto a inclusão de brise nas aberturas
contribuiu para redução no consumo de energia e emissão de CO2, mantendo as condições de
conforto térmico pré-estabelecidas.
59
4.6.
Avaliação do desempenho térmico e ambiental das envoltórias
através de simulação computacional
Todas as simulações são feitas considerando o clima de Belo Horizonte, sendo utilizado o
arquivo climático “BRA_BELO HORIZONTE_PAMPULH_TMY3-835830”, constante no
banco de dados do software Design Builder.
A edificação é representada graficamente, conforme dimensões de projeto e espessuras de
alvenaria a serem estudadas. A implantação da edificação ao longo do terreno e orientação
solar são sempre as mesmas, seguindo padrão da figura 16. As figuras 17 e 18 apresentam,
respectivamente, a volumetria e as repartições internas da edificação representada no software
Design Builder.
Figura 16 - Implantação Projeto Destacamento Policial
60
Figura 17 – Volumetria da edificação no Design Builder
Figura 18 – Representação interna da edificação no Design Builder
A temperatura-padrão do chão (ground) apresentada no software é de 14ºC para todos os
meses do ano. De acordo com Venâncio (2009), a manutenção deste valor pode maximizar as
perdas térmicas pelo piso, sendo recomendado ajustar esses valores mensais para que as
61
possibilidades de erro sejam reduzidas. Caso não haja disponibilidade de dados de
temperatura do chão, recomenda-se adotar as médias de temperaturas do ar mensais.
Dessa maneira, as temperaturas do chão adotadas nas simulações são as temperaturas médias
do ar, verificadas em cada mês, retiradas do software Design Builder, a partir do arquivo
climático do local em estudo, conforme tabela 10.
Tabela 10 - Temperatura estimada de piso
Temperatura
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
24,05
24,36
24,34
22,82
20,16
18,87
18,88
19,70
21,88
23,01
22,93
23,36
Estimadas para
o piso (ºC)
Fonte: Elaborada pela Autora
Para a modelagem da ocupação da edificação, é usado um modelo (template) base para
ambientes de escritório geral da biblioteca do software Design Builder e editada algumas
configurações para adequação ao padrão de uso da edificação em estudo.
A rotina de uso é definida com base no horário de expediente da Polícia Militar de Minas
Gerais. A jornada de trabalho na Polícia Militar de Minas Gerais é regulamentada pela
Resolução 4251 de 09 de maio de 2013, que prevê no seu artigo 2º que o horário de
expediente administrativo às segundas, terças, quintas e sextas-feiras, será de 08:30 às 12:00
horas e de 14:00 às 18:00 horas e, às quartas-feiras, de 08:30 às 13:00 horas.
A citada Resolução indica ainda, em seu artigo 7º, inciso III, alínea a, a distribuição de turnos
operacionais nas 24 horas do dia, respeitando empregos de 06, 08 ou 12 horas.
Assim, foram criadas rotinas diferenciadas para ocupação dos ambientes. A primeira,
denominada PMMG_Plantão, prevê o uso do ambiente e equipamentos eletrônicos durante as
24 horas, sendo utilizada no ambiente Recepção/REDS. Esse ambiente é utilizado pelos
policiais designados para o atendimento operacional, acompanhamento da rede rádio e
registro de ocorrências. A segunda, denominada PMMG_Administração, prevê o uso do
ambiente e dos equipamentos nos horários de expediente administrativo na PMMG e é
utilizada para a administração e ambientes de apoio. Para o ambiente de reunião
(PMMG_reunião), é considerada ocupação de 08:30 às 10horas, de segunda a sexta feira.
62
A densidade de pessoas por metro quadrado é definida para a recepção/REDS, administração
e reunião, a partir da área de cada sala e da previsão do número de postos de trabalho
indicados no layout do projeto. Nos demais ambientes tais como banheiros, copa e circulação,
é mantida a densidade da biblioteca padrão do software, para estes espaços em tipologia de
escritório.
A taxa metabólica adotada é de 0,90, indicada pelo software para atividade leve em ambientes
de escritório.
A temperatura de setpoint para ativar o uso de condicionamento artificial para resfriamento,
nos casos onde este for utilizado, é definida em 24ºC, baseado nas recomendações da
NBR16401-2-2008. Conforme exposto na tabela 4 – Indicadores de conforto em ambientes
com ar-condicionado, tal temperatura está dentro da zona de conforto tanto para o período de
inverno quanto para o período de verão.
A temperatura de setpoint para ativação da ventilação natural também é definida em 24ºC
para todos os ambientes. A programação é ativada quando a temperatura do ar na zona
(ambiente) for maior que a temperatura de setpoint para ventilação natural da mesma.
O material constituinte do piso da edificação é definido a partir do solo, radier de concreto
com 10cm de espessura, argamassa de reboco 2,5cm de espessura e piso cerâmico, 1cm de
espessura. As paredes internas são consideradas em todas as simulações, em blocos com 6
furos circulares com 10cm de espessura, mais reboco de 2,5cm em cada face, totalizando
15cm de espessura. Os materiais das alvenarias externas e do sistema de cobertura variam
conforme cada caso simulado, conforme descrito no item 4.5.
Para as janelas, são utilizadas esquadrias de alumínio com 4cm de largura e vidro liso incolor
espessura 3mm. As dimensões das aberturas seguem o projeto arquitetônico. A porcentagem
de área de janela que abre é estipulada em 50%. A janela interna (guichê de atendimento)
entre recepção/REDS e circulação tem vidro liso incolor 6mm, com 15% de abertura para
atendimento ao público.
As portas internas são tipo prancheta. Para as simulações com ventilação natural, é
considerado que as portas abrem 100% de sua área, durante 50% do tempo que permanecem
abertas. Para as simulações com ar condicionado é considerado o uso das portas fechadas,
sendo abertas apenas 5% do tempo.
63
A iluminação requerida e a densidade de luz típica para a atividade foram mantidas conforme
o template “Office_OpenOff” base para ambientes de escritório geral da biblioteca do
software Design Builder.
Foi considerada iluminação com luminárias para lâmpadas fluorescentes de sobrepor, 5 W/m².
As rotinas de uso são definidas de maneira diferenciada, conforme é observado em
edificações similares na PMMG:

Administração: segunda à sexta-feira entre 08:30 e 18:00

Recepção/REDS e circulação: Todos os dias da semana, 24 horas

Reunião: segunda à sexta-feira entre 08:30 e 10:00

Demais ambientes de apoio: Todos os dias da semana entre 18:00 e 07:00, 15%.
As definições quanto ao sistema de ventilação natural ou condicionamento artificial são feitas
conforme duas situações de simulação.
Para as simulações com ventilação natural é considerado que as janelas permanecerão
totalmente abertas de 08:30 às 18horas, de segunda a sexta feira, em todos os ambientes, com
exceção da recepção/REDS (plantão). Neste último, a rotina é modificada, sendo considerado
que as janelas permanecerão totalmente abertas de 08:00 horas às 21:00horas, 75% até 24:00
horas, 50% até 08:00 do dia seguinte. Esta rotina é aplicada inclusive para os finais de
semana.
As taxas de renovação do ar utilizadas são àquelas calculadas pelo programa.
Para as simulações com ar-condicionado, é considerado o uso de aparelhos do tipo split nos
ambientes da administração e recepção/REDS, conforme configurações da biblioteca
do software Design Builder, apresentadas no anexo I. Nos demais ambientes é mantida a
ventilação natural, conforme rotina já estabelecida nas simulações com ventilação natural. A
rotina de uso do ar-condicionado na sala da administração é de 08:30 horas às 18 horas, de
segunda a sexta feira. A rotina de uso do ar-condicionado na sala da recepção/REDS é
considerada 24 horas, todos os dias da semana.
Não é considerado sistema de aquecimento e ventilação mecânica para a edificação.
64
4.7.
Análise dos resultados esperados
A análise é elaborada a partir dos seguintes resultados provenientes das simulações:

Temperatura interna do ar (ºC)

Umidade relativa do ar (%)

Produção de CO2 (kg)

Consumo de energia (kWh)
São feitas simulações horárias para todo o ano climático de referência. Os períodos simulados
correspondem às horas de ocupação da edificação. São analisados os seguintes resultados:

Para as simulações onde for considerado uso de ventilação natural em todos os
ambientes: Porcentagem mensal do número de horas de desconforto nos ambientes
denominados administração e recepção/REDS, durante o período em que cada
ambiente é utilizado, conforme parâmetros estipulados em 4.3. Esses ambientes foram
escolhidos pelo fato de serem ambientes administrativos de permanência prolongada,
onde é usual suprir as horas de desconforto com o uso de condicionamento artificial.
Além disso, o estudo dos dois ambientes foi considerado, em virtude da diferença no
horário de expediente em cada um (Recepção/REDS – 24 horas; Administração –
08h30m – 18h00m).

Para as simulações onde for considerado uso de ar-condicionado nos ambientes em
estudo: Emissão anual de CO2 em kg e consumo anual de energia em kWh, relativos
ao uso de ar-condicionado nos dois ambientes em estudo.
65
5. RESULTADOS OBTIDOS
Neste capitulo são apresentados os resultados da análise da influência dos materiais da
envoltória da edificação, com base nas diretrizes delineadas na metodologia.
5.1.
Cálculo de propriedades térmicas
Conforme exposto anteriormente, fez-se necessário calcular, inicialmente, o valor das
propriedades térmicas dos conjuntos de alvenaria que adotam blocos de concreto autoclavado,
para as três espessuras estudadas. O resultado do cálculo das propriedades térmicas de cada
conjunto de alvenarias é apresentado nas tabelas 11 e 12.
Tabela 11 - Resultados de transmitância térmica dos blocos de concreto celular autoclavado
Dimensão do
Bloco (cm)
Seção A -
Seção B -
(reboco + argamassa
(reboco + bloco +
+ reboco)
reboco)
Resistência
Resistência
Transm
térmica da
térmica
itância
parede
total
térmica
(m²K)/W
(m²K)/W
(W/m2.
K)
Área
Resistência
Área
Resistência
(m²)
(m²K)/W
(m²)
(m²K)/W
10x30x60
0,0091
0,1304
0,18
0,6317
0,533
0,703
1,42
15x30x60
0,0091
0,1739
0,18
0,9258
0,766
0,936
1,07
20x30x60
0,0091
0,2174
0,18
1,2199
0,998
1,168
0,86
66
Tabela 12 - Resultados de capacidade térmica, atraso térmico e fator solar de blocos de concreto celular
autoclavado
Dimensão do Bloco
Capacidade Térmica
(cm)
[kJ/(m².K)]
Atraso Térmico (h)
Fator Solar
(%)
10x30x60
153,698
4,885
1,138
15x30x60
179,869
6,554
0,854
20x30x60
205,946
8,198
0,685
Do exposto, pode-se resumir que os casos estudados com utilização de bloco de concreto
celular autoclavado terão as alvenarias externas compostas das seguintes formas:
Tabela 13 - Resultados de composição de materiais para alvenarias externas – Casos BCA15_FC_VN,
BCA20_FC_VN, BCA25_FC_VN, BCA15_FC_AC, BCA20_FC_AC e BCA25_FC_AC
Caso
Descrição
U
ϕ [Horas]
[W/(m².K)]
BCA15_
FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 1,42
assentados na menor dimensão
e
Dimensões do bloco: 10x30,0x60,0 cm
BCA15_
FC_AC
Espessura de argamassa. de assentamento:
1,0 cm
Fator Solar
- FSo %
4,885
1,138
6,554
0,854
Espessura da argamassa de emboço: 2,5
cm
Espessura total da parede: 15 cm
BCA20_
FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 1,07
assentados na menor dimensão
e
Dimensões do bloco: 15x30,0x60,0 cm
BCA20_
FC_AC
Espessura de argam. de assentamento: 1,0
cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5
cm
Espessura total da parede: 20,0 cm
67
Caso
U
ϕ [Horas]
[W/(m².K)]
Descrição
BCA25_
FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 0,86
assentados na menor dimensão
e
Dimensões do bloco: 20x30,0x60,0 cm
BCA25_
FC_AC
Espessura de argam. de assentamento: 1,0
cm
8,198
Fator Solar
- FSo %
0,685
Espessura da argamassa de emboço: 2,5
cm
Espessura total da parede: 25,0 cm
Em breve análise, verifica-se que em todas as dimensões estudadas, considerando-se a pintura
externa na cor branca, as paredes em bloco de concreto celular autoclavado, não podem ser
consideradas paredes leves refletoras, uma vez que os atrasos térmicos são superiores a 4,3
horas.
No que tange à cobertura, os cálculos das propriedades térmicas da solução adotada com uso
de telha termoacústica são resumidas na tabela 14.
Tabela 14 - Resultados de Composição de materiais para cobertura – Casos BCXXX_TA_VN e
BCXXX_TA_AC
Sigla
TA
5.2.
Descrição
U
ϕ [Horas]
[W/(m².K)]
Cobertura de telha termoacústica composta por 0,57
espuma rígida de poliuretano com espessura de
30 mm, revestida, na face superior e inferior
por telhas de aço pré-pintadas, com 0,5 mm de
espessura, com laje de concreto de 20 cm.
17,200
Fator Solar
- FSo %
0,456
Conforto térmico nos ambientes
O conforto térmico foi avaliado nos ambientes Recepção/REDS e Administração. Esses
ambientes foram escolhidos pelo fato de serem ambientes administrativos de permanência
prolongada, onde é usual suprir as horas de desconforto com o uso de condicionamento
68
artificial. Além disso, o estudo dos dois ambientes foi considerado, em virtude da diferença no
horário de expediente em cada um (Recepção/REDS – 24 horas; Administração – 08h30m –
18h00m).
Para as simulações onde foi considerado o uso de ventilação natural em todos os ambientes,
foi calculado o percentual de horas de desconforto para cada um dos ambientes
administrativos em estudo. Foram consideradas, no cálculo desse percentual, apenas as horas
em que cada ambiente é ocupado (recepção/reds, 24 horas todos os dias e administração,
08:30 às 18:00 horas, de segunda a sexta). As horas em que a temperatura interna, em cada
ambiente, ficou entre 20ºC e 29ºC no verão e entre 18ºC e 27ºC no inverno. As horas fora
desta zona de conforto foram consideradas como horas de desconforto. Salienta-se que
conforme exposto na metodologia, os meses de maio a agosto foram considerados meses de
inverno. Os demais meses foram considerados meses de verão.
No gráfico 1 apresenta-se o percentual de horas de desconforto no ambiente Recepção/REDS,
em cada mês, quando do uso dos blocos cerâmicos com espessuras de 10 cm, 15 cm e 20 cm.
Salienta-se que atualmente as obras da Polícia Militar de Minas Gerais são construídas
conforme é definido o caso base de estudo, ou seja, a espessura do bloco utilizado é de 15cm
(espessura total da parede 20cm). O caso base foi representado em vermelho, buscando
destacá-lo na comparação com os demais casos. Optou-se pela disposição dos casos, no
gráfico, em ordem crescente de espessura dos blocos em estudo. Devido a esta definição, o
caso base (BCE20_FC_VN) foi representado entre os casos BCE15_FC_VN e BCE25_FC_VN. A
coluna descrita como total, representa o percentual de horas de desconforto durante todo o ano.
69
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
BCE15_FC_VN (%) 35,40 47,02 58,33 38,47 30,91 17,50 20,03 28,63 20,97 27,55 20,00 28,09 31,02
BCE20_FC_VN (%) 37,42 52,38 62,37 43,06 34,01 18,19 21,24 30,38 21,67 29,44 21,81 30,24 33,44
BCE25_FC_VN (%) 38,90 54,61 63,98 45,42 35,22 18,47 21,24 31,18 22,22 31,05 22,92 32,53 34,73
Gráfico 1 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos base
(BCE20_FC_VN), BCE15_FC_VN e BCE25_FC_VN.
A tabela 15 apresenta a média das temperaturas avaliadas em cada mês no ambiente
Recepção/REDS e o desvio padrão (σ) da amostra, para os três casos analisados.
Tabela 15 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no ambiente
Recepção - REDS – Casos BCE15_FC_VN, BCE20_FC_VN (caso base) e BCE25_FC_VN.
Caso
Est
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
BCE15_FC
Média
28,51
29,08
29,43
28,54
26,21
25,37
25,34
25,96
27,41
27,96
27,72
28,29
_VN
σ
1,73
1,40
1,60
1,52
1,60
1,63
1,77
1,87
1,94
1,81
1,51
1,52
BCE20_FC
Média
28,64
29,21
29,57
28,68
26,35
25,51
25,48
26,11
27,55
28,09
27,86
28,42
base)
σ
1,71
1,36
1,57
1,47
1,55
1,57
1,71
1,81
1,87
1,76
1,46
1,49
BCE25_FC
Média
28,74
29,28
29,68
28,76
26,44
25,59
25,53
26,19
27,63
28,19
27,95
28,51
_VN
σ
1,68
1,34
1,54
1,44
1,52
1,53
1,66
1,77
1,83
1,72
1,43
1,47
_VN (caso
No gráfico 2 apresenta-se o percentual de horas de desconforto no ambiente Administração,
em cada mês, quando do uso dos blocos cerâmicos com espessuras de 10 cm, 15 cm e 20cm.
70
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
BCE15_FC_VN (%) 40,00 48,00 54,29 42,27 36,09 21,50 25,65 33,64 28,57 29,13 21,43 25,00 33,75
BCE20_FC_VN (%) 41,30 49,50 55,24 42,73 37,39 21,50 25,65 35,45 28,10 30,00 21,90 25,91 34,52
BCE25_FC_VN (%) 41,74 50,00 56,19 42,73 37,83 21,50 25,65 35,45 29,05 31,30 21,90 25,45 34,87
Gráfico 2 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos base
(BCE20_FC_VN), BCE15_FC_VN e BCE25_FC_VN.
A tabela 16 apresenta a média das temperaturas avaliadas em cada mês no ambiente
Administração e o desvio padrão (σ) da amostra, para os três casos analisados.
Tabela 16 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no ambiente
Administração – Casos BCE15_FC_VN, BCE20_FC_VN (caso base) e BCE25_FC_VN.
Caso
Est
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
BCE15_FC
Média
28,33
28,94
29,30
28,55
26,34
25,69
25,56
26,27
27,72
28,02
27,53
27,97
_VN
σ
2,14
1,69
1,92
1,59
1,63
1,66
1,78
2,00
2,07
1,97
1,79
1,76
BCE20_FC
Média
28,41
29,03
29,38
28,63
26,40
25,74
25,62
26,33
27,79
28,11
27,63
28,06
base)
σ
2,12
1,65
1,88
1,54
1,58
1,60
1,74
1,95
2,01
1,92
1,75
1,73
BCE25_FC
Média
28,47
29,07
29,45
28,66
26,45
25,78
25,64
26,37
28,83
28,16
27,68
28,12
_VN
σ
2,09
1,62
1,86
1,50
1,54
1,54
1,69
1,91
1,96
1,87
1,71
1,71
_VN (caso
71
Pela análise das simulações, verifica-se que o caso BCE15_FC_VN (Parede de tijolos de 6
furos circulares 10,0x15,0x20,0cm, assentados na menor dimensão) apresenta um menor
percentual de horas de desconforto para ambos os ambientes. Essa configuração apresenta o
maior valor de transmitância, entre as três configurações analisadas. Não menos importante, o
atraso térmico é o menor entre as três configurações de parede.
Destaca-se que os valores de Transmitância, Atraso Témico e Fator Solar da configuração de
parede adotada para o caso BCE15_FC_VN são os únicos que atendem aos valores
estabelecidos para classificação como parede leve refletora, na Tabela C.2 da NBR 15.220/3
(ABNT, 2005). Mesmo assim, verifica-se alta porcentagem de horas de desconforto nos
ambientes em estudo. A carga térmica interna da edificação pode ser considerada grande
contribuidora para tal acontecimento.
Verifica-se que os indices de desconforto no ambiente Recepção – REDS é menor do que no
ambiente Administração. A análise dos valores de desconforto em cada hora permite concluir
que tal aspecto se dá devido ao conforto vivenciado no período noturno.
Verifica-se também, que a média das temperaturas é menor no caso BCE15_FC_VN. O
aumento da massa térmica implicou em uma menor dispersão dos dados, contudo, pelo fato
da média ser mais alta, verifica-se um indice maior de desconforto.
A avaliação, no presente estudo, estende-se à possibilidade de aplicação de blocos de concreto
celular autoclavado nas alvenarias extenas. Nesse sentido, o gráfico 3 apresenta o percentual
de horas de desconforto no ambiente Recepção/REDS, em cada mês, quando do uso dos
blocos de concreto celular autoclavado, com espessuras de 10 cm, 15 cm e 20 cm.
72
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
BCA15_FC_VN (%) 44,55 60,57 66,80 51,11 39,78 22,22 24,33 34,54 25,14 34,54 26,53 38,17 38,93
BCA20_FC_VN (%) 49,80 63,99 69,49 55,97 44,35 24,44 25,27 37,23 27,64 36,96 30,42 42,74 42,27
BCA25_FC_VN (%) 52,76 65,33 70,16 56,94 46,37 24,86 25,81 37,37 27,92 37,77 31,25 43,82 43,27
Gráfico 3 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos
BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN
A tabela 17 apresenta a média das temperaturas avaliadas em cada mês no ambiente Recepção
- REDS e o desvio padrão (σ) da amostra, para os três casos com paredes externas compostas
por blocos de concreto autoclavado.
Tabela 17 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no ambiente
Recepção - REDS – Casos BCA15_FC_VN, Casos BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN.
Caso
Est
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
BCA15_FC
Média
28,93
29,48
29,85
28,98
26,65
25,81
25,76
26,41
27,86
28,39
28,16
28,71
_VN
σ
1,71
1,35
1,55
1,45
1,55
1,56
1,71
1,79
1,85
1,73
1,43
1,46
BCA20_FC
Média
29,09
29,64
30,02
29,16
26,82
25,99
25,94
26,59
28,03
28,56
28,32
28,87
_VN
σ
1,70
1,33
1,53
1,42
1,50
1,52
1,67
1,75
1,81
1,69
1,40
1,44
BCA25_FC
Média
29,15
29,69
30,10
29,20
26,88
26,04
25,97
26,64
28,08
28,62
28,37
28,93
_VN
σ
1,67
1,32
1,52
1,40
1,49
1,51
1,65
1,74
1,79
1,67
1,38
1,43
Na mesma linha, o gráfico 4 apresenta o percentual de horas de desconforto no ambiente
Administração, em cada mês, quando do uso dos blocos de concreto celular autoclavado com
espessuras de 10 cm, 15 cm e 20cm.
73
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
BCA15_FC_VN (%) 44,35 54,50 61,43 51,36 41,30 25,00 31,30 40,91 31,90 34,78 27,14 27,27 39,23
BCA20_FC_VN (%) 46,52 58,00 65,24 54,55 44,35 27,00 31,30 43,18 34,29 36,52 30,48 30,00 41,72
BCA25_FC_VN (%) 46,52 58,50 67,14 56,36 46,09 27,00 31,74 43,64 34,76 37,83 30,48 30,45 42,49
Gráfico 4 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos BCA15_FC_VN,
BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN
Tal como delineado anteriormente, a tabela 18 apresenta a média das temperaturas avaliadas
em cada mês no ambiente Administração e o desvio padrão (σ) da amostra, para os três casos
com paredes externas compostas por blocos de concreto autoclavado.
Tabela 18 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no ambiente
Administração – Casos BCA15_FC_VN, Casos BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN.
Caso
Est
BCA15_FC
Média
_VN
σ
BCA20_FC
Média
_VN
σ
BCA25_FC
Média
_VN
σ
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
28,66
29,28
29,62
28,86
26,64
25,97
25,84
26,58
28,05
28,37
27,89
28,31
2,13
1,65
1,88
1,53
1,57
1,59
1,75
1,94
1,99
1,90
1,74
1,72
28,78
29,41
29,75
28,99
26,76
26,09
25,95
26,71
28,18
28,50
28,03
28,44
2,12
1,62
1,85
1,49
1,52
1,54
1,71
1,89
1,94
1,86
1,70
1,70
28,82
29,43
29,81
29,02
26,80
26,13
25,98
26,75
28,21
28,54
28,04
28,47
2,09
1,61
1,84
1,47
1,50
1,51
1,68
1,87
1,91
1,83
1,68
1,69
O percentual de horas de desconforto, em ambos ambientes é maior do que os verificados
quando do uso de blocos cerâmicos.
74
Assim, como observado nos blocos cerâmicos, o aumento da espessura implicou no aumento
das temperaturas médias e na redução da dispersão, nos dois ambientes analisados.
Nota-se que os valores de transmitância térmica das configurações de paredes elaboradas com
blocos de concreto celular autoclavado são menores do que os valores dos blocos cerâmicos.
Em outra análise, os valores do atraso térmico para essas configurações são
consideravelmente maiores do que os valores verificados nas configurações que adotam os
blocos cerâmicos, observadas as espessuras de cada dimensão. Para facilitar essa visualização,
a tabela 19 condensa esses dados, apresentados anteriormente neste trabalho.
Tabela 19 - Transmitância e Atraso Térmico das paredes externas dos Casos base (BCE20_FC_VN),
BCE15_FC_VN, BCE25_FC_VN, BCA15_FC_VN, BCA20_FC_VN e BCA25_FC_VN.
Caso
CASO BASE
BCE20_FC_VN
Descrição
U [W/(m².K)]
Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados 1,92
na dimensão intermediária
ϕ [Horas]
4,8
Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 20,0 cm
BCE15_FC_VN
Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados 2,28
na menor dimensão
3,7
Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 15,0 cm
BCE25_FC_VN
Parede de tijolos de 8 furos circulares, assentados 1,61
na dimensão intermediária
5,9
Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x30,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 25,0 cm
BCA15_FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 1,42
assentados na menor dimensão
4,885
75
Caso
Descrição
U [W/(m².K)]
ϕ [Horas]
Dimensões do bloco: 10x30,0x60,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 15 cm
BCA20_FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 1,07
assentados na menor dimensão
6,554
Dimensões do bloco: 15x30,0x60,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 20,0 cm
BCA25_FC_VN
Parede de blocos de concreto autoclavado, 0,86
assentados na menor dimensão
8,198
Dimensões do bloco: 20x30,0x60,0 cm
Espessura de argam. de assentamento: 1,0 cm
Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm
Espessura total da parede: 25,0 cm
O comportamento dos casos simulados indica que o aumento da transmitância térmica das
paredes facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, implicando na
redução do percentual de horas de desconforto.
Da mesma forma, verifica-se que o atraso térmico de todas as configurações de parede que
utilizaram blocos de concreto celular autoclavado é maior do que o valor delineado na NBR
15220.3 (ABNT, 2005) na definição de paredes leves refletoras.
Tal como demonstrado em CHVATAL et al. (2007), verificou-se que o aumento da
resistência térmica e por consequência do isolamento, dificultou a dissipação de ganhos
internos para o ambiente externo, ocasionando maior percentual de horas de desconforto.
A alteração da transmitância e do atraso térmico das paredes externas não foi suficiente para
que a edificação estudada apresentasse bom desempenho térmico e conforto, sendo necessária
a adoção de outras estratégias para sua melhoria. Assim, deu-se a alteração da cobertura e a
inclusão de elementos de proteção solar no caso simulado que apresentou menor índice de
desconforto.
76
Verifica-se que entre as seis configurações de paredes avaliadas, a única que atende aos
requisitos delimitados na norma para o tipo de parede adequado para a Zona Bioclimática 03,
na qual se encontra Belo Horizonte, é a do caso BCE15_FC_VN. Faz-se necessário destacar que
esse caso foi o que apresentou o menor percentual de horas de desconforto, perante todos os
casos avaliados, configurando-o como base para as avaliações decorrentes da modificação da
cobertura e para a instalação dos elementos de proteção solar, conforme delineado na
metodologia.
Assim, nos gráficos 5 e 6 apresenta-se a comparação do percentual de horas de desconforto
térmico de 3 casos, para os dois ambientes em estudo:

Caso BCE15_FC_VN: Considerada a situação que apresentou menor percentual de
horas de desconforto dentre as opções de blocos de vedação utilizados.

Caso BCXXX_TA_VN: A partir da melhor situação de desempenho térmico dentre
os blocos (caso BCE15_FC_VN), foi substituído o tipo de cobertura, para telha
termoacústica, conforme descrito na metodologia. Esse caso passará a chamar
BCE15_TA_VN, uma vez que foi verificado que a parede de 15 possui menor índice
de desconforto térmico. A sigla apresenta a composição dos materiais adotados na
simulação, permitindo uma melhor compreensão nas análises vindouras.

Caso BCXXX_XX_VN_B: A partir da melhor situação entre os casos BCE15_FC_VN
e BCXXX_TA_VN, foi feita a inserção de elemento sombreador (brises) nas janelas,
conforme descrito na metodologia. Esse caso passará a chamar BCE15_TA_VN, uma
vez que foi verificado que a parede de 15 possui menor consumo de energia e emissão
de CO2, quando aliado à solução de cobertura com uso de telha termoacústica. A sigla
apresenta a composição dos materiais adotados na simulação, permitindo uma melhor
compreensão nas próximas análises.
77
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
BCE15_FC_VN (%)
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
35,40 47,02 58,33 38,47 30,91 17,50 20,03 28,63 20,97 27,55 20,00 28,09 31,02
BCE15_TA_VN (%)
31,90 43,60 55,24 41,25 37,77 23,75 24,73 31,99 20,00 24,46 15,97 24,33 31,21
BCE15_TA_VN_B (%) 29,21 40,63 48,39 25,28 18,41 8,33 9,54 16,67 14,58 21,77 13,89 21,51 22,27
Gráfico 5 - Percentual de horas de desconforto/mês no ambiente Recepção – REDS – Casos
BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
BCE15_FC_VN (%)
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total
40,00 48,00 54,29 42,27 36,09 21,50 25,65 33,64 28,57 29,13 21,43 25,00 33,75
BCE15_TA_VN (%)
36,52 45,00 50,95 44,09 44,78 32,50 33,04 41,82 25,24 25,65 14,76 21,36 34,64
BCE15_TA_VN_B (%) 33,91 43,00 44,76 25,45 21,74 8,50 6,96 20,00 19,52 23,91 14,29 20,45 23,45
Gráfico 6 - Percentual de Horas de desconforto/mês no ambiente Administração – Casos BCE15_FC_VN,
BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B
78
Foram elaboradas ainda, as tabelas 20 e 21 com os valores das médias de temperaturas e dos
desvios padrão da configuração com menor índice de desconforto, inicialmente avaliado, e
com as alterações da cobertura e inclusão do elemento sombreador (brise).
Tabela 20 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no ambiente
Recepção – REDS – Casos BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B
Caso
Est
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
BCE15_FC
Média
28,51
29,08
29,43
28,54
26,21
25,37
25,34
25,96
27,41
27,96
27,72
28,29
_VN
σ
1,73
1,40
1,60
1,52
1,60
1,63
1,77
1,87
1,94
1,81
1,51
1,52
BCE15_T
Média
28,42
28,95
29,35
28,67
26,58
25,85
25,79
26,25
27,48
27,89
27,63
28,14
A_VN
σ
1,54
1,30
1,48
1,45
1,56
1,61
1,73
1,76
1,82
1,67
1,35
1,35
BCE15_T
Média
28,29
28,85
29,09
28,10
25,76
24,91
24,84
25,44
27,04
27,72
27,51
28,02
A_VN_B
σ
1,54
1,29
1,40
1,39
1,38
1,36
1,43
1,58
1,73
1,63
1,34
1,36
Tabela 21 - Média das temperaturas e desvio padrão dos dados avaliados a cada mês no
ambiente - Administração – Casos BCE15_FC_VN, BCE15_TA_VN e BCE15_TA_VN_B
Caso
Est
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
BCE15_FC
Média
28,33
28,94
29,30
28,55
26,34
25,69
25,56
26,27
27,72
28,02
27,53
27,97
_VN
σ
2,14
1,69
1,92
1,59
1,63
1,66
1,78
2,00
2,07
1,97
1,79
1,76
BCE15_T
Média
28,17
28,76
29,18
28,66
26,73
26,22
26,02
26,56
27,70
27,85
27,33
27,76
A_VN
σ
1,90
1,53
1,75
1,47
1,53
1,59
1,72
1,84
1,91
1,82
1,62
1,56
BCE15_T
Média
28,03
28,64
28,91
28,05
25,77
25,10
24,95
25,60
27,25
27,68
27,20
27,61
A_VN_B
σ
1,91
1,53
1,70
1,48
1,46
1,46
1,54
1,76
1,85
1,79
1,61
1,57
O percentual de horas de desconforto aumenta com a alteração da cobertura nos meses mais
frios, contudo, a temperatura média nos meses mais quentes é menor quando da simulação
com a nova solução de cobertura. O uso da telha termoacústica, no lugar da telha de
fibrocimento, proporcionou uma redução significativa da transmitância térmica da cobertura.
Entretanto, a nova configuração de cobertura aumentou significativamente o valor do atraso
térmico. Para facilitar essa visualização, a tabela 22 condensa esses dados, apresentados
79
anteriormente neste trabalho. É importante ressaltar que todas as horas de desconforto do
presente estudo acontecem devido ao calor. Não foi registrado desconforto devido ao frio.
Tabela 22 - Transmitância e Atraso Térmico das coberturas externas dos casos BCE15_FC_VN
e BCE15_TA_VN.
Caso
BCE15_FC_VN
Descrição
ϕ [Horas]
U [W/(m².K)]
Cobertura de telha de fibrocimento com laje de 1,99
concreto de 20 cm. Espessura da telha: 0,7cm
BCE15_TA_VN Cobertura de telha termoacústica composta por 0,57
espuma rígida de poliuretano com espessura de
30 mm, revestida, na face superior e inferior por
telhas de aço pré-pintadas, com 0,5 mm de
espessura, com laje de concreto de 20 cm.
7,9
17,200
Ambas as coberturas são classificadas como pesadas, com base na NBR 15220.3 (ABNT,
2005), não sendo tipos de vedações indicadas para o uso na zona bioclimática 03.
Destaca-se, no entanto que a inclusão dos elementos de proteção solar possibilitou a redução
média das horas de desconforto na taxa aproximada de 10,30%. Esse valor é acentuado nos
meses mais frios do ano (maio – setembro). O controle do ganho solar, através de elementos
de proteção solar, mostra-se como um dos fatores primordiais para se atingir uma edificação
mais confortável termicamente e consequentemente com maior eficiência energética. Quando
os ganhos solares não são controlados a edificação tem uma tendência a se tornar mais
desconfortável.
Comparando-se o percentual de horas de desconforto entre o caso base, sistema construtivo
previsto inicialmente para a construção da edificação e o caso BCE15_TA_VN_B, edificação
com soluções, de envoltória, mais adequadas para a cidade de Belo Horizonte, verifica-se que
neste último, o percentual de desconforto é 11,17% menor no ambiente ocupado 24 horas e
11,07% menor no ambiente ocupado somente no horário administrativo, conforme demonstra
a tabela 23.
80
Tabela 23 - Percentual de horas de desconforto BCE20_FC_VN e BCE15_TA_VN_B
Caso
BCE20_FC_VN
(CASO BASE)
Percentual de horas de desconforto –
Média anual
Ambiente
Recepção – REDS
33,44%
Administração
34,52%
BCE15_TA_VN_B Recepção – REDS
22,27%
Administração
5.3.
23,45%
Emissão de CO2
Até o presente momento, foram adotadas soluções passivas, testando diferentes materiais,
com o objetivo de melhorar o conforto nos ambientes. Embora tenha sido verificada melhoria,
a porcentagem do número de horas de desconforto ainda não é ideal.
A melhoria do conforto térmico nos ambientes estudados pode ser alcançada através do uso
de aparelhos de ar-condicionado. Entretanto, o consumo de energia desses aparelhos tem
como reflexo a emissão de CO2 durante a geração. No presente trabalho, o consumo de
energia e consequente emissão de CO2 é proporcional ao nível de desconforto atinente a cada
solução construtiva estudada como pode ser verificado no gráfico 7.
BCE15_FC_A BCE20_FC_A BCE25_FC_A BCA15_FC_A BCA20_FC_A BCA25_FC_A BCE15_TA_A BCE15_TA_A
C
C
C
C
C
C
C
C_B
Emissão CO2 (kg/ano)
1425,81
1465,59
1496,92
1515,74
1543,83
1572,1
1409,41
Gráfico 7 - Emissão de CO2 no ano devido ao uso de aparelhos condicionadores de ar
1290,25
81
A redução obtida com as alterações na envoltória, em relação ao caso base + ar condicionado
(BCE20_FC_AC), totalizou 175,34 kg de carbono no ano, considerando-se a utilização de ar
condicionado em apenas duas salas da edificação estudada. Esse valor representa 11,96 % da
quantidade de carbono emitido pelos aparelhos de ar-condicionado que seriam utilizados para
atingir o conforto térmico necessário no caso base.
Não menos importante, a adoção da parede leve e refletora (elaborada com tijolos cerâmicos
de 10x20x30, assentados na menor dimensão) possibilita a redução de 39,78 kg, quando
comparada com a edificação estudada no caso base.
Destaca-se ainda que as simulações realizadas com o uso do bloco de concreto celular
autoclavado apresentaram maior emissão de CO2 devido ao uso de aparelhos de arcondicionado. Tal situação vai ao encontro da quantidade de horas de desconforto verificadas
quando da simulação das edificações sem o resfriamento mecânico.
Outro aspecto que deve ser observado é que o caso BCE15_TA_AC (edificação concebida com
alvenaria de 15 cm acabada e cobertura com uso de telhas termo acústica) apresentou emissão
de CO2 menor do que a do caso BCE15_FC_AC (edificação concebida com alvenaria de 15 cm
acabada e cobertura com uso de telhas de fibrocimento). Esse aspecto não é condizente com
as horas de desconforto avaliadas nas edificações simuladas com as mesmas configurações,
sem o resfriamento mecânico (caso BCE15_TA_VN e caso BCE15_FC_VN, respectivamente).
Pela análise das temperaturas verificadas a cada hora, nos dois ambientes analisados, observase que as temperaturas máximas no caso BCE15_FC_VN são superiores às temperaturas
máximas no caso BCE15_TA_VN, para os dois ambientes. Tal situação pode ter implicado na
menor utilização dos aparelhos condicionadores de ar para atingir a temperatura de conforto.
Estudar as diferenças de temperatura nos ambientes é um ponto para estudo em trabalhos
futuros. Verifica-se que a mesma hora de desconforto pode ter implicações diferentes em
termos de consumo de energia.
5.4.
Consumo de energia
O consumo de energia anual dos aparelhos condicionadores de ar pode ser verificado no
gráfico 8.
82
2300
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
BCE15_F
C_AC
Consumo de Energia Anual (kW) 2072,29
BCE20_F
C_AC
2129,73
BCE25_F
C_AC
2147,28
BCA15_F
C_AC
2202,9
BCA20_F
C_AC
2244,93
BCA25_F
C_AC
2257,12
BCE15_T
A_AC
2047,91
BCE15_T
A_AC_B
1874,65
Gráfico 8 - Consumo de energia devido ao uso de aparelhos de ar condicionado. Anual
O caso BCE15_FC_AC apresentou o menor consumo de energia enquanto manteve-se a
solução de cobertura adotada no caso base (telha de fibrocimento e laje em concreto). Essa
situação era esperada, haja vista que esse caso apresentou o menor percentual de horas de
desconforto e é o único que adota alvenarias externas com as características externas
indicadas na norma para a Zona Bioclimática 03.
Não menos importante, as paredes do caso BCE15_FC_AC possuem o maior valor de
transmitância térmica entre os modelos analisados. O aumento dessa propriedade facilita a
dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, reduzindo o consumo de energia do
sistema de condicionamento de ar.
Em contrapartida, a redução da transmitância térmica da cobertura implica na redução do
consumo de energia decorrente do uso de aparelhos condicionadores de ar.
Embora o percentual de desconforto total tenha sido maior quando da modificação da
cobertura, com a substituição da telha de fibrocimento pela telha termoacústica, a análise das
temperaturas verificadas a cada hora nos ambientes da Administração e Recepção/REDS,
indica que os picos de temperatura são maiores, nos meses quentes, quando do uso da telha de
fibrocimento. Tal situação deve ter implicado na necessidade de uso do aparelho
condicionador de ar por mais tempo, implicando em maior consumo de energia e emissão de
CO2 no caso BCE15_FC_AC do que no caso BCE15_TA_AC. Essa informação é apresentada
nos gráficos 09 e 10.
83
33,50
33,00
32,50
32,00
31,50
31,00
30,50
30,00
29,50
29,00
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
BCE15_FC_VN 33,45 32,90 32,89 31,53 29,87 29,27 29,06 30,83 32,62 32,36 31,02 32,73
BCE15_TA_VN 32,52 32,26 32,40 31,35 30,09 29,61 29,43 30,60 32,23 31,60 30,35 31,83
Gráfico 9 - Temperaturas máximas verificadas no ambiente Administração - ºC - BCE15_FC_VN e
BCE15_TA_VN
34,00
33,50
33,00
32,50
32,00
31,50
31,00
30,50
30,00
29,50
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
BCE10_FC_VN 33,81 33,29 33,35 32,02 30,62 30,39 29,98 31,56 33,19 32,77 31,39 33,20
BCE10_TA_VN 33,16 32,88 33,07 32,02 30,93 30,83 30,33 31,48 32,96 32,30 30,96 32,61
Gráfico 10 - Temperaturas máximas verificadas no ambiente Recepção/REDS - ºC - BCE15_FC_VN e
BCE15_TA_VN
84
Tal como ocorre com a emissão de CO2, o consumo de energia é reduzido com a adoção da
telha termoacústica, segunda solução de cobertura e novamente quando da previsão de
elementos de proteção solar.
Quando comparado com o caso base (BCE20_FC_AC), o caso BCE15_TA_AC_B
possibilitou a redução do consumo de 255,08 kW no ano. Esse valor representa 11,98% do
total de kW consumidos durante o ano na edificação base.
85
6. CONCLUSÃO
O desempenho térmico das edificações varia conforme as características dos sistemas
construtivos que compõem o envelope, a carga térmica interna, o padrão de uso, as dimensões
das aberturas, o fator de proteção solar das aberturas, entre outros parâmetros. A adequação
desses parâmetros ao clima onde a edificação está inserida é fator primordial para se obter
maior conforto térmico com menor consumo de energia.
Conforme mostrado neste trabalho, o estudo de variações na especificação de materiais da
envoltória e previsão de brise, ainda na fase de projeto, pode contribuir para a melhoria no
desempenho térmico futuro desta edificação e consequentemente para o desempenho
ambiental da mesma, devido à possível redução na emissão de CO2 como consequência do
consumo de energia com ar condicionado. Não menos importante de se considerar, é a
possibilidade de redução no custo financeiro com o consumo de energia na edificação.
Os resultados do presente estudo veem comprovar que sistemas construtivos de baixa
resistência térmica e consequentemente maiores valores de transmitância térmica, podem
proporcionar mais conforto, em certas situações. Embora seja largamente difundido entre os
fornecedores de materiais isolantes, arquitetos, engenheiros e até mesmo pesquisadores, que o
bom desempenho térmico é sempre diretamente proporcional ao isolamento do envelope, este
estudo, assim como outros já realizados, mostra que esta não é uma realidade aplicada a
qualquer zona bioclimática e a qualquer tipologia arquitetônica.
Nos resultados do presente estudo, quanto menores os valores de transmitância para as
paredes externas, maior foi o percentual de horas de desconforto. O bloco de vedação externa
com o menor valor para o atraso térmico e para a transmitância foi o que apresentou melhor
desempenho térmico dentre os materiais estudados.
O fato dos ambientes em estudo trocarem calor com o exterior apenas por uma parede e
também por apresentarem alto valor de carga térmica interna, característica do tipo de
ocupação, contribuiu para acentuar os níveis de desconforto provocados pelas transmitâncias
térmicas mais baixas. A maior resistência térmica das paredes dificultou a dissipação do calor
interno para o exterior.
Em relação à cobertura, a utilização de telha mais isolante, com menor transmitância e atraso
térmico consideravelmente superior à solução inicial, fez com que o percentual de horas de
86
desconforto também aumentasse, em relação ao caso base, principalmente nos meses mais
frios. Porém, é importante notar que embora tenha aumentado o percentual de horas de
desconforto, o consumo de energia, com uso de ar condicionado, necessário para manter o
ambiente na temperatura de conforto estipulada foi menor do que o consumo do Caso
BCE15_FC_VN. Isto se deve ao fato das temperaturas máximas horárias serem maiores no
Caso BCE15_FC_VN (telha de fibrocimento). Estudar as diferenças de temperatura nos
ambientes é um ponto para estudo em trabalhos futuros. Verificou-se que a mesma hora de
desconforto pode ter implicações diferentes em termos de consumo de energia, devido ao
quanto a temperatura está acima do limite da zona de conforto.
A proteção das aberturas, através do uso de brises nas janelas, mostrou-se bastante eficiente
para a melhoria do conforto térmico e consequentemente para a redução no consumo de
energia. Verifica-se, entretanto, que a recomendação da NBR 15220-3 (2005), para a zona
bioclimática 3, quanto à permissão de insolação nos ambientes durante o período de inverno,
não se aplicou ao ambiente típico de escritório. A utilização de proteção solar nas janelas
trouxe inclusive, maiores reduções nas temperaturas internas nos meses de inverno.
Portanto, cabe ressaltar aqui, que as recomendações e estratégias construtivas apresentadas na
Parte 3 da NBR 15220 (2005), destinam-se a habitações unifamiliares de interesse social.
Embora estas recomendações tenham sido utilizadas inicialmente como parâmetros
comparativos, através do presente estudo, pode-se constatar que as recomendações não podem
ser generalizadas para qualquer tipologia.
O fato das simulações terem sido desenvolvidas considerando uma edificação ainda em fase
de projeto possibilita melhorias nesse projeto através da comparação entre os resultados dos
casos obtidos das simulações. Porém, para a confirmação de valores reais de temperatura e
consumo de energia, seria necessária a existência de uma edificação construída, para que
fossem feitas medições in loco, com o objetivo de calibrar os resultados da edificação real
com o modelo a ser simulado.
Salienta-se ainda, que no presente estudo, todas as horas de desconforto foram dadas devido
às temperaturas superiores ao estipulado para a zona de conforto. Em nenhuma das situações e
horários estudados, a temperatura interior da edificação foi inferior a 18ºC (limite inferior da
zona de conforto delimitada). A elevada carga térmica de ocupação interna e a dificuldade
para sua dissipação contribuíram para as elevadas temperaturas.
87
Nota-se que embora o percentual de horas de desconforto tenha sido minimizado com
algumas soluções adotadas, este valor ainda é alto, sendo importante investigar a influência de
outras variáveis, relativas à concepção arquitetônica, tais como orientação solar, dimensões
das aberturas, tipo de vidro das janelas, dentre outras. Ambientes de trabalho desconfortáveis
termicamente influenciam diretamente no rendimento dos funcionários. Rever outras
variáveis do projeto arquitetônico pode melhorar passivamente o conforto, de maneira a
minimizar o uso do ar condicionado.
Sugestões para trabalhos futuros:

Avaliar a influência da orientação solar dos ambientes em estudo, na melhoria do
conforto térmico.

Avaliar a influência da resistência térmica das paredes internas na melhoria do
conforto térmico.

Avaliar a influência de diferentes dimensões de janelas no conforto térmico.

Avaliar os parâmetros estudados considerando os demais zoneamentos bioclimáticos
estipulados pela NBR 15220-3 (2005).
88
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ANEXOS
Anexo I – Configurações de ar condicionado utilizadas nas simulações