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I
MARCIO JOSÉ SORGATO
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS
UNIFAMILIARES VENTILADAS NATURALMENTE
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil da Universidade
Federal de Santa Catarina como requisito à
obtenção do título de Mestre em Engenharia
Civil.
Orientador: Prof. Roberto Lamberts, PhD
Florianópolis – SC, Novembro de 2009.
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II
S713d Sorgato, Marcio José
Desempenho térmico de edificações residenciais
unifamiliares ventiladas naturalmente [dissertação] /
Marcio José Sorgato ; orientador, Roberto Lamberts. -
Florianópolis, SC, 2009.
216 p.: il., grafs., tabs.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa
Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil.
Inclui referências
1. Engenharia civil. 2. Ventilação natural. 3.
Desempenho térmico. 4. Envoltória. 5. Edificações
residenciais. I. Lamberts, Roberto. II. Universidade
Federal de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil. III. Título.
CDU 624
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III
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS
UNIFAMILIARES VENTILADAS NATURALMENTE
MARCIO JOSÉ SORGATO
Dissertação julgada adequada para a obtenção do Título de
MESTRE em Engenharia Civil e aprovada em sua forma final pelo
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGEC da
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
___________________________________________________
Prof.
a
Janaide Cavalcante Rocha, Ph.D.
Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Comissão Examinadora:
___________________________________________________
Prof. Roberto Lamberts, Ph.D. – Orientador (Moderador)
___________________________________________________
Prof. Maurício Roriz, Dr. – UFSCar
___________________________________________________
Prof. Fernando Oscar Ruttkay Pereira, Ph.D. – UFSC
___________________________________________________
Prof. Enedir Ghisi, Ph.D. – UFSC
___________________________________________________
Solange V. G. Goulart, Ph.D. – Pós-Doc/ARQ, – UFSC
Florianópolis, 30 de novembro de 2009.
IV
.................................
V
Agradecimentos
Mais árduo que realizar este trabalho é encontrar palavras
certas para agradecer às pessoas especiais que fazem parte da minha
vida, e sem as quais eu jamais teria chegado até aqui. Através destas
páginas simbólicas, deixo registrado meu profundo agradecimento:
A Deus, pela vida e por proporcionar-me diferentes caminhos,
dando-me sempre oportunidades de escolha e guiando-me através
delas;
Aos meus pais, Anacleto e Terezinha, pela contribuição na
formação do meu caráter, pelo amor incondicional, apoio, incentivo e
dedicação da vida toda;
Aos meus irmãos, Syntia e Vinícius, pela valiosa ajuda nos
problemas encontrados durante o desenvolvimento do trabalho e pelo
apoio que sempre estiveram me oferecendo;
Ao meu amor, Daiane, pelo amor, compreensão e incentivo
durante toda esta trajetória;
A Prof. Roberto Lamberts, pela orientação, amizade e
significativo aprendizado científico durante este período.
Aos membros da banca, por aceitarem avaliar o trabalho e pelas
valiosas sugestões;
A todos os meus amigos e demais colegas do LabEEE, que
passaram por ali entre 2007 e 2009 que de alguma forma auxiliaram na
realização deste trabalho e que sempre estiveram me oferecendo seu
apoio e amizade;
Ao Miguel Pacheco e Rogério, que além da sua amizade, me
ofereceu sua ajuda em diversos momentos, como na tradução e
interpretação de alguns textos;
À Eletrobrás, pelo financiamento deste trabalho ligado à
regulamentação para edificações eficientes;
E, finalmente, a todos que contribuíram, direta ou
indiretamente, para a realização deste trabalho.
VI
................................
VII
RESUMO
No Brasil, a maioria das habitações são residências unifamiliares.
Essas edificações apresentam um grande potencial para utilizar
sistemas passivos de baixo custo energético para proporcionar
conforto térmico aos usuários. O objetivo deste trabalho é investigar a
influência das áreas de superfície expostas ao exterior e do tamanho
dos ambientes no desempenho térmico das edificações residenciais
unifamiliares ventiladas naturalmente, em quatro diferentes tipologias
residenciais. O método utilizado compreende o estudo do desempenho
térmico da envoltória de quatro tipologias residenciais, através de
simulação computacional, utilizando o programa EnergyPlus. As
tipologias com área construída de 36m² e 63m² representam
habitações de interesse social e as tipologias de 150m² e 300m²
representam habitações para classe média e alta, respectivamente.
Foram simulados casos com diferentes propriedades térmicas da
envoltória (paredes e coberturas), variando as transmitâncias e
absortâncias dos componentes construtivos. Para essas variações
foram calculados os graus-hora de desconforto dos ambientes. Com
isso, foi possível verificar a correlação entre os graus-hora de
desconforto com as propriedades térmicas da envoltória, a partir das
quais se verificou que a envoltória é determinante no desempenho
térmico das edificações, ventiladas naturalmente. A combinação da
transmitância e da absortância da cobertura apresentou grandes
influências nos graus-hora de resfriamento para os quatros modelos.
Porém, os graus-hora de aquecimento não apresentaram correlações
com os componentes da envoltória. Observou-se que o aumento do
tamanho do ambiente resultou em uma quantidade maior de graus-
hora de aquecimento. Através das análises do balanço térmico,
identificou-se que a ocupação predomina nos ganhos internos de calor
dos ambientes, sendo mais significativa nos modelos com ambientes
menores e menos relevante nos modelos com ambientes maiores. A
cobertura foi um dos principais componentes construtivos nos ganhos
e perdas de calor. Nos ambientes menores as paredes demonstraram
maior influência que nos ambientes maiores. Através da ventilação,
ocorreram as maiores perdas de calor em todos os modelos, e,
geralmente, em todas as estações, com exceção do inverno. As
diferenças encontradas no desempenho térmico dos ambientes
VIII
estudados podem ser explicadas pelas diferentes áreas de superfície
expostas ao exterior, pelo tamanho dos ambientes, pelas superfícies
em contato com o solo e com a cobertura. Estes parâmetros são
importantes para definir as condições térmicas dos ambientes.
Ressalta-se que os resultados do presente estudo se referem a
edificações residenciais ventiladas naturalmente, com a condição da
ventilação seletiva, sem interferência do usuário.
Palavras Chave: Ventilação natural, Desempenho térmico,
Edificações residenciais.
IX
ABSTRACT
In Brazil the majority of dwellings are single family homes. These
buildings offer a great potential for the use of low energy cost passive
systems to ensure thermal comfort of its users. The aim of this work is
to research the influence of the surface areas exposed in the exterior
and the ambients size in the thermal performance of naturally
ventilated single family homes, in four different residential typologies.
The method used studies the thermal performance of the building's
envelope of four different residential typologies, through
computational simulation, using the software EnergyPlus. The
typologies with an built area of 36m² and 63m² represent social
interest dwellings and the 150m² and 300m² represent dwellings for
middle and upper class. Simulations were made for different thermal
proprieties of the envelope (walls and roofs) varying the transmittances
and absorptances of the constructive components. For these variations,
were calculated the resulting discomfort degree-hours for the interior.
With these were possible to check the correlation between discomfort
degree-hours with the thermal proprieties of the envelope, from which
it could be seen that the envelope is determinant in the thermal
performance of natural ventilated buildings. The mix of transmittance
and absorptance of the roof showed great influences in the cooling
degree-hours for the four models. However, the heating degree hours
showed no correlations with the envelope components. In the smaller
ambient the walls showed a bigger influence then the biggest
ambients. Through the analysis of the thermal balance, it was spotted
that occupation is predominant in the internal heat gain of the
environments, being more significant in models with smaller ambients
and less relevant for the smallest in models with bigger ambient. The
roof was one of the principal constructive components in the heat
gains and losses, while the models with smaller footprint the walls
showed a bigger influence then the models with a bigger footprint. The
bigger heat losses occurred through ventilation for all models and
generally for all seasons, with the exception of winter. The difference
The differences in the thermal performance of the studied sites may be
explained by the different surface areas exposed to the outside, the
size of rooms, the surfaces in contact with the ground and with the
X
roof. These parameters are important to define the thermal
conditions environments. It should be stressed that the results for the
present study refer to naturally ventilated residential buildings on a
ideal ventilation conditioning, without the interference of the user.
Key words: Natural Ventilation, Thermal performance, Envelope,
Residential buildings.
XI
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Efeito do vento próximo a edificação.. .................................... 32
Figura 2 Zonas de pressão de sucção. ................................................... 33
Figura 3 Diferença de pressão causada por diferença de temperatura.34
Figura 4 Diferença de pressão causada pelo efeito combinado. .......... 36
Figura 5 Gráfico dos C
P
s conforme equação de Swami e Chandra . ..... 38
Figura 6 Modelo dos resultados do TNO CP Generator. ....................... 39
Figura 7 Modelo dos resultados em gráfico do TNO CP Generator. ..... 40
Figura 8 Modelo dos resultados da base de dados Wind Pressure
Database.. ............................................................................... 41
Figura 9 Validação do modelo matemático de Sharag-Eldin sobre a
fachada norte. ......................................................................... 42
Figura 10 Coeficientes de perdas de carga para aberturas do tipo
basculante e maxim-ar. ......................................................... 45
Figura 11 Perfil do vento para diferentes rugosidades ......................... 52
Figura 12 Zona de conforto para edifícios naturalmente ventilados da
ASHRAE 55 ............................................................................. 55
Figura 13 Zona de conforto para edifícios naturalmente ventilados da
EN 15251 ............................................................................... 56
Figura 14 Carta psicrométrica para países de climas quentes. ............. 57
Figura 15 Esquema do modelo de rede AirflowNetwork ...................... 69
Figura 16 Croqui perspectivo do modelo 1. .......................................... 76
Figura 17 Croqui planta baixa do modelo 1. ......................................... 76
Figura 18 Padrão de ocupação do modelo 1 nos dias de semana. ....... 77
Figura 19 Padrão de ocupação do modelo 1 nos finais de semana. ..... 78
Figura 20 Padrão da iluminação do modelo 1 nos dias de semana. ..... 79
Figura 21 Padrão da iluminação do modelo 1 nos finais de semana. ... 79
Figura 22 Croqui perspectivo do modelo 2. .......................................... 81
Figura 23 Croqui Planta Baixa Modelo 2. .............................................. 81
Figura 24 Padrão de ocupação do modelo 2 para os dias de semana. . 82
Figura 25 Padrão de ocupação do modelo 2 para os finais de semana. 83
Figura 26 Padrão da iluminação do modelo 2 para os dias da semana. 83
Figura 27 Padrão da iluminação do modelo 2 para os finais de semana.
............................................................................................... 84
Figura 28 Croqui perspectivo do modelo 3. .......................................... 85
Figura 29 Croqui da Planta Baixa do modelo 3. .................................... 85
Figura 30 Padrão de ocupação do modelo 3 para os dias de semana. . 86
XII
Figura 31 Padrão de ocupação do modelo 3 para os finais de semana. 86
Figura 32 Padrão da iluminação do modelo 3 para os dias de semana. 87
Figura 33 Padrão da iluminação do modelo 3 para os finais de semana.
.............................................................................................. 87
Figura 34 Croqui perspectivo do modelo 4. .......................................... 89
Figura 35 Croqui da planta baixa do pavimento térreo do modelo 4. .. 89
Figura 36 Croqui da planta baixa do pavimento superior do modelo 4.
.............................................................................................. 90
Figura 37 Padrão de ocupação do modelo 4 para os dias de semana. . 91
Figura 38 Padrão de ocupação do modelo 4 para os finais de semana. 91
Figura 39 Padrão da iluminação do modelo 4 para os dias de semana. 92
Figura 40 Padrão da iluminação do modelo 4 para os finais de semana.
.............................................................................................. 92
Figura 41 Cobertura do caso base; U=1,92 W/m².K. ............................ 94
Figura 42 Parede do caso base; U=2,24 W/m².K. ................................. 94
Figura 43 Cobertura com isolante; U=0,62 W/m².K. .......................... 103
Figura 44 Cobertura com lamina alumínio; U=1,09 W/m².K.............. 103
Figura 45 Parede tijolo cerâmico duplo com U=1,00 W/m².K. ........... 105
Figura 46 Parede de tijolo cerâmico com U=1,80 W/m².K. ................ 105
Figura 47 Representação de graus-hora de resfriamento e
aquecimento. ...................................................................... 108
Figura 48 Influências dos parâmetros do AirFlow Network nas
renovações de ar do modelo. ............................................. 116
Figura 49 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos °Ch de
resfriamento da Sala. .......................................................... 118
Figura 50 Influência dos parâmetros da ventilação nos °Ch de
aquecimento da Sala. .......................................................... 120
Figura 51 Relação dos graus-hora de resfriamento da sala versus média
anual de renovações de ar. ................................................. 121
Figura 52 Relação dos graus-hora de aquecimento da sala versus média
anual de renovações de ar. ................................................. 122
Figura 53 Comparação dos fluxos de ar entre as simulações com
diferentes configurações de C
P
, C
D
e rugosidade ............... 124
Figura 54 Temperatura e renovações de ar da sala do modelo 1 nos dias
05 a 07 de agosto. ............................................................... 126
Figura 55 Temperaturas e renovações de ar da sala do modelo 1 nos
dias 07 a 09 de janeiro. ....................................................... 127
XIII
Figura 56 Temperaturas e renovações de ar da sala do modelo 1 nos
dias 01 a 03 de dezembro. .................................................. 128
Figura 57 Valores dos graus-hora de resfriamento versus fator solar da
cobertura dos dormitórios. ................................................. 131
Figura 58 Valores dos graus-hora de aquecimento versus fator solar da
cobertura dos dormitórios. ................................................. 132
Figura 59 Valores dos graus-hora de resfriamento versus fator solar da
parede dos dormitórios....................................................... 133
Figura 60 Valores dos graus-hora de aquecimento versus fator solar da
parede dos dormitórios....................................................... 134
Figura 61 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus graus-hora de
resfriamento dos dormitórios. ............................................ 135
Figura 62 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus graus-hora de
aquecimento dos dormitórios. ............................................ 136
Figura 63 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com área
construída de 36m². ............................................................ 141
Figura 64 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com
área construída de 63m². .................................................... 142
Figura 65 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com
área construída de 150m². .................................................. 143
Figura 66 Somatório graus-hora do dormitório do modelo com área
construída de 300m². .......................................................... 144
Figura 67 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de 36m².
............................................................................................. 148
Figura 68 Graus hora da Sala do modelo com área construída de 63m².
............................................................................................. 149
Figura 69 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de
150m². ................................................................................. 150
Figura 70 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de
300m². ................................................................................. 151
Figura 71 Balanço térmico do dormitório do modelo com 300m²; caso
com U
COB
=1,92 W/m².K; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24 W/m².K e
α
PAR
=0,20. ............................................................................ 155
Figura 72 Balanço térmico do dormitório do modelo com 63m² do caso
com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,0 e α
PAR
=0,40. ............ 160
Figura 73 Balanço térmico da sala do modelo com 36m²; caso com
U
COB
=1,92 W/m².K; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24 W/m².K e
α
PAR
=0,40. ............................................................................ 163
XIV
Figura 74 Balanço térmico da sala do modelo com 150m²; caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,8 e α
PAR
=0,40. ...................... 164
Figura 75 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos graus-
hora de resfriamento do dormitório 1................................ 195
Figura 76 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos graus-
hora de resfriamento do dormitório 2................................ 195
Figura 77 Influência dos parâmetros da ventilação nos graus-hora de
aquecimento do dormitório 1............................................. 196
Figura 78 Influência dos parâmetros da ventilação nos graus-hora de
aquecimento do dormitório 2............................................. 196
Figura 79 Relação dos graus-hora de resfriamento do dormitório de
solteiro versus média anual de renovações de ar. ............. 197
Figura 80 Relação dos graus-hora de resfriamento do dormitório de
casal versus média anual de renovação de ar. ................... 197
Figura 81 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída
de 36m². .............................................................................. 198
Figura 82 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída
de 63m². .............................................................................. 199
Figura 83 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída
de 150m². ............................................................................ 200
Figura 84 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída
de 300m². ............................................................................ 201
Figura 85 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 150m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20;
U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20. .......................................................... 202
Figura 86 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 63m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20;
U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20. .......................................................... 203
Figura 87 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 36m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20;
U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20. .......................................................... 204
Figura 88 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 36m², caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40;
U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40. .......................................................... 208
Figura 89 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 150m², caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40;
U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40. .......................................................... 209
XV
Figura 90 Balanço térmico do dormitório do modelo com área
construída de 300m², caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40;
U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40. .......................................................... 210
Figura 91 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de
63m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,40.
............................................................................................. 211
Figura 92 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de
150m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24;
α
PAR
=0,40. ............................................................................ 212
Figura 93 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de
300m², caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24;
α
PAR
=0,40. ............................................................................ 213
Figura 94 Balanço térmico da sala do modelo com área construída
36m², caso com U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
............................................................................................. 214
Figura 95 Balanço térmico da sala do modelo com área construída
63m², caso com U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
............................................................................................. 215
Figura 96 Balanço térmico da Sala do modelo com área construída de
300m², caso com U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
............................................................................................. 216
XVI
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 C
D
para diferentes tipos de aberturas .................................... 44
Tabela 2 Expoente do fluxo de massa de ar. ........................................ 47
Tabela 3 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para
janelas. Parte A – Continua na próxima pagina. .................... 49
Tabela 4 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para
janelas. Parte B. ..................................................................... 50
Tabela 5 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para
portas. .................................................................................... 51
Tabela 6 Valores de expoente e camada limite para as categorias de
terreno. .................................................................................. 53
Tabela 7 Critérios de avaliação do desempenho térmico para condições
de verão e inverno. ................................................................ 60
Tabela 8 Detalhes dos modelos ............................................................ 74
Tabela 9 Taxas metabólicas para cada atividade. ................................. 75
Tabela 10 Cargas internas de equipamentos do modelo 1................... 80
Tabela 11 Cargas internas de equipamentos do modelo 2................... 84
Tabela 12 Cargas internas de equipamentos do modelo 3................... 88
Tabela 13 Cargas internas de equipamentos do modelo 4................... 93
Tabela 14 Dados de entrada e seus respectivos valores adotados para o
caso base. ............................................................................. 95
Tabela 15 Temperaturas do solo da primeira simulação. ..................... 96
Tabela 16 Temperaturas do solo calculadas através do Slab. .............. 97
Tabela 17 Valores dos parâmetros da ventilação do caso base. .......... 97
Tabela 18 Dados de entrada e seus respectivos valores adotados para
as simulações. ...................................................................... 98
Tabela 19 Propriedades térmicas dos materiais utilizados na simulação.
........................................................................................... 102
Tabela 20 Descrição dos dados de entrada dos parâmetros da
ventilação natural. ............................................................. 107
Tabela 21 Resumo dos parâmetros da análise paramétrica. .............. 107
Tabela 22 Fator solar das coberturas .................................................. 110
Tabela 23 Fator solar das paredes. ..................................................... 111
Tabela 24 Temperaturas Médias das máximas e das mínimas. .......... 114
Tabela 25 Relação dos casos analisados, os fluxos e temperaturas do ar.
........................................................................................... 123
Tabela 26 Características do dormitório de cada modelo. ................. 137
XVII
Tabela 27 Características das salas de cada modelo. .......................... 145
Tabela 28 Áreas dos componentes construtivos do dormitório de cada
modelo. .............................................................................. 154
Tabela 29 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço
térmico do dormitório do modelo com 36m². ................... 158
Tabela 30 Áreas dos componentes construtivos da sala de cada
modelo. .............................................................................. 162
Tabela 31 Valores dos C
P
s estimados através do CPCALC+ sem
densidade do entorno. ....................................................... 182
Tabela 32 Valores dos C
P
s estimados através do CPCALC+ com
densidade do entorno de 28%. .......................................... 183
Tabela 33 Valores dos C
P
s estimados através do TNO com densidade de
28%. .................................................................................... 184
Tabela 34 Valores dos C
P
s estimados através do TNO, sem densidade
do entorno.......................................................................... 185
Tabela 35 C
P
s estimados através da Base de dados de Tóquio (Wind
Pressure), sem densidade do entorno. .............................. 186
Tabela 36 Valores dos C
P
s estimados através do EnergyPlus com
equação e Swami e Chandra. ............................................. 187
Tabela 37 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 1 que possui área construída de 36m². ................. 188
Tabela 38 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator , para o
modelo 2 que possui área construída de 36m². ................. 189
Tabela 39 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 3 possui área construída de 150m² ....................... 190
Tabela 40 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 3 que possui área construída de 150m² ................ 191
Tabela 41 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 4 que possui área construída de 300m² ................ 192
Tabela 42 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 4 que possui área construída de 300m² ................ 193
Tabela 43 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o
modelo 4 que possui área construída de 300m². ............... 194
Tabela 44 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço
térmico do dormitório do modelo com área construída de
63m². .................................................................................. 205
XVIII
Tabela 45 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço
térmico do dormitório do modelo com área construída de
150m². ................................................................................ 206
Tabela 46 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço
térmico do dormitório do modelo com área construída de
300m². ................................................................................ 207
XIX
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
P
S
P
ressão atmosférica
P
U
P
ressão do vento
P
T
P
ressão do efeito chaminé
C
P
C
oeficiente de
p
ressão
CFD
Dinâmica dos Fluidos Computacional
C
D
Coeficiente
d
escarga
C
Q
Coeficiente de fluxo de
ar
por frestas
H
Altura da abertura
α
Ângulo de abertura
I
clap
Largura da abertura
b
clap
Altura da abe
rtura
“
n
”
Expoente de fluxo de ar
M Mínimo
I Intermediário
S Superior
A
cob
Área da cobertura
A
fac
Área da fachada
A
tot
Área total da edificação
A
env
Área da envoltória
V
tot
Volume total da edificação
U
Transmitância
T
int
Temperatura interna do a
mbiente
T
setpoint
Temperatura de setpoint
T
ext
Temperatura externa
α
COB
Absortância
da cobertura
α
PAR
Absortância da parede
φ
Atraso
térmico
clo
Resistência térmica do vestuário
Δ
C
P
Diferença entre os c
oeficientes de pressão
FS
oCOB
Fator Solar da
cobertura
FS
oPAR
Fator Solar da parede
FF
Fator de Forma
FS
Fator S
olar
do vidro
FS
o
Fator Solar de elementos opacos
U
COB
Transmitância
térmica
da cobertura
U
PAR
Transmitância
térmica
da parede
XX
°
Ch
Graus
-
hora
Entidades e Programas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASHRAE
American Society of Heating,
Refrigerating and Air
-
Conditioning Engineers
CPCALC+
Programa de Cálculo de Coeficiente de Pressão
DOE
Department of Energy
-
USA
LBNL
Lawrence Berkeley National Laboratory
P
ROCEL
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
SINPHA
Sistema de
Informação de Posses e Hábitos de
Consumo
TAS
Thermal Analysis Software
TNO
Cp Generator
XXI
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................ 25
1.1 Objetivos ................................................................................ 27
1.1.1 Objetivo Geral ............................................................................. 27
1.1.2 Objetivos Específicos .................................................................. 27
1.2 Estrutura do trabalho .............................................................. 28
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................... 30
2.1 Ventilação .............................................................................. 30
2.1.1 Efeitos da pressão do vento ....................................................... 31
2.1.2 Efeito Chaminé ........................................................................... 33
2.1.3 Efeito Combinado ....................................................................... 34
2.2 Parâmetros de Ventilação Natural ........................................... 36
2.2.1 Coeficientes de pressão .............................................................. 36
2.2.2 Fluxo de ar através de aberturas ................................................ 43
2.2.3 Fluxo de ar através de frestas ..................................................... 46
2.2.4 Correção da velocidade do vento em relação ao entorno ......... 52
2.3 Análise do desempenho térmico de edificações ....................... 54
2.3.1 Métodos Internacionais.............................................................. 54
2.3.2 Métodos Brasileiros .................................................................... 58
2.4 Caracterização térmica da envoltória das edificações ............... 61
2.5 Avaliação do desempenho térmico em edificações ventiladas
naturalmente através de simulação computacional .................. 63
2.6 Simulação computacional ........................................................ 66
2.6.1 Programas de simulação de ventilação ...................................... 67
2.6.1.1 Modelos de dinâmica dos fluidos computacionais .................. 67
2.6.1.2 Modelos de rede ...................................................................... 68
2.7 Considerações da revisão bibliográfica ..................................... 71
3. METODOLOGIA ......................................................................... 73
3.1 Definição das tipologias .......................................................... 73
3.1.1 Modelo 1 .................................................................................... 75
3.1.1.1 Tipologia do modelo 1 ............................................................. 75
3.1.1.2 Padrão de ocupação do modelo 1 ........................................... 77
3.1.1.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 1 ............................. 78
3.1.1.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 1 ...................... 79
3.1.2 Modelo 2 .................................................................................... 80
3.1.2.1 Tipologia do modelo 2 ............................................................. 80
3.1.2.2 Padrão de ocupação do modelo 2 ........................................... 82
XXII
3.1.2.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 2 ............................. 83
3.1.2.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 2 ...................... 84
3.1.3 Modelo 3 .................................................................................... 84
3.1.3.1 Tipologia do modelo 3 ............................................................. 84
3.1.3.2 Padrão de ocupação do modelo 3 ........................................... 86
3.1.3.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 3 ............................. 87
3.1.3.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 3 ...................... 88
3.1.4 Modelo 4 .................................................................................... 88
3.1.4.1 Tipologia do modelo 4 ............................................................. 88
3.1.4.2 Padrão de ocupação do modelo 4 ........................................... 90
3.1.4.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 4 ............................. 92
3.1.4.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 4 ...................... 93
3.1.5 Propriedades térmicas da envoltória do caso base ................... 93
3.1.6 Sombreamento das aberturas .................................................... 95
3.1.7 Padrão de ventilação dos modelos ............................................ 95
3.1.8 Temperatura do solo dos modelos ............................................ 96
3.2 Análise da influência dos parâmetros da ventilação ................. 97
3.2.1 Análise dos resultados de sensibilidade dos parâmetros da
ventilação natural..................................................................... 100
3.3 A influência da área de superfície exposta ao exterior e o
tamanho dos ambientes no desempenho térmico .................. 101
3.3.1 Variações das propriedades térmicas da envoltória ................ 101
3.3.1.1 Tipos de cobertura ................................................................. 102
3.3.1.2 Tipos de parede ..................................................................... 104
3.3.2 Área de janela e ventilação ...................................................... 106
3.3.3 Parâmetros da ventilação natural ............................................ 106
3.3.4 Análise paramétrica ................................................................. 107
3.3.5 Análise dos resultados .............................................................. 108
3.3.5.1 Análise através dos graus-hora.............................................. 108
3.3.5.2 Análise através de balanço térmico ....................................... 111
4. RESULTADOS ........................................................................... 113
4.1 Caracterização do clima de Florianópolis ............................... 113
4.2 Análise da influência dos parâmetros da ventilação natural ... 114
4.2.1 Influência no número de renovações de ar ............................. 114
4.2.2 Influência no desconforto ........................................................ 117
4.2.3 Relação graus-hora versus renovações de ar ........................... 120
4.2.4 Análise das influências dos parâmetros da ventilação natural nas
temperaturas e renovações de ar ............................................ 122
XXIII
4.2.5 Considerações das influências dos parâmetros da ventilação
natural ...................................................................................... 128
4.3 Análise da influência da área de superfície exposta ao exterior e
do tamanho do ambiente no desempenho térmico ................ 130
4.3.1 Análises de correlação dos componentes da envoltória .......... 130
4.3.2 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus Graus-hora ........... 135
4.3.3 Análise do desempenho térmico dos ambientes ..................... 137
4.3.3.1 Análise do desempenho térmico dos dormitórios ................ 137
4.3.3.2 Análise do desempenho térmico das salas ............................ 145
4.3.4 Considerações sobre análise desempenho térmico dos
ambientes ................................................................................. 152
4.4 Análise através do balanço térmico ....................................... 153
4.4.1 Análise do balanço térmico do dormitório ............................... 154
4.4.2 Análise do balanço térmico da sala .......................................... 162
4.4.3 Considerações das análises de balanço térmico ...................... 166
5. CONCLUSÕES ........................................................................... 167
5.1 Limitações ............................................................................ 170
5.2 Recomendações para trabalhos futuros: ................................ 170
REFERÊNCIAS ............................................................................... 172
Apêndice A Valores dos C
P
s da análise da Influência da ventilação
natural............................................................................
182
Apêndice B
Valores dos C
P
s da análise da influência da área de
superfície exposta ao exterior e do tamanho do
ambiente........................................................................
188
Apêndice C
Os val
ores de graus
-
hora de resfriamento do
dormitório 1 e 2 do modelo 1 com área construída de
36m²................................................................................
195
Apêndice D
Os valores de graus
-
hora de aquecimento do
dormitório 1 do modelo 1 com área construída de
36m²...............................................................................
196
Apêndice E
Relação dos graus
-
hora de resfriamento dos
dormitórios do modelo 1 versus média anual de
renovações de ar.............................................................
197
Apêndice F
Análise do desempenho térmico do dormitório 2 com
paredes orientadas para norte e oeste..........................
198
Apêndice G
Balanços térmicos dos dormitórios dos modelos com
área construída de 150m² - 63m² - 36m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24 e α
PAR
=0,20................
202
XXIV
Apêndice H
Balanços térmicos
dos dormitórios
dos modelos com
área construída de 63m² - 150m² - 300m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,80; U
PAR
=2,24; α
PA
R
=0,80...................
205
Apêndice I
Balanços térmicos
dos dormitórios
dos modelos com
área construída de 36m² - 150m² - 300m² do caso com
U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,0 e α
PAR
=0,40...................
208
Apêndice J
Balanços térmicos
das salas
dos modelos com
área
construída de 63m² – 150m² – 300m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24 e α
PAR
=0,40.................
211
Apêndice K
Balanços térmicos das salas dos modelos com área
construída de 36m² – 63m² – 300m² do caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80 e α
PAR
=0,40.................
214
25
1.
INTRODUÇÃO
Na década de 70, após a crise do petróleo, começaram a surgir
as primeiras normas de eficiência energética em edificações. O
Protocolo de Kioto desencadeou um processo de elevação do rigor das
normas internacionais referentes ao desempenho térmico das
edificações. Nos últimos anos, muitos países vêm desenvolvendo
normas de eficiência energética e de desempenho térmico de
edificações residenciais e comerciais. No Brasil, já existem duas normas
de desempenho térmico de edificações e o Regulamento de Avaliação
do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, Públicos e de
Serviços que foi implantado em 2009. Além disso, o regulamento para
edificações residenciais está em fase de desenvolvimento.
A energia elétrica consumida nas edificações depende
significativamente das demandas requeridas pelos ambientes internos,
que devem proporcionar condições aceitáveis para produtividade e
conforto dos ocupantes. Para Olesen (2007), a economia de energia
não deve sacrificar o conforto e a saúde das pessoas. Lamberts et al.
(2004) salientam que um edifício é considerado energeticamente mais
eficiente que outro quando proporciona as mesmas condições
ambientais de conforto ao seu usuário, com menor consumo de
energia.
O consumo de energia das edificações pode ser reduzido através
da adoção de estratégias passivas. Em países com clima tropical, como
o Brasil, a ventilação natural pode contribuir para a redução do
consumo de energia de condicionamento artificial.
A ventilação natural nas edificações tem importante função de
assegurar a qualidade do ar, promover o resfriamento da edificação e
proporcionar conforto térmico aos usuários, sempre que as condições
do clima externo forem favoráveis. A qualidade do ar está vinculada
aos benefícios da saúde e à segurança dos usuários. Além disso, o
resfriamento da edificação e evaporativo (dependendo do clima)
proporciona economia de energia e conforto aos usuários da
edificação.
Segundo Lamberts et al. (2004), a ventilação natural dos edifícios
é indicada como uma das estratégias passivas de baixo custo
energético para proporcionar o conforto térmico em edifícios não
26
climatizados. Também em edifícios climatizados a ventilação noturna
pode minimizar os efeitos da carga térmica. Lamberts et al. (2004)
complementam citando que a arquitetura residencial tem certamente
o maior potencial de utilização de recursos naturais de
condicionamento térmico e lumínico.
A ventilação natural dos edifícios envolve fatores variáveis e
fixos. Os fatores variáveis compreendem os regimes dos ventos,
comportamento das temperaturas e umidades. Os fatores fixos
compreendem o entorno natural e edificado, a orientação e tipologia
dos edifícios, os tipos de aberturas e esquadrias. Outras estratégias,
que podem reduzir o consumo energético das edificações estão as
especificações dos materiais da envoltória (propriedades térmicas e
absortâncias), esta alternativa propõem os materiais mais adequados
para o clima local.
Segundo Gonçalves et al. (2004), o desempenho térmico de uma
edificação corresponde à resposta da habitação, em termos de
parâmetros climáticos interiores ao clima da área onde se encontra. A
envoltória do edifício, que separa o ambiente interior do exterior, é
determinante no desempenho térmico da edificação. As características
termofísicas dos materiais e arquitetônicas influenciam
significativamente nos fluxos energéticos.
As propriedades termofísicas dos componentes construtivos da
envoltória, que serão utilizados na edificação, juntamente com o
padrão de ocupação, o sistema de ventilação e o clima no qual a
edificação está inserida, são fatores que, quando analisados e
empregados corretamente, podem contribuir para um melhor
desempenho térmico da edificação.
Com o uso de ferramentas computacionais pode-se avaliar o
desempenho térmico da edificação construída, como também de
construções futuras, permitindo, assim, a inserção de alternativas que
podem melhorar o desempenho. Através das simulações, pode-se
estimar as temperaturas internas dos ambientes e o consumo de
energia da edificação, a partir das características arquitetônicas e
materiais que constituem a envoltória, junto com os sistemas de
iluminação, o condicionamento ambiental e com os padrões de uso.
O emprego de softwares de simulação computacional, para
analisar o desempenho térmico e energético de edificações, vem se
tornando mais presente no desenvolvimento dos projetos das
27
edificações. Para Hensen et al. (2002), os recursos computacionais
tornaram-se possíveis para uma análise em tempo reduzido e
minucioso dos efeitos de diversos parâmetros relacionados à
edificação.
As vantagens das simulações, em relação a experimentos in loco,
são os baixos custos e a possibilidade de variar diversos parâmetros,
como: forma, aberturas e diferentes climas, podendo assim avaliar a
influência de cada parâmetro.
A integração entre as ferramentas computacionais com o
desenvolvimento do projeto específico é um aspecto importante para o
desenvolvimento de edificações mais confortáveis (AUGENBROE e
HENSEN, 2004). Porém, deve-se conhecer as vantagens e as limitações
da ferramenta computacional a ser utilizada, para a obtenção de
resultados coerentes.
Esta dissertação estudou a influência do tamanho dos ambientes
no desempenho térmico de edificações residenciais unifamiliares,
ventiladas naturalmente, com diferentes dimensões das residências.
Para o desenvolvimento do trabalho foram realizadas simulações
térmicas para quatro tipologias residenciais, alterando-se as
características da envoltória: transmitâncias e absortâncias das paredes
e coberturas, para o clima da cidade de Florianópolis, SC. Além disso,
foi realizada uma análise de influência da ventilação natural, com
diferentes parâmetros. A ferramenta utilizada para as simulações foi o
programa EnergyPlus.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é investigar a influência da área
de superfície exposta ao exterior e do tamanho dos ambientes no
desempenho térmico em edificações residenciais unifamiliares
ventiladas naturalmente, em quatro diferentes tipologias residenciais.
1.1.2 Objetivos Específicos
Atrelado ao objetivo geral deste trabalho, pretende-se como
objetivos específicos:
28
a. Analisar a influência dos coeficientes e parâmetros da
ventilação natural, necessários para simulação nos modelos
de rede;
b. Identificar a influência dos componentes construtivos da
envoltória no desempenho térmico dos ambientes da
edificação, de acordo com as diferentes tipologias
residenciais;
c. Estudar os balanços térmicos dos ambientes nas diferentes
tipologias residenciais.
1.2 Estrutura do trabalho
O texto desta dissertação está divido em cinco capítulos. O
primeiro capítulo apresentou uma introdução sobre o assunto,
contextualizando o problema a ser explorado e os objetivos almejados.
No Capítulo 2, apresenta-se a revisão bibliográfica sobre os
estudos já desenvolvidos sobre o tema. São apresentados conceitos de
ventilação e infiltração; mecanismos de ventilação natural; os
parâmetros necessários para simulação da ventilação natural e os
modelos de cálculos utilizados pelos programas de ventilação natural.
Também é apresentada a ferramenta de simulação utilizada no
desenvolvimento do trabalho.
A metodologia da pesquisa é apresentada no Capítulo 3, a qual
foi divida em três partes: definição das tipologias, análise de
sensibilidade dos parâmetros da ventilação natural e análise da
influência da área de superfície exterior e do tamanho do ambiente no
desempenho térmico de edificações residenciais. Na definição das
tipologias foram definidos os quatro modelos, com os padrões de
ocupação, de iluminação, as cargas de equipamentos, os critérios de
ventilação e as propriedades térmicas do caso base. Na segunda etapa,
foram definidos os parâmetros para análise da influência da ventilação,
que são: coeficientes de pressão, coeficientes de descarga, coeficientes
de fluxo de ar por frestas e os coeficientes de rugosidade do entorno.
Na última etapa foram definidas as alternativas de simulação dos casos
para análise da influência da área de superfície exposta ao exterior e do
tamanho do ambiente no desempenho térmico.
O capítulo 4 contempla o desenvolvimento do trabalho através
dos resultados e discussões. Os primeiros resultados são referentes à
29
análise das influências dos parâmetros da ventilação. Na seqüência são
apresentados os resultados da influência da área de superfície exposta
ao exterior e do tamanho do ambiente no desempenho térmico.
Por fim, no Capítulo 5 apresentam-se as conclusões da
dissertação. Nessa etapa são expostas as conclusões pertinentes ao
tema, identificando as limitações do trabalho e as sugestões para
estudos futuros.
30
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo apresenta uma fundamentação teórica dos
mecanismos que proporcionam a ventilação natural, uma revisão de
literatura e de normas nacionais e internacionais sobre avaliação do
desempenho térmico de edificações ventiladas naturalmente.
Apresenta alguns trabalhos de pesquisadores que estudaram o
desempenho térmico da envoltória de edificações residenciais
ventiladas naturalmente. Finalizando, são apresentados os aspectos de
ferramentas computacionais, que são utilizadas em simulações de
ventilação natural.
2.1 Ventilação
Em todo o mundo muitas edificações são ventiladas
naturalmente. O uso da ventilação natural nas edificações pode
proporcionar conforto térmico aos seus usuários por amenizar as altas
temperaturas internas e possibilitar o resfriamento fisiológico dos
usuários. Essa estratégia contribui para a redução do consumo de
energia do sistema de condicionamento artificial. Para Baker et al.
(1993) é uma forma de aumentar a eficiência energética das
edificações.
Allard e Alvarez (1998) mencionam que o impacto da velocidade
do ar nas paredes e no corpo humano modifica a convecção, sendo que
o aumento no coeficiente de transferência de calor na convecção
ocorre em função da velocidade.
Segundo Givoni (1994), a ventilação é a melhor solução para se
minimizar o efeito fisiológico causado pela alta umidade, pois as altas
velocidades do ar aumentam a taxa de evaporação na superfície da
pele. Outra maneira que o autor indica é através da ventilação
noturna. Ou seja, ventilar a edificação no período noturno para
promover o resfriamento da massa interna da edificação.
Para Liddament (1986), a desvantagem da ventilação natural é
inerente à dificuldade de controle das taxas de trocas de ar. Porém, as
mesmas dependem de variáveis naturais, como: temperatura,
velocidade e direção do vento. Apesar da dependência das condições
climáticas, para uso dessas estratégias, o controle manual das janelas é
31
mais adequado para os ocupantes manterem a qualidade e
temperatura do ar interno (RAJA et al., 2001).
A circulação do ar nas edificações está relacionada a diversas
variáveis e leis da física. Para movimentar o ar do ambiente é
necessário haver diferença de pressão e um caminho para que o ar se
movimente. As aberturas formam os caminhos para os fluxos de ar e a
diferença de pressão ocorre pela ação do vento ou pela diferença de
densidade do ar. Esses são os mecanismos impulsionadores da
ventilação (ASHRAE, 2003 e ALLARD, 1998).
As características formais das edificações provocam efeitos
aerodinâmicos em torno das construções, resultando em formações de
zonas de pressões positivas e negativas (sucção). Desta forma, o
arquiteto ou projetista da edificação, que detém o conhecimento
destes efeitos, pode usufruir do mesmo para proporcionar um melhor
desempenho da ventilação natural na edificação.
As trocas de ar entre a edificação e o exterior podem ser
divididas em dois mecanismos: infiltração e ventilação. De acordo com
ASHRAE (2003), ventilação é a entrada do fluxo de ar proposital na
edificação, que pode ser dividida em natural e forçada. Ventilação
natural é um fluxo de ar que entra pelas aberturas, como janelas e
portas através das diferenças de pressão natural ou artificial. A
ventilação forçada, também chamada de ventilação mecânica, ocorre
através da introdução de ventiladores e exautores para o movimento
de entrada e saída do ar no ambiente. A infiltração é o fluxo
incontrolado de ar do exterior para o interior da edificação, que ocorre
através das frestas e aberturas. Mecanismos impulsionadores da
ventilação podem ser proporcionados através de três tipos: pelas
diferenças de pressão do vento, pelas diferenças de densidade do ar
devido à diferença de temperaturas interna e externa e por sistemas de
ventilação mecânicos.
2.1.1 Efeitos da pressão do vento
O vento, em contato com as edificações distribui pressões
estáticas nas superfícies externas, criando zonas de pressões positivas e
negativas (sucção). Os termos “pressão positiva e pressão negativa”
referem-se ao valor de pressão atmosférica local. Bittencourt e
Cândido (2006) mencionam que do ponto de vista científico existe uma
32
imprecisão no uso dessa terminologia, ela vem sendo utilizada por
facilitar a identificação das regiões do efeito de sucção (pressão
negativa) e onde o vento força a entrada nas edificações (pressão
positiva). O AIVC (Air Infiltration and Ventilation Centre) também utiliza
essa mesma terminologia de pressão positiva e negativa.
As zonas de pressões dependem da velocidade e da densidade
do ar, da direção do vento, da orientação da superfície e das
características do entorno, conforme pode ser observado na Figura 1.
As alterações de velocidade do vento provocam flutuações das
pressões muito inconstantes sobre as superfícies que atingem. As
pressões estabelecidas pela ASHRAE (2003) são valores médios em
períodos de 600 segundos. A pressão instantânea do vento pode variar
significativamente acima e abaixo desses valores médios, e os picos de
pressão podem ser maiores que os valores médios, duas ou três vezes.
Os valores médios em um período de tempo são os mais adequados
para calcular taxas de infiltração e ventilação.
Figura 1 Efeito do vento próximo a edificação. Fonte: ASHRAE (2003).
A pressão média do vento sobre a superfície é calculada através
da Equação 1:
ܲ
௪
=
ܥ
ρ
ܷ
ଶ
2
Eq. 1
Onde:
P
w
é a pressão média do vento sobre a superfície (Pa);
ρ
é a densidade do ar (kg/m³);
U é a velocidade média do vento, (m/s);
C
P
é o coeficiente de pressão da superfície, (-).
33
A diferença de pressão sobre a superfície da edificação e a
pressão atmosférica do ar local (P
S
) em uma mesma altura e sob a
condição de vento calmo, são calculadas através da Equação 2:
ܲ
ௌ
=
ܥ
∙
ܲ
௪
Eq. 2
Onde:
P
s
é a pressão atmosférica do ar local, (Pa);
C
P
é o coeficiente de pressão da superfície, (-);
P
w
é a pressão média do vento sobre a superfície, (Pa).
A proporção da zona de sucção está diretamente relacionada à
altura das edificações, sendo que o aumento da profundidade da
construção não altera a profundidade da zona de sucção, conforme
pode ser observado na Figura 2.
Figura 2 Zonas de pressão de sucção. Fonte: ASHRAE (2003).
2.1.2 Efeito Chaminé
O efeito chaminé é um fenômeno físico que influencia na
ventilação. Ocorre devido às diferenças de densidade do ar interno e
externo de uma edificação ou entre zonas adjacentes (SANTAMOURIS,
1998). Tal teoria apresenta uma simplificação no efeito do gradiente de
temperatura no interior da zona, assume que o ar em cada zona é bem
misturado, sendo que a pressão é calculada como uma função da altura
hidrostática. A Equação 3 da ASHRAE (2003) calcula o efeito chaminé
em qualquer ponto vertical.
34
∆
ܲ
ௌ
=
ሺ
ߩ
−
ߩ
ሻ
݃
ሺ
ܪ
ே
−
ܪ
ሻ
=
ߩ
൬
ܶ
−
ܶ
ܶ
൰
݃
ሺ
ܪ
ே
−
ܪ
ሻ
Eq. 3
Onde:
ΔP
s
é a diferença de pressão do efeito chaminé, (Pa);
ρ
o
é a densidade do ar externo, (kg/m³);
ρ
i
é a densidade do ar interno, (kg/m³);
g é a constante de gravidade, (9,81 m/s²);
H
NPL
é a altura do nível de pressão neutra do ponto de referência (m);
H é a altura do nível de pressão, (m);
T
o
é a temperatura externa, (K);
T
i
é a temperatura interna, (K).
O efeito chaminé ocorre especialmente nas edificações, em
locais com passagens verticais, como escadas, elevadores ou shafts.
Nesses casos, o fluxo de ar aumenta com a diferença de temperatura,
conforme pode ser observado na Figura 3.
Figura 3 Diferença de pressão causada por diferença de temperatura. Fonte:
Adaptado LIMB (2002).
2.1.3 Efeito Combinado
O efeito combinado pode ser obtido através de duas forças
motrizes que atuam em conjunto, podendo aumentar ou reduzir as
taxas de ventilação. É a combinação do efeito chaminé com as
diferenças de pressão causadas pelo vento. Segundo Concannon
(2002), o efeito pode variar de acordo com a potência relativa de cada
uma das forças motrizes.
Conforme a ASHRAE (2003), as diferenças do efeito chaminé e
da pressão causada pelo vento devem ser somadas para se calcular a
Entrada de ar através das
aberturas ou frestas
Exaustão do ar através
de chaminés.
Saída do ar quente
através de dutos no forro.
Ambiente com ventilação
natural
35
taxa de ventilação. Para temperaturas internas uniformes, a diferença
de pressão total pode ser calculada através das Equações 4 e 5.
ܲ
=
ߩ
ܷ
ு
ଶ
2
Eq. 4
Onde:
P
U
é a pressão do vento (Pa);
ρ
o
é a densidade do ar externa, (kg/m³);
U
H
é a velocidade do ar na altura do nível (m/s).
ܲ
்
=
݃
.
ߩ
൬
ܶ
௫௧
−
ܶ
௧
ܶ
௧
൰
Eq. 5
Onde:
P
T
é a pressão do efeito chaminé, (Pa);
g é a constante de gravidade, (9,81 m/s²);
ρ
0
é a densidade do ar, (kg/m³)
T
ex
t - T
int
é a diferença de temperatura externa e interna, (K).
Com os valores da pressão do vento (P
U
) e pressão do efeito
chaminé (P
T
), pode-se calcular a diferença de pressão do efeito
combinado para qualquer abertura da edificação, com a Equação 6.
Entretanto, tal método é válido somente para zonas que possuem
pressões internas uniformes. A Figura 4 apresenta um esquema do
efeito combinado.
∆
ܲ
=
ݏ
ଶ
.
ܥ
.
ܲ
+
ܪ
.
ܲ
்
Eq. 6
Onde:
ΔP é a diferença de pressão do efeito combinado, (Pa);
s
2
é o fator de obstrução;
C
P
é o coeficiente de pressão, (Pa);
P
U
é a pressão do vento, (Pa);
H é a altura da diferença de pressão, (m).
P
T
é a pressão do efeito chaminé, (Pa).
36
Figura 4 Diferença de pressão causada pelo efeito combinado. Fonte: Adaptado
LIMB (1992).
2.2 Parâmetros de Ventilação Natural
2.2.1 Coeficientes de pressão
Coeficiente de Pressão pode ser definido como o quociente
adimensional da pressão dinâmica medida em um ponto X da
superfície do modelo, pela pressão dinâmica do fluxo de ar livre,
conforme definido na Equação 7. A força do vento próximo à edificação
produz zonas de pressão positivas e negativas (sucção).
ܥ
=
ܲ
−
ܲ
ሺ
௭
ሻ
ܲ
ௗ
ሺ
௭
ሻ
Eq. 7
Onde:
C
P
é o coeficiente de pressão, (-);
P é a pressão medida, (Pa);
P
0
é a pressão estática para o vento livre na altura (z) de referência (Pa);
P
din
é a pressão dinâmica do vento na altura (z) de referência (Pa).
Santamouris (1998) e Liddament (1986) mencionam que o
coeficiente de pressão C
P
é um parâmetro adimensional derivado
empiricamente, que representa as mudanças de direção e pressão do
vento, causado pelas influências das obstruções vizinhas nas
características predominantes do vento local. O seu valor muda de
Pressão positiva em
relação ao exterior
Ponto de pressão
Neutra
Fluxo de ar para exterior,
temperatura externa menor
que a temperatura interna
Pressão negativa em
relação ao exterior
37
acordo com o ângulo de incidência do vento, superfície da edificação,
topografia e rugosidade do terreno.
Segundo Knoll et al. (1996), uma boa predição dos coeficientes
de pressão das fachadas e coberturas é importante para os cálculos da
ventilação natural. A precisão dos cálculos da ventilação pode
depender altamente dos coeficientes de pressão e dos ventos
dominantes.
Os valores de coeficientes de pressão podem ser estimados
através de experimentos em túnel de vento. Porém, para esse método
tem-se um custo elevado. Também é possível estimar os coeficientes
de pressão, através do uso de bancos de dados de medições em túnel
de vento, método este com custo reduzido. Entretanto, não possui uma
precisão exata em relação aos obstáculos vizinhos à edificação.
Os coeficientes de pressão podem ser estimados através de
vários métodos que foram desenvolvidos a partir de bancos de dados
de estudos paramétricos em túnel de vento. Como exemplos, temos
Allen (1984) e Liddament (1986) que apresentam tabelas de C
P
s
indicadas para alguns formatos de edificações, Swami e Chandra
(1988), Akins et al. (1979) e Sharag-Eldin (2007) que desenvolveram
equações de regressão para estimativas de C
P
s médios e Grosso (1992)
e Knoll et al. (1996) com aplicativos computacionais para estimar os
C
P
s.
Swami e Chandra (1988) desenvolveram dois algoritmos, sendo
um para edificações baixas e outro para edificações altas. Para as
edificações baixas foram analisadas oito diferentes pesquisas, as quais
foram baseadas no coeficiente de pressão médio da superfície,
encontrando uma função não linear em relação ao ângulo de incidência
do vento, que resultou com coeficiente de determinação 0,80. A
equação de Swami e Chandra (1988) considera o efeito da direção do
vento sobre a pressão das superfícies em ambientes desobstruídos.
Para paredes verticais, Swami e Chandra (1988) recomendam utilizar o
valor do coeficiente de pressão de 0,60 para ângulo de incidência zero.
Comparação feita por Wiren apud Swami e Chandra (1988)
demonstrou que o coeficiente de pressão médio da superfície pode
levar a um erro em torno de 10%.
O programa EnergyPlus utiliza a equação de Swami e Chandra
(1988) para o cálculo automático do coeficiente de pressão médio da
superfície, para edificações baixas. A equação é válida somente para
38
edificações retangulares, cuja altura da edificação deve ser três vezes
menor que o menor lado de sua base.
A Figura 5 apresenta os valores dos coeficientes de pressão
calculados pela Equação 8 de Swami e Chandra (1988).
Figura 5 Gráfico dos C
P
s conforme equação de Swami e Chandra (1988). Fonte:
ASHRAE, (2003).
C
P
=
ln
1
,
248
-
0703
sin
φ
2
ൗ
-
1
,
175
sin
2
φ
+
0
,
131
sin
3
ሺ
2
φ
G
ሻ
+
0
,
769
cos
߮
2
ൗ
+
0
,
07
G
ଶ
sin
ଶ
φ
2
ൗ
+
0
,
717
cos
ଶ
φ
2
ൗ
൩
Eq. 8
onde:
φ - Ângulo de incidência do vento;
G – Logaritmo natural proporção de comprimento e largura;
S – Razão entre a largura da parede considerada e a largura da parede
adjacente;
G=ln(S) = ln(L/W).
Grosso et al. (1992) desenvolveram uma análise paramétrica
com base em resultados de testes em túnel de vento aplicados por
Hussein e Lee (apud GROSSO et. al. 1992) e Akins e Cermak (1976). A
partir desse estudo, originou-se o programa CPCALC+ que estima
39
valores de coeficiente de pressão para qualquer ponto da fachada de
edificações baixas em formato retangular. Também permite configurar
outras condições, como: a rugosidade do terreno, a densidade do
entorno e as razões entre as dimensões e a direção do vento.
O TNO C
P
Generator é um aplicativo on-line que estima os
valores de C
P
s para fachadas e coberturas de edificações, com formato
retangular, considerando obstruções do entorno e diferentes
rugosidades do terreno. O programa desenvolvido por Knoll et al.
(1996) foi baseado em dados mensurados de túnel de vento, sendo que
os valores dos C
P
foram comparados com modelos reais e
apresentaram valores semelhantes.
O uso do TNO é realizado através de um arquivo em formato de
texto, sendo carregado no endereço eletrônico do desenvolvedor do
programa. O arquivo deve possuir as coordenadas, a orientação da
edificação, os obstáculos do entorno imediato e também as
coordenadas das posições dos C
P
s almejados. Os resultados são
apresentados em formas de gráficos e tabelas para serem inseridos nos
programas de cálculo da ventilação natural, conforme as Figuras 6 e 7.
Figura 6 Modelo dos resultados do TNO CP Generator.
40
Figura 7 Modelo dos resultados em gráfico do TNO CP Generator.
O departamento da faculdade de arquitetura e engenharia da
Universidade Politécnica de Tókio disponibiliza, em sua página
eletrônica uma base de dados de coeficientes de pressão, obtida em
testes de túnel de vento para quatro formatos de edificações e duas
rugosidades do terreno Wind Pressure Database (2008). Os valores dos
C
P
s são disponibilizados através de imagens e planilhas de dados. As
imagens são apresentadas com demarcação de zonas médias de
pressão e as planilhas de dados contêm todos os valores medidos em
cada superfície com os valores mínimo, médio e máximo. A Figura 8
apresenta o modelo dos resultados da base Wind Pressure Database.
41
Figura 8 Modelo dos resultados da base de dados Wind Pressure Database. Fonte:
Wind Pressure Database, (2008).
É possível também estimar os valores dos C
P
s através de
simulações nos programas de Dinâmica dos Fluidos Computacional
(CFD). Para Good et al. (2008) esse método não é muito confiável, pois
comparações realizadas pelo autor entre valores mensurados em túnel
de vento e valores estimados em programa de CFD apresentaram
diferenças de 28% com ventos à 90° e diferença média de 46% com
ventos à 270°, em relação aos valores de C
P
estimados em túnel do
vento.
Geralmente as edificações estão no meio urbano, onde as
condições do entorno apresentam obstruções por edificações vizinhas,
árvores e outros. As obstruções mudam os fluxos de ar, alterando a
velocidade do vento, que consequentemente, altera os coeficientes de
pressão.
Dos métodos apresentados anteriormente, somente o TNO e o
CPCALC+ consideram obstruções vizinhas. Sharag-Eldin (2007)
42
desenvolveu um modelo matemático para estimar o coeficiente de
pressão em edificações com obstruções vizinhas. O efeito das
obstruções vizinhas é determinado por um coeficiente de modificação
da pressão. O modelo considera o efeito múltiplo de mascaramento
dos blocos de obstrução e dos espaços entre eles sobre os coeficientes
de pressão das superfícies da edificação. A validação do método
comparando os coeficientes de pressão, medidos em túnel de vento e
os coeficientes de pressão estimados sem obstruções vizinhas, pode
ser observada na Figura 9. Observa-se que a influência apresentada na
validação do método chama a atenção para as limitações dos métodos
que estimam coeficiente de pressão desconsiderando as obstruções
vizinhas.
Figura 9 Validação do modelo matemático de Sharag-Eldin sobre a fachada norte.
Fonte: Sharag-Eldin(2007).
Os experimentos em túneis de vento são confiáveis. Entretanto,
podem inviabilizar alguns estudos, por razões técnicas e financeiras.
Usar valores estimados por base de dados de túnel de vento pode ser
mais prático e barato, porém, reduz a precisão do estudo.
Os métodos apresentados para as estimativas de coeficientes de
pressão apresentam valores razoáveis de C
P
para formas em
paralelepípedos. Contudo, para edificações com geometrias complexas
são recomendados estudos em túnel de vento, para obter coeficientes
de pressão mais precisos.
43
2.2.2 Fluxo de ar através de aberturas
A circulação do ar nos ambientes residenciais encontra
resistências pelo caminho, que são impostas pela geometria das
aberturas. Podem ser causadas por fricção, mudança de direção,
expansão e contração da seção e perdas por resistência na entrada e
na saída das aberturas. A resistência ao fluxo de ar na entrada e na
saída das aberturas caracteriza-se como coeficiente de descarga.
As perdas por fricção são devidas à resistência oferecida à
corrente em função do contato com as bordas da superfície da
abertura. As perdas são geradas pela turbulência na entrada da
abertura, onde gera redemoinhos que causam uma dissipação da
energia cinética e assim reduz a seção de escoamento do ar
(BITTENCOURT e CÂNDIDO, 2006). Essas perdas são contabilizadas na
forma de um coeficiente de descarga.
O coeficiente de descarga é uma função entre a diferença de
temperatura e a velocidade do ar em função da geometria da abertura
(ALLARD, 1998). Uma série de equações tem sido propostas para
cálculo, principalmente para aberturas internas, conforme as Equações
9 e 10.
ܥ
=
0
.
0835
∙
ሺ
∆
ܶ
ܶ
ൗ
ሻ
ି
.
ଷ
Eq. 9
ܥ
=
ሺ
0
.
4
+
0
.
075
∙
∆
ܶ
ሻ
Eq. 10
Onde:
ΔT é a variação de temperatura externa e interna, (°C);
T é a temperatura, (°C).
Limb (1992) define que o coeficiente adimensional está
relacionado com o fluxo de ar médio que atravessa pela abertura
correspondente à diferença de pressão nesta. Palletret et al. (apud
SANTAMOURIS, 1998) cita que o coeficiente de descarga (C
D
) está em
função da altura da abertura (H), sendo que para aberturas com altura
de 1,5 < H < 2 m a relação do C
D
=0,21H. Limand et al. (apud
SANTAMOURIS, 1998), através de medições em célula teste de duas
zonas com grandes aberturas, demonstraram que o coeficiente de
descarga variou entre 0,67 a 0,73.
44
Segundo Santamouris (1998), o valor do coeficiente de descarga
(C
D
) para pequenas aberturas internas é 0,65: para grandes aberturas o
valor recomendado pode ser próximo de 1,0 e o valor médio
representativo para abertura padrão adotado é 0,78. Segundo Aynsley
(1999), em relação ao C
D
de janelas e portas retangulares, é possível
optar por 0,60.
Clezar e Nogueira (1999) apresentam uma tabela com valores de
coeficiente de descarga (C
D
)
para diferentes tipos de aberturas como:
veneziana, basculante, abertura com bordas vivas e arredondas,
conforme a Tabela 1. Os valores foram compilados a partir de Idel’cik
(1969).
Tabela 1 C
D
para diferentes tipos de aberturas
Tipo de janela C
D
Veneziana com 50% de área livre 0,40
Basculante com chapas a 60 graus 0,58
Abertura com bordas vivas 0,62
Abertura com bordas arredondadas 0,85
Fonte: Clezar e Nogueira (1999).
Idel’cik (1969) apresenta uma variedade de coeficientes de
descarga para dispositivos em tubulações e terminais de sistemas de
ventilação mecânica. Porém, poucos estudos são dedicados a aberturas
para ventilação natural. Serão apresentados alguns exemplos extraídos
de Idel’Cik (1969) para janelas do tipo maxim-ar e basculante. O
coeficiente de descarga é chamado pelo autor de coeficiente de perda
de carga.
A Figura 10 apresenta o croqui da abertura e a tabela dos
coeficientes de descarga para uma janela basculante e maxim-ar. Nos
diagramas “a” e “b”, são apresentados os valores de perdas de cargas
para abertura do tipo maxim-ar e no diagrama “c”, são apresentados os
valores de perda de carga para abertura do tipo basculante.
45
(a) Fluxo de saída do ar, da abertura maxim-ar
(b) Fluxo de entrada do ar, da abertura maxim-ar
`
(c) Fluxo de entrada do ar, da abertura basculante
Figura 10 Coeficientes de perdas de carga para aberturas do tipo basculante e
maxim-ar. Fonte: Idel’cik (1969).
Através da Equação 11, é possível determinar o coeficiente de
descarga da janela em função do ângulo de abertura (α), e da relação
entre o comprimento (I
clap
) e da altura da folha (b
clap
).
46
ܥ
=
1
ඥ
ߞ
Eq. 11
Onde:
ζ é a perda de carga da abertura para ângulo α
0
.
1
Um exemplo de cálculo do coeficiente de descarga para uma
abertura do tipo basculante, com ângulo de abertura de 45° e
I
clap
/b
clap
=1,0, o coeficiente de descarga (C
D
) é de 0,44. Já para abertura
do tipo maxim-ar o C
D
é de 0,52. Observa-se que a maioria dos valores
recomendados na bibliografia são superiores a 0,60, superior aos
valores dos exemplos calculados. Também são poucas as
recomendações de coeficientes de descarga para o fluxo de saída do ar,
através da abertura. A maioria dos programas de simulação adota
somente um C
D
para dois sentidos do fluxo de ar.
Segundo Costola (2007), a diferença no comportamento do
coeficiente de descarga, (C
D
) em função do ângulo de incidência do
vento para aberturas posicionadas no sotavento, tem C
D
aproximadamente 20% maior que a mesma abertura no barlavento,
para este sentido do escoamento. Costola (2007) cita que, no futuro,
deverá haver mudanças na definição do C
D
, pois as novas ferramentas
para cálculo da vazão, através das aberturas das edificações, devem
utilizar soluções interativas no cálculo da vazão e do número de
Reyonolds, coeficientes de descarga independentes para cada sentido
de escoamento da abertura e métodos preditivos de C
D
em função da
geometria do edifício e da configuração do escoamento.
2.2.3 Fluxo de ar através de frestas
A infiltração, através de ranhuras e pequenas aberturas, é usada
para determinar a taxa de fluxo do ar decorrente das frestas e
rachaduras nas aberturas. O coeficiente do fluxo de ar por frestas (C
Q
)
1
ζ o valor da perda de carga da abertura para ângulo α
é obtido na Figura
10.
47
considera as perdas, devido à fricção da entrada e da saída do fluxo de
ar e as perdas ocorridas no percurso.
O fluxo de ar através das frestas, pode ser calculado pela
Equação 12 para fluxos laminares ou turbulentos, resultando no fluxo
de ar em função da diferença de pressão.
ܳ
=
ܥ
ொ
.
ሺ
∆
ܲ
ሻ
Eq. 12
onde:
Q é fluxo da massa de ar, (kg/s);
C
Q
é coeficiente de fluxo de massa de ar (kg/s.Pa
n
) ;
ΔP é diferença de pressão através da fresta,(Pa);
n é o expoente do fluxo de ar.
O expoente “n” depende das características do fluxo de ar que
pode variar de 0,5 a 1,0. Santamouris (1998) define que um valor de 0,5
corresponde a um fluxo turbulento, enquanto que um valor de 1,0
equivale a um fluxo laminar, no qual se sugere a adoção de um valor
médio de 0,67 para frestas formadas ao redor de janelas fechadas. No
entanto, a ASHRAE (2003) recomenda que para aberturas com grande
comprimento e pequena altura o expoente tende a ser próximo a 1. O
valor de “n” para aberturas nas fachadas das edificações depende da
geometria da abertura, bem como dos efeitos de entrada e saída.
Liddament (1986) apresenta a Tabela 2, com valores médios de “n”
para diferentes tipos de aberturas.
Tabela 2 Expoente do fluxo de massa de ar.
TIPO DE ABERTURA n
Aberturas grandes 0,50
Frestas - rachaduras (portas e janelas) 0,66
Materiais porosos com juntas 0,75
Materiais porosos 1,00
Fonte: Liddament (1986).
48
Em Liddament (1986) encontra-se as Tabelas 3, 4 e 5. As
mesmas apresentam diversos valores de coeficientes de fluxo de ar por
frestas (C
Q
) e distintos valores do expoente “n” para diferentes tipos de
frestas e aberturas. Porém, os valores dos coeficientes de fluxo de
massa de ar (C
Q
), na tabela original, são apresentados em “dm³/s.m”
para 1 Pa, sendo que no EnergyPlus os valores de entrada deste
coeficiente (C
Q
) é pela unidade “kg/s.m”. Nas últimas três colunas da
tabela são apresentados os valores do fluxo de ar convertidos de
dm³/s.m para kg/s.m, unidade que é utilizada pelo programa
EnergyPlus.
49
Tabela 3 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para janelas. Parte A – Continua na próxima pagina.
Tipo de
Janela
Vedação Material
Expoente do Fluxo
(n)
Coeficiente de fluxo
(dm³/s.m)
Coeficiente de fluxo
convertido (kg/s.m)
Max. Med.
Min.
Max. Med. Min. Max. Med. Min.
Pivotante eixo
vertical lateral
com vedação
Madeira
0,66
0,1 0,03 0,01 0,00013 0,00004 0,00001
Revestida
de Madeira
0,66
0,17
Metal
0,66
0,29 0,27 0,14 0,00037 0,00035 0,00018
sem vedação Madeira 0,85 0,66 0,5 1,19 0,23 0,04 0,00154 0,00030 0,00005
Pivotante eixo
horizontal
superior
com vedação
Madeira 0,69 0,57 0,5 1,22 0,42 0,11 0,00158 0,00054 0,00014
Metal 0,64 0,6 0,52 0,55 0,32 0,18 0,00071 0,00041 0,00023
sem vedação Madeira 0,61 0,56 0,6 1,38 1,08 0,88 0,00178 0,00140 0,00114
Pivotante eixo
vertical
central
com vedação
Madeira
0,78
0,03
0,00004
Metal 0,7 0,66 0,63 0,12 0,07 0,02 0,00016 0,00009 0,00003
Pivotante eixo
horizontal
central
com vedação Madeira
0,57
0,02
0,00003
sem vedação Madeira 0,9 0,6 0,53 1,25 0,8 0,04 0,00162 0,00103 0,00005
1 folha de
correr na
horizontal
com vedação
Madeira 0,66 0,05 0,00006
Revestida
de Madeira
0,66 0,06 0,00008
sem vedação
Metal 0,66 0,18 0,08 0,05 0,00023 0,00010 0,00006
Madeira 0,66 0,13 0,00017
49
50
Tabela 4 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para janelas. Parte B.
Tipo de
Janela
Vedação Material
Expoente do Fluxo
(n)
Coeficiente de fluxo
(dm³/s.m)
Coeficiente de fluxo
convertido (kg/s.m)
Max.
Med.
Min.
Max. Med. Min. Max. Med. Min.
2 folhas de
correr na
horizontal
com vedação
Madeira 0,66 0,06 0,00008
Metal 0,66 0,13 0,08 0,04 0,00017 0,00010 0,00005
Plástico 0,66 0,08 0,00010
sem vedação
Madeira 0,66 0,31 0,19 0,08 0,00040 0,00025 0,00010
Metal 0,63 0,43 0,22 0,12 0,00056 0,00028 0,00016
1 folha do
tipo guilhotina
com vedação Metal 0,66 0,09 0,00012
sem vedação Madeira 0,66 0,16 0,00021
2 folhas do
tipo guilhotina
com vedação
Madeira 0,66
Revestida
de Madeira
0,66
Metal 0,79 0,66 0,56 0,28 0,18 0,04 0,00036 0,00023 0,00005
sem vedação
Madeira 0,66 0,17 0,00022
Metal 0,69 0,58 0,45 1,2 0,45 0,2 0,00155 0,00058 0,00026
Clarabóia sem vedação Metal 0,59 0,55 0,5 3,07 0,18 0,16 0,00397 0,00023 0,00021
Fonte: Adaptado de Liddament (1986).
50
51
Tabela 5 Coeficientes de fluxo de ar por frestas e expoente "n” para portas.
Material
Tipo de
Porta
Vedação Tipo
Expoente de fluxo
de ar (n)
Coeficiente de
fluxo (dm³/s.m)
Coeficiente de fluxo
convertido (kg/s.m)
Max. Med.
Min.
Max.
Med.
Min.
Max. Med. Min.
Porta de
madeira
1 folha
Pivotante
com
vedação
Interna 0,7 0,6 0,5 2,57 1,45 0,81 0,00332 0,00187 0,00105
Externa
0,64
1,24 0,96 0,7 0,00160 0,00124 0,00090
sem
vedação
Interna 0,79 0,59 0,51 3,38 1,58 0,49 0,00437 0,00204 0,00063
Externa 0,71 0,59 0,5 3,52 1,32 0,79 0,00455 0,00171 0,00102
Corta-
fogo
0,58
1,71
0,00221
2 folhas
Pivotantes
sem
vedação
Interna
0,66
4,17
0,00539
Externa
0,6
1,95
0,00252
1 folha de
correr
sem
vedação
Externa
0,66
0,2
0,00026
Porta de
Metal
1 folha
Pivotante
sem
vedação
Interna
0,66
0,038
0,00005
Externa
0,66
0,038
0,00005
Porta de
enrolar
Por m² de
porta
Externa
0,66
14
0,01810
Fonte: Adaptado de Liddament (1986).
51
2.2.4
Correção da velocidade do vento em relação ao entorno
Os arquivos climáticos geralmente são gerados através de dados
obtidos em estações meteorológicas de aeroportos, que geralmente
possuem um contexto diferente do que é utilizado no
s estudos de
ventilação natural. Na Figura 11,
podem ser visualizados os diferentes
perfis de rugosidade.
Figura 11 Perfil do vento para diferentes rugosidades. Fonte:
LIMB (1992).
Os valores da velocidade do vento utilizados nas
simulações são
dados relativos a
uma altura de referência do sensor da estação
meteorológica, que geralmente está a uma altura de dez
metros. Para
as simulações da ventilação natural é necessária a correção da
velocidade do vento,
em relação à diferença de rugosidade do entorno
da estação meteorológica e da edificação.
A versão 3.0 do EnergyPlus
calcula a velocidade do vento através
da Equação 13, para diferentes camadas limites (EnergyPlus
, 20
52
Correção da velocidade do vento em relação ao entorno
Os arquivos climáticos geralmente são gerados através de dados
obtidos em estações meteorológicas de aeroportos, que geralmente
s estudos de
podem ser visualizados os diferentes
LIMB (1992).
simulações são
uma altura de referência do sensor da estação
metros. Para
as simulações da ventilação natural é necessária a correção da
em relação à diferença de rugosidade do entorno
calcula a velocidade do vento através
, 20
07).
53
ܸ
=
ܸ
௧
∙
൬
ߜ
௧
ℎ
௧
൰
ఈ
∙
ቆ
ℎ
ߜ
ቇ
ఈ
ೝ
Eq. 13
Onde:
V
ref
é a velocidade do vento na altura desejada (m/s);
V
met
é a velocidade do vento obtida a partir do arquivo climático (m/s);
δ
met
é a camada limite do local de instalação da estação meteorológica (m);
δ
ref
é a camada limite do terreno considerado na simulação (m).
A Tabela 6 apresenta os valores recomendados de expoente da
camada limite de acordo com a categoria do terreno conforme a norma
ASHRAE (2003).
Tabela 6 Valores de expoente e camada limite para as categorias de terreno.
Categoria
do terreno
Descrição
Expoente
(α)
Camada
Limite (δ)
1
Grandes centros urbanos nos quais
pelo menos 50% das edificações são
maiores do que 21m.
0,33 460
2
Terreno urbano, subúrbio, áreas com
árvores, áreas com espaçamento
entre obstruções do tamanho ou
maiores do que casas unifamiliares.
0,22 370
3
Terreno aberto com poucas
obstruções, geralmente menores do
que 10m de altura.
0,14 270
4
Área desobstruída plana exposta ao
vento. Entorno de corpos d’água de
mais de 1,6km.
0,10 210
Fonte: ASHRAE (2003).
Segundo Allard e Alvarez (1998), a velocidade do vento no
ambiente urbano, pode ter uma redução de até 30%, para os ventos
fortes ou moderados, comparados ao ambiente rural, devido às
diferenças de rugosidade e quantidade de obstáculos que, no ambiente
urbano, provocam aumento da turbulência de até 100% e bem como
dos fluxos de ar com rotação ciclonal.
54
2.3 Análise do desempenho térmico de edificações
2.3.1 Métodos Internacionais
Os critérios para avaliação de ambientes em edificações
ventilados naturalmente devem ser diferentes dos critérios adotados
para edificações, com sistemas de resfriamento mecânico, devido às
diferentes expectativas e adaptações dos usuários (OLESEN, 2007).
Existem modelos que propõem uma correlação entre a
temperatura de conforto do interior de um edifício e a temperatura
exterior, considerando que as pessoas se adaptam às variações
sazonais e ao clima local. Consequentemente, os usuários consideram
diferentes temperaturas interiores como confortáveis, dependendo da
estação do ano e da localização. O modelo de conforto adaptativo está
baseado em correlações medidas entre a impressão subjetiva de
conforto descrita pelos ocupantes e a temperatura interior em
centenas de edifícios reais.
As teorias de modelos adaptativos estabelecem, além dos
fatores físicos e fisiológicos, a importância da expectativa e das
preferências térmicas dos ocupantes do ambiente. A satisfação da
sensação térmica e aceitabilidade são influenciadas pela equiparação
entre uma expectativa do clima do ambiente com um contexto
particular, comparada com as condições existentes (De DEAR e
BRAGER, 2002).
A Sociedade Americana de Aquecimento, Refrigeração e
Engenharia de Condicionamento de Ar (ASHRAE) nos Estados Unidos da
America (EUA) desenvolveu normas difundidas internacionalmente,
que serviram de base para várias outras. As normas internacionais,
ASHRAE 55 (2004) e a EN 15251 (2007), esta é uma norma européia,
apresentam a proposta do modelo de conforto adaptativo, que foi
baseada em pesquisas de conforto em edificações reais, ventiladas
naturalmente.
A ASHRAE Standard 55 (2004) estabelece as condições térmicas
do ambiente para ocupação em relação às combinações do ambiente
interno e fatores pessoais que influenciam na aceitabilidade das
condições de conforto térmico. A ASHRAE Standard 55 é baseada no
modelo das trocas de calor entre o ambiente e o corpo humano,
assume que as sensações térmicas são influenciadas exclusivamente
55
por quatro fatores no ambiente: a temperatura do ar, a temperatura
radiante, a umidade e a velocidade do ar. Também são considerados
dois fatores pessoais: a atividade e a vestimenta (De DEAR, 2002). A
aplicabilidade da ASHRAE Standard 55 está limitada à média da
temperatura externa, que deve estar entre 10˚C e 33,5˚C. E as
condições de conforto devem atender os limites estabelecidos na
norma, sem o uso de sistemas de resfriamento e aquecimento (TUNER,
2008).
A ASHRAE Standard 55 (2004) é uma norma que determina as
condições térmicas aceitáveis em espaços condicionados
naturalmente. A zona de temperaturas de conforto é relacionada
apenas com a média da temperatura externa do ar, não apresentando
limitações para valores de umidade e velocidade do ar. A faixa de
temperatura de conforto varia de 17°C a 31°C, para aceitabilidade de
80% dos usuários, e de 18,5°C a 30,5°C, para 90% de aceitabilidade,
conforme a Figura 12.
Figura 12 Zona de conforto para edifícios naturalmente ventilados da ASHRAE 55.
Fonte: ASHRAE (2004).
A EN 15251 (2007) estabelece critérios para conforto térmico
nas edificações em três categorias, sendo a primeira categoria para alto
nível de expectativa, que é recomendada para ambientes ocupados por
pessoas sensíveis e frágeis; a segunda categoria para nível normal de
expectativa, que deve ser utilizada para novas edificações; e a terceira
56
categoria para nível moderado de expectativa, que deve ser adotada
para edificações existentes.
A EN 15251 (2007) apresenta a zona de temperaturas de
conforto para edificações sem sistemas de refrigeração mecânica, onde
é calculada através da média da temperatura externa do ar da semana
anterior, como também pode se considerar o efeito da velocidade do
ar para o conforto dos usuários. A norma é válida para edificações de
escritórios e habitações, ou edificações com características
semelhantes de ocupação, onde as atividades principais sejam
sedentárias ou com taxas metabólicas variando de 1,0 a 1,3 met.
Também é importante que os ocupantes possam alterar a quantidade
de roupa vestida e operar as aberturas de ventilação, livremente.
A EN 15251 (2007) estabelece três faixas de temperaturas de
conforto, sendo uma para cada nível de expectativa. As mesmas
oscilam de 21,7°C a 30,7°C para aceitabilidade de 90%; de 20,35°C a
31,7°C para 80%; de 19,75°C a 32,7°C para 65% de aceitabilidade dos
usuários, conforme a Figura 13.
Figura 13 Zona de conforto para edifícios naturalmente ventilados da EN 15251.
Fonte: EN 15251 (2007).
Na estação do verão, quando o ambiente possuir temperatura
operativa maior que 25ºC, pode-se compensar as condições de
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Temperatura Operativa [˚C]
Média da temperatura externa da semana anterior [˚C]
Max. 90% Max. 80% Max. 65%
Min. 90% Min. 80% Min. 65%
57
conforto com o aumento da velocidade do ar interno, através de
sistemas de ventiladores que permitam ao usuário, ajustar a velocidade
do ar. O aumento está limitado à velocidade máxima do ar em 0,8 m/s,
que amplia a temperatura de conforto em até 2,7ºC.
Givoni (1992) também estabelece uma zona de conforto
adaptada para países de clima quente e úmido, delimitada na carta
psicrométrica, apresentada na Figura 14. Os valores indicados para os
limites de temperatura de conforto nesses países, na estação do
inverno, são de 18°C a 25°C e para verão são de 20°C a 29°C. Nesses
locais, sugere-se a possibilidade de serem utilizados esses critérios para
avaliação do desempenho térmico das edificações.
Figura 14 Carta psicrométrica para países de climas quentes.
Fonte: Adaptado de Givoni (1992).
A carta de Givoni (1992) baseia-se em temperaturas internas da
edificação, apresentando estratégias construtivas adequadas para o
clima. A carta de Givoni corrigiu algumas limitações do diagrama de
Olgyay, que aplicava seu diagrama estritamente para as condições
externas (LAMBERTS et al., 2004). Sendo que, para os países em
58
desenvolvimento, a carta bioclimática de Givoni (1992) se adapta
melhor aos climas quentes e úmidos.
A velocidade do ar tem um grande efeito sobre as condições de
conforto das edificações, alterando as perdas por convecção e
evaporação, resultando em uma modificação nas condições de
conforto térmico nos ambientes (SANTAMOURIS, 2006). De acordo
com Kukreja (apud SANTAMOURIS, 2006), nos climas quentes os
ambientes internos deveriam ter uma velocidade ideal do ar na faixa de
1,0 a 1,5 m/s. Hardiman (apud SANTAMOURIS, 2006) também propõe
que, para atividades leves, a velocidade ideal do ar seria entre 0,2 e 1,5
m/s.
Givoni (1992) cita que pessoas que residem em países quentes e
em desenvolvimento, vivem a maior parte do tempo em edificações
sem climatização. Tais usuários toleram temperaturas mais altas.
Segundo o autor, uma alteração na velocidade do ar de 0,1 m/s para
1,5 m/s aumenta até 2°C a temperatura máxima de conforto,
considerando edificações ventiladas naturalmente. Observa-se que há
diferenças nas recomendações da influência da velocidade no aumento
da temperatura entre Givoni (1992) e a norma EN 15251 (2007). Givoni
(1992) recomenda 1,5m/s para um aumento de 2°C. Porém na norma
européia EN 15251 (2007) a recomendação é de 0,8m/s para um
acréscimo de 2,7°C na temperatura de conforto.
2.3.2 Métodos Brasileiros
No Brasil atualmente vigora a NBR 15220 (ABNT, 2005),
referente ao desempenho térmico de edificações. Essa norma está
dividida em cinco partes, que se referem aos métodos de cálculo e
medição de propriedades térmicas dos componentes construtivos das
edificações, sendo que a terceira parte expõe o zoneamento
bioclimático brasileiro e as diretrizes construtivas para habitações
unifamiliares de interesse social.
O objetivo das diretrizes construtivas é melhorar o desempenho
térmico das edificações residenciais unifamiliares de interesse social,
através de recomendações adequadas para o clima em que a edificação
se encontra. As estratégias de condicionamento ambiental
recomendadas pela NBR 15220-3, foram baseadas na carta bioclimática
de Givoni (1992) e também nas planilhas de Mahoney
59
(KOENIGSBERGER et al., 1970). As propriedades térmicas dos
elementos construtivos foram definidas para cada zona bioclimática, de
acordo com as estratégias bioclimáticas recomendadas para aquele
clima. Na parte 3 da NBR 15220 também são apresentadas as
recomendações para as propriedades térmicas dos componentes
construtivos e algumas recomendações de estratégias de
condicionamento térmico passivo como: ventilação cruzada,
resfriamento evaporativo, massa térmica, etc. As paredes e coberturas
são caracterizadas termicamente a partir dos valores de resistência
térmica, capacidade térmica, atraso térmico e fator solar. Também
para as aberturas, as recomendações para tamanho da área de
ventilação e as proteções para sombreamento destas.
Recentemente, foi aprovada a norma NBR 15575, a qual
preconiza o desempenho de edifícios habitacionais com até cinco
pavimentos. A primeira parte dessa norma estabelece requisitos gerais.
A quarta e quinta partes determinam características térmicas de
transmitâncias e absortâncias e capacidade térmica para os
componentes de paredes e coberturas, que estão divididos em uma
escala de classificação de desempenho mínimo (M), intermediário (I) e
superior (S), de acordo com as zonas bioclimáticas. A norma em
questão entrará em vigor a partir de maio de 2010.
A NBR 15575 (ABNT, 2008) adota praticamente as mesmas
recomendações das propriedades térmicas da NBR 15220, que são a
transmitância térmica, a absortância e a capacidade térmica dos
elementos construtivos. Os parâmetros que não foram adotados são o
atraso térmico e o fator solar. O critério de avaliação do desempenho
térmico é através de valores limites de temperatura do ar no interior
da edificação, para o verão e inverno. Os limites variam de acordo com
escala de desempenho mínimo (M), intermediário (I) e superior (S) que
mudam conforme a zona bioclimática. Na Tabela 7, são apresentados
os critérios de avaliação do desempenho térmico para condições de
verão e inverno.
60
Tabela 7 Critérios de avaliação do desempenho térmico para condições de verão e
inverno.
Nível de desempenho
Critério
2
Zonas 1 a 7 Zona 8
VERÃO
M T
i,max
≤ T
e,max
T
i,max
≤ T
e,max
I T
i,max
≤ (T
e,max
- 2°C) T
i,max
≤ (T
e,max
- 1°C)
S T
i,max
≤ (T
e,max
- 4°C)
T
i,max
≤ (T
e,max
- 2°C) e
T
i,min
≤ (T
e,min
+ 1°C)
Nível de desempenho
Critério
Zonas 1 a 5 Zonas 6, 7 e 8
INVERNO
M T
i,min
≥ (T
e,min
+ 3°C)
Nestas zonas, este critério
não precisa ser verificado
I T
i,min
≥ (T
e,min
+ 5°C)
S T
i,min
≥ (T
e,min
+ 7°C)
T
i,max
é o valor máximo diário da temperatura do ar no interior da edificação, (°C);
T
e,max
é o valor máximo diário da temperatura do ar exterior à edificação, (°C);
T
i,min
é o valor mínimo diário da temperatura do ar no interior da edificação, (°C);
T
e,min
é o valor mínimo diário da temperatura do ar exterior à edificação, (°C).
Fonte: Adaptado da NBR 15575 (ABNT, 2008).
É importante salientar que o critério de avaliação da
temperatura do ar, no interior dos ambientes de permanência
prolongada, desconsidera os ganhos internos de calor (ocupação,
iluminação, equipamentos e outros). Também pode-se verificar que os
valores máximos de temperatura do ar são considerados para tal
norma.
As normas Brasileiras apresentam diferentes critérios para áreas
mínimas de aberturas para ventilação. A NBR 15575 recomenda
pequenas aberturas para ventilação na Zona Bioclimática 7 ( a área
deve ser maior ou igual a 5% da área do piso), nas Zonas 1 a 6
aberturas médias (a área deve ser maior ou igual a 8%) e na Zona 8
aberturas grandes (a área deve ser maior ou igual a 15% da área do
piso). Tais recomendações são para os ambientes de permanência
prolongada. Porém, na NBR 15220 as recomendações para as aberturas
2
Zonas bioclimáticas de acordo com ABNT NBR 15220-3
61
de ventilação são classificas como pequenas (de 10%<A<15%, % da
área de piso), médias (de 15%<A<25%) e grandes (A>40% da área do
piso). Para as Zonas Bioclimáticas de 1 a 6, são recomendadas
aberturas médias. Na Zona Bioclimática 7, aberturas pequenas e na
Zona Bioclimática 8 são recomendadas aberturas grandes. Nota-se que
as normas apresentam uma grande diferença no percentual de área
ventilada do piso, para os ambientes de permanência prolongada.
A área de ventilação dos ambientes deve atender também aos
critérios estabelecidos pelos códigos de obras dos municípios, que em
geral estabelecem, para ambientes de permanência prolongada, a área
mínima de 1/6 (um sexto) a 1/8 (um oitavo) da área do ambiente. Estes
critérios podem variar de acordo com a classificação do ambiente e
entre as cidades.
No desenvolvimento deste trabalho foram adotadas as
recomendações das propriedades térmicas dos componentes
construtivos e as estratégias bioclimáticas sugeridas pela NBR 15220-3,
que são recomendações para edificações residenciais unifamiliares de
interesse social.
2.4 Caracterização térmica da envoltória das edificações
Para Lamberts et al. (2004) a forma arquitetônica pode ter
grande influência no conforto ambiental em uma edificação e no seu
consumo de energia. A geometria da edificação interfere diretamente
nos ganhos de calor, através dos componentes da envoltória.
Segundo Rivero (1985) o microclima interno de uma edificação
não é somente o resultado da orientação de suas áreas envidraçadas,
mas a conseqüência dos intercâmbios térmicos de todas as superfícies
de fechamento do ambiente. O autor também menciona que formas
desiguais, para um mesmo volume interior, apresentam
comportamentos térmicos diferentes.
O desempenho térmico de uma edificação corresponde à
resposta da habitação, em termos dos parâmetros climáticos
interiores, ao clima onde se encontra e aos parâmetros meteorológicos
que determinam os fluxos energéticos da edificação: radiação solar,
temperatura do ar e velocidade do vento (GONÇALVES et al., 2004).
Os componentes da envoltória (paredes, cobertura, aberturas e
piso) das edificações que separam o ambiente interior do exterior são
62
importantes para a determinação dos ganhos e perdas de calor entre
ambiente exterior e interior. As propriedades termofísicas dos
materiais, a forma arquitetônica, orientação das paredes e aberturas
determinam seu desempenho térmico em relação ao ambiente exterior
e interior. As cargas internas também podem influenciar
significativamente no desempenho da mesma.
Signor (1999) utilizou dois indicadores para verificar a influência
da volumetria de edificações comerciais no consumo de energia. Os
indicadores foram a relação entre a área da cobertura e a área
construída (A
cob
/A
tot
) a área da fachada e a área total edificada
(A
fac
/A
tot
). Os indicadores apresentaram bons resultados em relação ao
consumo de energia para condicionamento artificial. Segundo Carlo
(2008) os indicadores parecem ser bastante apropriados para descrever
a volumetria. O primeiro pela sua simplicidade e segundo pelos
parâmetros que o compõem.
Gonçalves et al. (2004) classificaram as edificações residenciais
através de parâmetros geométricos, como o fator de forma que é a
razão entre a área da envoltória externa e o volume útil da edificação
(A
env
/V
tot
), razão entre a profundidade média e a largura média da
edificação.
O fator de forma considera os parâmetros como a altura do pé
direito do pavimento e do próprio número de pavimentos, além de
suas dimensões horizontais, tanto no denominador quanto no
numerador (CARLO, 2008).
Carlo (2008) analisou o consumo de energia para
condicionamento artificial de edificações comerciais, em função da
volumetria representada pelo fator de forma (A
env
/V
tot
) e fator altura
(A
cob
/A
tot
), tanto individualmente, quanto combinado.
Chvatal (2007) adotou o fator de forma para avaliar o impacto
do aumento do isolamento da envolvente exterior dos edifícios no seu
desempenho térmico, em especial no período de verão. Os edifícios
avaliados foram residenciais, para climas de Portugal e do Sul Europeu.
Riveiro (1985) menciona que o somatório das áreas das
superfícies externas do ambiente é um dos parâmetros que permite
explicar as diferenças no desempenho térmico dos ambientes.
No desenvolvimento deste trabalho adotou-se a área de
superfície exposta ao exterior e o tamanho dos ambientes para
63
investigar a influência destes parâmetros no desempenho térmico de
edificações residenciais unifamiliares, ventiladas naturalmente.
2.5 Avaliação do desempenho térmico em edificações ventiladas
naturalmente através de simulação computacional
Existem poucas bibliografias que tratam do desempenho térmico
de edificações ventiladas naturalmente através de simulação
computacional, ao contrário de edifícios condicionados artificialmente
que existe uma gama de publicações. Este tema é importante para
países em desenvolvimento que possuem clima quente e úmido. No
Brasil grande parte das edificações residenciais são condicionadas
naturalmente, ou seja, não possuem sistema de condicionamento
artificial.
Segundo Gratia et al. (2004), muitas edificações podem
assegurar bons níveis de conforto ao seus usuários, através da
ventilação natural. Também para Lamberts et al. (2004), a arquitetura
residencial tem certamente o maior potencial de utilização de recursos
naturais de condicionamento e iluminação.
Liping e Hien (2007) investigaram o impacto das estratégias de
ventilação e da fachada no desempenho térmico de edifícios
residenciais, ventilados naturalmente. O estudo investigou quatro
estratégias de ventilação com diferentes combinações de materiais dos
componentes do envelope, sombreamento e áreas de janela, que
foram simulados no programa Thermal Analysis Software (TAS). Foram
testados 14 tipos de paredes, com diferentes valores de condutividade,
inércia térmica e quatro estratégias de ventilação (constante, não
ventilado, diurna e noturna). A estratégia de ventilação constante foi a
que apresentou menor número de horas de desconforto. Os resultados
indicaram que os componentes do envelope não isolados e com inércia
térmica são escolhas ideais para edificações ventiladas naturalmente,
em climas quentes e úmidos.
Cheng e Givoni (2005) mencionam que as edificações
residenciais têm grande potencial em utilizar o efeito da massa térmica
nas estações quentes. Porém, o autor alerta que o resultado do efeito
vai depender das circunstâncias do modo de operação e padrão de
ocupação. Os critérios de escolha das propriedades térmicas dos
64
componentes da fachada devem levar em conta os usos e hábitos de
ocupação.
No Brasil, nos últimos anos vem aumentando as pesquisas
referente à ventilação natural. Pode-se citar os estudos realizados por
Toledo et al. (2004), que, através da analogia de escoamento da água,
estudou o efeito natural pela ação do vento nas edificações, utilizando
um aparato experimental denominado mesa da água. Também,
Bitencourt et al. (2003), Peixoto e Bitencourt (2003), Wallauer e Beyer
(2003), Matos (2007), Pereira e Ghisi (2009) e Roriz et al. (2009)
utilizaram a simulação computacional em seus estudos. Os dois
primeiros realizaram simulações através do programa de Dinâmica dos
Fluidos Computacional (CFD). Os demais, através de programas de
modelos de rede, exceto o último autor que realizou simulação através
de uma taxa constante de ventilação.
Bitencourt et al. (2003) investigaram o potencial do uso de
captadores de vento em uma sala de aula típica, caracterizada por uma
edificação com salas de aula em ambos os lados com um corredor
central. As simulações foram realizadas através do programa PHOENICS
para a incidência dominante na região da cidade de Maceió, AL. Os
resultados apresentaram uma melhora significativa na uniformização e
na intensidade do fluxo de ar nos espaços internos. Salienta-se que as
simulações foram realizadas para uma condição constante da direção,
frequência e velocidade do vento.
Também Peixoto e Bitencourt (2003) analisaram o
comportamento da ventilação natural em salas de aula da Universidade
Federal de Alagoas. Compararam duas edificações distintas que, a
partir dos resultados, foram elaboradas propostas para intervenção nas
edificações, pois uma das edificações foi construída sem considerar as
características climáticas locais.
Matos (2007) realizou a pesquisa simulando a ventilação natural
de um modelo de residência unifamiliar, a fim de analisar o
desempenho térmico da edificação frente a diferentes configurações
de envelope. O estudo foi realizado para o clima da cidade de
Florianópolis, SC, com modelagem de diferentes áreas de abertura de
ventilação e iluminação, sombreamento de aberturas, orientação da
edificação, estratégias de ventilação, transmitâncias das paredes e
coberturas e diferentes valores de absortâncias dos componentes do
envelope. Os resultados das simulações foram analisados através de
65
graus-hora de desconforto para resfriamento e aquecimento, definiu
uma temperatura de base para o cálculo. Os resultados indicaram que
a melhor área de abertura de ventilação foi de 15% da área do piso;
que o sombreamento das janelas durante o verão é uma alternativa
eficaz para redução das temperaturas internas; que as transmitâncias
altas da envoltória apresentaram maior influência no desconforto por
frio e calor, no dormitório e na sala.
Pereira e Ghisi (2009) investigaram a influência das propriedades
térmicas do envelope no desempenho térmico de edificações
residenciais unifamiliares ocupadas e ventiladas naturalmente, para a
cidade de Florianópolis, SC, através de simulação computacional,
utilizando o programa EnergyPlus. O estudo partiu de um modelo de
referência para o qual foram realizadas variações nos materiais do
envelope, no padrão de ocupação e no padrão de ventilação. Os
resultados foram analisados através de horas de desconforto,
utilizando o programa Analysis Bio, no qual foram inseridos os valores
horários de temperaturas do ar e da umidade relativa dos ambientes
analisados, verificando a porcentagem de horas de desconforto dos
casos. Com a quantificação das horas de desconforto realizaram
análises de correlação com as propriedades térmicas dos componentes
da envoltória. Os modelos com e sem ventilação e ocupação, para
todos os tipos de envelope, apresentaram um aumento nas horas de
desconforto por calor com a introdução da ventilação e ocupação. Os
resultados mostraram que existe uma influência do envelope sobre o
desempenho térmico da edificação ocupada e ventilada naturalmente.
Os casos que apresentaram menores horas de desconforto foram os
que possuíam maiores valores de capacidade e atraso térmico.
Roriz et al. (2009) analisaram o efeito da resistência térmica de
paredes externas sobre o conforto para um ambiente de escritório
ventilado naturalmente. O estudo analisou três tipos de paredes de
concreto com 10cm de espessura, mas com diferentes condutividades
e três diferentes taxas de ventilação. Realizaram simulações para nove
cidades e os resultados foram analisados através da quantidade de
graus-hora, com temperatura de base definida pela ASHRAE 55-2004.
Os resultados mostraram que, para oito dos nove climas analisados o
desconforto acumulado em um ano apresentou-se diretamente
proporcional às resistências térmicas das fachadas, ou seja, as
resistências mais altas provocaram mais desconforto e vice-versa.
66
Somente no clima de Curitiba, PR, não apresentou a mesma tendência
dos demais. Com as taxas de renovações fixas, os fatores variáveis da
ventilação natural são desconsiderados, como a direção, a velocidade e
a frequência dos ventos.
Os estudos de desempenho térmico de ambientes ventilados
naturalmente vêm crescendo nos últimos anos. Porém ainda
timidamente, mas com a tendência mundial de redução do consumo de
energia das edificações deve-se incentivar mais pesquisas nesta área.
2.6 Simulação computacional
Na página eletrônica do Departamento de Energia dos Estados
Unidos (2008) há disponibilidade de 347 programas de simulação de
edificações para análises de eficiência energética, energias renováveis,
análise de ciclo de vida e sustentabilidade em edifícios, como por
exemplo: BLAST, DOE2.1E, EnergyPlus, TRNSYS, TAS, TRACE, eQUEST,
ECOTECT, PowerDomus, entre outros.
Segundo Mendes et al. (2005), os programas de simulação de
desempenho térmico energético poderiam auxiliar muito nos
escritórios de engenharia e arquitetura, ajudando na concepção do
projeto do edifício com estratégias passivas.
No Brasil, os programas de simulação para análises de eficiência
energética ainda são pouco difundidos entre os profissionais de
engenharia e arquitetura, não fazendo parte das ferramentas de
trabalho na rotina diária dos escritórios. Para Westphal e Lamberts
(2005), as principais causas são a complexidade dos programas e a
consequente dificuldade e demora no aprendizado pelos usuários.
Também é destacado que a complexidade dos fenômenos envolvendo
o comportamento térmico de edifícios, implica em uma grande
quantidade de dados de entrada nas simulações, o que requer
conhecimentos multidisciplinares dos usuários.
Atualmente o EnergyPlus é um dos programas de simulação de
edificações mais utilizados mundialmente. Esse programa calcula as
trocas térmicas, os índices de iluminação e de consumo energético das
edificações, a partir da modelagem física do edifício e seus sistemas de
ventilação, iluminação, aquecimento e resfriamento (DOE, 2008).
67
2.6.1 Programas de simulação de ventilação
Muitas simulações adotam taxas constantes de renovações de ar
para todo o ano, pois se encontra dificuldades para as definições dos
parâmetros das simulações de ventilação natural.
Liddament (1996) menciona que existem diferentes técnicas
para estimar as taxas de ventilação e infiltração das edificações. As
técnicas são divididas em cálculos de infiltração e ventilação através de
métodos empíricos e teóricos. Nos métodos empíricos são necessários
dados de medições de pressão ou de taxas de ventilação, e nos
métodos teóricos são utilizados modelos matemáticos de redes e
métodos simplificados.
Os programas de simulações computacionais mais usuais
adotam três tipos de modelos para determinação das taxas de
infiltração e ventilação para as edificações. Segundo Santamouris
(1998), os mais utilizados são os modelos zonais, os modelos de
dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e os modelos de redes.
Os modelos zonais supõem que o ar das zonas é homogêneo
totalmente misturado. Os modelos zonais e os modelos de CFD dividem
o volume do ar interno em vários volumes. A diferença do modelo de
CFD é que o ambiente é dividido em um número maior de pequenos
volumes. Os métodos de cálculo são através de equações de
conservação de massa, energia e momento.
No modelo de rede, cada ambiente da edificação representa um
nó de pressão. O ambiente externo também é representado por nós
em cada fachada, que são interligados por aberturas, formando, assim,
a rede de campos de pressão. Os nós de pressão são conectados por
resistências não-lineares.
2.6.1.1 Modelos de dinâmica dos fluidos computacionais
Os programas de CFD (Computational fluid dynamic) surgiram
em função da indústria aeroespacial nas décadas de 1960 e 1970.
Anderson (1995) cita que o uso dos programas difundiu-se em diversas
áreas, como as indústrias automobilística, naval de manufaturados,
astrofísica, oceanografia entre outros. Blazek (2001) menciona que a
utilização na engenharia e arquitetura são áreas mais recentes da
aplicação dessas ferramentas.
68
Kundu et al. (2002) define a Dinâmica dos Fluidos Computacional
(CFD) como uma ciência que, através de códigos computacionais, gera
predições quantitativas de fluxos, baseados nas leis de conservação de
massa, momento e energia. As predições ocorrem em função de
condições predefinidas do fluxo, calculando valores de suas variáveis,
como: pressão, velocidades e temperatura, em regimes estacionários
ou transientes.
Maliska (2001) e Augenbroe (2001) citam que os usuários de
programas de CFD devem ter conhecimentos específicos para
trabalhar. Mencionam, também, que é necessário desenvolver novas
interfaces voltadas para o uso de engenheiros e arquitetos, como uma
ferramenta empregada em apoio ao projeto de edificações.
Segundo Gaspar et al. (2003), as simulações em CFD voltadas
para edificações podem ser divididas em dois estudos: estudos internos
dos fluxos de distribuição do ar nos ambientes e estudos externos de
escoamento e distribuições das forças do ar sobre a envoltória da
edificação, salientando que os programas de CFD realizam simulações
para uma condição estática determinada pelo usuário.
Para Good et al. (2008) os estudos com CFD são indispensáveis
para análises detalhadas do desempenho dos fluxos de ar interno nas
zonas, essencialmente em estudos de elementos como torres de vento
e efeito chaminé. O CFD é apresentado como solução para algumas
limitações dos modelos de rede. Entretanto, tal modelo ainda não
permite realizar simulações anuais para avaliar o desempenho térmico
das edificações e apresenta limitações em relação à integração com
arquivos climáticos para realizar simulações dinâmicas.
2.6.1.2 Modelos de rede
Vários modelos de rede foram desenvolvidos após a década de
setenta. Pode-se destacar Walton (1989), que desenvolveu o programa
AIRNET, para calcular o fluxo de ar através dos elementos de
ventilação, considerando o fluxo nos dois sentidos em grandes
aberturas verticais. Em 1990, o Lawrence Berkeley National Laboratory
(LBNL) também desenvolveu o programa COMIS com uma abordagem
semelhante ao AIRNET.
O modelo de rede é baseado na concepção de que cada zona da
edificação é representada por um nó de pressão. O ambiente externo à
69
edificação também é representando por nós, que são interligados pelas
aberturas que representam os caminhos dos fluxos de ar através das
janelas, portas e frestas, conforme a Figura 15. Somente as pressões do
vento nos nós externos são conhecidas. No entanto, no modelo de
rede com a interligação dos nós, é possível calcular a pressão dos nós
internos, aplicando a equação de balanço de massa em cada nó. Com
os valores de pressão em cada abertura, é possível calcular o fluxo de
ar pela edificação.
Figura 15 Esquema do modelo de rede AirflowNetwork. Fonte: EnergyPlus (2009).
A equação do balanço dos fluxos de massa para a m’ ésima
abertura com o total de j
m
aberturas é dada pela Equação 14:
ߩ
.
ܳ
ୀ
ଵ
=
0
Eq. 14
Onde:
Q
im
é o fluxo volumétrico através da i’ésima abertura do m’ésimo nó (m³/s);
ρ
im
é a densidade do ar que segue o fluxo (kg/s).
A taxa do fluxo volumétrico através da i’ésima abertura do
m’ésimo nó é dada pela Equação 15:
70
ܳ
=
ܥ
|
ܲ
−
ܲ
|
൬
ܲ
−
ܲ
ܲ
−
ܲ
൰
Eq. 15
Onde:
Q
im
é o fluxo volumétrico da zona m para a zona j (m³/s);
C
im
é o coeficiente de descarga da i’ésima abertura da m’ésima zona;
n
im
é o expoente do fluxo da i’ésima abertura da m’ésima zona;
p
im
é a pressão da zona adjacente ao m’ésimo nó, através do qual a i’ésima
abertura se conecta;
p
m
é a pressão interna do m’esimo nó.
A equação do equilíbrio é aplicada em cada zona. Assumindo um
número total de “q” zonas, o balanço total é dado pela Equação 16:
ୀ
ଵ
ୀ
ଵ
݇
|
−
|
൬
ܲ
−
ܲ
ܲ
−
ܲ
൰
=
0
Eq. 16
Nenhum dos modelos de rede, entretanto, calculava a carga
térmica da edificação, sendo que posteriormente foram integrados
com programas de simulação térmica de edificações, como AIRNET
com FSEC 3.0 e COMIS com o programa DOE-2.
O EnergyPlus utilizou até a versão 1.3 o modelo do COMIS que
calculava o fluxo de ar pela edificação, através da ação dos ventos,
integrando estas informações nos ganhos térmicos de cada zona
(HUANG et al. apud GU, 2007). Após a versão 1.3, o EnergyPlus adotou
o rotina de cálculo do programa AIRNET de Walton (1989) para simular
sistemas de distribuição do ar e calcular as perdas de carga térmica, em
relação a ventilação, criando um novo módulo, que passou a se
chamar AirflowNetwork.
Os cálculos dos fluxos de ar dos modelos de rede dependem dos
coeficientes de pressão no entorno da edificação. O modelo
AirflowNetwork estima automaticamente os coeficientes de pressão
para edificações baixas e retangulares, através da equação de Swami e
Chandra (1988), e para edifícios altos, através de Akins et al. (1979).
Também há possibilidade de o usuário inserir os valores, que podem
ser estimados através das fontes citadas anteriormente na revisão.
71
O módulo de simulação de ventilação natural do EnergyPlus, o
AirflowNetwork foi validado por Gu (2007), através de dados
mensurados no Laboratório Nacional Oak Ridge e no Centro de Energia
Solar da Flórida, EUA, comparando o consumo de energia medido com
o consumo obtido através das simulações com o EnergyPlus.
Compreende-se que há muitos fatores que podem influenciar no
consumo de energia da edificação. Desta forma, o módulo da
ventilação natural deveria ser validado através de parâmetros
relacionados diretamente com a ventilação, como: as trocas de ar no
ambiente ou através da temperatura do ar e da umidade na zona.
Uma das limitações dos modelos de rede é que os mesmos não
calculam a velocidade interna do ar na zona. Uma forma de
aproximação da velocidade do ar seria calcular através dos fluxos de ar
nas aberturas do ambiente. Porém tal aproximação é arriscada.
O modelo de redes foi o escolhido para o desenvolvimento desta
pesquisa, através da utilização da ferramenta de simulação
computacional EnergyPlus. O programa EnergyPlus permite a
simulação integrada da ventilação natural com a simulação térmica da
edificação, a partir da sua geometria e das condições climáticas locais,
permitindo, assim, realizar simulações dinâmicas, o que não é possível
nos modelos de CFD.
2.7 Considerações da revisão bibliográfica
A revisão bibliográfica deste trabalho procurou apresentar
informações referentes às variáveis e leis da física, que influenciam na
circulação do ar dos ambientes. Foi apresentada a teoria dos
mecanismos de ventilação natural e uma fundamentação teórica dos
parâmetros que são utilizados para simulação computacional.
Também foi realizada uma breve revisão sobre os métodos de
análise de desempenho térmico de edificações, referentes às normas
brasileiras e internacionais. Foram apresentados métodos de análise
utilizados por alguns pesquisadores, em diferentes locais do mundo,
incluindo o Brasil.
As pesquisas descritas demonstram que a maioria das análises
de desempenho térmico de edificações ventiladas naturalmente, são
avaliadas através do número de horas de desconforto ou quantidade
de graus-hora de desconforto, calculando a partir do total de horas do
72
ano em que as temperaturas internas do ambiente excedem os limites
estabelecidos como confortáveis.
Para encerrar o capítulo, foram apresentados alguns aspectos de
ferramentas computacionais que são utilizadas em simulações de
ventilação natural e também maiores detalhes da ferramenta utilizada
para o desenvolvimento deste trabalho.
73
3.
METODOLOGIA
Este capítulo apresenta a metodologia utilizada para o
desenvolvimento da pesquisa, a qual foi dividida em três etapas:
definição das tipologias e fatores de forma; análise de sensibilidade dos
parâmetros da ventilação natural; análise da influência do fator de
forma no desempenho térmico de edificações.
Para a análise do desempenho térmico das edificações será
adotado o programa de simulação computacional EnergyPlus,
utilizando a versão 3.1.0. O programa foi desenvolvido através da fusão
dos programas DOE-2 e BLAST, com o intuito de criar uma ferramenta
que permitisse a análise térmica e energética de edificações e de seus
sistemas.
O EnergyPlus (E+) consiste de uma coleção de módulos de
programas que permitem calcular a energia consumida pelo edifício.
Possibilita realizar simulações para o clima do local de interesse do
usuário, a partir de um arquivo climático com dados horários. O
programa calcula temperaturas internas e trocas de calor em edifícios
não condicionados artificialmente ou, no caso de edifícios com
condicionamento artificial, calcula as cargas de aquecimento e
resfriamento necessárias para manter as temperaturas na faixa
aceitável de conforto, estimando o consumo de energia dos sistemas.
3.1 Definição das tipologias
As tipologias arquitetônicas adotadas para esta pesquisa foram
baseadas no tipo de domicílio dos consumidores brasileiros
pesquisados pelo SINPHA (2007), em que se identificou que 85,4% dos
brasileiros residem em unidades habitacionais classificadas como casas,
14,4% em apartamentos e 0,3% em outro tipo de domicílio.
Para o desenvolvimento desta pesquisa foram definidos quatro
modelos hipotéticos representativos de edificações residenciais
unifamiliares. Os modelos 1 e 2 representam edificações de interesse
social. O modelo 1 foi baseado no programa Nova Casa da Companhia
de Habitação do Estado de Santa Catarina – (COHAB/SC), e o modelo 2
foi baseado em Tavares (2006) e Matos (2007), os quais utilizaram este
modelo em suas pesquisas. Os modelos 3 e 4 representam habitações
74
para as classes média e alta, desenvolvidos com base nas
características identificadas por Tavares (2006). Foram realizadas
algumas adaptações para serem aplicadas em edificações residenciais
unifamiliares.
Os detalhes dos modelos são apresentados na Tabela 8. A área
apresentada na tabela refere-se à área total construída (m²). A área da
envoltória (m²) é a soma da área das paredes externas e das coberturas
(na soma da área das paredes, considerou-se também a área das
aberturas). No cálculo da área da cobertura considerou-se o ângulo de
inclinação e desconsiderou-se a área dos beirais. O volume da
edificação (m³) é calculado através das dimensões externas da
envoltória (paredes e cobertura), considerando a inclinação da
cobertura.
Tabela 8 Detalhes dos modelos
Unidade
Área total
construída
(m²)
Área da
envoltória
(m²)
Volume da
edificação
(m³)
Número
de
quartos
Número de
moradores
Modelo 1 36,0 116,7 128,2 2 4
Modelo 2 63,0 164,6 214,2 2 4
Modelo 3 150,0 327,8 595,0 3 5
Modelo 4 300,0 466,9 1016,9 4 6
Foram escolhidas quatro tipologias com diferentes geometrias,
permitindo assim, analisar a influência da área de superfície exposta ao
exterior e do tamanho dos ambientes nos ganhos e nas perdas de calor
referente a cada componente opaco da envoltória.
Os dormitórios e salas dos modelos desta pesquisa foram
projetados para orientação norte e leste. Todos os modelos foram
reproduzidos com coberturas inclinadas com ângulo de 27° e beirais
inclinados em todos os lados.
Os padrões de ocupação foram definidos, nos quatro modelos,
somente para os ambientes de longa permanência e para a cozinha. O
banheiro não será ocupado por ser um ambiente de curta permanência
dos moradores, durante o dia.
De acordo com o tipo de atividade desempenhada em cada
ambiente definiram-se as taxas metabólicas para cada atividade,
conforme apresentado na Tabela 9. Os valores recomendados para
75
essas taxas foram baseados na ASHRAE (2005), considerando uma área
de pele média de 1,80m². Tais valores serão aplicados para todos os
modelos desta pesquisa.
Tabela 9 Taxas metabólicas para cada atividade.
Zona Atividade realizada
Calor
produzido
[W/m²]
Calor produzido
para área de pele
= 1,80 m² [W]
Cozinha Preparando refeição 95 171
Sala Sentado ou assistindo TV 60 108
Dormitórios Dormindo ou descansando 45 81
Quando a cozinha está ocupada por mais de uma pessoa,
somente uma estará com taxa metabólica de 95 W/m². As outras
estarão com taxas metabólicas de 60 W/m².
Nos ambientes de permanência prolongada e na cozinha,
adotou-se uma padronização na densidade de potência instalada de
iluminação de 5W/m². A definição de uma baixa densidade de potência
de iluminação é devida ao aumento significativo do uso de lâmpadas
fluorescentes compactas no contexto residencial brasileiro, conforme
foi identificado na pesquisa de Posses de Eletrodomésticos e Hábitos
de Consumo (SINPHA, 2007). Esse padrão da densidade de potência de
iluminação aplica-se para todos os modelos desta pesquisa.
As tipologias dos modelos não têm como objetivo representar
edificações existentes ou convencionais, pois há algumas limitações em
relação à geometria dos modelos, para as simulações da ventilação
natural, tal como o formato retangular para obtenção do coeficiente de
pressão.
3.1.1 Modelo 1
3.1.1.1 Tipologia do modelo 1
O modelo 1 representa uma residência unifamiliar com área
construída de 36m², com 2 dormitórios, banheiro, sala e cozinha
conjugada, com dimensões de 6,0m x 6,0m x 2,8m. Pode ser
observado, na Figura 16, o croqui volumétrico e, na Figura 17, o croqui
da planta baixa do modelo.
76
Para reproduzir o modelo 1 no programa EnergyPlus é
necessária a definição de zonas térmicas. Nesse modelo definiram-se
cinco zonas, sendo quatro zonas para os ambientes e uma para a
cobertura (ático).
Figura 16 Croqui perspectivo do modelo 1.
Figura 17 Croqui planta baixa do modelo 1.
77
3.1.1.2 Padrão de ocupação do modelo 1
O padrão de ocupação deste modelo representa uma família
composta por quatro moradores: um casal e dois filhos, que no período
da manhã não estão na residência. A sala e a cozinha são utilizadas por
toda a família e a ocupação máxima dos dormitórios é de duas pessoas.
Foi modelado um padrão de ocupação para os dias de semana e
outro para os finais de semana, que são apresentados nas Figuras 18 e
19. Nos gráficos, o eixo das ordenadas representa o número total de
ocupantes na residência. A ocupação do ambiente é representada por
cores distintas, conforme a legenda. Por exemplo, nos finais de semana
ambos os dormitórios são ocupados por duas pessoas cada um, entre
às 22h e 8h, resultando na ocupação de quatro pessoas, no modelo.
Figura 18 Padrão de ocupação do modelo 1 nos dias de semana.
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Número de ocupantes
Sala e Cozinha Dormitório Solteiro Dormitório Casal
78
Figura 19 Padrão de ocupação do modelo 1 nos finais de semana.
3.1.1.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 1
O padrão de uso da iluminação foi desenvolvido em função do
padrão de ocupação dos ambientes de permanência prolongada e da
cozinha. Foram definidos dois padrões de uso da iluminação: um para
os dias de semana e outro para os finais de semana, que são
apresentados nas Figuras 20 e 21. Considerou-se que os usuários
aproveitam a iluminação natural no período diurno, acendendo
lâmpadas somente nas primeiras horas da manhã e no período
noturno. Nos gráficos do padrão de uso da iluminação, o eixo das
ordenadas representa o número total de ambientes que estão
utilizando o sistema de iluminação na residência. O ambiente é
representado por cores distintas, conforme a legenda.
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Número de ocupantes
Sala e Cozinha Dormitório Solteiro Dormitório Casal
79
Figura 20 Padrão da iluminação do modelo 1 nos dias de semana.
Figura 21 Padrão da iluminação do modelo 1 nos finais de semana.
3.1.1.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 1
A Pesquisa de Posse e Hábitos de Uso de Aparelhos Elétricos em
Consumidores Residenciais, da PROCEL (2007), tem como objetivo
determinar a posse e obter o grau de utilização de uma série de
equipamentos elétricos. Foi realizada através de uma pesquisa de
campo com questionários aplicados aos moradores das residências
selecionadas. Tal trabalho poderia ser uma fonte para determinar a
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Número de ambientes utilizando
iluminação
Sala e Cozinha Dormitório Solteiro Dormitório Casal
80
posse e hábitos do uso de equipamentos elétricos para os modelos.
Entretanto, conforme Fedrigo et al. (2009), que comparou o consumo
estimado, baseado nas informações da pesquisa, com a faixa de
consumo real fornecida pelas concessionárias, apenas 41% das
residências do Brasil apresentam consumo de energia elétrica dentro
do intervalo real de consumo fornecido. As diferenças podem ter sido
ocasionadas por vários motivos, como: o erro de estimativa de tempo
de uso dos equipamentos por parte do entrevistado, a potência dos
equipamentos, a inexistência de alguns equipamentos no questionário,
segundo Fedrigo et al. (2009).
Através das incertezas levantadas em relação à pesquisa acima,
buscou-se uma simplificação em relação às cargas internas de
equipamentos dos modelos para o desenvolvimento deste trabalho.
Com base nas sugestões de Tavares (2006), identificaram-se os
principais equipamentos para esse tipo de residência, que são
instalados na sala e na cozinha: refrigerador, liquidificador, televisão e
aparelho de som. Para definir a carga interna de equipamentos, foi
estimado um consumo médio diário de cada equipamento. Nos
modelos simulados, considerou-se o uso contínuo dos equipamentos,
que foi calculado através da integração do consumo médio diário de
cada um deles e dividido pelas 24 horas do dia. As cargas internas de
equipamentos para os ambientes da cozinha e da sala são
apresentadas na Tabela 10.
Tabela 10 Cargas internas de equipamentos do modelo 1.
Zona Período Potência (Watts)
Cozinha e Sala 24h 54,0
3.1.2 Modelo 2
3.1.2.1 Tipologia do modelo 2
O modelo 2 representa uma residência unifamiliar com área
construída de 63m², possuindo dois dormitórios, sala, cozinha e
banheiro, com dimensões 7,0m x 9,0m x 2,8m. Na Figura 22,
é
apresentado o croqui volumétrico e, na Figura 23, o croqui da planta
baixa do modelo.
81
Para a modelagem no programa EnergyPlus definiu-se seis zonas
térmicas, sendo cinco zonas para os ambientes e uma zona para a
cobertura (ático). Esse modelo é baseado em Matos (2007).
Figura 22 Croqui perspectivo do modelo 2.
Figura 23 Croqui Planta Baixa Modelo 2.
82
3.1.2.2 Padrão de ocupação do modelo 2
O padrão de ocupação do modelo 2 representa uma família
composta por quatro moradores: um casal e dois filhos. No período da
manhã os filhos não estão na residência. A sala e a cozinha são
utilizadas por toda a família e a ocupação máxima dos dormitórios é de
duas pessoas.
A Figura 24 apresenta o padrão de ocupação para os dias de
semana e a Figura 25, para os finais de semana.
Figura 24 Padrão de ocupação do modelo 2 para os dias de semana.
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Número de ocupantes
Sala Dormitório Solteiro Dormitório Casal Cozinha
83
Figura 25 Padrão de ocupação do modelo 2 para os finais de semana.
3.1.2.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 2
O padrão de uso da iluminação do modelo 2 é apresentado na
Figura 26, para os dias da semana, e na Figura 27, para os finais de
semana.
Figura 26 Padrão da iluminação do modelo 2 para os dias da semana.
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iluminação
Sala Dormitório Solteiro Dormitório Casal Cozinha
84
Figura 27 Padrão da iluminação do modelo 2 para os finais de semana.
3.1.2.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 2
Os equipamentos considerados no modelo 2 são iguais ao
modelo 1, sendo que neste modelo são adotadas potências diferentes
para a sala e a cozinha. Na cozinha, consideram-se os equipamentos:
refrigerador e liquidificador. Na sala, a televisão, o aparelho de som e o
ferro de passar. As cargas internas de equipamentos para os ambientes
da sala e da cozinha, do modelo, são apresentadas na Tabela 11.
Tabela 11 Cargas internas de equipamentos do modelo 2
Zona Período Potência (Watts)
Cozinha 24h 33,0
Sala 24h 21,0
3.1.3 Modelo 3
3.1.3.1 Tipologia do modelo 3
O modelo 3 representa uma residência unifamiliar com área
construída de 150m², dividido em três dormitórios, dois banheiros,
sala, cozinha, área de serviço e garagem, com dimensões de 10,5m x
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Número de ambientes utilizando
iluminação
Sala Dormitório Solteiro Dormitório Casal Cozinha
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14,35m x 2,8m. O croqui perspectivo pode ser observado na Figura 28 e
o croqui da planta baixa, na Figura 29. Essa tipologia foi modelada com
onze zonas térmicas, sendo dez para os ambientes e uma para a
cobertura.
Figura 28 Croqui perspectivo do modelo 3.
Figura 29 Croqui da Planta Baixa do modelo 3.
86
3.1.3.2 Padrão de ocupação do modelo 3
O padrão de ocupação do modelo 3 baseou-se em uma família
composta por cinco moradores, sendo casal e três filhos. No período
diurno, somente parte da família retorna para a residência, o que
ocorre no horário de almoço. A Figura 30 apresenta o padrão de
ocupação para os dias de semana e a Figura 31, para os finais de
semana.
Figura 30 Padrão de ocupação do modelo 3 para os dias de semana.
Figura 31 Padrão de ocupação do modelo 3 para os finais de semana.
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Número de ocupantes
Suíte Dormitório 1 Dormitório 2 Sala Cozinha
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Número de ocupantes
Suíte Dormitório 1 Dormitório 2 Sala Cozinha
87
3.1.3.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 3
O padrão de uso da iluminação do modelo 3 é apresentado na
Figura 32, para os dias da semana, e na Figura 33, para os finais de
semana.
Figura 32 Padrão da iluminação do modelo 3 para os dias de semana.
Figura 33 Padrão da iluminação do modelo 3 para os finais de semana.
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Número de ambientes utilizando
iluminação
Suíte Dormitório 1 Dormitório 2 Sala Cozinha
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Número de ambientes utilizando
iluminação
Suíte Dormitório 1 Dormitório 2 Sala Cozinha
88
3.1.3.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 3
Os principais equipamentos para esse tipo de residência,
sugerido por Tavares (2006), instalados na sala e na cozinha, são os
seguintes: refrigerador, liquidificador, batedeira, forno micro-ondas e
cafeteira elétrica. Para a sala são: televisão e aparelho de som,
videogame, videocassete e telefone. As cargas internas de
equipamentos para os ambientes da sala e da cozinha, do modelo 3,
são apresentadas na Tabela 12.
Tabela 12 Cargas internas de equipamentos do modelo 3.
Zona Período Potência (Watts)
Cozinha 24h 70,0
Salas 24h 26,0
3.1.4 Modelo 4
3.1.4.1 Tipologia do modelo 4
O modelo 4 representa uma residência unifamiliar de dois
pavimentos com área construída de 300m², com os seguintes
ambientes: suíte máster, suíte, dois dormitórios, sala de estar, sala de
jantar, sala de estar íntimo, escritório, cozinha, área de serviço,
dependência de empregada e garagem, com dimensões de 10,50m x
14,35m x 5,6m. Na Figura 34, pode ser visualizado o croqui perspectivo
e nas Figuras 35 e 36, os croquis das plantas baixas do modelo.
Para a modelagem desta tipologia dividiu-se em vinte zonas
térmicas, sendo dezenove para os ambientes e uma para a cobertura.
89
Figura 34 Croqui perspectivo do modelo 4.
Figura 35 Croqui da planta baixa do pavimento térreo do modelo 4.
90
Figura 36 Croqui da planta baixa do pavimento superior do modelo 4.
3.1.4.2 Padrão de ocupação do modelo 4
O padrão de ocupação do modelo 4 representa uma família
composta por seis moradores, sendo casal e quatro filhos. No período
diurno somente quatro moradores retornam para residência, o que
ocorre no horário de almoço.
A Figura 37 apresenta o padrão de ocupação para os dias de
semana e a Figura 38, para os finais de semana.
91
Figura 37 Padrão de ocupação do modelo 4 para os dias de semana.
Figura 38 Padrão de ocupação do modelo 4 para os finais de semana.
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Número de ocupantes
Suíte Master Suíte Dormitório 1 Dormitório 2
Sala Estar Cozinha Sala Jantar
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0:00
Número de ocupantes
Suíte Master Suíte Dormitório 1 Dormitório 2 Sala Estar Sala Jantar Cozinha
92
3.1.4.3 Padrão de uso da iluminação do modelo 4
A Figura 39 apresenta o padrão de uso da iluminação para os
dias de semana e a Figura 40 apresenta tal padrão para os finais de
semana.
Figura 39 Padrão da iluminação do modelo 4 para os dias de semana.
Figura 40 Padrão da iluminação do modelo 4 para os finais de semana.
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23:00
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Número de ambientes utilizando
iluminação
Suíte Master Suíte Dormitório 1 Dormitório 2
Sala Estar Cozinha Sala Jantar
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1:00
2:00
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12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
Número de ambientes utilizando
iluminação
Suíte Master Suíte Dormitório 1 Dormitório 2
Sala Estar Sala Jantar Cozinha
93
3.1.4.4 Cargas internas de equipamentos do modelo 4
Para o modelo 4, os principais equipamentos instalados na sala e
na cozinha, conforme as sugestões de Tavares (2006) são os seguintes:
refrigerador, fogão, liquidificador, batedeira, forno micro-ondas,
cafeteira elétrica e lava-louças; para a sala são os seguintes: televisão,
aparelho de som, videogame, aparelho de DVD, telefone e
microcomputador. As cargas internas de equipamentos para os
ambientes da sala e da cozinha do modelo 4 são apresentados na
Tabela 13.
Tabela 13 Cargas internas de equipamentos do modelo 4.
Zona Período Potência (Watts)
Cozinha 24h 70,0
Salas 24h 50,0
3.1.5 Propriedades térmicas da envoltória do caso base
As propriedades térmicas dos componentes da envoltória foram
baseadas nas diretrizes construtivas da NBR-15220-3 (ABNT, 2005) para
a zona bioclimática 3, na qual encontra-se a cidade de Florianópolis.
Para a definição do caso base adotaram-se construções típicas de
edificações residenciais no Brasil.
A cobertura do caso base é composta por telha cerâmica, com
espessura de 1cm e laje armada em blocos cerâmicos, com espessura
total de 12cm. A transmitância da cobertura é de U=1,92 [W/(m²K)], a
capacidade térmica é de 113,0 [kJ/m²K] e a absortância é de 0,40. A
Figura 41 apresenta o croqui da cobertura do caso base.
94
Figura 41 Cobertura do caso base; U=1,92 W/m².K.
As paredes do caso base são compostas por tijolos cerâmicos de
oito furos redondos (10cmx20cmx20cm), assentados na menor
dimensão, com espessura total de 15cm, sendo 10cm do tijolo, 2,5cm
de reboco interno, 2,5cm de reboco externo e argamassa de
assentamento de 1,0cm de espessura.
A transmitância da parede é de U=2,24 [W/(m²K)], a capacidade
térmica é de 167,0 [kJ/m²K] e a absortância é de 0,40.
A Figura 42
mostra a parede do caso base.
Figura 42 Parede do caso base; U=2,24 W/m².K.
95
A Tabela 14 apresenta a descrição dos dados de entrada dos
parâmetros do caso base.
Tabela 14 Dados de entrada e seus respectivos valores adotados para o caso base.
Parâmetros Valores adotados
1 - Clima Florianópolis
2 - Percentual de área de ventilação em relação
ao piso (%)
15
3 - Absortância das paredes à radiação solar 0,40
4 - Transmitância térmica das paredes (W/m²K) 2,24
5 - Absortância da cobertura à radiação solar 0,40
6 - Transmitância térmica da cobertura (W/m²K) 1,92
7 - Fator solar do vidro 0,87
8 - Sombreamento nas janelas Com veneziana
3.1.6 Sombreamento das aberturas
O modelo de ventilação natural do programa EnergyPlus assume
que a passagem de ar através da janela não é afetada pela presença de
um dispositivo de sombreamento, tal como, uma persiana ou
veneziana. O programa considera que a área envidraçada é constante e
que a janela é mantida sempre fechada para o cálculo da transferência
de calor por condução e ganho solar.
O sombreamento das aberturas foi modelado através de uma
schedule que controla o período de sombreamento de 21 de setembro
a 20 de março (no horário das 8h as 18h), compreendendo a primavera
e o verão. O dispositivo de sombreamento adotado foi Exterior Blind
(veneziana horizontal) de madeira, na cor média, com refletância de
0,5, condutividade de 0,23 (W/m.K) e espessura de 5mm.
3.1.7 Padrão de ventilação dos modelos
A estratégia de ventilação para os modelos foi adotada através
do padrão de ventilação seletiva, que permite abrir as janelas conforme
os critérios de temperatura descritos abaixo.
Uma Schedule de temperatura controla a abertura das janelas, a
qual habilita a abertura quando a temperatura do ar do ambiente é
igual ou superior à temperatura de setpoint (T
int
≥ T
setpoint
), também
96
quando a temperatura do ar interno é superior à externa (T
int
≥ T
ext
).
Após estudos realizados com diferentes temperaturas de controle, que
proporcionassem o melhor desempenho térmico e aproveitamento da
ventilação natural, optou-se por adotar duas temperaturas de
setpoints; uma para o período de inverno (21/03 a 20/09) e outra para
o verão (21/09 a 20/03). Para o inverno, a temperatura de setpoint foi
de 22°C e para o verão foi de 20°C. Nesse padrão de ventilação todas
as portas internas permanecem abertas durante as 24 horas do dia, as
portas externas ficam fechadas por todo período.
As janelas são modeladas com dois fatores de abertura: 100%
fechada e 100% aberta. Para as portas, também são definidos dois
fatores de abertura: aberta ou fechada.
3.1.8 Temperatura do solo dos modelos
Nas simulações de edificações térreas a temperatura do solo é
um parâmetro importante, pois as trocas de calor entre o piso e o solo
são determinantes no resultado final das trocas de calor do ambiente.
Para calcular a temperatura do solo utilizou-se o programa Slab, que
está vinculado ao EnergyPlus. O programa calcula a temperatura média
do solo para cada mês do ano, com base nos valores médios de
temperaturas internas e externas da edificação, para o clima escolhido.
As temperaturas do solo foram calculadas na geometria do
modelo 2, com as propriedades térmicas das paredes e cobertura do
caso base
3
. As temperaturas do solo utilizadas na primeira simulação
são apresentadas na Tabela 15, os valores das temperaturas do solo
são do arquivo climático (TRY) de Florianópolis.
Tabela 15 Temperaturas do solo da primeira simulação.
Média Jan Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul Ago
Set Out
Nov
Dez
Temperatura
do solo
22,7
23,9
24,2
23,9
22,2
20,4
18,7
17,5
17,2
17,8
19,2
21,0
Após a primeira simulação calculou-se a média mensal da
temperatura interna, estes valores foram inseridos no programa Slab
para calcular a temperatura do solo. Com os resultados do Slab
3
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
97
trocaram-se os valores da temperatura do solo do caso base,
repetindo-se o procedimento por três vezes. Após este processo
adotou-se a temperatura do solo calculada para todos os modelos
deste trabalho. As temperaturas do solo calculadas através do Slab são
apresentadas na Tabela 16.
Tabela 16 Temperaturas do solo calculadas através do Slab.
Média Jan Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul Ago
Set Out
Nov
Dez
Temperatura
do solo
23,8
23,9
23,8
22,5
21,0
19,4
18,1
19,0
20,0
19,9
21,0
22,0
3.2 Análise da influência dos parâmetros da ventilação
A análise da influência dos parâmetros da ventilação natural
entre coeficientes de pressão (C
P
), coeficiente de descarga (C
D
),
coeficiente de fluxo de ar pelas frestas (C
Q
) e rugosidade do entorno (α)
foi realizada através de simulações paramétricas, ou seja, em cada
novo caso simulado ocorre a alteração de um parâmetro. O padrão de
ventilação para análise da influência dos parâmetros da ventilação
natural está descrito no item 3.1.7 - Padrão de ventilação dos modelos.
O caso base do estudo de análise de sensibilidade dos
parâmetros da ventilação natural adota os padrões estabelecidos pelo
programa EnergyPlus para coeficientes de pressão (C
P
), coeficiente de
descarga (C
D
), coeficiente de fluxo de massa de ar por frestas (C
Q
) e a
rugosidade do entorno (α). Tais parâmetros são apresentados na
Tabela 17.
Tabela 17 Valores dos parâmetros da ventilação do caso base.
Parâmetros
Valores padrão adotados pelo
EnergyPlus
1 - Coeficientes de pressão (C
P
)
C
P
através equação de Swami e Chandra
(1988)
2 - Coeficientes de descarga (C
D
) 1,0
3 - Coeficientes de frestas (C
Q
) 0,001 e n=0,65
4 - Rugosidades do entorno (α) 0,22
98
A Tabela 18 apresenta a descrição dos dados de entrada -
parâmetros utilizados para as simulações de análise de sensibilidade da
ventilação natural. A análise paramétrica resultou na simulação de 144
casos. Para tais simulações, adotou-se a tipologia do modelo 1,
conforme as características mencionadas no item anterior. As fontes
de coeficientes de pressão (C
P
) estabelecem algumas limitações. Assim,
foi necessário realizar a alteração da altura do pé direito do modelo.
Tabela 18 Dados de entrada e seus respectivos valores adotados para as
simulações.
Parâmetros Valores adotados
1 – Coeficientes de pressão (C
P
)
CPCALC; CPCALC
+
4
; EnergyPlus; TNO;
TNO
+
; Wind
2 – Coeficientes de descarga (C
D
) 0,40; 0,60; 0,78; 1,0
3 – Coeficientes de frestas (C
Q
) 0,001 e n=0,65; 0,00028 e n=0,50
4 – Rugosidades do entorno (α) 0,14; 0,22; 0,33
O CPCALC estima valores de C
P
para qualquer coordenada da
fachada de edificações em formato retangular. As condições utilizadas
para o cálculo dos C
P
através do CPCALC, foram a rugosidade do
terreno de 0,22, a densidade do entorno de 0% e 28% e a altura das
edificações vizinhas, de 3m. O CPCALC estabelece que a relação entre o
comprimento e a altura da fachada deve estar entre 0,5 e 2,0 para ficar
dentro da faixa do intervalo de confiança. Desta forma, a altura do pé
direito do modelo 1 foi alterada, de 2,8m para 3,0m, para atender a
faixa do intervalo de confiança.
O EnergyPlus calcula os C
P
através da equação de Swami e
Chandra (1988), que estima o C
P
médio da superfície para edificações
baixas com formato retangular. Para o cálculo foram definido o tipo de
edificação LowRise e relacionada a abertura ao nó externo da
orientação.
O TNO C
P
Generator é um aplicativo on line que estima os
valores de C
P
para qualquer coordenada da fachada de edificações
retangulares sem limitações no tamanho da edificação, o qual
considera obstruções locais e imediatas para diversos padrões de
4
CPCALC
+
e TNO
+
são C
P
s estimados com densidade do entorno de 28%.
99
rugosidade (KNOLL et al., 1996). As condições utilizadas para o cálculo
dos C
P
, através do TNO, foram as mesmas adotadas para o CPCALC.
A base de dados de Tokyo Polytechnic University apresenta
resultados de testes em túnel de vento, para as edificações altas e
baixas. Para esta pesquisa foram utilizados os dados de edificações
baixas, isoladas. Os valores de C
P
foram obtidos do modelo que tem
proporções entre largura, comprimento e altura de 160x160x80 e
ângulo de inclinação da cobertura de 27˚. Foram adotados os valores
de C
P
médio de cada ponto próximo ao centro da abertura. Esse
modelo, selecionado para a pesquisa não considera a densidade do
entorno.
As predições dos C
P
foram feitas em intervalos de 15˚ para todas
as fontes. No Apêndice A são apresentado os valores de C
P
s.
Através da revisão da literatura, foram identificadas as principais
fontes de coeficiente de descarga para os diferentes tipos de aberturas
selecionadas, para o desenvolvimento desta pesquisa. O coeficiente de
descarga C
D
=1,0 é o valor adotado como padrão pelo programa
EnergyPlus. Todavia, Allard e Alvarez (1998) recomendam como valor
médio o C
D
=0,78, enquanto que, Aynsley (1999) define o valor médio
do C
D
= 0,60 e Clezar (1999) apresenta o C
D
=0,40 para aberturas com
venezianas.
Para o coeficiente de fluxo de massa de ar por frestas (C
Q
) e para
o expoente de fluxo de ar (n), o EnergyPlus não adota um valor padrão.
Portando, para este trabalho assumiu-se o valor do C
Q
=0.001 e n=0,65
como valores de referência do programa. Esse valor do coeficiente e
expoente é utilizado nos modelos de exemplos do programa. Já,
Liddament (1979) apresenta diversos valores de coeficientes de fluxo
de massa de ar por frestas (C
Q
) e distintos valores do expoente “n” para
diferentes tipos de frestas e aberturas. Porém, para esta pesquisa
escolheu-se o C
Q
=0,00028 e n=0,50, que correspondem a uma janela de
metal com duas folhas deslizantes na horizontal, sem vedação.
O programa EnergyPlus realiza, através de equações, a correção
da velocidade do vento em relação à diferença de rugosidade do
entorno da edificação. Nesta pesquisa foram utilizados os coeficientes
de rugosidade (α) 0,14, 0,22 e 0,33. A rugosidade 0,14 corresponde a
uma configuração do entorno da edificação com poucas obstruções,
geralmente menores do que 10m de altura; a rugosidade 0,22 é
equivalente ao entorno de um subúrbio (áreas com árvores e áreas
100
com espaçamento entre obstruções); a rugosidade 0,33 é semelhante
ao entorno de um grande centro urbano, no qual 50% das edificações
são maiores do que 21m de altura.
Para as simulações de análise de sensibilidade da ventilação
natural utilizou-se o arquivo climático da cidade de Florianópolis do
tipo TRY (Test Reference Year), de 1963. O arquivo inclui dados da
região adotada e representa um ano climático médio, dentro de uma
série de 10 anos (GOULART, 1993).
3.2.1 Análise dos resultados de sensibilidade dos parâmetros da
ventilação natural
Como resultados, análises comparativas das diversas simulações
realizadas ao longo de todo o ano serão apresentadas, demonstrando
em forma de gráficos a média anual de renovações de ar, a quantidade
de graus horas de resfriamento e aquecimento dos ambientes, os
fluxos de ar nas aberturas, a temperatura do ar e a correlação entre o
número de renovações de ar com os graus-hora de resfriamento e
aquecimento.
A média anual das renovações de ar foi calculada através da
infiltração total do modelo, dividido pelo volume do mesmo e pelas
8.760 horas da simulação.
Analisaram-se todos os dados de saída que interferem na
ventilação natural e no desempenho térmico do modelo, sendo estes
analisados em conjunto, para se compreender melhor a performance
da ventilação natural e a influência no desempenho térmico das
edificações. Em razão da grande quantidade de casos simulados, serão
somente apresentados os casos que mais influenciaram na
performance da ventilação natural e no desempenho térmico do
modelo. Em relação à análise do desempenho térmico, foi selecionado
um ambiente representativo dos resultados obtidos para apresentar as
diferenças encontradas nas simulações. O ambiente selecionado para
as análises foi a sala, os resultados referentes aos dormitórios são
apresentados nos apêndices.
Através da avaliação dos resultados das simulações de análise de
influência da ventilação natural definiram-se as fontes de coeficiente
de pressão (C
P
), coeficiente de descarga (C
D
), coeficiente de fluxo de ar
através das frestas (C
Q
) e o coeficiente de rugosidade (α), que foram
101
adotados nas simulações de análise da influência da área de superfície
exposta ao exterior e do tamanho do ambiente no desempenho
térmico de edificações residenciais.
3.3 A influência da área de superfície exposta ao exterior e do
tamanho dos ambientes no desempenho térmico
Para analisar a influência da área de superfície exposta ao
exterior e do tamanho dos ambientes em relação ao desempenho
térmico das edificações residenciais unifamiliares ventiladas
naturalmente foram realizadas simulações paramétricas das
propriedades térmicas da envoltória, ou seja, em cada novo caso
simulado ocorre a alteração de um parâmetro. Os parâmetros
utilizados foram transmitância e absortância da parede e da cobertura.
3.3.1 Variações das propriedades térmicas da envoltória
A definição das variações das propriedades térmicas da
envoltória foram baseadas nas diretrizes da NBR-15220-3 (ABNT,
2005), para a zona bioclimática 3, na qual se enquadra a cidade de
Florianópolis. Porém, as alternativas das propriedades térmicas fora
dos limites estabelecidos pela norma foram consideradas, a fim de se
obter resultados mais abrangentes.
De acordo com a norma, a vedação externa de parede deve ser
leve e refletora, com transmitância térmica (U) menor ou igual a 3,60
W/m².K, atraso térmico (φ) de até 4,3 horas e fator solar menor ou
igual a 4,0. A cobertura deve ser leve e isolada. Para isso deve ter
transmitância (U) menor ou igual a 2,0 W/m².K, atraso térmico de até
3,3 horas e fator solar menor ou igual a 6,5.
Foram modelados três tipos de paredes, três tipos de
coberturas e adotaram-se três absortâncias para as paredes e as
coberturas. Foi definido que as paredes internas dos modelos são
iguais para todos os casos. Optou-se pelas propriedades térmicas da
parede do caso base para as paredes internas. As propriedades
térmicas das paredes e das coberturas e suas considerações com
relação aos materiais utilizados (espessura, condutividade térmica [λ],
densidade [ρ], calor específico [c] e resistência térmica [R]) possuem
os mesmos valores adotados pela NBR 15220 (ABNT, 2005), conforme
102
apresentados na Tabela 19. As características utilizadas para as paredes
de tijolos cerâmicos e laje mista foram adotadas de Ordenes et al.
(2003), que calculou componentes equivalentes atendendo aos
critérios de cálculo da norma NBR-15220.
Tabela 19 Propriedades térmicas dos materiais utilizados na simulação.
Material
Espessura
equivalente
λ
λλ
λ
[W/m.K]
ρ
ρρ
ρ
[kg/m3]
c
[J/kg.K]
R
[m
2
.K/W]
Argamassa de emboço 2,5 (cm) 1,15 2000 1,00 0,022
Tijolo cerâmico 8 Furos (10cm) 3,3 (cm) 0,90 1103 0,92 0,037
Tijolo cerâmico 8 Furos (19cm) 8,2 (cm) 0,90 868 0,92 0,091
Tijolo cerâmico 8 Furos (20cm) 29,1 (cm) 0,90 500 0,92 0,323
Telha cerâmica 1,0 (cm) 1,05 2000 0,92 0,010
Laje mista (12 cm) 9,5 (cm) 1,05 1087 0,92 0,090
Lã de vidro 5,0 (cm) 0,05 50 0,70 1,111
Lâmina de alumínio (ε<0,2)
0,01 (cm) 230,0 2700 0,88 0,000
Câmara de ar com alta ε (>5cm)
- - - - 0,21
Câmara de ar com baixa ε (≤5cm)
- - - - 0,43
Câmara de ar com baixa ε (>5cm)
- - - - 0,61
3.3.1.1 Tipos de cobertura
Foram modeladas três diferentes composições de cobertura:
a) Cobertura de telha de barro com isolante de lã de vidro
sobre o forro de laje armada em blocos cerâmicos;
b) Cobertura de telha de barro com lâmina de alumínio
polido e forro de laje armada em blocos cerâmicos;
c) Cobertura de telha de barro e forro de laje armada em
blocos cerâmicos.
A cobertura composta por telha de barro, isolante de lã de vidro
e forro de laje armada em blocos cerâmicos, apresentada na Figura 43,
possui atraso térmico superior ao recomendado pela norma NBR-
15220. O atraso térmico dessa composição é de 8,8 horas, enquanto
que a norma recomenda o valor máximo de 3,3h.
103
A transmitância total é de 0,62 W/m².K e a capacidade térmica é
de 138 kJ/m².K. Foi considerada a espessura da telha de 1,0cm, a lã de
vidro com 5,0cm e o forro de laje mista tem 12,0cm de espessura.
Figura 43 Cobertura com isolante; U=0,62 W/m².K.
A Figura 44 apresenta o croqui da composição da cobertura
composta de telha de barro com 1,0cm de espessura, lâmina de
alumínio polido com 0,01 cm de espessura e o forro de laje armada
em blocos cerâmicos com 12,0cm de espessura.
O atraso térmico dessa composição é de 5,4 horas. O valor está
acima do recomendado pela norma. A transmitância total é de 1,09
W/m².K e a capacidade térmica é de 113 kJ/m².
Figura 44 Cobertura com lamina alumínio; U=1,09 W/m².K.
104
A cobertura composta de telha de barro e forro de laje armada
em blocos cerâmicos é a cobertura do caso base, a qual foi apresentada
no item 3.2.3 - Propriedades térmicas da envoltória do caso base.
Para as absortâncias da cobertura (α
COB
) foram definidos três
valores, que são: 0,20, 0,40 e 0,80, sendo que a absortância 0,40 é o
valor de referência do caso base.
3.3.1.2 Tipos de parede
Foram modelados três tipos de paredes:
a) Parede dupla de tijolos cerâmicos de oito furos circulares,
assentados na maior dimensão;
b) Parede de tijolos cerâmicos de oito furos quadrados,
assentados na maior dimensão;
c) Parede de tijolos cerâmicos de oito furos circulares,
assentados na menor dimensão.
A parede dupla de tijolos de oito furos circulares, assentados na
maior dimensão é apresentada na Figura 45. A parede dupla possui
transmitância de 1,0 W/m².K, a capacidade térmica é de 368 kJ/m².K e
o atraso térmico desta parede é de 10,8 horas, valor superior ao limite
da norma, que é de 4,3 horas. A parede é composta por tijolos
cerâmicos com as dimensões de 10x20x20cm e a espessura de
argamassa de assentamento é de 1,0cm, enquanto que a espessura de
emboço é de 2,5cm em ambas as faces. Portanto, a espessura total da
parede é de 46,0cm.
105
Figura 45 Parede tijolo cerâmico duplo com U=1,00 W/m².K.
Na Figura 46 é apresentado o croqui da parede de tijolos de oito
furos quadrados, assentados na maior dimensão. A parede possui
espessura total de 24,0cm, sendo 19,0cm do tijolo (9x19x19cm) e
emboço de 2,5cm de espessura em ambas as faces. A espessura da
argamassa de assentamento é de 1,0 cm. A transmitância total do
elemento construtivo é de 1,80W/m².K, a capacidade térmica é de
231 kJ/m².K e o atraso térmico de 5,8 horas, valor superior ao
estabelecido pela norma.
Figura 46 Parede de tijolo cerâmico com U=1,80 W/m².K.
106
A parede composta por tijolos cerâmicos de oito furos circulares
assentados na menor dimensão é a parede do caso base que foi
apresentada no item 3.2.3 - Propriedades térmicas da envoltória do
caso base.
Para as absortâncias da parede (α
PAR
) foram definidos três
valores, que são: 0,20, 0,40 e 0,80, sendo que a absortância 0,40 é o
valor de referência do caso base.
3.3.2 Área de janela e ventilação
Conforme a norma NBR-15220-3 (ABNT, 2005), para promover
ventilação adequada para o clima da cidade de Florianópolis, as
aberturas de ventilação devem ser de tamanho médio, com áreas de
abertura entre 15% e 25% da área do piso do ambiente.
Para os quatro fatores de forma foram simulados apenas uma
área de janela, que se entende por uma determinada área que
proporcione iluminação natural e ventilação do ambiente. Para os
ambientes de permanência prolongada, o percentual de área de janela
foi de 15% da área do piso do ambiente. Já para os ambientes de curta
permanência o percentual da área de janela foi de 10%. A área
destinada à ventilação é igual à área destinada à iluminação, para todos
os ambientes dos modelos, exceto para os banheiros em que a área de
ventilação é de 50% da área da janela. Conforme a pesquisa de Matos
(2007), que analisou a influência de diferentes áreas de abertura, a
área de ventilação mais adequada é de 15% da área do piso do
ambiente.
3.3.3 Parâmetros da ventilação natural
Baseado nos resultados das simulações de análise de
sensibilidade dos parâmetros da ventilação natural, os valores a serem
adotados foram escolhidos para as simulações de análise da influência
do fator de forma da envoltória, no desempenho térmico das
edificações residenciais unifamiliares ventiladas naturalmente.
A Tabela 20 apresenta a descrição dos dados de entrada dos
parâmetros da ventilação natural para a análise da influência do fator
de forma da envoltória. No Apêndice B são apresentados os valores de
C
P
de cada modelo.
107
Tabela 20 Descrição dos dados de entrada dos parâmetros da ventilação natural.
Parâmetros Valores adotados
1 - Coeficiente de pressão TNO
2 - Coeficiente de descarga 0,60
3 - Coeficiente de frestas quando a janela está
fechada
0,001; n=0,65
4 - Rugosidade do entorno 0,33
3.3.4 Análise paramétrica
A análise paramétrica entre os parâmetros utilizados resultou na
simulação de 81 casos para cada modelo. Foram simulados quatro
modelos, resultando em 324 casos simulados. Todos os modelos foram
simulados com os ambientes de permanência prolongada para a
mesma orientação. As simulações da análise paramétrica foi utilizado o
arquivo climático TRY (Test Reference Year) de 1963 da cidade de
Florianópolis.
A Tabela 21 apresenta o resumo dos parâmetros utilizados para
as simulações de análise paramétrica.
Tabela 21 Resumo dos parâmetros da análise paramétrica.
Parâmetros Valores adotados
1 - Modelos 1; 2; 3; 4
2 - Clima Florianópolis
3 - Percentual de área de janela em relação à
área de piso (%)
15
4 - Absortância das paredes à radiação solar 0,20; 0,40; 0,80
5 - Transmitância térmica das paredes (W/m²K) 1,00; 1,80; 2,24
6 – Absortância da cobertura à radiação solar 0,20; 0,40; 0,80
5 - Transmitância térmica da cobertura
(W/m²K)
0,62; 1,09; 1,93
6 – Fator solar do vidro 0,87
7 – Sombreamento das janelas Com veneziana
8 – Coeficiente de pressão TNO
9 – Coeficiente de descarga 0,60
10 – Coeficiente de frestas das aberturas 0,001 e n=0,65
11 – Rugosidade do entorno 0,33
108
3.3.5 Análise dos resultados
A influência da área de superfície exposta ao exterior e do
tamanho do ambiente no desempenho térmico das edificações
residenciais unifamiliares, ventiladas naturalmente, foram analisados
através de dois métodos: o método dos graus-hora, para verificar o
desempenho térmico dos modelos, e o método do balanço térmico,
para analisar a influência dos componentes da envoltória no
desempenho térmico.
3.3.5.1 Análise através dos graus-hora
O parâmetro “graus-hora” é determinado como a somatória da
diferença da temperatura horária, quando esta se encontra superior a
temperatura de base, no caso de resfriamento; ou inferior a
temperatura de base, para graus-hora de aquecimento. Uma
demonstração desse parâmetro é apresentada na Figura 47, onde a
área pintada em verde acima da linha de temperatura de 26ºC,
representa a quantidade de graus-hora de resfriamento e a área
pintada em vermelho, abaixo da linha de temperatura de 18ºC,
representa a quantidade de graus-hora de aquecimento.
Figura 47 Representação de graus-hora de resfriamento e aquecimento.
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
07/01 01h
07/01 06h
07/01 11h
07/01 16h
07/01 21h
08/01 02h
08/01 07h
08/01 12h
08/01 17h
08/01 22h
09/01 03h
09/01 08h
09/01 13h
09/01 18h
09/01 23h
Temperaturas °C
Temp. operativa do ambiente Temp. base dos Gr°H Resfr.
Temp. base dos Gr°H Aquec.
109
Os graus-hora geralmente são calculados para as temperaturas
do ar. Porém, a quantidade de graus-hora, neste trabalho, será
calculada para as temperaturas operativas. A temperatura operativa é
representada pela Equação 17 (ENERGYPLUS, 2009).
ܶ
ை
=
ܣ
∙
ܶ
+
ሺ
1
−
ܣ
ሻ
∙
ܶܽ
Eq. 17
onde:
T
OP
é a temperatura operativa, (°C);
A é a fração radiante;
T
a
é a temperatura do ar, (°C);
T
r
é a temperatura radiante média (°C);
sendo:
A=0,5 para V
ar
< 0,2m/s;
A=0,6 para 0,2 ≤ V
ar
< 0,6m/s;
A=0,7 para 0,6 ≤ V
ar
< 1,0m/s;
V
ar
= Velocidade do ar no ambiente (m/s);
A temperatura operativa foi calculada como sendo o valor médio
entre a temperatura do ar e a temperatura radiante média. O
coeficiente da velocidade do ar utilizado para o cálculo foi de A=0,5, na
equação acima.
Os limites de conforto para a temperatura operativa foram
obtidos a partir dos critérios da ISO 7730/2005 para atividades leves
(70W/m²). Para as condições de inverno, período de aquecimento,
considerou-se o isolamento térmico das roupas de 1,2 clo e a
temperatura operativa entre 18ºC e 22ºC. Para as condições do verão,
período de resfriamento, considerou-se o isolamento térmico das
roupas de 0,5 clo e a temperatura operativa entre 23ºC e 26ºC. Dessa
forma, a temperatura base para o cálculo de graus-hora de
resfriamento foi de 26ºC e a temperatura base para o cálculo de graus-
hora de aquecimento foi de 18°C. As Equações 18 e 19 foram utilizadas
para calcular a quantidade de graus-hora para a temperatura
operativa.
°
ܥ
ℎ
ோ௦
.
=
ሺ
ܶ
−
26
℃
ሻ
ୀ
ଵ
Eq. 18
110
°
ܥ
ℎ
௨
.
=
ሺ
18
℃
−
ܶ
ሻ
ୀ
ଵ
Eq. 19
Onde:
°Ch
Resf.
é graus hora de resfriamento;
°Ch
Aquec.
é graus hora de aquecimento;
T
h
é a temperatura horária (°C).
Os valores de graus-hora de resfriamento e aquecimento são
integrados ao longo do ano para os ambientes representativos dos
modelos. Também foi realizado o somatório dos graus-hora de
aquecimento e os graus-hora de resfriamento para análise do
desempenho térmico dos modelos.
Foram realizadas análises de correlação dos graus-hora de
resfriamento e aquecimento com os valores de Fator Solar das paredes
e coberturas (FS
O
). Escolheram-se dois ambientes: os dormitórios dos
modelos que possuem paredes orientadas para leste e norte e as salas
com paredes orientadas para leste e sul.
Para reduzir o número de propriedades térmicas calculou-se o
fator solar das coberturas e paredes, através da Equação 20 da NBR-
15220-3 (ABNT, 2005).
ܨܵ
ை
=
4
∙
ߙ
∙
ܷ
Eq. 20
Onde:
FS
O
é fator solar do componente opaco, [-];
α
é Absortância à radiação solar do componente [-];
U é a transmitância térmica do componente, [W/(m².K].
Na Tabela 22, pode-se observar a combinação das
transmitâncias e absortâncias e o valor do fator solar das coberturas.
Tabela 22 Fator solar das coberturas
U
COB
[W/(m².K)]
α
COB
[ - ]
FS
oCOB
[ - ]
U
COB
[W/(m².K)]
α
COB
[ - ]
FS
oCOB
[ - ]
U
COB
[W/(m².K)]
α
COB
[ - ]
FS
oCOB
[ - ]
0,62
0,2
0,5
1,09
0,2
0,9
1,92
0,2
1,5
0,62
0,4
1,0
1,09
0,4
1,8
1,92
0,4
3,1
0,62
0,8
2,0
1,09
0,8
3,5
1,92
0,8
6,2
111
Na Tabela 23 são apresentadas as combinações das
transmitâncias e absortâncias, com o valor resultante do fator solar das
paredes.
Tabela 23 Fator solar das paredes.
U
PAR
[W/(m².K)]
α
PAR
[ - ]
FS
oPAR
[ - ]
U
PAR
[W/(m².K)]
α
PAR
[ - ]
FS
oPAR
[ - ]
U
PAR
[W/(m².K)]
α
PAR
[ - ]
FS
oPAR
[ - ]
1,00 0,2 0,8 1,80 0,2 1,4 2,24 0,2 1,8
1,00 0,4 1,6 1,80 0,4 2,9 2,24 0,4 3,0
1,00 0,8 3,2 1,80 0,8 5,8 2,24 0,8 7,2
3.3.5.2 Análise através de balanço térmico
O método do balanço térmico permite analisar os ganhos e as
perdas de calor através dos componentes da envoltória. O balanço para
cada componente envolve os processos de condução, convecção e de
radiação, os quais ocorrem nas superfícies internas e externas da
edificação. Os ganhos de calor internos com sistema de iluminação,
equipamentos, infiltração de ar e ocupação são importantes para o
cálculo do balanço térmico da edificação. Através do processo de
convecção, as superfícies dos componentes internos da envoltória e as
cargas internas interagem com o ar da zona. O balanço térmico no ar
envolve o processo de convecção com as superfícies, as cargas
internas, a infiltração e o sistema de ventilação presentes na zona.
Os ganhos e perdas de calor de cada superfície da zona foram
analisados através do cálculo do fluxo de calor por convecção entre as
temperaturas internas da superfície com a temperatura da zona. O
programa EnergyPlus fornece, hora a hora, os ganhos e perdas de calor
para cada superfície da edificação, como também ganhos do sistema
de iluminação, equipamentos e ocupação para cada zona.
Como resultados, foram analisados, hora a hora, os ganhos
internos do sistema de iluminação, equipamentos, ocupação,
infiltração, ventilação e o fluxo de calor por convecção entre as
superfícies internas e o ar. Em razão da grande quantidade de dados
que cada simulação gerou, foram apresentados somente os casos mais
representativos da análise de desempenho térmico.
Em relação à análise do balanço térmico, foram selecionados os
ambientes da sala e do dormitório dos modelos, para verificar a
influência dos componentes da envoltória no desempenho térmico. As
112
análises do balanço térmico foram divididas em quatro partes, uma
para cada estação do ano: verão, outono, inverno e primavera.
Os valores de trocas térmicas dos modelos foram comparados
para identificar a influência do fator de forma nos principais meios de
ganho e de perda de calor das edificações residenciais ventiladas
naturalmente.
As análises do balanço térmico foram realizadas para dois
ambientes dos modelos: os dormitórios que possuem paredes
orientadas para leste e norte e as salas com paredes orientadas para
leste e sul.
113
4.
RESULTADOS
Neste capítulo, primeiramente são apresentados os resultados
das simulações paramétricas da análise da influência dos parâmetros
da ventilação natural, que foram realizadas no modelo 1. Os
parâmetros analisados foram: coeficiente de pressão (C
P
), coeficiente
de descarga (C
D
), coeficiente de fluxo de massa de ar por frestas (C
Q
) e
os coeficientes de rugosidade (α). As influências dos parâmetros da
ventilação natural foram analisadas através de: número de renovações
de ar; quantidade de graus-hora de resfriamento e aquecimento do
ambiente mais representativo; relação entre número de renovações de
ar com os graus-hora de resfriamento e aquecimento; fluxos de ar nas
aberturas e da temperatura do ar dos ambientes.
Para a investigação da influência da área de superfície exposta
ao exterior e o tamanho do ambiente no desempenho térmico de
edificações residenciais unifamiliares, ventiladas naturalmente,
utilizou-se o somatório dos graus-hora e a análise de correlação dos
componentes da envoltória com os graus-hora de aquecimento e
resfriamento. Também foi realizada avaliação do desempenho térmico
de dois ambientes representativos (dormitório e sala), através do
somatório dos graus-hora de resfriamento e aquecimento e do balanço
térmico.
4.1 Caracterização do clima de Florianópolis
A cidade de Florianópolis localiza-se na latitude 27,7º S e
longitude 48,5º W, a uma altitude de referência de 7m. Seu clima é
classificado como mesotérmico úmido com as estações do ano bem
definidas: altas temperaturas no verão e baixas no inverno.
Conforme análise na carta bioclimática de Givoni, através dos
dados climáticos do arquivo TRY (Test Reference Year) elaborado por
Goulart et al. (1998) é possível visualizar a relação entre as horas de
conforto e desconforto. A cidade de Florianópolis apresenta 79,1% das
horas do ano de desconforto, sendo que 38,3% são relativas ao
desconforto por calor e 40,7% das horas relacionadas ao desconforto
por frio.
114
Em relação às horas de desconforto por calor, a ventilação é
indicada como uma estratégia bioclimática principal para 93% das
horas, entretanto as horas de desconforto por frio, a massa térmica e
aquecimento solar são indicados com as estratégias bioclimáticas para
87% das horas de desconforto. O clima da cidade exige do envelope da
edificação adequação para os períodos de inverno e verão, para
proporcionar o máximo de conforto para os usuários.
A ventilação natural indicada como principal estratégia
bioclimática, tem como vetor principal a disponibilidade de ventos, que
para a cidade de Florianópolis é predominante nos quadrantes norte e
nordeste.
A temperatura média das máximas anual é de 24,8ºC e a média
das mínimas é de 17,0ºC. O maior valor de temperatura média das
máximas ocorre no mês de fevereiro, 29,0ºC, e a menor média das
mínimas ocorre em julho, 13ºC. A Tabela 24 apresenta os valores de
temperaturas de bulbo seco média das máximas e das mínimas anuais
e mensais.
Tabela 24 Temperaturas Médias das máximas e das mínimas.
Média
Ano
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul Ago
Set Out
Nov
Dez
TBSmáx 24,8
28,8
29,0
28,0
25,7
23,8
21,7
21,1
21,5
22,0
23,8
25,6
27,3
TBSmin 17,0
20,8
21,1
20,2
17,8
14,9
13,5
13,0
13,9
15,1
16,7
18,2
19,6
Fonte: Goulart et al. (1998).
4.2 Análise da influência dos parâmetros da ventilação natural
4.2.1 Influência no número de renovações de ar
Os parâmetros da ventilação natural apresentaram grandes
influências no número de renovações de ar do modelo adotado. Pode-
se destacar o parâmetro da rugosidade do entorno como o mais
influente no número de renovações de ar, apresentando diferenças de
até 150%. O coeficiente de pressão apresentou diferenças de até 144%
e o coeficiente de descarga, diferenças de até 91% no número de
renovações de ar. O parâmetro que apresentou menor influência no
número de renovações de ar foi o coeficiente de fluxo de massa de ar
por frestas.
115
O número de renovações de ar foram influenciados pela
rugosidade do entorno, que apresenta diferentes faixas de variação
para cada C
D
. A faixa de variação no C
D
=1,0 é de 65% a 149%; já o
C
D
=0,78 é de 71% a 150%; para o C
D
=0,60 é de 76% a 148% e o C
D
=0,40
é de 74% a 144%, na média anual de renovações de ar, por hora, do
modelo. Essas diferenças são originadas pelos diferentes C
P
.
O caso base, para análise de sensibilidade dos parâmetros da
ventilação natural, possui os padrões adotados pelo programa
EnegyPlus como default. Os coeficientes de pressão são estimados
através da equação de Swami e Chandra (1998); o coeficiente de
descarga é de 1,0; o coeficiente de massa de ar por frestas é 0,001 e a
rugosidade do entorno é de 0,22. O caso está identificado na Figura 48,
com a barra na cor violeta.
São significativas as diferenças na média anual de renovações de
ar, por hora, quando se compara o caso base com o caso “CPCALC+”,
no mesmo coeficiente de descarga e coeficiente de rugosidade, em que
há uma redução na média anual de renovações de ar, por hora, de
50%, em relação ao caso base. Todavia, em relação ao caso Wind, há
um aumento de 6% nas renovações.
Analisando o caso base
5
, as maiores reduções na média anual de
renovações de ar, por hora, foram encontradas nos casos simulados
com rugosidade do entorno de α=0,33 e coeficiente de descarga de
C
D
=0,40, que apresentaram reduções na faixa de 66% a 79%. Para os
casos com C
D
=0,60, as reduções foram entre 54% e 72%. Já nos casos
com C
D
=0,78, as reduções foram de 45% a 66% e, para os casos
C
D
=1,00, as reduções foram de 36% a 60%, em relação à média anual
de renovações de ar, por hora.
Os casos que apresentaram maior aumento na média anual de
renovações de ar, por hora, em relação ao caso base, foram os casos
simulados com rugosidade do entorno de α=0,14, coeficiente de
descarga C
D
=1,00 e coeficientes de pressão calculados através do
Energy, CPCALC e Wind, que resultaram em aumentos entre 50% a
61%, nas renovações de ar.
5
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
116
Os coeficientes de fluxo de massa de ar por frestas C
Q
=0,00028 e
C
Q
=0,001 não apresentaram diferenças significativas na média anual de
renovações de ar, por hora. Os resultados das simulações não foram
influenciados pelas infiltrações de ar pelas frestas, no período em que
as janelas permaneceram fechadas.
A Figura 48 mostra o gráfico das influências dos parâmetros da
ventilação natural, na média anual de renovações de ar do modelo. O
eixo X inferior identifica a fonte do C
P
. O eixo X superior divide os
grupos de C
D
(0,40; 0,60; 0,78 e 1,00) e o eixo Y apresenta a média
anual de renovações de ar, por hora. A média anual foi calculada
através da infiltração total do modelo, dividido pelo volume do mesmo,
e pelas 8.760 horas da simulação.
Figura 48 Influências dos parâmetros do AirFlow Network nas renovações de ar do
modelo.
6
Observa-se na Figura 48 que a influência na média anual de
renovações de ar para um mesmo coeficiente de pressão é
diretamente proporcional ao aumento do coeficiente de descarga. Já a
redução da média anual de renovações de ar é inversamente
6
CPCALC+ e TNO+ são coeficientes de pressão estimados com densidade do entorno
de 28%.
0
5
10
15
20
25
30
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
Média anual de renovações de ar
Coeficiente de Pressão
ACH Total: Rug. 0,33 ACH Total: Rug. 0,22
ACH Total: Rug. 0,14 ACH Total: Rug. 0,14 CQ=0.00028
ACH Total: Rug. 0,22 CQ=0.00028 ACH Total: Rug. 0,33 CQ=0.00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=1,00
C
D
=0,78
117
proporcional ao aumento da rugosidade do entorno. O coeficiente de
pressão também apresenta uma tendência linear para os casos do
mesmo grupo de coeficiente de descarga, exceto os coeficientes de
pressão TNO e TNO+. O TNO+ possui densidade do entorno de 28% e o
TNO de 0%.
4.2.2 Influência no desconforto
Os resultados das simulações foram analisados através do
somatório de graus-hora anual. O parâmetro “graus-hora” é o
somatório da diferença de temperatura horária, quando esta se
encontra acima da temperatura base, para caso de resfriamento, ou
abaixo da temperatura base, para graus-hora de aquecimento. A
temperatura base para o cálculo de graus-hora de resfriamento foi de
26°C e a temperatura base para o cálculo de graus-hora de
aquecimento foi de 18°C. Os valores de graus-hora foram obtidos para
um ambiente representativo do modelo, ou seja, a sala. Os resultados
para os dois dormitórios são apresentados no Apêndice C.
A atuação do coeficiente de pressão no desempenho de graus-
hora de resfriamento apresentou faixas de variação diferentes, para
cada rugosidade do entorno. Para rugosidade α=0,33, a variação foi de
14,0% a 18,0%; na α=0,22, foi de 14% a 22%; na α=0,14, de 12% a 18%,
na quantidade de graus-hora de resfriamento. Esses intervalos de
variações são provenientes das diferentes fontes de C
P
e C
D
.
O caso base resultou em 948 graus-hora de resfriamento. Mas o
mesmo caso, somente alterando a rugosidade do entorno para 0,33,
teve um aumento de 13% e para rugosidade 0,14 reduziu-se em 7% o
número de graus-hora de resfriamento.
Comparando com o caso base, as maiores reduções no número
de graus-hora de resfriamento foram encontradas nos casos simulados
com rugosidade do entorno de α=0,14 e coeficiente de descarga
C
D
=1,00, que apresentaram reduções de 2% a 12%, a variação é devido
ao C
P
.
Os casos que apresentaram maior quantidade de graus-hora de
resfriamento, em relação ao caso base, foram os casos simulados com
coeficiente de rugosidade do entorno de α=0,33, coeficiente de
descarga C
D
=0,40, que resultou em aumento de 30% a 53% na
quantidade de graus-hora. Tal intervalo de variação é devido ao C
P
.
118
Os casos com coeficientes de pressão, estimados com densidade
do entorno de 28%, CPCALC+ e TNO+, apresentaram maior quantidade
de graus-hora de resfriamento para todos os coeficientes de descarga.
Os valores de graus-hora de resfriamento, dos casos com
coeficiente de fluxo massa de ar por frestas de C
Q
=0,00028, não
apresentaram diferenças significativas. A maior diferença encontrada
entre casos com CQ=0,001 e CQ=0,00028 - que possuíam os mesmos
coeficiente de pressão, coeficiente descarga e rugosidade do entorno -
foram de 2%, em relação aos graus-hora de resfriamento.
A Figura 49 mostra o gráfico das influências dos parâmetros da
ventilação natural, em relação ao número de graus-hora de
resfriamento da sala. O eixo X inferior identifica a fonte do C
P
, o eixo X
superior divide os grupos de C
D
e o eixo Y apresenta o número de
graus-hora, por ano, do caso.
Figura 49 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos °Ch de resfriamento
da Sala.
7
7
CPCALC+ e TNO+ são coeficientes de pressão estimados com densidade do entorno
de 28%.
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Resfriamemto
Coeficiente de Pressão
°Ch Resfr. Sala: Rug. 0,33 °Ch Resfr. Sala: Rug. 0,22
°Ch Resfr. Sala: Rug. 0,14 °Ch Resfr. Sala: Rug. 0,14 CQ=0,00028
°Ch Resfr. Sala: Rug. 0,22 CQ=0,00028 °Ch Resfr. Sala: Rug. 0,33 CQ=0,00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=0,78
C
D
=1,00
119
Os graus-hora de aquecimento mostraram uma pequena
sensibilidade às variações da média anual de renovações de ar por
hora. O ambiente selecionado para esta análise foi a sala, por
apresentar a maior quantidade de graus-hora de aquecimento entre os
ambientes do modelo. Os resultados dos graus-hora de aquecimento
dos dormitórios são apresentados no Apêndice D.
A rugosidade do entorno apresentou uma faixa de variação de
6% a 13% na quantidade de graus-hora de aquecimento. A faixa de
variação é proveniente dos diferentes C
P
e C
D
.
A influência do coeficiente de pressão no desempenho de graus-
hora de aquecimento apresentou diferentes variações para cada
rugosidade do entorno, para rugosidade α=0,33 foi de até 1,5%, já na
α=0,22 foi de até 4% e na rugosidade α=0,14 foi de até 8% na
quantidade de graus-hora de aquecimento.
A Figura 50 apresenta o gráfico das influências dos parâmetros
da ventilação natural em relação ao número de graus-hora de
aquecimento da sala. O caso base é identificado no gráfico com a barra
na cor violeta, que resultou em 696 graus-hora de aquecimento. A
maior redução da quantidade de graus-hora de aquecimento em
relação ao caso base foi na rugosidade do entorno de α=0,33,
coeficiente de descarga C
D
=0,40 e coeficiente de pressão estimado pelo
CPCALC+ com densidade do entorno de 28%, o qual apresentou
redução de 6,7%. Já o caso que apresentou maior aumento em relação
ao caso base foi o caso com rugosidade do entorno de α=0,14,
coeficiente de pressão estimados através da base Wind Pressure, o
aumento foi de 8,5% na quantidade de graus-hora de aquecimento.
Os valores de graus-hora de aquecimento dos casos com
coeficiente de fluxo massa de ar por frestas de C
Q
=0,00028
apresentaram diferenças de até 10% para rugosidade 0,14, de até 7%
na rugosidade 0,22 e de apenas 5% para rugosidade 0,33.
120
Figura 50 Influência dos parâmetros da ventilação nos °Ch
de aquecimento da
Sala.
8
A infiltração através das frestas não apresentou grandes
influências para o clima da cidade de Florianópolis, entretanto em
climas mais frios o C
Q
deve ser um parâmetro importante para ser
analisado.
O coeficiente de descarga não apresentou nenhuma influência
nos graus-hora de aquecimento, devido o desconforto por frio ocorrer
nos horários em que a temperatura interna estava inferior a
temperatura de setpoint, que habilitava a abertura da janela.
4.2.3 Relação graus-hora versus renovações de ar
Na Figura 51, pode-se observar que existe uma relação não
linear entre os graus-hora de resfriamento e a média anual de
renovação de ar. Nota-se que, à medida que a variável média anual de
renovações de ar cresce, os valores da variável graus-hora de
8
CPCALC+ e TNO+ são coeficientes de pressão estimados com densidade do entorno
de 28%.
400
500
600
700
800
900
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Aquecimento
Coeficiente de Pressão
°Ch Aquec. Sala: Rug. 0,33 °Ch Aquec. Sala: Rug. 0,22
°Ch Aquec. Sala: Rug. 0,14 °
Ch Aquec. Sala: Rug. 0,14 CQ=0.00028
°Ch Aquec. Sala: Rug. 0,22 CQ=0.00028 °
Ch Aquec. Sala: Rug. 0,33 CQ=0.00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=0,78
C
D
=1,00
resfriamento da sala decrescem.
O coeficiente de determinação da
função é de R²=0,90
. Os valores estimados através da equação se
ajustam satisfatoriamente aos resultados observados.
ambientes do modelo, como os dormitórios, apresentaram um
comportamento semelhante à sala,
em relação a graus
renovações de ar, os resultados são apresentados no
Apêndice E
Figura 51 Relação dos graus-hora de resfriamento da sala
versus
renovações de ar.
Nas horas mais quentes, a diferen
ça da temperatura interna e
externa (ΔT) pode tender a diminuir para as
menores diferenças de
temperaturas,
esta pode ser a provável causa da não linearidade, desta
forma
não adianta aumentar o número de renovações de
Lembrando-se que o aumento do núme
ro de renovações de ar pode
proporcionar conforto ao usuário através do efeito fisiológico, que não
foi avaliado com esse método.
Os graus-
hora de aquecimento da sala versus média de
renovações de ar não apresentam uma relação entre as variáveis, como
pode ser observado na Figura 52. A fraca
correlação entre as variáveis
explica que a
média anual de renovações de ar não é
variável responsável pela quantidade de graus-
hora de aquecimento da
sala. O coeficiente de determinação entre as variáveis
foi de R²=0,38.
500
650
800
950
1100
1250
1400
1550
1700
0 3 6 9 12 15 18 21
°Ch de Resfriamemto
Média anual de renovação de ar [ACH]
121
O coeficiente de determinação da
. Os valores estimados através da equação se
ajustam satisfatoriamente aos resultados observados.
Os outros
ambientes do modelo, como os dormitórios, apresentaram um
em relação a graus
-hora versus
Apêndice E
.
versus
média anual de
ça da temperatura interna e
menores diferenças de
esta pode ser a provável causa da não linearidade, desta
não adianta aumentar o número de renovações de
ar.
ro de renovações de ar pode
proporcionar conforto ao usuário através do efeito fisiológico, que não
hora de aquecimento da sala versus média de
renovações de ar não apresentam uma relação entre as variáveis, como
correlação entre as variáveis
média anual de renovações de ar não é
a principal
hora de aquecimento da
foi de R²=0,38.
y = 1571.6x
-0.265
R² = 0.90
24 27 30
Média anual de renovação de ar [ACH]
122
Figura 52 Relação dos graus-hora de aquecimento da sala versus média anual de
renovações de ar.
4.2.4 Análise das influências dos parâmetros da ventilação natural
nas temperaturas e renovações de ar
Para análise das influências dos parâmetros da ventilação
natural nas temperaturas e nas renovações de ar foram escolhidos os
casos mais representativos entre os simulados. Os mesmos são
apresentados na Tabela 25. Para esta investigação, selecionaram-se
quatro casos, além do caso base, em que os critérios de escolha foram:
a quantidade de graus-hora de resfriamento da sala e a infiltração
anual do modelo.
y = 5.2043x + 679.47
R² = 0.38
500
650
800
950
1100
1250
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
°Ch de aquecimento
Média anual de renovação de ar [ACH]
123
Tabela 25 Relação dos casos analisados, os fluxos e temperaturas do ar.
Caso C
P
C
D
C
Q
α
°Ch
Resfr.
Sala
°Ch
Aquec.
Sala
Infilt.
Dorm. 1
m³/ano
Infilt
.
Dorm. 2
m³/ano
Infilt.
BWC
m³/ano
Infilt.
Sala
m³/ano
Infilt.
Total
m³/ano
50 CPCALC+ 0,40
0,001
0,33
1451
651
8,4x10
5
9,4x10
5
1,9x10
4
1,5x10
6
3,3x10
6
32 TNO 0,60
0,001
0,33
1218
656
9,8x10
5
2,0x10
6
4,7x10
4
2,6x10
6
5,7x10
6
87 CPCALC 0,78
0,001
0,22
938
701
1,8x10
6
4,4x10
6
2,1x10
5
7,1x10
6
1,4x10
7
141 Energy 1,00
0,001
0,22
948
696
2,0x10
6
4,8x10
6
3,4x10
5
8,3x10
6
1,5x10
7
118 Wind 1,00
0,001
0,14
831
754
2,2x10
6
8,9x10
6
8,2x10
5
1,3x10
7
2,5x10
7
A Figura 53 apresenta os resultados das renovações de ar dos
diferentes casos simulados, conforme as características apresentadas
na Tabela 25. Os gráficos, em cada abertura, mostram a vazão do ar de
entrada e saída, em m³/ano. As barras internas representam a vazão de
entrada do ar externo, enquanto que as barras externas apresentam a
vazão de saída do ar interno, da zona. Nota-se que os resultados
apresentam uma grande diferença de vazão de ar, entre os casos
analisados.
Entre os cinco casos analisados, percebe-se que as maiores
infiltrações de ar ocorrem no dormitório 2 e na sala de estar, os quais
possuem aberturas orientadas para norte, no dormitório 2, e para sul e
leste, na sala de estar. A orientação das aberturas desses dois
ambientes coincide com as maiores freqüências de ocorrência de
vento, para cidade de Florianópolis, que são: norte, nordeste e
sudoeste.
Pode-se observar, na Figura 53, as diferenças entre variação de
coeficiente de pressão (ΔC
P
) das fontes analisadas. O caso simulado
com C
P
estimado através do programa EnergyPlus apresentou os
maiores fluxos de saída de ar do modelo, para as aberturas orientadas
para leste e sul. Contudo, o caso com C
P,
calculado pelo CPCALC sem
densidade, apresentou fluxos maiores de saída de ar para as aberturas
orientadas para leste. No caso CPCALC as maiores infiltrações
ocorreram nas aberturas orientadas para norte e sul. Já o caso Wind
apresentou maiores infiltrações e fluxos de saída em relação aos outros
casos para todas as orientações.
Os parâmetros da ventilação natural são relevantes nos
resultados de graus hora de resfriamento e nas infiltrações de ar.
124
Figura 53 Comparação dos fluxos de ar entre as simulações com diferentes
configurações de C
P
, C
D
e rugosidade
125
Foram selecionados três períodos para analisar o
comportamento das temperaturas internas e das renovações de ar nos
casos com diferentes C
P
, C
D
, C
Q
e rugosidade. Os períodos selecionados
foram: um período com menor temperatura externa, de 5 a 7 de
agosto; outro período com maior temperatura externa, de 7 a 9 de
janeiro; e o período com temperatura amena, de 1º a 3 de dezembro.
O dia mais frio do ano, de acordo com o arquivo climático da
cidade de Florianópolis, é o dia 6 de agosto, em que a temperatura
mínima registrada é de 3°C, às 8h. Na Figura 54, são apresentadas as
renovações de ar e temperaturas internas da sala, para o período de 5
a 7 de agosto. Nota-se que a variação da temperatura interna da sala é
pequena entre os casos analisados para este período. Durante todo o
período, a temperatura da sala variou de 13°C a 19°C. A temperatura
da sala permaneceu, na maioria das horas, abaixo dos 18°C,
temperatura de base utilizada para cálculo dos graus-hora de
aquecimento. Os casos apresentam pequenas diferenças nas
temperatura do ar da sala. A temperatura da sala mais alta foi no caso
CPCALC+ (50), que possui C
P
calculado através do CPCALC, com
densidade do entorno de 28%, C
D
=0,40 e rugosidade 0,33. Contudo, o
caso que apresentou menor temperatura da sala foi o caso Wind (118),
que possui C
P
estimado pelo Wind Pressure, com C
D
=1,0 e rugosidade
0,14. Entretanto, as renovações de ar apresentaram diferenças
significativas, sendo que o caso CPCALC+ (50) apresentou as menores
infiltrações de ar por hora. Porém, o caso Wind (118) resultou nas
maiores infiltrações, chegando em 1,8 trocas de ar por hora. A
ventilação natural não ocorre nesse período, porque a temperatura
externa estava inferior à temperatura de setpoint que habilita a
ventilação.
126
Figura 54 Temperatura e renovações de ar da sala do modelo 1
nos dias 05 a 07 de
agosto.
De acordo com o arquivo climático de Florianópolis, a
temperatura máxima externa anual é de 36°C, que ocorre no dia 8 de
janeiro, às 15h. A Figura 55 apresenta as renovações de ar e as
temperaturas da sala, para os dias 7 a 9 de janeiro. Observa-se que há
três períodos em que a temperatura externa é superior à temperatura
interna, sendo que nesses horários a ventilação não ocorre. Ocorre
somente infiltração de ar pelas frestas das aberturas. Nota-se que, no
período em que ocorre a ventilação, há uma variação maior de
temperatura em relação às renovações de ar. Os casos que possuem
maior infiltração de ar apresentam menores temperaturas internas. No
horário em que a temperatura externa atinge 36°C, a temperatura
interna da sala é de aproximadamente 30°C. O Caso Wind (118)
apresenta três picos de renovações de ar por hora, o maior com 238
renovações, que ocorre no dia 9, às 18h. Neste horário, a principal
abertura do ambiente encontra-se no barlavento, onde a velocidade
externa do vento é de 5,6m/s e a velocidade do ar na janela leste da
sala foi de 1,35m/s. As infiltrações de ar, no caso CPCALC+ (50),
0
1
2
3
4
5
6
0
4
8
12
16
20
24
05/08 01h
05/08 06h
05/08 11h
05/08 16h
05/08 21h
06/08 02h
06/08 07h
06/08 12h
06/08 17h
06/08 22h
07/08 03h
07/08 08h
07/08 13h
07/08 18h
07/08 23h
Renovações de ar [ACH]
Temperaturas do ar °C
Temp. Externa Temp. Ar: CPCALC+ (50)
Temp. Ar: TNO (32) Temp. Ar: CPCALC (87)
Temp. Ar: Energy (141) Temp. Ar: Wind (118)
ACH: TNO (32) ACH: CPCALC+ (50)
ACH: CPCALC (87) ACH: Energy (141)
ACH: Wind (118)
127
resultaram em baixas taxas de renovações do ar da sala, para este
período, quando a taxa máxima de renovação de ar foi de 9,90 trocas
de ar, por hora, para este caso.
Figura 55 Temperaturas e renovações de ar da sala do modelo 1 nos dias 07 a 09 de
janeiro.
Selecionou-se, também, por um período de temperatura amena,
para analisar o desempenho da ventilação natural, que foi de 1º a 3 de
dezembro. A Figura 56 apresenta as renovações de ar e temperatura
da sala para os dias 1º a 3 de dezembro. Verifica-se que nesse período
a temperatura máxima é de 30°C, no entanto, a temperatura da sala
não ultrapassa os 27°C. Observa-se que nos casos CPCALC (87), Wind
(118) e Energy (141), os quais apresentam as maiores infiltrações, as
temperaturas da sala se aproximam da temperatura externa. Já os
casos TNO (32) e CPCALC+ (50), que possuem menores infiltrações, as
temperaturas da sala são superiores à temperatura externa, em até
4°C. O caso Wind (118) apresenta altas taxas de renovações de ar,
durante o período do dia 1º, às 19h, até o dia 2, às 11h. A causa dessas
altas taxas é o ângulo de incidência do vento (barlavento) e a
0
50
100
150
200
250
300
10
15
20
25
30
35
40
07/01 01h
07/01 06h
07/01 11h
07/01 16h
07/01 21h
08/01 02h
08/01 07h
08/01 12h
08/01 17h
08/01 22h
09/01 03h
09/01 08h
09/01 13h
09/01 18h
09/01 23h
Renovações de ar [ACH]
Temperatura do ar °C
Temp. Externa Temp. Ar: CPCALC+ (50)
Temp. Ar: TNO (32) Temp. Ar: CPCALC (87)
Temp. Ar: Energy (141) Temp. Ar: Wind (118)
ACH: CPCALC+ (50) ACH: TNO (32)
ACH: CPCALC (87) ACH: Energy (141)
ACH: Wind (118)
128
velocidade externa que variou entre 6,12m/s a 9,62m/s, no pico
máximo do número de renovações de ar a velocidade do ar na janela
leste do ambiente foi de 4,0m/s. Essa alta taxa de renovação de ar do
caso também é favorecida pela configuração dos parâmetros de
ventilação, que possui C
D
=1,0, C
P
estimado pela base da Wind Pressure
e coeficiente de rugosidade de 0,14 que representa poucas obstruções
no entorno da edificação. Nota-se que, no período de 24h, do dia 2, às
9h, do dia 3, o número de renovações de ar diminuiu em todos os
casos, devido à ausência de ventos.
Figura 56 Temperaturas e renovações de ar da sala do modelo 1
nos dias 01 a 03 de
dezembro.
4.2.5 Considerações das influências dos parâmetros da ventilação
natural
As simulações dos parâmetros de ventilação natural mostraram
que os mesmos apresentam influências significativas nas renovações
de ar e nos graus-hora de resfriamento. A escolha erroneamente dos
0
100
200
300
400
500
600
5
10
15
20
25
30
35
01/12 01h
01/12 06h
01/12 11h
01/12 16h
01/12 21h
02/12 02h
02/12 07h
02/12 12h
02/12 17h
02/12 22h
03/12 03h
03/12 08h
03/12 13h
03/12 18h
03/12 23h
Renovações de ar [ACH]
Temperatura °C
Temp. Externa Temp. Ar: CPCALC+ (50)
Temp. Ar: TNO (32) Temp. Ar: CPCALC (87)
Temp. Ar: Energy (141) Temp. Ar: Wind (118)
ACH: CPCALC+ (50) ACH: TNO (32)
ACH: CPCALC (87) ACH: Energy (141)
ACH: Wind (118)
129
parâmetros da ventilação natural pode comprometer a confiabilidade
das simulações.
A rugosidade do entorno foi o parâmetro que mais influenciou
nas renovações de ar e nos graus-hora de resfriamento. A maioria das
edificações residenciais encontra-se em centros urbanos, onde o
entorno apresenta maior densidade. Essa característica justifica o uso
do coeficiente de rugosidade de 0,33, para simulações de edificações
residenciais que se encontram em centros urbanos. A rugosidade de
0,33 foi o parâmetro adotado para as simulações da investigação da
influência do fator de forma da envoltória, no desempenho térmico.
O coeficiente de massa de ar por frestas (C
Q
) apresentou
pequenas influências nos graus-hora de resfriamento e aquecimento.
Para as simulações da influência do fator de forma, adotou-se o
C
Q
=0,001, pois a maioria das aberturas das edificações brasileiras não
possuem um sistema de vedação.
De acordo com as análises das simulações de sensibilidade dos
parâmetros da ventilação natural, o coeficiente de descarga (C
D
) afeta
linearmente as renovações de ar e os graus-hora de resfriamento. Se o
C
D
for estimado erroneamente em 1,0, quando seu valor real é 0,5, o
efeito seria o mesmo que utilizar nos cálculos uma janela de 3,0m²,
quando sua área é de 1,5m². Nas simulações, foi adotado o C
D
=0,60,
sendo que as referências bibliografias mencionam este valor como
coeficiente médio.
As diferentes formas de estimar os coeficientes de pressão
podem proporcionar diferentes resultados e portanto diferentes
conclusões. Observou-se uma tendência nos coeficientes de pressão
estimados através da base Wind Pressure e do programa CPCALC sem
densidade do entorno, estes apresentaram maiores taxas de
renovações de ar por hora, resultando assim em menor número de
graus hora de resfriamento. Para o coeficiente de pressão (C
P
) não foi
encontrada uma referência que recomende a fonte mais adequada de
C
P,
para simulações de ventilação natural. Diante dessa limitação,
adotaram-se os valores de C
P
s, estimados através do CP Generator. Tal
fonte foi escolhida pela praticidade para obtenção dos valores, e
também por apresentar um desempenho mediano nos casos simulados
para análise de sensibilidade da ventilação natural.
A análise da influência dos parâmetros da ventilação natural
possibilitou identificar o impacto de cada parâmetro no número de
130
renovações de ar e na quantidade de graus-hora de desconforto dos
casos simulados.
4.3 Análise da influência da área de superfície exposta ao exterior
e do tamanho do ambiente no desempenho térmico
Para as análises da área de superfície exposta ao exterior e do
tamanho do ambiente no desempenho térmico dos ambientes de
edificações residenciais, escolheram-se dois ambientes
representativos: os dormitórios dos modelos que possuem paredes
orientadas para leste e norte e as salas que têm paredes orientadas
para leste e sul.
Os resultados das simulações foram analisados através do
somatório de graus-hora de resfriamento e de aquecimento anual. Os
valores de graus-hora foram obtidos para os ambientes de longa
permanência dos modelos, ou seja, os dormitórios e as salas.
4.3.1 Análises de correlação dos componentes da envoltória
Os valores de graus-hora de resfriamento e de aquecimento
foram correlacionados com as propriedades térmicas dos componentes
da envoltória. Para reduzir o número de propriedades térmicas
calculou-se o fator solar das coberturas e paredes.
A Figura 57 mostra os gráficos de correlação dos graus-hora de
resfriamento dos dormitórios, com o FS
oCOBERTURA,
para os quatro
modelos. Os resultados dos graus-hora foram divididos em três grupos
de absortâncias. Os pontos em verde são referentes aos graus hora de
resfriamento dos casos que possuem absortância da parede de 0,20, na
cor violeta os casos com absortância 0,40 e na cor alaranjada os casos
com absortância 0,80.
131
(a) Modelo com 36m²
(b) Modelo com 63m²
(c) Modelo com 150m²
(d) Modelo com 300m²
Figura 57 Valores dos graus-hora de resfriamento versus fator solar da cobertura
dos dormitórios.
Observa-se na Figura 57 que o menor coeficiente de
determinação foi o de 0,52 no modelo com 36m² de área construída,
para os casos com absortância de 0,80. No dormitório do modelo com
63m², os casos com absortância de 0,20 resultaram em coeficiente de
determinação de 0,60. Entretanto, o dormitório do modelo com 300m²,
apresentou o maior coeficiente de determinação, que foi de 0,96 para
os casos com absortância da parede de 0,20. Pode-se dizer que houve
correlação moderada entre os graus-hora de resfriamento do
dormitório e do fator solar da cobertura. Nota-se em relação a linha de
tendência dos casos com absortância da parede de 0,80 uma dispersão
dos graus hora de resfriamento.
R² = 0.93
R² = 0.84
R² = 0.52
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
R² = 0,63
R² = 0.90
R² = 0.70
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
R² = 0.94
R² = 0.92
R² = 0.81
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
R² = 0.96
R² = 0.94
R² = 0.84
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
132
A Figura 58 apresenta os gráficos de correlação dos graus-hora
de aquecimento dos dormitórios, com o FS
oCOBERTURA
, para os quatro
modelos. Os casos foram divididos em três grupos de absortâncias. Os
pontos em azul são referentes aos graus hora de resfriamento dos
casos que possuem absortância da parede de 0,20, na cor amarela os
casos com absortância de 0,40 e na cor vermelha os casos com
absortância de 0,80. Observa-se que todos os modelos, com diferentes
áreas de superfície expostas ao exterior e diferentes tamanhos dos
ambientes, apresentaram ausência de correlação entre os graus-hora
de aquecimento e o fator solar da cobertura. Nota-se que os maiores
graus-hora de aquecimento em todos os modelos são dos casos que
possuem transmitância da cobertura de 1,92W/m².K e absortância da
cobertura e parede de 0,20.
(a) Modelo com 36m²
(b) Modelo com 63m²
(c) Modelo com 150m²
(d) Modelo com 300m²
Figura 58 Valores dos graus-hora de aquecimento versus fator solar da cobertura
dos dormitórios.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o COBERTURA
αpar=0,20
αpar=0,40
αpar=0,80
133
Na Figura 59 são apresentados os gráficos das correlações entre
graus-hora de resfriamento do dormitório e o FS
oPAREDE
. Os pontos em
verde são referentes aos graus hora de resfriamento dos casos que
possuem absortância da parede de 0,20, na cor violeta os casos com
absortância de 0,40 e na cor alaranjada os caso com absortância de
0,80. Nota-se que nos quatro modelos, os casos com absortância da
cobertura de 0,20 apresentaram uma forte correlação dos graus-hora
de resfriamento e o fator solar da parede, com coeficientes de
determinação superior a 0,93. Já, nos casos com absortância da
cobertura de 0,80 percebeu-se a fraca correlação nos modelos com
área construída 63m², 150m² e 300m². O dormitório do modelo com
36m² de área construída obteve uma correlação moderada com
R²=0,57.
(a) Modelo com 36m²
(b) Modelo com 63m²
(c) Modelo com 150m²
(d) Modelo com 300m²
Figura 59 Valores dos graus-hora de resfriamento versus fator solar da parede dos
dormitórios.
R² = 0.97
R² = 0.91
R² = 0.57
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
R² = 0.95
R² = 0.80
R² = 0.36
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
R² = 0.93
R² = 0.69
R² = 0.23
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
R² = 0.97
R² = 0.70
R² = 0.21
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Resfriamento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
134
A Figura 60 mostra os gráficos de correlação dos graus-hora de
aquecimento dos dormitórios com o fator solar das paredes, para os
quatro diferentes tamanhos de residências. Nos gráficos os pontos em
azul são referentes aos graus hora de resfriamento dos casos que
possuem absortância da parede de 0,20, na cor amarela os casos com
absortância de 0,40 e na cor vermelha os casos com absortância de
0,80. Observou-se que para todos os modelos há ausência de
correlação entre a variável fator solar da parede com os graus-hora de
aquecimento. A maior dispersão dos graus hora de aquecimento ocorre
no modelo com 300m² de área construída.
(a) Modelo com 36m²
(b) Modelo com 63m²
(c) Modelo com 150m²
(d) Modelo com 300m²
Figura 60 Valores dos graus-hora de aquecimento versus fator solar da parede dos
dormitórios.
Os resultados das correlações dos componentes da envoltória
apontam que o fator solar da cobertura tem grande influência nos
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
°Ch de Aquecimento
x 1000
FS
o PAREDE
αcob=0,20
αcob=0,40
αcob=0,80
135
graus-hora de resfriamento, para os quatro modelos. Todavia, o fator
solar das paredes apresentou menor influência, exceto no modelo com
36m² de área construída, em que a área de parede exposta ao exterior
é superior a área do forro em contato com a cobertura. Os graus-hora
de aquecimento com os componentes da envoltória resultaram em
correlações fracas, indicando que os componentes da envoltória não
são a principal variável que influência nos graus-hora de aquecimento.
4.3.2 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus Graus-hora
Os valores de graus-hora de aquecimento e resfriamento foram
relacionados com FS
oCOBERTURA
e FS
oPAREDE
. A relação entre as variáveis
foi efetuada através de gráficos de superfície, em três dimensões, em
que se fixou no eixo “X” o FS
oCOBERTURA
, no eixo “Y” FS
oPAREDE
e no eixo
“Z” a quantidade de graus-hora de resfriamento.
A Figura 61 mostra a influência combinada do fator solar da
cobertura e da parede, nos graus-hora de resfriamento do dormitório.
> 3500 < 3500 < 3000 < 2500
< 2000 < 1500 < 1000 < 500
> 3000 < 3000 < 2500 < 2000
< 1500 < 1000 < 500 < 0
(a) Modelo com 36m² (b) Modelo com 63m³
> 3000 < 3000 < 2500 < 2000
< 1500 < 1000 < 500 < 0
> 3500 < 3500 < 3000 < 2500
< 2000 < 1500 < 1000 < 500
(d) Modelo com 150m² (d) Modelo com 300m²
Figura 61 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus graus-hora de resfriamento
dos dormitórios.
°
Ch de resfriamento
°
Ch de resfriamento
°
Ch de resfriamento
°
Ch de resfriamento
136
Na Figura 61, observa-se que, para cada modelo, as influências
dos componentes da envoltória indicam diferentes escalas. Nota-se
que o FS
oPAREDE
tem maior influência no dormitório do modelo com
36m² de área construída, já os modelos com 63m² e 300m²
apresentaram a mesma escala para FS
oPAREDE
. Porém, o FS
oCOBERTURA
do
modelo com 300m² de área construída apresenta a maior variação em
relação aos outros modelos.
A Figura 62, apresenta a influência nos graus-hora de
aquecimento com FS
oPAREDE
e FS
oCOBERTURA
. Percebe-se que nos
dormitórios com menor área de superfície exposta ao exterior e menor
tamanho, a influência nos graus-hora é menor, já nos dormitórios dos
modelos com 150m² e 300m² de área construída os graus-hora de
aquecimento são elevados, para os casos que possuem FS
oPAREDE
e
FS
oCOBERTURA
abaixo de três. Os resultados mostram que o aumento da
área de superfície exposta ao exterior e do tamanho do ambiente está
proporcionando um aumento no número de graus-hora de
aquecimento dos ambientes.
> 400 < 400 < 300 < 200
< 100 < 0
> 400 < 400 < 300 < 200
< 100
(a) Modelo com 36m² (b) Modelo com 63m²
> 600 < 600 < 500 < 400
< 300 < 200 < 100
> 1400 < 1300 < 1100 < 900
< 700 < 500 < 300
(c) Modelo com 150m² (d) Modelo com 300m²
Figura 62 Relação FS
o
Cobertura e FS
o
Parede versus graus-hora de aquecimento
dos dormitórios.
°
Ch de aquecimento
°
Ch de aquecimento
°
Ch de aquecimento
°
Ch de aquecimento
137
4.3.3 Análise do desempenho térmico dos ambientes
Para a análise da influência da área de superfície exposta ao
exterior e do tamanho dos ambiente no desempenho térmico foram
escolhidos dois ambientes representativos: os dormitórios com
paredes orientadas para leste e norte e as salas com paredes
orientadas para leste e sul dos modelos. A análise foi realizada através
do somatório de graus-hora anual, de resfriamento e aquecimento. Os
resultados dos dormitórios com paredes orientadas para norte e oeste
que apresentaram um comportamento semelhante são apresentados
no Apêndice F.
4.3.3.1 Análise do desempenho térmico dos dormitórios
Na Tabela 26, são apresentas as características dos dormitórios
de cada modelo. Os dados são referentes à: área do ambiente, volume,
área das paredes externas, orientação das paredes, área da janela e das
superfícies em contato com exterior.
Tabela 26 Características do dormitório de cada modelo.
Modelo
Área (m²)
Contato com
exterior
Ambiente
Volume
(m³)
Paredes Externas
Janela
Solo
Cobertura
Leste Norte Total
Modelo 1 7,95 22,2 8,4 8,4 16,8 1,28 Sim
Sim
Modelo 2 13,40 37,5 9,8 12,0 21,8 2,04 Sim
Sim
Modelo 3 20,43 57,2 16,0 9,1 25,2 3,00 Sim
Sim
Modelo 4 28,45 79,6 14,7 12,9 27,6 4,20 Não
Sim
Os gráficos das Figuras 63, 64, 65 e 66 - do dormitório -
apresentam os valores de graus-hora de resfriamento, de aquecimento
e o somatório dos graus-hora. Nos gráficos o eixo “X”, apresenta os 81
casos com as variações das propriedades térmicas, sendo representada
a transmitância (U) e absortância (α) da cobertura e da parede,
sucessivamente. A ordem dos casos, em cada modelo, pode ser
138
alternada, pois os casos estão em ordem crescente do somatório de
graus-hora.
Através da Figura 63 observa-se, no dormitório, a variação do
somatório de graus-hora de 205 a 3.191°Ch, para o modelo com 36m²
de área construída. O caso base do modelo resultou no somatório de
1.526 graus-hora, sendo 1017 graus-hora de resfriamento e 509 de
aquecimento. Dos 81 casos simulados para este modelo, apenas 9%
dos casos apresentaram os graus-hora de aquecimento maior que os
graus-hora de resfriamento.
Observa-se no gráfico da Figura 63 que nos vinte e sete casos
que apresentaram menor somatório de graus-hora as transmitâncias
das paredes foram de, no máximo, 1,80W/m².K e da cobertura
predominaram as transmitâncias de até 1,09W/m².K. Porém, nos
últimos nove casos com maior somatório de graus-hora, a
transmitância predominante da cobertura foi de 1,92W/m².K e a
absortância de 0,80. Nota-se que a maioria dos casos que possuem
absortância de 0,20, na parede e na cobertura apresentam os graus-
hora de aquecimento maior que o de resfriamento.
Os resultados das simulações paramétricas, do dormitório do
modelo com 63m² de área construída, são apresentados na Figura 64.
A variação do somatório dos graus-hora do modelo foi de 139 a
2.901°Ch. No modelo citado, o caso base apresentou um desempenho
térmico melhor em relação ao dormitório do modelo com 36m² de área
construída. A redução no somatório de graus-hora foi de 8%, sendo
que os graus-hora foram de 808 de resfriamento e de 686 de
aquecimento. O desconforto por frio foi responsável por 23% dos casos
deste modelo.
No dormitório do modelo com 150m² de área construída, a
variação do somatório de graus-hora foi de 112°Ch a 2.774°Ch. O caso
base do modelo resultou no somatório de graus-hora de 1.318°Ch,
sendo 681 graus-hora de resfriamento e 636°Ch de aquecimento,
apresentado na Figura 65. O somatório de graus-hora até 598°Ch
representa os 34 primeiros casos no gráfico. Nestes casos a
transmitância máxima da cobertura foi de 1,09W/m².K. Até o
somatório de graus-hora de 332°Ch, a transmitância da parede foi de
1,0W/m².K. Em tal modelo, 34% dos casos apresentaram os graus-hora
de aquecimento maior que os graus-hora de resfriamento.
139
Na Figura 66, são apresentados os resultados das simulações do
dormitório do modelo com 300m² de área construída. A variação do
somatório dos graus-hora do modelo foi de 688 a 3.720°Ch. No modelo
referido, o caso base
9
resultou no somatório de 2.604 graus-hora,
sendo 1.060 graus-hora de resfriamento e 1.543 de aquecimento. Os
últimos dezessete casos representados no gráfico mostram a
transmitância da cobertura de 1,92W/m².K. Porém, os nove primeiros
casos apresentam a mesma transmitância da cobertura, de
0,62W/m².K e da parede de 1,0W/m².K. O desconforto por frio,
representa 52% dos casos. Também se observa uma grande diferença
entre os graus-hora de aquecimento e resfriamento na maioria dos
casos, neste modelo. A ocupação apresentou maior influência nos
modelos com ambientes menores.
As maiores variações de graus-hora de resfriamento do
dormitório, entre os modelos, ocorreram nos casos em que a
transmitância e a absortância da parede são de 2,24W/m².K e de 0,80,
respectivamente. Com tais propriedades, o caso que apresentou maior
variação de graus-hora de resfriamento foi o que possui transmitância
e absortância da cobertura de 0,62W/m².K e de 0,20, apresentando
615 graus-hora de resfriamento, no dormitório do modelo com 150m²
de área construída e 1.484 no modelo com 36m², com variação de
869°Ch. Neste último caso, a cobertura não permite a dissipação do
calor, pois possui isolamento térmico. Também os ganhos de calor pela
ocupação e pelas paredes externas são elevados. Nas paredes os
ganhos de calor devem-se à absortância de 0,80. Os casos estão
identificados nas Figuras 63 e 65.
A maior variação de graus-hora de aquecimento no dormitório
entre os modelos foi de 1.863, para o caso com U
COB
=1,92W/m².K,
α
COB
=0,20 e U
PAR
=1,0W/m².K, α
PAR
=0,20, o modelo com 36m² de área
construída apresentou 324 graus-hora e o modelo com 300m² de área
construída apresentou 2.096 graus-hora de aquecimento.
Comparando o desempenho térmico dos dormitórios, dos casos
base, entre os diferentes tamanhos de residências, o modelo com
150m² de área construída apresentou o menor somatório de graus-
hora (1.318°Ch). Os modelos com 63m² e 36m² de área construída
9
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
140
apresentaram um aumento de 7,2% e 15,6%, respectivamente, no
somatório de graus-hora, em relação ao modelo com 150m². Já o
modelo com área construída de 300m² apresentou um aumento de
97,5% no somatório de graus-hora, em relação ao modelo com 150m².
Os graus hora de aquecimento do caso base apresentaram uma
tendência de aumento em relação ao aumento da área superfície
exposta ao exterior e do tamanho do ambiente.
141
Figura 63 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com área construída de 36m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento do Dormitório °Ch de Aquecimento do Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
*
Caso Base
* Maior variação de °Ch Resfr.
* Maior variação de °Ch Aquec.
141
142
Figura 64 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com área construída de 63m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
142
143
Figura 65 Somatório dos graus-hora do dormitório do modelo com área construída de 150m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
* Maior variação de °Ch Resfriamento
143
144
Figura 66 Somatório graus-hora do dormitório do modelo com área construída de 300m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
*
Maior Variação
°Ch de Aquec.
144
145
4.3.3.2 Análise do desempenho térmico das salas
Na Tabela 27, são apresentas as características das salas de cada
modelo. Os dados referem-se a: a área do ambiente, o volume, a área
das paredes externas, a orientação das paredes, a área da janela e das
superfícies em contato com exterior.
Tabela 27 Características das salas de cada modelo.
Modelo
Área (m²)
Contato com
Ambiente
Volume
(m³)
Paredes Externas
Janela
exterior
Leste
Sul
Oeste/
Norte
Total
Solo Cobertura
Modelo 1 13,8 38,6 8,4 16,8 5,0
10
30,2 2,3 Sim Sim
Modelo 2 22,7 63,5 9,8 16,8 - 26,6 3,0 Sim Sim
Modelo 3 30,9 86,5 13,4 18,2 31,6 4,3 Sim Sim
Modelo 4 56,7 158,8 29,4 11,3 15,4
11
56,1 7,8 Sim Não
Os graus-hora de resfriamento, aquecimento e somatório da sala
do modelo com área construída de 36m² são apresentados na Figura
67. A variação do somatório de graus-hora da sala foi de 308 a
3.2861°Ch. Em tal modelo, o caso base resultou no somatório de graus-
hora de 1.715, sendo 1.135 graus-hora de resfriamento e 596 graus-
hora de aquecimento. Até no caso com o somatório de 660 graus-hora,
a transmitância da parede e da cobertura foi de até 1,0W/m².K. Nos
últimos oito casos apresentados no gráfico, a transmitância da
cobertura predominante foi de 1,92W/m².K e absortância
predominante de 0,80. Os casos que apresentaram maior quantidade
de graus-hora de aquecimento possuem absortâncias da parede e da
cobertura de 0,20.
Na sala do modelo com 63m² de área construída, a variação do
somatório de graus-hora foi entre 181 e 2.761°Ch, apresentados na
Figura 68. O caso base
12
deste modelo apresentou somatório de 1.504
graus-hora, sendo 820 graus hora de resfriamento e 635 graus hora de
aquecimento. O grupo dos primeiros vinte quatro casos apresenta
transmitâncias da cobertura de até 1,09W/m².K,
sendo que até o
10
A parede deste modelo está orientada a oeste.
11
A parede deste modelo está orientada a norte.
12
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
146
somatório de 393 graus-hora a transmitância da parede é de
1,0W/m².K. Porém, os últimos nove casos apresentados no gráfico
possuem transmitâncias de 1,92W/m².K, com absortância da cobertura
predominante de 0,80.
Os resultados das simulações paramétricas do modelo com área
construída de 150m² são apresentados na Figura 69. A variação do
somatório dos graus-hora da sala do modelo foi de 183 a 2.682°Ch. Em
tal modelo, o caso base apresentou somatório de 1.435 graus-hora,
apresentando praticamente o mesmo número de graus-hora de
aquecimento e resfriamento. Observa-se, no gráfico, um grupo de
casos até o somatório de 753 graus-hora, que apresentam a
transmitância da cobertura de até 1,09W/m².K. Todavia, os últimos 23
casos apresentados no gráfico mostram a transmitância da cobertura
predominante de 1,92W/m².K. Na maioria dos casos em que os graus-
hora de aquecimento são elevados, a absortância da cobertura é
geralmente de 0,20. Neste modelo, 35% dos casos apresentaram graus-
hora de aquecimento maior que graus-hora de resfriamento.
A Figura 70 apresenta os resultados das simulações da sala, do
modelo com área construída de 300m². A variação do somatório de
graus-hora, neste modelo, foi de 165 a 1.107°Ch, a menor variação em
comparação com os outros três modelos para o ambiente da sala. No
gráfico, identifica-se um primeiro grupo de casos com a transmitância
da parede de 1,0W/m².K, até o somatório de 337 graus hora. Contudo,
o último grupo de casos apresenta predominância da transmitância da
parede de 2,24W/m².K. O caso base
13
, neste modelo, apresentou o
somatório de 905 graus-hora, sendo 296 de resfriamento e 523 de
aquecimento. Dos casos simulados, 60% apresentaram os graus-hora
de aquecimento superior aos graus-hora de resfriamento.
A menor diferença para graus-hora de resfriamento da sala,
entre os modelos estudados, foi no caso com U
COB
=0,62W/m².K,
α
COB
=0,20 e U
PAR
=1,00W/m².K, α
PAR
=0,20, com 149 graus-hora de
variação. No modelo com área construída de 300m², os graus-hora de
resfriamento foram de 17 e para o modelo com 36m² os graus-hora de
resfriamento foram de 166. A sala do modelo com 36m² de área
construída apresentou 3.003 graus-hora de resfriamento e a sala do
13
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
147
modelo com 300m² apresentou 915°Ch, o que gerou a maior diferença
de graus-hora de resfriamento, entre os modelos, que foi de 2.088 no
caso U
COB
=1,92W/m².K, α
COB
=0,80 e U
PAR
=2,24W/m².K, α
PAR
=0,80. Isso
ocorreu devido a sala do modelo com 300m² não estar em contato com
a cobertura, ao contrário do modelo com 36m², em que a cobertura
contribui significativamente nos ganhos de calor, resultando no
aumento dos graus-hora de resfriamento. Esses casos estão
identificados nas Figuras 67 e 70.
Em relação aos graus-hora de aquecimento para a sala, a menor
variação entre os modelos foi no caso U
COB
=0,62W/m².K, α
COB
=0,80 e
U
PAR
=1,00W/m².K, α
PAR
=0,80, com 26 graus-hora de variação. A sala do
modelo com 36m² de área construída resultou em 2 graus hora e no
modelo com 300m² foi de 28 graus hora de aquecimento.
Analisando o desempenho térmico dos casos base
14
entre os
diferentes fatores de forma, o modelo com área construída de 300m²
mostrou o menor somatório de graus-hora (820°Ch). Os modelos com
áreas construídos de 36m², 63m² e 150m² apresentaram um aumento
de 109%, 77% e 75%, respectivamente, no somatório de graus-hora,
em relação a sala do modelo com 300m² de área construída. Observa-
se que, para o ambiente da sala do caso base, com menores área
construída apresentam maior quantidade de graus-hora de
desconforto. A sala do modelo com 300m² de área construída
apresentou menor desconforto, devido o ambiente não estar em
contato direto com a cobertura. Também as influências pela ocupação
e cargas internas apresentam menor impacto com o aumento das áreas
dos ambientes.
14
Propriedades térmicas do caso base: U
COB
=1,92 W/m².K, U
PAR
=2,24 W/m².K,
α
COB
=0,40 e α
PAR
=0,40.
148
Figura 67 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de 36m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento da Sala °Ch de Aquecimento da Sala Somatório °Ch da Sala
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
Maior variação °Ch de resfriamento *
* Menor variação °Ch de resfriamento
*
148
149
Figura 68 Graus hora da Sala do modelo com área construída de 63m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento da Sala °Ch de Aquecimento da Sala Somatório °Ch da Sala
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
149
150
Figura 69 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de 150m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento da Sala °Ch de Aquecimento da Sala Somatório °Ch da Sala
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
150
151
Figura 70 Graus-hora da Sala do modelo com área construída de 300m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento da Sala °Ch de Aquecimento da Sala Somatório °Ch da Sala
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
* Caso Base
* Maior variaçã °Ch de resfriamento
* Menor variaçã °Ch de resfriamento
151
152
4.3.4 Considerações sobre análise desempenho térmico dos
ambientes
Nota-se que o aumento da transmitância térmica da parede e
das coberturas, nos casos com absortâncias baixas, facilitou a
dissipação do calor interno, bem como o desconforto por calor foi
reduzido. Entretanto, na estação do inverno, as transmitâncias altas
prejudicaram o desempenho térmico dos casos, aumentando o
desconforto por frio nos modelos que possuem ambientes maiores.
Nas condições das simulações realizadas, com sistema de
controle da ventilação ideal (ventila somente quando compensa),
ocupação e cargas internas utilizadas nas simulações, mostraram que
os resultados das simulações contradizem os limites máximos de atraso
térmico estabelecidos pela NBR-15220-3 para paredes e coberturas
para a zona bioclimática 3, que é de 3,3 horas e 4,3 horas,
respectivamente. Os casos simulados com paredes e coberturas que
ultrapassaram o limite da norma apresentaram melhor desempenho
térmico que os casos com componentes da envoltória que atendem os
critérios da norma. Salienta-se que a NBR-15220 é de desempenho
térmico para habitações de interesse social, sendo que os critérios
utilizados foram para todos os modelos.
As análises realizadas mostraram que o grupo de casos com
menor e maior somatório de graus-hora apresentou propriedades
térmicas semelhantes, para a sala e para o dormitório. Nos gráficos,
dos casos com menor somatório de graus-hora prevaleceram as
propriedades térmicas das paredes de U
PAR
=1,0W/m².K e cobertura de
até U
COB
=1,09W/m².K. Porém, nos casos com maior somatório de
graus-hora, as transmitâncias das paredes e da cobertura foram
maiores, que U
PAR
=1,8W/m².K e U
COB
=1,09W/m².K.
Os casos intermediários, nos gráficos, apresentam diferenciadas
propriedades térmicas para paredes e cobertura, não sendo possível
identificar com um grupo de casos as mesmas características. Isso pode
estar ocorrendo devido a um componente construtivo, que apresenta
um bom desempenho térmico para as estratégias adotadas (ventilação
seletiva, cargas internas, ocupação e clima), estar compensando outro
153
componente, com pior desempenho térmico para as condições
estabelecidas.
Quando as transmitâncias das paredes e da cobertura são
baixas, as absortâncias apresentaram menor influência no desempenho
térmico. Ao contrário, as transmitâncias e as absortâncias altas
causaram maior influência no desempenho térmico.
No modelo com área construída de 300m², a sala apresentou um
menor somatório de graus-hora, em relação ao dormitório analisado,
do mesmo modelo. O dormitório apresentou uma escala
aproximadamente três vezes maior no somatório de graus-hora. Isto
se deve, principalmente, pela sala estar no piso térreo, em contato com
o solo, e o dormitório estar localizado no segundo pavimento, em
contato com a cobertura.
As diferenças encontradas no desempenho térmico dos
ambientes estudados podem ser explicadas pelas diferentes áreas de
superfície expostas ao exterior, pelo tamanho dos ambientes, pelas
superfícies em contato com o solo e com a cobertura. Estes são
parâmetros importantes para definir as condições térmicas dos
ambientes. Lembrando-se que outros parâmetros como a ocupação, o
padrão de uso da ventilação e as cargas internas também são
importantes nas avaliações, porém para neste trabalho adotou-se
parâmetros fixos para a ocupação, a iluminação, as cargas internas e
para a ventilação utilizou-se o critério seletivo.
4.4 Análise através do balanço térmico
Através dos relatórios de saída fornecidos pelo EnergyPlus, é
possível analisar, hora a hora, os ganhos internos do sistema de
iluminação, equipamentos, ocupação, infiltração, ventilação e o fluxo
de calor por convecção, entre as superfícies internas e o ar.
O balanço térmico foi realizado nos quatro modelos, para os
ambientes da sala e do dormitório, orientado, para leste e norte. Os
gráficos do balanço apresentam os valores dos ganhos e perdas de
calor do ambiente, em kW. Dentre os casos simulados, foram
analisados os casos que apresentaram maior influência no somatório
dos graus-hora. As análises do balanço foram divididas nas quatro
estações do ano: verão, outono, inverno e primavera, devido o balanço
térmico anual distorcer os resultados. As grandes perdas de calor no
154
verão ocorrem através da ventilação. Porém, no inverno, a perda de
calor através da ventilação é mínima.
4.4.1 Análise do balanço térmico do dormitório
Na Tabela 28, são apresentas as áreas dos componentes
construtivos do dormitório de cada modelo. Os dados são referentes às
seguintes áreas: do ambiente, das paredes externas e internas, da
janela, das superfícies em contato com exterior e a orientação das
paredes externas.
Tabela 28 Áreas dos componentes construtivos do dormitório de cada modelo.
Modelo
Área (m²)
Ambiente
Volume
(m³)
Paredes
Janela
Contato com
exterior
Leste
Norte
Internas
Total
Solo Cobertura
Modelo 1
7,95 22,26 8,40 8,40 16,80 33,60
1,28 7,95 7,95
Modelo 2
13,40 37,52 9,80 12,04
21,84 43,68
2,04 13,40
13,40
Modelo 3
20,43 57,20 16,04
9,16 34,13 59,33
3,00 20,43
20,43
Modelo 4
28,45 79,66 14,71
12,96
37,99 65,66
4,20 - 28,45
O primeiro caso selecionado para análise do balanço térmico
apresentou oito vezes mais desconforto por frio do que por calor,
somando 2.923°Ch, apresentando uma grande diferença entre graus-
hora de aquecimento e resfriamento. Nos quatro modelos de
residências, o caso apresentou os graus-hora de aquecimento superior
aos de resfriamento. O dormitório do modelo com 300m² de área
construída apresentou 2,9 vezes mais desconforto por frio em relação
ao dormitório do modelo com 36m². Portanto, ocorreu um aumento do
desconforto por frio, com o aumento da área exposta ao exterior e do
tamanho do ambiente.
A Figura 71 apresenta o balanço térmico do caso com
U
COB
=1,92W/m².K, α
COB
=0,20 e U
PAR
=2,24W/m².K, α
PAR
=0,20, para o
dormitório do modelo com área construída de 300m².
155
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 71 Balanço térmico do dormitório do modelo com 300m²; caso com
U
COB
=1,92 W/m².K; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24 W/m².K e α
PAR
=0,20.
Observa-se que as maiores perdas de calor, no período de verão,
ocorrem através da ventilação e das trocas internas de ar entre as
zonas, com perdas de 56,3% e 35,7%, respectivamente. Já os maiores
ganhos, no período de verão, são provenientes das paredes internas
(20,4%), do piso (18,1%) e da ocupação (16,7%). No período do outono,
a principal perda de calor ocorre através do forro da cobertura, que
resultou em 35,4% de perda. O dormitório deste modelo não possui
contato com o solo. Assim, o piso apresentou maiores ganhos do que
perdas de calor. Os ganhos de calor através do piso são provenientes
do ambiente inferior (sala). Já nas paredes internas ocorre o
armazenamento de calor em um período, que depois é dissipado para
50,61
13,47
20,45
-2,11
20,35
-0,23
19,05
-1,34
61,85
-10,19
54,80
-4,85
28,31
-6,73
8,91
-179,16
25,55
-113,60
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
60,76
14,08
12,42
-11,01
4,92
-9,12
11,60
-9,11
17,05
-11,80
27,66
-1,53
2,77
-61,94
6,57
-42,76
13,01
-27,91
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
65,10
14,39
11,24
-10,60
3,06
-10,21
8,19
-9,71
7,33
-15,30
19,60
-2,72
0,32
-73,99
7,99
-0,69
8,90
-22,44
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
60,40
13,93
14,45
-4,31
10,53
-3,56
10,58
-4,49
30,95
-9,25
32,30
-3,05
12,14
-29,22
7,45
-84,69
16,03
-78,17
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
156
o ambiente, sendo que a área das paredes internas maior que área das
paredes expostas ao exterior. As cargas internas referentes à ocupação
predominam nos ganhos de calor nas estações de outono, inverno e
primavera, para este caso. No período do inverno, observa-se que as
maiores perdas de calor acontecem através do forro da cobertura e da
ventilação interna entre os ambientes. A dissipação do calor pela
cobertura foi de 50,8%. Porém, as perdas pela ventilação entre os
ambientes foram de 15,4%. Na estação do inverno, os componentes
construtivos que tem contato com ambiente exterior, parede externa,
forro da cobertura e janela, foram responsáveis por 71,8% das perdas
de calor do ambiente, para o modelo.
Os balanços térmicos dos dormitórios dos modelos com área
construída de 150m², 63m² e 36m² são apresentados no Apêndice G.
No dormitório do modelo com 150m², os ganhos de calor nas quatro
estações decorrem predominantemente da ocupação, sendo este fator
responsável por 22,3% no verão, 35,3% no outono, 47,0% no inverno e
35,7% na primavera. O segundo maior ganho de calor no outono foi
pelo piso, que foi de 19,6%. No verão e no outono, as maiores perdas
de calor ocorrem pela ventilação, com perda de 68,1% e 36,6%,
respectivamente. No inverno, as maiores perdas ocorrem através do
forro da cobertura, que representa 45,1%, e das paredes externas, que
representaram 19,5%, para a estação. Os componentes da envoltória
do dormitório são responsáveis por 81,2% das perdas de calor, no
inverno, sendo que, neste modelo, as perdas foram maiores, em
relação ao dormitório do modelo com 300m², devido a este possuir o
piso em contato com o solo.
A ocupação apresenta os principais ganhos de calor nas quatro
estações do ano, para o dormitório do modelo com área construída de
63m². A ventilação é o principal fator de perda de calor nas estações
de verão (63,9%), de outono (35,2%) e de primavera (45,1%). No
inverno, a ventilação é responsável por apenas 2,9% das perdas. As
principais perdas de calor no inverno são verificadas através do forro
da cobertura e das paredes externas, correspondendo,
respectivamente, a 38% e 21,6%. O piso, no inverno, apresentou
perdas de calor de 7,8%. Porém, no outono, mostrou ganhos de calor
de 14,1%.
O dormitório do modelo com área de 36m² apresenta um
comportamento semelhante ao dormitório do modelo com 63m². Os
157
ganhos de calor pela ocupação predominaram nas quatro estações do
ano e a ventilação é o meio mais importante de perdas de calor nas
estações de verão, outono e primavera. No inverno, as principais
perdas de calor ocorrem através da cobertura (29,1%) e das paredes
externas (23,9%). No inverno as áreas de superfície expostas ao
exterior do dormitório deste modelo foram responsáveis por 68,1% das
perdas de calor para esta estação.
Nas estações de inverno e outono, as maiores perdas de calor,
para todos os modelos analisados acima, ocorrem através do forro da
cobertura, sendo que o aumenta do tamanho do dormitório está
proporcionando um aumento nas perdas de calor, por este
componente. A ventilação apresentou comportamento semelhante nos
quatro modelos analisados, com exceção da estação de outono, no
modelo com 300m² de área construída, em que a perda de calor foi
aproximadamente 30% menor do que nos outros modelos. O balanço
térmico do dormitório do modelo com 300m² mostra que o piso
apresentou somente ganhos de calor, sendo que as perdas para este
componente foram mínimas. Isto ocorre devido ao dormitório, deste
modelo, estar localizado no segundo pavimento. Nos outros modelos,
com área de 150m², 63m² e 36m², o piso apresentou, no verão e no
inverno, um equilíbrio de perdas e ganhos de calor. No outono,
predominaram os ganhos de calor. (Apêndice G).
Outro caso analisado foi o que apresentou maior desconforto,
por calor, em todos os modelos. Esse caso possui as mesmas
transmitâncias da cobertura (U
COB
=1,92W/m².K) e da parede (U
PAR
=2,24
W/m².K), alterando somente a absortância da cobertura e da parede,
para 0,80. Na Tabela 29, são apresentados os percentuais de perdas e
ganhos de calor do balanço térmico, do dormitório do modelo com
36m² de área construída. As tabelas dos balanços térmicos desse caso,
para os quatro fatores de forma, são apresentadas no Apêndice H.
158
Tabela 29 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço térmico do
dormitório do modelo com 36m².
Estação
Ocupação
Iluminação
Janela
Paredes
Piso Forro Ventilação
Trocas
Int. de ar
Ext. Int.
Verão
Ganhos
16,3% 1,3% 1,3% 21,2%
30,8%
3,9% 22,4% 0,0% 2,6%
Perdas
- - 0,7% 0,2% 2,5% 4,8% 0,0% 75,0% 16,8%
Outono
Ganhos
22,3% 1,6% 0,2% 31,7%
23,2%
4,5% 9,5% 0,0% 7,1%
Perdas
- - 3,0% 3,5% 2,4% 3,2% 2,7% 67,1% 17,9%
Inverno
Ganhos
37,6% 2,5% 0,2% 25,6%
13,2%
1,7% 6,1% 0,0% 13,2%
Perdas
- - 6,7% 11,7%
5,1% 10,4% 8,7% 35,2% 22,3%
Primavera
Ganhos
22,1% 1,5% 0,9% 26,5%
23,4%
3,6% 15,2% 0,0% 6,7%
Perdas
- - 1,2% 0,8% 2,8% 4,3% 0,5% 65,7% 24,6%
No verão, os maiores ganhos de calor são provenientes das
paredes (51,8%) e da cobertura (22,4%). Já no outono prevalecem os
ganhos das paredes e da ocupação (Tabela 29). Em todas as estações
do ano, a principal perda de calor ocorreu pela ventilação: no verão foi
de 75% e no inverno foi de 35,2%. No verão os ganhos de calor, através
dos componentes que estão em contato com o ambiente externo
(paredes, cobertura, piso e janela) foram de 48%, sendo que as perdas,
neste período, foram de (5,7%).
Com o aumento do tamanho do ambiente, aumentam os ganhos
de calor pela cobertura, apresentados no Apêndice H. Todos os
modelos, deste caso analisado, têm maior perda de calor através da
ventilação, para todas as estações do ano. No inverno, a perda de calor
pelo piso (14,6%) é menor que a perda pela ventilação (29,2%). Os
maiores ganhos de calor no inverno decorrem da ocupação, no
dormitório do modelo com 300m² (maior área de dormitório) a
159
ocupação representa 23,4%; no dormitório do modelo com 150m² foi
de 30,6% e nos modelos com 63m² e 36m² de área construída foi de
34,1% e 37,6%, respectivamente. Entretanto, no verão, a ocupação
representa apenas 4,7% a 7% dos ganhos de calor nos modelos com
área construída de 300m² e 150m², respectivamente; nos modelos
com 63m² e 36m², representa de 10,9% a 16,3%. No inverno as perdas
e ganhos de calor, através da cobertura, são equivalentes em todos os
modelos.
Comparando-se o desempenho dos balanços térmicos nos
diferentes modelos dos casos com U
COB
=1,92 W/m².K e U
PAR
=2,24
W/m².K, e absortâncias da parede e da cobertura alterando de 0,20
para 0,80, observa-se que no caso com paredes e cobertura com
absortância de 0,20, a ocupação predomina como maior ganho de calor
em todas as estações. Somente no inverno o caso com α=0,80
apresenta ganhos em percentual semelhantes ao caso com α=0,20. Os
ganhos de calor, através da parede externa, para todos os modelos, são
maiores para o caso com α=0,80 do que com α=0,20. Para o
componente piso, ambas as absortâncias apresentam o
comportamento semelhante, com exceção do dormitório do modelo
com 150m² de área construída, no inverno, com α=0,80, apresentou
14,6% de perdas de calor e no caso α=0,20 a perda foi somente de
5,6%; o mesmo ocorre para o modelo com 63m². Isso tudo pode
ocorrer, provavelmente, pela incidência da radiação solar diretamente
no piso, pois no inverno a abertura do dormitório não possui
sombreamento, em todos os modelos. O ganho de calor pela
cobertura, no verão, foi maior, de 2,8 a 4,6 vezes, no caso com α=0,80.
No caso com α=0,20, as perdas de calor foram aproximadamente três
vezes maior no inverno. As perdas de calor pela ventilação, no caso
com α=0,80, foram maiores nas quatro estações do ano. Entretanto, no
inverno, no caso com α=0,20, a perda de calor pela ventilação foi
mínima, em todos os modelos.
O dormitório, com U
COB
=0,62W/m².K, U
PAR
=1,0W/m².K e α=0,40
para parede e cobertura, foi escolhido para ser analisado por
apresentar um bom desempenho térmico com um baixo somatório de
graus-hora, em todos os modelos. Na
Figura 72 são apresentados os
balanços térmicos das quatro estações do ano, para o dormitório do
modelo com 63m² de área construída. Para os outros três modelos, o
balanço está apresentado no Apêndice I. Tal caso apresenta menor
160
desconforto térmico, tanto por calor quanto por frio, quando
comparado com os casos apresentados anteriormente. A ocupação
representa o maior ganho de calor nas quatro estações do ano, sendo
no inverno o maior ganho do ano (57,3%). Também no inverno há uma
dissipação de calor, através do piso (19,2%), pois tal componente
possui uma transmitância de 2,92W/m².K. As maiores perdas de calor
ocorrem através da ventilação no verão, no outono e na primavera.
Porém, no inverno, não ocorrem perdas de calor pela ventilação, o que
torna-se importante para não causar desconforto térmico.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 72 Balanço térmico do dormitório do modelo com 63m² do caso com
U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,0 e α
PAR
=0,40.
49,86
6,56
7,87
-2,96
22,22
-0,81
27,80
-2,73
43,05
-4,08
18,32
-13,44
22,05
-0,58
0,94
-148,02
15,18
-43,74
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
58,53
6,85
1,32
-11,93
11,22
-3,39
19,71
-3,26
31,91
-2,72
14,34
-8,45
10,32
-8,13
0,34
-114,15
26,66
-28,02
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
62,94
7,00
0,98
-15,83
0,62
-6,83
1,55
-7,47
4,09
-8,14
1,73
-21,01
0,45
-18,91
0,29
-9,71
30,18
-21,81
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Infiltração
Ventilação Int.
59,71
6,78
4,87
-4,63
14,14
-2,10
18,66
-4,11
30,63
-4,85
13,53
-9,89
13,16
-2,96
0,55
-116,41
24,58
-42,06
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Infiltração
Ventilação Int.
161
A ocupação foi responsável, em todos os modelos, pelos maiores
ganhos de calor nas quatro estações, exceto no verão, para os modelos
com área construída de 300m² e 150m². Nos ambientes com maior
área, a ocupação apresentou menor influência nos ganhos de calor. As
perdas por ventilação - no verão, no outono e na primavera - em todos
os modelos, são maiores que 50%, chegando até 68% no outono, para
o dormitório do modelo com área construída de 150m². O piso foi o
componente que mais dissipou calor em todos os modelos, exceto no
inverno, no modelo com 300m². A maior dissipação de calor no
inverno, para modelo com 300m², ocorreu através do forro da
cobertura, em que a área do mesmo é de 28,45m². Já no modelo com
área construída de 36m², com 7,95m² da área do forro da cobertura, a
dissipação de calor pelo mesmo foi 50% menor, em relação ao modelo
com 300m². Em todos os modelos, a ventilação interna dos ambientes
apresentou perdas de aproximadamente 20%, para o inverno.
Para todos os modelos analisados, os ganhos, através da
iluminação e das janelas, não apresentaram grandes influências. A
ocupação para os dormitórios com menor área do ambiente é
importante nos ganhos de calor, porém, nos dormitórios com maior
área do ambiente, a influência é menor. Nos casos com parede e
cobertura com absortância de 0,20, a principal perda de calor ocorre
pela cobertura e o principal ganho ocorre pela ocupação. Nos casos
com absortância de 0,80, os principais ganhos de calor, no verão, foram
pelas paredes (internas e externas) e pela cobertura. Nesses casos, com
absortância de 0,80, ocorre perda de calor no inverno, através da
ventilação, devido à temperatura interna estar superior à temperatura
de controle da ventilação. Nos casos com a absortância de 0,20, não
ocorre perda de calor através da ventilação, no inverno. Observa-se
que, em todos os modelos, os ganhos de calor, através das paredes
internas, são consideráveis. Os ganhos provenientes das paredes
internas ocorreram devido ao armazenamento de calor durante o
período diurno e a dissipação deste calor no período noturno. Em
relação ao componente do piso, o modelo que possui o dormitório no
segundo pavimento (modelo com 300m²) não apresenta perdas de
calor através deste componente, somente ganhos. Nos modelos em
que o piso do dormitório está em contato com o solo, tal componente
apresenta ganhos e perdas de calor.
162
4.4.2 Análise do balanço térmico da sala
Na Tabela 30, são apresentas as áreas dos componentes
construtivos da sala de cada modelo. Os dados são referentes às
seguintes áreas: do ambiente, das paredes externas e internas, da
janela, das superfícies em contato com exterior, orientação das
paredes externas e o volume do ambiente.
Tabela 30 Áreas dos componentes construtivos da sala de cada modelo.
Modelo
Área (m²)
Ambiente
Volume
(m³)
Paredes
Janela
Contato com
exterior
Leste Sul
Oeste/
Norte
Internas
Total Solo
Cobertura
Modelo 1
13,8 38,6 8,40 16,8
5,0 20,4 50,6 2,3 13,8
13,8
Modelo 2
22,7 63,5 9,80 16,8
- 32,2 58,8 3,0 22,7
22,7
Modelo 3
30,9 86,5 13,4 18,2
- 31,6 63,2 4,3 30,9
30,9
Modelo 4
56,7 158,8 29,4 11,3
15,4 46,2 102,3
7,8 56,7
-
Para comparação do balanço térmico da sala, foi selecionado o
caso base U
COB
=1,92W/m².K, α
COB
=0,40, U
PAR
=2,24W/m².K, α
PAR
=0,40 e
outro caso com as mesmas absortâncias da cobertura e da parede,
alterando os valores da transmitância, para a parede U
PAR
=1,80W/m².K
e para a cobertura U
COB
=1,09W/m².K.
Na Figura 73, são apresentados os gráficos do balanço térmico
do dormitório do caso base para o modelo com 36m² de área
construída. Para as outras três tipologias são apresentados no
Apêndice J. Observa-se no gráfico que, para a sala, as principais perdas
de calor acontecem pela ventilação e ventilação interna do ar entre os
ambientes. No verão, no outono e na primavera, isso representou de
75% a 90% das perdas de calor. Entretanto, para a ventilação interna
de ar entre os ambientes também ocorreram ganhos de calor, nas
quatro estações do ano, devido as portas internas permanecerem
abertas as 24h. Além da ventilação interna entre os ambientes, os
outros dois principais ganhos de calor, em todas as estações do ano,
são provenientes da ocupação e dos equipamentos, que são de 33% a
66%. As paredes externas, no verão, são responsáveis por
163
aproximadamente 22% dos ganhos de calor do ambiente. No inverno,
representam 22,3% das perdas de calor.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 73 Balanço térmico da sala do modelo com 36m²; caso com U
COB
=1,92
W/m².K; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24 W/m².K e α
PAR
=0,40.
Comparando todas as salas dos outros modelos para o caso
acima, a ocupação representou os maiores ganhos de calor, nos
modelos com 36m² e 63m² de área construída. Os ganhos de calor da
ocupação são mais relevantes nas salas com menores áreas dos
ambientes. No verão, a sala do modelo com 150m² de área construída
apresentou grandes ganhos de calor - pelas paredes e pelo forro da
cobertura - e o modelo com 300m² demonstrou os maiores ganhos de
calor pela ventilação interna do ar entre o ambientes, pelo forro, piso e
78,80
65,71
10,59
7,28
-3,50
33,74
-0,45
39,31
-2,87
-1,27
23,23
65,20
-8,98
20,16
-20,93
42,93
-2,00
1,49
-309,74
54,39
-106,49
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
104,55
68,70
11,13
1,15
-13,46
12,95
-13,76
13,39
-25,03
-8,26
9,91
30,76
-9,67
16,41
-10,62
10,86
-31,49
0,96
-169,58
70,73
-88,94
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
118,45
70,19
11,39
0,89
-16,95
6,01
-21,33
2,62
-34,93
-11,32
3,55
6,43
-13,65
7,94
-22,69
2,33
-49,59
1,17
-49,00
61,51
-83,59
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste
Par. Int.
Piso
Forro Ventilação Ventilação Int.
103,99
67,95
11,00
4,67
-5,39
20,41
-3,96
25,62
-7,25
-2,79
14,71
42,20
-8,85
14,86
-14,84
23,96
-10,63
1,37
-235,42
56,99
-126,37
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste
Par. Int.
Piso
Forro Ventilação Ventilação Int.
164
pela parede leste. A parede leste possui uma área duas vezes maior
que a área da parede norte. No inverno, para todos os modelos, as
maiores perdas ocorrem através do forro da cobertura, do piso e pela
ventilação interna do ar entre os ambientes.
Analisando o caso com U
COB
=1,09 W/m².K, U
PAR
=1,80 W/m².K e
absortância de 0,40, para a parede e para a cobertura (Figura 74),
observa-se que na sala do modelo com 150m² de área construída
ocorreram grandes perdas de calor pela ventilação, no verão e na
primavera. No outono também ocorreram perdas, contudo em menor
proporção.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 74 Balanço térmico da sala do modelo com 150m²; caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,8 e α
PAR
=0,40.
52,86
38,44
13,46
13,51
-5,06
46,06
-0,48
42,40
-3,90
76,71
1,85
46,16
-27,96
63,51
-1,70
2,40
-350.75
47,22
-51,86
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
67,36
40,19
14,07
2,84
-22,98
17,37
-11,01
14,26
-18,54
36,88
-6,11
31,97
-12,29
17,60
-27,97
1,25
-163,71
54,17
-41,78
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
76,07
41,06
14,38
2,51
-27,53
6,10
-16,66
1,15
-23,99
5,54
-14,72
12,31
-27,24
1,13
-47,65
1,29
-22,36
56,43
-40,65
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
67,74
39,75
13,92
8,83
-8,80
26,15
-3,68
25,68
-6,93
48,35
-5,30
31,46
-20,20
33,91
-10,33
1,79
-236,37
44,20
-63,00
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
165
Observa-se também, na Figura 74, que nas paredes externas, no
verão, predominam os ganhos de calor; no outono, ocorre um
equilíbrio entre perdas e ganhos de calor; no inverno, as perdas são
maiores que os ganhos. A janela apresentou perdas de calor em todas
as estações do ano, mais evidentes no inverno e no outono, em relação
às outras estações. Quando a parede possui transmitâncias mais
baixas, ocorre dissipação de calor, através da janela, o que não
acontece nos casos com transmitâncias de 2,24W/m².K. As paredes
internas, no verão e no outono, armazenaram calor no período diurno
e dissiparam este calor para o ambiente no período noturno, no qual a
temperatura do ar reduz. Porém, no inverno, estas absorvem calor. O
comportamento do piso, no outono, é diferente das outras estações.
Nessa estação, o piso apresenta maiores ganhos de calor e perdas
mínimas. Entretanto, na primavera e no inverno acontece o inverso,
quando o piso apresenta grandes perdas de calor e pequenos ganhos.
No verão ocorre um equilíbrio entre perdas e ganhos.
Comparando a sala do mesmo caso acima com os outros
modelos (Apêndice K), verifica-se que a ventilação apresentou grandes
perdas de calor em todas as estações do ano, com exceção do inverno.
Nesta estação as maiores perdas de calor acontecem pelas trocas
internas de ar entre os ambientes. Tais perdas de calor, no inverno,
poderiam ser evitadas se as simulações tivessem sido realizadas com as
portas dos ambientes fechadas. No inverno, os maiores ganhos de calor
ocorrem pela ocupação e pelas cargas internas dos equipamentos.
Todos os modelos apresentaram grandes ganhos de calor, através do
piso, exceto o modelo com 36m² de área construída, o qual possui
menor área de piso. O modelo com 300m², que possui uma área de
piso de 56,7m², apresentou ganhos de calor de aproximadamente 22%
do ambiente.
Comparando as diferentes transmitâncias nos modelos acima, os
que possuem a sala em contato com a cobertura (U
COB
=1,92W/m².K)
apresentam maiores ganhos e perdas de calor, em relação a
U
COB
=1,09W/m².K. O modelo em que a sala não tem contato com a
cobertura, no verão, também apresenta grandes ganhos de calor pela
laje, entre os pavimentos (forro da sala). Isso ocorre devido ao
ambiente do segundo pavimento estar dissipando calor para o térreo.
No caso com U
COB
=1,09 e U
PAR
=1,80, a ocupação representa os maiores
ganhos de calor em todos os modelos, exceto na sala do modelo com
166
300m² de área construída, que possui outros ganhos mais relevantes.
No verão, são advindos da parede leste, da ventilação interna de ar
entre os ambientes e da laje entre os pavimentos; no outono são
provenientes do piso. Quando as transmitâncias da parede são de
1,80W/m²,K, os ganhos internos de calor são mais relevantes, pela
dificuldade da parede de dissipar o calor.
4.4.3 Considerações das análises de balanço térmico
A principal perda de calor, no verão, outono e primavera,
ocorreu pela ventilação. Dos casos simulados, os que possuem
transmitâncias e absortâncias mais altas apresentaram maiores perdas
de calor, através da ventilação, devido a estes casos terem mais calor
para ser dissipado. No inverno, as principais perdas de calor ocorreram
através da cobertura, quando estas possuem transmitância da
cobertura de 1,92W/m².K e das paredes de 2,24W/m².K. Já os casos
com as mesmas transmitâncias e com absortâncias altas apresentam
grandes perdas através da ventilação, no período de inverno. No
outono, os maiores ganhos de calor ocorrem pelo piso, por este
período não apresentar sombreamento das aberturas. Em todos os
modelos os ganhos de calor pelas cargas internas de equipamentos são
relevantes na sala, ao contrário dos ganhos de calor pela iluminação,
que foram pequenos.
Em todos os modelos a cobertura foi um dos principais
componentes construtivo nos ganhos e perdas de calor. Porém, nos
ambientes dos modelos com menor área construída, as paredes
mostraram maior influência do que nos ambientes dos modelos com
maior área construída.
A NBR 15251 estabelece que as medições de desempenho
térmico dos ambientes devem desconsiderar a ocupação, os
equipamentos e a iluminação. Entretanto, as simulações mostraram
que a ocupação e os equipamentos são importantes fontes de ganhos
de calor, que influenciam no desempenho térmico dos ambientes nas
edificações.
Os balanços térmicos analisados apresentaram, um erro de até
10%, em relação às perdas e ganhos de calor.
167
5.
CONCLUSÕES
Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de investigar a
influência da área de superfície exposta ao exterior e do tamanho do
ambiente, no desempenho térmico de edificações residenciais,
ventiladas naturalmente. Foram analisados quatro diferentes modelos
de edificações residenciais. A análise do desempenho térmico foi
desenvolvida através de simulações computacionais, utilizando o
programa de simulação térmico energético EnergyPlus, versão 3.1.0.
Um dos objetivos específicos deste trabalho foi analisar a
influência dos parâmetros da ventilação natural, nas renovações de ar
e no desempenho térmico das simulações de ventilação natural. Os
parâmetros de ventilação natural foram analisados através da média
anual de renovações de ar, e o desempenho térmico, pela quantidade
de graus-hora de aquecimento e resfriamento dos ambientes.
As simulações da análise da influência dos parâmetros de
ventilação natural mostraram que os mesmos apresentaram grandes
influências nas renovações de ar. Pode-se destacar o parâmetro da
rugosidade do entorno como o mais importante nas renovações de ar
(150%), sucessivamente o coeficiente de pressão (144%) e o coeficiente
de descarga (91%). O coeficiente de fluxo de massa de ar por frestas
apresentou pequenas influências nas renovações de ar.
A influência dos parâmetros de ventilação, nos graus-hora de
resfriamento, resultou em uma relação não linear e, à medida que há
maior infiltração de ar, os valores de graus-hora de resfriamento
decrescem. A provável causa da não linearidade é que nas horas mais
quentes, a diferença da temperatura interna e externa (ΔT) pode
tender a diminuir para menores diferenças de temperaturas, assim não
adianta aumentar o número de renovações de ar. Salientando-se que o
aumento do número de renovações de ar pode proporcionar conforto
ao usuário através do efeito fisiológico, o qual não foi avaliado com
este método. Para os graus-hora de aquecimento, os parâmetros da
ventilação natural não apresentaram influências significativas.
Os componentes da envoltória da edificação são determinantes
no desempenho térmico. As propriedades termofísicas dos materiais
influenciam significativamente nos fluxos de calor. Através dos casos
simulados, observaram-se diferentes influências nos graus-hora, que
168
dependem da área de superfície exposta ao exterior e do tamanho do
ambiente combinados com as transmitâncias térmicas da cobertura e
das paredes e das absortâncias das superfícies externas da envoltória.
Os resultados das correlações dos componentes da envoltória
apontam que o fator solar da cobertura tem grande influência nos
graus-hora de resfriamento, para os ambientes dos quatro modelos.
Todavia, o fator solar das paredes apresentou menor influência, exceto
no modelo com 36m² de área construída, que a área parede exposta ao
exterior é superior a área do forro em contato com a cobertura.
Os graus-hora de aquecimento com os componentes da
envoltória resultaram em correlações fracas, indicando que os
componentes da envoltória não são a principal variável que influencia
nos graus-hora de aquecimento.
Os resultados mostraram que o aumento da área de superfície
exposta ao exterior e do tamanho do ambiente está proporcionando
um aumento no número de graus hora de aquecimento dos ambientes.
Para as condições das simulações realizadas, com sistema de
controle da ventilação seletiva, ocupação e cargas internas adotadas,
mostrou que os resultados das simulações contradizem os limites
máximos de atraso térmico estabelecidos pela NBR-15220-3 para
paredes e coberturas para a zona bioclimática 3, que é de 3,3 horas e
4,3 horas, respectivamente. Os casos simulados com paredes e
coberturas que ultrapassaram o limite de atraso térmico da norma
apresentaram melhor desempenho térmico que os casos com
componentes da envoltória, que atendem os critérios da norma.
Ressalta-se que a NBR-15220 é de desempenho térmico para
habitações de interesse social, sendo que os critérios utilizados foram
para todas as tipologias do trabalho.
As simulações mostraram que as coberturas escuras resultam
em um desempenho muito inferior em relação às coberturas claras.
Seria importante que as normas estabelecessem um limite de
absortância para as coberturas. Tal limitação pode proporcionar um
melhor desempenho térmico para as residências.
Os casos simulados, nos diferentes modelos e com melhor
desempenho térmico, demonstraram uma tendência das
transmitâncias de até 1,09W/m
2
.K, para a cobertura, e até 1,80W/m
2
.K,
para as paredes. No entanto, os casos com pior desempenho térmico
possuem transmitâncias da cobertura de 1,92W/m
2
.K e de 2,24
169
W/m
2
.K, para paredes. Dentre os casos simulados, os que possuem
transmitância e absortância da cobertura de 1,92W/m
2
.K e de 0,20,
respectivamente, os ambientes do modelo com 300m² de área
construída, apresentaram maior desconforto por frio, devido à
cobertura dissipar mais calor. Todavia, os casos com transmitância de
1,92W/m
2
.K e absortância de 0,80 para a cobertura, nos quatro
modelos analisados, demonstraram maior desconforto por calor,
devido a cobertura absorver mais calor. O fator solar dessa cobertura
atende o critério da NBR-15220-3, é menor que FS
o
, ou seja, menor que
6,5. Contudo, foi tal cobertura que apresentou pior desempenho
térmico.
De acordo com a análise dos balanços térmicos, identificou-se
que a ocupação predomina nos ganhos internos de calor do ambiente.
Nos ambientes com menor área, os ganhos internos de calor pela
ocupação são mais significativos. Entretanto, nos ambientes com maior
área, são menos relevantes. O componente construtivo piso
apresentou variações de ganhos e perdas de calor em todos os
modelos, e comportamentos diferenciados nas estações do ano.
Portanto, as normas deveriam estabelecer diretrizes para tal
componente. As janelas apresentam maiores perdas de calor no
inverno, quando as paredes possuem uma transmitância mais baixa.
Em todos os modelos a cobertura foi um dos principais
componentes construtivo nos ganhos e perdas de calor, já, nos
modelos com menor área construída (ambientes menores) as paredes
mostraram maior influência que nos modelos com maior área
construída (ambientes maiores).
Todos os casos simulados são ventilados naturalmente.
Portanto, as maiores perdas de calor, em todos os modelos e
geralmente em todas as estações, com exceção do inverno, ocorrem
através da ventilação. Nos casos com transmitâncias mais baixas, as
perdas de calor pela ventilação são maiores. Nesses casos, as paredes e
coberturas dificultam a dissipação do calor.
As diferenças encontradas no desempenho térmico dos
ambientes estudados podem ser explicadas pelas diferentes áreas de
superfície expostas ao exterior, pelo tamanho dos ambientes, pelas
superfícies em contato com o solo e com a cobertura. Estes parâmetros
são importantes para definir as condições térmicas dos ambientes.
Lembrando-se que outros parâmetros como a ocupação, o padrão de
170
uso da ventilação e as cargas internas também são importantes nas
avaliações, porém neste trabalho adotou-se parâmetros fixos para a
ocupação, a iluminação, as cargas internas e para a ventilação utilizou-
se o critério seletivo (ventila quando compensa).
Cabe destacar que os resultados do presente estudo se referem
a edificações residenciais, ventiladas naturalmente, com a condição da
ventilação seletiva, sem interferência dos usuários. Diferentes cargas
térmicas internas e ocupação podem influenciar nos resultados
obtidos.
5.1 Limitações
Variar o coeficiente de descarga quando o sombreamento está
ativo. A única forma de variar o coeficiente de descarga no EnergyPlus
quando o sombreamento estiver ativo é através de um controle por
diferenças de temperatura. Neste caso a variação do C
D
estará
vinculada ao fator de abertura que está relacionado com diferença
entre a temperatura interna e externa. Para esta pesquisa não seria o
controle ideal, pois o objetivo era buscar o máximo desempenho da
ventilação natural.
As quatro tipologias residenciais adotas nesta pesquisa possuem
formatos retangulares, devido as limitações para obtenção de C
P
.
5.2 Recomendações para trabalhos futuros:
No decorrer deste trabalho surgiram algumas indagações que
podem ser contempladas em futuros trabalhos sobre o assunto:
• Analisar a influência dos parâmetros de ventilação em
outros climas;
• Investigar o erro do balanço térmico, através de
simulações com o algoritmo de diferenças finitas e
também aumentar os dias Warmup Days;
• Analisar o desempenho térmico dos modelos com
diferentes orientações, através de regressões múltiplas;
• Combinar as simulações do modelo de rede com os
programas de CFD para analisar a distribuição dos fluxos
de ar nos ambientes;
171
• Simular a ventilação natural com diferentes estratégias de
ventilação, considerando o comportamento do usuário;
• Estudar o desempenho térmico em diferentes tipologias
de edificações;
• Estudar o desempenho dos modelos com
condicionamento ambiental artificial.
172
REFERÊNCIAS
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220:
Desempenho térmico de edificações. Rio de Janeiro, 2005.
______. NBR 15220-2: Desempenho térmico de edificações – Parte 2:
Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica,
do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de
edificações. Rio de Janeiro, 2005.
______. NBR 15220-3: Desempenho térmico de edificações – Parte 3:
Zoneamento bioclimático brasileiro e estratégias de condicionamento
térmico passivo para habitações de interesse social. Rio de Janeiro,
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181
APÊNDICES
182
Apêndice A – Valores dos C
P
s da análise da sensibilidade.
Tabela 31 Valores dos C
P
s estimados através do CPCALC+ sem densidade do
entorno.
α CP 1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,606 -0,468 -0,274 -0,319 -0,463 -0,531 -0,788 0,055 -0,117
15 0,445 -0,449 -0,188 -0,226 -0,282 -0,298 -0,599 0,044 -0,141
30 0,308 -0,39 -0,3 -0,332 -0,124 0,04 0,0014 0,030 -0,152
45 0,081 -0,236 -0,319 -0,357 -0,055 0,153 0,314 0,002 -0,153
60 -0,01 -0,218 -0,467 -0,555 0,09 0,417 0,668 -0,012 -0,189
75 -0,282 -0,188 -0,586 -0,669 0,208 0,547 0,663 -0,096 -0,165
90 -0,457 -0,236 -0,407 -0,556 0,347 0,694 0,606 -0,299 -0,115
105
-0,585 -0,199 -0,298 -0,263 0,536 0,677 0,445 -0,292 -0,100
120
-0,482 -0,21 -0,091 0,013 0,632 0,633 0,308 -0,300 -0,090
135
-0,313 -0,227 -0,012 0,104 0,295 0,293 0,081 -0,262 -0,074
150
-0,292 -0,363 0,173 0,328 -0,089 0,054 -0,01 -0,247 -0,075
165
-0,195 -0,414 0,31 0,453 -0,76 -0,488 -0,282 -0,261 -0,062
180
-0,278 -0,623 0,471 0,597 -0,829 -0,76 -0,457 -0,246 -0,037
195
-0,229 -0,417 0,628 0,62 -0,481 -0,533 -0,585 -0,261 -0,062
210
-0,259 0,067 0,7 0,604 -0,429 -0,445 -0,482 -0,247 -0,075
225
-0,278 0,285 0,329 0,283 -0,276 -0,292 -0,313 -0,262 -0,074
240
-0,421 0,631 -0,057 0,031 -0,256 -0,271 -0,292 -0,300 -0,090
255
-0,499 0,703 -0,763 -0,507 -0,297 -0,217 -0,195 -0,292 -0,100
270
-0,788 0,750 -0,756 -0,896 -0,315 -0,279 -0,278 -0,299 -0,115
285
-0,599 0,603 -0,446 -0,59 -0,214 -0,199 -0,229 -0,096 -0,165
300
0,014 0,474 -0,387 -0,495 -0,354 -0,287 -0,259 -0,012 -0,189
315
0,314 0,185 -0,253 -0,326 -0,375 -0,309 -0,278 0,002 -0,153
330
0,688 0,06 -0,236 -0,303 -0,528 -0,484 -0,421 0,030 -0,152
345
0,663 -0,275 -0,247 -0,257 -0,68 -0,58 -0,499 0,044 -0,141
183
Tabela 32 Valores dos C
P
s estimados através do CPCALC+ com densidade do
entorno de 28%.
α CP 1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,059 -0,17 -0,098 -0,079 -0,115 -0,181 -0,268 0,000 -0,001
15 0,043 -0,163 -0,068 -0,056 -0,022 -0,029 -0,058 0,000 -0,001
30 0,03 -0,142 -0,108 -0,082 -0,01 0,004 0,001 0,000 -0,001
45 0,008 -0,086 -0,115 -0,089 -0,004 0,015 0,030 0,000 -0,001
60 -0,001 -0,079 -0,168 -0,138 0,007 0,040 0,065 0,000 -0,001
75 -0,027 -0,068 -0,210 -0,166 0,016 0,053 0,064 0,000 -0,001
90 -0,156 -0,086 -0,146 -0,138 0,027 0,067 0,059 0,000 -0,001
105
-0,199 -0,072 -0,033 -0,02 0,041 0,066 0,043 0,000 -0,001
120
-0,164 -0,076 -0,010 0,001 0,049 0,061 0,030 0,000 -0,001
135
-0,107 -0,083 -0,001 0,008 0,023 0,028 0,008 0,000 -0,001
150
-0,099 -0,132 0,019 0,025 -0,007 0,005 -0,001 0,000 -0,001
165
-0,066 -0,150 0,035 0,035 -0,058 -0,047 -0,027 0,000 -0,001
180
-0,095 -0,226 0,053 0,046 -0,206 -0,259 -0,156 0,000 -0,001
195
-0,078 -0,033 0,070 0,048 -0,119 -0,181 -0,199 0,000 -0,001
210
-0,088 0,005 0,079 0,046 -0,106 -0,152 -0,164 0,000 -0,001
225
-0,095 0,023 0,037 0,022 -0,069 -0,099 -0,107 0,000 -0,001
240
-0,143 0,050 -0,006 0,002 -0,064 -0,092 -0,099 0,000 -0,001
255
-0,170 0,056 -0,086 -0,039 -0,074 -0,074 -0,066 0,000 -0,001
270
-0,268 0,060 -0,271 -0,222 -0,078 -0,095 -0,095 0,000 -0,001
285
-0,058 0,048 -0,160 -0,146 -0,053 -0,068 -0,078 0,000 -0,001
300
0,001 0,038 -0,139 -0,123 -0,088 -0,098 -0,088 0,000 -0,001
315
0,030 0,015 -0,091 -0,081 -0,093 -0,105 -0,095 0,000 -0,001
330
0,065 0,005 -0,085 -0,075 -0,131 -0,165 -0,143 0,000 -0,001
345
0,064 -0,022 -0,088 -0,064 -0,169 -0,197 -0,170 0,000 -0,001
184
Tabela 33 Valores dos C
P
s estimados através do TNO com densidade de 28%.
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,177 -0,369 -0,099 -0,099 -0,499 -0,303 -0,355 -0,216 -0,437
15
0,115 -0,339 -0,093 -0,094 -0,351 -0,205 -0,246 -0,215 -0,436
30
0,122 -0,251 -0,1 -0,103 -0,142 -0,079 -0,096 -0,266 -0,432
45
0,045 -0,158 -0,145 -0,152 0,065 0,04 0,048 -0,328 -0,394
60
-0,089 -0,107 -0,223 -0,238 0,19 0,091 0,137 -0,405 -0,384
75
-0,228 -0,096 -0,292 -0,312 0,218 0,104 0,125 -0,387 -0,396
90
-0,334 -0,1 -0,312 -0,341 0,177 0,172 0,181 -0,398 -0,401
105
-0,305 -0,1 -0,212 -0,234 0,115 0,209 0,216 -0,398 -0,389
120
-0,235 -0,111 -0,083 -0,091 0,122 0,197 0,175 -0,387 -0,384
135
-0,15 -0,17 0,039 0,046 0,045 0,076 0,059 -0,387 -0,403
150
-0,103 -0,28 0,115 0,126 -0,089 -0,164 -0,127 -0,319 -0,409
165
-0,093 -0,4 0,151 0,117 -0,228 -0,418 -0,317 -0,393 -0,378
180
-0,1 -0,434 0,179 0,178 -0,334 -0,578 -0,452 -0,406 -0,369
195
-0,1 -0,303 0,21 0,215 -0,305 -0,367 -0,419 -0,394 -0,377
210
-0,114 -0,121 0,197 0,181 -0,235 -0,264 -0,287 -0,319 -0,409
225
-0,18 0,056 0,074 0,061 -0,15 -0,196 -0,173 -0,387 -0,403
240
-0,31 0,169 -0,163 -0,134 -0,103 -0,116 -0,112 -0,387 -0,384
255
-0,46 0,215 -0,397 -0,333 -0,093 -0,1 -0,1 -0,398 -0,389
270
-0,499 0,171 -0,526 -0,474 -0,1 -0,098 -0,099 -0,398 -0,402
285
-0,351 0,138 -0,442 -0,44 -0,1 -0,09 -0,096 -0,387 -0,395
300
-0,142 0,148 -0,305 -0,297 -0,114 -0,098 -0,105 -0,405 -0,384
315
0,065 0,048 -0,181 -0,176 -0,18 -0,142 -0,156 -0,329 -0,394
330
0,19 -0,1 -0,116 -0,113 -0,31 -0,219 -0,245 -0,266 -0,432
345
0,218 -0,256 -0,1 -0,1 -0,46 -0,277 -0,326 -0,216 -0,437
185
Tabela 34
Valores dos C
P
s estimados através do TNO, sem densidade do entorno.
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,19 -0,368 -0,099 -0,1 -0,302 -0,355 -0,478 -0,185 -0,426
15 0,164 -0,336 -0,093 -0,095 -0,205 -0,246 -0,35 -0,206 -0,433
30 0,125 -0,25 -0,1 -0,103 -0,079 -0,096 -0,142 -0,262 -0,432
45 0,042 -0,158 -0,145 -0,152 0,038 0,045 0,065 -0,339 -0,394
60 -0,089 -0,107 -0,223 -0,238 0,11 0,136 0,19 -0,402 -0,384
75 -0,228 -0,097 -0,292 -0,315 0,144 0,176 0,212 -0,387 -0,388
90 -0,333 -0,101 -0,312 -0,34 0,171 0,198 0,19 -0,394 -0,394
105
-0,309 -0,1 -0,212 -0,234 0,206 0,209 0,164 -0,388 -0,388
120
-0,234 -0,111 -0,083 -0,092 0,197 0,175 0,125 -0,384 -0,384
135
-0,15 -0,169 0,039 0,043 0,076 0,059 0,042 -0,388 -0,403
150
-0,103 -0,274 0,115 0,128 -0,164 -0,127 -0,089 -0,319 -0,409
165
-0,095 -0,378 0,151 0,167 -0,411 -0,317 -0,228 -0,392 -0,371
180
-0,1 -0,425 0,179 0,19 -0,543 -0,441 -0,333 -0,417 -0,351
195
-0,1 -0,303 0,21 0,209 -0,452 -0,389 -0,309 -0,392 -0,371
210
-0,114 -0,121 0,197 0,181 -0,31 -0,279 -0,234 -0,319 -0,409
225
-0,176 0,056 0,074 0,062 -0,182 -0,171 -0,15 -0,388 -0,403
240
-0,292 0,169 -0,163 -0,134 -0,116 -0,112 -0,103 -0,384 -0,384
255
-0,413 0,207 -0,397 -0,332 -0,1 -0,1 -0,095 -0,388 -0,388
270
-0,478 0,202 -0,526 -0,458 -0,098 -0,101 -0,1 -0,394 -0,394
285
-0,35 0,184 -0,442 -0,4 -0,092 -0,097 -0,1 -0,387 -0,388
300
-0,142 0,142 -0,305 -0,285 -0,098 -0,105 -0,114 -0,402 -0,384
315
0,065 0,047 -0,181 -0,173 -0,142 -0,156 -0,176 -0,339 -0,394
330
0,19 -0,101 -0,116 -0,113 -0,218 -0,245 -0,292 -0,262 -0,432
345
0,212 -0,256 -0,1 -0,1 -0,284 -0,326 -0,413 -0,206 -0,433
186
Tabela 35
C
P
s estimados através da Base de dados de Tóquio (Wind Pressure), sem
densidade do entorno.
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,639 -0,367, -0,377 -0,376 -0,88 -0,661 -0,46 -0,536 0,05
15 0,517 -0,073, -0,432 -0,407 -0,636 -0,734 -0,636 -0,549 -0,09
30 0,381 0,048, -0,434 -0,466 -0,584 -0,584 -0,654 -0,657 -0,19
45 0,199 0,243, -0,577 -0,634 -0,382 -0,491 -0,527 -0,703 -0,223
60 0,031 0,502, -0,612 -0,699 -0,343 -0,371 -0,49 -0,598 -0,303
75 -0,124 0,63, -0,482 -0,603 -0,219 -0,28 -0,349 -0,52 -0,318
90 -0,81 0,728, -0,841 -0,753 -0,269 -0,262 -0,275 -0,325 -0,354
105
-0,605 0,802, -0,625 -0,365 -0,219 -0,280 -0,349 -0,331 -0,593
120
-0,6 0,685, -0,015 0,101 -0,343 -0,371 -0,490 -0,21 -0,624
135
-0,512 0,504, 0,431 0,397 -0,382 -0,491 -0,526 -0,176 -0,695
150
-0,396 0,235, 0,640 0,555 -0,475 -0,584 -0,654 0,09 -0,713
165
-0,281 -0,198, 0,639 0,643 -0,696 -0,794 -0,695 -0,07 -0,645
180
-0,287 -0,787, 0,579 0,667 -0,879 -0,661 -0,459 0 -0,567
195
-0,466 -0,735, 0,371 0,543 -0,492 -0,205 -0,149 -0,14 -0,687
210
-0,514 -0,572, 0,236 0,432 0,085 0,177 0,006 -0,18 -0,64
225
-0,623 -0,48, 0,075 0,252 0,51 0,43 0,111 -0,23 -0,572
240
-0,58 -0,236, -0,027 0,037 0,636 0,611 0,353 -0,241 -0,545
255
-0,567 -0,271, -0,125 -0,18 0,628 0,772 0,507 -0,313 -0,661
270
-0,36 -0,262, -0,356 -0,473 0,473 0,722 0,567 -0,354 -0,325
285
-0,124 -0,32, -0,482 -0,603 0,442 0,717 0,636 -0,593 -0,331
300
0,031 -0,426, -0,612 -0,699 0,32 0,593 0,652 -0,624 -0,21
315
0,199 -0,469, -0,577 -0,634 0,158 0,374 0,498 -0,695 -0,176
330
0,381 -0,619, -0,494 -0,468 0,011 0,141 0,127 -0,713 0,09
345
0,517 -0,739; -0,432 -0,406 -0,144 -0,135 -0,38 -0,645 -0,07
187
Tabela 36 Valores dos CPs estimados através do EnergyPlus com equação e Swami
e Chandra.
α Cp1 Cp2 Cp3 Cp4
0 0,6 -0,6 -0,4 -0,6
15 0,5 -0,2 -0,4 -0,7
30 0,4 0,1 -0,5 -0,6
45 0,3 0,3 -0,6 -0,5
60 0 0,5 -0,6 -0,4
75 -0,3 0,5 -0,6 -0,3
90 -0,5 0,6 -0,6 -0,3
105 -0,6 0,5 -0,3 -0,3
120 -0,6 0,5 0 -0,4
135 -0,6 0,3 0,3 -0,5
150 -0,5 0,1 0,4 -0,6
165 -0,4 -0,2 0,5 -0,7
180 -0,4 -0,6 0,6 -0,6
195 -0,4 -0,7 0,6 -0,2
210 -0,5 -0,6 0,4 0,1
225 -0,6 -0,5 0,3 0,3
240 -0,6 -0,4 0 0,5
255 -0,6 -0,3 -0,3 0,5
270 -0,5 -0,3 -0,6 0,6
285 -0,3 -0,3 -0,6 0,5
300 0 -0,4 -0,6 0,5
315 0,3 -0,5 -0,3 0,3
330 0,4 -0,6 -0,5 0,1
345 0,5 -0,7 -0,4 -0,2
188
Apêndice B – Valores dos C
P
s da análise da influência da área de
superfície exposta ao exterior e do tamanho do
ambiente.
Tabela 37 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o modelo 1 com
área construída de 36m².
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9
0 0,19 -0,368 -0,099 -0,1 -0,302 -0,355 -0,478 -0,185 -0,426
15 0,164 -0,336 -0,093 -0,095 -0,205 -0,246 -0,35 -0,206 -0,433
30 0,125 -0,25 -0,1 -0,103 -0,079 -0,096 -0,142 -0,262 -0,432
45 0,042 -0,158 -0,145 -0,152 0,038 0,045 0,065 -0,339 -0,394
60 -0,089 -0,107 -0,223 -0,238 0,11 0,136 0,19 -0,402 -0,384
75 -0,228 -0,097 -0,292 -0,315 0,144 0,176 0,212 -0,387 -0,388
90 -0,333 -0,101 -0,312 -0,34 0,171 0,198 0,19 -0,394 -0,394
105
-0,309 -0,1 -0,212 -0,234 0,206 0,209 0,164 -0,388 -0,388
120
-0,234 -0,111 -0,083 -0,092 0,197 0,175 0,125 -0,384 -0,384
135
-0,15 -0,169 0,039 0,043 0,076 0,059 0,042 -0,388 -0,403
150
-0,103 -0,274 0,115 0,128 -0,164 -0,127 -0,089 -0,319 -0,409
165
-0,095 -0,378 0,151 0,167 -0,411 -0,317 -0,228 -0,392 -0,371
180
-0,1 -0,425 0,179 0,19 -0,543 -0,441 -0,333 -0,417 -0,351
195
-0,1 -0,303 0,21 0,209 -0,452 -0,389 -0,309 -0,392 -0,371
210
-0,114 -0,121 0,197 0,181 -0,31 -0,279 -0,234 -0,319 -0,409
225
-0,176 0,056 0,074 0,062 -0,182 -0,171 -0,15 -0,388 -0,403
240
-0,292 0,169 -0,163 -0,134 -0,116 -0,112 -0,103 -0,384 -0,384
255
-0,413 0,207 -0,397 -0,332 -0,1 -0,1 -0,095 -0,388 -0,388
270
-0,478 0,202 -0,526 -0,458 -0,098 -0,101 -0,1 -0,394 -0,394
285
-0,35 0,184 -0,442 -0,4 -0,092 -0,097 -0,1 -0,387 -0,388
300
-0,142 0,142 -0,305 -0,285 -0,098 -0,105 -0,114 -0,402 -0,384
315
0,065 0,047 -0,181 -0,173 -0,142 -0,156 -0,176 -0,339 -0,394
330
0,19 -0,101 -0,116 -0,113 -0,218 -0,245 -0,292 -0,262 -0,432
345
0,212 -0,256 -0,1 -0,1 -0,284 -0,326 -0,413 -0,206 -0,433
189
Tabela 38 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator , para o modelo 2 que
possui área construída de 36m².
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10
0 0,148 0,133 -0,24 -0,072 -0,074 -0,212 -0,24 -0,311 -0,107 -0,285
15 0,137 0,113 -0,221 -0,067 -0,073 -0,14 -0,162 -0,222 -0,124 -0,272
30 0,109 0,087 -0,167 -0,069 -0,078 -0,05 -0,059 -0,084 -0,171 -0,229
45 0,048 0,039 -0,108 -0,091 -0,109 0,032 0,038 0,054 -0,24 -0,199
60 -0,044 -0,036 -0,075 -0,133 -0,167 0,084 0,099 0,139 -0,262 -0,229
75 -0,141 -0,114 -0,07 -0,167 -0,225 0,105 0,126 0,157 -0,227 -0,229
90 -0,215 -0,177 -0,073 -0,177 -0,252 0,124 0,142 0,137 -0,228 -0,228
105
-0,198 -0,167 -0,072 -0,114 -0,169 0,154 0,154 0,118 -0,229 -0,227
120
-0,152 -0,133 -0,08 -0,036 -0,053 0,152 0,13 0,094 -0,229 -0,262
135
-0,102 -0,091 -0,118 0,039 0,058 0,062 0,05 0,036 -0,199 -0,24
150
-0,075 -0,069 -0,189 0,087 0,129 -0,099 -0,078 -0,055 -0,229 -0,171
165
-0,071 -0,067 -0,259 0,113 0,15 -0,256 -0,208 -0,154 -0,272 -0,124
180
-0,074 -0,072 -0,293 0,133 0,147 -0,345 -0,295 -0,23 -0,285 -0,107
195
-0,073 -0,073 -0,206 0,151 0,133 -0,293 -0,261 -0,213 -0,272 -0,124
210
-0,077 -0,081 -0,077 0,142 0,105 -0,205 -0,189 -0,162 -0,229 -0,171
225
-0,108 -0,117 0,05 0,075 0,047 -0,124 -0,118 -0,106 -0,199 -0,24
240
-0,164 -0,187 0,128 -0,07 -0,043 -0,082 -0,08 -0,074 -0,229 -0,262
255
-0,219 -0,265 0,152 -0,223 -0,136 -0,072 -0,072 -0,069 -0,229 -0,227
270
-0,243 -0,315 0,141 -0,315 -0,208 -0,072 -0,073 -0,073 -0,228 -0,228
285
-0,162 -0,223 0,125 -0,265 -0,193 -0,067 -0,07 -0,072 -0,227 -0,229
300
-0,051 -0,07 0,099 -0,187 -0,149 -0,071 -0,075 -0,081 -0,262 -0,229
315
0,056 0,075 0,038 -0,117 -0,1 -0,101 -0,108 -0,12 -0,24 -0,199
330
0,124 0,142 -0,059 -0,081 -0,074 -0,153 -0,167 -0,195 -0,171 -0,229
345
0,149 0,151 -0,162 -0,073 -0,071 -0,199 -0,221 -0,271 -0,124 -0,272
190
Tabela 39 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o modelo 3
possui área construída de 150m². Parte 1, continua na pagina a seguir.
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8
0 0,144 0,151 0,15 0,136 -0,231 -0,212 -0,195 -0,175
15 0,154 0,15 0,137 0,115 -0,208 -0,194 -0,182 -0,166
30 0,147 0,128 0,111 0,091 -0,157 -0,149 -0,142 -0,131
45 0,084 0,07 0,06 0,049 -0,105 -0,101 -0,097 -0,092
60 -0,024 -0,02 -0,017 -0,014 -0,077 -0,075 -0,073 -0,07
75 -0,138 -0,115 -0,098 -0,081 -0,073 -0,072 -0,071 -0,069
90 -0,222 -0,189 -0,164 -0,138 -0,075 -0,075 -0,074 -0,073
105 -0,196 -0,173 -0,154 -0,133 -0,072 -0,073 -0,073 -0,074
120 -0,147 -0,135 -0,124 -0,11 -0,074 -0,076 -0,078 -0,08
135 -0,101 -0,096 -0,089 -0,081 -0,099 -0,103 -0,107 -0,111
150 -0,078 -0,075 -0,072 -0,067 -0,145 -0,153 -0,161 -0,173
165 -0,074 -0,074 -0,072 -0,068 -0,188 -0,2 -0,215 -0,238
180 -0,075 -0,075 -0,075 -0,073 -0,203 -0,22 -0,241 -0,276
195 -0,07 -0,072 -0,074 -0,074 -0,129 -0,142 -0,159 -0,19
210 -0,069 -0,073 -0,076 -0,079 -0,035 -0,039 -0,044 -0,055
225 -0,085 -0,091 -0,097 -0,105 0,053 0,059 0,068 0,083
240 -0,117 -0,127 -0,139 -0,156 0,109 0,122 0,137 0,161
255 -0,143 -0,159 -0,179 -0,214 0,134 0,147 0,158 0,159
270 -0,15 -0,171 -0,198 -0,251 0,148 0,149 0,145 0,129
285 -0,089 -0,102 -0,121 -0,161 0,154 0,141 0,127 0,108
300 -0,015 -0,018 -0,021 -0,028 0,13 0,116 0,104 0,089
315 0,054 0,062 0,074 0,095 0,063 0,056 0,05 0,043
330 0,1 0,115 0,134 0,147 -0,042 -0,037 -0,033 -0,029
345 0,126 0,141 0,153 0,153 -0,15 -0,135 -0,123 -0,109
191
Tabela 40 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o modelo 3 com
área construída de 150m². Parte 2.
α CP9 CP10 CP11 CP12 CP13 CP14 CP15 CP16
0 -0,073 -0,075 -0,074 -0,173 -0,192 -0,247 -0,128 -0,215
15 -0,067 -0,072 -0,074 -0,107 -0,121 -0,164 -0,142 -0,206
30 -0,066 -0,072 -0,079 -0,028 -0,032 -0,046 -0,178 -0,178
45 -0,08 -0,09 -0,103 0,043 0,049 0,07 -0,213 -0,155
60 -0,108 -0,124 -0,152 0,087 0,102 0,142 -0,214 -0,176
75 -0,13 -0,155 -0,205 0,106 0,124 0,16 -0,183 -0,185
90 -0,135 -0,166 -0,236 0,126 0,143 0,142 -0,082 -0,082
105 -0,079 -0,099 -0,149 0,158 0,159 0,123 -0,185 -0,183
120 -0,014 -0,017 -0,026 0,161 0,14 0,101 -0,176 -0,214
135 0,048 0,06 0,09 0,084 0,069 0,049 -0,155 -0,213
150 0,088 0,111 0,147 -0,055 -0,046 -0,032 -0,178 -0,178
165 0,112 0,137 0,154 -0,195 -0,162 -0,12 -0,206 -0,142
180 0,132 0,15 0,14 -0,281 -0,245 -0,191 -0,215 -0,128
195 0,152 0,152 0,12 -0,241 -0,218 -0,178 -0,206 -0,142
210 0,147 0,133 0,095 -0,174 -0,162 -0,139 -0,178 -0,178
225 0,096 0,073 0,051 -0,112 -0,107 -0,096 -0,155 -0,213
240 -0,028 -0,021 -0,015 -0,08 -0,078 -0,073 -0,176 -0,214
255 -0,162 -0,12 -0,085 -0,073 -0,073 -0,071 -0,18 -0,177
270 -0,263 -0,196 -0,144 -0,073 -0,074 -0,074 -0,18 -0,18
285 -0,22 -0,178 -0,138 -0,069 -0,071 -0,073 -0,177 -0,18
300 -0,159 -0,138 -0,113 -0,07 -0,073 -0,078 -0,214 -0,176
315 -0,106 -0,097 -0,083 -0,091 -0,096 -0,108 -0,213 -0,155
330 -0,08 -0,076 -0,068 -0,13 -0,14 -0,163 -0,178 -0,178
345 -0,074 -0,074 -0,069 -0,164 -0,18 -0,219 -0,142 -0,206
192
Tabela 41 Valores de CPs estimados através do CP Generator, para o modelo 4
com área construída de 300m². Parte 1, continua na pagina a seguir.
α CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8
0 0,189 0,191 0,212 0,212 0,207 0,184 -0,374 -0,315
15 0,213 0,165 0,205 0,205 0,185 0,155 -0,325 -0,285
30 0,206 0,131 0,171 0,171 0,148 0,121 -0,237 -0,216
45 0,127 0,071 0,093 0,093 0,08 0,066 -0,154 -0,145
60 -0,036 -0,02 -0,026 -0,026 -0,023 -0,019 -0,11 -0,107
75 -0,211 -0,117 -0,151 -0,151 -0,13 -0,108 -0,102 -0,101
90 -0,333 -0,199 -0,251 -0,251 -0,219 -0,185 -0,102 -0,103
105 -0,288 -0,19 -0,232 -0,232 -0,207 -0,179 -0,096 -0,1
120 -0,213 -0,157 -0,183 -0,183 -0,168 -0,149 -0,098 -0,104
135 -0,145 -0,115 -0,131 -0,131 -0,122 -0,111 -0,129 -0,139
150 -0,11 -0,094 -0,104 -0,104 -0,099 -0,091 -0,185 -0,204
165 -0,104 -0,096 -0,102 -0,102 -0,1 -0,094 -0,235 -0,265
180 -0,103 -0,103 -0,106 -0,106 -0,105 -0,102 -0,249 -0,287
195 -0,096 -0,103 -0,102 -0,102 -0,104 -0,104 -0,155 -0,183
210 -0,094 -0,109 -0,103 -0,103 -0,108 -0,111 -0,041 -0,049
225 -0,114 -0,143 -0,13 -0,13 -0,139 -0,149 0,062 0,075
240 -0,155 -0,209 -0,182 -0,182 -0,199 -0,224 0,127 0,154
255 -0,187 -0,279 -0,23 -0,23 -0,259 -0,311 0,153 0,186
270 -0,195 -0,32 -0,248 -0,248 -0,289 -0,373 0,179 0,2
285 -0,114 -0,201 -0,149 -0,149 -0,178 -0,225 0,22 0,204
300 -0,02 -0,035 -0,026 -0,026 -0,031 -0,039 0,213 0,174
315 0,07 0,12 0,092 0,092 0,109 0,134 0,11 0,085
330 0,128 0,206 0,169 0,169 0,196 0,206 -0,073 -0,056
345 0,162 0,213 0,203 0,203 0,216 0,213 -0,254 -0,204
193
Tabela 42 Valores de C
P
s estimados através do CP Generator, para o modelo 4 com
área construída de 300m². Parte 2, continua na pagina a seguir.
α CP9 CP10 CP11 CP12 CP13 CP14 CP15 CP16
0 -0,279 -0,27 -0,101 -0,104 -0,105 -0,105 -0,102 -0,105
15 -0,258 -0,252 -0,093 -0,097 -0,1 -0,103 -0,095 -0,1
30 -0,2 -0,196 -0,09 -0,095 -0,1 -0,105 -0,092 -0,1
45 -0,137 -0,135 -0,109 -0,117 -0,124 -0,133 -0,112 -0,125
60 -0,103 -0,102 -0,146 -0,159 -0,17 -0,189 -0,15 -0,172
75 -0,099 -0,099 -0,175 -0,194 -0,211 -0,241 -0,181 -0,214
90 -0,103 -0,103 -0,181 -0,203 -0,224 -0,264 -0,188 -0,228
105 -0,101 -0,102 -0,105 -0,119 -0,133 -0,16 -0,11 -0,135
120 -0,107 -0,109 -0,018 -0,021 -0,023 -0,028 -0,019 -0,023
135 -0,146 -0,149 0,064 0,073 0,081 0,098 0,067 0,083
150 -0,219 -0,227 0,117 0,135 0,151 0,178 0,123 0,154
165 -0,29 -0,304 0,149 0,17 0,187 0,207 0,157 0,191
180 -0,322 -0,342 0,177 0,195 0,206 0,206 0,186 0,21
195 -0,209 -0,226 0,209 0,214 0,213 0,192 0,214 0,215
210 -0,058 -0,063 0,206 0,206 0,188 0,157 0,206 0,189
225 0,087 0,096 0,134 0,119 0,104 0,085 0,134 0,104
240 0,177 0,194 -0,039 -0,034 -0,029 -0,024 -0,039 -0,029
255 0,204 0,221 -0,225 -0,197 -0,17 -0,139 -0,226 -0,169
270 0,193 0,199 -0,374 -0,315 -0,278 -0,233 -0,365 -0,277
285 0,177 0,174 -0,314 -0,276 -0,252 -0,218 -0,306 -0,251
300 0,147 0,142 -0,225 -0,207 -0,194 -0,175 -0,222 -0,194
315 0,071 0,069 -0,149 -0,142 -0,136 -0,126 -0,148 -0,136
330 -0,047 -0,045 -0,111 -0,109 -0,107 -0,101 -0,111 -0,107
345 -0,176 -0,17 -0,103 -0,104 -0,103 -0,101 -0,104 -0,104
194
Tabela 43 Valores de CPs estimados através do CP Generator, para o modelo 4 com
área construída de 300m². Parte 3.
α CP17 CP18 CP19 CP20 CP21 CP22 CP23 CP24
0 -0,106 -0,262 -0,299 -0,346 -0,264 -0,35 -0,178 -0,3
15 -0,103 -0,164 -0,192 -0,23 -0,165 -0,234 -0,198 -0,288
30 -0,106 -0,044 -0,052 -0,065 -0,044 -0,066 -0,248 -0,248
45 -0,134 0,066 0,079 0,098 0,067 0,1 -0,297 -0,216
60 -0,19 0,136 0,162 0,195 0,138 0,201 -0,299 -0,245
75 -0,244 0,164 0,194 0,216 0,168 0,224 -0,255 -0,258
90 -0,268 0,188 0,2 0,189 0,195 0,196 -0,114 -0,114
105 -0,163 0,216 0,195 0,165 0,225 0,17 -0,258 -0,255
120 -0,028 0,196 0,163 0,136 0,202 0,138 -0,245 -0,299
135 0,1 0,099 0,08 0,066 0,101 0,067 -0,216 -0,297
150 0,183 -0,065 -0,053 -0,044 -0,067 -0,044 -0,248 -0,248
165 0,212 -0,232 -0,193 -0,165 -0,235 -0,166 -0,288 -0,198
180 0,21 -0,349 -0,301 -0,263 -0,353 -0,265 -0,3 -0,178
195 0,195 -0,308 -0,275 -0,247 -0,311 -0,248 -0,288 -0,198
210 0,158 -0,229 -0,21 -0,193 -0,231 -0,194 -0,248 -0,248
225 0,085 -0,15 -0,142 -0,133 -0,151 -0,133 -0,216 -0,297
240 -0,024 -0,109 -0,105 -0,101 -0,11 -0,101 -0,245 -0,299
255 -0,139 -0,102 -0,1 -0,098 -0,102 -0,098 -0,25 -0,247
270 -0,233 -0,102 -0,103 -0,102 -0,103 -0,103 -0,25 -0,25
285 -0,218 -0,098 -0,1 -0,102 -0,098 -0,102 -0,247 -0,25
300 -0,175 -0,1 -0,105 -0,109 -0,101 -0,109 -0,299 -0,245
315 -0,126 -0,132 -0,141 -0,15 -0,133 -0,151 -0,297 -0,216
330 -0,101 -0,192 -0,21 -0,228 -0,193 -0,23 -0,248 -0,248
345 -0,101 -0,246 -0,274 -0,307 -0,247 -0,31 -0,198 -0,288
195
Apêndice C – Os valores de graus-hora de resfriamento do dormitório
1 e 2 do modelo 1 com área construída de 36m².
Figura 75 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos graus-
hora de
resfriamento do dormitório 1.
Figura 76 Influência dos parâmetros da ventilação natural nos graus-
hora de
resfriamento do dormitório 2.
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Resfriamemto
Coeficiente de Pressão
°Ch Resfr. Dormitório1: Rug. 0,33 °Ch Resfr. Dormitório1: Rug. 0,22
°Ch Resfr. Dormitório1: Rug. 0,14 °
Ch Resfr. Dorm.1: Rug. 0,14 CQ=0,00028
°Ch Resfr. Dorm.1: Rug. 0,22 CQ=0,00028 °
Ch Resfr. Dorm.1: Rug. 0,33 CQ=0,00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=0,78
C
D
=1,00
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Resfriamemto
Coeficiente de Pressão
°
Ch Resfr. Dormitório2: Rug. 0,33
°
Ch Resfr. Dormitório2: Rug. 0,22
°
Ch Resfr. Dormitório2: Rug. 0,14
°
Ch Resfr. Dorm.2: Rug. 0,14 CQ=0,00028
°Ch Resfr. Dorm.2: Rug. 0,22 CQ=0,00028 °
Ch Resfr. Dorm.2: Rug. 0,33 CQ=0,00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=0,78
C
D
=1,00
196
Apêndice D – Os valores de graus-hora de aquecimento do dormitório
1 do modelo 1 com área construída de 36m².
Figura 77 Influência dos parâmetros da ventilação nos graus-hora de aquecimento
do dormitório 1.
Figura 78 Influência dos parâmetros da ventilação nos graus-hora de aquecimento
do dormitório 2.
400
500
600
700
800
900
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Aquecimento
Coeficiente de Pressão
°Ch Aquec. Dormitório1: Rug. 0,33 °Ch Aquec. Dormitório1: Rug. 0,22
°Ch Aquec. Dormitório1: Rug. 0,14 °Ch Aquec. Dorm.1: Rug. 0,14 CQ=0.00028
°Ch Aquec. Dorm.1: Rug. 0,22 CQ=0.00028 °Ch Aquec. Dorm.1: Rug. 0,33 CQ=0.00028
C
D
=0,40
C
D
=0,60
C
D
=0,78
C
D
=1,00
400
500
600
700
800
900
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
CPCALC+
TNO+
TNO
Energy
CPCALC
WIND
°Ch de Aquecimento
Coeficiente de Pressão
°Ch Aquec. Dormitório2: Rug. 0,33 °Ch Aquec. Dormitório2: Rug. 0,22
°
Ch Aquec. Dormitório2: Rug. 0,14
°
Ch Aquec. Dorm.2: Rug. 0,14 CQ=0.00028
°Ch Aquec. Dorm.2: Rug. 0,22 CQ=0.00028 °Ch Aquec. Dorm.2: Rug. 0,33 CQ=0.00028
Apêndice E – Relação dos graus-
hora de resfriamento dos dormitórios
do modelo 1 versus média anual de renovações de ar.
Figura 79 Relação dos graus-hora de resfriamento d
o dormitório de solteiro
média anual de renovações de ar.
Figura 80 Relação dos graus-
hora de resfriamento do dormitório de casal versus
média anual de renovação de ar.
500
650
800
950
1100
1250
1400
1550
1700
0,0 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0 27,0
30,0
°Ch de Resfriamemto
Média anual de renovação de ar
Graus hora de resfriamento da Dormitório Solteiro
y = 1797,7x
500
650
800
950
1100
1250
1400
1550
1700
0,0 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0 18,0 21,0
°Ch de Resfriamemto
Média anual de renovação de ar
Graus hora de resfriamento da Dormitório Casal
197
hora de resfriamento dos dormitórios
do modelo 1 versus média anual de renovações de ar.
o dormitório de solteiro
versus
hora de resfriamento do dormitório de casal versus
y = 1815,2x
-0,293
R² = 0,90
30,0
33,0 36,0 39,0
Graus hora de resfriamento da Dormitório Solteiro
y = 1797,7x
-0,285
R² = 0,92
24,0 27,0 30,0
Graus hora de resfriamento da Dormitório Casal
198
Apêndice F – Análise do desempenho térmico do dormitório 2 com paredes orientadas para norte e oeste.
Figura 81 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída de 36m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
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U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
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U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
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U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
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U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
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U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
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U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfriamento °Ch de Aquecimento Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
198
199
Figura 82 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída de 63m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
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U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
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U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
199
200
Figura 83 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída de 150m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
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U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
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U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
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U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
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U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
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U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,8
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U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
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U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
200
201
Figura 84 Graus-hora do dormitório 2 do modelo com área construída de 300m².
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,4
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U=0,6 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,4 | 0,2
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U=1,0 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=0,6 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=0,6 | 2,2 α=0,8 | 0,2
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U=0,6 | 2,2 α=0,4 | 0,2
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U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,4
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U=0,6 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,0 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,0 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,8
U=1,0 | 2,2 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,4
U=1,0 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,8
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,8
U=1,9 | 1,0 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,4 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,0 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,2 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 1,8 α=0,8 | 0,8
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,2
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,4
U=1,9 | 2,2 α=0,8 | 0,8
Quantidade de °Ch
x 1000
°Ch de Resfr. Dormitório °Ch de Aquec. Dormitório Somatório °Ch do Dormitório
α
PAR
α
COB
U
PAR
U
COB
201
202
Apêndice G – Balanços térmicos dos dormitórios dos modelos com
área construída de 150m² - 63m² - 36m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24 e α
PAR
=0,20.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 85 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 150m²,
caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20.
50,58
7,46
13,27
-4,42
24,16
-0,30
11,98
-0,71
49,47
-5,35
25,15
-13,70
19,29
-4,61
1,54
-158,35
23,60
-45,02
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
60,15
7,72
3,70
-14,28
7,19
-13,54
8,89
-7,90
27,50
-3,81
33,36
-2,84
3,12
-48,44
0,86
-63,17
18,13
-18,73
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
64,93
7,87
3,55
-15,14
3,38
-17,15
5,30
-9,73
11,13
-6,73
29,73
-7,75
0,36
-62,36
0,87
-3,85
10,95
-15,41
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
60,35
7,65
8,96
-6,58
12,29
-5,20
6,66
-3,65
26,12
-5,78
20,36
-7,83
8,29
-23,01
1,07
-84,24
17,08
-35,69
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
203
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 86 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 63m²,
caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20.
50,43
6,56
8,32
-2,99
12,93
-0,23
14,84
-1,68
36,10
-7,43
18,23
-12,61
11,98
-4,10
0,97
-112,83
12,65
-34,63
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
59,82
6,85
2,13
-10,18
3,40
-8,88
9,84
-10,87
20,03
-5,95
21,04
-4,21
2,24
-36,03
0,51
-52,69
23,55
-20,92
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
64,42
7,00
1,90
-11,55
0,59
-12,70
3,74
-15,67
6,26
-9,84
16,48
-10,22
0,07
-49,88
0,50
-3,87
29,57
-17,55
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
60,11
6,78
5,36
-4,64
5,94
-3,84
7,17
-5,91
19,78
-8,24
13,47
-8,66
4,93
-17,72
0,63
-67,18
24,54
-32,82
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Infiltração
Ventilação Int.
204
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 87 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 36m²,
caso com U
COB
=1,92; α
COB
=0,20; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,20.
49,98
3,92
5,39
-2,16
11,04
-0,28
10,32
-1,73
31,59
-6,94
10,40
-9,36
7,20
-3,06
0,70
-95,63
17,17
-30,82
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
59,42
4,10
1,24
-7,29
3,14
-8,93
7,07
-8,76
19,17
-4,60
11,47
-3,69
1,59
-23,52
0,33
-53,30
30,53
-28,01
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
63,83
4,19
1,03
-8,74
0,32
-14,14
2,20
-14,10
5,16
-8,24
8,05
-9,06
0,06
-34,37
0,34
-5,90
31,97
-23,49
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
59,79
4,05
3,38
-3,29
5,19
-3,62
5,18
-5,06
18,61
-7,63
7,72
-6,71
3,15
-11,58
0,46
-64,67
32,31
-34,86
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
205
Apêndice H – Balanços térmicos dos dormitórios dos modelos com
área construída de 63m² - 150m² - 300m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,80; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,80.
Tabela 44 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço térmico do
dormitório do modelo com área construída de 63m².
Estação
Ocupação
Iluminação
Janela
Paredes
Piso Forro
Ventilação
Ventilação
Int. de ar
Ext. Int.
Verão
Ganhos
10.9% 1.5% 1.4%
29.9%
25.0%
4.7% 25.6%
0.0% 1.0%
Perdas
- - 0.7%
0.2%
2.6% 5.6% 0.0% 74.7% 16.2%
Outono
Ganhos
18.9% 2.2% 0.3%
32.7%
21.7%
6.5% 13.2%
0.0% 4.5%
Perdas
- - 3.7%
3.6%
2.9% 4.0% 3.6% 67.5% 14.7%
Inverno
Ganhos
34.1% 3.8% 0.3%
28.4%
11.7%
2.9% 9.1% 0.1% 9.6%
Perdas
- - 8.4%
11.7%
6.3% 13.4%
11.4%
32.5% 16.3%
Primavera
Ganhos
18.2% 2.1% 1.2%
26.1%
22.5%
5.0% 21.3%
0.0% 3.5%
Perdas
- - 1.4%
0.9%
2.9% 5.3% 0.7% 65.3% 23.5%
206
Tabela 45 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço térmico do
dormitório do modelo com área construída de 150m².
Estação
Ocupação
Iluminação
Janela
Paredes
Piso Forro
Ventilação
Ventilação
Int. de ar
Ext. Int.
Verão
Ganhos
7.0% 1.1% 1.4%
23.9%
23.4%
3.7% 25.7%
0.0% 13.8%
Perdas
- - 0.8%
0.0%
1.7% 4.8% 0.0% 77.6% 15.0%
Outono
Ganhos
14.3% 1.9% 0.4%
25.1%
22.1%
6.5% 15.2%
0.0% 14.5%
Perdas
- - 4.1%
3.5%
2.2% 3.6% 4.2% 71.0% 11.4%
Inverno
Ganhos
30.6% 3.8% 0.6%
26.5%
12.8%
3.8% 13.8%
0.1% 8.0%
Perdas
- - 10.6%
12.1%
5.2% 14.6%
14.6%
29.2% 13.8%
Primavera
Ganhos
12.5% 1.6% 1.3%
22.2%
22.2%
4.5% 23.0%
0.1% 12.5%
Perdas
- - 1.5%
0.6%
1.9% 4.5% 0.7% 69.9% 20.9%
207
Tabela 46 Porcentagens das perdas e ganhos de calor do balanço térmico do
dormitório do modelo com área construída de 300m².
Estação
Ocupação
Iluminação
Janela
Paredes
Piso Forro
Ventilação
Ventilação
Int. de ar
Ext. Int.
Verão
Ganhos
4.7% 1.3% 1.6%
17.9%
22.4%
16.2%
25.4%
0.1% 10.3%
Perdas
- - 0.1%
0.0%
1.3% 1.0% 0.0% 66.8% 30.7%
Outono
Ganhos
11.2% 2.7% 1.3%
21.1%
18.7%
15.3%
15.9%
0.3% 13.5%
Perdas
- - 2.6%
2.7%
3.0% 1.4% 4.6% 63.0% 22.7%
Inverno
Ganhos
23.4% 5.4% 1.9%
22.7%
12.7%
9.2% 14.5%
0.6% 9.5%
Perdas
- - 6.8%
8.7%
6.4% 3.1% 14.8%
35.5% 24.6%
Pri
mavera
Ganhos
8.4% 2.0% 1.5%
17.1%
21.5%
16.3%
23.0%
0.2% 10.0%
Perdas
- - 0.5%
0.4%
1.5% 1.0% 0.6% 56.5% 39.5%
208
Apêndice I – Balanços térmicos dos dormitórios dos modelos com
área construída de 36m² - 150m² - 300m² do caso com
U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,0 e α
PAR
=0,40.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 88 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 36m²,
caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40.
49,33
3,92
5,07
-2,15
21,43
-1,37
21,23
-2,85
38,19
-4,15
10,43
-10,12
14,17
-0,73
0,66
-125,25
18,02
-37,23
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
58,17
4,10
0,74
-8,37
12,17
-3,74
16,63
-3,00
32,09
-2,06
8,87
-6,77
7,63
-5,85
0,21
-107,91
32,78
-33,68
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
62,12
4,19
0,47
-11,83
1,06
-7,66
1,73
-6,80
5,14
-6,19
0,61
-17,07
0,49
-13,92
0,19
-17,43
31,94
-26,76
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
59,37
4,05
3,10
-3,25
14,36
-2,54
14,97
-3,73
28,71
-4,50
8,08
-7,53
9,03
-2,43
0,40
-104,83
28,19
-39,90
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
209
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 89 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 150m²,
caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40.
50,05
7,46
12,73
-4,37
36,37
-0,22
19,57
-0,56
60,38
-1,47
24,97
-14,10
33,96
-0,18
1,46
-211,30
29,72
-48,63
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
58,82
7,72
2,51
-17,07
16,68
-3,14
13,06
-1,12
43,62
-2,09
20,48
-7,60
13,64
-9,99
0,57
-143,85
30,60
-24,52
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
63,78
7,87
2,15
-20,78
1,23
-6,15
1,64
-2,90
9,18
-7,21
3,98
-18,17
0,99
-20,13
0,54
-7,95
11,32
-18,80
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
59,94
7,65
8,18
-6,72
21,97
-1,28
12,60
-1,30
40,91
-2,29
18,54
-9,11
19,24
-2,36
0,89
-155,83
26,85
-41,17
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
210
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 90 Balanço térmico do dormitório do modelo com área construída de 300m²,
caso com U
COB
=0,62; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,00; α
PAR
=0,40.
50,04
13,47
19,46
-1,93
32,35
-0,45
32,06
-1,60
77,12
-4,99
64,94
-3,56
49,68
-0,58
7,52
-235,09
34,97
-147,72
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
59,24
14,08
8,73
-14,12
9,65
-2,91
13,29
-1,87
28,33
-5,27
28,45
-1,69
12,01
-16,35
4,47
-116,16
22,60
-44,10
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
64,07
14,39
7,32
-16,54
0,57
-4,54
1,57
-3,52
3,71
-10,35
6,02
-4,29
0,80
-29,10
4,31
-3,31
4,00
-35,06
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
59,95
13,93
12,75
-4,32
19,56
-1,09
20,32
-1,96
50,32
-4,03
44,98
-2,29
28,00
-3,30
4,58
-170,72
26,98
-107,05
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
211
Apêndice J – Balanços térmicos das salas dos modelos com área
construída de 63m² – 150m² – 300m² do caso com
U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24 e α
PAR
=0,40.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 91 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de 63m², caso
com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,40.
70,43
30,66
12,17
9,20
-4,35
23,50
-0,31
37,37
-2,33
62,43
-14,68
29,95
-27,37
60,69
-2,38
1,15
-333,77
82,83
-90,89
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação Ventilação Int.
92,65
32,06
12,81
1,80
-16,68
7,46
-10,63
12,17
-23,02
30,36
-13,54
25,23
-12,46
14,37
-39,91
0,79
-159,34
83,69
-75,31
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
104,96
32,75
13,11
1,51
-20,08
1,99
-15,75
1,73
-30,28
6,82
-18,78
14,56
-26,17
2,64
-60,66
0,92
-31,72
82,12
-75,32
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
92,32
31,71
12,66
5,99
-6,78
13,17
-3,58
23,23
-6,78
38,97
-14,60
21,59
-19,36
32,63
-14,27
1,00
-232,87
76,11
-107,59
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
212
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 92 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de 150m², caso
com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,40.
51,13
38,44
13,46
12,84
-5,13
49,71
-0,29
41,60
-2,29
90,73
-1,71
46,21
-31,90
89,97
-2,61
1,81
-392,88
55,02
-53,70
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
67,26
40,19
14,07
2,98
-21,78
18,84
-12,67
13,20
-20,60
40,18
-9,65
38,14
-11,91
21,25
-47,83
1,24
-156,28
58,07
-42,95
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
76,24
41,06
14,38
2,73
-25,29
8,60
-17,45
2,01
-24,95
10,34
-17,50
22,74
-24,74
4,21
-69,16
1,32
-26,31
61,06
-43,36
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação Ventilação Int.
66,95
39,75
13,92
8,59
-8,75
27,90
-3,99
24,96
-6,42
54,52
-7,83
32,23
-22,08
47,62
-17,85
1,48
-245,94
46,68
-65,62
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
213
(b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 93 Balanço térmico da sala do modelo com área construída de 300m², caso
com U
COB
=1,92; α
COB
=0,40; U
PAR
=2,24; α
PAR
=0,40.
65,18
38,65
32,48
-3,22
103,75
-0,43
38,60
-2,16
74,41
-21,75
88,08
-50,51
93,11
-15,66
1,45
-614,32
141,54
-126,02
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
83,50
40,62
20,82
-23,97
34,47
-22,66
40,28
-10,69
35,67
-15,35
68,47
-18,05
34,12
-31,03
0,67
-275,50
76,97
-131,68
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste Par. Ext. Norte Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
94,34
41,55
16,98
-27,59
15,48
-30,83
24,30
-14,57
13,01
-19,21
43,85
-37,04
7,17
-42,28
1,10
-47,87
48,36
-141,05
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
83,17
40,15
21,38
-8,33
58,42
-7,46
23,31
-5,55
45,77
-16,94
58,76
-34,58
56,43
-19,88
1,31
-386,86
83,71
-135,89
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Iluminação Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso Forro Ventilação
Ventilação Int.
214
Apêndice K – Balanços térmicos das salas dos modelos com área
construída de 36m² – 63m² – 300m² do caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80 e α
PAR
=0,40.
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 94 Balanço térmico da sala do modelo com área construída 36m², caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
80,67
65,71
10,59
7,61
-3,47
32,77
-0,61
41,86
-4,66
-1,58
21,88
58,03
-6,61
20,06
-18,82
32,18
-1,67
2,08
-292,36
47,47
-103,32
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação
Equipamentos
Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
104,19
68,70
11,13
1,15
-14,07
13,36
-13,17
15,74
-22,15
-6,85
9,26
30,64
-6,78
14,76
-11,05
10,70
-19,94
1,04
-182,03
68,66
-94,25
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
117,33
70,19
11,39
0,81
-18,53
5,20
-21,91
2,01
-32,94
-10,05
2,11
4,63
-12,07
3,96
-25,93
1,19
-36,23
1,18
-45,51
59,36
-84,23
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
104,85
67,95
11,00
4,84
-5,35
20,36
-3,62
27,79
-7,36
-2,51
13,91
39,92
-7,04
14,93
-13,70
19,01
-6,47
1,69
-237,90
52,00
-121,35
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Ocupação Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Sul
Par. Ext. Oeste Par. Int. Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
215
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 95 Balanço térmico da sala do modelo com área construída 63m², caso com
U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
72,44
30,66
12,17
9,64
-4,31
21,37
-0,50
39,12
-4,23
53,86
-10,97
29,70
-24,25
42,73
-1,80
1,55
-306,76
77,98
-88,12
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
92,61
32,06
12,81
1,76
-17,56
7,23
-9,72
13,88
-20,68
28,99
-8,80
21,31
-12,71
12,91
-24,39
0,84
-167,01
83,10
-83,32
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
104,37
32,75
13,11
1,40
-21,99
0,92
-15,62
1,09
-29,08
4,20
-14,88
7,53
-29,41
0,95
-43,51
0,88
-28,06
83,78
-76,82
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Sul
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
93,23
31,71
12,66
6,20
-6,77
12,44
-3,29
24,84
-7,22
35,77
-11,66
21,29
-17,70
23,92
-8,40
1,22
-230,82
76,71
-110,60
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela Par. Ext. Leste Par. Ext. Sul
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação Ventilação Int.
216
(a) Balanço no verão (b) Balanço no outono
(c) Balanço no inverno (d) Balanço na primavera
Figura 96 Balanço térmico da Sala do modelo com área construída de 300m², caso
com U
COB
=1,09; α
COB
=0,40; U
PAR
=1,80; α
PAR
=0,40.
65,18
73,92
38,65
32,48
-3,22
103,75
-0,43
38,60
-2,16
74,41
-21,75
88,08
-50,51
93,11
-15,66
1,45
-614,32
141,54
-126,02
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
83,50
77,28
40,62
20,82
-23,97
34,47
-22,66
40,28
-10,69
35,67
-15,35
68,47
-18,05
34,12
-31,03
0,67
-275,50
76,97
-131,68
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas Equipamentos Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int.
Piso
Forro
Ventilação
Ventilação Int.
94,34
78,96
41,55
16,98
-27,59
15,48
-30,83
24,30
-14,57
13,01
-19,21
43,85
-37,04
7,17
-42,28
1,10
-47,87
48,36
-141,05
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
Pessoas
Equipamentos
Iluminação
Janela
Par. Ext. Leste
Par. Ext. Norte
Par. Int. Piso Forro
Ventilação
Ventilação Int.
83,17
76,44
40,15
21,38
-8,33
58,42
-7,46
23,31
-5,55
45,77
-16,94
58,76
-34,58
56,43
-19,88
1,31
-386,86
83,71
-135,89
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
kW
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