Disser Tac Aot Ass i a Marques Final

Influncia das

propriedades

trmicas da

envolvente opaca no

desempenho de

habitaes de

interesse social em

So Carlos, SP

Tssia Helena Teixeira Marques

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

INSTITUTO DE ARQUITETURA E URBANISMO DE SO CARLOS

Tssia Helena Teixeira Marques

Influncia das propriedades trmicas da envolvente opaca no

desempenho de habitaes de interesse social em So Carlos, SP

Dissertao apresentada ao Instituto de

Arquitetura e Urbanismo de So Carlos da

Universidade de So Paulo, como parte

dos requisitos para a obteno do ttulo

de Mestre em Arquitetura e Urbanismo.

rea de concentrao:

Arquitetura, Urbanismo e Tecnologia

Orientadora:

Profa. Dra. Karin Maria Soares Chvatal

Apoio:

Fundao de Amparo Pesquisa do

Estado de So Paulo - FAPESP

So Carlos

2013

FOLHA DE JULGAMENTO

DEDICATRIA

amiga Marieli Lukiantchuki, exemplo de

pessoa, profissional e pesquisadora, que

me ensinou, entre tantas outras belas

coisas, que podem ser necessrias 99

tentativas para que a centsima atinja o

seu objetivo.

AGRADECIMENTOS

Diante da vastido do tempo e da imensido do universo, um imenso prazer dividir um

planeta e uma poca com voc.

Carl Sagan

Agradeo, sincera e profundamente:

Deus.

Aos meus pais, Cleber e Tnia, e aos meus irmos Daniel, Danilo, Thas, Telma e Denys, pelo

apoio incondicional, pela presena, pelas oraes, e pela importncia que sempre tero

em minha vida. Em especial ao meu irmo Denys, pela companhia durante o mestrado,

pela ajuda em todos os momentos e principalmente na reviso deste trabalho.

professora Karin Chvatal, grande responsvel pelo meu amadurecimento enquanto

pesquisadora, pela excelncia na orientao e pelo exemplo profissional passado.

s professoras Lucila Chebel Labaki, Kelen Dornelles e Rosana Caram, pela contribuio e

pelo incentivo imprescindveis ao longo da pesquisa, na Qualificao e na Defesa final.

FUNDAO DE AMPARO PESQUISA DO ESTADO DE SO PAULO FAPESP, por apoiar

este trabalho.

Aos amigos e amigas presentes durante o Mestrado (ou alm dele), listados aqui em

ordem alfabtica por medo de que outra ordem possa atribuir maior ou menor

importncia qualquer um deles: Adriana Almeida, Adrielle Favini, Ana Paula Tavares,

Ariel Lazzarin, Cristiane Bueno, Daniel Polistchucky, Debora Verniz, Fernanda Faria,

Fernando Cavalcanti, Gabriela Miglino, Helenice Sacht, Isabel Morim, Isabella Denzin,

Jacqueline Souza, Josiane Nogueira, Juliana Lukiantchuki, Kattia Villadiego, Leticia

Mattaraia, Lizeth Rodriguez, Lyda Patio, Mariana Goulart, Marieli Lukiantchuki, Natlia

Calvi, Nicole Oliveira, Rafaela Izeli, Raquel Arata, Rodrigo Jabur e Rosilene Brugnera.

Obrigada pela presena (prxima ou distncia, constante ou passageira mas sempre

especial) em minha vida.

Carla e Florent Mrmol, que me receberam em sua casa durante minha estadia em

Marselha. Um agradecimento muito especial, pelas conversas, pelos passeios, pelas

risadas e pelas boas lembranas.

Ao Victor Roriz, pela ajuda nas exploraes do modelo e do software EnergyPlus.

Ao Fernando Westphal, por ter intermediado meu primeiro contato com o software

EnergyPlus, e por, atravs de sua empolgao, ter me despertado o interesse para a rea

de simulao.

Ao arquiteto Silmar Fattori, da Caixa Econmica Federal, e aos arquitetos Irene Rizzo e

Paulo Pignanelli, da Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano (CDHU), pela

gentileza em fornecerem informaes sobre tipologias habitacionais durante a fase de

levantamentos da pesquisa.

Aos professores Mohamed Belmaziz, Alain Guyot e Aziz Boukara, da cole Nationale

Suprieure dArchitecture de Marseille (ENSA), pela acolhida em Marselha e pelo auxlio na

reviso de parmetros de modelagem e na anlise de dados climticos.

A todos os funcionrios do Instituto de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de So

Paulo, pela gentileza em auxiliar sempre que necessrio. Ao Srgio Celestini, Alessandro

Souza, Lucinda Silva, Ftima Mininel, Mara Santos, Jos Zanardi, Paulo Ceneviva, Daniel

Picon, Oswaldo de Andrade e Evandro Bueno. Em especial a: Marcelo Celestini (o querido

Marcelinho) e Geraldo Pereira, pela ateno sempre solcita, pela pacincia e pelo apoio

fundamentais para o desenvolvimento deste mestrado.

Aos funcionrios do Laboratrio de Construo Civil do IAU: Srgio Trevelin, Srgio

Pratavieira, Paulo Albertini, e aos agregados Donizetti Becaro, Jos Renato Dibo, Odinei

Carlos e Pedro Mattia, pelos cafezinhos, pelas conversas e por tantos bons momentos

vividos no LCC.

Ao Instituto de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de So Paulo e todos os seus

professores, pelo importante papel desempenhado em minha formao.

A todos que de alguma forma contriburam com esta pesquisa, os meus sinceros

agradecimentos.

A recompensa reside no esforo, e no no resultado

obtido. O esforo total a vitria plena.

Mahatma Gandhi

RESUMO

MARQUES, Tssia Helena Teixeira. Influncia das propriedades trmicas da envolvente

opaca no desempenho de habitaes de interesse social em So Carlos, SP. 2013. 143p.

Dissertao (Mestrado) Instituto de Arquitetura e Urbanismo de So Carlos, Universidade

de So Paulo, So Carlos, 2013.

O objetivo principal desta pesquisa analisar a influncia da transmitncia trmica da

envolvente opaca (paredes e coberturas) e de outros parmetros (cor das superfcies

exteriores, ventilao natural e inrcia trmica) que interferem no desempenho trmico de

edifcios habitacionais de interesse social no clima da cidade de So Carlos, SP. Aps

levantamento de dados em construtoras e em rgos pblicos e privados ligados

habitaes, foi selecionado um modelo unifamiliar trreo representativo desta tipologia

para a anlise. Como a pesquisa baseia-se em simulaes paramtricas de desempenho

trmico, inicialmente feito um estudo sobre padres de modelagem de habitaes,

identificando quais elementos so mais relevantes. Definidos os parmetros da

modelagem, procede-se verificao dos valores mximos de propriedades da

envoltria prescritos na norma NBR 15575 Edificaes habitacionais - Desempenho, e no regulamento RTQ-R: Regulamento tcnico da qualidade para o nvel de eficincia

energtica em edificaes residenciais. Esta anlise fornece indcios sobre a dificuldade

em fixar valores desta propriedade para o fechamento opaco, uma vez que seu

desempenho definido pelas caractersticas da envoltria como um todo. Por fim, so

realizadas trs sries de simulaes paramtricas, variando-se a transmitncia trmica de

paredes e coberturas, a inrcia das paredes externas, as cores das superfcies expostas

radiao solar, o aproveitamento de ventilao natural e o uso de cargas internas

(ocupao, iluminao e equipamentos). De acordo com os resultados, verifica-se que os

melhores desempenhos trmicos esto associados a baixos valores de transmitncia da

envoltria opaca das habitaes. Contudo, percebe-se que as faixas de valores tornam-

se muito tnues quando analisa-se o desempenho conjunto dos parmetros da envoltria.

Conclui-se que h uma dificuldade no estabelecimento dos limites de transmitncia sem

considerar a totalidade de fatores que influem no comportamento trmico da habitao.

Isso implica em uma anlise conjunta dos materiais de paredes e coberturas e das cores

das superfcies exteriores (transmitncia, capacidade trmica e absortncia). Alm disso,

critrios que considerem perodos de vero e inverno de acordo com predominncia no

clima da cidade e ainda outras caractersticas, como porcentagem de rea envidraada

por orientao de fachada, devem ser considerados nas anlises.

Palavras-chave: Envolvente opaca de habitaes; Transmitncia trmica; Absortncia

trmica; Simulao de desempenho trmico; Paredes; Coberturas; NBR 15575; RTQ-R.

ABSTRACT

MARQUES, Tssia Helena Teixeira. Influence of the thermal properties of the opaque

envelope in the thermal performance of social housing in So Carlos, SP. 2013. 143p. Master

thesis Architecture and Urban Planning Institute of So Carlos, University of So Paulo, So Carlos, 2013.

The main objective of this research is to analyze the influence of the thermal transmittance

of the opaque envelope (walls and roof) and other parameters (color of the exterior

surfaces, natural ventilation and thermal mass) that affect the thermal performance of

social housing in the city of So Carlos, SP. After a research in public and private agencies

related to housing construction, a single-family model was selected for the studies. First, it

was carried out a study on parameters of the simulation models, identifying which elements

are most relevant for the software. Defined the parameters of the models, it was made a

verification of maximum values of properties of the envelope prescribed in the standard NBR

15575 - Residential Buildings - Performance and in the regulation RTQ -R: Technical

Regulation for the quality level of energy efficiency in residential buildings. This analysis

provides evidence of the difficulty of setting values of this property (U-value) for the opaque

envelope, since its performance is defined by the thermal characteristics of the envelope as

a whole. Finally, it was made three series of parametric simulations varying the thermal

transmittance of walls and roofs, the thermal inertia of the external walls, the colors of the

surfaces exposed to solar radiation, the use of natural ventilation and the use of internal

loads (occupancy, lighting and equipment). The results indicate that the best performances

are associated with low thermal transmittance of the opaque envelope of housing.

However, it is clear that the ranges of transmittance values become very tenuous when we

analyze the performance of all parameters of the envelope. We conclude that to establish

limits of transmittance values results is an incomplete analysis of the thermal performance of

the building. It is necessary to consider all factors that influence the thermal behavior of

housing, which involves the analysis of the materials of walls and roofs and the colors of

exterior surfaces. It is also important to adopt different criteria to consider summer and

winter according to predominance in the climate of the city, and to consider in the analysis

the percentage of glass area of the exterior envelope.

Keywords: Housing opaque envelope; Thermal transmittance; Thermal absorptance;

Simulation of thermal performance; Walls; Roof; NBR 15575 ; RTQ -R.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Parmetros especificados pela norma NBR 15220............................................................................................... 36

Figura 2: Mapa das oito zonas bioclimticas brasileiras ........................................................................................................ 37

Figura 3: Procedimento de avaliao de desempenho trmico segundo a NBR 15575 ................................. 41

Figura 4: Exemplo de etiqueta para edificaes. ..................................................................................................................... 46

Figura 5: Vistas das tipologias modeladas para o EnergyPlus ........................................................................................... 64

Figura 6: Formato de apresentao do plug-in Open Studio ........................................................................................... 65

Figura 7: Anlise do arquivo climtico epw pelo diagrama de Givoni ....................................................................... 81

Figura 8: Formato de apresentao do IDF Editor .................................................................................................................... 85

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Valores de propriedades trmicas de paredes segundo a NBR 15220 ................................................. 39

Tabela 2: Valores de propriedades trmicas de coberturas segundo a NBR 15220 ............................................ 39

Tabela 3: Tamanho de aberturas para ventilao segundo a NBR 15220 ................................................................ 39

Tabela 4: Valores de propriedades trmicas de paredes segundo a NBR 15575 ................................................. 42

Tabela 5: Valores de propriedades trmicas de coberturas segundo a NBR 15575 ............................................ 43

Tabela 6: Tamanho de aberturas para ventilao segundo a NBR 15575 ................................................................ 43

Tabela 7: Desempenho trmico mnimo, intermedirio e superior ................................................................................. 44

Tabela 8: Valores de propriedades trmicas de paredes segundo o RTQ-R............................................................ 47

Tabela 9: Valores de propriedades trmicas de coberturas segundo o RTQ-R ...................................................... 48

Tabela 10: Tamanho de aberturas para ventilao segundo o RTQ-R........................................................................ 48

Tabela 11: Comparativo de valores para o desempenho trmico de paredes: NBR 15220, NBR 15575 e

RTQ-R ..................................................................................................................................................................................................................... 52

Tabela 12: Comparativo de valores para o desempenho trmico de coberturas: NBR 15220, NBR 15575

e RTQ-R ................................................................................................................................................................................................................. 53

Tabela 13: Comparativo de tamanhos de aberturas para ventilao: NBR 15220, NBR 15575 e RTQ-R 54

Tabela 14: Tipologias selecionadas .................................................................................................................................................... 64

Tabela 15: Dados gerais sobre as tipologias ................................................................................................................................. 65

Tabela 16: Orientaes das tipologias ............................................................................................................................................. 66

Tabela 17: Padro de ocupao RTQ-R ......................................................................................................................................... 69

Tabela 18: Atividades dos usurios RTQ-R ....................................................................................................................................... 69

Tabela 19: Padro de uso RTQ-R .......................................................................................................................................................... 70

Tabela 20: Padro de uso de iluminao RTQ-R ........................................................................................................................ 71

Tabela 21: Potncia de iluminao RTQ-R ..................................................................................................................................... 71

Tabela 22: Padro de equipamentos RTQ-R................................................................................................................................. 71

Tabela 23: Principais dados de entrada .......................................................................................................................................... 72

Tabela 24: Principais parmetros das simulaes ..................................................................................................................... 73

Tabela 25: Etapa 1 das simulaes paramtricas ..................................................................................................................... 74



Tabela 28: Dados de temperaturas e umidade para a cidade de So Carlos ..................................................... 80

Tabela 29: Graus-hora de desconforto anual para So Carlos ........................................................................................ 84

Tabela 30: Faixas de conforto mensais para a cidade de So Carlos ......................................................................... 84

Tabela 31: Desempenho trmico mnimo, intermedirio e superior para a Zona 4 ............................................. 87

Tabela 32: Roteiro de cada etapa das simulaes ................................................................................................................. 89

Tabela 33: Temperaturas finais do solo obtidas para cada situao ........................................................................... 91

Tabela 34: Temperaturas do solo a 0,50m de profundidade de acordo com arquivo climtico ............... 91

Tabela 35: Resultados para os testes de temperatura do solo ......................................................................................... 92

Tabela 36: GH de desconforto em cada orientao - TA ................................................................................................... 93

Tabela 37: Temperaturas mximas e mnimas em cada orientao TA ................................................................. 93

Tabela 38: GH de desconforto em cada orientao TB ................................................................................................... 94

Tabela 39: Temperaturas mximas e mnimas em cada orientao TB .................................................................. 95

Tabela 40: TA - Resultados para os testes: medidas da geometria, caixilhos, venezianas e beirais .......... 98

Tabela 41: TB - Resultados para os testes: medidas da geometria, caixilhos, venezianas e beirais ......... 100

Tabela 42: Propriedades trmicas de paredes e coberturas segundo a NBR 15575 e o RTQ-R ................. 102

Tabela 43: Atendimento aos mtodos simplificado e de simulao da NBR 15575 .......................................... 109

Tabela 44: Vistas e perspectiva TA .................................................................................................................................................... 134

Tabela 45: Dados das zonas TA ........................................................................................................................................................... 134

Tabela 46: Dados das janelas TA........................................................................................................................................................ 134

Tabela 47: rea envidraada em relao s fachadas TA ............................................................................................. 135

Tabela 48: Vistas e perspectiva TB ..................................................................................................................................................... 135

Tabela 49: Dados das zonas TB, considerando um apartamento trreo .................................................................. 135

Tabela 50: Dados das janelas TB, considerando um apartamento trreo............................................................... 135

Tabela 51: rea envidraada em relao s fachadas TB, considerando um apartamento trreo .... 136

Tabela 52: Propriedades dos materiais para o modelo ....................................................................................................... 137

LISTA DE GRFICOS

Grfico 1: Graus-hora de resfriamento e aquecimento em So Carlos, SP ................................................. 84

Grfico 2: Avaliao das paredes pelo dia tpico de vero ....................................................................... 104

Grfico 3: Avaliao das paredes pelos graus-hora anuais de calor ......................................................... 104

Grfico 4: Avaliao das paredes pelo dia tpico de inverno ...................................................................... 105

Grfico 5: Avaliao das paredes pelos graus-hora anuais de frio ............................................................. 105

Grfico 6: Avaliao das coberturas pelo dia tpico de vero .................................................................... 106

Grfico 7: Avaliao das coberturas pelos graus-hora anuais de calor .................................................... 107

Grfico 8: Avaliao das coberturas pelo dia tpico de inverno ................................................................. 107

Grfico 9: Avaliao das coberturas pelos graus-hora anuais de frio ........................................................ 108

Grfico 10: Etapa 1 - TA - Paredes com =0.30 e =0.90 associadas a diferentes coberturas

Desconforto relativo por calor ............................................................................................................................. 112

Grfico 11: Etapa 1 - TA - Paredes com =0.30 e =0.90 associadas a diferentes coberturas -

Desconforto relativo por frio

Grfico 12: Etapa 1 - TA - Coberturas com =0.30 e =0.90 associadas a diferentes paredes -

Desconforto relativo por calor ............................................................................................................................ 113


Desconforto relativo por frio ................................................................................................................................ 115

















Grfico 22: Etapa 1 - TA - Paredes com =0.60 associadas a diferentes coberturas - Desconforto

relativo por calor .................................................................................................................................................... 140

Grfico 23: Etapa 1 - TA - Paredes com =0.60 associadas a diferentes coberturas - Desconforto

relativo por frio ........................................................................................................................................................ 141

Grfico 24: Etapa 1 - TA - Coberturas com =0.60 associadas a diferentes paredes - Desconforto

relativo por calor .................................................................................................................................................... 142

Grfico 25: Etapa 1 - TA - Coberturas com =0.60 associadas a diferentes paredes - Desconforto

relativo por frio ........................................................................................................................................................ 143

LISTA DE QUADROS

Quadro 1: Principais dados da NBR 15220 .............................................................................................................................. 35

Quadro 2: Principais dados da NBR 15575 .............................................................................................................................. 40

LISTA DE EQUAES

Equao 1 ................................................................................................................................................................................................... 32

Equao 2 ................................................................................................................................................................................................... 32

Equao 3 ................................................................................................................................................................................................... 33

Equao 4 ................................................................................................................................................................................................... 33

Equao 5 ................................................................................................................................................................................................... 33

Equao 7 ................................................................................................................................................................................................... 33

LISTA DE SIGLAS

= condutividade trmica

= absortncia radiao solar

Ch= graus-hora

A= abertura para ventilao

a= difusividade trmica

b= efusividade trmica

c= calor especfico

C= capacidade trmica

e= espessura

EP= EnergyPlus

FS= fator de calor solar

FT= fator de correo da transmitncia

FV= fator de ventilao

GH= graus-hora

R= resistncia trmica

Ren/h= renovao por hora

Rse= resistncia superficial externa

Rsi=resistncia superficial interna

Rt= resistncia trmica total

T= temperatura

TA= Tipologia A

TB= Tipologia B

U= transmitncia trmica

= densidade de massa aparente

= atraso trmico

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................................................... 16

LISTA DE TABELAS ................................................................................................................................................................... 17

LISTA DE GRFICOS ................................................................................................................................................................ 19

LISTA DE QUADROS ................................................................................................................................................................ 20

LISTA DE EQUAES .............................................................................................................................................................. 21

LISTA DE SIGLAS ....................................................................................................................................................................... 22

SUMRIO ................................................................................................................................................................................... 24

1. INTRODUO.................................................................................................................................................................. 28

1.2. OBJETIVOS .......................................................................................................................................................................... 29

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAO .................................................................................................................................. 30

2. REVISO BIBLIOGRFICA............................................................................................................................................ 31

2.1. A ENVOLTRIA E SUAS PROPRIEDADES TERMOFSICAS .......................................................................... 31

2.1.1. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS OPACOS ............................................................................................... 31

2.2. NORMAS E REGULAMENTO SOBRE DESEMPENHO TRMICO DE HABITAES NO BRASIL ..... 34

2.2.1. NBR 15220: DESEMPENHO TRMICO DE EDIFICAES ...................................................................... 34

2.2.1.1. ZONEAMENTO BIOCLIMTICO BRASILEIRO ............................................................................................ 37

2.2.1.2. DIRETRIZES CONSTRUTIVAS ........................................................................................................................... 38

2.2.2. NBR 15575: EDIFICAES HABITACIONAIS - DESEMPENHO ............................................................ 40

2.2.2.1. PROCEDIMENTO NORMATIVO SIMPLIFICADO ....................................................................................... 42

2.2.2.2. PROCEDIMENTO DE SIMULAO COMPUTACIONAL ......................................................................... 43

2.2.3. RTQ-R: REGULAMENTO TCNICO DA QUALIDADE PARA O NVEL DE EFICINCIA

ENERGTICA EM EDIFICAES RESIDENCIAIS ............................................................................................................. 46

2.2.3.1. PR-REQUISITOS .................................................................................................................................................. 47

2.2.3.2. MTODO PRESCRITIVO ..................................................................................................................................... 48

2.2.3.3. MTODO DE SIMULAO ................................................................................................................................ 49

2.2.4. COMPARAES ENTRE OS DOCUMENTOS: NBR 15220, NBR 15575 E RTQ-R ......................... 50

2.3. IMPACTO DAS PROPRIEDADES TERMOFSICAS DA ENVOLVENTE OPACA NO DESEMPENHO

TRMICO DO EDIFCIO .......................................................................................................................................................... 55

2.3.1. INFLUNCIA DA TRANSMITNCIA E DA INRCIA NO DESEMPENHO TRMICO DAS

EDIFICAES.............................................................................................................................................................................. 56

3. METODOLOGIA .............................................................................................................................................................. 63

3.1. MODELOS ANALISADOS ......................................................................................................................................... 63

3.1.1. TIPOLOGIAS ........................................................................................................................................................... 63

3.1.2. ORIENTAO ........................................................................................................................................................ 65

3.2. PARMETROS ANALISADOS ................................................................................................................................. 66

3.2.1. ENVOLTRIA ......................................................................................................................................................... 66

3.2.1.1. PAREDES EXTERNAS ........................................................................................................................................... 66

3.2.1.2. COBERTURA ........................................................................................................................................................... 67

3.2.1.3. COR DAS SUPERFCIES EXTERIORES ............................................................................................................ 68

3.2.1.4. PAREDES INTERNAS ........................................................................................................................................... 68

3.2.2. VENTILAO MNIMA: CONDIES DE INFILTRAO DE AR ......................................................... 68

3.2.3. APROVEITAMENTO DA VENTILAO NATURAL .................................................................................... 69

3.2.4. GANHOS INTERNOS ........................................................................................................................................... 69

3.3. DADOS DE ENTRADA: TESTES DA INFLUNCIA DE PARMETROS DA MODELAGEM PARA A

SIMULAO .............................................................................................................................................................................. 72

3.4. DADOS DE ENTRADA: AVALIAO DOS VALORES-LIMITE DE TRANSMITNCIA

ESTABELECIDOS PELA NBR 15575 E PELO RTQ-R ..................................................................................................... 73

3.5. DADOS DE ENTRADA: ANLISES PARAMTRICAS DE DESEMPENHO TRMICO DA TIPOLOGIA

ESCOLHIDA EM FUNO DOS VALORES DE TRANSMITNCIA DA ENVOLTRIA OPACA ..................... 74

3.5.1. SRIE 1 ...................................................................................................................................................................... 74

3.5.2. SRIE 2 ...................................................................................................................................................................... 76

3.5.3. SRIE 3 ...................................................................................................................................................................... 77

3.6. DADOS CLIMTICOS ................................................................................................................................................ 79

3.6.1. ARQUIVO CLIMTICO TRY ............................................................................................................................... 79

3.6.2. CLIMA DA CIDADE DE SO CARLOS, SP .................................................................................................... 80

3.6.3. ANLISE DO CLIMA ATRAVS DE NDICES DE CONFORTO TRMICO .......................................... 82

3.6.3.1. NDICE DE CONFORTO DA ASHRAE-55 ..................................................................................................... 82

3.6.3.2. NDICE DE CONFORTO BASEADO EM GIVONI ........................................................................................ 83

3.6.3.3. NDICE DE CONFORTO BASEADO EM TEMPERATURAS FIXAS AO LONGO DE TODO ANO 83

3.6.3.4. RESULTADOS ......................................................................................................................................................... 83

3.7. SIMULAO COMPUTACIONAL .......................................................................................................................... 85

3.7.1. PROGRAMA DE SIMULAO .......................................................................................................................... 85

3.8. FORMAS DE ANLISES DOS RESULTADOS ..................................................................................................... 86

3.8.1. GRAUS-HORA DE DESCONFORTO ANUAL (GH) .................................................................................... 86

3.8.2. DESCONFORTO ANUAL RELATIVO............................................................................................................... 86

3.8.3. TEMPERATURAS PARA O DIA TPICO DE VERO E INVERNO DADAS PELA NBR 15575 ....... 87

4. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................................................................... 88

4.1. TESTES DA INFLUNCIA DE PARMETROS DA MODELAGEM PARA A SIMULAO ..................... 88

4.1.1. INTRODUO ....................................................................................................................................................... 88

4.1.2. MTODOS ............................................................................................................................................................... 88

4.1.3. IMPACTO DA TEMPERATURA DO SOLO NOS MODELOS ................................................................... 90

4.1.3.1. RESULTADOS ......................................................................................................................................................... 91

4.1.4. IMPACTO DOS PARMETROS: MEDIDAS INTERNAS, CAIXILHOS, VENEZIANAS E BEIRAIS . 92

4.1.4.1. DEFINIO DA ORIENTAO PARA ANLISE ......................................................................................... 92

4.1.4.2. HABITAO TRREA ........................................................................................................................................... 97

4.1.4.3. HABITAO MULTIFAMILIAR ......................................................................................................................... 99

4.2. AVALIAO DOS VALORES-LIMITE DE TRANSMITNCIA ESTABELECIDOS PELA NBR 15575 E

PELO RTQ-R .............................................................................................................................................................................. 102

4.2.1. INTRODUO ..................................................................................................................................................... 102

4.2.2. MTODOS ............................................................................................................................................................. 102

4.2.2.1. PAREDES COM DIFERENTES VALORES DE U E ABSORTNCIAS .................................................... 103

4.2.2.2. COBERTURAS COM DIFERENTES VALORES DE U E ABSORTNCIAS ........................................... 105

4.2.2.3. COMPARAO ENTRE OS PROCEDIMENTOS DE SIMULAO E SIMPLIFICADO DA NBR

15575 108

4.3. DESEMPENHO DA TIPOLOGIA ESCOLHIDA EM FUNO DAS PROPRIEDADES TRMICAS DA

ENVOLTRIA OPACA TRANSMITNCIA, ABSORTNCIA E CAPACIDADE TRMICA .............................. 111

4.3.1. SRIE 1 .................................................................................................................................................................... 111

4.3.2. SRIE 2 .................................................................................................................................................................... 117

4.3.3. SRIE 3 .................................................................................................................................................................... 121

5. CONCLUSES ................................................................................................................................................................ 125

5.1. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................................................................... 126

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................................................................. 128

7. APNDICES ..................................................................................................................................................................... 134

APNDICE A Tipologias: vistas, perspectivas e dados gerais dos modelos ................................................ 134

APNDICE B Propriedades dos materiais utilizados nas simulaes ............................................................. 136

APNDICE C Grficos de resultados completos da Srie 1 ............................................................................... 140

28

1. INTRODUO

Projetistas da rea civil lidam com um grande nmero de variveis na realizao de

um projeto, dentre elas as relacionadas ao conforto trmico. Define-se conforto trmico

como o estado da mente que expressa a satisfao do homem com o ambiente trmico

(ASHRAE, 2010). Assim, o desconforto pode ser sentido quando h diferena no balano

entre a energia produzida e a energia perdida pelo corpo, tendo assim a sensao de

calor ou frio. O adequado desempenho trmico de edificaes garante o conforto dos

usurios e surge como uma ferramenta importante para o projeto de edifcios, contribuindo

ainda para a economia de energia e alinhando-se ao tema da eficincia energtica.

Em linhas gerais, o desempenho trmico de uma edificao depende da

orientao do edifcio como um todo (seus ambientes de maior permanncia e seu

entorno), das condies de ventilao, das caratersticas dos materiais opacos e

transparentes e das trocas de calor que ocorrem atravs deles. Em um projeto de

habitao social as caractersticas das superfcies opacas da envoltria (paredes e

cobertura) e as estratgias de ventilao natural so os principais elementos que

influenciam o conforto, uma vez que dificilmente esta tipologia apresenta sistema de ar

condicionado e as superfcies transparentes no representam uma rea significativa.

No Brasil, h duas normas e um regulamento que tratam do desempenho trmico

de habitaes: a NBR 15220 (ABNT, 2005), a NBR 15575 (ABNT, 2013) e o RTQ-R (INMETRO,

2010). A primeira refere-se especificamente a habitaes unifamiliares de interesse social.

Ela estabelece o zoneamento bioclimtico brasileiro, dividindo o territrio em oito zonas

para as quais apresenta estratgias de adequao ao conforto trmico de acordo com o

clima. A segunda norma, NBR 15575, trata de edificaes residenciais, independente da

rea do projeto, e abrange diversos outros itens alm do desempenho trmico, como

aspectos estruturais e acsticos, por exemplo. Essa norma apresenta mtodos para

verificao do desempenho trmico dessas habitaes, classificando-o em mnimo,

intermedirio ou superior. J o RTQ-R Regulamento Tcnico da Qualidade para o Nvel de

Eficincia Energtica de Edificaes Residenciais (INMETRO, 2010), especifica critrios de

conforto trmico em habitaes, apresentando um mtodo de classificao das mesmas,

que varia de A (melhor desempenho/eficincia energtica) a E. Todos estes documentos,

ao fornecerem indicaes sobre as propriedades dos materiais da envoltria, fixam valores

mximos para a transmitncia (U) dos fechamentos. Tais valores variam para cada uma

das oito zonas definidas no zoneamento bioclimtico prescritas na NBR 15220, e entram em

desacordo entre si (no caso, a NBR 15220 contra a NBR 15575 e o RTQ-R, que apresentam

as mesmas exigncias).

A limitao da transmitncia trmica da envoltria a valores mximos baseada

em normas internacionais europias ou norte-americanas, onde o clima frio exige um maior

29 INFLUNCIA DAS PROPRIEDADES TRMICAS DA ENVOLVENTE OPACA NO DESEMPENHO DE HABITAES DE INTERESSE SOCIAL EM SO CARLOS, SP

isolamento da envolvente, isto , a fixao de um baixo valor de U. No presente trabalho,

procura-se verificar se esse modelo tambm seria adequado tambm para o caso

brasileiro. Em estudos anteriores (CHVATAL, 2007; CHVATAL; CORVACHO, 2009), verificou-se

o impacto do aumento do nvel de isolamento da envoltria no conforto trmico e no

consumo de energia em edifcios em Portugal e no Sul Europeu. A pesquisa demonstrou

que apesar do alto isolamento ser bom para o perodo de inverno, no vero uma

envolvente altamente isolada pode dificultar a dissipao do calor para o exterior,

aumentando a temperatura interior acima do limite de conforto. O estudo demonstra

ainda a necessidade de especificaes distintas quanto ao desempenho trmico para

edifcios habitacionais e comerciais, devido aos diferentes ganhos internos e diferente

participao do usurio no conforto trmico em cada caso.

1.2. OBJETIVOS

O presente trabalho tem como objetivo principal analisar a influncia conjugada da

transmitncia trmica da envolvente opaca (paredes e coberturas) e de outros

parmetros (cor das superfcies exteriores, inrcia das paredes externas, e insero ou no

de ventilao natural e ganhos internos) que interferem no desempenho trmico de

edifcios habitacionais de interesse social em So Carlos, SP. Os estudos so feitos para uma

geometria de edifcio unifamiliar trrea isolada, obtida atravs de pesquisa junto Caixa

Econmica Federal.

Tendo-se em conta o tipo de projeto e o clima considerados, so objetivos especficos

do trabalho:

verificar o impacto da transmitncia trmica das paredes e de coberturas

separadamente;

comparar os valores de transmitncia trmica estudados com os limites

mximos prescritos pela norma NBR 15575 e pelo regulamento RTQ-R,

verificando a adequabilidade da forma de indicao dessa propriedade

nesses documentos;

indicar recomendaes referentes a parmetros de desempenho trmico

das envoltrias de habitaes de interesse social para o clima de So

Carlos.

30

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAO

Aps a introduo e apresentao dos objetivos da pesquisa, inicia-se o Captulo 2:

Reviso Bibliogrfica, que trata das propriedades termofsicas da envoltria, das normas e

regulamento brasileiros referentes ao tema, e da influncia da transmitncia trmica e da

inrcia trmica no desempenho trmico de edificaes.

No captulo seguinte, Captulo 3: Metodologia, apresentam-se os parmetros principais

das simulaes (tipologias, dados de entrada dos modelos e suas variveis, o clima da

cidade de So Carlos) e as formas de anlise dos resultados.

O Captulo 4: Resultados e Discusso apresenta trs subitens. No item 4.1: Testes da

influncia de parmetros da modelagem para a simulao, realiza-se a etapa de

adequao da modelagem abrangendo dois modelos de habitaes. Nesta etapa foram

definidos quais parmetros de entrada so mais significativos para o modelo a ser

simulado. No item 4.2: Avaliao dos valores-limite de transmitncia estabelecidos pela

NBR 15575 e pelo RTQ-R, so apresentados os resultados das simulaes paramtricas

correspondentes ao modelo unifamiliar trreo, analisados a partir de dois mtodos: dias

tpicos de vero e inverno e graus-hora de resfriamento e aquecimento anuais. No item 4.3:

Desempenho da tipologia escolhida em funo das propriedades trmicas da envoltria

opaca transmitncia, absortncia e capacidade trmica, so apresentados os resultados

das simulaes paramtricas de sries de estudos para o modelo trreo, variando a

transmitncia e a absortncia (cor) das paredes e coberturas associadas a alteraes de

padro de ventilao, de ganhos internos e de inrcia trmica das paredes externas.

A seguir, o Captulo 5: Concluses, apresenta as concluses da pesquisa e tambm

algumas consideraes para futuros trabalhos na rea.

Por fim, os Captulos 6 e 7 contm as referncias bibliogrficas e os anexos.


2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. A ENVOLTRIA E SUAS PROPRIEDADES TERMOFSICAS

Segundo a definio do INMETRO (2010), a envoltria da edificao consiste nos

planos externos do edifcio, formados por fachadas, empenas, cobertura, brises, marquises,

aberturas, e quaisquer elementos que os compem. A envoltria constitui uma diviso

entre os ambientes interno e externo da edificao e, por esse motivo, tem uma grande

influncia em seu desempenho trmico. necessrio conhecer o papel que cada um de

seus elementos desempenha nas trocas de energia com o ambiente interno para que se

possa projetar uma edificao confortvel e eficiente energeticamente. fundamental

tambm diferenciar os elementos da envoltria da edificao em opacos e transparentes

(ou translcidos). Materiais opacos no possibilitam a transmisso direta da radiao solar

ao ambiente interno, j os transparentes transmitem uma grande parcela de radiao. A

intensidade das trocas de energia atravs desses fechamentos ser funo da:

radiao solar incidente;

condutividade, resistncia, transmitncia, difusividade, efusividade e

capacidade trmica dos materiais da envoltria;

absortncia e refletncia dos fechamentos opacos correspondente sua

cor;

temperaturas interna e externa da edificao.

A seguir so descritas as propriedades que atuam nas trocas de calor da envoltria

opaca.

2.1.1. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS OPACOS

Absortncia () e refletncia ()

Em um fechamento opaco, a transmisso de calor ocorre quando h diferena de

temperatura entre as superfcies internas e externas, sendo o sentido do fluxo da superfcie

mais quente para a superfcie mais fria. Em um primeiro momento, a superfcie externa do

fechamento recebe calor do meio por radiao e por conveco. Parte da radiao solar

incidente no fechamento opaco absorvida e a outra refletida, de acordo com a

absortncia () e a refletncia () do material. Portanto, a soma das duas variveis

sempre: +=1. Superfcies de cores escuras, muito comuns em materiais de construo,

possuem alta absortncia ou grande capacidade de absorver calor, enquanto que

superfcies claras apresentam uma maior refletncia, ou seja, grande capacidade de

refletir o calor. Quando o ar prximo a esta superfcie externa da parede se aquece,

formam-se movimentos convectivos, e o ar fluido trocar calor com a parede slido.

32

A radiao solar responsvel pela maior parte dos ganhos de calor de uma

edificao, de forma que a absortncia e a refletncia das superfcies externas exercem

grande influncia na carga trmica total da mesma. A aplicao de cor sobre as

superfcies externas funciona como um filtro das radiaes solares, influenciando, de

acordo com seu ndice de reflexo e absoro, as condies trmicas no interior do

edifcio.

Condutividade (), Resistncia (R) e Transmitncia trmica (U)

Conduo a segunda fase do processo de transferncia de calor em um

fechamento opaco. Aps os raios solares terem incidido no fechamento troca de calor

com o meio exterior, por radiao e conveco , ocorre um aumento da temperatura

superficial do mesmo. Pela diferena de temperatura gerada entre a superfcie externa e a

interna do fechamento, ocorrer uma troca de calor entre as elas denominada de

transferncia por conduo. A intensidade do fluxo trmico envolvido nesse processo

depende, alm da diferena de temperatura, da condutividade trmica () e da

espessura (e) do material. A condutividade trmica (), segundo a ABNT (2005),

corresponde propriedade fsica de um material homogneo e istropo, no qual se

verifica um fluxo de calor constante, com densidade de 1 W/m, quando submetido a um

gradiente de temperatura uniforme de 1 Kelvin por metro. expressa em W/(m.K). Os

materiais que apresentam altas ou baixas condutividades so classificados como

condutores ou isolantes trmicos, respectivamente.

Ao contrrio da condutividade, a resistncia trmica estabelece a resistncia do

fechamento passagem de calor. Sabendo-se a espessura (e) do material e sua

condutividade (), tem-se a possibilidade de calcular o valor de sua resistncia trmica (R)

pela expresso a seguir:

R =

(m K / W) (Equao 1)

Nos fechamentos com camadas heterogneas, isto , de materiais distintos, a

resistncia trmica total a soma da resistncia de cada camada homognea mais as

resistncias superficiais externa (Ser) e interna (Rsi) (ABNT, 2005).

O inverso da resistncia trmica (R) se denomina transmitncia trmica (U), definida

como o fluxo de calor que, na unidade de tempo e por unidade de rea, passa atravs do

componente (ABNT, 2005):

U=

W/(mK) (Equao 2)

Quanto menor a transmitncia de determinado material, maior o isolamento que

ele oferece.


Difusividade (a), Efusividade (b) e Capacidade trmica (C) ou Inrcia

Em um regime varivel, o valor das temperaturas varia no interior e no exterior do

fechamento, e parte do calor que entra por uma das faces da parede serve para aquec-

la, de modo que a quantidade de calor que sai pela outra face menor: o fluxo trmico

varivel. Neste regime, chamado de regime trmico varivel, os dois pontos que trocam

calor alteram temperaturas durante essa troca. Este fenmeno depende da difusividade

trmica (a) do material, isto , da velocidade de difuso do calor atravs desse material, e

da efusividade trmica do material (b) capacidade de absorver ou restituir um fluxo de

calor ou uma potncia trmica, sendo:

a = / . c (m/s) (Equao 3)

b = . . (W/mK) (Equao 4)

Onde: a = difusividade trmica do material (m/s); b = efusividade trmica do

material ((W/mK)1/2); = condutividade trmica do material (W/m K); = densidade de

massa aparente do material (Kg/m); e c = calor especfico do material (J/Kg K).

A difusividade e a efusividade so aplicadas no clculo do atraso e do

amortecimento trmicos. O atraso indica o tempo necessrio para uma onda trmica

atravessar um componente construtivo. J o amortecimento () de um sistema construtivo

o quociente entre as amplitudes de variao das temperaturas interna e externa (Ai e

Ae):

= Ai / Ae (adimensional) (Equao 5)

Um valor alto de amortecimento significa grandes oscilaes da temperatura

interna.

O atraso e o amortecimento compem a inrcia trmica, que depende da

espessura (e), do calor especfico (c) e da densidade da parede (). A capacidade

trmica (C) da vedao, que corresponde sua inrcia, dada por:

C = e. c . (J/mK) (Equao 6)

Trata-se da capacidade de um componente construtivo de armazenar energia em

forma de calor e liber-lo aps certo tempo. Contando com uma inrcia trmica

adequada e elementos com adequado isolamento, pode-se assegurar conforto interior

durante as horas de maior temperatura e radiao solar no exterior. Quanto maior for a

inrcia da construo, maior ser seu atraso trmico e menor o amortecimento.

34

2.2. NORMAS E REGULAMENTO SOBRE DESEMPENHO TRMICO DE

HABITAES NO BRASIL

As propriedades termofsicas dos materiais opacos esto relacionadas com as

condies de conforto trmico proporcionadas pelo sistema construtivo de uma

edificao, e requisitos mnimos para algumas delas (transmitncia trmica, capacidade

trmica, atraso trmico, absortncia) esto presentes nas normas e regulamentos trmicos

nacionais. Segundo Dilkin e Schneider (1999), a especificao das caractersticas trmicas

do envelope de edificaes residenciais, reunidas em forma de norma, fundamental

para garantir condies adequadas de conforto aos ocupantes e proporcionar economia

de energia.

Em 2005 surge a primeira norma para avaliao de desempenho trmico de

habitaes no Brasil, intitulada NBR 15220 - Desempenho trmico de edificaes (ABNT,

2005). Em 2013, lanada a norma NBR 15575 - Edifcios habitacionais Desempenho

(ABNT, 2013), a qual apresenta uma seo exclusiva voltada para o desempenho trmico.

Alm delas, o governo brasileiro lanou em 2003 o programa Procel Edifica: Plano de Ao

para Eficincia Energtica em Edificaes, como meio de reduzir o consumo de energia

nas edificaes. Desta forma desenvolveu-se o terceiro documento nacional relacionado

ao desempenho trmico de habitaes: o Regulamento Tcnico da Qualidade para o

Nvel de Eficincia Energtica de Edificaes Residenciais / RTQ-R, publicado em

novembro de 2010. Apresenta-se na sequncia, em linhas gerais, cada um dos

documentos, destacando-se os itens mais relevantes relacionados a esta pesquisa. Aps a

apresentao das duas normas e do regulamento feita uma comparao entre eles, em

termos de propriedades da envoltria recomendadas para cada zona bioclimtica.

2.2.1. NBR 15220: DESEMPENHO TRMICO DE EDIFICAES

A seguir, tem-se um quadro-resumo (Quadro 1) referente norma NBR 15220

Desempenho Trmico de Edificaes (ABNT, 2005):


NORMA/ANO PARTES ABRANGNCIA APLICAO

Desempenho

trmico de

edificaes/ 2005

Parte 1: Definies, smbolos e unidades

Parte 2: Mtodos de clculo da transmitncia

trmica, da capacidade trmica, do atraso trmico

e do fator solar de elementos e componentes de

edificaes

Parte 3: Zoneamento bioclimtico brasileiro e

diretrizes construtivas para habitaes unifamiliares

de interesse social

Parte 4: Medio da resistncia trmica e da

condutividade trmica pelo princpio da placa

quente protegida

Parte 5: Medio da resistncia trmica e da

condutividade trmica pelo mtodo fluximtrico

Habitaes

unifamiliares de

interesse social

No

obrigatrio*

*Normas tcnicas no so leis, mas tm fora obrigatria, embasadas pelo Cdigo Civil: Art.615: Concluda a

obra de acordo com o ajuste, [...], o dono obrigado a receb-la. Poder, porm, rejeit-la, se o empreiteiro se

afastou [...] das regras tcnicas em trabalhos de tal natureza (BRASIL, 2004, Art.615).

Quadro 1: Principais dados da NBR 15220. Fonte: Adaptado de ABNT, 2005

Para a pesquisa, a anlise concentra-se principalmente na parte 3, onde feita a

diviso do pas em oito zonas bioclimticas, abrangendo um conjunto de estratgias

construtivas destinadas s habitaes unifamiliares de interesse social. Nesta parte, a NBR

15220 indica para cada zona bioclimtica os seguintes parmetros: aberturas para

ventilao, proteo das aberturas, vedaes externas e estratgias de condicionamento

trmico passivo. A seguir (Figura 1), tem-se um resumo geral dos parmetros e suas

especificaes:

36

Figura 1: Parmetros especificados pela norma NBR 15220

10 A 15% DA REA DO PISO

15 A 25% DA REA DO PISO

ACIMA DE 40% DA REA DO PISO

PEQUENA

MDIA

GRANDE

ABERTURAS PARA

VENTILAO

SOMBREAR

PERMITIR SOL NO INVERNO

PROTEO DAS

ABERTURAS

COBERTURAS

PAREDES

LEVE - U3,00 4,3 FS5,0

LEVE REFLETORA - U3,60 4,3 FS4,0

PESADA - U2,20 6,5 FS3,5

LEVE ISOLADA - U2,00 3,3 FS6,5

LEVE REFLETORA - U2,30 3,3 FS6,5

PESADA - U2,00 6,5 FS6,5

VEDAES

EXTERNAS

A: AQUECIMENTO ARTIFICIAL

B: AQUECIMENTO SOLAR

C: MASSA TRMICA PARA AQUECIMENTO

D: CONFORTO TRMICO/BAIXA UMIDADE

E: CONFORTO TRMICO

F: DESUMIDIFICAO

G+H: RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

I+J: VENTILAO

L: UMIDIFICAO DO AR

H+I: MASSA TRMICA DE REFRIGERAO

K: REFRIGERAO

ESTRATGIAS DE

CONDICIONAMENTO

TRMICO PASSIVO


2.2.1.1. ZONEAMENTO BIOCLIMTICO BRASILEIRO

Para realizar a diviso do Brasil

em zonas bioclimticas, estabelecida na

parte 3 da NBR 15220, foram usados

dados das normais climatolgicas de

1931-1960 e de 1961-1990, alm de

outras fontes de medies no perodo

de 1961 a 1990 (ABNT, 2005). Analisando-

se as mdias das temperaturas mximas

e mnimas e as mdias das umidades

relativas do ar mensais, bem como as

coordenadas geogrficas de cada

cidade, o Brasil foi dividido em 6500

clulas (cada clula de 36Kmx36Km),

agrupadas em oito zonas. As zonas

foram numeradas de 1 a 8, sendo 1 a

mais fria, com cidades localizadas no Sul

do Brasil, e 8 a mais quente, compreendendo partes das regies Norte e Nordeste (ver

Figura 2). So Carlos (SP), clima foco desta pesquisa, classificado na zona bioclimtica 4.

Para cada zona, foram criadas recomendaes tcnico-construtivas visando

otimizar o desempenho trmico das edificaes a partir de sua adequao climtica.

Entretanto, diversos estudos mostram deficincias no zoneamento bioclimtico

apresentado e nas diretrizes construtivas da NBR 15220. Bogo (2008) analisou as limitaes

da norma de desempenho trmico, constatando a ausncia de diretrizes construtivas

visando o controle solar no vero para a zona bioclimtica 3 e a ausncia de

recomendao de valores mximos de fator solar para elementos transparentes da

edificao. Sacht e Rossignolo (2009) tambm apontam disparidades no zoneamento, a

partir de resultados distintos de desempenho em cidades de mesma zona,

especificamente as cidades de So Paulo e Florianpolis de climas bastante

diferenciados , inseridas na zona bioclimtica 3, e So Carlos e Braslia, na zona

bioclimtica 4. Sorgato (2009), em estudo sobre a influncia da rea de superfcie exposta

ao exterior e do tamanho do ambiente no desempenho trmico de edificaes

residenciais ventiladas naturalmente, obteve resultados que contradizem os limites mximos

de atraso trmico estabelecidos pela NBR 15220-3 para a zona bioclimtica 3

(Florianpolis). Os casos simulados com paredes e coberturas com maior atraso trmico

que o da norma apresentaram melhor desempenho que os casos com componentes que

atendem os critrios da norma (SORGATO, 2009).

Figura 2: Mapa das oito zonas bioclimticas

brasileiras. Fonte: ABNT, 2005

38

Roriz (2012b; 2012c) afirma a necessidade de reviso da norma, e destaca os

seguintes motivos: para o zoneamento, a equipe de pesquisadores baseou-se apenas em

Normais Climatolgicas de pouco mais de 300 municpios, obtendo por interpolao os

demais dados climticos, o que agregou elevados nveis de incerteza ao mapa resultante;

o zoneamento foi proposto especificamente para habitaes unifamiliares de interesse

social, mas, por ser o nico disponvel nas normas tcnicas brasileiras, tem sido aplicado

para qualquer tipo de edificao, provocando anlises equivocadas; os limites

geogrficos de cada zona foram estabelecidos a partir de critrios baseados na Carta

Bioclimtica de Givoni1 e nas Planilhas de Mahoney2 foram definidas as estratgias

bioclimticas recomendveis para cada ponto do mapa e, posteriormente, foram

agrupados em uma mesma zona os pontos correspondentes a estratgias semelhantes ,

este procedimento resultou em zonas com baixa homogeneidade climtica e em um

nmero total de zonas insuficiente para refletir a diversidade climtica do Brasil. Assim,

espera-se em breve a reviso da norma e o lanamento de um novo zoneamento, mais

criterioso e adequado s caractersticas climticas de cada cidade.

2.2.1.2. DIRETRIZES CONSTRUTIVAS

As diretrizes apresentadas na parte 3 da NBR 15220 so diretrizes construtivas para

habitaes unifamiliares de interesse social e tm carter orientativo para projetos, visando

um adequado conforto trmico dos usurios.

De forma geral, a norma fornece recomendaes de limites para as propriedades

de transmitncia trmica, atraso trmico e fator de calor solar, alm de propor estratgias

bioclimticas de projeto conforme cada zona. Segundo Giglio e Barbosa (2006), trata-se

de um mtodo simplificado, pois depende apenas do clculo das propriedades trmicas

de um componente construtivo isoladamente.

A seguir (Tabela 1, Tabela 2, Tabela 3), so colocadas as indicaes relativas s

paredes externas, coberturas e aberturas para as zonas bioclimticas 1 a 8.

1 Givoni concebeu uma carta bioclimtica para edifcios no condicionados baseada nas temperaturas internas

dos ambientes. Segundo ele, os usurios desses edifcios aceitam melhor as oscilaes de temperatura e

velocidade do ar, devido sua adaptao. A carta bioclimtica relaciona a temperatura do ar e a umidade

relativa, identificando nove zonas de atuao que correspondem estratgias bioclimticas a serem adotadas

no edifcio (GIVONI, 1992). 2 Segundo o mtodo tradicional dos Quadros de Mahoney, ou Planilhas de Mahoney (UNITED NATIONS, 1971), a

anlise feita a partir de trs planilhas: a primeira preenchida com os dados climticos locais, a segunda

determina a frequncia dos indicadores do clima local a partir da anlise desses dados, e a terceira fornece as

recomendaes para o projeto arquitetnico. Trata-se de um mtodo de anlise climtica simplificada, que

indica diretrizes para projeto de edificaes.


Tabela 1: Valores de propriedades trmicas de paredes segundo a NBR 15220

DESEMPENHO TRMICO DE PAREDES EXTERNAS

ZONAS BIOCLIMTICAS 1 2 3 4 5 6 7 8

Transmitncia trmica (U)

(/. ) U 3,0 U 3,6 U 2,2 U 3,6 U 2,2 U 3,6

Fator solar (FS)

(%) FS 5,0 FS 4,0 FS 3,5 FS 4,0 FS 3,5 FS 4,0

Atraso trmico ()

(horas) 4,3 6,5 4,3 6,5 4,3

Notas

FS= Fator Solar, calculado como FS=4.U. , onde U=transmitncia trmica do elemento e =

absortncia radiao solar da superfcie do elemento.

= Atraso trmico, calculado como =0,7284 , onde Rt=resistncia trmica de superfcie a

superfcie do componente e Ct=capacidade trmica do componente.

Fonte: Adaptado de ABNT, 2005

Tabela 2: Valores de propriedades trmicas de coberturas segundo a NBR 15220

DESEMPENHO TRMICO DE COBERTURAS



(/. ) U 2,0 U 2,3 FT*

Fator solar (FS)

(%) FS 6,5

Atraso trmico ()

(horas) 3,3 6,5 3,3

Notas

*FT: Na zona 8, tambm sero aceitas coberturas com transmitncias trmicas acima dos valores

tabelados, desde que atendam s seguintes exigncias: a) contenham aberturas para ventilao em

no mnimo dois beirais opostos; b) as aberturas para ventilao ocupem toda a extenso das

fachadas respectivas. Nesses casos, em funo da altura total para ventilao, os limites aceitveis da

transmitncia trmica podero ser multiplicados pelo fator FT, FT = 1,17 1,07h1,04, onde FT: fator de

correo da transmitncia aceitvel para as coberturas da Zona Bioclimtica 8; h: altura da abertura

em dois beirais opostos (cm). Para coberturas sem forro ou com ticos no ventilados, FT=1.


Tabela 3: Tamanho de aberturas para ventilao segundo a NBR 15220

ABERTURAS PARA VENTILAO


Aberturas para ventilao (A)

(% da rea do piso)

Mdias:

15 < A < 25

Pequenas:

10 < A < 15

Grandes:

A > 40

Sombreamento das aberturas

dos dormitrios

Permitir sol

durante o

inverno

Sombrear aberturas

Notas

A=nxAp, em %, onde A a abertura para ventilao, n o valor de porcentagem recomendado e Ap

a rea de piso do ambiente.


40

2.2.2. NBR 15575: EDIFICAES HABITACIONAIS - DESEMPENHO

A norma NBR 15575 - Edificaes habitacionais Desempenho (ABNT, 2013),

estabelece requisitos de desempenho de acordo com cada sistema das habitaes,

dividindo-as em sistemas estruturais, sistemas de pisos, sistemas de vedaes verticais

internas e externas, sistemas de coberturas e sistemas hidrossanitrios. Entre as exigncias a

serem cumpridas, uma refere-se especificamente ao desempenho trmico das

edificaes. Abaixo, os principais dados da NBR 15575 (Quadro 2):

NORMA/ANO PARTES ABRANGNCIA APLICAO

Edifcios habitacionais

Desempenho/2012

Parte 1: Requisitos gerais

Parte 2: Requisitos para os sistemas

estruturais

Parte 3: Requisitos para os sistemas de

piso


vedaes verticais internas e externas


coberturas

Parte 6: Requisitos para os sistemas

hidrossanitrios

Habitaes

unifamiliares ou

multifamiliares em

geral, alguns

requisitos so

especficos para

habitaes de

at cinco

pavimentos

No obrigatrio*

*Normas tcnicas no so leis, mas tm fora obrigatria, embasadas pelo Cdigo Civil: Art.615: Concluda a

obra de acordo com o ajuste, [...], o dono obrigado a receb-la. Poder, porm, rejeit-la, se o empreiteiro

se afastou [...] das regras tcnicas em trabalhos de tal natureza (BRASIL, 2004, Art.615).

Quadro 2: Principais dados da NBR 15575. Fonte: Adaptado de ABNT, 2013

O foco da NBR 15575 no est na prescrio de como os sistemas so construdos,

mas sim nas exigncias dos usurios para o edifcio habitacional e para o comportamento

em uso de seus subsistemas.

Quanto ao comportamento trmico da habitao, considera-se que o mesmo

depende do comportamento interativo entre fachada, cobertura e piso. A NBR 15575

permite que o desempenho trmico seja avaliado para um sistema, de forma

independente, ou para a edificao como um todo, definindo requisitos de conforto

trmico de acordo com a regio de implantao da obra e as caractersticas

bioclimticas dadas na NBR 15220 3.

A NBR 15575 tem sido bastante discutida no meio acadmico e da construo civil

em geral. Com sua validao espera-se um grande impacto no mercado construtivo,

porm ela apresenta ainda algumas lacunas sobre certos procedimentos, o que gerou seu

processo de reviso. Contudo, a verso revista, liberada para consulta pblica entre 16 de

julho e 13 de setembro de 2012, apresenta algumas falhas. Uma de suas deficincias

principais em relao ao desempenho trmico corresponde definio de dias tpicos de

projeto de vero e inverno nos quais a edificao deve ser avaliada. Brito et al (2012)

analisaram a caracterizao dos dias de projeto a serem utilizados no procedimento de

simulao da norma, constatando a importncia dos dados climticos referentes a estes


dias na avaliao da edificao. Pelos resultados de sua pesquisa, Brito et al (2012)

destacam que ao menos dois fatores devem ser obrigatoriamente considerados na

definio dos dias tpicos: a amplitude diria da temperatura do ar e a radiao solar total

global diria. Na verso revista, so apresentados dados de dias tpicos para capitais

apenas, permitindo que cidades que no possuem dados climticos disponveis utilizem

dados de cidades prximas dentro da mesma zona bioclimtica no informando,

contudo, critrios para definir a semelhana entre climas de cidades distintas e nem

mtodos para estabelecer os dias tpicos a partir dos dados disponveis.

Para avaliar as edificaes quanto adequao ao desempenho trmico, a

norma estabelece dois procedimentos: normativo simplificado que uma espcie de lista

de pr-requisitos a serem cumpridos , e informativo por medio para edificaes

existentes e/ou prottipos. O mtodo de avaliao por meio de simulao computacional

oferecido como uma alternativa caso o edifcio no cumpra os requisitos pelo mtodo

simplificado, sendo considerado tambm um mtodo informativo. Destes, os que

interessam pesquisa so o procedimento normativo simplificado, por apresentar as

recomendaes de valores de transmitncia da envoltria, e o mtodo da simulao

computacional. A Figura 3 a seguir esquematiza a avaliao de desempenho trmico

estipulada pela norma:

Figura 3: Procedimento de avaliao de desempenho trmico segundo a NBR 15575

A seguir, apresenta-se a descrio dos mtodos simplificado e de simulao.

42

2.2.2.1. PROCEDIMENTO NORMATIVO SIMPLIFICADO

No procedimento simplificado, verifica-se o atendimento aos requisitos e critrios

para fachadas (vedaes verticais externas) e coberturas, conforme descrito nas partes 4

e 5 da NBR 15575. De modo resumido, os procedimentos para a avaliao de desempenho

trmico por meio do procedimento simplificado seguem os seguintes passos:

- determinao de U e C da parede (transmitncia e capacidade trmica);

- se U e C estiverem dentro do limite recomendado, determina-se a rea das

aberturas para ventilao;

- se as aberturas estiverem dentro dos valores recomendados por Cdigos de

Obras, Cdigos Sanitrios Estaduais ou, em ltimo caso, pelos valores estabelecidos na

norma, considera-se que a edificao possui o nvel de desempenho mnimo

recomendado, M.

Caso algum destes itens no esteja dentro dos valores recomendados, o

desempenho ser considerado insatisfatrio.

Neste procedimento deve ser feita tambm a avaliao da cobertura:

- determina-se U da cobertura (transmitncia trmica);

- analisa-se em funo da cor, se o U encontrado for menor que o U limite, o

desempenho sobe para o nvel I, intermedirio;

- se o U calculado for maior que o U limite, o desempenho considerado

insatisfatrio.

Abaixo, so colocados os valores de transmitncia e capacidade trmica de

paredes recomendados para cada zona bioclimtica (Tabela 4).

Tabela 4: Valores de propriedades trmicas de paredes segundo a NBR 15575

DESEMPENHO TRMICO DE VEDAES VERTICAIS (NVEL MNIMO OBRIGATRIO)



(/. ) U 2,5

U 3,7 se 0,6

U 2,5 se > 0,6

Capacidade trmica (CT)

(/. ) CT 130

sem

exigncia


No caso de paredes que tenham na sua composio materiais isolantes trmicos

de 0,065 W/(m.K) e Rt>0,5 (m.K)/W, o clculo da capacidade trmica deve ser feito

desprezando-se todos os materiais voltados para o ambiente externo, posicionados a partir

do isolante ou espao de ar.

Para as coberturas, a norma indica apenas o valor de transmitncia trmica, sem

mencionar a capacidade trmica do sistema (Tabela 5).


Tabela 5: Valores de propriedades trmicas de coberturas segundo a NBR 15575

DESEMPENHO TRMICO DE COBERTURAS (NVEL MNIMO OBRIGATRIO)



(/. ) U 2,3

U 2,3 se 0,6

U 1,5 se > 0,6

U 2,3 FV se 0,4

U 1,5 FV se > 0,4

Notas:

A norma indica que o Fator de Ventilao (FV) estabelecido na ABNT NBR 15220, porm esta ltima

no faz nenhuma referncia ao FV, mas sim ao FT (fator de correo da transmitncia). Valores de

transmitncia trmica considerando-se fluxo trmico descendente.


Quanto ao tamanho de aberturas para ventilao, a norma indica que os

ambientes de permanncia prolongada devem seguir as exigncias da legislao

especfica do local da obra, incluindo Cdigos de Obras, Cdigos Sanitrios e outros. Caso

no haja requisitos de ordem legal, devem ser adotados os seguintes valores (Tabela 6):

Tabela 6: Tamanho de aberturas para ventilao segundo a NBR 15575

ABERTURAS PARA VENTILAO (NVEL MNIMO OBRIGATRIO)


Aberturas para ventilao (A)

(% da rea do piso)

Aberturas Mdias:

A 7

Aberturas Grandes:

A 12 regio Norte

A 8 regies Nordeste e

Sudeste

Notas:

Para o tamanho de aberturas, deve-se seguir legislao especfica do local do obra (Cdigos de

obras, Cdigos Sanitrios, etc), e apenas na inexistncia destes aplica-se o disposto na Norma.

Usa-se a frmula A=100x(Aa/Ap), em %, onde A a abertura para ventilao, Aa a rea de

ventilao efetiva por janelas, e Ap a rea de piso do ambiente.

Nas zonas 1 a 6 as reas de ventilao devem ser passveis de serem vedadas no perodo frio.

Valores vlidos para ambientes de longa permanncia salas, cozinhas e dormitrios.


2.2.2.2. PROCEDIMENTO DE SIMULAO COMPUTACIONAL

No mtodo da simulao computacional, verifica-se o atendimento aos requisitos e

critrios por meio de simulao do desempenho trmico do edifcio como um todo. So

feitas comparaes entre a temperatura externa e a temperatura interna dos ambientes

de maior permanncia, para os dias tpicos de vero e inverno.

Os dados climticos para a definio dos dias tpicos devem ser baseados na

norma, que fornece dados climticos e de localizao geogrfica para as capitais. Caso a

cidade analisada no possua dados climticos disponveis, recomenda-se escolher uma

cidade da mesma zona bioclimtica que tenha clima semelhante como dito

anteriormente, a norma no especifica os critrios de semelhana a serem avaliados e

nem o mtodo para determinar o dia tpico a partir dos dados disponveis. Se a cidade em

questo no possuir semelhana climtica com nenhuma outra cidade que tenha dados

disponveis, a norma recomenda evitar o mtodo da simulao.

44

Quanto ao programa a ser utilizado, recomenda-se o uso do software EnergyPlus.

Podem ser usados tambm outros programas validados pela ASHRAE Standard 140

(ASHRAE, 2004), que determinem o comportamento trmico da construo em exposio

dinmica ao clima e que reproduzam os efeitos da inrcia trmica.

Para a modelagem, cada ambiente da edificao deve constituir uma zona

trmica.

Quanto s propriedades trmicas dos materiais e componentes construtivos, deve-

se usar, na seguinte ordem:

- dados obtidos por ensaios em laboratrio;

- dados obtidos junto aos fabricantes; e

- dados disponibilizados na NBR 15220-2.

Para o desempenho trmico no vero e no inverno, a habitao deve apresentar as

seguintes condies trmicas em seu interior, em relao s condies do ambiente

externo (Tabela 7):

Tabela 7: Desempenho trmico mnimo, intermedirio e superior

ZONAS BIOCLIMTICAS

VER

O

NVEL DE

DESEMPENHO 1 2 3 4 5 6 7 8

Mnimo , mx , mx

Intermedirio , mx (, mx 2 ) , mx (, max 1 )

Superior , mx (, mx 4 ) , mx , mx 2 ) e

, (, min + 1 )

INV

ER

NO

Mnimo , (, mn + 3 )

No necessita de verificao Intermedirio , (, mn + 5 )

Superior , (, mn + 7 )

Notas

, mx o valor mximo dirio da temperatura do ar no interior da edificao, em graus Celsius.

, mx o valor mximo dirio da temperatura do ar exterior edificao, em graus Celsius.

, o valor mnimo dirio da temperatura do ar no interior da edificao, em graus Celsius.

, o valor mnimo dirio da temperatura do ar exterior edificao, em graus Celsius.


Para o mtodo de avaliao por simulao de edifcios em fase de projeto, deve-

se simular todos os ambientes da unidade e analisar os resultados de dormitrios e salas,

considerando as seguintes condies:

1. Recintos adjacentes de outras unidades (geminadas ou multipavimentos) devem

ser considerados com a mesma condio trmica do ambiente simulado;

2. A edificao deve ser orientada conforme a implantao. Caso no esteja

definida, considerar a orientao mais crtica do ponto de vista trmico (que

receba maior insolao nos ambientes de longa permanncia), sendo

recomendado:


a) Vero: janela do dormitrio ou sala voltada para oeste e a outra parede

exposta voltada ao norte; caso no seja possvel, o ambiente deve ter ao

menos uma janela voltada ao oeste;

b) Inverno: janela do dormitrio ou sala voltada para sul e a outra parede exposta

voltada para leste; caso no seja possvel, o ambiente deve ter ao menos uma

janela voltada ao sul;

c) Obstruo no entorno: considerar paredes e janelas expostas desobstrudas

(sem a presena de edificaes ou vegetao nas proximidades que

modifiquem a incidncia de sol e/ou vento). Pode-se considerar edificaes de

um mesmo complexo, por exemplo um condomnio, desde que previstas para

habitao no mesmo perodo;

d) Obstruo por elementos construtivos previstos na edificao: dispositivos de

sombreamento devem ser considerados na simulao;

3. Adotar taxa de ventilao de 1 ren/hora, para o ambiente e para a cobertura;

4. Absortncia da cobertura: considerar em relao ao material especificado para o

telhado;

5. Absortncia da parede: considerar a cor definida no projeto. Se no houver, simular

para trs situaes:

a) Cor clara = 0,3;

b) Cor mdia = 0,5;

c) Cor escura = 0,7;

6. Desconsiderar fontes internas de calor - ocupantes, lmpadas, outros equipamentos

em geral;

7. Para unidades habitacionais isoladas, o procedimento ser feito para a unidade

como um todo. Para conjuntos habitacionais de edificaes trreas, deve-se

selecionar a unidade com maior nmero de paredes expostas para a anlise. Para

edifcios multipisos, deve-se analisar a unidade do ltimo andar, que apresente

cobertura exposta;

8. Caso o edifcio no atenda aos requisitos estabelecidos para o dia tpico de vero,

deve-se simular novamente considerando-se as seguintes alteraes:

a) Ventilao: considerar taxa de ventilao de 5 ren/h e janelas sem

sombreamento;

b) Sombreamento: insero de proteo solar externa ou interna com dispositivo

capaz de cortar no mnimo 50% da radiao solar direta, com taxa de

ventilao de 1 ren/h;

c) Ventilao e sombreamento: combinao das duas estratgias anteriores,

insero de dispositivo de proteo solar e taxa de ventilao de 5 ren/h.

Isto , pode-se optar por uma das trs opes para atingir o nvel de desempenho

mnimo no vero. Como a norma no considera o uso de estratgia de ventilao natural,

46

entende-se que a especificao da taxa de 5 renovaes por hora seria para suprir esta

lacuna. A questo do dispositivo de sombreamento entende-se como a considerao de

veneziana na metade da janela, o que comum na maioria das habitaes, de acordo

com os projetos levantados para esta pesquisa.

2.2.3. RTQ-R: REGULAMENTO TCNICO DA QUALIDADE PARA O NVEL DE EFICINCIA

ENERGTICA EM EDIFICAES RESIDENCIAIS

O RTQ-R tem como objetivo criar

condies para a etiquetagem do nvel de

eficincia energtica de edificaes residenciais

unifamiliares e multifamiliares. Dependendo do

consumo de energia verificado, os edifcios

residenciais recebem a Etiqueta Nacional de

Conservao de Energia (ENCE) do Programa

Brasileiro de Etiquetagem (PBE) do Inmetro em

um nvel de "A" a "E", sendo "A" o mais eficiente

(INMETRO, 2010) (Figura 4). O RTQ-R tambm fixa

valores de capacidade trmica e transmitncia

para paredes e coberturas segundo o

zoneamento bioclimtico da NBR 15220, e

apresenta um mtodo de simulao que se

baseia no clculo de graus-hora de resfriamento

e aquecimento para avaliar o desempenho do

edifcio.

O RTQ-R especifica requisitos tcnicos e

mtodos para classificao de edificaes residenciais quanto eficincia energtica,

destacando que as edificaes submetidas ao mtodo devem atender s demais normas

da ABNT vigentes e aplicveis. Ele adota, assim como a NBR 15575, a diviso bioclimtica

do Brasil dada pela NBR 15220-3.

Os procedimentos para avaliar o nvel de eficincia para edificaes residenciais so:

Unidades habitacionais autnomas: avaliam-se os requisitos relativos ao

desempenho trmico da envoltria, eficincia do sistema de aquecimento de

gua e a eventuais bonificaes;

Edificao unifamiliar: mesmo procedimento feito para a unidade habitacional

autnoma;

Edificaes multifamiliares: pondera-se o resultado da avaliao dos requisitos de

todas as unidades habitacionais autnomas da edificao;

Figura 4: Exemplo de etiqueta para

edificaes. Fonte: INMETRO, 2010.


reas de uso comum: avaliam-se os requis

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