PECV0429 Marina

Influncia de parmetros construtivos no consumo de energia de edifcios de escritrio localizados em Florianpolis - SC

Marina Vasconcelos SantanaOrientador: Prof. Enedir Ghisi, PhDDissertao de mestrado Florianpolis 2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

Influncia de parmetros construtivos no consumo de energia de edifcios de escritrio localizados em Florianpolis - SC

MARINA VASCONCELOS SANTANA Orientador: Prof. Enedir Ghisi, Ph.D.

Dissertao submetida ao Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil

Florianpolis 2006

Anlise da eficincia energtica de edifcios de escritrio Influncia de parmetros construtivos no consumo de energia da cidade de Florianpolis de edifcios de escritrio localizados em Florianpolis - SCMARINA VASCONCELOS SANTANA

Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina em 24 de abril de 2006.

Prof. Glicrio Trichs, Dr. Eng. Coordenador do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil

Prof. Enedir Ghisi, Ph.D. Orientador Banca examinadora:

Prof. Maurcio Roriz, Dr. Eng. Examinador externo

Prof. Roberto Lamberts, Ph.D. Examinador

Prof. Ana Lgia Papst, Dr. Eng. Examinadora

a

a

S1

umriovii xi xiii xiv

Lista de figuras....................................................................................................... Lista de tabelas...................................................................................................... Resumo.................................................................................................................. Abstract .................................................................................................................

Introduo1.1 Colocao do problema....................................................................... 1.2 Objetivo................................................................................................ 1.2.1 Objetivo geral.............................................................................. 1.2.2 Objetivos especficos.................................................................. 1.3 Estrutura da dissertao...................................................................... 1.4 Contexto da dissertao.......................................................................

01 01 07 07 07 08 09

2

Reviso Bibliogrfica2.1 Introduo ........................................................................................... 2.2 Eficincia energtica em edificaes .................................................. 2.3 Anlise da eficincia energtica em edificaes ................................. 2.4 O programa simulador ......................................................................... 2.5 Dados climticos ................................................................................. 2.6 Definio de tipologia predominante ................................................... 2.7 Normas sobre eficincia energtica .................................................... 2.8 Consideraes finais ...........................................................................

11 11 11 14 23 25 27 31 36

3

Metodologia3.1 Introduo ........................................................................................... 3.2 Levantamento de dados ...................................................................... 3.2.1 Levantamento dos edifcios de escritrio ................................... 3.2.2 Levantamento das tipologias construtivas ................................. 3.2.3 Orientao solar dos edifcios .................................................... 3.2.4 Determinao da forma .............................................................. 3.2.5 Elementos de proteo solar ...................................................... 3.2.6 Levantamento das cores externas ............................................. 3.2.7 Levantamento das atividades profissionais ............................... 3.2.8 Levantamento do padro de ocupao ...................................... 3.2.9 Levantamento do uso de equipamentos .................................... 3.2.10 Monitoramento dos equipamentos ........................................... 3.3 Definio da tipologia predominante ................................................... 3.3.1 Nmero de pavimentos .............................................................. 3.3.2 Forma dos edifcios .................................................................... 3.3.3 Proporo dos edifcios .............................................................. 3.3.4 Orientao das fachadas............................................................ 3.3.5 Elementos de proteo solar .....................................................

37 37 37 38 38 40 41 41 41 43 43 44 46 47 48 48 48 48 49

3.3.6 Detalhes construtivos ................................................................. 3.3.7 Percentual de rea de janela na fachada PJF ........................ 3.3.8 Padro de ocupao dos edifcios ............................................. 3.3.9 Padro de uso dos equipamentos ............................................. 3.3.10 Densidade de carga interna ..................................................... 3.4 Simulaes termo-energticas ............................................................ 3.4.1 Treinamento no programa de simulao EnergyPlus: mtodo BESTEST ........................................................................................... 3.4.1.1 Caso 600 ............................................................................. 3.4.1.2 Caso 600 FF (Free Floting) ................................................. 3.4.2 Simulao da tipologia predominante ........................................ 3.4.3 Simulao das variaes da tipologia predominante ................ 3.4.3.1 Fator de projeo ................................................................ 3.4.3.2 Entorno ................................................................................ 3.4.3.3 Coeficiente de sombreamento dos vidros ........................... 3.4.3.4 Percentual de rea de janela na fachada ........................... 3.4.3.5 Transmitncias trmicas ..................................................... 3.4.3.6 Absortncias de radiao solar............................................ 3.4.3.7 Orientao ........................................................................... 3.4.3.8 Atividades profissionais ....................................................... 3.4.3.9 Eficincia de aparelhos de ar condicionado ........................ 3.5 Consideraes finais............................................................................

49 50 51 51 51 52 52 53 54 55 55 56 56 58 58 59 59 60 60 60 61

4

Resultados4.1 Introduo ........................................................................................... 4.2 Caracterizao da tipologia ................................................................. 4.2.1 Distribuio e quantidade de edifcios de escritrio ................... 4.2.2 Nmero de pavimentos tipo ....................................................... 4.2.3 Forma, proporo e rea ............................................................ 4.2.4 Orientao das fachadas ........................................................... 4.2.5 Orientao e rea das coberturas .............................................. 4.2.6 Elemento de proteo solar ....................................................... 4.2.7 Cores dos edifcios de escritrio ................................................ 4.2.8 Detalhes construtivos ................................................................. 4.3 Padro de ocupao e uso de equipamentos ..................................... 4.3.1Atividades profissionais nos edifcios de escritrio ..................... 4.3.2 Padro de ocupao .................................................................. 4.3.3 Padro de uso de equipamentos ............................................... 4.3.4 Monitoramento dos equipamentos ............................................. 4.4 Tipologia predominante ....................................................................... 4.4.1 Testes dos PJFs ......................................................................... 4.4.2 Caractersticas da tipologia predominante ................................ 4.5 Simulaes termo-energticas ............................................................ 4.5.1 Treinamento no programa de simulao EnergyPlus: mtodo BESTEST ........................................................................................... 4.5.1.1 Caso 600 ............................................................................ 4.5.1.2 Caso 600 FF (Free Floting) ................................................ 4.5.2 Simulao da tipologia predominante ........................................ 4.5.2.1 Simulao da tipologia predominante: caso base .............. 4.5.2.2 Simulao da tipologia predominante: teste de PFJs ........ 4.5.3 Simulaes das variaes da tipologia predominante ...............v

62 62 62 62 63 64 67 68 70 72 74 77 77 77 79 79 81 81 84 87 87 88 88 90 90 93 95

4.5.3.1 Variaes do fator de projeo........................................... 4.5.3.2 Variaes do entorno.......................................................... 4.5.3.3 Variaes do coeficiente de sombreamento dos vidros ..... 4.5.3.4 Variaes do PJF................................................................ 4.5.3.5 Variaes da transmitncia trmica.................................... 4.5.3.6 Variaes da absortncia ................................................... 4.5.3.7 Variaes da orientao...................................................... 4.5.3.8 Variaes da atividade profissional..................................... 4.5.3.9 Variaes da eficincia de aparelhos de ar condicionado.. 4.6 Consideraes finais ...........................................................................

95 97 101 103 105 110 115 117 121 123

5

Concluses

125 5.1 Concluses gerais ............................................................................... 125 5.2 Limitaes do trabalho ........................................................................ 129 5.3 Sugestes para trabalhos futuros ....................................................... 130

Referncias bibliogrficas ApndicesApndice 1 Caracterizao da tipologia ........................................................ Apndice 2 Monitoramento dos equipamentos ............................................. Apndice 3 Levantamento de atividades profissionais ................................. Apndice 4 Levantamento geral de 35 edifcios de escritrio ....................... Apndice 5 Caractersticas dos materiais ..................................................... Apndice 6 Relatrio de sada EnergyPlus ...................................................

131

136 139 142 143 179 183

vi

L1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

ista de figuras

1 IntroduoConsumo de eletricidade por setor no Brasil ................................................ 03 Participao percentual setorial no consumo de energia do pas no ano de 2004 .............................................................................................................. 03

Mapa do Brasil com a localizao da cidade de Florianpolis-SC .............. 05 Evoluo do consumo de energia em Florianpolis entre 1996 e 2004............................................................................................................... Participao percentual setorial no consumo de energia em Florianpolis entre 1996 e 2004 ......................................................................................... 05 06

Usos finais de energia nos setores pblico e comercial do pas .................. 06 Zoneamento bioclimtico para o Brasil ......................................................... 09

2 Reviso bibliogrfica2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Conceito clssico de Vitrvio e o atualizado conceito relacionado economia de energia .................................................................................... Exemplo de um escritrio de um edifcio comercial energeticamente eficiente ......................................................................................................... 13 13

Classificao dos dados de entrada para o programa de simulao ........... 20 Consumo de energia eltrica por usos finais em Hong Kong ....................... 22 Estrutura genrica do programa EnergyPlus ................................................ 24 Prottipos de edificaes utilizados em Hong Kong ..................................... 29

3 Metodologia3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Diagrama das caractersticas retiradas no levantamento ............................. 39 Limite de abrangncia para cada orientao solar ............................................ 40 Aparelho de medio de refletncia ............................................................. 42 Medio em papel branco ............................................................................. 42 Lista de caractersticas registradas no levantamento da ocupao e do uso de equipamentos .................................................................................... 45

Medidor de consumo porttil MCP5000 ..................................................... 46 Indicadores obtidos dos levantamentos dos detalhes construtivos .............. 49

vii

3.8 3.9

Processo do teste por orientao ................................................................. 51 Dimenses do Caso 600 ............................................................................... 53

3.10 Afastamento adotado pelo Cdigo de Obras de Florianpolis ..................... 57 3.11 Casos simulados para a anlise do entorno ................................................. 57 3.12 ngulos a e b considerados para o mascaramento .................................. 58 3.13 Casos simulados para a anlise da orientao ............................................ 60

4 Resultados4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Indicao da distribuio dos edifcios de escritrio particulares no centro de Florianpolis ............................................................................................. 63

Ocorrncia de pavimentos e pavimentos tipo em edifcios de escritrio ...... 64 Freqncia de ocorrncia das formas dos edifcios de escritrio ................. 64 Freqncia de ocorrncia da proporo dos edifcios retangulares ............. 65 Freqncia de ocorrncia de escritrios por pavimento tipo ........................ 65 Freqncia de ocorrncia da rea dos pavimentos tipo ............................... 66 Declinao magntica para Florianpolis...................................................... 67 Freqncia de ocorrncia da orientao da fachada principal ..................... 68 Percentual de rea de janela por fachada .................................................... 68

4.10 Percentual de rea de janela por fachada principal ...................................... 69 4.11 Percentual de rea de janela por fachada secundria.................................. 70 4.12 Centro empresarial Baro do Rio Branco...................................................... 70 4.13 Centro executivo Maxims.............................................................................. 70 4.14 Centro comercial Saint James....................................................................... 71 4.15 Centro Pedro Xavier...................................................................................... 71 4.16 Edifcio Emedaux........................................................................................... 72 4.17 Centro executivo Via Venetto ....................................................................... 72 4.18 Freqncia de ocorrncia de cores de 32 edifcios de escritrio .................. 72 4.19 Refletncia de 42 cores ................................................................................ 73 4.20 Absortncia e refletncia mdia das cores externas .................................... 74 4.21 Edifcio Mirage Tower ................................................................................... 75 4.22 Edifcio Planel Towers .................................................................................. 75 4.23 Tipos de vidros com maior incidncia ........................................................... 76 4.24 Tipos de vidros encontrados nos edifcios de escritrio ............................... 76 4.25 Anlise de freqncia das fachadas dos edifcios ........................................ 81 4.26 Anlise da orientao e dos PJF do mtodo por orientao ........................ 83 4.27 Modelo da tipologia predominante ................................................................ 85viii

4.28 Caractersticas do modelo da tipologia predominante .................................. 85 4.29 Padro de ocupao mdio .......................................................................... 86 4.30 Padro de uso mdio dos equipamentos ..................................................... 86 4.31 Variao da temperatura interna e externa no dia de temperatura interna mxima (17/10) ............................................................................................. 89 4.32 Variao da temperatura interna e externa no dia de temperatura interna mnima (04/01) .............................................................................................. 90 4.33 Carga trmica e temperatura do pav. cobertura no dia de pico de resfriamento (07/01) ...................................................................................... 91 4.34 Consumo de energia da tipologia predominante .......................................... 92 4.35 Usos finais de energia obtidos da simulao ................................................ 92 4.36 Consumo de energia das variaes de teste de PJF ................................... 93 4.37 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo das alternativas de PJFs para o caso base ......................................................... 94 4.38 Consumo de energia das variaes do fator de projeo ............................ 95 4.39 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo do fator de projeo ................................................................................................... 96 4.40 Correlao do consumo anual de energia com o brise horizontal ................ 97 4.41 Consumo de energia das variaes de entorno ........................................... 97 4.42 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo do 98 entorno .......................................................................................................... 4.43 Mascaramento obtido da obstruo das fachadas ....................................... 99 4.44 Correlao do consumo de energia com o nmero de horas de sol ............ 100 4.45 Consumo de energia das variaes do coeficiente de sombreamento dos 101 vidros ............................................................................................................ 4.46 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo do coeficiente de sombreamento dos vidros ..................................................... 102 4.47 Correlao do consumo anual de energia com o fator solar dos vidros ....... 102 4.48 Consumo de energia das variaes dos PJFs ............................................. 103 4.49 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo dos PJFs .............................................................................................................. 104 4.50 Correlao do consumo anual de energia com o PJF .................................. 105 4.51 Consumo de energia das variaes da transmitncia trmica das paredes. 105 4.52 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da transmitncia trmica das paredes ............................................................... 106 4.53 Correlao do consumo anual de energia com a transmitncia trmica das paredes ......................................................................................................... 106 4.54 Consumo de energia das variaes da transmitncia trmica da cobertura. 107 4.55 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da transmitncia trmica da cobertura ............................................................... 108ix

4.56 Correlao do consumo anual de energia com a transmitncia trmica da cobertura ....................................................................................................... 109 4.57 Correlao da carga de resfriamento do pavimento de cobertura com a transmitncia trmica da cobertura ............................................................... 110 4.58 Consumo de energia das variaes da absortncia das paredes ................ 111 4.59 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da absortncia das paredes ............................................................................... 111 4.60 Correlao do consumo anual de energia com a absortncia das paredes.. 112 4.61 Consumo de energia das variaes da absortncia da cobertura................. 113 4.62 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da absortncia da cobertura .............................................................................. 113 4.63 Correlao do consumo anual de energia com a absortncia da cobertura. 114 4.64 Correlao da carga de resfriamento do pavimento de cobertura com a absortncia da cobertura .............................................................................. 115 4.65 Casos simulados para a anlise da orientao ............................................ 115 4.66 Consumo de energia das variaes das orientaes ................................... 116 4.67 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da orientao ..................................................................................................... 116 4.68 Correlao do consumo anual de energia com a orientao solar ............... 117 7.69 Padro de ocupao das atividades profissionais ........................................ 118 4.70 Padro de uso de iluminao ....................................................................... 119 4.71 Padro de uso de computador ...................................................................... 119 4.72 Padro de uso de cafeteira ........................................................................... 120 4.73 Consumo de energia das variaes das atividades ..................................... 120 4.74 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da atividade ........................................................................................................ 120 4.75 Consumo de energia das variaes de eficincia do aparelho de ar condicionado ................................................................................................. 122 4.76 Variao percentual do consumo de energia do edifcio em funo da eficincia do aparelho de ar condicionado .................................................... 122 4.77 Correlao do consumo anual de energia com a eficincia energtica dos aparelhos de ar condicionado ....................................................................... 123 4.78 Procedimento metodolgico adotado ........................................................... 124

x

L3.1 3.2 3.3

ista de tabelas

3 MetodologiaEquipamentos e perodo de monitoramento ................................................ 46 Dimenses do Caso 600 .............................................................................. 54 Caractersticas dos casos relacionados ao fator de projeo ...................... 56

4 Resultados4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Quantidade e variao do ano de ocupao dos edifcios de escritrio ...... 63 reas dos pavimentos tipo e dos escritrios ................................................ 66 Maiores variaes de refletncias das cores dos edifcios de escritrio ..... 73 Atividades profissionais ................................................................................ 77 Escritrios visitados para o levantamento de padro de ocupao ............. 78 Monitoramento de equipamentos - escritrio 1 ............................................ 80 Monitoramento de equipamentos - escritrio 2 ............................................ 80 Orientao e mdia das fachadas principais ............................................... 82 Orientao e mdia das fachadas laterais ................................................... 82

4.10 Descrio da tipologia predominante ........................................................... 85 4.11 Descrio das propriedades dos materiais .................................................. 87 4.12 Comparao entre resultados obtidos na simulao do Caso 600 .............. 88 4.13 Temperatura anual horria do Caso 600 ..................................................... 89 4.14 Pico de carga de resfriamento da tipologia predominante ........................... 91 4.15 Consumo anual de energia com relao aos testes de PJFs ...................... 94 4.16 Consumo anual de energia com relao ao fator de projeo .................... 96 4.17 Consumo anual de energia com relao ao entorno ................................... 98 4.18 Nmero de horas de sol que incide no edifcio ............................................ 100 4.19 Consumo anual de energia com relao ao fator solar ............................... 102 4.20 Consumo anual de energia com relao ao PJF ......................................... 104 4.21 Consumo anual de energia com relao transmitncia trmica das paredes ........................................................................................................ 4.22 Consumo anual de energia com relao transmitncia trmica da cobertura ...................................................................................................... 106 108

xi

4.23 Carga de resfriamento do edifcio e do pavimento de cobertura com relao transmitncia trmica ...................................................................

110

4.24 Consumo anual de energia com relao absortncia mdia das paredes 112 4.25 Consumo anual de energia com relao absortncia mdia da cobertura 114 4.26 Carga de resfriamento do edifcio e do pavimento de cobertura com relao absortncia ................................................................................... 115 4.27 Consumo anual de energia com relao orientao ................................. 117 4.28 Consumo anual de energia com relao atividade profissional ................ 121 4.29 Consumo anual de energia com relao eficincia do aparelho de ar condicionado ................................................................................................ 4.30 Variaes do consumo de energia e carga de resfriamento com relao aos parmetros construtivos ........................................................................ 123 124

xii

R

esumo

Diante da importncia da escolha de materiais, e da adequao da edificao ao clima em busca de edificaes mais eficientes energeticamente, este trabalho avalia a situao de edifcios de escritrio localizados no municpio de Florianpolis SC e tambm, a influncia de parmetros construtivos no consumo de energia atravs de simulaes computacionais utilizando o programa EnergyPlus. Para tal anlise, foi necessrio desenvolver uma metodologia de levantamento de dados de edificaes para verificar as caractersticas mais comuns em edifcios de escritrio. Foram analisados 35 edifcios com relao caracterizao construtiva. Os resultados do levantamento indicaram a freqncia de ocorrncia de nmeros de pavimentos, forma da edificao, percentual de rea de janela na fachada, tipos de vidros, cores externas, orientao das fachadas, existncia de elementos de proteo solar. Tambm, foram analisados 41 escritrios correspondentes s atividades profissionais mais representativas da amostra com relao ao padro de ocupao e ao uso de equipamentos. Para obteno da densidade de carga interna, foram monitorados equipamentos de 2 escritrios. Com base nos dados levantados das 35 edificaes, um modelo representativo da realidade construtiva foi elaborado, e neste trabalho foi denominado tipologia predominante. A tipologia predominante foi utilizada como caso base das simulaes termo-energticas. Dessa forma, foram realizadas alteraes dos parmetros construtivos a fim de avaliar a resposta no consumo de energia e os resultados foram comparados ao do caso base. As variaes da tipologia predominante consistiram na anlise do fator de projeo, do entorno, do coeficiente de sombreamento dos vidros, do percentual de rea de janela na fachada, da transmitncia trmica dos materiais, da absortncia dos materiais, da orientao da edificao, dos padres de ocupao e uso dos equipamentos e por fim, da eficincia dos aparelhos de ar condicionado. Simulou-se o caso base e as suas variaes e apresentaram-se os resultados, a partir dos quais foram realizadas anlises do consumo de energia em funo dessas variaes. A anlise dos resultados pode ser dividida em trs grupos: envelope, padro de ocupao e uso de equipamentos, e sistema de ar condicionado. Com relao ao envelope, a cada variao de 10% do percentual de rea de janela na fachada, o consumo de energia aumentou em 2,8%. Para a absortncia das paredes externas, cada variao de 10% implicou no aumento de 1,9% do consumo de energia. No entanto, ao se analisar a carga de resfriamento relacionada transmitncia trmica e absortncia do pavimento de cobertura, observaram-se variaes significativas. Ao se aumentar a transmitncia trmica da cobertura em 10%, implicou-se no aumento da carga de resfriamento em 8%; para a absortncia da cobertura, a cada acrscimo de 10%, a carga de resfriamento aumentou em 14%. Com relao ao padro de ocupao e uso de equipamentos, conforme so adotados, pode atingir uma variao mxima no consumo de energia de 5,9%, comparada ao caso base. Para o sistema de ar condicionado, a cada aumento de 0,1W/W, o consumo de energia decresce em 1,6%. A simulao dos casos permitiu identificar a influncia de parmetros construtivos no consumo de energia, auxiliando nas decises de medidas mais adequadas ao clima de estudo a fim de garantir melhores nveis de eficincia energtica.

xiii

A

bstract

It is well-known that the climate where the building is located, and the materials and components that the building is composed of, affect its energy efficiency. This work aims to analyse office buildings located in the city of Florianpolis SC, and evaluate the influence of constructive parameters on energy consumption by using the computer programme EnergyPlus. Thus, it was necessary to develop a methodology for surveying building parameters to verify the characteristics most used in office buildings. Thirty five buildings were surveyed. The results of the survey indicated the frequency of occurrence of number of storeys, building shape, window to wall ratio (WWR), type of glasses, external colours, orientation of the faades, existence of external solar protection devices. Also, forty one offices corresponding to the most representative professional activities related to occupation and equipment schedules were analysed. Equipments of two offices were monitored to obtain the internal load density. Based on the data collected on the thirty five samples, a representative model was developed and, in this work, it is called the main typology. The main typology was used as the base-case for the computer simulations. Therefore, alterations on the construction parameters were carried out in order to evaluate the influence on the energy consumption. The results were compared to the base-case. The parameters considered were the projection factor, the building surroundings, the shading coefficient of glasses, the WWR, the thermal transmittance (U-value) of components, the absorptance of surfaces, the building solar orientation, the occupation and equipment schedules and, finally, the HVAC efficiency. The base-case and other alternatives were simulated and the energy consumption results were analysed according to the variations considered. This analysis can be divided in three groups: envelope, occupation and equipment schedules and HVAC efficiency. For the envelope, by increasing the WWR by an increment of 10%, the energy consumption increased 2.8%. As for the external walls absorptance, an increment of 10% implied on an increase of 1.9% on the energy consumption. However, after analysing the cooling load related to the thermal transmittance and the absorptance of the top floor, significant variations were observed. By increasing the thermal transmittance in 10%, an increase of 8% on the cooling load was observed. And, by increasing the absorptance of the roof in 10%, an increase of 14% on the cooling load was observed. Regarding to occupation and equipment schedules adopted in this study, they reached a maximum variation of 5.9% on the energy consumption when compared to the base-case. For the HVAC efficiency, by increasing it in 0.1W/W, implied on a decrease of 1.6% on the energy consumption. The simulations helped to identify the influence of construction parameters on the energy consumption of the buildings. They may also help the decision-making for appropriate measures according to the climate to guarantee better levels of energy efficiency.

xiv

1 INTRODUO1.1 Colocao do problema

1

Depois de um longo perodo de uso intensivo e sem limites da energia observado a partir da Revoluo Industrial, desencadeou-se crises de energia sentidas globalmente (CRUZ et al., 2004). Neste sentido, construir considerando as variveis climticas aliadas s tcnicas renovveis e energeticamente compatveis, uma necessidade quando analisado o panorama mundial e local da evoluo do consumo em relao disponibilidade de energia. A realidade energtica e ambiental demonstra a necessidade de, tanto a produo quanto a utilizao dos edifcios, serem adaptadas s novas situaes derivadas das restries energticas e ambientais (SANTANA, 2003). O desenvolvimento das sociedades industrializadas esteve sempre vinculado disponibilidade de recursos energticos. A busca destes recursos e sua explorao ao longo do sculo XX interferiram marcantemente na estrutura das sociedades envolvidas (LAMBERTS et al., 1997). Estilos de vida, relaes de produo, uso do tempo e as modificaes ambientais foram impactadas pelo desenvolvimento do mercado de consumo energtico. O desenvolvimento tcnico e cientfico que permitiu a substituio de fontes energticas, a rpida penetrao da eletricidade e por conseqncia a criao de mercado de novos equipamentos incorporaram novos hbitos de consumo na sociedade (NEVES; CARAM, 2003). essencial incorporar a idia de limite dos recursos naturais bsicos, como a gua, o solo e o ar, buscar alternativas para reduzir a sua degradao e desperdcio e, finalmente, construir, viabilizar e respeitar os canais institucionais para o engajamento na prtica da populao. Frente conjuntura global, o arquiteto, como especificador e projetista do espao construdo, tem obrigao tica e profissional de considerar os aspectos energticos, projetando edifcios a favor do meio ambiente e dele tirando o melhor proveito, sem agredi-lo. preciso avaliar o edifcio como um todo, ser funcional e "vivo", e analisar o potencial de adequao das edificaes ao clima e s exigncias de conforto dos usurios (AMARAL,1995). Com relao eficincia energtica, a edificao deve representar a capacidade de transformar a menor quantidade de energia possvel para gerar a mxima quantidade de trabalho possvel (GHISI, 1997). O uso eficiente da energia

1 INTRODUO

2

eltrica no significa somente reduo nas despesas, mas tambm na melhoria na qualidade do ambiente de trabalho e da produo, alm da reduo nos impactos ambientais. Segundo Lamberts et al. (1997), um edifcio mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condies ambientais com um menor custo de energia. Nos edifcios, a energia usada na forma de eletricidade para operar equipamentos destinados segurana, eficincia e conforto de seus usurios. Tais equipamentos incluem sistemas de refrigerao, iluminao, transporte vertical, operao dos escritrios e outros dispositivos. Observa-se que a tendncia para edifcios energeticamente eficientes no algo passageiro como a crise de energia dos anos setenta. Para a maioria dos administradores e projetistas, a eficincia energtica nos edifcios emergiu como um permanente fator de desempenho a ser considerado nas equaes ambientais e financeiras (SIGNOR, 1999). Assim como em outros pases em desenvolvimento, o consumo de energia eltrica tem crescido substancialmente no Brasil. Nas ltimas trs dcadas, aumentou 7,5% ao ano, ao passo que a populao brasileira cresceu 2% ao ano e a economia, assim como o consumo final de energia, cresceu 4% ao ano. Desse modo, a participao da eletricidade no consumo final de energia passou de 16%, em 1970, para 39,5%, em 1999 (BEN, 2000). Um resumo dos ltimos cinco anos mostra uma economia crescendo a 1,6% ao ano e a oferta interna de energia (OIE) a 1,8% ao ano, tendo como principal caracterstica a reduo significativa do consumo de energia causada, alm de crises externas, pela desvalorizao da moeda, tambm pela crise de abastecimento de eletricidade que se estabeleceu no pas. O consumo de energia eltrica relativo ao ano de 2003 decresceu em 6,6% tendo, no setor residencial, uma significativa retrao do consumo de 11,8% (BEN, 2004). A Fig. 1.1 apresenta a evoluo do consumo de energia eltrica do pas no perodo entre 1970 e 2004. Como se pode observar na Fig. 1.2, a estrutura do consumo atual de eletricidade entre os segmentos de consumidores mostra uma forte concentrao do seu uso no setor industrial, representando 47%, seguido do uso residencial, com 22% e em terceiro lugar, o setor comercial com 14% do total consumido.

1 INTRODUO400 350 Consumo anual (TWh) 300 250 200 150 100 50 0 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

3

Residencial Pblico

Industrial Outros

Comercial Total

Fig.1.1: Consumo de eletricidade por setor no Brasil. Fonte: BEN, 2005.

Residencial 22%

Industrial 47%

Outros 9% Pblico 8% Comercial 14%

Fig.1.2: Participao percentual setorial no consumo de energia do pas no ano de 2004. Fonte: BEN, 2005.

No contexto do presente trabalho, o ponto de interesse o setor comercial, pois nesse setor que est inserido o foco dessa pesquisa: os edifcios de escritrio. Nessas edificaes, grande parte do consumo atribudo s variveis arquitetnicas e construtivas j que grande percentagem do seu consumo devido ao ar condicionado e iluminao, razo pela qual pode-se demonstrar a responsabilidade dos profissionais no consumo final de energia eltrica (GELLER, 1994). Estima-se que edifcios com projetos adequados possam reduzir o consumo de energia eltrica em at 30%, quando comparados com outros que ofeream nveis de conforto e utilizao similares (SIGNOR, 1999). Esta arquitetura de edifcios de escritrio, to tecnolgica, dita "inteligente" e racionalizada tem, entretanto, muito pouco de sustentvel e econmica. As

1 INTRODUO

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vedaes das aberturas, pela sua grande rea de recobrimento nas edificaes, tm um peso muito grande, mas que se preocupa apenas com o desempenho de estanqueidade, durabilidade, esttica e, quando muito, o isolamento termo-acstico (AMARAL, 1995). Em poucas situaes se constata uma preocupao com o consumo energtico que estes edifcios representam. Em um estudo realizado com edifcios de escritrios em Salvador, foi apresentada uma relao entre a rea de janela e o consumo de energia; concluiuse que edifcios com rea de janela superior a 40% apresentavam um consumo de energia aproximadamente 50% maior que edifcios com reas de janela inferiores a 20% (MASCARENHAS et al., 1995). Portanto, os parmetros construtivos tm relao direta com a eficincia energtica de uma edificao e devem ser preocupao em fase de projeto arquitetnico. Fatores externos, tais como o clima da regio, so requisitos bsicos para o projeto de sistemas de ar condicionado, para clculos simplificados do consumo de energia e para simulaes mais detalhadas do comportamento trmico e do consumo de energia em edificaes (GOULART et al., 1998). Para simulaes termo-energticas, no apenas os fatores externos so requisitos, mas tambm variveis que influem no consumo de energia como dados construtivos, padro de ocupao e padro de uso de equipamentos. A escolha da aplicao desses dados de entrada no programa simulador resulta nos dados de sada para o estudo de consumo de energia do edifcio, assim possibilitando uma anlise profunda e sistemtica de variados fatores envolvidos. Os edifcios de escritrios do estudo esto localizados no centro da cidade de Florianpolis. Esse municpio constitui-se de parte continental e parte insular e possui 451km de rea. Florianpolis est localizada no estado de Santa Catarina, a 2740 de latitude sul, 4833 de longitude oeste e 7m de altitude (Fig.1.3). Caracteriza-se por apresentar um setor industrial pouco expressivo. Portanto, os setores residencial, comercial e pblico so os principais responsveis pelo consumo de energia eltrica do municpio.

1 INTRODUO

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Belm Belm NORTE NORTH So Luis So Luis

Fortaleza Fortaleza Natal Natal Recife Recife Macei Macei NORDESTE NORTHEAST

CENTRO-OESTE CENTRAL-WEST Braslia Braslia

Salvador

FlorianpolisSUDESTE SOUTHEAST So Paulo Vitria SUL SOUTH Rio de Rio de Janeiro So Paulo Janeiro

SC Florianpolis SC Florianpolis Porto Alegre Porto Alegre

Fig.1.3: Mapa do Brasil com a localizao da cidade de Florianpolis SC.

Em Florianpolis, o aumento global de energia eltrica entre 1996 e 2004 foi de aproximadamente de 605 GWh, em 1996, para 854 GWh em 2004. O municpio apresentou nesse perodo uma taxa mdia de crescimento de 4,5% ao ano. A Fig. 1.4 apresenta a variao do consumo anual por setor entre 1996 e 2004 para Florianpolis (CELESC, 2005).

900Consumo anual (GWh)

800 700 600 500 400 300 200 100 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Residencial Pblico

Industrial Outros

Comercial Total

Fig.1.4: Evoluo do consumo de energia em Florianpolis entre 1996 e 2004. Fonte: CELESC, 2005.

Para o caso especfico do setor comercial, onde se inserem os edifcios de escritrio, a participao percentual no municpio de 31%, segundo maior consumo setorial, como apresenta a Fig. 1.5, diferentemente do pas, onde esse setor representa 14% do consumo de energia (ver Fig.1.2).

1 INTRODUOResidencial 48% Industrial 3%

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Comercial 31% Outros 9% Pblico 9%

Fig.1.5: Participao percentual setorial no consumo de energia em Florianpolis entre 1996 e 2004. Fonte: CELESC, 2005.

Nos edifcios de escritrio, os fatores que esto associados ao consumo de energia eltrica so: iluminao, condicionamento de ar e equipamentos como microcomputadores, impressoras, cafeteiras, refrigeradores etc. No Brasil, mais especificamente nos setores pblico e comercial, percebe-se a importncia que os sistemas de iluminao e de ar condicionado tm no consumo total, somando 64% de participao na energia eltrica consumida, como apresenta a Fig.1.6.

Outros 11% Ar condicionado 20% Iluminao 44%

Refrigerao 17%

Coco 8%

Fig.1.6: Usos finais de energia nos setores pblico e comercial do pas. Fonte: GELLER, 1994.

Foi realizado um estudo em Florianpolis em que constavam dados de uso final de energia eltrica em edifcios de escritrios. Foram considerados 12 edifcios pblicos que apresentaram dados de consumo diferentes quando comparados ao estudo global de Geller (1994). Nesse estudo, o ar condicionado apresentou 42% do consumo total de energia e a iluminao, 35% (TOLEDO, 1995). vlido, mais uma vez, salientar que esses dois parmetros esto intimamente relacionados ao projeto arquitetnico e, conseqentemente, ao desempenho energtico de edificaes.

1 INTRODUO

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Embora vrios estudos tenham sido realizados com o objetivo de avaliar os parmetros que esto relacionados ao consumo de energia, falta um diagnstico mais aprofundado da realidade construtiva e da utilizao de edificaes com relao eficincia energtica. Muitas vezes, a falta de conhecimento e de conscincia dos profissionais responsveis promove escolhas inadequadas que no contribuem para reduo do consumo de energia. Desta forma, este trabalho pretende servir como uma contribuio no estudo da influncia das alteraes dos parmetros construtivos a partir da caracterizao de edifcios de escritrio sob a tica do consumo de energia eltrica.

1.2 Objetivo

1.2.1 Objetivo geral

Este trabalho tem como objetivo principal diagnosticar a situao de edifcios de escritrio localizados no municpio de Florianpolis SC, e avaliar a influncia de parmetros construtivos, como forma de racionalizar o consumo de energia e de incrementar a eficincia energtica desse tipo de edificao.

1.2.2 Objetivos especficos

Para analisar e estabelecer parmetros construtivos de edifcios de escritrio com relao eficincia energtica percebe-se a necessidade de alguns objetivos especficos: Analisar a amostra de tipologias construtivas de edifcios de escritrio localizados em Florianpolis; Analisar o padro de ocupao e de uso de equipamentos em edifcios de escritrios em Florianpolis; Definir a tipologia predominante a partir de levantamentos de dados para servir como caso base das simulaes computacionais;

1 INTRODUOeltrica de edifcios de escritrio atravs de simulao computacional.

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Avaliar a influncia de parmetros construtivos no consumo de energia

1.3 Estrutura da dissertaoA dissertao de mestrado encontra-se organizada em cinco captulos: Introduo, Reviso Bibliogrfica, Metodologia, Resultados e Concluso. Na

Introduo, fez-se a apresentao do tema a ser desenvolvido, abordando a importncia do assunto e os objetivos a serem alcanados. Na Reviso Bibliogrfica, faz-se um estudo abordando o tema proposto na dissertao. Esse captulo inicia-se com uma apresentao do conceito de eficincia energtica; logo aps so apresentados estudos envolvendo simulaes

paramtricas usando programa de simulao termo-energtica para a verificao de parmetros construtivos relacionados energia; de forma sucinta apresenta uma descrio do programa simulador termo-energtico EnergyPlus; tambm do arquivo climtico do tipo TRY usado por este programa. So apresentados mtodos que utilizam indicadores de eficincia energtica para a definio de uma tipologia representativa para ser utilizada em simulaes. Por fim, h uma abordagem das normas mais importantes que tratam de eficincia energtica. No terceiro captulo apresenta-se o procedimento metodolgico aplicado ao estudo de forma a se obter os objetivos estabelecidos no primeiro captulo. O captulo inicia-se com o mtodo utilizado para o levantamento da amostra de edifcios de escritrio da cidade de Florianpolis. Logo, apresentado o modo de levantamento das caractersticas construtivas, do padro de ocupao e uso de equipamentos para a definio de uma tipologia predominante. Por fim, apresentada a metodologia para as simulaes computacionais obtidas do programa EnergyPlus. O quarto captulo apresenta os resultados obtidos para o estudo atravs da metodologia proposta. So mostradas as freqncias das caractersticas que envolvem uma edificao para a determinao de uma tipologia predominante. Alm disso, so apresentados os resultados da influncia das alteraes dessas caractersticas no consumo de energia.

1 INTRODUO

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O quinto captulo se refere s concluses que so extradas das anlises realizadas a partir dos resultados obtidos descritos no quarto captulo desta dissertao, juntamente com suas limitaes e propostas para trabalhos futuros. Em seguida, so apresentados referncias bibliogrficas e apndices, como planilhas utilizadas no levantamento de dados que embasam esta dissertao de mestrado.

1.4 Contexto da dissertaoEssa dissertao est contextualizada com o projeto de pesquisa Impactos da Adequao Climtica sobre a Eficincia Energtica e o Conforto Trmico de Edifcios de Escritrio no Brasil, financiado pelo CT-Energ/CNPq. Neste projeto esto participando oito instituies federais de ensino superior, localizadas em cada uma das zonas bioclimticas do territrio brasileiro (ABNT, 2005c). A Fig. 1.7 apresenta o zoneamento bioclimtico para o Brasil, com nfase para a cidade de Florianpolis situada da zona bioclimtica 3, correspondente a 6,5% do territrio brasileiro. O objetivo principal desse projeto diagnosticar a situao atual de edifcios de escritrio e estabelecer parmetros de projeto para esse tipo de edificao em cada zona bioclimtica, como forma de racionalizar o consumo de energia e de incrementar a eficincia energtica.

Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8

Florianpolis

Fig.1.7: Zoneamento bioclimtico para o Brasil. Fonte: ABNT, 2005c.

1 INTRODUO

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A metodologia desta pesquisa est dividida em trs etapas: a primeira o levantamento das tipologias construtivas de edifcios de escritrio privados existentes nas oito cidades selecionadas (Zona 1: Curitiba PR; Zona 2: Santa Maria RS; Zona 3: Florianpolis SC; Zona 4: So Carlos SP; Zona 5: Niteri RJ; Zona 6: Campo Grande MS; Zona 7: Mossor RN; Zona 8: Macei AL). A segunda etapa o monitoramento da temperatura e umidade relativa do ar, e juntamente o monitoramento do consumo de energia de equipamentos existentes em alguns escritrios e as atividades neles realizadas. Por fim, como contedo da dissertao de mestrado, a terceira etapa a de simulaes computacionais.

2 REVISO BIBLIOGRFICA2.1 Introduo

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Apresenta-se a seguir uma reviso bibliogrfica relacionada ao tema abordado nesse presente trabalho, de forma resumida, e com nfase nos trabalhos semelhantes ao assunto dessa dissertao. A simulao energtica em edifcios de escritrio destacada como sendo uma maneira de se alcanar uma edificao mais eficiente em termos de consumo de energia. Considerando a inviabilidade de execuo dos clculos manuais para esse tipo de procedimento, apresentado o programa EnergyPlus como ferramenta que executa simulaes de desempenho energtico do edifcio. So abordados dois parmetros importantes para a simulao computacional, utilizao de arquivo de dados climticos, em formato TRY (Test Reference Year), e de um modelo simplificado que represente a realidade construtiva do que ser analisado. So apresentados alguns trabalhos que utilizaram simulaes computacionais com a finalidade de avaliar os parmetros construtivos relacionados energia e tambm verificar a viabilidade econmica de se adotar medidas de conservao de energia. Apresenta-se tambm, alguns critrios de avaliao do desempenho trmico e energtico da envolvente de edifcios, como a Standard 90.1, relatando os pontos mais significativos de verses anteriores at a verso atual dessa norma internacional e tambm da iniciativa de norma no Brasil.

2.2 Eficincia energtica em edificaesSegundo Lamberts et al. (1997), a eficincia energtica pode ser entendida como a obteno de um servio com baixo dispndio de energia. Portanto, um edifcio mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condies ambientais com menor consumo de energia. As caractersticas tcnicas da construo, o microclima, a temperatura externa, a radiao solar, o vento, as trocas trmicas das paredes e cobertura, os ganhos de calor no interior da edificao atravs da transmisso desse calor vinda do corpo dos usurios, iluminao e equipamentos eletrnicos, so variveis que influenciam no

2 REVISO BIBLIOGRFICAGENERAL FOR ENERGY, 1995).

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balano energtico de uma edificao (EUROPEAN COMMISSION DIRECTORATEEntretanto, para um edifcio ser considerado eficiente, alm de utilizar recursos tecnolgicos, como equipamentos de baixo consumo de energia, deve estar no seu projeto a avaliao dos parmetros construtivos em relao ao comportamento energtico. Para que isso seja possvel, os arquitetos e engenheiros devem preocupar-se logo na fase de projeto com solues construtivas dos edifcios que sejam adequadas ao clima da regio (DOE, 2004). No estudo realizado por PEREIRA et al. (2005) so apresentadas as barreiras que os profissionais, os professores e os alunos de arquitetura tm para integrar o projeto em suas diversas fases com um dos parmetros de eficincia energtica, no caso estudado, o aproveitamento da luz natural. A partir da anlise dos resultados, os autores concluem que adequar os projetos eficincia energtica no considerado com uma meta a ser atingida pelos entrevistados. Pde-se observar que h uma deficincia na apropriao das ferramentas de apoio ao projeto e, principalmente, a desvalorizao e o desconhecimento dos parmetros de eficincia energtica como condicionantes de projeto. As variveis construtivas influenciam muito no comportamento energtico das edificaes. Quando essas variveis so pensadas conjuntamente, o edifcio tem uma boa resposta com relao ao consumo de energia eltrica e ao conforto trmico (DOE, 2004). Tzikopoulos e Karatza (2005), afirmam que uma edificao bioclimtica, alm de aproveitar a luz natural e manter o conforto no interior dos ambientes, pode consumir energia at 10 vezes menos para aquecimento quando comparado a outro edifcio convencional europeu. O custo para a estrutura desse edifcio bioclimtico aumenta somente de 3 a 5%, o qual absorvido em poucos anos (TZIKOPOULOS e KARATZA, 2005). Em Lamberts et al. (1997), quando se trata do estudo ideal para a arquitetura contempornea, a eficincia energtica um ponto acrescentado no conceito clssico de arquitetura por Vitrvio. No conceito clssico, a funo, a beleza e a solidez de um projeto so os pontos ideais para uma boa arquitetura. Acrescentando o conceito de eficincia enrgica a esses trs pontos, a arquitetura torna-se mais adequada questo da situao energtica do mundo. A Fig. 2.1 apresenta o

2 REVISO BIBLIOGRFICAdesperdcio de energia.Solidez Solidez Beleza

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esquema do conceito clssico de Vitrvio, atualizado ao esquema de combate ao

Conceito clssico Funo Beleza Funo

Conceito contemporneo Eficincia energtica

Fig. 2.1: Conceito clssico de Vitrvio e o atualizado conceito relacionado economia de energia. Fonte: Lamberts et al. (1997)

O conceito de eficincia energtica to importante quanto outros considerados na arquitetura, como conceitos formais, estticos, funcionais estruturais, econmicos, etc. As medidas de eficincia energtica so premissas bsicas para um projeto e no empecilhos elaborao deste, pois essas so condicionantes que vm dar mais sentido e mais qualidade para a arquitetura (LAMBERTS et al., 1997). A Fig. 2.2 apresenta um exemplo de uma sala de edifcio comercial em cuja concepo existe uma preocupao com a eficincia energtica.

Lmpadas fluorescentes com reator eletrnico

Isolamento trmico

Prateleira de luz

Luminria reflexiva

Refrigerao central

Iluminao de tarefa

Sensor de presena Sensor fotoeltrico

Baixa transmitncia trmica

Fig. 2.2: Exemplo de um escritrio de um edifcio comercial energeticamente eficiente. Fonte: Lamberts et al., 1997.

2 REVISO BIBLIOGRFICA

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Meier et al. (2002) destacam que no possvel afirmar o que vem a ser um edifcio energeticamente eficiente, porm apresentam estratgias para criar regulamentos eficientes que influenciam na conservao da energia eltrica. Analisar um edifcio pode ser complicado, pois envolve muitas variveis. No se deve avaliar somente um indicador de eficincia, pois no h um que seja o correto, o importante reconhecer o resultado que cada parmetro apresenta no consumo final de energia. Porm, no deixa de ser importante, pois este simplifica e quantifica fenmenos complexos de forma a torn-los mais comunicveis, colaborando para o alcance de melhores resultados. Os indicadores tm suas limitaes devido simplificao dos dados; esses no explicam as causas e sim, do tendncias. Quando ocorre falta de informaes, se tornam menos confiveis e representativos. O indicador foca na quantidade de informao e no na qualidade desta; exemplo disso quantidade de energia. Por fim, a coleta de dados para o desenvolvimento de indicadores feita em um longo prazo, tornando o processo muitas vezes invivel (MEIER et al., 1999). Mesmo com todas as dificuldades apresentadas em se avaliar energeticamente um edifcio, no estudo de Meier et al. (2002) so colocadas algumas caractersticas que identificam um edifcio eficiente. So definidos critrios bsicos como: os edifcios devem dispor de equipamentos eficientes e materiais construtivos adequados s condies climticas do local; devem promover apenas atividades e usos para os quais foram projetados; e, devem ser administrados de maneira a consumir menos energia quando comparados a outros edifcios similares. No tpico seguinte, a anlise da eficincia energtica em edificaes apresentada em estudos realizados por pesquisadores que visam demonstrar os parmetros que influenciam diretamente no consumo de energia.

2.3 Anlise da eficincia energtica em edificaesGmez e Lamberts (1995) realizaram simulaes com diversas alternativas de projeto para um edifcio comercial em Florianpolis, usando o programa de simulao termo-energtica DOE 2.1E. Dentre diversos parmetros construtivos, consideraram a quantidade de pavimentos (1 e 10), o fator de forma (1:1 e 1:3) e a


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razo de rea de janela por rea de fachada (30% e 70%). Para a anlise dos resultados desses, mantiveram outros parmetros constantes, como a taxa de ocupao, a potncia instalada de iluminao e equipamentos e, por fim, a rea construda. De acordo com os resultados alcanados, os autores obtiveram algumas concluses dispostas a seguir: Com relao ao nmero de pavimentos (1 e 10), observaram que o consumo de energia eltrica maior para o edifcio de 10 pavimentos, chegando a 36% quando a razo de rea de janela por rea de fachada era de 30% e alcanando 60% quando usaram a razo de rea de janela por rea de fachada de 70%. Este aumento no consumo de energia ocorre quando as cargas trmicas provenientes das paredes e aberturas so maiores que a parcela que vem da cobertura. Com relao forma (1:1 e 1:3), para uma razo de janela por fachada de 30% e edifcio de 1 pavimento, no obtiveram diferenas significativas no consumo de energia eltrica. Com relao razo de janela por fachada, para a alternativa de projeto com maior percentagem de aberturas, o consumo de energia eltrica foi maior. Reduzindo essa razo de 70% para 30%, observaram que houve uma reduo de 15% para edificaes com fator de forma de 1:1 e 25% para edificaes com fator de forma de 1:3. Segundo Ghisi e Tinker (2005), grandes reas de janela tm a inconvenincia de permitir ganhos ou perdas excessivas de calor. Logo, para amenizar o desconforto causado pelo ganho ou pela perda de calor, torna-se mais intenso o uso de ar condicionado e sistemas de aquecimento, tendo como conseqncia o aumento do consumo de energia. De acordo com o estudo realizado por Ghisi e Tinker (2005), verificou-se que o consumo de energia aumenta quando a rea de janela utilizada diferente da rea ideal de janela (AIJ). O consumo de energia aumenta ao reduzir as dimenses dos ambientes, com proporo e orientao fixas. Para o estudo de Ghisi e Tinker (2005), foram realizadas simulaes computacionais com o programa VisualDOE para a cidade de Florianpolis. A anlise do consumo de energia foi obtida a partir de alteraes nos ndices de ambiente (K) de 0,6 e 5,0. Estes ndices representam, respectivamente, menores e


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maiores cmodos, com a proporo e a orientao fixa. Para uma das opes simuladas, um ambiente pequeno (K=0,6), com proporo de 2:1, a rea ideal de janela (AIJ) foi de 11% em relao rea da fachada. Aumentando o percentual de rea de janela por fachada para 30%, o consumo de energia foi 35,6% maior que o consumo do mesmo ambiente para AIJ de 11%. Em outra pesquisa realizada por Ghisi et al. (2005), confrontam-se resultados obtidos atravs de simulaes computacionais com dados obtidos da literatura sobre rea de janela que garanta a vista para o exterior e tambm sobre dimenso da janela para se obter maior aproveitamento da iluminao natural. Os autores apresentam as reas recomendadas para garantir vista para o exterior comparadas com reas ideais de janela, provenientes do estudo de Ghisi e Tinker (2005). De forma geral, Ghisi et al. (2005) concluram que a adoo de rea de janela recomendada para garantir vista para o exterior comparada rea ideal de janela resulta em um maior consumo de energia, pois se mostrou que a rea de janela para garantir vista para o exterior geralmente maior que a rea ideal de janela. Outro estudo utilizando simulao termo-energtica foi desenvolvido por Gmez et al. (1994). Foram analisados os resultados obtidos com simulaes e comparados com o consumo de energia medido a partir de leituras dos medidores pela concessionria local. O edifcio analisado foi o Frum de Santa Catarina, um edifcio pblico localizado na cidade de Florianpolis. Os autores apresentaram uma comparao entre os resultados medidos e simulados por usos finais de consumo de energia eltrica. Dessas comparaes, observaram que para o sistema de iluminao no houve diferena entre os resultados medidos e simulados. Com relao ao consumo dos equipamentos, a diferena entre os valores medidos e simulados foi inferior a 10%. Quanto ao ar condicionado, o consumo de energia obtido com a simulao computacional foi superior ao consumo medido em aproximadamente 8%. Um aspecto interessante do estudo foi quanto s diferenas encontradas nos meses que no apresentam temperaturas muito altas ou baixas. Essas diferenas se deram devido ao uso aleatrio do ar condicionado, o que no ocorreu nos meses quentes, onde foi possvel assumir que os sistemas de condicionamento de ar funcionaram no horrio de expediente. A diferena entre o caso simulado e o medido ficou sempre inferior a 10%. Os autores apresentaram uma combinao de


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parmetros construtivos como alternativa de conservao de energia destacando o controle da iluminao, a utilizao de luminrias eficientes, a colocao de vidros duplos com pelculas, e por fim, a diminuio da rea de janelas. Com essas modificaes obtiveram uma economia de 46,6% para o consumo total de energia e de 38,3% no custo anual desta. Bulla (1999) buscou analisar parametricamente o desempenho termoenergtico de um edifcio de escritrio localizado na cidade de Florianpolis. Aps o autor ter definido os parmetros construtivos do edifcio (caso base), estudou a influncia do coeficiente de sombreamento dos vidros, a razo de janela por fachada, a absortncia de radiao de onda curta incidente e a transmitncia trmica das paredes e da cobertura. Dentre os resultados obtidos, Bulla (1999) destacou que as janelas foram responsveis por variaes no consumo de energia eltrica em 13%, a transmitncia trmica das paredes em 0,5% e a orientao da edificao em 5%. Nesse estudo, o consumo mostrou-se diretamente proporcional densidade de iluminao. O nmero de trocas de ar se apresentou linear ao consumo, mas foi insignificante. O coeficiente de sombreamento dos vidros, a razo de janela por fachada, a absortncia de radiao de onda curta incidente na parede e na cobertura e a transmitncia trmica da cobertura demonstraram relao linear com o consumo de energia. J a transmitncia da parede no apresentou linearidade, atingindo um consumo mnimo para valores de 2,0 e 3,0 W/mK. Nesse estudo, destacou-se ainda que, para as paredes, a absortncia causou variaes mais significativas no consumo. Portanto, para limitar o consumo de energia eltrica, Bulla (1999) sugeriu valores limites para as propriedades das janelas, correlacionadas entre si com a orientao do edifcio. Para a cobertura, a transmitncia trmica e a absortncia so parmetros que tendem a ser mais significativos em edificaes trreas. Signor (1999) realizou aproximadamente 7000 simulaes termo-energticas para 14 cidades brasileiras utilizando a ferramenta DOE 2.1E. No estudo, o autor correlacionou variveis arquitetnicas de edifcios de escritrio com o consumo de energia eltrica. O principal objetivo do trabalho foi entender a influncia de variveis arquitetnicas e construtivas na determinao do consumo de energia eltrica. O autor apresentou equaes que podem ser utilizadas para estimar o consumo de energia eltrica em edifcios de escritrio de cada cidade analisada

2 REVISO BIBLIOGRFICAe do consumo de energia.

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baseadas em regresses lineares mltiplas de anlises dos parmetros construtivos Diversos parmetros construtivos foram testados com a finalidade de buscar aqueles de maior importncia na determinao do consumo de energia. As variveis selecionadas foram: a rea total da edificao, rea de fachada e cobertura, razo de janela por fachada, fator de projeo, coeficiente de sombreamento dos vidros, transmitncia da cobertura, absortncia de radiao de onda curta incidente na cobertura e a densidade de carga interna. A Eq. (2.1) proposta por Signor (1999) para estimar o consumo de energia eltrica de edifcios de escritrio em Florianpolis est apresentada a seguir.

C = 21,33. Acob + 18,21.Acob.Ucob. cob + 15,58 Afach + 117,50. Afach.WWR.SC C Atotal Atotal Atotal Atotal 63,69. Afach.WWR.SC.PF + 6,61. WWR - 5,30.WWR.SC - 0,88. PF + 3,24.ILD + 0,32 Eq.(2.1) Atotal

Onde: C = consumo anual de energia (kWh/m); Acob = rea da cobertura (m); Afach = rea da fachada (m); Atotal = rea total (m); Ucob = transmitncia trmica da cobertura (W/m.K); cob = absortncia da cobertura (adimensional); WWR = razo de rea de janela por rea de fachada (adimensional); PF = fator de projeo horizontal dos brises (adimensional); SC = fator de sombreamento dos vidros (adimensional); ILD = densidade de carga interna instalada (W/m). Dentre vrios resultados obtidos, a situao a seguir exemplifica uma relao de parmetros avaliados. Em uma edificao com as seguintes caractersticas: quadrada, com 1 pavimento, p-direito de 3m, transmitncia trmica da cobertura correspondendo a 2,00W/mK, absortncia da cobertura igual a 50% e densidade de carga interna igual a 30W/m, demonstrou resultados quanto ao consumo de energia para WWR de 20%, 40% e 60% variando o fator de projeo. Quando aumentou o fator de projeo (com uma proteo horizontal), o consumo de energia reduziu em

2 REVISO BIBLIOGRFICAelemento de proteo solar, a reduo no consumo foi de 9%.

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15% para um WWR de 60%. Reduzindo o WWR de 60% para 40% sem nenhum Os resultados do estudo de Signor (1999) foram satisfatrios, pois as equaes que desenvolveu demonstraram um bom ajuste. Lee et al. (2001) verificaram a eficincia energtica de um edifcio atravs de simulao computacional. O estudo consistiu em uma auditoria energtica em dois prdios do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), verificando, atravs de simulaes, a eficincia de medidas adotadas para a otimizao do uso da energia eltrica. As principais medidas adotadas para promover o uso eficiente da energia eltrica foram instalao de um sistema central de condicionamento de ar, elementos de proteo solar, aproveitamento da iluminao natural com a construo de prateleiras de luz, sistema de iluminao artificial composto por lmpadas T8 de 32W, luminrias com refletor de alumnio de alta pureza e reatores com alto fator de potncia. Para a anlise desses parmetros ps-ocupao, Lee et al. (2001) utilizaram o programa VisualDOE, e o modelo das edificaes foi calibrado no programa atravs de medies in loco. No estudo, foi determinada a economia de energia alcanada comparando-se parmetros construtivos menos eficientes, tambm simulados, utilizados nas edificaes tpicas da UFSC. Os resultados obtidos com a adoo de parmetros construtivos mais eficientes proporcionaram uma economia equivalente a 24% do consumo anual de energia eltrica. Com relao ao condicionamento de ar e iluminao, ocasionou uma economia equivalente a 38%. Por fim, os autores constataram que os benefcios seriam ainda maiores se o sistema de iluminao artificial fosse controlado de acordo com a contribuio de luz natural nos ambientes. As prateleiras de luz proporcionaram os benefcios esperados, porm a falta de um sistema automatizado deixa o usurio com a responsabilidade de racionalizar o uso da iluminao artificial. Lam e Hui (1993) apresentaram um estudo do desempenho trmico e energtico de edifcios comerciais em Hong Kong utilizando o programa de simulao energtica DOE 2.1D, destacando a importncia dos mtodos de simulaes computacionais para a anlise termo-energtica de edifcios.


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Para a realizao de seus objetivos, uma anlise paramtrica foi obtida a fim de verificar os fatores de projeto relacionados energia e identificar os parmetros mais importantes que influenciam no consumo de energia de edifcios comerciais. Os dados de entrada para o programa de simulao energtica foram classificados em trs grupos principais: as cargas da edificao, o sistema secundrio do ar condicionado (SYSTEMS) e o sistema primrio do ar condicionado (PLANTS). Em seguida, cada grupo foi subdividido, como apresenta a Fig. 2.3.

Fig. 2.3: Classificao dos dados de entrada para o programa de simulao. Fonte: Lam e Hui. (1993)

Cada um dos parmetros de estudo foi variado isoladamente, sempre fazendo relao ao caso-base dentro de um intervalo pr-selecionado. Foram realizadas simulaes com a finalidade de analisar os efeitos destes no consumo de energia do edifcio. Alguns parmetros foram avaliados qualitativamente ao passo que no so numricos, tais como o tipo de sistema de ar condicionado e formas de controle destes. A relao entre o consumo anual de energia com os parmetros de entrada foi estabelecida atravs de anlises de regresso, a fim de compreender-se o comportamento energtico do edifcio em funo destes parmetros. Lam e Hui (1993) sugerem uma anlise de sensibilidade para comparar alteraes na entrada de dados. Os autores destacam que conhecer a influncia que os parmetros de entrada tm nos resultados de sada til para identificar as caractersticas mais crticas. Um resumo da anlise de sensibilidade apresentado a seguir:


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Carga da edificao: destacam as cargas bsicas internas, incluindo iluminao, equipamentos e ocupantes como as mais significativas. Outros parmetros importantes incluem as variveis de projeto para o envelope do edifcio tais como a razo de rea de janela por rea de fachada (WWR), coeficiente de sombreamento (SC), transmitncia trmica (U) e absortncia da parede (par). Para o sistema de ar condicionado secundrio (SYSTEMS): classificam como essenciais os setpoints do termostato do ar condicionado para o vero, a eficincia energtica e a presso esttica dos ventiladores. Para o sistema de ar condicionado primrio (PLANTS): destacam o coeficiente de desempenho dos chillers, a temperatura da gua gelada de abastecimento, a diferena de temperatura de projeto da gua gelada e a eficincia das bombas de impulso de gua gelada como sendo influentes no consumo de energia eltrica. Os autores ainda mostraram que atravs da anlise de regresso, pode-se estabelecer relaes matemticas entre as variveis de entrada e sada. Os resultados sugerem que muitos parmetros de carga da edificao esto linearmente relacionados com o consumo anual de energia eltrica, enquanto que outros parmetros do sistema de ar condicionado podem ser ajustados por equaes. Em outro trabalho realizado por Lam e Hui (1996), dentre as variveis significativas, utilizaram seis relativas ao envelope: o coeficiente de sombreamento (SC), a razo de rea de janela por rea de fachada (WWR), a carga de iluminao (LPD), a carga de equipamentos (EPD), a densidade de ocupantes (OccD) e a temperatura interna do ar (AT), relacionando-as tambm com a carga eltrica e os perfis de demanda e cargas de refrigerao. Para esse estudo, tambm foram analisadas as influncias qualitativas das variveis nos resultados, alm de uma anlise por uso final de consumo de energia eltrica. A Fig. 2.4. apresenta percentualmente os usos finais do consumo do casobase do estudo realizado por Lam e Hui (1996).

2 REVISO BIBLIOGRFICAIluminao 30,6% Refrigerao 40,1%

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Equipamentos 17,3%

Aquecimento 0,3%

HVAC aux. 11,7%

Fig. 2.4: Consumo de energia eltrica por usos finais em Hong Kong. Fonte: Ham e Lui, (1996)

Os autores perceberam uma tendncia linear quanto anlise de sensibilidade do consumo com relao aos parmetros considerados no estudo. Perceberam ainda que as influncias das variaes so proporcionais aos consumos isolados de cada parmetro. Lam e Hui (1996) destacam a anlise de alguns resultados, como: O consumo anual de energia eltrica decresce exponencialmente com o aumento do tamanho dos sistemas de proteo solar; A rea envidraada tem influncia significativa no consumo de energia eltrica; O consumo de energia cresce com o aumento da transmitncia trmica das paredes, contudo decresce com o aumento da transmitncia radiao solar. As cargas trmicas e as diferenas de uso sazonais das edificaes tambm foram analisadas. Destacam-se as tendncias qualitativas das variveis que influenciam, particularmente quando se aumenta a eficincia do sistema de condicionamento de ar, que tende a linearizar o consumo anual de energia eltrica do edifcio. A eficincia utilizada para o trabalho descrito, o Energy Efficiency Ratio (EER) de 2,93kW/kW. Este valor a razo entre a capacidade de resfriamento e a energia entregue ao sistema em condies pr-estabelecidas. Os autores concluem aconselhando a realizao de mais estudos relativos s cargas trmicas da edificao. Tambm destacam que as anlises dos resultados de sensibilidade e das simulaes devem ser aprofundadas tanto quantitativamente quanto qualitativamente, com o entendimento de suas limitaes e implicaes. Nos trabalhos apresentados, todos indicam que decises simples podem colaborar para o uso racional de energia eltrica. A especificao de equipamentos mais eficientes e a elaborao de um projeto adequado ao clima so medidas de baixo custo que deveriam ser colocadas em prtica desde a fase inicial do projeto


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arquitetnico. Alm disso, para avaliao do comportamento dos parmetros construtivos relacionados energia, faz-se necessrio a utilizao de um programa computacional de simulao termo-energrtica. Devido ao grande nmero de variveis envolvidas no estudo do desempenho energtico de edificaes, o programa simulador simplifica e colabora nas anlises que se deseje realizar. No tpico seguinte demonstrada a importncia do programa simulador para a anlise energtica juntamente com a apresentao do programa EnergyPlus como ferramenta de apoio para essas simulaes.

2.4 O programa simuladorO uso de programas de simulao importante para prever o desempenho energtico e ambiental de edificaes, orientando as decises de projeto ou comprovando a eficincia e anlise custo/benefcio dessas decises (LAMBERTS et al., 1997). Atravs de simulaes termo-energticas possvel conhecer o comportamento de cada parmetro construtivo e tambm abordar de forma integrada os sistemas naturais e artificiais de condicionamento e de iluminao, respondendo mais adequadamente s condicionantes do clima e da funo do edifcio (LAMBERTS et al., 1997). Devido ao grande nmero de variveis envolvidas para avaliar o desempenho energtico de edificaes, foram desenvolvidos programas como DOE, BLAST, ESP e EnergyPlus, que fazem simulaes com dados climticos, permitindo uma avaliao econmica atravs do consumo de energia das diversas opes simuladas (LAMBERTS et al., 1997). Para o processo de simulao termo-energtica, o programa adotado o EnergyPlus. Esse programa combina o melhor de dois programas de simulao termo-energtica: DOE-2 e BLAST. Foi desenvolvido em conjunto por: U.S. Army Constrution Engineering Research Laboratories (CERL), University of Illinois (UI), Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Oklahoma State University (OSU), GARD Analytics e Department of Energy (DOE) (CRAWLEY et al., 2004). O EnergyPlus combina o balano de calor do IBLAST com um ar condicionado genrico, trabalha com programas de iluminao natural e novos algoritmos de transferncia de calor e fluxo de ar de zonas (CRAWLEY et al., 2004).


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A partir da caracterizao geomtrica da edificao, seus componentes construtivos, cargas eltricas instaladas, sistemas de condicionamento de ar e padres de uso e ocupao, o EnergyPlus estima o consumo de energia considerando trocas trmicas da edificao com o exterior. O EnergyPlus permite que o usurio solicite diversos relatrios, com dados estimados durante o processo de simulao, incluindo temperatura interna de cada zona trmica, consumo de energia por uso final e carga trmica retirada pelo sistema de condicionamento de ar. Em suma, a proposta do programa de simulao termo-energtica EnergyPlus desenvolver e organizar mdulos de programas que possam trabalhar facilmente juntos ou individualmente (LAMBERTS, 2000). A estrutura genrica do programa possui trs componentes: o operador da simulao, o mdulo de simulao do balano de calor, e o mdulo de simulao do sistema da edificao (CRAWLEY et al., 2004). A Fig. 2.5 apresenta a estrutura de funcionamento do programa.

Fig. 2.5: Estrutura genrica do programa EnergyPlus. Fonte: Crawley et al., 2001.

Para o clculo da carga trmica, o programa EnergyPlus utiliza o mtodo dos fatores de resposta, que consiste na tcnica de soluo de um sistema de equaes lineares, baseando-se no princpio da superposio em que o efeito da temperatura


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sobre a densidade do fluxo de calor a soma dos efeitos causados por vrios pulsos individuais de temperatura durante instantes anteriores. Portanto, esse mtodo compe-se de trs etapas: desenvolvimento do pulso em sries de componentes simples; clculo da resposta para cada componente; e adio das respostas de cada componente (LAMBERTS, 2000). Observa-se que para as simulaes termo-energticas utiliza-se de dados climticos do local em que se deseja avaliar aspectos relacionados ao consumo de energia. Com os dados climticos no formato especfico para o programa simulador, so elaborados projetos mais adequados ao clima. A seguir, est apresentado o que so esses dados climticos e o que os compem.

2.5 Dados ClimticosA maioria dos programas computacionais para a anlise termo-energtica de edificaes utiliza arquivos com dados climticos horrios de um ano para representar a influncia do ambiente externo sobre a edificao. Geralmente, esses arquivos so obtidos em estaes metereolgicas de aeroporto e necessitam de tratamento adequado para adapt-los ao formato do programa de simulao energtica desejado. O custo desses arquivos alto e o tratamento dos dados exige elevado tempo de dedicao por parte do analista. Foi desenvolvido um arquivo de dados climticos para a cidade de Florianpolis, no formato TRY (Test Reference Year) (GOULART, 1993). Para se obter esse arquivo, adota-se o critrio de eliminao de anos de dados, os quais contm temperaturas mdias mensais extremas, at resultar em um ano de referncia em relao ao clima local (GOULART, 1993). As variveis incluem: Ms, dia e hora; Temperatura de bulbo seco; Temperatura de bulbo mido; Temperatura de solo; Velocidade do vento; Direo do vento; Presso baromtrica; Quantidade de nuvens;

2 REVISO BIBLIOGRFICATipo de nuvens; Altura das nuvens; Radiao solar.

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Para Florianpolis, os dados climticos relativos radiao solar no existem, portanto esses dados devem ser calculados pelo programa de simulao termoenergtica a partir da quantidade de nuvens que constam no arquivo de dados climticos (GOULART, 1993). No estudo de Carlo (2005), apresenta-se uma metodologia utilizada para reviso dos arquivos climticos, ajustes de modelos para a estimativa de dados de radiao solar e por fim, a compilao de arquivos em formatos compatveis com programas de simulao termo-energtica como DOE 2.1E e EnergyPlus. Segundo Carlo (2005), dois mtodos foram avaliados e testados para cinco cidades brasileiras, e comparados com mdias mensais de totais dirios de irradiao solar de bibliografia existente. Um dos mtodos, denominado Kasten, originou-se de pesquisas realizadas para criao de arquivos com dados climticos internacionais, arquivos International Weather Energy Conservation (IWEC). O outro mtodo, denominado LabEEE, originou-se de pesquisa realizada na Universidade Federal de Santa Catarina. O primeiro mtodo apresentou maiores distores em relao principal fonte de dados, o Atlas de Irradiao Solar do Brasil. O segundo mtodo foi ento aplicado nos arquivos climticos referentes a 14 cidades brasileiras. Para a produo de arquivos climticos para as 14 cidades brasileiras, foram estimadas as radiaes horizontais tanto diretas como difusas obtidas da radiao global horizontal horria, para a obteno da radiao direta normal (CARLO, 2005). Arquivos do tipo bin, para o programa DOE 2.1-E foram renovados, contendo dados pr-calculados de radiao solar. J os arquivos tipo epw foram gerados pela primeira vez para simulao do desempenho energtico de edificaes no programa EnergyPlus (CARLO, 2005). De acordo com Carlo (2005) os arquivos climticos, alm de serem utilizados para programas de simulao, podem ser consultados em tabelas e grficos contendo as principais caractersticas ou podem ser manipulados para outros fins no formato texto.


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Os trabalhos que avaliam o comportamento dos parmetros construtivos relacionados energia utilizam de simulaes computacionais. No entanto, para iniciar as simulaes de anlise de alteraes de parmetros construtivos, nada melhor que um modelo simplificado que se ajuste realidade construtiva do local. Um modelo que represente bem as caractersticas construtivas tornam os resultados das simulaes mais adequados. No tpico seguinte, so apresentados mtodos que definem esse modelo construtivo, denominado neste trabalho como tipologia predominante.

2.6 Definio de tipologia predominanteA tipologia predominante considerada como um conjunto de caractersticas reduzidas de uma populao de edificaes e que represente a realidade construtiva. necessrio que se verifique como so as caractersticas que se relacionam ao consumo de energia e eficincia energtica, como e quais so os padres de uso de equipamentos e de ocupao de uma edificao. Quando se trata de eficincia energtica em edificaes, a ferramenta computacional que prev e quantifica impactos do consumo de energia, utiliza dessa tipologia predominante como modelo computacional reduzido aos parmetros que interferem significativamente no consumo de energia de um edifcio (CARLO e TOCCOLINI, 2005). De acordo com Carlo e Toccolini (2005) a tipologia predominante est baseada em caractersticas de mais de uma edificao, logo, no est passvel de ajustes e calibrao, mas visa representar essas caractersticas de uma amostra, mesmo que no exista relao com um modelo real. Uma tipologia predominante diferencia-se de um modelo real quando este se baseia em uma edificao existente e atenta reproduo do desempenho real da edificao. As metodologias mais conhecidas e consolidadas de obteno de dados para origem de tipologias predominantes so as bases de dados de edificaes dos EUA, o Residential Energy Comsumption Survey RECS e o Commercial Buildings Energy Comsumption Survey CBECS (HUANG et al., 1991). Essas fontes de

2 REVISO BIBLIOGRFICArepresentativos para diversos fins.

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dados se tornaram largamente utilizadas em pesquisas para definio de modelos O mtodo utilizado para a obteno de dados para o RECS foi dividido em etapas. A primeira foi a realizao de entrevistas com os moradores para, principalmente, permitir o acesso s contas de energia eltrica, e a segunda foi consultas das fornecedoras de energia. A partir de levantamento populacional, obteve-se o universo de residncias e atravs de estatsticas, definiram uma amostra na qual foi distribuda territorialmente. O CBECS envolve edificaes comerciais com rea maior que 93m, sendo que mais de 50% dessa rea deve ser voltada para atividade comercial. O banco de dados apresenta 4657 edificaes divididas em 16 atividades, com suas localizaes, dimenses, ocupaes, usos de equipamentos, usos de energias e reas de aquecimento e resfriamento (CBECS, 2005). O levantamento dos dados para o CBECS, assim como o RECS, foi dividido em duas etapas: o levantamento das caractersticas envolventes na edificao e o levantamento dos padres de consumo de energia. Foram definidos questionrios nos quais foram conduzidos para os responsveis das edificaes, assim identificaram uma amostra. Os dados foram processados a partir da caracterizao das edificaes e dos seus consumos e, depois comparados os resultados aos totais de venda dos combustveis fornecidos pelas concessionrias. Outros estudos, assim como o de HUANG et al. (1991), com objetivos mais especficos foram realizados para complementar os dados existentes. Os autores estabeleceram informaes relacionadas ao setor de energia e construo que afetavam o uso de petrleo. Assim, para classificao e modelagem dos prottipos para esse estudo, os dados foram coletados de 8 fontes at formar uma base de dados satisfatria. Dentre essas fontes, o Non-residential Building Energy Consumption Survey (NBECS) forneceu dados como rea de piso, uso final de energia, horas de operao, caractersticas do envelope da edificao e uso dos combustveis. Com esses dados processados, estimaram 481 modelos nos quais compreendem tipologias construtivas comerciais e multi-familiares. Em Hong Kong, foram simulados com o programa DOE-2 prottipos obtidos de auditorias energticas em edificaes de servios com a finalidade de implementar programas para conservao de energia (CHIRARATTANANON e TAWEEKUN, 2003).


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Os levantamentos indicaram o tipo de atividade comercial (edifcio de escritrio, hotel, hospital e lojas), caractersticas construtivas e funcionais; alm de reas internas condicionadas; reas no condicionadas; uso da energia; eficincia, capacidade e componentes do ar-condicionado; monitoramento de temperatura e umidade em cada zona trmica; tipo de sistema de iluminao e tipos de equipamentos. Assim, os dados foram generalizados e transformados em indicadores para a simulao. A Fig. 2.6 apresenta 4 prottipos de edificaes que representam as atividades adotadas no estudo, obtidos dos levantamentos. Observa-se que os prottipos so retangulares com as fachadas de menores dimenses orientadas a oeste e leste.

(a) Prottipo de edifcio de escritrio

(b) Prottipo de hotel

(c) Prottipo de hospital

(d) Prottipo de lojas

Fig. 2.6: Prottipos de edificaes utilizados em Hong Kong. Fonte: Chirarattananon e Taweekun (2003)

Em Hong Kong, possvel perceber semelhanas com os padres construtivos brasileiros. Essas semelhanas so observadas atravs dos dados adotados para os prottipos do estudo de Chirarattananon e Taweekun (2003). Os prottipos possuem zonas trmicas de acordo com a influncia do contato dos ambientes externos. A zona trmica em contato com o solo encontra-se no pavimento trreo, a zona trmica intermediria encontra-se localizada entre


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pavimentos, e por fim, a zona trmica protegida pela cobertura encontra-se no ltimo pavimento. As paredes so de blocos de cimento e janelas compostas de vidro claro. No Brasil, existem pesquisas a fim de caracterizar edificaes com relao ao consumo de energia eltrica. Em Salvador (CARLO et al., 2003) e em Recife (CARLO et al. 2004), foram identificados, atravs de levantamento fotogrfico, parmetros que influenciam no desempenho trmico e energtico de edificaes comerciais. Foram observadas a forma da edificao, a altura, a percentagem de rea de janela por fachada e a presena de elementos de sombreamento nas janelas. Outro projeto tambm visa produzir prottipos de edificaes brasileiras com relao ao consumo de energia eltrica (CARLO e TOCCOLINI, 2005). Esse projeto compreendido de uma das trs partes da primeira etapa da elaborao de uma regulamentao, sendo as outras partes a preparao de arquivos climticos para simulao computacional e treinamento da equipe de simulao (CARLO e TOCCOLINI, 2005). Segundo Carlo e Toccolini (2005), foram definidos dois tipos de prottipos: os residenciais e os comerciais. Este ltimo ainda foi dividido de acordo com a atividade que representa (escritrios, hotis, restaurantes, supermercados, lojas, escolas e hospitais). Para verificar as caractersticas das edificaes, foram realizados dois levantamentos: o levantamento fotogrfico de edificaes nas cidades de So Paulo e Florianpolis e o levantamento in loco para identificao das caractersticas do interior da edificao. A amostra compreende 452 edificaes. Os resultados dos levantamentos indicaram a freqncia de ocorrncia de nmero de pavimentos, de forma, de atividade, de uso de energia, entre outros. Foram avaliadas as

peculiaridades que estavam relacionadas s atividades exercidas nas edificaes para compor os prottipos a serem simulados no programa EnergyPlus. Portanto, as simulaes termo-energticas reproduziro o consumo de energia das edificaes e para posterior investigao das alteraes perante elementos da envoltria (CARLO e TOCCOLINI, 2005). Para a reviso deste trabalho at ento, foram relatados estud

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