2º Encontro em Engenharia de Edificações e Ambiental Cuiabá / Mato Grosso / 27 e 28 de novembro de 2014

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1 2º Encontro em Engenharia de Edificações e Ambiental Cuiabá / Mato Grosso / 27 e 28 de novembro de 2014 PROJETO CASA SUSTENTA: EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL PARA A ZONA BIOCLIMÁTICA 07 Luciane Cleonice Durante (luciane.durante@hotmail.com) Universidade Federal de Mato Grosso - Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia Ivan Júlio Apolônio Callejas (ivancallejas@ig.com.br) Universidade Federal de Mato Grosso - Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia RESUMO: As ações de eficiência energética exigem análise interdisciplinar, capaz de contemplar a complexidade da sustentabilidade, expressa pelas relações de produção do ambiente construído e habitabilidade. Esta pesquisa teve por objetivo geral avaliar comparativamente o desempenho termoenergético de um projeto de edificação residencial (Cenário 1) com mais quatro modelos (Cenários 2 a 5), aos quais foram incorporadas intervenções com vistas à melhoria de desempenho termoenergético e atendimento das normativas dos Requisitos Técnicos da Qualidade para Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais (RTQ-R). O projeto de arquitetura inicial, denominado Cenário 1, atendia aos pré-requisitos do RTQ-R, com graus-hora de resfriamento de o Ch, Equivalente Numérico da Envoltória dos Ambientes para Resfriamento (EqNumEnvAmbResfr) de 2,30 e classificação de desempenho energético da envoltória de nível D. As intervenções propostas de adequação da arquitetura ao clima, tais como, Proteção Solar das Aberturas e Massa Térmica para Resfriamento, proporcionaram uma melhoria contínua do desempenho termoenergético da habitação, sendo que, no Cenário 5, os graus-hora de resfriamento reduziram para o Ch, o EqNumEnvAmbResfr elevou para 3,22 e a classificação de desempenho energético da envoltória de nível C. Agregando-se as pontuações referentes às bonificações, a edificação alcança a Pontuação Total do Nível de Eficiência de 3,85, de onde se conclui que a classificação final da edificação corresponde ao Nível B. Palavras-chave: desempenho termoenergético, EnergyPlus, estratégias bioclimáticas. SUSTENTA BUILDING DESIGN: THERMAL PERFORMANCE FOR BIOCLIMATIC ZONE 07 ABSTRACT: The energy efficiency actions require interdisciplinary analysis, able to contemplate the complexity of sustainability expressed by production relations of the built environment and construction habitability. This study aimed to value the residential building project thermoenergetic performance (Scenario 1) and compare with four more models (Scenarios 2-5), which were incorporated interventions to improve thermal thermoenergetic performance and meeting the Brazilians normative. The initial design architecture, called Scenario 1, met the normatives prerequisites, with o Ch cooling degree-hour, Numeric Equivalent of Envelopment of Cooling Environments (EqNumEnvAmbResfr) of 2.30 and level D energy performance envelopment. The proposed interventions suitability of the architecture to the climate, such as Solar Openings and Thermal Mass Cooling Protection, provided a continuous improvement thermoenergetic performance of housing, and, in Scenario 5, the cooling degree-hour reduced to o Ch and the EqNumEnvAmbResfr increased to 3.22 and classification of the energy envelope performance increased to C level. By adding the scores relating to bonuses, the building reaches the Total Score of Level Efficiency of 3.85, from which it follows that the final ranking of the building corresponds to Level B. Keywords: thermoenergetic performance, EnergyPlus, bioclimatic strategies.

2 1_INTRODUÇÃO O desempenho termoenergético das edificações consiste em relevante componente no paradigma atual de necessidade de desenvolvimento econômico e continuidade dos bens de consumo da sociedade, com vistas ao desenvolvimento sustentável. A cada dia aumentam as preocupações referentes ao meio ambiente e a utilização racional da energia, bem como por edificações mais sustentáveis que não onerem o meio ambiente, seja para sua construção e manutenção, ou para a destinação final de seus resíduos. Notadamente, tem se observado que são poucos os projetos arquitetônicos das edificações da cidade de Cuiabá/MT, que levam em consideração aspectos importantes, como as variáveis climáticas do entorno, questões de ventilação, materiais e métodos construtivos regionais, bem como o desempenho térmico dos materiais. Esses fatores são decisivos, pois influenciam diretamente no desempenho termoenergético da edificação. A consequência disso é que se tem constatado que estas edificações são desconfortáveis termicamente e dependentes dos recursos artificiais para minimizá-los (CALLEJAS et. al., 2013). No contexto do consumo de energia nacional, sabe-se que 42% da energia produzida no país destinam-se às edificações, sendo 23% destas, do tipo residencial (LAMBERTS et al. 1997). Desta forma, otimizar soluções para aplicação nesta categoria de edificações, significa redução do energoimpacto do setor. Assim sendo, esta pesquisa teve por objetivo geral avaliar comparativamente o desempenho termoenergético de um projeto de edificação residencial (Cenário 1) com mais quatro modelos (Cenários 2 a 5), aos quais foram incorporadas intervenções com vistas à melhoria de desempenho termoenergético e atendimento das normativas dos Requisitos Técnicos da Qualidade para Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais (RTQ-R). A formulação das intervenções foi norteada pela abordagem das ações de eficiência energética, que exigem análise interdisciplinar, capaz de contemplar a complexidade da sustentabilidade, expressa pelas relações de produção do ambiente construído e habitabilidade. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Estratégias Bioclimáticas para a cidade de Cuiabá/MT Tendo em vista as diversidades culturais e climáticas dos locais habitados pelo homem, desenvolveram-se estudos de padrões que pudessem expressar a sensação térmica de seus habitantes. A definição desses modelos de conforto baseou-se em índices que quantificam as respostas das sensações humanas às diferentes condições de exposição térmica ambiental e que servem de referência para a definição de zonas de conforto. Dois modelos de conforto para ambientes internos são definidos na ASRHAE (2004): o modelo de conforto térmico do PMV/PPD e o modelo de Conforto Adaptativo. O modelo de conforto térmico do PMV/PPD é estabelecido na ASRHAE 55 (2004) para ambientes condicionados artificialmente. Foi desenvolvido por Fanger em 1972 e normalizado pela ISO 7730 (1984). Considera a temperatura de bulbo seco, a vestimenta (clo), a atividade metabólica (met), a velocidade do ar (m/s), a umidade (%) e a temperatura média radiante ( o C). Recomenda que para espaço de ocupação humana, o Predicted

3 Percentage Disatisfied (PPD) deve ser menor que 10%, o que corresponde a um Voto Médio Previsto (VMP) de -0,5 a +0,5. O conceito de conforto adaptativo leva em consideração a adaptabilidade do ser humano às mudanças de temperatura, considerando que quando alguma mudança no ambiente térmico ocorre, causando um desconforto térmico, as pessoas reagem no sentido de restabelecer este conforto. Sabe-se que algumas variáveis possibilitam o controle individual do conforto térmico, como, por exemplo, as vestimentas, o abrir e o fechar de janelas e a regulação da velocidade do ar que permitem que, mesmo em temperaturas mais altas, o conforto seja restabelecido. Assim, este modelo pressupõe vestimentas adequadas às condições térmicas e livremente assumidas pelos ocupantes e atividade sedentária (1,0 a 1,3 met) (ASHRAE, 2004). É aplicável aos espaços naturalmente condicionados, nos quais não deve haver nenhum sistema de refrigeração ou aquecimento em operação, sendo permitida ventilação mecânica. Da definição da zona de conforto resulta a Carta Bioclimática, que expressa às relações entre zona de conforto térmico dos ocupantes, o clima do entorno da edificação e as estratégias requeridas pelo projeto da edificação a fim de se conseguir níveis de conforto térmico nas diversas condições climáticas. A partir da geração desta Carta Bioclimática para Cuiabá/MT, com base no arquivo climático e utilizando o critério da ASRHAE 55 (2004) para ambientes condicionados artificialmente e considerando a Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas (PPD) de 90%, Durante (2013) constatou que a temperatura efetiva para faixa de conforto para o verão está entre 24,3 a 26,7 o C e que as porcentagens de horas do ano confortáveis e desconfortáveis são de 6,6 e 93,3% do total, respectivamente (Figura 1). Figura 1 Zona de Conforto na Carta Bioclimática gerada com o critério do PMV Fonte: Elaborado por Durante (2013) por meio de Climate Consultant 5.0 (LIGGETT e MILNE, 2010) Sabe-se que as estratégias de projeto estabelecidas na Carta Bioclimática destinam-se a orientar a concepção de edifícios como casas, lojas, salas de aula e pequenos escritórios, cujas atividades não dispendem grandes cargas térmicas internas e nos quais, portanto, o envelope do prédio tem grande impacto sobre o conforto térmico dos ocupantes. Desta forma, a partir do estudo da carta para a região, constatou-se que é possível reduzir o uso do

4 Condicionamento Artificial adotando-se as estratégias passivas de Massa Térmica para Resfriamento (-4,7%), Massa Térmica para Resfriamento com Ventilação Seletiva Noturna (- 5,2%), Resfriamento Evaporativo Direto (-4,0%), Resfriamento Evaporativo Indireto (-5,4%), Ventilação Noturna (-1,0%) e Ventilação Noturna Forçada (-1,6%) (Tabela 1), que impactam na melhoria das condições internas dos edifícios. Destaca-se que a estratégia de Condicionamento Térmico Artificial usada de forma isolada proporciona conforto a 54% das horas anuais, sendo esta regulada pela temperatura e estabelecida na Carta para temperaturas efetivas acima da zona de conforto térmico de verão (26,7 o C). Tabela 1 Estratégias bioclimáticas para Cuiabá de acordo com o modelo do PMV da ASHRAE 55(2004) % HORAS ESTRATÉGIA DE PROJETO IMPACTO NO TOTAL DE HORAS ANUAIS (%) ANUAIS Conforto Desconforto 0,40% Massa Térmica para Aquecimento ,00% Ventilação Noturna ,60% Ventilação Noturna Forçada ,50% Aquecimento Solar Passivo com 9 91 Isolamento Térmico 4,00% Resfriamento Evaporativo ,30% Aquecimento Artificial e Umidificação, se necessário 4,70% Massa Térmica para Resfriamento ,20% Massa Térmica para Resfriamento e Ventilação Noturna 5,40% Resfriamento Evaporativo Indireto ,00% Ganho de Calor Interno ,60% Conforto 6,6 93,3 31,00% Proteção Solar das Aberturas ,90% Ventilação Diurna (Desumidifcação) ,30% Condicionamento Artificial Fonte: Elaborado por Durante (2013) por meio de Climate Consultant 5.0 (LIGGETT e MILNE, 2010) Ao se garantirem em um projeto para a região todas as estratégias bioclimáticas, constata-se que 53% das horas do ano passam a se situar em condição de conforto térmico. O restante, correspondente à estratégia de Condicionamento Artificial, equivale a um percentual máximo de conforto térmico de 47% das horas do ano, na qual as temperaturas de bulbo seco e as umidades são elevadas e não é possível obter condições de conforto utilizando-se estratégias passivas de adequação da arquitetura ao clima. Embora o clima da região seja predominantemente quente, em 0,5% das horas é requerido Aquecimento Artificial e Umidificação, nos fenômenos chamados de friagem, que duram cerca de 3 a 4 dias decorrentes da entrada de frentes frias. Dentre as estratégias passivas, as mais relevantes são a Ventilação Diurna e Desumidificação e a Proteção Solar das Aberturas, recomendadas para 32,9 e 31% das horas do ano, respectivamente. Aplicando a mesma metodologia detalhada anteriormente para o Modelo Adaptativo (ASHRAE 55, 2004), obteve-se 56% das horas desconfortáveis e 44% das horas dentro da zona de conforto térmico (Figura 2). A partir da análise da prática projetual na região, tem-se notado que a grande maioria das edificações residenciais implantadas apresenta total dependência do sistema de condicionamento e iluminação artificiais, sendo a utilização do edifício restritamente

5 permitida à disponibilização desses recursos. Nas edificações residenciais, isso também está se tornando uma tendência, tendo em vista que o aumento do poder aquisitivo da população, conquistado nos ultimo anos, leva à uma maior exigência de condições de conforto nas suas moradias. Diante deste cenário, apresentar e discutir Estratégias Bioclimáticas que possibilitem enquadrar as condições ambientais dos edifícios residenciais dentro da faixa de conforto térmico se torna importante desafio não só por questões de habitabilidade, mas também por questões energéticas, com vista a reduzir o impacto ocasionado por este setor. Figura 2 Carta bioclimática de Cuiabá de acordo com o modelo de Conforto Adaptativo Fonte: Elaborado por Durante (2013) por meio de Climate Consultant 5.0 (LIGGETT e MILNE, 2010) 3 MATERIAIS E MÉTODO 3.1 Objeto de estudo O objeto de estudo foi uma edificação residencial de padrão médio, com requisitos de acessibilidade por escada e elevador, contendo dois pavimentos, implantada em terreno de 15m x 30m de comprimento, na região Norte de Cuiabá. A edificação será implantada em um bairro localizado fora da região de influência das ilhas de calor urbanas definidas por Maitelli (1997), também identificadas no mapa da temperatura superficial urbana de Callejas et al (2013) (Figura 3). Justifica-se esta escolha pelo fato de que nesse local, fora da influência dos fenômenos decorrentes do aquecimento pela massa construída, pavimentação do solo e ações antrópicas, as condições microclimáticas são mais favoráveis à obtenção de conforto térmico.

6 Figura 3 Uso e ocupação do solo e Localização da edificação na cidade de Cuiabá Fonte: Callejas et al (2013) O primeiro pavimento térreo contem 1 suíte, sala de estar, sala de jantar, cozinha, espaço gourmet, área de serviço, banheiro de serviço, banheiro da piscina, piscina e garagem. O pavimento superior contem 1 suíte, 1 dormitório, 1 banheiro e 1 estúdio. 3.2 Definição das estratégias a serem adotadas na edificação As estratégias bioclimáticas a serem adotadas referem-se a recursos de projeto que colaborem na adequação da edificação ao clima de Cuiabá e a materiais de construção cujas propriedades termofísicas em relação à transmitância térmica e absortividade atendam aos parâmetros normativos recomendados para Cuiabá segundo RTQ-R (INMETRO, 2012). As paredes externas e cobertura sugeridas pelo projetista atendem aos pré-requisitos de transmitância e capacidade térmica (Tabela 2), sendo os seus componentes materiais disponível no comércio local de implantação da edificação. O mesmo acontece para os prérequisitos para ventilação natural apresentados na Tabela 3. Para os elementos transparentes adotou-se vidro temperado com U = 5,70 W/m²K, Fator Solar= 0,87 e transmissão luminosa de 0,89. Os pré-requisitos para iluminação natural constam e as pontuações referentes às bonificações constam da Tabela 4. Adotou-se a utilização de bacias sanitárias com sistema de descarga com duplo acionamento; chuveiros com restritor de vazão; torneiras com arejador de vazão constante (6 l/min), regulador de vazão ou restritor de vazão; torneiras de jardim com reutilização de águas pluviais. Os condicionadores de ar possuirão classificação no PBE. Serão instalados ventiladores de teto em 2/3 dos ambientes de permanência prolongada pontuam 0,1 com selo PROCEL. O método de simulação permite comparar o desempenho da edificação sob avaliação com os valores de referência das tabelas de classificação dos níveis de eficiência energética da envoltória, cujas características devem estar de acordo com o nível de eficiência pretendido.

7 ESPECIFICAÇÃO Tabela 2 Tipologia das paredes Pré-requisito: U [W/(m 2.K)] e CT [kj/(m 2.K)] Parede de tijolos 8 furos quadrados, assentados na menor dimensão. U 3,70; CT 130; α 0,6 Dimensões do tijolo: 9,0x19,0x19,0cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm U 2,50; CT 130; α > 0,6 Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm Laje pré-moldada 12cm (concreto 4cm + EPS 7cm + argamassa 1cm) Câmara de ar (> 5,0 cm) U 2,30*; CT = sem exigência; α 0,6 Telha metálica* 0,1cm; Poliestireno 4,0cm U 1,50*; CT = sem exigência ; α > 0,6 Telha metálica* 0,1cm * A transmitância térmica independe se a telha tem formato trapezoidal ou ondulada Valor recomendado de projeto U= 2,49 CT=158 Cor clara* α 0,6 U=0,53 CT=176 cor branca Tabela 3 Pré-requisitos para ventilação natural Ambientes de permanência prolongada devem possuir Percentual de abertura para ventilação em relação à área de piso maior que 5% As aberturas para ventilação devem ser passíveis de fechamento Pelo menos 50% dos banheiros (exceto lavabos) devem possuir ventilação natural A UH deve possuir ventilação cruzada proporcionada por sistema de aberturas compreendido pelas aberturas externas e internas Atendido no projeto Atendido no projeto Atendido no projeto Atendido no projeto Tabela 4 Quantificação das bonificações b1 (zero a 0,40 pontos) Ventilação natural porosidade mínima de 20% (Tabela 3) b1 = 0,12 b2 (zero a 0,30 pontos) Iluminação natural - tetos de cor branca (0,10) - atender a condição de profundidade do ambiente 2 vezes a altura da borda superior da abertura (0,20) b2 = 0,30 b3 (zero a 0,20 pontos) Uso racional de água A bonificação de uso racional de água pode ser obtida com o uso de água da chuva E/OU equipamentos economizadores. Não é necessário que haja obrigatoriamente a combinação de água da chuva com equipamentos economizadores. b3 = 0,06 b4 (zero a 0,20 pontos) Condicionamento artificial de ar (envoltória da UH deve atingir Não atendido nível A de eficiência quando condicionada artificialmente) b5 (zero a 0,10 pontos) Iluminação artificial Para obter 0,05 pontos, as UHs devem possuir 50% das fontes de iluminação artificial com eficiência superior a 75lm/W ou com Selo Procel em todos os ambientes; b5= 0,05+0,10 Para obter 0,10 pontos, as UHs devem possuir 100% das fontes de iluminação artificial com eficiência superior a 75lm/W ou com Selo Procel em todos os ambientes. b6 (0,10 pontos) Ventiladores de teto instalados na UH em 2/3 dos APP Não atendido b7 (0,10 pontos) Refrigeradores instalados na UH B7=0,1 b8 (0,10 pontos) Medição individualizada Não se aplica Total de bonificação de acordo com o projeto apresentado 0,63 Destaca-se que a eficiência da envoltória depende de fatores como a especificação de vidros, a proporção entre a área envidraçada e a área de alvenaria, a transmitância térmica dos materiais adotados, absortâncias, sombreamento das aberturas, entre outros. Desta forma, além de contemplar a estratégia bioclimática de sombreamento, procurou-se diminuir a transmitância térmica da envoltória com intuito de reduzir os ganhos térmicos da edificação. Para

8 modelagem da edificação utilizou-se o software Design Builder, no qual foi elaborado o zoneamento térmico e input de dados (Tabela 5, Figura 4). Tabela 5 Zoneamento da edificação Total de ambientes Hall, Sala de estar, lavabo, varanda, sala de jantar, circulação, suíte 3, closet, suíte máster 1, sanitário suíte máster 1, WC piscina, área circ., área deck, área grama, cozinha, circulação, área de serviço, circ. Vertical 1, espaço gourmet, garagem, quarto, circulação, suíte máster 2, estúdio, circ. Vertical, WC suíte, área permeável, área cimentada, varanda suíte master 2. Total de zonas térmicas Sala de estar, lavabo, varanda, sala de jantar, circulação, suíte 3, suíte máster 1, sanitário suíte máster 1, WC piscina, cozinha, circulação, área de serviço, circ. Vertical 1, espaço gourmet, garagem, quarto, circulação, suíte máster 2, estúdio, circ. Vertical, WC suíte, Cobertura sala, Cobertura suíte máster 1, cobertura suíte 3, cobertura varanda, cobertura circulação Total de ambientes condicionados Suíte Master 1 Suíte máster 2 Estúdio 4 Quarto Total de zonas térmicas condicionadas Suíte Master 1 Suíte máster 2 Estúdio 4 Quarto Figura 4 (a) Modelagem da Casa Sustenta no software Design Builder; (b) orientação solar da edificação; (c) zonas térmicas do pavimento térreo e (d) zonas térmicas do pavimento superior a) b) c) Pavimento superior d) Pavimento inferior

9 O zoneamento permite a avaliação do desempenho termo-energético de cada ambiente da edificação e leva em consideração a orientação, os equipamentos, características de uso, iluminação e condicionamento de ar de cada espaço. Os dispositivos de sombreamento foram modelados conforme o projeto e o ático foi modelado como uma zona térmica. A metodologia do RTQ-R especifica que os indicadores de graus-hora de resfriamento dos ambientes de permanência prolongada do projeto devem ser iguais ou menores que os níveis de eficiência tabelados. Para a cidade de Cuiabá, os valores máximos de graus-hora de resfriamento e seus respectivos Equivalentes numéricos (EqNum) encontram-se na Tabela Erro! Autoreferência de indicador não válida.6. Tabela 6 Níveis de eficiência e graus-hora de resfriamento Eficiência EqNum GHR ( o Ch) C R (kw/m 2 ano) A 5 GHR C R 34,483 B < GHR ,483 < C R 52,805 C < GHR ,805 < C R 71,126 D < GHR ,126 < C R 89,448 E 1 GHR > ,448 < GHR C R Visando aperfeiçoar o desempenho termoenergética da edificação em estudo, e partindo-se das premissas estabelecidas na Carta Bioclimática de Cuiabá descritas anteriormente, os seguintes cenários com suas respectivas propostas de intervenções propostas no projeto original (Cenário 1) estão as baixo descritas: a) Cenário 2: projeto original + sombreamento salas de estar e jantar + venezianas quartos; b) Cenário 3: projeto original + sombreamento salas de estar e jantar + venezianas quartos + vidro laminado incolor + argamassa isolante (nome comercial-thermocoat); c) Cenário 4: projeto original + sombreamento salas de estar e jantar + venezianas quartos + vidro laminado verde em todas as aberturas + argamassa isolante (nome comercial- Thermocoat); e, d) Cenário 5: projeto com implantação espelhada + sombreamento salas de estar e jantar + venezianas quartos + vidro laminado incolor nas aberturas da Sala de Jantar, Sala de Estar e Circulação pavimento Inferior + pergolado para proteção da circulação + prolongamento marquise para proteção da face oeste da sala de jantar. O indicador de graus-hora de resfriamento é calculado utilizando-se da temperatura operativa horária por meio do programa computacional e utiliza-se a temperatura base para o cálculo dos graus-hora de resfriamento igual a 26ºC (Equação 1), onde GHR é o indicador de graushora para resfriamento e T o é a temperatura operativa horária ( C). GHR = Σ (T o 26 C) Equação 1 A modelagem do sistema de ventilação natural da edificação considerou que: a) Todos os ambientes da UH que possuem aberturas para ventilação foram ser modelados no sistema de ventilação natural; b) As aberturas que proporcionam a ventilação (portas e janelas) apresentam as mesmas

10 coordenadas cartesianas do projeto sob avaliação; c) O coeficiente de rugosidade do entorno (α) é de 0,33 que representa área em centro urbano; d) O coeficiente de descarga (CD) para janelas e portas retangulares deve ser de 0,60. e) O coeficiente do fluxo de ar por frestas (CQ) para janelas e portas retangulares é de 0,001 kg/s.m e o expoente do fluxo de ar (n) de 0,65. f) O padrão de uso da ventilação natural adotado corresponde ao padrão horário. O padrão mínimo de ocupação dos dormitórios foi de duas pessoas por ambiente. A sala e/ou demais ambientes de uso coletivo deve ser utilizada por todos os usuários dos dormitórios. Deve-se modelar um padrão de ocupação dos ambientes para os dias de semana e outro para os finais de semana, conforme os horários de ocupação RTQ-R (Tabela 7). Em função do tipo de atividade desempenhada em cada ambiente foi adotada a taxa metabólica para cada atividade, recomendada pelo RTQ-R (Tabela 8). Tabela 7 Padrão mínimo de ocupação dos dormitórios Dormitórios Ocupantes Ambientes de uso coletivo Ocupantes Suíte Master 1 2 Sala de estar 2 Suíte Master 2 2 Cozinha 1 Quarto 2 Varanda 2 Estúdio 1 Total 6 6 Tabela 8 Taxa metabólica adotada Ambiente Atividade realizada Calor produzido Calor produzido para área de (W/m²) pele = 1,80 m² (W) Sala Sentado ou assistindo TV Dormitórios Dormindo ou descansando Cozinha Trabalho leve 95 - Para a inserção dos dados de iluminação no modelo de energia, foi considerada a grandeza densidade de potência de iluminação (DPI), fundamental para a caracterização do sistema. A DPI (W/m²) é a relação entre a quantidade de watts gerada por um conjunto de luminárias em um ambiente e sua área. Quanto maior essa densidade, maior será o consumo de energia elétrica para a iluminação e maior será a carga térmica do ambiente, influenciando diretamente o consumo de energia para o sistema de ar condicionado. A inserção dos dados de iluminação foi feita para os ambientes de permanência prolongada, considerando dois padrões de uso da iluminação: um para os dias de semana e outro para os finais de semana, conforme apresentado pelo RTQ-R. Os valores considerados foram de 5,0W/m 2 nos dormitórios e 6,0W/m 2 na sala. As cargas internas de equipamentos foram modeladas para a sala. Para a inserção dos equipamentos na simulação foi considerada a densidade de potência de 1,5W/m² durante o período de 24 horas do dia durante todo o período de simulação, conforme recomendação do RTQ-R.

11 4 RESULTADOS 4.1 Classificação do nível de eficiência da envoltória do projeto original Apresenta-se a seguir os procedimentos para as simulações computacionais do projeto original e dos cenários propostos, com análise comparativa da economia de energia gerada. No modelo do projeto original, as seguintes considerações foram feitas: (a) Sombreamento: janelas sem venezianas com as proteções de marquises definidas no projeto de arquitetura; (b) Ventilação: fator de ventilação de 0,45 nos quartos e estúdio (porta de abrir); (c) 0,95 na Sala de Estar (cortina de vidro) e 0,90 na Sala de Jantar (Varanda) (porta camarão); (d) Iluminação: fator de iluminação de 0,45 em todos os ambientes de permanência prolongada e 0,45 nos quartos e estúdio (porta de abrir). De acordo com os resultados alcançados, a classificação do nível de eficiência da envoltória, obtido pela simulação do projeto original, corresponde ao nível D, com equivalente número da envoltória igual a 2,30 (Tabela 9). Tabela 9 - Classificação do nível de eficiência da envoltória - Projeto original Ambiente Área útil GHR ( o Ch) EqNumEnvAmbResfr Eficiência Sala de estar 44, D Varanda 25, D Suíte 3 13, D Estúdio 9, D Suíte 2 28, D Suíte 1 33, C Cozinha 19, C TOTAL 175, ,30 D Todos os indicadores de graus-hora para resfriamento (GHR) dos ambientes de permanência prolongada calculados foram superiores a GHR= o Ch. Com exceção da cozinha, que apresentou nível C, os demais ambientes apresentaram classificação D. A Suíte 3 foi considerada o ambiente mais desfavorável no que se refere ao conforto térmico, apresentando GHR= o Ch. É válido destacar que para atendimento ao nível A, o valor de graus-hora para resfriamento deve ser inferior a o Ch. 4.2 Intervenções propostas no modelo original Foram realizadas alterações no projeto original com o objetivo de otimizar o desempenho térmico e energético da edificação e melhorar a classificação do nível de eficiência da envoltória, pelo método de Simulação Computacional. A essência dos fluxos e do partido do projeto foi preservada, buscando intervenções pontuais com base na adoção das recomendações bioclimáticas Orientação espelhada da edificação Originalmente, o projeto apresentava maioria das aberturas dos ambientes de permanência prolongada voltada para o Norte. Foi proposta o espelhamento de forma que as aberturas se voltem para o Sul. Na orientação original, as aberturas recebem maior insolação (horas de sol) que na orientação Sul, aumentando os ganhos térmicos totais. O banheiro do pavimento superior foi retirado da Suite 3, que passa a ser chamada de Dormitório e a circulação deve ser

12 descontada de sua área de piso Sombreamento das aberturas e Ventilação Todas as aberturas dos ambientes de permanência prolongada estão sombreadas, sendo os quartos com venezianas e os demais com painéis externos com 50% de permeabilidade. Os quartos onde se tem janelas de peitoris altos, as venezianas também foram adotadas, para o que se sugere o modelo oscilo-batente. Foi feito prolongamento da marquise (largura do WC da piscina), para proteger a face Oeste da sala de Jantar. Na circulação do pavimento superior (escritório) também foi previsto sombreamento com painéis externos com 50% de permeabilidade. Na circulação do pavimento inferior, a porta que a divide da área externa da piscina deve ser sombreada por pérgola ou painel externo Materiais construtivos Em todas as paredes externas dos ambientes de permanência prolongada foram utilizados tijolos maciços de meia vez, rebocados em ambas as faces (espessura 2,5cm). A transmitância do tijolo maciço é de 3,13 W/m 2 K, maior que a do tijolo furado (2,49 W/m 2 K). No entanto, sua capacidade térmica é de 255 KJ/m 2 K, maior que a tijolo furado que é 158 KJ/m 2 K. Com isso, os efeitos de inércia térmica são potencializados, diminuindo os picos e provocando o atraso dos mesmos e, consequentemente, mantendo as condições térmicas internas mais estáveis (Tabela 10). Tabela 10 Propriedades térmicas dos elementos opacos Elemento construtivo Transmitância térmica Capacidade térmica Absortância Cobertura U = 0,53 W/m².K CT = 176 kj/m²k 0,16 Paredes externas Parcela 1 U = 2,49 W/m².K CT = 158 kj/m²k 0,16 Paredes externas Parcela 2 U = 3,13 W/m².K CT = 255 kj/m²k 0,16 Paredes internas U = 2,49 W/m².K CT = 158 kj/m²k 0, Vidros Os vidros adotados para as salas de jantar, estar e circulação foram laminados incolor. Demais esquadrias com vidros comuns (Tabela 11). Tabela 11 Propriedades térmicas dos vidros Elemento construtivo Transmitância térmica FS Transmissão luminosa Vidro temperado 3mm U = 5,70 W/m².K 0,87 0,89 Vidro laminado incolor U = 5,70 W/m².K 0,60 0, Classificação do nível de eficiência da envoltória do Cenário 5 De acordo com os resultados alcançados por meio da simulação computacional, a classificação do nível de eficiência da envoltória do Cenário 5, obtido após a adoção das estratégias recomendadas para otimização do desempenho térmico e energético, corresponde ao nível C, com equivalente número da envoltória igual a 3,36 (Tabela 12). Todos os indicadores de graus-hora para resfriamento (GHR) dos ambientes de permanência prolongada calculados foram reduzidos pela adoção das estratégias descritas. Os ambientes Suíte 1 e Suíte 2, classificados como nível C no projeto original, passaram a apresentar nível B de classificação após a adoção das recomendações propostas. Os demais ambientes, classificados como nível D no projeto original, passaram para o nível C de classificação.

13 Tabela 12- Classificação do nível de eficiência da envoltória Cenário 5 Ambiente Área útil (m2) GHR (och) EqNumEnvAmbResfr Eficiência Sala de estar 44, C Varanda 25, C Suíte 3 13, C Estúdio 9, C Suíte 2 28, B Suíte 1 33, B Cozinha 19, D TOTAL 175, ,22 C A suíte 3, considerada o ambiente mais desfavorável no que se refere ao conforto térmico, com GHR = o Ch para resfriamento no projeto original, apresentou no Cenário 5, GHR= o Ch para resfriamento, o que corresponde a uma redução de aproximadamente 30%. O total de GHR, antes calculado em GHR= o Ch no projeto original, passou para GHR= o Ch no Cenário 5, redução de 24% aproximadamente Evolução dos cenários estudados É válido ressaltar que o Cenário 5 foi resultado de vários estudos. Diversas estratégias foram simuladas e avaliadas ao longo das etapas deste trabalho, intermediárias ao projeto original e ao cenário final proposto (considerado o de melhor custo-benefício). Todas as avaliações buscaram reduzir a quantidade de graus-hora para resfriamento e melhorar o desempenho térmico e energético da Casa Sustenta. É possível observar a evolução dos estudos pelo método simulação e a classificação do nível de eficiência da envoltória para cada um deles na Figura 5 e Tabela 13. Figura 5 - Evolução dos cenários estudados

14 Cenários Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5 Tabela 13 Classificação do nível de eficiência da envoltória Cenários Características Projeto original, ocupação 8 pessoas, absortância=0,40, aberturas sem venezianas Projeto original + venezianas quartos + proteção solar sala de estar e jantar, Ocupação total 6 pessoas, absortância=0,20 Venezianas de madeira nas portas e janelas vidro laminado incolor (0,60) + Argamassa termoisolante Venezianas de madeira nas portas e janelas vidro laminado verde (0,4) + Argamassa termoisolante Projeto espelhado, tijolo maciços nas paredes externas dos ambientes de permanência prolongada, vidro laminado na sala de estar, de jantar e circulação, venezianas nas aberturas dos dormitórios e salas de estar e de jantar, pergolado na área externa Equivalente numérico Classificação energética 2,30 D 2,85 C 2,99 C 3,36 C 3,22 C É importante destacar que o Cenário 4 foi descartado em virtude de a aplicação da argamassa termoisolante não ter provocado impacto considerável no desempenho termoenergético da edificação e, também, porque os custos de sua aplicação não compensam a melhora no desempenho proporcionada. Somando-se o equivalente numérico obtido pela envoltória ao total de bonificações conquistadas no projeto, a pontuação total incorporando as modificações sugeridas chega a 3,85, de onde se conclui que a classificação final da edificação corresponde ao Nível B. 5 CONCLUSÃO O projeto de arquitetura inicial, denominado Cenário 1, atendia aos pré-requisitos do RTQ-R, com graus-hora de resfriamento de o Ch, Equivalente Numérico da Envoltória dos Ambientes para Resfriamento (EqNumEnvAmbResfr) de 2,30 e classificação de desempenho energético da envoltória de nível D. As intervenções propostas de adequação da arquitetura ao clima, tais como, Proteção Solar das Aberturas e Massa Térmica para Resfriamento, proporcionaram uma melhoria contínua do desempenho termoenergético da habitação, sendo que, no Cenário 5, os graus-hora de resfriamento reduziram para o Ch, o EqNumEnvAmbResfr elevou para 3,22 e a classificação de desempenho energético da envoltória de nível C. Agregando-se as pontuações referentes às bonificações, a edificação alcança a Pontuação Total do Nível de Eficiência de 3,85, de onde se conclui que a classificação final da edificação corresponde ao Nível B. A metodologia de simulação adotada permite uma exploração efetiva das variáveis envolvidas no desempenho térmico, constituindo-se em uma importante ferramenta para aplicação em estudos previsionais. Ressalta-se que, para obtenção do nível A, seria necessária alterações mais substanciais no projeto de arquitetura, principalmente no que se refere à orientação dos ambientes de permanência prolongada, que não fazem parte do escopo do presente estudo. 6_AGRADECIMENTOS Agradecemos à SUSTENTA Engenharia, Sustentabilidade e Acessibilidade Ltda, pela inovação representada pela aproximação do meio empreendedor e acadêmico.

15 7_CITAÇÕES E REFERÊNCIAS ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS, INC. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, ASHRAE Standard 55. Atlanta, CALLEJAS, I. J. A.; Oliveira, A. S.; SANTOS, F. M. M. ; DURANTE, L. C. ; NOQUEIRA, M. C. J. A.; ZEILHOFER, P. Analise da Temperatura Superficial e dos Padrões do Uso e Ocupação do Solo em Cidade de Clima Tropical Continenta. In: Erondina Azevedo de Lima e José de Souza Noqueira. (Org.). Coletânea Física Ambiental II. 2ed. São Paulo - SP: Baraúna, 2013, v. 2, p CALLEJAS, I. J. A.; DURANTE, L. C.; SILVA. R. A. F.; OLIVEIRA, A. S. Verificação dos requisitos normativos de desempenho térmico em habitação de interesse social implantada em zona bioclimática 7. In: Seminário Mato-grossense de Habitação de Interesse Social, 5, 2013, Cuiabá, Mato Grosso. Anais. Cuiabá, DURANTE, L. C. Sombreamento arbóreo e desempenho termoenergético de edificações f. Tese (Doutorado em Física Ambiental), Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, MT, INMETRO. INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZACAO E QUALIDADE INDUSTRIAL. Portaria 18 de 16 de janeiro de 2012: Aprovar a revisão do Regulamento Técnico da Qualidade - RTQ para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais. Rio de Janeiro. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 17 jan ISO. INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Moderate thermal environments-determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for the thermal comfort: ISO Switzerland, 1984 LIGGETT, R.; MILNE, M. California Energy Comission PIER Program. Climate Consultant. Disponível em: Versão 5.0, MAITELLI, G. T. Uma abordagem tridimensional do Clima Urbano em Área Tropical Continental: O Exemplo de Cuiabá/MT Tese (Doutorado em Climatologia). Universidade de São Paulo, São Paulo, São Paulo-SP.