EFEITO DE VARIAÇÕES NO PROJETO DE ARQUITETURA DE UMA HABITAÇÃO NO SEU DESEMPENHO TÉRMICO

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1 EFEITO DE VARIAÇÕES NO PROJETO DE ARQUITETURA DE UMA HABITAÇÃO NO SEU DESEMPENHO TÉRMICO SALES, Elisa M. (1); BRITO, Adriana C. (2); AKUTSU, Maria (3) (1) IPT, (2) IPT, (3) IPT, RESUMO Neste artig sã apresentadas análises d desempenh térmic de uma habitaçã cnsiderand-se dis sistemas cnstrutivs cm inércias térmicas significativamente diferentes (sistema leve e sistema pesad ) e variações n seu prjet arquitetônic, cm bjetiv de evidenciar efeit destas variáveis na respsta térmica da edificaçã. Sã cntempladas as seguintes pssibilidades: variaçã prprcinal d tamanh ds ambientes e das aberturas em relaçã a uma cndiçã padrã; alteraçã da prprçã de área envidraçada na fachada em relaçã a tamanh ds ambientes e variações n pé direit ds ambientes. A respsta térmica da edificaçã fi btida pr mei de simulações cmputacinais cm prgrama EnergyPlus que cnsidera regime transiente de trcas térmicas, cnsiderand-se as cndições climáticas da cidade de Sã Paul. Os resultads indicam que sistemas cnstrutivs leves sã mais afetads pr variações ns parâmetrs de prjet cnsiderads. Palavras-chave: desempenh térmic, habitaçã, inércia térmica, prjet. ABSTRACT We evaluated the effect f sme design variables n the thermal perfrmance f a typical Brazilian dwelling made f lightweight and heavyweight cmpnents. The variables analyzed were the size f the building, the ceiling height and façade s glazing area. The building thermal respnse was btained by cmputer simulatins cnsidering the climatic cnditins f the Sã Paul City. The results shw that the building made f lightweight cmpnents is mst affected by design variatins. Keywrds: thermal perfrmance, dwelling, thermal mass, building design. 1 INTRODUÇÃO O desempenh térmic de uma edificaçã depende de fatres cm as cndições climáticas d lcal, prjet arquitetônic e sistema cnstrutiv empregad nas suas vedações. Os dis últims sã praticamente indissciáveis, especialmente, quand se tratam de edifícis de pequen prte, cm as habitações de interesse scial em que a envltória é fatr determinante das cndições térmicas ns ambientes. Cntud, quand se avalia desempenh térmic ptencial de um sistema cnstrutiv que será aplicad em edificações em fase de prjet, ainda sujeitas a alterações, buscam-se infrmações que trnem resultad dessas avaliações mais generalizável pssível, desvinculand- de prjets de arquitetura específics. O empreendedr almeja ter liberdade para alterar algumas características, cm as dimensões ds cômds e das aberturas e pé direit e até mesm sistema cnstrutiv utilizad, em funçã de suas necessidades. Este é um desej cnflitante cm a realidade física, que tem demnstrad que, algumas alterações, até efetuadas n mment da cnstruçã d edifíci, pdem ter grande impact n desempenh térmic da edificaçã. 508

2 Estas questões sã apresentadas pr autres cm Verbeke (2010), Gregry et Al. (2008), Chan et al. (1999), pr exempl, que demnstram s efeits de algumas variáveis de prjet n desempenh térmic / energétic de edificações habitacinais. Verbeke (2010) analisu efeit da inércia térmica de paredes, da rientaçã slar e da área envidraçada da fachada na eficiência energética e n cnfrt térmic ds usuáris de dis tips de habitações na Bélgica. O autr cnsideru residências cm paredes leves em placas de madeira e cm paredes pesadas em alvenaria de tijls cerâmics. O autr indica que, de maneira geral, cm as paredes mais leves s usuáris têm 20% mais descnfrt térmic. Gregry et al. (2007) verificaram efeit de variações na inércia térmica das paredes e na área envidraçada da envltória na respsta térmica das habitações. Os autres cnsideraram paredes cm elements cerâmics em quatr cnfigurações de md a se bter paredes leves e pesadas. Os resultads indicam que nas habitações cm paredes mais pesadas há um amrteciment mais significativ das amplitudes diárias das temperaturas d ar interir e têm seu desempenh térmic mens afetad pela variaçã da área envidraçada na envltória. Os autres indicam que à medida que se aumenta a área envidraçada na fachada, é necessári aumentar também a capacidade térmica das paredes para bter cndições térmicas n interir ds ambientes mais adequadas a cnfrt térmic human. Chan et al. (1999), analisu a respsta térmica de uma habitaçã mexicana cnsiderand dis tips de paredes cm diferentes capacidades térmicas: blcs vazads de cncret e tijl cerâmic maciç. Os resultads indicam que as paredes de tijl cerâmic maciç, que pssuem mair capacidade térmica, prprcinaram menr demanda para resfriament de ambientes, indicand a imprtancia da inércia térmica d sistema cnstrutiv na eficiência energética da habitaçã. Neste trabalh tem-se cm bjetiv verificar efeit de variações na inércia térmica e n prjet arquitetônic de uma habitaçã de interesse scial n seu desempenh térmic cnsiderand s critéris apresentads na nrma brasileira NBR Edificações Habitacinais Desempenh (ABNT, 2013). 2 MÉTODO DE TRABALHO Fi analisad desempenh térmic de uma habitaçã típica (CDHU, 1997), cm indicad na Figura 1, cnsiderand-se duas pções de sistemas cnstrutivs, cm inércia térmica substancialmente distinta, u seja, um leve e utr pesad, variand-se ainda elements d prjet arquitetônic referentes às dimensões ds ambientes e à área envidraçada na fachada. Ns itens 2.1 e 2.2 sã apresentads, respectivamente, s prcediments para a avaliaçã d desempenh térmic da edificaçã e a descriçã ds sistemas cnstrutivs utilizads e, ns itens 2.3 a 2.5, sã indicadas as variáveis de prjet arquitetônic cnsideradas nas análises. 509

3 Figura 1 Prjet da habitaçã, sem escala. Fnte: Adaptad de CDHU (1997). 2.1 Prcediments para análise d desempenh térmic de habitaçã pr simulaçã cmputacinal Fram realizadas simulações cmputacinais da respsta térmica da edificaçã utilizand-se prgrama EnergyPlus que leva em cnta caráter dinâmic das trcas de calr entre a edificaçã e ambiente extern. Fram simulads tds s ambientes da edificaçã, cada qual cm uma zna térmica, de md a cnsiderar as trcas de calr entre tdas as superfícies ds recints. O desempenh térmic da habitaçã fi analisad a partir de resultads das simulações cmputacinais da respsta térmica de dis recints, drmitóri e sala de estar, de 510

4 acrd cm s prcediments apresentads na Nrma ABNT NBR (ABNT, 2013). Fram determinads s valres hráris das temperaturas d ar exterir e d ar interir ds referids recints, analizads cnfrme s critéris presentes na referida nrma e apresentads n item Fram cnsideradas as cndições climáticas da cidade de Sã Paul SP, representand a Zna Biclimática Brasileira 3 (ABNT, 2013), caracterizadas pels valres hráris da temperatura, da umidade relativa d ar e da radiaçã slar glbal ns "dias típics de prjet", cnfrme a nrma ABNT NBR (ABNT, 2013). Os dads gegráfics desta cidade sã apresentads na Tabela 1 e s dads climátics ds dias típics de verã e de invern sã indicads na Tabela 2. Tabela 1 Dads gegráfics da cidade. Cidade UF Latitude Lngitude Altitude (m) Sã Paul SP 23,5 S 46,62 W 792 Tabela 2 Dads climátics de dias típics de verã e de invern da cidade. Cidade Períd Temperatura máxima d ar ( C) Amplitude diária da temperatura d ar ( C) Temperatura de bulb úmid ( C) Radiaçã slar glbal plan hrizntal (Wh/m 2 ) Sã Paul Verã 31,9 9,2 21, Invern 16,2 10,0 13, Fnte: ABNT (2013) Cndições analisadas Fram fixadas cndições referentes à rientaçã das janelas ds recints, à ventilaçã ds ambientes e a smbreament das aberturas para prprcinar a verificaçã smente ds efeits de variações n sistema cnstrutiv e dimensões de ambientes e janelas n desempenh térmic da edificaçã. Fram adtads s seguintes parâmetrs: Orientaçã slar: s ambientes fram simulads cm as janelas ds drmitóris e sala vltadas à direçã Oeste n períd de verã e a Sul n períd de invern, representand cndições mais críticas de expsiçã à radiaçã slar, de acrd cm a Nrma ABNT NBR (ABNT, 2013). Ns cass em que há mais de uma janela n recint, aquela cm mair área envidraçada é vltada à direçã Oeste; 511

5 2.1.2 Critéris de avaliaçã Taxa de ventilaçã ds ambientes e smbreament de aberturas: cnsideru-se uma taxa de ventilaçã crrespndente a uma renvaçã d vlume d ambiente pr hra (1 Ren/h), que crrespnde a ventilaçã smente pr infiltraçã através de frestas em janelas e prtas; as janelas nã pssuem elements de smbreament cnfrme indicad na Nrma ABNT NBR (ABNT, 2013). O critéri de avaliaçã de edificações nã cndicinadas apresentad n Anex E da Nrma ABNT NBR (ABNT, 2013), classifica desempenh térmic da edificaçã em funçã d seu cmprtament ns dias típics de verã e de invern, segund três níveis: "M" (Mínim), "I" (Intermediári) u "S" (Superir), adtand-se cm parâmetr de avaliaçã, a temperatura d ar interir. Para a Zna Biclimática 3, s critéris referem-se as períds de verã e invern, cnfrme dispst a seguir: Verã: Nível "M": quand valr máxim diári da temperatura d ar interir é menr u igual a valr máxim diári da temperatura d ar exterir e mair que valr limite estipulad para nível I ; Nível "I": quand valr máxim diári da temperatura d ar interir é pel mens 2 C menr que valr máxim diári da temperatura d ar exterir e mair que valr limite estipulad para nível S ; Nível "S": quand valr máxim diári da temperatura d ar interir é pel mens 4 C menr que valr máxim diári da temperatura d ar exterir; Invern: 2.2 Sistema cnstrutiv Leve: Nível "M": quand valr mínim diári da temperatura d ar interir é pel mens 3 C mair que valr mínim diári da temperatura d ar exterir e menr que valr limite estipulad para nível I ; Nível "I": quand valr mínim diári da temperatura d ar interir é pel mens 5 C mair que valr mínim máxim diári da temperatura d ar exterir e menr que valr limite estipulad para nível S ; Nível "S": quand valr mínim diári da temperatura d ar interir é pel mens 7 C mair que valr mínim diári da temperatura d ar exterir. Paredes externas: cmpstas pr chapas cimentícias cm espessura de 10 mm na face externa (massa específica da rdem de 1600 kg/m 3 ) e placa de gess acartnad, cm 512

6 Pesad: espessura de 12,5 mm, na face interna. As placas estã psicinadas a uma distância de 9 cm entre si, cm interir preenchid cm lã de vidr cm espessura de 5 cm e massa específica da rdem de 12 kg/m 3 e cndutividade térmica de 0,04 W/(m C). O acabament extern das paredes é em cres claras; Paredes internas: cmpstas pr placas de gess acartnad, cm espessura de 12,5 mm, psicinadas a uma distância de 9 cm entre si; Cbertura: cmpsta pr frr hrizntal cm placas de gess acartnad cm espessura de 12,5 mm, cm 10 cm de lã de vidr sbre frr, cm massa específica da rdem de 12 kg/m 3 e cndutividade térmica de 0,04 W/(m C), sb telhad em telhas de fibrciment cm 5 mm de espessura. A cr externa da superfície das telhas é escura; Paredes internas, externas e lajes de cncret cnvencinal, cm 10 cm de espessura e massa específica da rdem de 2400 Kg/m³. O acabament extern das paredes é feit em cres claras; Telhad em telhas de fibrciment, cm 6 mm de espessura, sbre laje hrizntal de cncret cnvencinal cm 10 cm de espessura e massa específica da rdem de 2400 kg/m 3. Sbre a laje há 4 cm de EPS cm cndutividade térmica de 0,04 W/(m C) e massa específica da rdem de 20 kg/m 3. A cr externa da superfície das telhas é escura. 2.3 Dimensões Hrizntais ds ambientes Tend cm referência prjet de habitaçã indicad na Figura 1, desenvlveram-se mais sete prjets, pr mei de variações prprcinais nas dimensões hrizntais ds drmitóris e da sala, de md que sua área de pis fsse reduzida a uma taxa de 5%, até alcançar uma reduçã de 35% da sua área riginal (Figura 2). Adtu-se a referida taxa de reduçã para se bter infrmações sbre efeit de pequenas variações dimensinais da edificaçã n seu desempenh térmic. Os prjets analisads sã nmeads pr letras de a até h, send a prjet de referência e h prjet da menr habitaçã. Em tdas estas situações cnsideradas, as prcentagens de área envidraçada na fachada ds drmitóris e sala crrespndem a 15% da área de pis destes ambientes e pédireit é igual a 2,5 m. Estas características atendem as parâmetrs mínims exigids para prjets de edificações deste tip na cidade de Sã Paul (Sã Paul, 1992). 513

7 Figura 2 Variações nas dimensões hrizntais da habitaçã, sem escala. 2.4 Pé-direit ds ambientes Os prjets a e h fram avaliads cm variações n pé-direit ds ambientes de 2,5 a 3 m, de 10 em 10 cm. 2.5 Área envidraça na fachada de drmitóris e sala Ns prjets a e h, efetuaram-se alterações na área envidraçada da fachada ds drmitóris e sala em prprções que crrespndem a valres de 15 a 30% da área de pis destes ambientes. 3 RESULTADOS Os cmprtaments térmics da sala e drmitóri apresentam as mesmas tendências, tend ressalvas quant a atendiment d nível Mínim de desempenh térmic smente nas cndições de verã. Na cndiçã de invern, critéri de desempenh térmic Mínim é atendid em tdas as situações. Desse md, sã apresentads smente s dads btids para períd de verã. Observa-se que variações prprcinais nas dimensões hrizntais ds ambientes, mantend-se a prprçã de área envidraçada da fachada em relaçã à sua área de pis, prduziram diferenças puc significativas na respsta térmica destes recints, cnfrme apresentad na Figura 3. Estas tendências crreram também nas situações em que huve alteraçã smente na altura d pé-direit ds cômds ds prjets a e h cm indicad na Figura

8 Figura 3 Temperatura máxima d ar n interir da sala em funçã d tamanh d ambiente. Figura 4 Temperatura máxima d ar n interir da sala em funçã d pé direit d ambiente, cnsiderand a habitaçã de referência a. O sistema cnstrutiv teve um papel determinante d nível de desempenh térmic da habitaçã. Cm sistema cnstrutiv leve, bteve-se um valr da temperatura máxima d ar interir acima d valr máxim da temperatura d ar exterir, que nã prprcina atendiment d nível Mínim de desempenh térmic (Figura 5). Em cntrapartida, cm sistema cnstrutiv pesad crreu uma reduçã expressiva n valr da temperatura máxima d ar interir em cmparaçã cm valr da temperatura máxima d ar exterir, prmvend atendiment d nível Superir de desempenh térmic. Esses resultads representam uma situaçã crítica, em que nã se utilizam de artifícis de prjet, cm smbreament das janelas, u de us, cm a ventilaçã seletiva ds 515

9 ambientes. Estes dis fatres pderiam cntribuir para a melhria d desempenh térmic da edificaçã. Figura 5 Perfil hrári das temperaturas d ar n interir da sala da habitaçã de referência a n verã, em Sã Paul. Variações prprcinais na área envidraçada da fachada d ambiente afetaram de md significativ a temperatura máxima d ar interir (Figura 6) apenas ns edifícis cm sistema cnstrutiv leve, em que um acréscim de 5% na área envidraçada da fachada prduz uma elevaçã de aprximadamente 1 C n valr da temperatura máxima d ar intern. Cm sistema pesad, em situaçã crrelata, crre uma elevaçã da rdem de 0,2 C n valr da temperatura máxima d ar interir. Figura 6 Temperatura máxima d ar n interir da sala em funçã da área envidraçada na fachada, cnsiderand a habitaçã de referência a. 516

10 4 CONCLUSÕES Variações prprcinais nas dimensões hrizntais ds ambientes de habitações térreas de interesse scial, reduzind u aumentand a sua área de pis em até 35% da área riginal, nã prduzem efeits significativs n seu desempenh térmic. Iss é valid smente se frem mantidas as demais características da habitaçã, especialmente as prprções entre a área envidraçada na fachada e a área de pis de cada recint. Também é pssível afirmar que, para este tip de habitaçã, cnsiderand-se um pédireit mínim ns ambientes de 2,5 m, variações de até 0,5 m nã irã afetar desempenh térmic ds ambientes de md significativ. Pr utr lad, variações na área envidraçada da fachada devem ser efetuadas cm base em estuds específics para se garantir que nã irã prejudicar desempenh térmic d ambiente. Um acréscim de 5% na área envidraçada da fachada pde acarretar uma elevaçã da temperatura máxima d ar intern de 1 C, na edificaçã de baixa inércia térmica. Cabe ressaltar que ist depende também das cndições climáticas d lcal em que está implantada a edificaçã. N mment da esclha d sistema cnstrutiv, empreendedr precisa ter em mente que sistemas cnstrutivs leves têm seu desempenh térmic afetad de md mais significativ pr variações n prjet, que trna inviável a generalizaçã ds resultads da avaliaçã de um determinad prjet. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR : Edifícis Habitacinais de até Cinc Paviments Desempenh. Ri de Janeir, COMPANHIA DE DESENVOLVIMENTO HABITACIONAL E URBANO (CDHU). Cadern de Tiplgias CHAN, D. et al. Thermal evaluatin f strategies fr an adequate husing in arid znes and their impact n energy saving. Internatinal Cnference f the Internatinal Building Perfrmance Simulatin Assciatin. Kit, Japã, GREGORY, K. et al. Effect f thermal mass n the thermal perfrmance f varius Australian residential cnstructins systems. Energy and Buildings. 40, Sã Paul (Cidade) Códig de Obras e Edificações d Municípi de Sã Paul; Lei nº , de 25 de junh de Dispõe sbre as regras gerais e específicas a serem bedecidas n prjet, licenciament, execuçã, manutençã e utilizaçã de bras e edificações. Sã Paul: Classe A, VERBEKE, S. Thermal Inertia fr small scale residential building. Building Perfrmance Simulatin in a Changing Envirnment. Viena: