INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DA ENVOLTÓRIA NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES Verônica Stefanichen Monteiro Faculdade de Arquitetura e Urbanismo CEATEC veronica.sm@puccampinas.edu.br Cláudia Cotrim Pezzuto Grupo de Pesquisa Eficiência Energética CEATEC claudiapezzuto@puc-campinas.edu.br Resumo: A presente pesquisa apresenta como principal objetivo avaliar a influência de parâmetros construtivos, tais como: percentual de área de janelas e absortância de paredes externas, no consumo de energia em edificações. As análises foram feitas por meio de simulações computacionais no programa EnergyPlus o qual é uma ferramenta para a modelagem de energia para a avaliação do consumo térmico do edifício. Como estudo de caso foi avaliado um edifício institucional, condicionado artificialmente, no Campus I CEATEC, na Pontifícia Universidade Católica de Conclui-se que com a diminuição da área destinada as aberturas, ou seja, referente ao elemento transparente, conjuntamente com a modificação das absortâncias dos elementos opacos constituintes na envoltória, houve uma melhora significativa no desempenho energético do edifício em questão. Palavras-chave: eficiência energética, desempenho térmico de edificações, simulação computacional. Área de Conhecimento: Engenharias Engenharia Civil Construção Civil. 1. INTRODUÇÃO Durante séculos, a utilização do elemento transparente (vidro) no fechamento/vedação de janelas era pouco presente pelo custo elevado e por ser um material escasso na região, portanto necessitaria da exportação para adquiri-lo. Porém, durante a Revolução Industrial iniciada no século XVIII, a produção em massa conjuntamente com um preço acessível e a evolução de elementos construtivos como o aço e o concreto, possibilitou a utilização do vidro em maiores áreas e em maior quantidade. Porém, logo estes edifícios com áreas envidraçadas superdimensionadas presentes principalmente quando o Moderno Movimento da Arquitetura chegaram ao seu estopim, no início do século XX e os efeitos negativos referentes ao conforto térmico começaram a surgir [1]. Castro [2] relata que conjuntamente com esta má orientação da fachada o superdimensionamento das aberturas e/ou elementos transparentes contribuem significativamente a uma elevação da temperatura interna da edificação. Portanto, com este aumento na temperatura interna nas edificações o uso de equipamentos de condicionamento de ar se torna maior, aumentando consequentemente o consumo energético da mesma. Atrelado a isso, Castro [2] relata que o edifício atua como mecanismo de controle das variáveis do clima, através de sua envoltória (paredes, piso, cobertura e aberturas) e dos elementos do entorno e deve ser projetado de modo a proporcionar conforto e eficiência energética. Gratia e De Herde [3] afirmam que o tamanho das janelas, a forma da edificação, a profundidade e a altura das salas (pé-direito) podem, juntos, dobrar o consumo de energia de uma edificação. Ao abordar os ganhos de calor sobre a envoltória Roriz e Dornelles [4] declaram que a absortância solar é o fator que exerce grande influencia sobre os ganhos de calor solar da envoltória. Os autores definem que a absortância solar é definida como a razão entre a energia solar absorvida pela superfície e o total da energia solar incidente. Dornelles e Roriz [5] apresentam métodos alternativos para identificar a absortância solar de superfícies opacas. A partir de medições em espectrofotômetro os autores relatam que as superfícies opacas comportam-se de maneira distinta nas diferentes regiões do espectro solar. De acordo com Mendes et al. [6] para a determinação de indicadores de consumo de edificações é imprescindível o uso de simulação computacional. Dentre as diversas finalidades da simulação destacase a estimativa do consumo de uma edificação a partir da definição de suas características arquitetônicas, propriedades físicas dos materiais construtivos, cargas internas instaladas, sistemas de condicionamento de ar e padrões de uso e ocupação
Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN 1982-0178 2. OBJETIVO O presente estudo tem como principal objetivo avaliar a influência de parâmetros construtivos, tais como, percentual de área de janelas, materiais construtivos e absortância de paredes externas no consumo de energia em uma edificação institucional. Para estudo de caso foi avaliado um edifício parcialmente condicionado na Pontifícia Universidade Católica de Campinas, CEATEC, Campus I. Como objetivo específico destaca-se a aplicação do software EnergyPlus. 3. METODOLOGIA Para o desenvolvimento do projeto foi desenvolvido as seguintes fases: caracterização do edifício de estudo, divisão das zonas térmicas e modelagem tridimensional. 3.1. Caracterização do Edifício O objeto de estudo foi um edifício institucional (figura 1 e 2), parcialmente condicionado, localizado no Campus I da Pontifícia Universidade Católica de Campinas, no CEATEC, onde são ministradas as aulas de informática. A fachada principal está voltada para o lado oeste. De acordo com a NBR 15220-3 (2005), a cidade de Campinas, SP, pertence à zona bioclimática 3. Figura 2: Edifício de Estudo Fachada Leste Os elementos opacos constituintes do edifício são feitos de alvenaria de tijolo maciço de 15 cm de espessura, rebocados e em sua maior extensão são pintados na cor branca. Porém encontra-se na parte inferior das paredes externas do primeiro pavimento uma faixa de altura 0,95 m revestida de pastilha cerâmica na cor vermelha. Os elementos transparentes são representados em todas as janelas pela presença de vidro comum incolor e como modo de fixação do mesmo esquadria metálicas de 3mm de espessura que representam 33,5% da área destinada as aberturas. O edifício possui dois pavimentos onde são ministradas as aulas de informática. Possui uma área total de 1692,05 m² e uma área total de envoltória de 3319,34 m². Assim seu percentual de área de abertura na fachada é de aproximadamente 35%. Ao todo o edifício possui 20 salas de aula, cada sala com computadores, aparelhos de ar condicionado ministrados a uma temperatura entre 23 á 24º e com iluminação artificial feita por lâmpadas fluorescentes. 3.2. Modelagem Tridimensional Para realizar a modelagem tridimensional foram realizados três cenários de estudo: Figura 1: Edifício de Estudo Fachada 1º Cenário (Figura 3) - Referente ao resgate do banco de dados da pesquisa Corte e Pezzuto [7], no qual a dimensão da área de janela é referente à área de vidro (vidro simples de 3mm de espessura) mais a área de esquadria. Figura 3: Modelo Tridimensional 1 Fachada
2º Cenário (figura 4) - Neste modelo a área destinada às aberturas foi reduzida em 33,5% (percentual referente às esquadrias metálicas presentes na edificação original), sendo assim sua representação foi da área exata destinada ao uso do elemento transparente (vidro simples 3mm de espessura). 3º Cenário, não obteve um resultado significativo no consumo energético quando comparado com 1º Cenário. Porém, quando considerada apenas o real percentual destinado apenas às áreas envidraçadas (2º Cenário) e este comparado com o 1º e 3º Cenário, observa-se uma redução no consumo energético do edifício, comprovando que o percentual da envoltória reservado as áreas envidraças têm grande influência neste parâmetro. Figura 4: Modelo Tridimensional 2 Fachada 3º Cenário (Figura 5) Neste modelo as áreas destinadas ao elemento transparente e ao elemento de esquadria (opaco) foram separadas e especificadas com seus respectivos materiais construtivos. Figura 5: Modelo Tridimensional 3 Fachada 4. ANÁLISE DOS RESULTADOS Para as simulações foi utilizado o arquivo climático do aeroporto de Congonhas, devido à inexistência deste para a cidade de As análises realizadas focaram o objetivo de avaliar a influência do dimensionamento e especificação de materiais das superfícies transparentes e opacas referentes à envoltória no consumo energético do edifício em questão. Para as análises foram considerados o período matutino em função da insolação nas fachadas. As análises foram feitas em dia típico de fevereiro, referenciando o período de aula no verão. Vale ressaltar, que a rotina utilizada para esta análise contemplou tantos os equipamentos quanto à iluminação desligadas durante o período noturno, e parte dos computadores desligados a partir do meio do dia, referenciando a rotina da Universidade. As análises se dividiram em duas etapas 4.1 Primeira Etapa Esta etapa consistiu em simular os três cenários de estudos proposto na modelo tridimensional. Através dos resultados encontrados na figura 6 observa-se que a especificação da área envidraçada conjuntamente com a área destinada as esquadrias, Figura 6: Consumo Energético (W) Cenários de estudo 4.2 Segunda Etapa Consistiu em uma análise mais especifica no que diz respeito à especificação dos materiais constituintes da envoltória. Nesta etapa foi considerado apenas o modelo do 2º Cenário, pois este obteve o melhor desempenho energético quando simulado e comparado com os outros dois cenários. Para esta etapa foi modificado as absortâncias dos elementos opacos que constituem a envoltória. Os elementos constituintes se caracterizam em dois; as paredes externas pintadas na cor branca e a faixa de pastilhas vermelho queimado de 0,95m de altura que circunda toda a extensão do pavimento térreo. Para a especificação dos valores de absortância foi utilizados os dados do estudo de Dornelles [8] As modificações realizadas e analisadas se resumem basicamente em três propostas: 1ª Proposta - O edifício original 1º Cenário, no qual não houve diferenciação entre absortâncias das pastilhas e alvenaria. Foi considerada como pintura externa a cor concreto com absortância 0,55.
2º Proposta - O edifício com suas cores atuais que consistem na faixa de pastilhas (Terracota) e nas paredes externas brancas; 3ª Proposta - Foi adotada a cor com menor absortância (Branco:0,167) para todos os elementos opacos constituintes da envoltória. A figura 7 mostra os cenários de estudo referenciando as diferentes absortâncias na envoltória. Na 1ª Proposta, onde a absortância foi de 0,55 para todo o edifício, o consumo energético é maior do que quando houve a aplicação de uma menor absortância nas paredes e pastilhas da envoltória na cor Branca (3ª Proposta). Já comparando apenas os cenários em que as cores foram especificadas de acordo com o projeto hoje instalado, os resultados relatam que a faixa de pastilhas na cor Terracota que circunda o edifício não tem grande influência do que diz respeito ao consumo energético do edifício. Figura 7: Consumo Energético (W) Cenários referentes à modificação da absortância da envoltória. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir das análises realizadas verificou-se que a porcentagem de área envidraçada tem forte influencia no consumo de energia. Isto pode ser verificado quando analisado os cenários de estudo. Quando proposto uma redução da área envidraçada de aproximadamente 35% (1º Cenário) para 24% (2º Cenário), o resultado foi positivo. É nítido observar esta redução no consumo energético quando analisado o edifício total com a carga térmica referente. Outro aspecto que apresentou influencia no consumo de energia foi o parâmetro da absorbância dos elementos construtivos. Conclui-se, portanto que os elementos, tanto opacos quanto transparentes que compõe a envoltória tem real influência no consumo energético do edifício e consequentemente em sua eficiência energética AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer à Pontifícia Universidade Católica de Campinas pela bolsa concedida FAPIC/Reitoria para o desenvolvimento desta pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Bahaj, AbuBakr S., James, Patrick A.B. and Jentsch, Mark F. (2008) Potential of emerging glazing technologies for highly glazed buildings in hot arid climates. Energy and Buildings, 40, (5), 720-731. [2] Castro, A. P. A. S. (2006) Desempenho térmico de vidros utilizados na construção civil: estudo em células-teste. 2006. 223 p. Tese (Doutorado) - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, [3] Gratia, E.; De Herde, A. (2003) Design of low energy office buildings. Energy and Buildings, v. 35, n. 5, p. 473-491. [4] Roriz, M.; Dornelles, K. A.(2005) Identificação da absortância solar de superfícies opacas a partir de imagens digitalizadas. In: VIII ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, Anais... Maceió, 2005. [5] Dornelles, K. A., Roriz, M.(2007) Métodos alternativos para identificar a absortância solar de superfícies opacas. Ambiente Construído, v. 7, n. 3, p. 109-127, jul./set. 2007. [6] Mendes, N. ; Westphal, F S ; Lamberts, R ; Cunha Neto, J A B. (2005) Uso de instrumentos computacionais para análise do desempenho térmico e energético de edificações no Brasil. Ambiente Construído (São Paulo), Porto Alegre, v. 5, n. 4, p. 47-68. [7] Corte, F. H., Pezzuto, C. C. (2011) Simulação computacional para análise da eficiência energética em edifício parcialmente condicionado. In: XV Encontro de Iniciação Científica e I Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da PUC-Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica de
[8] Dornelles, K. A. (2008) Absortância solar de superfícies opacas: Métodos de determinação e base de dados para tintas latéx acrílica e PVA. Tese (Doutorado).. 152p. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de