PROJETO DE GRADUAÇÃO
AVALIAÇÃO DE DIFERENTES FERRAMENTAS PARA O CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA E SUA APLICAÇÃO NA ANÁLISE ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS Por Thiago Machado Karashima
Brasília, 24 de Novembro de 2006
UNIVERSIDADE DE BRASILIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECANICA
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UNIVERSIDADE DE BRASILIA Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica
PROJETO DE GRADUAÇÃO
AVALIAÇÃO DE DIFERENTES FERRAMENTAS PARA O CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA E SUA APLICAÇÃO NA ANÁLISE ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS POR
Thiago Machado Karashima
Relatório submetido como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Banca Examinadora Prof. João Manoel Dias Pimenta, UnB/ ENM (Orientador) Prof. José Luiz Alves Fontoura Rodrigues, UnB/ ENM Prof. Armando Caldeira Pires, UnB/ ENM
Brasília, 24 de Novembro de 2006
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UNIVERSIDADE DE BRASILIA Faculdade de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica
PROJETO DE GRADUAÇÃO
AVALIAÇÃO DE DIFERENTES FERRAMENTAS PARA O CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA E SUA APLICAÇÃO NA ANÁLISE ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS POR
Thiago Machado Karashima
Relatório submetido como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Banca Examinadora Prof. João Manoel Dias Pimenta, UnB/ ENM (Orientador) Prof. José Luiz Alves Fontoura Rodrigues, UnB/ ENM Prof. Armando Caldeira Pires, UnB/ ENM
Brasília, 24 de Novembro de 2006
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Dedicatória Dedico este trabalho aos meus pais, Yoshihiro Karashima e Norma Machado Karashima que sempre me guiaram pelos melhores caminhos da vida.
Thiago Machado Karashima
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Agradecimentos Eu agradeço Ao professor orientador João Pimenta, pela paciência e confiança; Àqueles que de alguma forma contribuíram para o sucesso desta caminhada; em especial aos meus irmãos Igor e Rodrigo, por representarem exemplos a serem seguidos; aos amigos e colegas de curso Álvaro Fagundes, Felipe Guimarães, Juliana Moraes, Késia Souza, Mário Nogueira, Mirna Alexandre, Paulo Vilafañe, Rafael Paulino, Rafael Sartori, Roberson Fernando e Thiago Pereira, pelas palavras de incentivo em momentos apropriados; aos amigos Amanda Veloso, Danuza Lucena, Diogo Ybiti, Diogo Costa, Felipe Azevedo, Fernanda Seixas, Francisco Ohana, Gabriel Veloso, Gabriel Rabelo, Heitor Nardon, João Paulo Araújo, Marcelo Arruda, Mariane Bicalho, Raoni Vasconcelos e Tiago Peixoto, pelo companheirismo de sempre; Mariana Araújo e a Suhelen Freitas, por fazerem parte da minha história. Thiago Machado Karashima
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RESUMO Este trabalho apresenta uma comparação entre os resultados do cálculo de carga térmica de cinco ferramentas de cálculo, que são: EnergyPlus, Trace, CTVer, planilha de cálculo e TR/m2. Para tal foi feito a princípio uma validação de cada ferramenta, resolvendo-se um exemplo já conhecido; posteriormente foram resolvidos três estudos de caso, dando ênfase à ferramenta de simulação EnergyPlus. Da validação das ferramentas, obteve-se que os resultados para carga térmica de resfriamento fornecidos pelo EnergyPlus e pelo Trace foram próximos do esperado; o CTVer e a planilha de cálculo geraram resultados acima do esperado, enquanto a metodologia TR/m 2 forneceu resultados abaixo do esperado. Procurouse analisar a influência de camadas de isolamento térmico no teto, da orientação com relação ao norte verdadeiro, da refletividade dos vidros e da presença de dispositivos internos de sombreamento. Os resultados mostram que estes fatores não têm grande influência na carga térmica de refrigeração quando analisada apenas ao longo de um dia de projeto, mas causam um efeito considerável na energia de refrigeração requerida e, conseqüentemente, na energia elétrica consumida quando analisada ao longo de um ano. Com um aumento de apenas 10% na refletividade solar do envidraçamento, obteve-se uma economia de R$17 300 em energia elétrica por ano de operação em um dos estudos de caso. Palavras-chave: carga térmica, simulação, EnergyPlus, Trace.
ABSTRACT This work presents a comparison between the cooling thermal load calculated by five calculation tools, which are: EnergyPlus, Trace, CTVer, calculation spread sheet and TR/m 2. For such purpose it was done a validation of each tool, by solving a known example; then three case studies were solved, focusing on the EnergyPlus simulation tool. From the validation of the tools, it was obtained that the cooling load results supplied by EnergyPlus and by Trace were close to the expected value; CTVer and the spread sheet generated results higher than the expected, while the TR/m 2 methodology gave results below the expected. It was intended to analyze the influence of insulation layers in the roof, orientation with relation to the real north, reflectance of the glazing and presence of interior shading devices. Results show that these factors do not have a great impact on the cooling load when analyzed just by the point of view of a design day, but they cause a considerable effect on the required energy of refrigeration and, thereby in the consumed electric energy when analyzed through an entire year. Proceeding with a small increasing of 10% in the solar reflectance of the building glazing, it was obtained an economy of R$17 000 in electric tariff per year of operation in one of the case studies. Keywords: thermal load, simulation, EnergyPlus, Trace.
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SUMÁRIO 1
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INTRODUÇÃO ................................................................................................. 1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
TEMA EM ESTUDO................................................................................................. 1 IMPORTÂNCIA DO ESTUDO .................................................................................... 2 ESTADO DA ARTE ................................................................................................. 4 OBJETIVOS .......................................................................................................... 6 METODOLOGIA..................................................................................................... 6 ESTRUTURA DO TRABALHO.................................................................................... 7
CONCEITOS TEÓRICOS....................................................................................8
2.1 2.2 2.2.1 2.3 2.3.1 2.4 2.4.1 2.5 2.5.1 2.6
MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA............................................................ 8 SOBRE O PROGRAMA ENERGYPLUS ....................................................................... 12 Metodologias de cálculo do EnergyPlus............................................................... 15 SOBRE O PROGRAMA TRACE ................................................................................ 21 Metodologia de cálculo do Trace........................................................................ 21 SOBRE O PROGRAMA CTVER ................................................................................ 23 Metodologia de cálculo do CTVer ....................................................................... 23 SOBRE A PLANILHA DE CÁLCULO.......................................................................... 28 Metodologia de cálculo da planilha .................................................................... 28 SOBRE O CÁLCULO TR/M2 .................................................................................... 29
VALIDAÇÃO DAS FERRAMENTAS ..................................................................... 30
3.1 ANSI/ASHRAE STANDARD 140-2004, METODOLOGIA BESTEST ................................ 30 3.2 EXEMPLO RESOLVIDO DO ASHRAE FUNDAMENTALS ..................................................... 33
ESTUDO DE CASO – NTI-CPD ......................................................................... 36
4.1 CONDIÇÕES EXTERNAS E INTERNAS DE SIMULAÇÃO .............................................. 36 4.2 INSERÇÃO DE DADOS ......................................................................................... 36 4.2 SIMULAÇÕES E RESULTADOS .................................................................................... 38
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ESTUDO DE CASO – FUNASA.......................................................................... 44
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ESTUDO DE CASO – PGR ............................................................................... 49 CONCLUSÕES ............................................................................................... 54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 55 BIBLIOGRAFIA..................................................................................................... 57 ANEXOS ............................................................................................................. 58
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LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. EVOLUÇÃO TÍPICA DA TEMPERATURA EXTERNA UTILIZADA PELO CTVER. (BEYER & SALVADORETTI, 2003C) ................. ........................ ................ ................. ................. .................. ................. .............. ...... 25 FIGURA 2. GANHO TÉRMICO ATRAVÉS DE UMA SUPERFÍCIE EXTERNA OPACA. (BEYER & SALVADORETTI, 2003C) ................. ......................... ................ ................ ................. ................. ................. .................. ................ ........... .... 26 FIGURA 3. EXEMPLO DE CASOS TESTADOS PELO BESTEST. ................ ......................... ................. ............. ..... 31 FIGURA 4. HVAC BESTEST: COMPARAÇÃO DA CARGA TÉRMICA SENSÍVEL DE SERPENTINA PARA ALGUNS A LGUNS CASOS. (TRANE, 2006B)...................... 2006B)............................... .................. ................ ....... 32 FIGURA 5. HVAC BESTEST: COMPARAÇÃO DA CARGA TÉRMICA LATENTE DE SERPENTINA PARA ALGUNS CASOS. (TRANE, 2006B) ................. ......................... ................ ................. .................. ................. .............. ...... 32 FIGURA 6. DESCRIÇÃO DO EXEMPLO DO ASHRAE 1997 FUNDAMENTALS HANDBOOK . (ASHRAE, 1997) .................. .......................... ................. ................ ................ .................. ................. ................. ................. ................ ............. ..... 33 FIGURA 7. EXEMPLO ASHRAE: ARQUIVO “.DFX” GERADO PELO EP.......................... EP............................. ... 34 FIGURA 8. ARQUIVO “.DFX” “.DFX” GERADO PELA SIMULAÇÃO NO E+ DO EDIFÍCIO NTI-CPD. NTI-CPD. 38 FIGURA 9. PAVIMENTO TÉRREO. NTI-CPD.......... N TI-CPD.................. ................. .................. ................. ................. ................. .......... .. 38 FIGURA 10. PAVIMENTO SUPERIOR. NTI-CPD...................... NTI-CPD............................... ................. ................. ................. .......... .. 39 FIGURA 11. CONVENÇÃO DA ORIENTAÇÃO DO EDIFÍCIO....................... EDIFÍCIO................................ ................. .......... .. 39 FIGURA 12. GRÁFICO CARGA CARGA TÉRMICA DE PICO X ORIENTAÇÃO. ORIENTAÇÃO. NTI-CPD. ................ ................ 40 FIGURA 13. CARGA TÉRMICA AO LONGO DE UM DIA DE PROJETO PARA A ORIENTAÇÃO A 0º. NTI-CPD......... NTI-CPD. ................. .................. ................. ................ ................ ................. ................. ................. .................. ................ ................ ........... .. 41 FIGURA 14. CARGA TÉRMICA AO LONGO DO ANO PARA AS ORIENTAÇÕES 0º E 90º. NTICPD. ................. ......................... ................. .................. ................ ............... ................. .................. ................. ................. ................ ................ .............. ..... 42 FIGURA 15. CARGA TÉRMICA DE BLOCO E ENERGIA DE REFRIGERAÇÃO AO LONGO DE UM ANO. NTI-CPD.................. NTI-CPD........................... .................. ................ ................ ................. ................. .................. ................. ................ .......... .. 42 FIGURA 16. EDIFÍCIO EDIFÍCIO SEDE DA FUNASA. ARQUIVO .DFX GERADO PELO EP. ............... ............... 44 FIGURA 17. FUNASA: PAVIMENTO TÍPICO.................. TÍPICO........................... .................. ................. ................. ................. .......... .. 44 FIGURA 18. FUNASA: FACHADA LESTE. ................. ........................ ................ .................. ................. ................. ................ ....... 45 FIGURA 19. FUNASA: EDIFÍCIOS ADJACENTES, CONSIDERADOS COMO SUPERFÍCIES SOMBREADORAS. ................. .......................... ................. ................ ................ ................. .................. ................. ................. ................ ........... .... 45 FIGURA 20. FUNASA: PAVIMENTO SOB REFORMA. ................ ......................... .................. ................. ................. ......... 46 FIGURA 21. FUNASA: PAVIMENTO REFORMADO E EM FUNCIONAMENTO............ FUNCIONAMENTO.................... .......... 46 FIGURA 22. PGR: BLOCOS A, B, C E D................... D............................ ................. ................. .................. ................. .............. ...... 49 FIGURA 23 PGR: DISPOSIÇÃO DOS EDIFÍCIOS. ................. ......................... ................. ................. ................. ............ ... 49 FIGURA 24. PGR: BLOCOS A E B, B , DISCRETIZAÇÃO DAS SUPERFÍCIES CIRCUNFERENCIAIS........................ CIRCUNFERENCIAIS............... ................. ................ ................. ................. ................. .................. ................. ................ .......... .. 50 FIGURA 25. PGR: BLOCOS C E D, DISCRETIZAÇÃO DAS SUPERFÍCIES CIRCUNFERENCIAIS........................ CIRCUNFERENCIAIS............... ................. ................ ................. ................. ................. .................. ................. ................ .......... .. 50 FIGURA 26. PGR: PGR: BLOCO A, ARQUIVO “.DFX” GERADO GERADO PELO E+. ................. ......................... ............. ..... 51 FIGURA 27. PGR: BLOCOS C E D, ARQUIVO “.DFX” GERADO PELO E+................... E+........................ ..... 51 FIGURA 28. PGR: BLOCO E, ARQUIVO “.DFX” GERADO NO E+................ E+......................... ................. .......... .. 51 FIGURA 29. PGR: BLOCO F, ARQUIVO “.DFX” GERADO NO E+. ................ ......................... .................. ......... 52
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LISTA DE TABELAS TABELA 1. RESULTADOS PARA UM UM DIA DE PROJETO DO EXEMPLO EXEMPLO DO ASHRAE (1997). (1997). 33 TABELA 2. RESULTADOS DA CARGA TÉRMICA DE PICO P ICO PARA O NTI-CPD. CONFIGURAÇÃO ORIGINAL. ................. .......................... ................ ................ .................. ................. ................. ................. .............. ...... 39 TABELA 3. RESULTADOS DA CARGA TÉRMICA DE PICO P ICO PARA O NTI-CPD. VARIAÇÃO DA ORIENTAÇÃO. .................. .......................... ................. ................. ................ ................. ................. ................. .................. ................ ............... ........ 40 TABELA 4. RESULTADOS DA CARGA TÉRMICA DE BLOCO B LOCO E DA ENERGIA DE REFRIGERAÇÃO AO LONGO DO ANO PARA O NTI-CPD. VARIAÇÃO DA ORIENTAÇÃO NO E+. ................. .......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. .................. ................ ............... ............... ....... 41 TABELA 5. FUNASA: RESULTADOS PARA DIA DE PROJETO NO E+......... E+. ................. .................. ............ ... 47 TABELA 6. FUNASA: RESULTADOS PARA SIMULAÇÃO AO LONGO DE UM ANO, UTILIZANDO E+. ................. ......................... ................. ................ ................ .................. ................. ................. ................. ................ ............. ..... 47 TABELA 7. PGR: RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DOS SEIS EDIFÍCIOS AO LONGO L ONGO DE UM ANO NO E+....................... E+................................ ................. ................ ................. ................. ................. ................. ................. ................ .............. ....... 52 TABELA 8. PGR: RESULTADOS PARA UM ANO DE SIMULAÇÃO S IMULAÇÃO DOS BLOCOS A E B COM C OM VIDRO 10% MAIS REFLETIVO. ................. .......................... .................. .................. ................. ................. ................. ................ .......... 53
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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolos Latinos Área A C Capacitância h Coeficiente de convecção Vazão mássica m N Número O Ordem Q , q Energia por unidade de tempo, potência T , t Temperatura U Coeficiente global de transferência de calor DTCR Diferencial de Temperatura da Carga Térmica LM Correção para a latitude e mês K Fator de correção para a coloração da superfície CTIE Correção para a temperatura interna e externa f Fator de correção para a ventilação do ático tbs Temperatura de bulbo seco FGCS Fator de ganho de calor solar CS Coeficiente de sombreamento FCR Fator de carga de resfriamento F Fator de umidade V Volume PVD Porcentagem da variação diária VD Variação diária da temperatura (amplitude térmica) l Espessura k Condutividade térmica UR Umidade relativa CT Carga térmica Símbolos Gregos δ Incremento ρ Massa específica
[m2] [J/Kg·°C] [W/m 2·K] [Kg/s] [] [] [W] [°C] [W/m 2·°C] [°C] [] [] [] [] [ ºC] [] [] [] [ grVA/kgAS] [ m3 ] [] [ ºC] [ mm] [ W/m·K] [] [TR]
[] [kg/m3]
Subscritos sys sistema de condicionamento z zona zones zonas i i-ésimo, interno e externo E externo (relativo ao ar externo) in interno inf infiltração p ar s superfície surfaces superfícies x
∞
sl h S L
ambiente externo, infinito fonte de carga interna convectiva horário (variação horária) parcela sensível parcela latente
Sobrescritos i
Siglas ASCII ASHRAE AVAC-R BLAST CLF CLTD CSMP CTF DOE EIO E+ ESO GUI HVAC IDD IDF IWEC LaAR LCC MTR RDD RTF SCL SWERA TETD/TA TFM WMO
Variação temporal Valor médio
American Standard Code for Information Interchange
American Society of Heating, Refrigeration Refrigeration and Air-conditioning Engineers. Engineers. Aquecimento, Ventilação, Ar-condicionado e Refrigeração Building Loads Analysis and System Thermodynamics Cooling Load Factor Cooling Load Temperature Differential Continuous System Modelling Program Conduction Transfer Function Departament of Energy (Estados Unidos da América) EnergyPlus Invariant Output EnergyPlus EnergyPlus Standard Output Graphical User Interface Heating, Ventilation and Air-Conditioning Input Data Dictionary Input Data File International Weather for Energy Calculations Laboratório de Ar-condicionado e Refrigeração da UnB Life Cycle Cost Analysis EnergyPlus Meter Output Report Data Dictionary Room Transfer Function Solar Cooling Load Solar and Wind Energy Ressource Assessment Total Equivalent Equivalent Temperature Temperature Differential/Time-Averaging Transfer Function Method World Meteorological Organization
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1 INTRODUÇÃO 1.1 TEMA EM ESTUDO O ganho de calor de um edifício está relacionado aos seguintes fatores: constituição física, finalidade e localização do edifício. Um edifício, do ponto de vista térmico, é geralmente visto como uma composição de várias zonas térmicas1. A carga térmica total de resfriamento de um edifício (ou potência de resfriamento do equipamento condicionador) é a taxa na qual calor tem de ser retirado para que se mantenha uma temperatura e umidade relativa interna constantes dentro de parâmetros aceitáveis para uma dada aplicação em dias críticos de projeto; normalmente não é igual ao ganho instantâneo de calor em função da inércia térmica do edifício. A carga térmica também não é o somatório das cargas térmicas máximas de cada zona, visto que nem todas as cargas térmicas de cada zona ocorrem concomitantemente. Os dias críticos de projeto para o resfriamento do ambiente são aqueles nos quais, a partir de dados estatísticos representando o clima, verifica-se as maiores temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido ao longo do ano. Na constituição física do edifício são de importância para a carga térmica os tipos de materiais utilizados, a configuração e composição interna do edifício, seu formato externo e a qualidade da construção. Na parcela de ganho de calor devida à condução do ar externo para o edifício e entre recintos dentro do próprio edifício os principais fatores são as características termofísicas dos materiais que compõe as paredes e divisórias. A densidade destes materiais é importante na inércia térmica do edifício. Características óticas dos materiais, como refletividade, transmissividade e absortividade têm influência importante sobre o ganho por insolação. Ainda através do ganho por insolação, atua também a configuração e composição interna. A existência de equipamentos que são fontes de geração de calor interna desempenha um importante papel na carga térmica. A disposição das janelas e a existência de aparatos de sombreamento, bem como o tipo e quantidade de móveis atuam na forma como o ambiente responderá ao ganho de calor por insolação e também na inércia térmica do ambiente. O formato externo influencia também o ganho de calor por insolação. A qualidade da construção atua no ganho de calor por infiltração. A finalidade do edifício relaciona-se com a carga térmica pelo tipo de ocupação que ocorrerá. O horário de funcionamento, a freqüência e quantidade da ocupação, a atividade que será desempenhada ali, a taxa de renovação de ar necessária. Todos esses fatores afetam o ganho de calor em maior ou menor grau. 1
Entende-se por zona térmica o conjunto de áreas atendidas por um mesmo sistema de condicionamento de ar, que têm fontes de calor semelhantes e a temperatura em toda a zona é controlada por um termostato em uma destas áreas; pode ser um recinto apenas, circundado por paredes, forro e chão; ou pode ser um conjunto de recintos separados por divisórias ou paredes. 1
A carga térmica do edifício depende também da sua localização e orientação geográfica. Essa relação com esses dois fatores deve-se principalmente ao ganho de calor por insolação. Em latitudes menores, a incidência solar é maior, ocasionando uma maior carga térmica. A orientação também influencia na incidência solar para dentro do ambiente, sendo possível orientar o edifício de tal forma que as janelas fiquem numa posição que estejam sempre sombreadas ou que sofram a mínima insolação possível. O formato do edifício e a sua orientação são geralmente determinados pelo terreno no qual o edifício se encontra, mas certas variações nestes fatores podem resultar num aumento de 10 a 15% na carga térmica de refrigeração. Desta forma, o formato externo e orientação do edifício devem ser analisadas cuidadosamente nos estágios iniciais de projeto (ASHRAE, 1999). Os dados climáticos são importantes para estimativa dos dias mais críticos, que são utilizados para o cálculo da carga térmica de pico. Nestes dados climáticos encontram-se temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido, informações sobre velocidade e direção do vento, sombreamento devido a nuvens. A contabilização de todos esses fatores relacionados acima complica o cálculo de carga térmica mais detalhado. Para esse cálculo mais detalhado e preciso utilizam-se ferramentas computacionais, as quais podem ser desde a utilização de um método simplificado de cálculo (e.g. CLTD) numa planilha elaborada no programa Microsoft Excel, até programas comerciais disponibilizados no mercado, como o TRACE (TRANE, 2006a) por exemplo, usado neste trabalho. Existem ainda programas disponibilizados gratuitamente, como o EnergyPlus (DOE, 2006), financiado e distribuído pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos.
1.2 IMPORTÂNCIA DO ESTUDO A dependência de meios ativos de climatização faz necessário o estudo de técnicas para a diminuição da carga térmica do recinto climatizado. Estabelecimentos comerciais são os que apresentam maiores consumos energéticos devido à climatização. Os gastos com climatização de um edifício comercial são da ordem de 48% do consumo total de energia elétrica do edifício. Em 2005, o Brasil consumiu 300.646 bilhões de kWh de energia elétrica. O setor comercial foi responsável pelo consumo de 15% deste total, ou seja, 47,5 bilhões de kWh (Eletrobrás, 2006). Destes 15%, em torno de 48% são destinados à climatização (LabEEE, 2006). Existe um grande interesse por parte do Governo Brasileiro para a melhoria da eficiência energética de edifícios. A Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL – através da Resolução 492/2002, estabelece que as concessionárias e permissionárias do serviço público de distribuição de energia elétrica devem aplicar, no mínimo, 0,5 % do seu faturamento anual em programas para incremento da eficiência energética no uso final de energia elétrica (Eletrobrás, 2006). O uso eficiente da energia elétrica não significa apenas uma redução nas despesas com energia elétrica, mas também uma redução nos impactos ambientais. A conservação da energia elétrica leva à 2
exploração racional dos recursos naturais. Isso significa que, conservar energia elétrica ou combater seu desperdício é a fonte de produção mais barata e mais limpa que existe, pois não agride o meio ambiente. Desta forma, a energia conservada, por exemplo, nos sistemas menores e mais eficientes de AVAC-R (Aquecimento, Ventilação, Ar-condicionado e Refrigeração), pode ser utilizada para iluminar uma escola ou atender um hospital, sem ser jogada fora. É importante compreender o conceito de conservação de energia elétrica. Conservar energia elétrica quer dizer melhorar a maneira de utilizar a energia, sem abrir mão do conforto e das vantagens que ela proporciona. Significa diminuir o consumo, reduzindo custos, sem perder, em momento algum, a eficiência e a qualidade dos serviços (Eletrobrás, 2006). A crise do petróleo ocorrida na década de 70 serviu como alerta para que muitos países pesquisassem novas fontes de energia. Como as fontes disponíveis apresentavam custos mais altos e exigiam longos períodos para implantação, o uso racional de energia passou a ser encarado como a opção mais vantajosa, na medida em que a redução do consumo evitaria a instalação de novos parques geradores. A partir desta data, a preocupação tanto com o desenvolvimento de sistemas mais eficiente bem como de meios de se diminuir a carga térmica vem aumentando cada vez mais. O desafio é obter uma redução da carga térmica, mas sem privar os ocupantes do conforto térmico, lumínico e acústico. No Brasil, a crise vivida pelo setor energético em 2001 impulsionou os projetistas a pesquisarem mais sobre eficiência energética de edifícios. Tanto a busca pela diminuição da carga térmica, seja pela utilização de novos materiais ou técnicas construtivas (e.g., aplicando-se isolamento térmico no edifício), quanto a pesquisa a cerca de meios passivos de climatização vêm recebendo uma maior atenção. Além da questão energética, existe ainda a questão do conforto térmico. O bem estar de uma pessoa em seu ambiente de trabalho é decisivo para a boa produtividade e rendimento deste indivíduo. É então necessário um cálculo correto da carga térmica de pico de um ambiente de trabalho, que seja um prédio de escritórios ou um galpão de uma linha de produção. Caso contrário, o cálculo incorreto da carga térmica e um conseqüente subdimensionamento do equipamento de climatização podem causar desequilíbrios entre a geração e a dissipação do calor pelo organismo, os quais podem ocasionar sensações desconfortáveis, ou mesmo patologias em casos mais extremos (stress térmico). Um outro ponto importante para o cálculo correto da carga térmica de um edifício é a sua importância devido ao tipo de aplicação deste edifício. Aplicações como centros cirúrgicos de hospitais e salas de computadores (Centrais de processamento de dados e núcleos de tecnologia da informação) exigem um criterioso controle da temperatura e umidade interna, o que significa um conhecimento da carga térmica máxima destes ambientes a fim de dimensionamento do equipamento de climatização.
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1.3 ESTADO DA ARTE O estudo do comportamento térmico de edifícios utilizando ferramentas computacionais encontrase em crescimento desde a década de 60. Baker & Steemers (1996) ressaltaram a dificuldade que se tem em determinar com precisão as temperaturas e os usos de energia de um edifício, uma vez que para isto necessita-se de dados mais precisos da estrutura do edifício do que normalmente se tem em mão; principalmente quando o edifício ainda está em fase de projeto. Eles desenvolveram um método de estimativa de consumo energético lumínico e de climatização, baseado nos conceitos de zonas passivas e zonas não passivas. Shariah et all (1997) investigaram as cargas térmicas de aquecimento e resfriamento em edifícios residenciais na Jordânia, assim como o efeito de camadas de isolamento térmico nas paredes e no forro sobre as cargas térmicas. Nesta pesquisa foi utilizado o programa TRNSYS, o qual era considerado o pacote mais apropriado, uma vez que apresentava-se num formato modular, de modo que o usuário precisava apenas incluir aqueles componentes que descreviam por completo o processo em estudo. Bauer & Scartezzini (1998) propuseram um método para comparar diversos sistemas de controle, especialmente em épocas entre estações, nas quais pode-se necessitar tanto de aquecimento quanto resfriamento num mesmo edifício, em zonas diferentes. Este método, denominado por método Eta, pode também quantificar a economia de energia devido a melhorias térmicas do edifício, fazer uma comparação entre os consumos energéticos de diferentes edifícios e prever o consumo energético de um edifício sob outras condições climáticas. O método Eta baseia-se num balanço de energia em regime permanente. Takakura et all (2000) investigaram o efeito de diferentes coberturas vegetativas sobre edifícios. As coberturas vegetativas podem liberar calor para o ambiente na forma de calor latente, fato este que evita o aumento de temperatura nas cidades, evitando o fenômeno conhecido por ilhas de calor que se formam sobre as grandes cidades. Para tanto, Takakura et all (2000) também fizeram uso de uma ferramenta computacional para simular os casos em estudo e prever os efeitos sobre a carga térmica. Eles utilizaram a linguagem de simulação CSMP (Continuous System Modelling Program). Segundo os autores, modelos em CSMP apresentam grandes vantagens, e uma das principais é que o modelo pode ser facilmente expandido sem a necessidade de modificação na sua estrutura. Um modelo unidimensional em regime transiente foi desenvolvido. Pereira (2005) fez uma análise econômica utilizando EnergyPlus. Na sua tese de mestrado ele analisou o impacto de diversos parâmetros, tais como tipo e quantidade de envidraçamento e a utilização de controle lumínico ativo do ambiente, bem como o efeito na carga térmica de resfriamento e aquecimento do edifício. Ele concluiu que em certos casos, é viável a utilização de controle lumínico ativo, utilizando piranômetros. No caso em estudo o custo inicial do sistema de controle lumínico seria amortizado em cinco anos.
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Li et all (2006) realizaram um estudo sobre a carga térmica residencial e os parâmetros relacionados com o controle da umidade relativa interna utilizando equipamentos compactos de arcondicionado de janela em climas subtropicais. Foi feita uma simulação de um apartamento em um prédio residencial de grande porte na região subtropical de Hong Kong. Na simulação foram criados padrões de funcionamento ( schedules) da iluminação, dos equipamentos diversos e da atividade dos ocupantes. Considerou-se que a família que ocupava a residência era composta por quatro pessoas, sendo dois adultos ativos e duas crianças. Para o padrão de ocupação foi assumido que durante o dia todos os ocupantes localizavam-se na sala e durante a noite os dois adultos ocupavam um quarto e as duas outras crianças ocupavam, cada uma, um dos dois quartos restantes. Vários estudos foram feitos sobre a catalogação e comparação de ferramentas de cálculo de carga térmica e de simulação energética de edifícios. Lawrie et all (1984) fizeram um levantamento das ferramentas computacionais para análise energética. Corson (1990) realizou um estudo comparativo entre os softwares disponíveis até então para a simulação de edifícios comerciais. Mais recentemente, Drury et all (2005) realizaram um estudo comparativo das funções exercidas pelos vinte programas mais utilizados para simulação energética de edifícios nos Estados Unidos. Foram construídas 14 tabelas, comparando a versatilidade de cada ferramenta. Alguns dos tópicos analisados foram: cargas térmicas de zona, fluxos de ar de infiltração, ventilação e interzonais e sistemas de AVAC-R. Existem centenas destas ferramentas, algumas disponíveis gratuitamente e outras distribuídas sob licença paga. No Departamento de Engenharia Mecânica da UnB, Hagel (2005) utilizou o programa EnergyPlus para analisar o conforto térmico e a carga térmica de um ambiente do edifício sede da Procuradoria Geral da República. A autora propôs alternativas para a redução da carga térmica do ambiente, sugerindo alternativas operacionais de baixo custo bem como alterações na fachada do edifício. Em concomitância com o presente trabalho, Borduni (2006) analisou a influência de parâmetros construtivos e climatológicos no consumo energético do edifício do Núcleo de Tecnologia da Informação e Centro de Processamento de Dados da Universidade de Brasília (NTI – CPD – UnB). Para isto o autor simulou um sistema de água gelada utilizando também o software EnergyPlus. Ele concluiu que a utilização de um chiller por condensação a água e torre de resfriamento é vantajoso no clima com baixas temperaturas de bulbo úmido de Brasília; já para a cidade de Manaus, no estado do Amazonas, esta opção não é tão vantajosa.
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1.4 OBJETIVOS O objetivo principal de estudo deste trabalho é a comparação entre as ferramentas de cálculo de carga térmica pela análise dos resultados gerados, de acordo com as características construtivas e climatológicas relacionadas, utilizando cinco ferramentas de cálculo. Objetivou-se também um aprofundamento na ferramenta EnergyPlus.
1.5 METODOLOGIA Foram utilizadas cinco ferramentas de cálculo de carga térmica: 1. Planilha de cálculo do programa Microsoft Excel baseada no método das CLTD´s; 2. Programa TraceLoad 700, distribuído pela empresa CDS-Trane (Trane, 2006a); 3. Programa EnergyPlus Versão 1-2-3, distribuído pelo DOE - Departamento de Energia dos EUA (DOE, 2006); 4. Programa ACTerm – CTVer (Beyer & Salvadoretti, 2003a); 5. Metodologia simplificada baseada em TR/m2 (Creder, 1996). Para a concretização dos objetivos, inicialmente foi feita uma validação das ferramentas, resolvendo-se um exemplo da literatura (ASHRAE, 1997). Posteriormente foram feitos três estudos de caso. 1. NTI – CPD (Núcleo de Tecnologia da Informação – Centro de Processamento de Dados) da UnB, ainda em fase de projeto; 2. Edifício sede da presidência da FUNASA (Fundação Nacional da Saúde), localizado no Setor de Autarquias Sul, em Brasília, DF; 3. Complexo da Procuradoria Geral da República (PGR), localizado no Setor de Administração Federal Sul – SAFS, em Brasília, DF. Os dados construtivos, dimensões do edifício e dados de ocupação e equipamentos internos do NTI – CPD da UnB serão baseados nas plantas fornecidas pelo Centro de Planejamento Oscar Niemeyer (CEPLAN-UnB) e pelo Laboratório de Projetos (LabProj – ENC – UnB), responsáveis pelo projeto. Para o edifício sede da FUNASA, estes dados foram obtidos de plantas deste edifício, entrevista com o Engenheiro Rodolpho, da divisão de Engenharia deste órgão e visita técnica. Para o complexo da PGR, aqueles dados foram obtidos de plantas fornecidas pelo mestrando do LaAR Gustavo Soares e da referência Hagel (2005). Os dados não disponíveis foram estimados de acordo com a prática da construção civil, dos horários comerciais brasileiros e dos hábitos comuns do brasileiro.
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Para o NTI – CPD foi feita uma variação da orientação do edifício e da refletividade solar dos vidros, verificando-se que é possível obter economia energética através de uma melhor orientação e do aumento da refletividade solar do envidraçamento. Para a FUNASA verificou-se a influência das persianas na fachada leste, observando-se que o peso deste componente na energia de refrigeração é considerável. No caso da PGR também foi feita uma variação da refletividade da fachada envidraçada, o que propicia uma grande economia energética ao longo de um ano de funcionamento.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho é composto por sete capítulos: O capítulo primeiro é a introdução do trabalho. Neste capítulo é feita uma motivação ao estudo, mostrando a importância do assunto. Faz-se também a definição de alguns conceitos e uma análise bibliográfica dos trabalhos já desenvolvidos referente ao assunto aqui abordado. Por fim, é feita a apresentação dos objetivos e das metodologias utilizadas. No capítulo dois é feita uma revisão teórica dos principais métodos de cálculo de carga térmica; são apresentadas as ferramentas de utilizadas bem como a metodologia de cálculo de cada ferramenta. O capítulo três aborda a metodologia de testes de programas de simulação energética BESTEST e apresenta uma validação das ferramentas a partir de um exemplo resolvido da literatura (ASHRAE, 1997). O primeiro estudo de caso é feito no capítulo quatro, no qual é feita a descrição do edifício NTI – CPD. As condições internas e externas de simulação são apresentadas. É feito um resumo do procedimento de inserção de dados no Trace e no E+ (EnergyPlus). Definem-se os agendamentos ( schedules) de funcionamento do edifício. Os resultados das simulações são apresentados. O capítulo cinco apresenta a descrição e os resultados obtidos das simulações do edifício da FUNASA. Os resultados das simulações da PGR são apresentados no capítulo seis. No capítulo sete são apresentadas as conclusões do trabalho.
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2 CONCEITOS TEÓRICOS 2.1 MÉTODOS DE CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA Os métodos mais comuns de cálculo da carga térmica de edifícios são os métodos dos fatores de resposta térmica e os métodos que utilizam funções de transferência para a condução (CTF – Conduction Transfer Functions). Baseado no trabalho de Churchill (1959), Stephenson (1967) e Mitalas (1968) desenvolveram o método de cálculo de carga térmica através dos fatores de resposta térmica. Entretanto, as séries de valores dos fatores de resposta térmica das paredes são potencialmente muito longas. Mitalas & Stephenson (1971) desenvolveram então o método das CTF´s. Pode-se dizer que o método da CTF recomendado pela ASHRAE é a ferramenta mais moderna disponível atualmente para a análise térmica hora a hora de edifícios. Este método é particularmente bem adaptável para o uso com computadores, uma vez que é possível descrever o ganho interno de calor através das paredes utilizando poucos coeficientes e com boa precisão. Assim sendo, os programas atualmente utilizados com maior freqüência para a simulação energética de edifícios e de sistemas de AVAR-R, como o BLAST (Hittle, 1979), HVACSIM (Park et all, 1986), TRNSYS (Klein et all, 1994) e EnergyPlus (Strand et all, 1999) adotam o método das CTF´s para avaliar a carga térmica através da estrutura de edifícios (Wang & Chen, 2001). Baseado no conceito do balanço de calor, o método CTF é também conhecido por método das funções de transferência, TFM (Transfer Function Method ). Ele foi introduzido primeiramente em 1972 no ASHRAE Handbook of Fundamentals. Este método baseado em cálculos computacionais se dá em duas etapas, inicialmente determinando o ganho de calor de todas as fontes e depois convertendo este ganho de calor em carga térmica. Desenvolvido como um método de cálculo hora a hora orientado para simular o gasto anual de energia de edifícios, as características deste método o tornam adequado para a aplicação computacional. Além do método CTF, existem dois outros métodos que também se baseiam no balanço de calor: o método CLTD/SCL/CLF e o método TETD/TA. O primeiro é uma simplificação do método CTF e apareceu em 1977 no ASHRAE Handbook of Fundamentals; o segundo parte de uma simplificação das técnicas de balanço de calor e apareceu na edição de 1967 da mesma obra. A estimativa da carga térmica de um edifício requer o cálculo, superfície a superfície, do balanço de calor condutivo, convectivo e radiativo para cada superfície da zona e um balanço de calor para o ar da zona. Este princípio de cálculo é conhecido como solução exata e forma a base dos métodos citados acima. O cálculo da carga térmica diretamente pelo balanço de calor torna-se extremamente laborioso ao tentar resolver as equações do balanço de calor que envolvem o ar da zona, paredes e janelas circundantes, ar de ventilação e infiltração e fontes internas de geração de calor. Para demonstrar o princípio de cálculo, considera-se um recinto circundado por quatro paredes, um forro e um chão; com 8
ar de infiltração e ventilação e fontes internas comuns de geração de calor. A equação que governa a troca de calor que ocorre em cada superfície interna em um determinado instante é:
qi ,θ = hci (Ta ,θ − Ti ,θ ) +
m
g ij (T j , ∑ j 1, j i
θ
=
≠
− Ti ,θ ) Ai + RS i ,θ + RLi ,θ + REi ,θ
(1)
Para i = 1,2,3,4,5,6 Onde:
m representa o número de superfícies (neste caso m = 6 ); qi ,θ é a taxa de calor conduzido para a parede i na superfície interna no instante θ ; Ai é a área da superfície i; hci é o coeficiente covectivo de transferência de calor na superfície i; g ij é o fator de transferência de calor por radiação entre as superfícies internas i e j; T a ,θ é a temperatura do ar interno no instante θ ; T i ,θ é a temperatura média da superfície i no instante θ ; T ,θ é a temperatura média da superfície j no instante θ ; RS i ,θ é a taxa de energia vinda da insolação através das janelas e absorvida pela superfície i no instante θ ;
RLi ,θ é taxa de calor irradiada pelas luzes e absorvida pela superfície i no instante θ ; RE i ,θ é a taxa de calor irradiada pelos equipamentos internos e ocupantes e absorvida pela superfície i no instante θ ; As equações que governam a condução nas seis superfícies internas não podem ser resolvidas independentemente da Eq. (1), uma vez que as trocas de energia que ocorrem dentro do recinto afetam as condições destas superfícies, o que por sua vez afetam a condução interna. Conseqüentemente, as seis equações resultantes da Eq. (1) devem ser resolvidas simultaneamente com as equações governantes da condução através das seis superfícies a fim de se obter a carga térmica deste recinto. Tipicamente, estas equações são formuladas na forma de funções de transferência para a condução: M
M
M
qin ,θ = ∑ Yk ,mTo ,θ −m +1 − ∑ Z k ,mTin ,θ −m +1 + ∑ Fmqin ,θ −m m =1
m =1
(2)
m =1
Onde:
q é a taxa de calor conduzida para uma determinada superfície interna numa hora específica; in é o subscrito de superfície interna; k é a ordem da CTF; 9
m é a variável temporal; é o número de valores não nulos de CTF´s;
o é o subscrito de superfície externa; T é a temperatura; θ é o tempo;
Y são os valores das CTF´s transversais; Z são os valores das CTF´s internas; F m são os coeficientes do histórico de fluxos de calor. A temperatura da superfície interior, T i ,θ na Eq. (1) e T in ,θ na Eq. (2) requer uma solução simultânea nas duas equações. Ademais, uma equação representando o balanço de calor do ar também tem de ser resolvida simultaneamente a estas duas equações. O balanço de calor do ar interior é formulado da seguinte maneira:
Q L ,θ
m = ∑ hci (Ti ,θ − Ta ,θ ) Ai + ρ CVL ,θ (To ,θ − Ta ,θ ) + ρ CVv ,θ (Tv ,θ − Ta ,θ ) + i =1 + RS a ,θ + RLa ,θ + RE a ,θ
(3)
Onde: ρ é a massa específica do ar;
C é o calor específico do ar; V L,θ é a vazão volumétrica de ar infiltrando o ambiente no instante θ ; T o,θ é a temperatura do ar externo; V ν ,θ é a vazão de ar de ventilação no instante θ ; T ν ,θ é a temperatura do ar de ventilação no instante c; RS a ,θ é a taxa de calor proveniente da insolação através das janelas e convectado para o ar do ambiente no instante θ ;
RLa ,θ é a taxa de calor proveniente da iluminação e convectado para o ar do ambiente no instante θ ;
RE a ,θ é a taxa de calor proveniente de equipamentos internos e ocupação e convectado para o ar do ambiente no instante θ . Na Eq. (3) assume-se que o ar entra no espaço diretamente, sem passar por nenhum trocador de calor. Também nesta última equação, percebe-se que é permitido que a temperatura do ar do recinto 10
apresente uma flutuação. Se esta temperatura for fixada, a carga térmica não precisa ser determinada simultaneamente. Esta abordagem rigorosa para calcular a carga térmica seria impraticável sem a velocidade de cálculo atingida pelos modernos computadores digitais. Os programas computacionais disponíveis atualmente que fazem o cálculo de cargas térmicas instantâneas de maneira exata, através do balanço de calor, são a princípio direcionados para o cálculo de consumo energético ao longo de grandes períodos. O conceito da função de transferência é uma simplificação do método do balanço de calor propriamente dito. No conceito das funções de transferência, Stephenson & Mitalas (1967) utilizaram fatores de resposta térmica do recinto. No estudo destes autores, as temperaturas das paredes do recinto e a carga térmica foram inicialmente calculadas pelo método rigoroso do balanço de calor, isso para vários tipos de construções típicas que representavam escritórios, escolas, e residências de construção pesada, média e leve. Nestes cálculos, componentes como ganho de calor por insolação, por condução, e por equipamentos internos, iluminação e ocupação foram simuladas como sendo um pulso de intensidade única. As funções de transferência foram então calculadas de modo que as constantes numéricas representam a carga térmica correspondente aos pulsos de excitação de entrada. Uma vez determinada as funções de transferência para tipos comuns de construções, elas foram assumidas como sendo independentes dos pulsos de entrada, permitindo assim que as cargas térmicas fossem calculadas sem a necessidade daquele cálculo mais rigoroso. O cálculo requer simples multiplicações das funções de transferência por uma série temporal que representa o ganho de calor e depois a soma destes produtos, cálculo este que pode ser feito num simples computador. O método das TFM´s (Mitalas, 1972) aplica uma série de fatores ponderantes, os quais são os coeficientes das funções de transferência para a condução (CTF´s), às várias superfícies opacas e às diferenças entre a temperatura sol-air e a temperatura do ambiente interior para determinar o ganho de calor levando-se em consideração o efeito da inércia térmica das superfícies. O ganho de calor por insolação através dos vidros e as várias formas de fontes internas de calor são diretamente calculados para a carga térmica em um instante de interesse. O método TFM aplica então uma segunda série de fatores ponderantes, os quais são os coeficientes das funções de transferência para o recinto (RTF´s), ao ganho de calor e aos valores de carga térmica advindos de elementos que apresentam uma parcela radiativa, para contabilizar o efeito do armazenamento térmico que ocorre antes do início da conversão do ganho de calor em carga térmica. Ambas as séries de coeficientes consideram informações de várias horas anteriores assim como informações da hora atual. Os coeficientes das RTF´s estão relacionados à geometria espacial, configuração, massa e outras características do recinto de modo a refletir as variações ponderadas no armazenamento térmico numa base temporal, ao invés de realizar uma média das variações ao longo do tempo. Rudoy & Duran (1975) utilizaram dados obtidos através da aplicação do método TFM a um grupo de tipos de construções mais comuns para gerar uma série de dados de diferenciais de temperatura 11
para carga térmica (CLTD), para o cálculo direto da carga térmica em um método composto por apenas uma etapa. Este método considera o ganho de calor por condução através de paredes e telhados sob insolação direta e por condução através de aberturas de vidro. Foram desenvolvidos também fatores de carga térmica de resfriamento (CLF) para uma metodologia similar de etapa única de cálculo que considera a radiação solar transmitida através das aberturas de vidro e cargas internas. McQuinston (1992) desenvolveu um melhor fator para a carga térmica solar através dos vidros, o fator de carga térmica solar (SCL), o qual permite a inclusão de parâmetros adicionais que influenciam a carga térmica solar, apresentando uma maior precisão. Os coeficientes SCL e CLF incluem o efeito do atraso na condução através de superfícies opacas externas e do atraso na conversão do ganho de calor por radiação em carga térmica devido ao armazenamento térmico da estrutura. Estas simplificações permitem que a carga térmica seja calculada manualmente. Assim, quando dados estão disponíveis e forem corretamente aplicados, os resultados são consistentes com aqueles obtidos através do método TFM, o que torna este método popular.
2.2 SOBRE O PROGRAMA ENERGYPLUS O programa EnergyPlus tem como predecessores o BLAST ( Building Loads Analysis and System Thermodynamics) e o DOE-2. Esses dois últimos foram concebidos pelo Departamento de Energia (DOE) dos Estados Unidos ao fim da década de 70, impulsionados pela crise energética norteamericana sofrida no início desta mesma década. O EnergyPlus é um software de simulação energética, projetado para modelar edifícios com todas as formas associadas de fluxo de energia, a saber: condicionamento do ar (aquecimento e resfriamento), iluminação, ventilação e qualquer outra forma existente de consumo energético. Baseado na descrição do edifício do ponto de vista físico, sistemas mecânicos associados e outros fatores, o EnergyPlus é capaz de calcular as cargas térmicas de aquecimento e resfriamento necessárias para que se mantenha o conforto térmico dentro de uma faixa determinada. O programa simula também as condições através de um sistema de AVAC-R e as cargas térmicas necessárias nas serpentinas, bem como o consumo energético de um sistema primário de climatização, além de outros detalhes de simulação, os quais são necessários para garantir que a simulação realizada esteja próxima do comportamento real do edifício em análise. Os modos de entrada e saída do EnergyPlus foram idealizados de modo que o programa fosse utilizado como um algoritmo para que outros designers de interfaces utilizassem-no em seus programas. Destarte, o EnergyPlus não tem uma interface concebida para o usurário final. Seus argumentos de entrada e saída são textos apresentados na forma ASCII ( American Standard Code for Information Interchange), podendo então ser lidos por uma interface gráfica, de apresentação amigável - GUI (Graphical User Interface). O EnergyPlus não é utilizado para uma análise de custo de ciclo de vida ( LCC – Life Cycle Cost Analysis) de equipamentos e sistemas de AVAC-R, e nem prescinde da supervisão de um engenheiro 12
ou arquiteto, conforme o caso em estudo. O programa não checa os dados de entrada e nem verifica a magnitude dos parâmetros, de modo que se dados absurdos de entrada são inseridos no programa, terse-á também dados absurdos de saída. Com o intuito de sanar alguns problemas decorrentes do BLAST e do DOE-2, o EnergyPlus foi criado. Alguns desses problemas eram o código fonte confuso baseado em versões mais antigas da linguagem de programação FORTRAN, a dificuldade que se tinha para a alteração de dados de entrada, a impossibilidade de lidar com respostas ( feedback ) do sistema AVAC-R nas condições das zonas climatizadas e o rápido e crescente desenvolvimento das tecnologias de AVAC-R. No EnergyPlus foram eliminadas as várias interconexões entre diferentes partes do programa e a necessidade de conhecer todo o código fonte do programa para realizar uma alteração num ponto específico deste. Essas vantagens sobre os seus dois predecessores foram possíveis devido à implementação de uma estrutura de programa baseada numa filosofia de gerenciamento. Esta estrutura é composta por vários blocos, que quando vista graficamente, lembra uma árvore invertida. Os ramos terminais só entram no cálculo (tronco da árvore) se forem chamados pelo programa. Cada ramo principal exerce controle sobre seus ramos secundários e terminais, ou seja, blocos inativos não são utilizados pelo programa, a não ser que o programa chame algum desses blocos. No EnergyPlus existe uma sub-rotina chamada ManageSimulation, a qual fica no fim do tronco principal do cálculo, comandando quatro dos cinco principais laços de simulação (ambiente externo, dia do ano, hora, incrementos temporais sub-horários; o incremento temporal do sistema é controlado pelo gerenciador de HVAC). Esta sub-rotina também define dados globais ( flags) para o programa, os quais são utilizados por outras sub-rotinas e módulos como referência para saber o estado em que se encontra a simulação, de modo que cada parte do programa saiba tomar a decisão correta naquele momento, como quando ler dados, inicializar, simular, mostrar resultados. A filosofia do ManageSimulation é tornar mais simples e explícitas as interconexões entre módulos do programa. Assim, não é necessário preocupar-se com conexões ocultas ou inesperadas entre e dentro de sub-rotinas do programa. O programa foi escrito em FORTRAN90. Uma das grandes vantagens desta linguagem é a sua capacidade de modularização das sub-rotinas. Esta organização em módulos permite que diferentes pesquisadores e programadores possam desenvolver seus blocos e sub-rotinas simultaneamente, sem interferir em outros módulos que estão sendo desenvolvidos e com uma necessidade limitada de conhecimento de toda a estrutura do programa. A integração entre as cargas térmicas, os sistemas de climatização e os equipamentos utilizados é outro ponto forte do EnergyPlus. Os impactos causados pelo tipo de sistema e equipamentos escolhidos são considerados diretamente na resposta térmica do edifício, ao invés de se calcular a carga térmica primeiro para depois simular o tipo de sistema e os equipamentos. Isto permite ao projetista analisar a influência sobre o conforto térmico quando se sub-dimensiona um componente do sistema, por exemplo.
13
O EnergyPlus é um programa aberto, ou seja, suas linhas de programação podem ser visualizadas e alteradas. Com isto, espera-se que a precisão e a gama de possibilidades de utilização do programa possam ser melhoradas. A possibilidade de alteração do código fonte é também um fator importante para a sobrevivência do programa frente aos avanços tecnológicos. Foi feito um grande esforço por parte da equipe de programadores para manter o código fonte e os algoritmos os mais separados possíveis e de forma mais modular possível, a fim de minimizar a necessidade de um conhecimento amplo que um usuário deveria ter para adicionar novos modelos. Como já foi dito, o EnergyPlus é uma “máquina para simulação”, sendo que ele normalmente é usado em conjunto com uma interface gráfica de inserção e leitura de dados. Porém nada impede que o programa seja utilizado sem uma interface, principalmente se for utilizado para testes ou para fins de pesquisa. Neste trabalho não foi utilizada nenhuma interface gráfica. Para realizar a simulação, o EnergyPlus necessita de uma série de dados de entrada, os quais descrevem o edifício sob análise, e de dados climáticos da localidade na qual ele se encontra. Após a realização da simulação, o programa produz até 23 arquivos de saída. A interpretação destes arquivos não é simples, sendo que eles precisam passar por uma análise ou serem rearranjados por um outro programa de interface mais amigável, para que os resultados da simulação tenham algum sentido. Um exemplo de um programa para visualizar dados de entrada do E+ é o DesignBuilder (DesignBuilder, 2006) e um exemplo de programa para visualizar dados de saída do arquivo “.eso” é o xEsoView (Open Source Technology Group, 2006). Os dados para a simulação são inseridos através de dois arquivos manipulados pelo usuário: o arquivo de dados de entrada IDF, de extensão “.idf” (input data file) e o arquivo de dados climáticos, de extensão “.epw” (energy plus weather file). O arquivo de dados de entrada IDF contém todos os parâmetros necessários para a simulação, exceto os dados climáticos. Os dados climáticos são inseridos no formato “.epw”. Os arquivos de dados climáticos podem ser obtidos do próprio site do EnergyPlus. Os dados climáticos disponibilizados neste site são organizados pela WMO (Weather Meteorological Organization) e existem mais de 1100 localidades disponíveis. De acordo com este órgão, a América do Sul ocupa a região 3. Para Brasília existem duas fontes de dados climáticos: a primeira da IWEC ( International Weather for Energy Calculations) e a segunda da SWERA (Solar and Wind Energy Resource Assessment ). Os dados contidos no arquivo IDF são interpretados juntamente com o dicionário contido no pacote EnergyPlus. Este dicionário é um arquivo IDD de extensão “.idd” (input data dictionary) que contém todos os objetos possíveis e a especifícação das informações que cada objeto requer. Tanto o arquivo IDF quanto o IDD e o “.epw” são textos no formato ASCII. Dos arquivos de saída, o arquivo .err é o que deve ser analisado primeiro. Este arquivo apresenta mensagens de possíveis erros ocorridos durante a fase de aquisição de dados ou durante a simulação. Existem três níveis de erro: erro fatal ( fatal ), erro severo ( severe), aviso (warning ) além de linhas de mensagens simples. 14
O arquivo “.audit” reproduz os dados de entrada contidos nos arquivos IDF e no IDD e também bandeiras ( flag ) de possíveis erros de sintaxe contidos nestes dois aquivos. O arquivo “.audit” também reproduz erros de sintaxe contidos nos dados de entrada, porém apenas o arquivo “.err” mostra erros ocorridos durante a simulação propriamente dita. O aquivo “.audit” pode ser usado quando é preciso verificar o contexto da mensagem de erro, para que se tenha o conhecimento da causa do erro. Outros dois arquivos de saída são o ESO ( EnergyPlus Standard Output ), de extensão “.eso” e o MTR ( EnergyPlus Meter Output ), de extensão “.mtr”. Estes arquivos apresentam os dados de saída da simulação, mas apenas aqueles que variam com o tempo. Apesar destes arquivos estarem na forma de texto, eles não são de fácil interpretação para o homem. Normalmente estes arquivos são pós processados para um formato que possa ser visualizado em uma planilha, porém uma rápida inspeção visual permite verificar se as variáveis programadas para aparecer num determinado ponto da simulação apareceram no momento exato. Os dados de saída que não variam com o tempo, por exemplo dados da localização (latitude, longitude, fuso horário, altitude) aparecem no arquivo EIO ( EnergyPlus Invariant Output ). O EnergyPlus disponibiliza outro dicionário além do IDD: o dicionário de dados de saída RDD ( Report Data Dictionary). O RDD é um arquivo no formato de texto que lista aquelas variáveis disponíveis para serem mostradas como resultados (no arquivo ESO ou MTR) em uma simulação em particular. Quais variáveis estão disponíveis para os dados de saída nos arquivos ESO e MTR dependem da descrição da simulação dada no arquivo IDF. Desta forma, variáveis que não foram utilizadas no início da simulação através do arquivo IDF serão inativadas. Um detalhe importante, aplicável tanto para o EnergyPlus, quanto para o Trace e para o CTVer, é que faz-se necessário a configuração do sistema operacional do computador para adotar o caractere “.” (ponto) como separador decimal. Caso não seja feita esta definição, os resultados dos cálculos serão incorretos.
2.2.1 Metodologias de cálculo do EnergyPlus O EnergyPlus é uma coleção de vários módulos de programas que trabalham em conjunto para calcular a energia requerida para aquecer ou resfriar um edifício utilizando diferentes sistemas de climatização e fontes ou plantas de geração de energia. Isto é feito através da simulação do edifício e dos sistemas energéticos associados submetidos a diferentes condições ambientais e de operação. O núcleo da simulação é um modelamento do edifício baseado nos princípios fundamentais do balanço de calor. O modelo em si é simples, quando comparado com o controle e organização dos dados necessários para simular a grande variedade de combinações de tipos de sistemas, plantas primárias de energia, agendamentos ( schedules) e ambientes. Existem cinco gerenciadores que organizam todo o funcionamento do EnergyPlus: gerenciador da simulação, gerenciador da solução integrada, gerenciador do balanço de calor de superfície, gerenciador do balanço de calor do ar, gerenciador da simulação dos sistemas do edifício. O 15
gerenciador da simulação do EnergyPlus está contida em um único módulo separado de todos os outros. O gerenciador da solução integrada comanda os outros três gerenciadores. O EnergyPlus realiza uma simulação integrada.
Isto
significa
que
três
dos
grandes
componentes, a saber, o edifício, o sistema de climatização e a fonte ou planta de geração de energia tem de ser solucionadas simultaneamente. Em programas de simulação seqüencial, como o BLAST e o DOE-2, as zonas térmicas do edifício, os sistemas manuseio do ar (air handling systems – serpentinas terminais, fan coils) e as centrais de refrigeração/aquecimento são simuladas numa seqüência em que não há respostas de um para o outro, não há interação entre eles. A solução seqüencial começa com um balanço de calor por zona que atualiza as condições de cada zona e determina a carga de aquecimento/resfriamento em todos os incrementos temporais (time steps). Esta informação é mandada para a simulação do sistema de manuseio de ar, para determinar a resposta do sistema; mas esta resposta não afeta as condições da zona. Da mesma maneira, as informações do sistema de manuseio de ar são enviadas para a simulação da central de refrigeração/aquecimento. Esta técnica de simulação funciona bem quando a resposta do sistema é uma função bem definida da temperatura do ar do ambiente condicionado. Mas em algumas situações podem ocorrer resultados não realísticos. Para a obtenção de uma simulação fisicamente real, os elementos são ligados por um esquema de simulação simultânea. A transferência de calor pela construção do edifício é o componente principal da carga térmica e do consumo de energia direcionado para a climatização. Devido aos materiais de alto peso específico utilizados na construção civil (e.g., concreto e paredes de tijolos) raramente comportarem-se dentro do regime permanente, torna-se necessário uma análise termodinâmica transiente para a simulação do sistema. Entretanto, a análise da estrutura do edifício em regime transiente implica numa considerável complexidade e num gasto computacional para a simulação do edifício e do sistema de HVAC. Assim sendo, modelos de determinação de carga térmica que sejam simples, confiáveis e eficientes são de importância fundamental para essas finalidades (Wang & Chen, 2001). O erro associado aos cálculos está diretamente relacionado com o tamanho do incremento temporal. Quanto menor o incremento temporal, mais precisos serão os resultados, em contrapartida maior será o tempo de cálculo. Apesar deste aumento de tempo de cálculo consumido pela solução integrada, o realismo retratado por ela torna este tipo de solução viável. Nos programas que utilizam solução seqüencial o incremento temporal geralmente é de uma hora. Já no EnergyPlus os incrementos temporais utilizados situam-se na faixa entre 0.1 e 0.25 de hora (15 minutos). O avanço temporal do EP ocorre com as condições da zona atrasadas de um incremento, de forma que as informações do incremento anterior são utilizadas para prever respostas do sistema e atualizar a temperatura da zona no incremento atual. Incrementos temporais de uma hora eram utilizados pelos programas de cálculo seqüencial por pura questão de simplicidade de armazenamento de dados e por manter o tempo razoável de cálculo; mas processos dinâmicos no ar da zona podem ocorrer num intervalo muito menor do que uma hora. 16
O EP utiliza uma equação do balanço de calor dentro da zona. Esta equação inclui a variação da energia armazenada pelo ar da zona e a capacitância deste ar: N zones dT z N sl N surfaces C z = ∑ Qi + ∑ hi Ai (Tsi − Tz ) + ∑ m i C p (Tzi − Tz ) + m inf C p (T∞ − Tz ) + Q sys dt i =1 i =1 i =1
(4)
onde:
C z
dT z é a energia armazenada no ar da zona; dt
N sl
Qi ∑ i 1
é o somatório das cargas internas convectivas;
=
N surfaces
∑ i 1
hi Ai (Tsi − Tz ) é a transferência de calor por convecção oriunda das superfícies da zona;
=
N zones
miC p (Tzi − Tz ) é a transferência de calor devido à mistura do ar de diferentes zonas; ∑ i 1
=
m inf C p ( T∞ − Tz ) é a transferência de calor devido à infiltração de ar exterior; Q sys é a taxa de troca de calor com o sistema de climatização. Se a capacitância C z do ar for desprezada, a equação que determina o balanço de calor no regime permanente da zona será: N sl
−Q sys = ∑ Qi +
i =1
N surfaces
∑ i 1
hi Ai (Tsi − Tz ) +
=
N zones
miC p (Tzi − Tz ) + minf C p (T ∑ i 1
∞
− Tz )
(5)
=
A energia trocada com o sistema de condicionamento dependerá da vazão nos trocadores de calor, da capacitância do ar e da diferença entre as temperaturas do ar de insuflamento e de retorno ao equipamento. Esta troca de calor é representada pela Eq. (6):
Q sys = m sysC p (Tsup − Tz )
(6)
Onde C p é a capacitância do ar. Nesta equação assume-se que a zona está em equilíbrio em termos das vazões, ou seja, a vazão que sai da zona é igual à que entra. Ou seja, a vazão insuflada pelo sistema de condicionamento é igual à soma da vazão do ar de retorno com a vazão do ar de exaustão. Essas duas vazões de saída da zona saem à temperatura média do ar na zona. Substituindo a Eq. (6) na Eq. (4) do balanço de calor, resulta a Eq. (7), para o regime transiente:
17
N
N zones dT z N sl surfaces C z = ∑ Q + ∑ h A (T − T ) + ∑ m iC p (Tzi − Tz ) dt i =1 i i =1 i i si z i =1 + m inf C p (T∞ − Tz ) + m sysC p (Tsup − Tz )
(7)
Agora o somatório das cargas térmicas da zona e a energia trocada com o sistema de condicionamento igualam-se à variação de energia no ar da zona. Tipicamente C z representa a capacitância da zona apenas, porém as massas internas que estão em equilíbrio térmico com o ar da zona podem ser incluídas neste termo. Para a determinação do termo derivativo da temperatura da zona, pode-se utilizar uma aproximação por diferenças finitas, como:
dT −1 = (δ t ) (T z t − Tz t −δ t ) + O (δ t ) dt
(8)
O uso de métodos de integração numérica em uma simulação de longa duração (um ano, 8760 intervalos se o incremento temporal for de uma hora; se o incremento temporal for de 15 minutos, ou 0.25 de uma hora, serão 35040 intervalos) necessita de um cuidado maior com a possibilidade de erros de truncamento ao longo de vários incrementos temporais. Neste caso, a aproximação por diferenças finitas de pequena ordem torna-se um agravante. Entretanto, o comportamento cíclico da simulação energética de edifícios causaria uma série alternada de erros de truncamento que cancelariam entre si a cada ciclo diário, de modo que não existiria um erro líquido ao final da simulação, mesmo após vários dias de simulação. A fórmula de Euler, Eq. (8), foi empregada na Eq. (7) para substituir o termo transiente. Todos os termos contendo a temperatura média do ar na zona, T z , foram agrupados no lado esquerdo da equação. Uma vez que os termos remanescentes não são ainda conhecidos no ponto atual da simulação, eles foram defasados de um incremento temporal ( t − δ t ) e agrupados no lado direito da equação. Esta manipulação resulta na Eq. (9), que representa uma forma recursiva para a atualização da temperatura média do ar na zona naquele determinado estágio da simulação: N zones N surfaces T z t − T z t −δ t t C z + Tz ∑ hi Ai + ∑ m iC p + m inf C p + m sysC p = dt i =1 i =1 N sl
N surfaces
i =1
=
∑ Qit + m sysC pTsupt +
∑ i 1
hi AT i si +
N zones
i =1
t −δ t
(9)
∑ m iC pTzi + m inf C pT∞
Uma manipulação final passa a temperatura defasada da zona ( T z t −δ t ) da aproximação do termo derivativo para o lado direito da equação. Após agrupar os termos que multiplicam T z e isolar esta variável do lado esquerdo, obtém-se uma equação do balanço de energia que inclui os efeitos da capacitância da zona:
18
t −δ t
N surfaces N zones T t t z C T +m Q m C T C h AT m C T + + + + ∑ ∑ i sys p sup i i si i p zi inf p ∞ z δ t ∑ = = = i 1 i 1 i 1 T z t = N surfaces N zones C z + ∑ hi Ai + ∑ m iC p + m inf C p + m sysC p δ t i =1 i =1 N sl
(10)
A Eq. (10) poderia ser utilizada para avaliar a temperatura média do ar na zona, mas percebeu-se que ela limitava o tamanho do incremento de tempo sobre determinadas condições. Para que este obstáculo fosse superado utilizaram-se aproximações de maior ordem para o termo transiente, com correspondentes erros de truncamento também de maior ordem. O objetivo desta mudança era permitir que fosse possível utilizar maiores incrementos temporais na simulação do que seria possível utilizando a fórmula de Euler, isto sem passar por instabilidades. Taylor et all (1990) chegaram à conclusão de que a aproximação por diferenças finitas de terceira ordem, mostrada abaixo, apresentou os melhores resultados (DOE, 2005):
dT z 3 1 −1 11 δ t 3 ) ≈ (δ t ) T zt − 3Tzt −δ t + Tzt −2δ t − Tz t −3δ t + O ( dt t 2 3 6
(11)
Quando esta aproximação é utilizada, a Equação (9) fica: N
3 t −2δ t 1 t −3δ t sl 11 t t −δ t C z (δ t ) Tz − 3Tz + Tz − Tz = ∑ Qi + m sysC p (Tsup − Tz ) 2 3 6 i =1 −1
N surfaces
+
∑ i 1
hi Ai (Tsi − Tz ) +
=
N zones
miC p (Tzi − Tz ) ∑ i 1
=
+ m inf C p ( T∞ − Tz )
(12)
A equação de atualização da temperatura da zona torna-se então: N sl
T z t =
∑ Qi + m sysC pTsup + i =1
N surfaces
∑ i 1 =
hi AT i si +
N zones
C z 3 1 −3Tzt −δ t + Tzt − 2δ t − Tzt −3δ t 2 3 δ t
∑ m iC pTzi + m inf C pT∞ − i =1
11 C z 6 δ t + m sysC p +
N surfaces
∑ i 1 =
hi Ai +
N zones
miC p + minf C p ∑ i 1
=
(13)
Esta é a forma utilizada pelo EnergyPlus. Uma vez que a carga térmica da zona comanda todo o processo, ela é utilizada como um ponto de partida para excitar o sistema. Posteriormente a simulação do sistema fornece o real valor da capacidade do sistema e, se preciso, a temperatura é ajustada. Este processo feito pelo E+ é conhecido como um processo de previsão/correção ( Predictor/Corrector process). A ordem seguida pelo procedimento de previsão/correção pode ser resumida da seguinte forma:
19
•
Utilizando a Eq. (5), é feita uma estimativa da energia requerida pelo sistema para balancear a equação, tendo a temperatura da zona igual à temperatura programada no termostato;
•
Com esta estimativa de energia requerida funcionando como uma carga térmica, o sistema é simulado para determinar sua real capacidade de atender àquela zona, com aquela carga térmica, nos determinados pontos da simulação. Isto pode incluir uma simulação da planta de refrigeração;
•
A real capacidade do sistema é usada na Eq. (13) para calcular a temperatura resultante da zona.
A forma básica da função de transferência para a condução utilizada pelo EnergyPlus é a seguinte: nz
nz
nq
qki′′ ( t ) = −Z oTi ,t − ∑ Z jTi ,t − jδ + YoTo ,t + ∑ Y jTo ,t − jδ + ∑ Φ j qki′′ ,t − jδ j =1
j =1
(14)
j =1
, para o fluxo de calor na face interna da superfície, e nz
nz
nq
qko′′ ( t ) = −YoTi ,t − ∑ Y jTi ,t − jδ + X oTo ,t + ∑ X jTo ,t − jδ + ∑ Φ j qko′′ ,t − jδ j =1
j =1
(15)
j =1
para o fluxo de calor ( q′′ = q A ) na face externa da superfície, onde:
X j é coeficiente da CTF para a parte externa; Y é o coeficiente da CTF para a parte transversal; Z j é o coeficiente da CTF para a parte interna; Φ é o coeficiente da CTF para o fluxo de calor;
T i é a temperatura da face interna da superfície; T o é a temperatura da face externa da superfície; qko′′ é o fluxo de calor devido à condução na face externa; qki′′ é o fluxo de calor devido à condução na face interna. Os subscritos após a vírgula indicam qual o ponto da simulação a qual se refere aquele determinado parâmetro, em termos de incremento temporal δ . Estas equações mostram que o fluxo de calor em ambas as faces é linearmente relacionado às temperaturas atuais e posteriores bem como alguns valores prévios do fluxo de calor na face interna.
20
2.3 SOBRE O PROGRAMA TRACE O Trace é um programa de cálculo de carga térmica e de análise econômico-energética, desenvolvido pelo grupo C.D.S., da empresa Trane Company. Ao contrário do EnergyPlus, este software não é livre, necessitando de uma licença paga para instalação. É um programa de interface amigável, sendo de fácil interação com o usuário. A entrada de dados é feita através do ProjectNavigator , uma das três formas de visualizar o programa. No Trace é possível inserir e alterar detalhes da construção e mudar o modelo de edificação a qualquer momento durante o projeto do sistema de climatização. Também é possível fazer o modelamento do sistema com várias opções de equipamentos, sendo possível analisar o custo energético e o tempo de retorno de investimento de cada modelo, ajudando a optar pelo mais viável (a versão completa do programa realiza análise do custo de ciclo de vida – LCC – Life Cycle Cost ); criar até quatro opções de tipo de edificação/distribuição de ar/equipamentos num mesmo projeto. No programa existem vastas bibliotecas com informações de materiais de construção, arranjos construtivos, cargas internas (pessoas e equipamentos), programação ( schedule) de funcionamento do edifício ou recinto e equipamentos de condicionamento de ar, bem como uma variedade de dados climáticos com 448 localidades, incluindo Brasília. Apesar da diversidade de materiais existentes na biblioteca de elementos construtivos, eles são mais comuns nos Estados Unidos, sendo necessária a inserção de materiais condizentes com a realidade brasileira. Neste trabalho, foi disponibilizada apenas a versão para o cálculo de carga térmica ( Load-only Version). Esta versão não permite a análise econômico-energética do edifício. Assim, não se utiliza de dados climáticos das 8760 horas do ano, e sim dados das 24 horas de dias de projeto. Tais dias de projeto são dias críticos, nos quais se observa as maiores ou menores temperaturas ao longo do ano. A biblioteca de dados climáticos do Trace é baseada nos dados de freqüência acumulada de 2.5% da ASHRAE, o que significa que durante 219 horas das 8760 horas do ano determinado dado climático ficou acima daquele especificado. Como um exemplo, se para uma determinada localidade estiver especificado como temperatura de bulbo seco máxima 32º C, isto significa que durante apenas 219 horas das 8760 horas do ano registrou-se uma temperatura superior a 32º C, de acordo com os dados 2.5%. Caso fossem dados do tipo 1.0%, a temperatura de bulbo seco de 32º C teria sido superada apenas durante aproximadamente 88 horas das 8760 horas do ano. A biblioteca de agendamentos (Schedules Library) apresenta uma série de agendamentos padrões prontos. Existe também a possibilidade do usuário criar os seus próprios agendamentos. Estes agendamentos são utilizados para definir mudanças hora a hora e mensais de cargas internas (ocupação, iluminação, equipamentos), ventilação, infiltração e outras.
2.3.1 Metodologia de cálculo do Trace No trace é possível utilizar tanto o método CLTD/CLF quanto o TETD/TA. Porém o Trace não utiliza dados tabelados para o método CLTD/CLF para o cálculo de carga térmica, como normalmente 21
é feito quando se utiliza este método. Normalmente o método CLTD/CLF é utilizado para cálculos manuais, utilizando casos construtivos tabelados. No Trace, o método CLTD/CLF é realizado baseado no equacionamento utilizado para gerar as tabelas deste método, ou seja, quando o programa refere-se ao método CLTD/CLF ele quer dizer que utilizou o método TFM para gerar os dados e depois utilizou estes dados para aplicar a metodologia CLTD/CLF. A vantagem disto é que o problema que se tem em cair num caso fora das tabelas padrões do método CLTD/CLF quando utiliza-se esta metodologia é superado ao utilizar as equações TFM. Outra vantagem que se tem ao utilizar as equações TFM para gerar os dados para o método CLTD/CLF é que desta forma tem-se um meio de exercer um controle individual sobre aspectos de transmitância térmica, armazenamento térmico, e/ou resposta térmica das massas que compõem o edifício. O método TETD/TA apresenta alguns problemas, uma vez que não existem dados publicados a respeito de quantas horas são necessárias para fazer a média temporal da porção radiante do ganho de calor. Normalmente o método TFM (método exato das CLTD/CLF) utilizado pelo Trace calcula cargas térmicas até 30% menores (principalmente cargas solares) do que aquelas calculadas pelo método TETD sem média temporal (instantânea). Existem seis opções de metodologia de cálculo de carga térmica no Trace. Na opção TETD-TA1 faz-se inicialmente o cálculo do ganho de calor baseado nas funções de transferência; a carga térmica do recinto é então calculada utilizando o método da média temporal (TA - Time Averaging ). Escolhendo-se a opção CLTD-CLF (ASHRAE TFM) utiliza-se funções de transferência para o cálculo tanto do ganho de calor quanto da carga térmica. Na opção TETD-TA2 o ganho de calor é baseado no método aproximado de TETD´s, o qual utiliza fatores lambda e delta para descreverem características de amplitude e atraso para uma parede ou telhado particular; o cálculo da carga térmica finaliza-se com a técnica da média temporal. Como esta opção é menos exata do que a TETD-TA1, recomenda-se que a opção TETD-TA2 seja utilizada apenas para fins de comparação, apesar de que esta simplificação faz dela uma opção mais rápida na sua fase de cálculo da carga térmica. A quarta alternativa de cálculo é a TETD-PO, a qual também realiza o cálculo do ganho de calor através do método aproximado das TETD´s, mas para a finalização do cálculo da carga térmica utilizam-se os fatores ponderadores Post Office RMRG, que foram anteriormente utilizados na versão original do Trace. A alternativa RP359 é baseada no projeto de pesquisa 359 da ASHRAE; o ganho de calor é baseado no método das funções de transferência, enquanto que a carga térmica é calculada com base nos coeficientes de transferência para cada recinto (fatores ponderarores) gerados para combinações específicas de componentes de edifícios. Este método utiliza o mesmo algoritmo do método CLTDCLF, o que muda são os coeficientes para os recintos utilizados para o cálculo da carga térmica.
22
Na última opção, CEC-DOE2, o método de cálculo de carga térmica duplica os fatores ponderadores pré-calculados (PWF – Precalculated Weighting Factors) do programa de análise energética DOE2.1c; os cálculos são baseados nos fatores da ASHRAE para construções leves, médias e pesadas.
2.4 SOBRE O PROGRAMA CTVER O programa para cálculo de carga térmica CTVer faz parte do pacote de programa ACTerm, desenvolvido pelo Professor Doutor Paulo Otto Beyer e pelo Engenheiro Mestre José Luiz Salvadoretti, membros do GESTE – UFRGS. Foi utilizada a versão demonstrativa, obtida do sítio do GESTE – UFRGS (GESTE, 2006). Esta versão, por ser uma versão demo, tem sua capacidade total reduzida, não sendo possível salvar arquivos para posterior utilização. Assim sendo, esta ferramenta foi utilizada apenas na fase de validação.
2.4.1 Metodologia de cálculo do CTVer O CTVer analisa o comportamento da carga de resfriamento em diversos níveis. Inicialmente ele analisa o comportamento da carga total no dia típico de cada um dos meses de verão (dezembro, janeiro, fevereiro e março), buscando o mês de máxima carga. Esta primeira análise fornece uma aproximação da capacidade da máquina a ser utilizada. Como nos níveis seguintes, esta informação é apresentada na forma de um gráfico carga térmica x tempo, cobrindo 24 horas. Em seqüência é analisado o comportamento de cada um de oito componentes da carga total: forro, paredes, vidros, etc. ao longo do dia típico desse pior mês (se solicitado este mês). Este passo fornece a identificação precisa dos pontos críticos da edificação, servindo de subsídio para a elaboração de um projeto arquitetônico final mais racional em termos energéticos. No terceiro passo, as contribuições dos componentes da carga na pior hora do dia típico do pior mês podem ser visualizadas através de um gráfico de barras, com a indicação de seus valores exatos. Esta etapa final facilita a análise das possíveis modificações a serem efetuadas, tendo sido incluída principalmente com finalidades didáticas. O programa incorpora a formulação CLF/CLTD (Cooling Load Factors / Cooling Load Temperature Differences) para considerar o efeito de acumulação de calor no ambiente, que pode causar alterações na carga total mesmo depois de cessada a ação de um componente da mesma. (Beyer & Salvadoretti, 2003c). No cálculo da carga térmica consideram-se os ganhos de calor externos e internos. Os ganhos de calor externo, os quais atravessam as fronteiras do sistema, são o ganho de calor através de superfícies opacas externas, superfícies translúcidas externas, ar de renovação e superfícies internas. Os ganhos de calor internos são basicamente provenientes da ocupação e de equipamentos internos. 23
Para o ganho de calor por superfícies externas opacas utiliza-se diferenciais de temperatura DTCR (Diferencial de Temperatura da Carga de Resfriamento, ou CLTD). Também são considerados uma correção para a latitude e mês ( LM ), um fator de correção K f que leva em conta a coloração externa da superfície e um fator de correção para temperatura interna e externa (CTIE ). Para o caso de forros e telhados, aplica-se ainda um fator f devido à existência ou não de ventilação do ático. A equação é baseada na equação para a condução:
Q = UA∆t = UA ( DTCR + LM )K f + CTIE f
(16)
O coeficiente global de transferência de calor U apresenta-se listado em uma tabela do programa. Nesta tabela encontram-se diferentes tipos de composições construtivas para paredes e coberturas ensolaradas. Caso o tipo de composição do caso em estudo não se encontre nesta lista, recomenda-se selecionar aquele tipo que mais se aproxima do desejado. Estes valores de U são função não apenas dos materiais que compõe o conjunto construtivo, mas também da característica transiente da inércia térmica da composição. Também em forma de tabela, estão os valores de DTCR para as 24 horas solares. Para cada tipo construtivo existe uma série de 24 valores da DTCR para um dia. No programa CTVer existem 36 tipos de construção de coberturas e 32 tipos de construção para paredes. Os valores de LM dependem da latitude e do mês. Para cada latitude, existem valores de LM que variam de acordo com o mês e orientação da superfície. Existem cinco latitudes diferentes na tabela do CTVer: 0º, 8º, 16º, 24º e 32º, todas ao sul. Para cada latitude são listados valores para os quatro meses de verão (dezembro, janeiro, fevereiro e março), variando de acordo com a orientação. O fator K f para coberturas (telhados) pode assumir três valores, sendo 1.0 para cor escura ou área industrial, 0.75 para cor média e 0.5 para cor permanentemente clara. Lembrando que para utilizar o valor mínimo é preciso garantir que a cor seja sempre clara, tendo em vista que com o passar do tempo algumas superfícies tendem a escurecer-se. Para paredes, K f pode assumir os seguintes valores: 1.0 para paredes escuras, 0.83 para paredes na cor média e 0.65 para paredes na cor clara permanente. Observa-se que são valores com menor variação que para coberturas, por ser a cor das paredes menos influente na carga térmica que a cor do telhado. O fator CTIE da equação (16) representa uma correção para as temperaturas interna e externa. Isto porque os valores previamente calculados e tabelados precisam considerar condições definidas nos cálculos. A condição interna considerada foi de 25,5 oC e a externa média foi de 29,5 oC. Qualquer cálculo que tenha temperaturas diferentes destas deverá ser corrigido pelo CTIE , através da seguinte equação:
CTIE = ( 25.5 − tbsi ) + ( te − 29.5 )
(17)
24
Nesta equação, tbsi é a condição que se quer manter no ambiente condicionado. O termo t e representa a temperatura externa média, calculada ao longo de um dia. Considera-se que a temperatura externa tem uma variação padronizada, conforme a Fig. (1):
Figura 1. Evolução típica da temperatura externa utilizada pelo CTVer. (Beyer & Salvadoretti, 2003c)
A temperatura tem um mínimo às 5 h e um máximo às 15 h, com valores médios em torno das 10 e 20 h. O valor máximo das 15 h é a temperatura de projeto para aquela localidade. A amplitude da onda é a variação diária da temperatura externa, também relacionada no capítulo referido. Conhecendo-se estes valores pode-se calcular a temperatura externa média por:
te = tbsmax −
VD 2
(18)
Na equação (18) tbsmax é a temperatura de projeto para verão e VD é a variação diária (ou amplitude térmica) para a cidade em cálculo. Para Brasília, VD = 13 . O fator f representa o efeito da ventilação do ático. O aquecimento do forro depende se a camada de ar é móvel ou não,
dependendo pois da existência de aberturas para ventilação, conforme desenho. O fator f pode ter os seguintes valores: 1 se o ático for do tipo não ventilado e 0.75 se for ventilado. Para o ganho de calor através de paredes externas opacas, o programa considera o ganho de calor pela parede através da radiação solar e do ar externo e a emissão deste calor para o ambiente interno através da convecção e da radiação emitida pela superfície interna da parede:
25
Figura 2. Ganho térmico através de uma superfície externa opaca. (Beyer & Salvadoretti, 2003c)
A equação que rege a transferência de calor é semelhante à equação (16), a menos da constante f . Assim como as coberturas, os coeficientes globais de transferência de calor não são função apenas dos materiais constituintes, mas também do peso da composição, a fim de que seja considerada a inércia térmica do conjunto. As paredes são separadas em grupos térmicos, que variam em função do peso da construção. Para cada grupo térmico são listados valores de DTCR para oito orientações (quatro principais e quatro colaterais), e para cada orientação existem 24 valores de DTCR, um para cada hora solar do dia. Os 32 tipos de construção de paredes são separados em sete grupos térmicos. Para superfícies externas translúcidas, o programa considera o ganho por condução e por radiação solar transmitida pelo meio. A equação para a condução é a seguinte:
QVC = UA ( teh − ti )
(19)
Onde QVC é o ganho de calor pelo vidro devido à condução e t eh é a temperatura externa variando de acordo com a Figura (1). Para o ganho devido à insolação, a seguinte equação é aplicada:
QVI = FGCS ⋅ A ⋅ CS ⋅ FCR
(20)
Onde QVI é o ganho de calor por insolação através dos vidros, FGCS é o Fator de Ganho de Calor Solar que representa a quantidade de energia solar que incide em um metro quadrado de área vertical externa com a mesma orientação da janela, em W/m2. Dentro do programa são listados valores de FGCS para quatro latitudes. Para cada latitude são listados valores de FGCS para os quatro meses de verão. Em cada mês apresentam-se valores deste fator para oito nove possíveis (quatro principais, quatro colaterais e abertura horizontal). A área da abertura é representada por A. O fator CS representa o Coeficiente de Sombreamento. Este coeficiente tem valor máximo unitário. Os outros valores possíveis para CS variam de acordo com o dispositivo de sombreamento. No programa é possível optar por tipo de vidro (claro, fume, espelhado ou duplo) ou pela combinação de tipo de vidro com dispositivos internos de sombreamento (persiana ou cortina), sendo possível determina a cor e o grau de translucidez do dispositivo. 26
O termo FCR é o Fator de Carga de Resfriamento. Este fator leva em conta a inércia térmica das superfícies sobre as quais incide a insolação através dos vidros, uma vez que o ganho de calor solar não esquenta instantaneamente o ar ambiente; o que o corre a princípio é a incidência solar em superfícies internas (chão, paredes e móveis), aumentando a temperatura desses sólidos. Posteriormente, após estarem a uma temperatura maior que a temperatura do ar interno, essas superfícies liberam o calor armazenado na forma de radiação e convecção. Existem duas tabelas para valores FCR, uma para janelas com proteção interna e outra para janelas sem proteção. O ganho de calor para o ar de renovação compõe-se pela parcela sensível e pela parcela latente:
Q ES = 1.2V ( teh − ti )
(21)
Onde Q ES é o ganho de calor sensível devido à entrada do ar externo, V é a vazão de ar externo, t eh é
a temperatura do ar externo a determinada hora solar e t i é a temperatura do ar interno. A parcela latente do ganho de calor do ar externo é dada pela seguinte expressão:
Q EL = 3.0V ( Fe − Fi )
(22)
Onde Q EL é a parcela latente do ganho de calor proveniente do ar externo, F e é o fator de umidade externo (umidade absoluta) em gr/kg (gramas de vapor d´água por quilograma de ar seco) e F i é o fator de umidade interno, nas mesmas unidades. Para superfícies internas em contato com ambientes não condicionados, o CTVer utiliza duas abordagens para a temperatura no lado do ambiente não condicionado. A primeira abordagem é utilizada para superfícies que separam o ambiente condicionado de um ambiente não condicionado que apresenta uma alta carga interna (e.g. sala de freezer, recinto que contenha um motor-gerador). Neste método estacionário, considera-se que a temperatura no ambiente adjacente não condicionado é a temperatura externa de projeto diminuída de 3ºC. A outra abordagem é a transiente, na qual a temperatura dos ambientes internos não condicionados é tomada como sendo:
t ANC = ( tbse − 3) − PVD (VD − 6 )
(23)
Onde t ANC é a temperatura do ambiente não condicionado, tbse é a temperatura externa de projeto e
PVD é a porcentagem da variação diária. A PVD são valores (0 a 1) que regem a curva da Figura (1); sendo PVD = 1 às 5 horas e PVD = 0 às 15 horas. Dentre as cargas internas, considera-se a carga de iluminação, a carga de ocupação e a carga de equipamentos internos. As equações são as seguintes:
Qil = P il
(24)
27
Q ocL = noc ⋅ P ocL Q ocS = noc ⋅ P ocS
(25)
Q eq = P eq
(26)
(27)
Onde Q il é a carga térmica dissipada pela iluminação, P il é o somatório da potência instalada no ambiente; Q ocL é a carga latente devido à ocupação, noc é o número de ocupantes no recinto, P ocL é a potência latente dissipada por ocupante; Q ocS é a carga sensível devido à ocupação, P ocS é a potência sensível dissipada por ocupante; Q eq é a carga térmica sensível devido aos equipamentos internos e
P eq é o somatório da potência térmica liberada pelos equipamentos internos.
2.5 SOBRE A PLANILHA DE CÁLCULO Para o cálculo da carga térmica através da planilha de cálculo, utilizou-se o programa Excel, do pacote Microsoft Office. Esta planilha foi obtida do LabProj, onde ela é utilizada como ferramenta de cálculo.
2.5.1 Metodologia de cálculo da planilha A metodologia implementada na planilha foi semelhante à metodologia utilizada pelo CTVer, porém com uma abordagem estática, adotando valores constantes de DTCR e FGCS . O programa do Professor Beyer considera uma variação ao longo das 24 horas solares, realizando uma integração ao longo de dias de projeto para cada mês de verão. A planilha Excel não realiza esta integração, adotando valores máximos para aquelas variáveis. A planilha não considera a inércia térmica da massa interna, representada pelo termo FCR na equação (20). As equações utilizadas na planilha são as seguintes:
Q pdCond = UA ( te − t i )
(28)
Q pdIns = DTCR ⋅U ⋅ A ⋅ CS
(29)
Q lCond = UA ( te − ti )
(30)
Q jlIns = FGCS ⋅ ⋅ CS
(31)
A equação (28) representa o ganho de calor por condução através das paredes e superfícies externas opacas. A temperatura t e é a temperatura externa máxima de projeto e t i é a temperatura interna do ambiente condicionado. A área utilizada nesta equação considera a existência de superfícies 28
que não são paredes mas que estão inseridas nesta parede (portas e janelas); estas áreas são subtraídas da área total da parede. A equação (29) representa o ganho de calor por insolação através das paredes, sendo que aqui o DTCR é constante e varia de acordo com a orientação determinada para cada superfície; considera-se aqui um coeficiente de sombreamento para as paredes. A equação (30) representa o ganho de calor por condução através dos vidros. A equação (31) representa o ganho por insolação através dos vidros; novamente, nesta equação os valores de FGCS são constantes, variando de acordo com a orientação apenas, ao contrário do que ocorre no CTVer, em que as variações de DTCR e FGCS são funções da latitude, mês e orientação. Para o teto, as equações utilizadas na planilha são as seguintes:
QttCond = UA ( te − ti )
(32)
QttIns = UA ⋅ CS ( te − ti ) + 8.3
(33)
Onde a equação (32) representa o ganho de calor por condução através do teto e a equação (33) representa o ganho de calor por insolação através do teto. Observa-se que a planilha adota um valor constante do diferencial de temperatura ( ( te − t i ) + 8.3 ), visto que é uma superfície horizontal. Também considera-se um coeficiente de sombreamento para o teto. Os ganhos internos são representados pelas mesmas equações utilizadas pelo CTVer (equações (24) a (27)) Os valores de U , FGCS e DTCR são obtidos de uma planilha, em uma aba separada, contendo diversos valores destas constantes. Os coeficientes U são dados de acordo com a composição das superfícies, os valores de FGCS e DTCR são dados de acordo com a orientação da superfície.
2.6 SOBRE O CÁLCULO TR/M2 O cálculo de carga térmica baseado apenas na área de piso é uma metodologia demasiado simplificada. Geralmente ela é utilizada apenas como uma estimativa inicial de projeto, mas algumas pessoas utilizam-na como base de seleção de equipamento, o que na maioria das vezes leva a um equipamento superdimensionado. As conseqüências de um sistema superdimensionado são baixa eficiência de operação, uma vez que o sistema raramente irá operar a carga plena e condições internas do ar fora do desejado (temperatura de bulbo úmido ficará acima do desejado). A metodologia utilizada aqui foi retirada de Creder (1996). Adotou-se o valor para “escritórios em geral” e padrão de instalação tipo médio. Para este tipo de instalação, a constante dada é 462.86 BTU/h/m2 (135.65 W/m2 ou 0.0386 TR/m2) Dessa forma, a carga térmica em TR é dada pela multiplicação da área de piso pela constante em TR/m2.
CT = 0.0386 ⋅ ÁreaDePiso
(34)
29
3 VALIDAÇÃO DAS FERRAMENTAS 3.1 ANSI/ASHRAE STANDARD 140-2004, METODOLOGIA BESTEST A norma ANSI/ASHRAE 140-2004, que aplica a metodologia BESTEST, especifica procedimentos para testes que são aplicados na avaliação da gama de aplicação e da capacidade de programas computacionais projetados para o cálculo do desempenho termoenergético de edifícios e dos sistemas de controle ambiental associados. Os testes são baseados no princípio de comparação do desempenho de um programa com o desempenho de outros programas, e como os testes não têm a intenção de avaliar todos os aspectos de cada programa, eles são projetados para indicar qualquer falha de maior proporção ou limitações dos programas. A metodologia BESTEST é um procedimento de verificação e diagnóstico comparativo que foi criada para testar a habilidade de programas de simulação do envelope de edificações em modelar a performance de um equipamento de condicionamento de ar de um ambiente monozona, que é tipicamente modelado usando dados de projeto de fabricantes, apresentados como mapas de performance derivados empiricamente (Neymark et al., 2002). Existem outras maneiras de se avaliar a precisão de um programa de simulação energética de edificações (Neymark el al., 2002): •
Validação experimental: os resultados calculados de um programa, sub-rotina ou algoritmo são comparados a dados monitorados de uma edificação real, célula de teste ou experimento de laboratório.
•
Verificação analítica: os resultados calculados de um programa, sub-rotina ou algoritmo são comparados a resultados de uma solução analítica conhecida ou de um método numérico geralmente aceito para mecanismos de transferência de calor isolados sob condições de contorno muito simples e altamente restritas.
São 40 casos monozonas (de estado estacionário com sistema de ar do tipo expansão direta) para modelagem do envelope de edificações em programas de simulação computacional. Nestes casos são aplicadas algumas variações, tais como dispositivos de sombreamento, “peso” da construção, orientações e níveis de ventilação noturna. Os casos são assim divididos: •
14 casos de teste de qualificação (não servem para diagnósticos), que compreendem os casos 195 à 320, todos com baixa massa. Representam uma tentativa de isolar os efeitos de algoritmos individuais variando um único parâmetro de caso para caso. Estes casos são relativamente primitivos, e alguns programas não serão capazes de modelar estes casos pela simples razão de que eles não são reais.
30
•
6 casos (395 à 440), todos com baixa massa, que são uma tentativa de resolver o problema dos casos 195 à 320, onde são apresentadas uma série de alternativas nos testes de diagnóstico que são levemente mais realistas que os casos primitivos.
•
14 casos (600 à 650, de baixa massa, e 900 à 990, de alta massa) que representam construções que são relativamente realistas com respeito à suas características térmicas. Estes casos testam a habilidade do programa em modelar algumas características como janelas com diferentes orientações, dispositivos de sombreamento e ventilação noturna.
•
2 casos (800 e 810), de alta massa, que testam a inércia térmica sem transmissão solar e a interação da massa com a absortância solar interna.
•
4 casos (600FF à 950FF) de teste de evolução livre da temperatura.
Em todos os casos desta metodologia as edificações possuem as mesmas dimensões (8 m de comprimento, 6 m de largura e 2,7 m de altura), porém algumas características construtivas são diferentes. Na Figura 2.1 são apresentadas as plantas em vista isométrica de alguns casos de baixa massa (Henninger e Witte, 2003): o caso 600 representa a edificação básica de teste com janelas na face sul, o caso 610 representa o teste de sombreamento com marquise na face sul, o caso 620 representa o teste de orientação das janelas nas faces leste e oeste, e o caso 630 representa o teste de sombreamento das janelas nas faces leste e oeste. Alguns exemplos de casos testados pelo BESTEST são mostrados abaixo:
Figura 3. Exemplo de casos testados pelo BESTEST.
A versão mais atual do BESTEST é o HVAC BESTEST. Este procedimento testou vários parâmetros de diversos programas, alguns desses parâmetros estão relacionados com cargas de refrigeração e aquecimento, temperaturas e umidade do ar interno e externo à zona e a sensibilidade destes parâmetros. O Trace e o EnergyPlus passaram por estes testes, chegando a resultados próximos (TRANE, 2006b). As Figuras 4 e 5 mostram dois exemplos dentre os parâmetros analisados:
31
Figura 4. HVAC BESTEST: Comparação da carga térmica sensível de serpentina para alguns casos. (T RANE, 2006b)
Figura 5. HVAC BESTEST: Comparação da carga térmica latente de serpentina para alguns casos. (TRANE, 2006b) 32
3.2 EXEMPLO RESOLVIDO DO ASHRAE FUNDAMENTALS Um exemplo do ASHRAE 1997 Fundamental Handbook foi resolvido utilizando as cinco ferramentas de cálculo de carga térmica. O exemplo é descrito a seguir: Um pequeno edifício comercial de um andar (Fig. (6)) está localizado no leste dos Estados Unidos, próximo ao paralelo 40º Norte. Os recintos ao norte e a oeste não são condicionados, de forma que a temperatura do ar nestes recintos é aproximadamente igual à temperatura do ar externo a qualquer hora do dia. As condições internas e externas são tbsi = 24º C , tbui = 18º C , tbse = 35º C ,
tbue = 25º C , VD = 11º C . Os materiais construtivos utilizados no E+ e no Trace apresentavam as mesmas propriedades termofísicas. Os valores de coeficientes de transmissão de calor U utilizados na planilha Excel foram aqueles gerados pelo Trace. No CTVer não é possível entrar diretamente com o valor de U , sendo preciso optar por uma construção que seja próxima da desejada, consultando o manual do usuário (Beyer & Salvadoretti, 2003c).
Figura 6. Descrição do exemplo do ASHRAE 1997 Fundamentals Handbook . (ASHRAE, 1997)
Os resultados obtidos por cada ferramenta foram os seguintes: Tabela 1. Resultados para um dia de projeto do exemplo do ASHRAE (1997).
E+ Trace CTVer Planilha TR/m2 Resultado ASHRAE
Carga Térmica [kW] (TR) 54.71 (15.54) 57.61 (16.37) 65.69 (18.66) 77.23 (21.94) 50.86 (14.45) 56.49 (16.05)
Desvio (%) -3.1 2.0 16.3 36.7 -10.0 0.0 33
A Fig. (7) mostra a visualização em AutoCad (Autodesk, 2006) do arquivo “.dfx” gerado pelo EP.
Figura 7. Exemplo ASHRAE: arquivo “.dfx” gerado pelo EP.
O resultado ASHRAE foi tomado como referência, uma vez que ele foi resolvido analiticamente. Estes resultados foram obtidos utilizando os seguintes parâmetros: •
Coeficiente de sombreamento (CS ) das persianas internas: 0.5
•
Orientação como mostrada na Figuras (6) e (7);
•
Principais materiais utilizados: Telhado: 100 mm de concreto baixa densidade ( l = 100mm , k = 0.17W / ( m ⋅ K ) , ρ = 641kg / m3 ); parede externa sul e paredes internas norte e leste: tijolo comum 200 mm ( l = 200mm , k = 0.72W / ( m ⋅ K ) , ρ = 1922 kg / m3 ); paredes externas norte e leste: bloco de concreto de alta densidade 200
= 977 kg / m3 ). mm ( l = 200mm , k = 1.03W / ( m ⋅ K ) , ρ •
O telhado apresenta isolamento térmico.
Analisando os resultados do exemplo da ASHRAE (Tab. (1)), verifica-se que as ferramentas EnergyPlus e Trace obtiveram uma boa margem de aproximação em relação ao resultado dado na referência. O resultado dado pelo CTVer, relativamente acima do esperado (16.3%), deve-se à limitada biblioteca de tipos de construção, não sendo possível caracterizar individualmente os materiais de construção. Isto influi no cálculo da inércia térmica, uma vez que a escolha dos tipos de construção baseou-se apenas nos coeficientes globais de transferência de calor de cada composição, não considerando a massa específica de cada material. A mesma limitação de materiais ocorre com a planilha Excel, que utiliza apenas o coeficiente global U , não considerando o peso da construção. Outro ponto que contribuiu para o valor superestimado dado pela planilha (36.7%) é a não utilização de agendamentos, considerando que estão 34
100% dos ocupantes na zona, 100% dos equipamentos funcionando e 100% da iluminação ligada, tudo ao mesmo tempo. O cálculo TR/m2 apresentou também um resultado fora do esperado, uma vez que este tipo de cálculo é muito superficial, representando uma média muito imprecisa.
35
4 ESTUDO DE CASO – NTI-CPD Um edifício escolhido para a análise das ferramentas de cálculo de carga térmica foi o Núcleo de Tecnologia da Informação e Centro de Processamento de Dados da Universidade de Brasília. Este edifício ainda não existe, estando ainda na fase de projeto. O órgão responsável pelo projeto é o Centro de Planejamento Oscar Niemeyer – CEPLAN – da Universidade de Brasília, juntamente com o Laboratório de Projetos, do departamento de Engenharia Civil, também da UnB. Estão previstos três pavimentos, sendo um subsolo, um pavimento térreo, e um pavimento superior, totalizando uma área coberta de 2559,55 m². As figuras do Anexo I mostram o edifício.
4.1 CONDIÇÕES EXTERNAS E INTERNAS DE SIMULAÇÃO As condições externas de projeto adotadas para a planilha Excell, para o Trace foram: • Temperatura de bulbo seco do ar exterior: 32ºC • Umidade relativa de 50%, temperatura de bulbo úmido (a 32ºC) de 23.7ºC e razão de
umidade de 0.01496 kg de vapor por kg de ar seco. Para a simulação no EnergyPlus, necessita-se de dados climáticos ao longo das 8760 horas do ano. Como o edifício localiza-se em Brasília, utilizou-se um arquivo climático (arquivo extensão “.epw” – EnergyPlus Weather Data) com dados obtidos do projeto da Organização das Nações Unidas – SWERA (Solar and Wind Energy Resource Assessment ). Estes dados são uma média ao longo de vários anos, representado um “ano típico” de projeto. O arquivo foi obtido a partir do sítio na Internet do EnergyPlus. No EnergyPlus também foi utilizado o dia de projeto com dados da referência ASHRAE (1997). Esse dia de projeto é do tipo 1%.
4.2 INSERÇÃO DE DADOS Iniciou-se com a caracterização do edifício no programa EnergyPlus. A inserção de dados neste programa é um tanto quanto complexa, devido ao grande número de entradas a serem preenchidas. Como já mencionado anteriormente, o arquivo para simulação é o de extensão “.idf”. Por simplicidade, utilizou-se o arquivo de entrada de um exemplo resolvido durante um mini-curso ministrado pelo professor Paulo Beyer. Neste exemplo e nos outros estudos de caso, utilizou-se o sistema de condicionamento tipo Compact HVAC: Purchased Air . Este sistema é o mais simples para fins de análise de carga térmica do edifício. Outros sistemas implicam na criação de redes de distribuição de ar e água e da inserção de diversas variáveis, tais como curvas de desempenho e dados dos trocadores de calor existentes no sistema. O sistema tipo Purchased Air , como a tradução indica, significa a compra pelo 36
condicionamento do ambiente, analogamente como é feito com o GLP encanado em algumas cidades; porém não se compra diretamente o ar frio, mas sim a água gelada, medida de alguma forma em unidade de volume. A inserção de dados no Trace é simples, uma vez que é um programa de interface amigável. Nele é possível a criação de até quatro alternativas de sistemas de climatização. A entrada de dados para a caracterização do edifício inicia-se com o fornecimento de informações básicas sobre o projeto: descrição da alternativa, nome do projeto, localização da edificação, proprietário da edificação, usuário do programa, nome da empresa de projeto e comentários adicionais. O próximo passo é a escolha de uma localização climática. Além das 448 localidades existentes na biblioteca do Trace, é possível criar novas localidades, através do Library/Template Editor . Neste editor, na seção do Weather Library cria-se novas localidades. As entradas para a nova localidade criada são: região, sub-região, localidade, latitude, longitude, altitude, zona de fuso horário, mês de projeto, pressão atmosférica do ar externo, temperatura de bulbo seco do ar externo para o verão e para o inverno, temperatura de bulbo úmido do ar externo para o verão, fator de claridade para o verão e inverno, reflectância do solo para o verão e para o inverno e velocidade do vento para o verão e para o inverno. É feita então a caracterização da programação de funcionamento do edifício. Isto é feito criando-se novos padrões de programação, ou agendamento ( schedule) no Library/Template Editor . Nele é possível criar diferentes agendamentos que descrevem a freqüência e intensidade de funcionamento das luzes, equipamentos, fontes de calor diversas e circulação de pessoas. Foram criados quatro agendamentos diferentes. O agendamento para circulação de pessoas prevê uma freqüência de zero por cento entre 22:00 e 8:00, 50% entre 8:00 e 9:00, 100% entre 9:00 e 12:00, 60% entre 12:00 e 14:00, 100% novamente entre 14:00 e 18:00 e 20% entre 18:00 e 22:00. Os perfis dos agendamentos estão ilustrados nas figuras do Anexo II. O agendamento dos equipamentos internos foi dividido em dois agendamentos distintos. Pela destinação do edifício, prevê-se que existirão equipamentos essenciais, que nunca poderão ser desligados, como servidores centrais e no-breaks. Já outros equipamentos tais como impressoras, computadores pessoais, equipamentos das salas de projeção e sala de reprografia somente serão utilizados em determinadas horas do dia. O agendamento para a iluminação interna (ativa) considera que de 22:00 horas até as 7:00 horas do dia seguinte apenas 20% da iluminação estará ligada. Ao longo do resto do dia todas as luzes estarão ligadas, como pode ser visto na figura do Anexo II. Foi utilizada uma vazão de renovação de ar igual a 25 m3/h por pessoa e uma taxa de emissão de calor de 11 W/m2 para a iluminação. Admitiu-se que cada ocupante libera 120 W.
37
4.2 SIMULAÇÕES E RESULTADOS Foram feitas simulações no EnergyPlus ao longo de um dia de projeto e ao longo do ano, utilizando o arquivo climático SWERA para Brasília. No programa Trace fez-se o cálculo da carga térmica de pico, uma vez que a versão Trace – Load não realiza simulações, apenas cálculos de pico. O edifício foi dividido em 51 zonas térmicas, como mostrado na planta do Anexo II. A Fig. (8) mostra o arquivo “.dfx” visualizado em AutoCad (Autodesk, 2006):
Figura 8. Arquivo “.dfx” gerado pela simulação no E+ do edifício NTI-CPD.
Percebe-se as divisórias internas, consideradas na descrição da geometria das zonas. As Figuras 9 e 10 mostram a divisão das zonas:
Figura 9. Pavimento térreo. NTI-CPD.
38
Figura 10. Pavimento superior. NTI-CPD.
As Figuras 9 e 10 estão também no Anexo II, em maior escala. Para o edifício em sua configuração original, como está em planta (Anexo II), obteve-se os seguintes resultados para a carga térmica de pico, analisada em um dia de projeto: Tabela 2. Resultados da carga térmica de pico para o NTI-CPD. Configuração original. Carga Térmica [kW] (TR) 166.1 (47.2) 274.6 (78.0)
E+ Trace
A grande diferença entre o resultado do E+ e do Trace deve-se à não consideração da vazão de ar de renovação pelo E+. Isto porque ao implantar a vazão de ar de renovação no E+ foi utilizado o campo Infiltration. Percebe-se que este campo não é adequado para declarar vazões de renovação, uma vez que ele não considera esta vazão como componente da carga térmica. Nos outros estudos de caso a renovação de ar foi declarada no campo Compact HVAC:Zone:Unitary. Tomando o norte verdadeiro como sendo o referencial (0º) e o sentido positivo sendo a leste do norte verdadeiro (Fig. (11)), variou-se a orientação do edifício, obtêm-se os seguintes valores, ainda para simulação de um dia de projeto: N (0º)
W (270º)
E (90º)
+ S (180º) Figura 11. Convenção da orientação do edifício. 39
Tabela 3. Resultados da carga térmica de pico para o NTI-CPD. Variação da orientação. E+ Carga Térmica [kW] (TR) 166.1 (47.2) 161.6 (45.9) 161.6 (45.9) 189.0 (53.7) 192.9 (54.8) 173.5 (49.3) 157.0 (44.6) 165.1 (46.9)
Orientação 0º 45º 90º 135º 180º 225º 270º 315º
E+ Desvio (%)
Trace Carga Térmica [kW] (TR) 278.8 (79.2) 276.0 (78.4) 271.0 (77.0) 283.4 (80.5) 294.3 (83.6) 291.1 (82.7) 274.6 (78.0) 277.4 (78.8)
0.0 -2.8 -2.8 13.8 16.1 4.4 -5.5 -0.6
Trace Desvio (%) 0.0 -1.0 -2.8 1.6 5.6 4.4 -1.5 -0.5
A Fig. (12) mostra o gráfico da variação da carga térmica de pico com a orientação: Carga Térmica de Pico X Orientação 100.0 90.0 80.0
) R T ( a c i m r é T a g r a C
70.0 60.0 E+ 50.0 Trace 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0
45
90
135
180
225
270
315
Orientação (º)
Figura 12. Gráfico Carga Térmica de Pico X Orientação. NTI-CPD.
Da Fig (12), nota-se que o comportamento da carga térmica em função da orientação é semelhante nos dois programas, apesar dos valores dados pelo Trace serem maiores. Variando novamente a orientação, porém agora realizando a simulação ao longo do ano no E+, obtém-se a carga térmica de bloco máxima:
40
Tabela 4. Resultados da carga térmica de bloco e da energia de refrigeração ao longo do ano para o NTI-CPD. Variação da orientação no E+. Desvio (%)
Carga Térmica de bloco [kW] (TR) 169.7 (48.2) 168.6 (47.9) 167.9 (47.7) 183.4 (52.1) 187.6 (53.3) 177.8 (50.5) 174.6 (49.6) 168.3 (47.8)
0º 45º 90º 135º 180º 225º 270º 315º
0.0 -0.6 -1.0 8.1 10.6 4.8 2.9 -0.8
Energia de refrigeração [MWh] 828.0 812.9 799.5 812.0 826.4 824.5 817.1 826.4
Desvio (%) 0.0 -1.8 -3.4 -1.9 -0.2 -0.4 -1.3 -0.2
A energia de refrigeração é a integral da potência requerida a cada hora para manter as condições desejadas. Por exemplo, a energia de refrigeração para um dia de projeto seria a integral do gráfico mostrado na Fig. (13):
Carga térmica ao longo do dia de projeto 180 160 140 ) W120 k ( a c 100 i m r é t 80 a g r a C 60 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora do dia
Figura 13. Carga térmica ao longo de um dia de projeto para a orientação a 0º. NTI-CPD.
A Fig. (14) mostra um gráfico da carga térmica ao longo das 8760 horas do ano para as orientações 0º e 90º:
41
Carga térmica ao longo do ano 180 160 140 ) W120 k ( a c 100 i m r é t 80 a g r 60 a C 40
0º 90º Polinômio (90º) Polinômio (0º)
20 0 1 9 7 5 3 2 5 8 1 5 0 5 1 1 1 2
1 4 6 2
9 6 1 3
7 9 6 3
5 2 2 4
3 5 7 4
1 8 2 5
9 0 8 5
7 3 3 6
5 6 8 6
3 9 3 7
1 2 9 7
9 4 4 8
Hora do ano
Figura 14. Carga térmica ao longo do ano para as orientações 0º e 90º. NTI-CPD.
Neste gráfico foi utilizado um polinômio de grau seis para a curva da média. Nota-se que a curva da média para 90º está mais abaixo que a média para orientação a 0º. Isto evidencia a menor energia de refrigeração ao longo de um ano para a orientação a 90º. A Fig. (15) mostra o comportamento da carga térmica de bloco comparada com a energia de refrigeração, para as diferentes orientações:
Carga Térmica de bloco e Energia de Refrigeração 90.00 80.00 70.00 ) R 60.00 T (
Energia de Refrigeração (MWh/10)
50.00
) 0 1 / 40.00 h W 30.00 M (
Carga Térmica de bloco (TR)
20.00 10.00 0.00 0
45
90
135
180
225
270
315
Orientação (º)
Figura 15. Carga Térmica de bloco e energia de refrigeração ao longo de um ano. NTI-CPD 42
A parcela da carga térmica devido ao ganho solar através de janelas é pequena (1.5%) para um dia de projeto, mesmo utilizando vidros sem película e não considerando nenhum dispositivo de sombreamento. Assim, a utilização de dispositivos de sombreamento e de película nos vidros como uma tentativa de diminuir a carga térmica passa a penalizar a iluminação natural. Deve-se proceder com um estudo de quanto é possível economizar em energia de climatização utilizando sombreamento ou película e quanto a mais será gasto em iluminação artificial, tudo isto ao longo de um ano. Na simulação do NTI-CPD analisou-se a influência da variação da orientação do eixo principal do edifício com o norte verdadeiro. A variação da orientação do edifício parece não causar grandes alterações na carga térmica, quando analisada apenas para um dia de projeto ou quando analisada a carga térmica de bloco. Por outro lado, quando se analisa pela simulação ao longo do ano, Tab. (4), obtém-se uma diferença de até 28.5 MWh por ano. Admitindo-se um coeficiente de performance igual a 3 e um valor de 243.9 R$/MWh de energia elétrica, obtém-se um consumo de energia elétrica de refrigeração igual a R$ 2 316 por ano.
43
5 ESTUDO DE CASO – FUNASA O edifício sede da FUNASA está localizado na quadra 4 do Setor de Autarquias Sul, em Brasília, Distrito Federa. Ele é composto por dois tipos de pavimento: os inferiores (1º e 2º pavimentos) e o restante (3º ao 10º pavimento). Como um estudo de caso, o edifício foi modelado no EnergyPlus. Esquadrias das janelas e edifícios adjacentes foram considerados. Maiores detalhes construtivos podem ser vistos em partes do arquivo de entrada “.idf”, no Anexo III. Também foram simulados dispositivos de sombreamento (brise e persiana). A Fig. (16) mostra o arquivo “.dfx” gerado pela simulação:
Figura 16. Edifício sede da FUNASA. Arquivo .dfx gerado pelo EP.
Um pavimento típico é mostrado abaixo, na Fig. (17):
Figura 17. FUNASA: Pavimento típico.
44
As Figuras (18) e (19) mostram uma fotografia das fachadas leste e oeste do edifício:
Figura 18. FUNASA: Fachada leste.
Edifícios adjacentes
Fachada Oeste
Figura 19. FUNASA: Edifícios adjacentes, considerados como superfícies so mbreadoras.
45
Figura 20. FUNASA: Pavimento sob reforma.
Figura 21. FUNASA: Pavimento reformado e em funcionamento.
O vão central na parte inferior do edifício, visto na Fig. (16), deve-se à existência de uma sobreloja, na qual funciona uma agência do Banco do Brasil. Também na Fig. (16), nota-se as superfícies geradas para simular o efeito de sombreamento devido aos edifícios adjacentes (as duas superfícies maiores) e às escadas de incêndio (duas superfícies mais estreitas e mais próximas ao edifício da FUNASA). Na simulação não foram inclusas as áreas de circulação dos elevadores e nem as áreas molhadas, existentes em todos os pavimentos. Utilizou-se como dia de projeto o critério de 1% para dias de projeto (ASHRAE, 1997). Como condições internas, foi admitida uma tbsi = 23º C e URi = 50% . O nível de iluminação foi tido como sendo 30.4 W/m2 e não se considerou a renovação do ar. Para a simulação ao longo do dia de projeto, o seguinte resultado foi obtido: 46
Tabela 5. FUNASA: Resultados para dia de projeto no E+.
Funasa_Caso_1_Dia Funasa_Caso_2_Dia Funasa_Caso_3_Dia
Carga Térmica [kW] (TR) 1131.3 (321.4) 1144.4 (325.1) 1188.7 (337.7)
Desvio (%) 0.0 1.2 5.1
A descrição de cada caso é a seguinte: •
Funasa_Caso_1: Considera-se o efeito de sombreamento dos edifícios e escadas de incêndio adjacentes; existe brise externa na fachada oeste e persianas internas na fachada leste, programadas para evitarem a incidência de radiação solar direta.
•
Funasa_Caso_2: Idem ao caso Funasa_Caso_1, mas desconsiderando o efeito de sombreamento de edifícios adjacentes.
•
Funasa_Caso_3: Idem ao caso Funasa_Caso_1, mas sem persianas internas na face leste.
O termo “_Dia” indica que a simulação foi feita para um dia de projeto, e o termo “_Ano” indica que a simulação foi feita para um ano, utilizando um arquivo climático. Para as simulações ao longo de um ano, analisa-se tanto a carga térmica de bloco quanto a energia de refrigeração demandada ao longo do ano inteiro. A carga térmica de bloco é o valor máximo da soma de cada zona a cada hora; ela não é necessariamente a soma das cargas térmicas de pico de cada zona. A energia de refrigeração é a soma da energia demandada para manter as condições climáticas nas zonas; esta energia não é a energia elétrica consumida, uma vez que os sistemas de refrigeração apresentam coeficientes de performance maiores que um. Assim sendo, a energia elétrica consumida ao longo do ano será menor que a energia de refrigeração demandada ao longo do ano. Para a simulação utilizando arquivo climático, obtêm-se os seguintes resultados de carga térmica de bloco e de energia de refrigeração demandada ao longo do ano: Tabela 6. FUNASA: Resultados para simulação ao longo de um ano, utilizando E+.
Funasa_Caso_1_Ano Funasa_Caso_2_Ano Funasa_Caso_3_Ano
Carga Térmica de bloco [kW] (TR) 1364.7 (387.7) 1391.5 (395.3) 1453.4 (412.9)
Desvio da carga térmica (%) 0.0 3.0 7.5
Energia de refrigeração [MWh] 1974.2 2016.6 2087.7
Desvio da energia de refrigeração (%) 0.0 2.1 5.8
O estudo de caso da FUNASA teve importância na avaliação da influência de se considerar o efeito de sombreamento de edifícios vizinhos e da utilização de dispositivos internos de sombreamento. Da Tab. (5) observa-se que a não consideração do efeito de sombreamento de superfícies adjacentes ao edifício causa um aumento de 2.1% na energia de refrigeração demandada no 47
ano. A não utilização de persianas internas na fachada leste causou um aumento de 113.5 MWh de refrigeração em um ano. Isto implica, para um coeficiente de performance de 3 e um valor de 243.9 R$/MWh de energia elétrica, um gasto extra de R$ 9 223.4 em um ano. Desta forma, mostra-se necessário a consideração de superfícies vizinhas ao edifício simulado, quando pretende-se realizar uma simulação ao longo do ano.
48
6 ESTUDO DE CASO – PGR A Procuradoria Geral da União está localizado na cidade de Brasília, no Setor de Administração Federal Sul – SAFS, quadra 4, conjunto C. São ao todo seis edifícios, a saber: o bloco A, onde funciona a parte administrativa da procuradoria, o bloco B, onde ficam os procuradores, o bloco C, onde existe um auditório e um salão de eventos, o bloco D, onde funciona um restaurante, o bloco E, onde funciona o serviço médico e o bloco F, onde funciona a área de engenharia e manutenção. A Fig. (22) mostra parte do conjunto de edifícios:
Figura 22. PGR: Blocos A, B, C e D.
Na Fig. (22) a construção menor, na cor branca, representa os blocos C e D, ligados por uma passarela; o bloco C está à esquerda, sem janelas, e o bloco D está à direita, com janelas. Os dois edifícios maiores, cilíndricos e espelhados são o bloco A, à esquerda e o bloco B, à direita. A Fig. (23) ilustra melhor a disposição das construções do complexo:
Bloco A
Bloco D
Bloco C
Bloco B Bloco F
Bloco E Figura 23 PGR: Disposição dos edifícios. 49
Nota-se da Fig. (23) que o único edifício que não apresenta geometria circunferencial é o bloco F. A metodologia utilizada para o modelamento geométrico dos edifícios circunferenciais foi a discretização da circunferência por octógonos. No caso do bloco C, que não apresenta geometria circunferencial regular, foi feita uma discretização utilizando onze superfícies. As aproximações podem ser vistas nas Figuras (24) e (25):
Figura 24. PGR: Blocos A e B, discretização das superfícies circunferenciais.
Figura 25. PGR: Blocos C e D, discretização das superfícies circunferenciais.
Os arquivos “.dfx” gerados pelo E+ são mostrados a seguir:
50
Figura 26. PGR: Bloco A, arquivo “.dfx” gerado pelo E+.
Figura 27. PGR: Blocos C e D, arquivo “.dfx” gerado pelo E+.
Figura 28. PGR: Bloco E, arquivo “.dfx” gerado no E+.
51
Figura 29. PGR: Bloco F, arquivo “.dfx” gerado no E+.
Observa-se da Figuras (23) que os blocos A e B têm seus pavimentos em formatos anulares. Nas Figuras (26) e (28) são mostradas as superfícies criadas para simular o efeito de sombreamento provocado pelos edifícios da vizinhança; foi modelada apenas uma superfície, porém uma maior precisão seria obtida quanto mais superfícies fossem utilizadas, devido às sucessivas posições do sol. Na Fig. (29) é mostrado o bloco F, onde foi considerada a projeção da marquise para efeitos de sombreamento; o centro do edifício, onde estão as áreas de circulação dos elevadores e os sanitários não foram considerados. Nas simulações utilizou-se a opção de massas internas do E+, ao invés de se caracterizar pavimento por pavimento. As áreas de piso de cada pavimento foram somadas, e a partir desse valor e da constituição da superfície entre cada pavimento o programa calcula uma massa interna, a fim de que seja contabilizada a inércia térmica do edifício. Para os blocos A, B e E foi considerado o efeito de sombreamento pelos edifícios vizinhos. Na simulação do bloco A, considerou-se o efeito do bloco B sobre ele; na simulação do bloco B, considerou-se o efeito do bloco A sobre ele; na simulação do bloco E considerou-se o efeito do bloco A apenas, uma vez que o bloco B está ao norte do bloco E, não causando sombreamento sobre ele. As programações de funcionamento são: blocos A, B, E e F: segunda a sexta-feira, 8:00 às 20:00 horas; bloco C (auditório): uma vez por semana, 18:00 às 20:00 horas; bloco D (restaurante), de segunda a sexta-feira, das 11:00 às 15:00 horas. Detalhes a respeito dos materiais construtivos e de programações de freqüência de ocupação, iluminação e de equipamentos internos podem ser vistos em partes do arquivo “.idf”, no Anexo III. Os resultados das simulações ao longo de um ano foram os seguintes: Tabela 7. PGR: Resultados da simulação dos seis edifícios ao longo de um ano no E+.
Bloco A Bloco B Bloco C Bloco D Bloco E
Carga térmica máxima [kW] (TR) 1580.5 (449.0) 1565.7 (444.8) 286.9 (81.5) 346.7 (98.5) 214.0 (60.8)
Energia de refrigeração [MWh] 2477.9 2470.7 8.8 139.6 391.9 52
Bloco F Total do Complexo
174.9 (49.7) 4168.7 (1184.3)
283.8 5772.7
Para um vidro com uma refletividade solar 10% maior, os resultados para os blocos A e B são: Tabela 8. PGR: Resultados para um ano de simulação dos blocos A e B com vidro 10% mais refletivo.
Bloco A (Vidro 10% mais refletivo) Bloco B (Vidro 10% mais refletivo)
Carga térmica [kW] (TR) 1440.0 (409.1)
Desvio (%)
Desvio (%)
-8.9
Energia de refrigeração [MWh] 2335.9
1426.7 (405.3)
-8.9
2329.8
-5.7
-5.7
Na Tab. (8) o desvio é obtido com relação aos valores da Tab. (7), ou seja, os valores para o vidro original. A análise dos vidros foi feita para os blocos A e B apenas, uma vez que são os edifícios com maior área envidraçada. Na simulação da Procuradoria Geral da República foi possível ver a grande diferença no consumo de energia anual de refrigeração (até 142 MWh, ou R$ 17 317 economizados em energia elétrica, utilizando os parâmetros anteriores) com um aumento de apenas 10% da refletividade solar dos vidros.
53
7 CONCLUSÕES A utilização de dispositivos de sombreamento pode não parecer vantajosa quando analisada apenas do ponto de vista da carga térmica de pico. As simulações ao longo de um ano de operação mostraram que a utilização destes dispositivos apresenta uma economia considerável de energia elétrica, bem como a utilização de envidraçamentos com maior refletividade. Qualquer alteração na construção de um edifício visando a diminuição da carga térmica deve ser analisada através de uma simulação ao longo do ano. A partir dos resultados de uma simulação ao longo do ano pode-se prever o quanto é possível economizar e qual o peso de uma determinada alteração. Em edifícios com grande porcentagem de área envidraçada, como os blocos A e B da PGR, a economia que se tem com energia elétrica de refrigeração pode superar o maior gasto com iluminação, cabendo uma análise mais detalhada. Como trabalhos futuros, sugere-se a utilização destes estudos de caso aqui utilizado, uma vez que assim não será gasto tanto tempo e esforço na descrição geométrica dos edifícios. Sugere-se que seja feita análises de sistemas de refrigeração, simulando os laços de ar e água (caso exista). Sugere-se também uma análise lumínica, considerando a possibilidade de dimerização acionada por piranômetros. Um estudo interessante seria também a análise da influência do número de superfícies utilizadas para aproximar superfícies curvilíneas. Sugere-se também um aprofundamento no programa EnergyPlus, visto a vasta gama de aplicações que este software oferece. Uma proposta de trabalho futuro é a análise da influência de números de superfícies de aproximação para uma superfície curvilínea. Com relação a métodos de cálculo de carga térmica, sugere-se a análise do método dos Manuais J, publicados pelas Empresas de Ar Condicionado da América ( Air Conditioning Contractors of América) e vastamente utilizados nos Estados Unidos.
54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Autodesk, 2006. Sítio para aquisição do programa visualizador AutoCad. Disponível em . Acesso em 08/12/2006. Bauer, M., Scartezzini, J.L., 1998, “A simplified correlation method accounting for heating and cooling loads in energy-efficient buildings”, Energy and Buildings, Vol. 27, pp. 137-154. Baker, N., Steemers, K., 1996, “Method 3.0- a strategic energy-design tool for Southern Europe”, Energy and Buildings, Vol. 23, pp. 251-256. Beyer, O.P., Salvadoretti, J.L., 2003a, Programa CTVer, disponível em: < http://www.geste.mecanica.ufrgs.br/>. Acesso em 26/10/2006. Beyer, O.P., Salvadoretti, J.L., 2003b, “Manual do usuário – CTVer”, Porto Alegre, Rio Grande do Sul. Beyer, O.P., Salvadoretti, J.L., 2003c, “Carga de resfriamento de Ar Condicionado”, material integrante do pacote de instalação do ACTerm – CTVer. Porto Alegre, Rio Grande do Sul. Borduni, R.N., 2006, “Simulação computacional de edificações: Uso do programa EnergyPlus na análise de alternativas construtivas para o aumento da eficiência energética”. Relatório de Graduação, UnB, Brasília, Distrito Federal. Churchill, R.V., 1959, “Operational Mathematics”, segunda edição, McGraw-Hill, New York. Corson, G.C., 1990, “A Comparative Evaluation of Commercial Building Energy Simulation Software”, Gale G. Corson Engineering, Portland: Bonneville Power Administration . Creder, H., 1996, “Instalações de Ar Condicionado”, 5ª ed. Rio de Janeiro, LTC, ISBN 85-216-1064-5 DesignBuilder, 2006, Interface para o E+, disponível em: . Acesso em 07/05/2006. DOE – Departamento de Energia dos EUA, 2006. “Software de simulação energética de edifícios, versão 1-2-3”. Disponível em (domínio público): , acesso em 19/04/2006. Drury, B.C., Hand, J.W., Kummert, M., Griffith, B.T., 2005, “Contrasting the capabilities of building energy performance simulation programs”, DOE – EUA. Eletrobrás. “Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica”. Disponível em: , acesso em 24/06/2006. GESTE. Web-site do Grupo de Estudos Térmicos e Energéticos da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. < http://www.geste.mecanica.ufrgs.br/ >, acesso em 09/09/2006. Hagel, A.P.L., 2005, “Análise computacional da demanda energética de climatização de edifício”, Relatório de Graduação, UnB, Brasília, Distrito Federal. Henniger, R.H., Witte, M.J., 2003, “EnergyPlus testing with ANSI/ASHRAE Standard 140-2001 (BESTEST)”, Ernest Orlando Lawrence Berkley National Laboratory, Berkeley, USA. Disponível em: . Acesso em 04/10/2006. Hittle, D.C., 1979, “Building Loads Analysis and System Thermodynamic (BLAST) Programs”, Versão 2.0: Users Manual, Technical Report E-153, US Army Construction Engineering Research Laboratory (USACERL), Champaign, IL. Klein, S.A., Beckman, W.A., Mitchell, J.W., et al., 1994, “TRNSYS-A Transient System Simulation Program”, Solar Energy Laboratory, University of Wisconsin-Madison, Madison, USA. LabEEE. “Laboratório de Eficiência Energética em Edificações – Perfil do consumo de energia elétrica em edificações”. Disponível em: . Acesso em 24/06/2006. Lawrie, L., Klock, W., Levernz, D., 1984, “Evaluation of Microcomputer Energy Analysis Programs”, Technical Report E-193, Champaing: U. S. Army Construction Engineering Research Laboratory. Lia, Z., Chena, W., Denga, S., Linb, Z., 2006, “The characteristics of space cooling load and indoor humidity control for residences in the subtropics”, Building and Environment, Vol. 41, pp. 1137– 1147. McQuiston, F.C., Spitler, J.D., 1992, “Cooling and heating load calculation manual”, 2nd ed., ASHRAE. Mitalas, G.P., 1968, “Calculation of transient heat flow through walls and roofs”, ASHRAE, Trans. 74, pp. 182-188. Mitalas, G.P. 1972, “Transfer function method of calculating cooling loads, heat extraction rate, and space temperature”, ASHRAE Transactions 14(12):52. 55
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56
BIBLIOGRAFIA ASHRAE, 1997, “ASHRAE 1997 Fundamentals Handbook ”. ASHRAE 1999, “ASHRAE 1999 HVAC Applications Handbook ”. CDS – Trane, 2001, “Trace 700 Load Help”, Versão 4.1. DOE – Departamento de Energia dos Estados Unidos, 2005, “Version 1.2.3 – EnergyPlus Manual”.
57
ANEXOS Pág.
Anexo I
Plantas do prédio NTI-CPD-UnB
59
Anexo II
Perfis de agendamento
64
Anexo III
Dados das simulações (trechos dos arquivos “.idf”
66
58
ANEXO I: Plantas do prédio NTI-CPD-UnB
59
60
61
2 6
o e r r é T o t n e m i v a P : D P C I T N
3 6
r o i r e p u S o t n e m i v a P : D P C I T N
ANEXO II: Perfis de agendamento
100% 95% 90% o 85% ã ç 80% a 75% p 70% u c 65% o 60% e 55% d 50% m 45% e 40% g 35% a t 30% n 25% e 20% c r 15% o P 10% 5% 0%
0 : 0 0
1 : 0 0
2 : 0 0
3 : 0 0
4 : 0 0
5 : 0 0
6 : 0 0
7 : 0 0
8 : 0 0
9 : 0 0
1 0 : 0 0
1 1 : 0 0
1 2 : 0 0
1 3 : 0
1 4 : 0 0
0
1 5 : 0 0
1 6 : 0 0
1 7 : 0 0
1 8 : 0 0
1 9 : 0 0
2 0 : 0 0
2 1 : 0 0
2 2 : 0 0
2 3 : 0 0
Hora do dia
s i a i c n e s s E s o t p E m e g a t n e c r o P
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
0 : 0 0
1 : 3 0
3 : 0 0
4 : 3 0
6 : 0 0
7 : 3 0
9 : 0 0
1 0 : 3 0
1 2 : 0 0
1 3 : 3 0
1 5 : 0 0
1 6 : 3 0
1 8 : 0 0
1 9 : 3 0
2 1 : 0 0
2 2 : 3 0
Hora do dia
64
s 100% i a 90% m r 80% o N 70% s o t 60% p E 50% m e g a t n e c r o P
40% 30% 20% 10% 0%
0 : 0 0
1 : 0 0
2 : 0 0
3 : 0 0
4 : 0 0
5 : 0 0
6 : 0 0
7 : 0 0
8 : 0 0
9 : 0 0
1 0 : 0 0
1 1 : 0 0
1 2 : 0 0
1 3 : 0 0
1 4 : 0 0
1 5 : 0 0
1 6 : 0 0
1 7 : 0 0
1 8 : 0 0
1 9 : 0 0
2 0 : 0 0
2 1 : 0 0
2 2 : 0 0
2 3 : 0 0
Hora do dia
100% 90% 80% m 70% u l i 60% e d 50% m 40% e g 30% a t n 20% e c r 10% o P 0% o ã ç a n i
0 : 0 0
1 : 0 0
2 : 0 0
3 : 0 0
4 : 0 0
5 : 0 0
6 : 0 0
7 : 0 0
8 : 0 0
9 : 0 0
1 0 : 0 0
1 1 : 0 0
1 2 : 0 0
1 3 : 0 0
1 4 : 0 0
1 5 : 0 0
1 6 : 0 0
1 7 : 0 0
1 8 : 0 0
1 9 : 0 0
2 0 : 0 0
2 1 : 0 0
2 2 : 0 0
2 3 : 0 0
Hora do dia
65
ANEXO III: Dados das simulações retirados dos arquivos .idf
Exemplo ASHRAE: !-
===========
Location, EASTERN USA, 40, -47.93, -3.00, 500;
ALL OBJECTS IN CLASS: LOCATION =========== !- LocationName !- Latitude {deg} !- Longitude {deg} !- TimeZone {hr} !- Elevation {m}
!-============================== DIAS DE PROJETO =============================== DesignDay, EX-ASHRAE, !- Name 35, !- Max Dry-Bulb {C} 11.00, !- Daily Temp Range {C} 25.0, !- Wet-Bulb at Max {C} 95000, !- Barometric Pressure {Pa} 3.20, !- Wind Speed {m/s} design conditions vs. traditional 3.35 m/s (7mph) 90.00, !- Wind Direction {Degrees; N=0, S=180} 1.00, !- Clearness {0.0 to 1.1} 0, !- Rain {0-no,1-yes} 0, !- Snow on ground {0-no,1-yes} 21, !- Day of Month 7, !- Month SummerDesignDay,!- Day Type 0, !- Daylight Savings Time Indicator Wet-Bulb; !- Humidity Indicating Temperature Type !-
===========
ALL OBJECTS IN CLASS: MATERIAL:REGULAR ===========
MATERIAL:Regular,A7 - 4 IN FACE BRICK, !- Material Name Rough, !- Roughness 0.1000000 , !- Thickness {m} 1.330000 , !- Conductivity {w/m-K} 2002.300 , !- Density {kg/m3} 920.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.9300000 , !- Solar Absorptance 0.9300000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,C9 - 8 IN COMMON BRICK, !- Material Name ELEMENTO DOMINANTE PAREDE EXT SUL E NAS PAREDES INT NORTE E OESTE Rough, !- Roughness 0.2000000 , !- Thickness {m} 0.7200000 , !- Conductivity {w/m-K} 1922.210 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.7200000 , !- Solar Absorptance 0.7200000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,E8 - 5 / 8 IN PLASTER OR GYP BOARD, Smooth, !- Roughness 9.9999998E-03, !- Thickness {m} 0.1600000 , !- Conductivity {w/m-K} 784.9000 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.9200000 , !- Solar Absorptance 0.9200000 ; !- Visible Absorptance
!- Material Name
MATERIAL:Regular,BLBD - PLYWOOD 1 / 4 IN, !- Material Name MediumSmooth, !- Roughness 6.3999998E-03, !- Thickness {m} 0.1100000 , !- Conductivity {w/m-K} 544.6200 , !- Density {kg/m3} 1210.000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.7800000 , !- Solar Absorptance 0.7800000 ; !- Visible Absorptance
66
MATERIAL:Regular,C8 - 8 IN HW CONCRETE BLOCK, EXT NORTE E LESTE Rough, !- Roughness 0.2000000 , !- Thickness {m} 1.030000 , !- Conductivity {w/m-K} 977.1200 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.6500000 , !- Solar Absorptance 0.6500000 ; !- Visible Absorptance
!- Material Name
ELEMENTO DOMINANTE PAREDES
MATERIAL:Regular,C14 - 4 IN LW CONCRETE, !- Material Name ELEMENTO DOMINANTE TETO MediumRough, !- Roughness 0.1000000 , !- Thickness {m} 0.1700000 , !- Conductivity {w/m-K} 640.7300 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.6500000 , !- Solar Absorptance 0.6500000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,A3 - STEEL SIDING, !- Material Name Smooth, !- Roughness 1.5000000E-03, !- Thickness {m} 44.96000 , !- Conductivity {w/m-K} 7688.860 , !- Density {kg/m3} 410.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.2000000 , !- Solar Absorptance 0.2000000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,B3 - 2 IN INSULATION, !- Material Name VeryRough, !- Roughness 5.0000001E-02, !- Thickness {m} 3.9999999E-02, !- Conductivity {w/m-K} 32.03000 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.5000000 , !- Solar Absorptance 0.5000000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,E3 - 3 / 8 IN FELT AND MEMBRANE, Rough, !- Roughness 9.4999997E-03, !- Thickness {m} 0.1900000 , !- Conductivity {w/m-K} 1121.290 , !- Density {kg/m3} 1670.000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.7500000 , !- Solar Absorptance 0.7500000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,E2 - 1 / 2 IN SLAG OR STONE, Rough, !- Roughness 9.9999998E-03, !- Thickness {m} 1.430000 , !- Conductivity {w/m-K} 881.0100 , !- Density {kg/m3} 1670.000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.5500000 , !- Solar Absorptance 0.5500000 ; !- Visible Absorptance
TETO
!- Material Name
!- Material Name
MATERIAL:Regular,E1 - 3 / 4 IN PLASTER OR GYP BOARD, Smooth, !- Roughness 9.9999998E-03, !- Thickness {m} 0.7200000 , !- Conductivity {w/m-K} 1601.840 , !- Density {kg/m3} 830.0000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.9200000 , !- Solar Absorptance 0.9200000 ; !- Visible Absorptance
!- Material Name
MATERIAL:Regular,B7 - 1 IN WOOD, !- Material Name MediumSmooth, !- Roughness 2.0000000E-02, !- Thickness {m} 0.1200000 , !- Conductivity {w/m-K} 592.6800 , !- Density {kg/m3} 2510.000 , !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000 , !- Thermal Emittance 0.7800000 , !- Solar Absorptance 0.7800000 ; !- Visible Absorptance MATERIAL:Regular,A6 - FINISH, MediumSmooth, !- Roughness
!- Material Name
67
9.9999998E-03, 0.4100000 , 1249.440 , 1080.000 , 0.9000000 , 0.5000000 , 0.5000000 ; !-
===========
!- Thickness {m} !- Conductivity {w/m-K} !- Density {kg/m3} !- Specific Heat {J/kg-K} !- Thermal Emittance !- Solar Absorptance !- Visible Absorptance ALL OBJECTS IN CLASS: MATERIAL:WINDOWGLASS ===========
! ID 3 MATERIAL:WINDOWGLASS, CLEAR 6MM, !- Name SpectralAverage, !- Optical Data Type , !- Name of Window Glass Spectral Data Set 0.003, !- Thickness {m} 0.95, !- Solar Transmittance at Normal Incidence 0.01, !- Solar Reflectance at Normal Incidence: Front Side 0.01, !- Solar Reflectance at Normal Incidence: Back Side 0.95, !- Visible Transmittance at Normal Incidence 0.010, !- Visible Reflectance at Normal Incidence: Front Side 0.010, !- Visible Reflectance at Normal Incidence: Back Side 0.0, !- IR Transmittance at Normal Incidence 0.84, !- IR Hemispherical Emissivity: Front Side 0.84, !- IR Hemispherical Emissivity: Back Side 0.9; !- Conductivity {W/m-K} MATERIAL:WINDOWBLIND, BLIND WITH MEDIUM REFLECTIVITY SLATS, !- Name HORIZONTAL, !- Slat orientation 0.025, !- Slat width {m} 0.02, !- Slat separation {m} 0.001, !- Slat thickness {m} 55, !- Slat angle {deg} 0.1, !- Slat conductivity {W/m-K} 0.5, !- Slat beam solar transmittance 0.4, !- Slat beam solar reflectance, front side 0.4, !- Slat beam solar reflectance, back side 0.5, !- Slat diffuse solar transmittance 0.4, !- Slat diffuse solar reflectance, front side 0.4, !- Slat diffuse solar reflectance, back side 0.2, !- Slat beam visible transmittance 0.5, !- Slat beam visible reflectance, front side 0.5, !- Slat beam visible reflectance, back side 0.2, !- Slat diffuse visible transmittance 0.5, !- Slat diffuse visible reflectance, front side 0.5, !- Slat diffuse visible reflectance, back side 0.2, !- Slat IR (thermal) hemispherical transmittance 0.5, !- Slat IR (thermal) hemispherical emissivity, front side 0.5, !- Slat IR (thermal) hemispherical emissivity, back side 0.050, !- Blind-to-glass distance {m} 0.5, !- Blind top opening multiplier 0.5, !- Blind bottom opening multiplier 0.5, !- Blind left-side opening multiplier 0.5, !- Blind right-side opening multiplier 0.5, !- Minimum Slat Angle {deg} 179.5; !- Maximum Slat Angle {deg} !-
===========
ALL OBJECTS IN CLASS: CONSTRUCTION ===========
CONSTRUCTION, ROOF001, !- Name E2 - 1 / 2 IN SLAG OR STONE, !- Outside Layer E3 - 3 / 8 IN FELT AND MEMBRANE, B3 - 2 IN INSULATION, A3 - STEEL SIDING, !- Layer #3 C14 - 4 IN LW CONCRETE; !- Layer #4 CONSTRUCTION, PS001, C14 - 4 IN LW CONCRETE;
!- Name
CONSTRUCTION, PD001, !- Name A7 - 4 IN FACE BRICK, !- Outside Layer C9 - 8 IN COMMON BRICK, !- Layer #2 E1 - 3 / 4 IN PLASTER OR GYP BOARD; !- Layer #3 CONSTRUCTION, PD002, !- Name C8 - 8 IN HW CONCRETE BLOCK, E1 - 3 / 4 IN PLASTER OR GYP BOARD;
!- Outside Layer !- Layer #2
68
CONSTRUCTION, PD003, C9 - 8 IN COMMON BRICK, A7 - 4 IN FACE BRICK;
!- Outside Layer
CONSTRUCTION, JL001, CLEAR 6MM;
!- Name !- Outside Layer
CONSTRUCTION, PORTA001, B7 - 1 IN WOOD, A6 - FINISH;
!- Name
!- Name !- Outside Layer
NTI-CPD: MATERIAL:REGULAR-R, MEMBRANA - FILME PLASTICO, Rough, !0.0005678, !0.9000000, !0.7500000, !0.7500000; !-
!- Name Roughness Thermal Resistance {m2-K/W} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar Absorptance:Visible
MATERIAL:REGULAR, REBOCO 2.5 CM, Smooth, 0.025, 0.2300000, 800.9200, 830.0000, 0.5, 0.5, 0.5;
Name Roughness Thickness {m} Conductivity {W/m-K} Density {kg/m3} Specific Heat {J/kg-K} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar Absorptance:Visible
!!!!!!!!!-
MATERIAL:REGULAR, BLOCO CONCRETO FURADO MEDIO 10 CM, !- Name MediumRough, !- Roughness 0.1000000, !- Thickness {m} 0.5100000, !- Conductivity {W/m-K} 1217.400, !- Density {kg/m3} 830.0000, !- Specific Heat {J/kg-K} 0.9000000, !- Absorptance:Thermal 0.2000000, !- Absorptance:Solar 0.2000000; !- Absorptance:Visible MATERIAL:REGULAR, SONIQUE WAVE 4cm, VeryRough, 0.04, 0.36, 33, 1580, 0.9, 0.5, 0.5;
!!!!!!!!!-
Name Roughness Thickness {m} Conductivity {W/m-K} Density {kg/m3} Specific Heat {J/kg-K} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar Absorptance:Visible
MATERIAL:REGULAR, MADEIRA 2 CM, MediumSmooth, 2.0000000E-02, 0.1200000, 592.6800, 2510.000, 0.9000000, 0.7800000, 0.7800000;
!!!!!!!!!-
Name Roughness Thickness {m} Conductivity {W/m-K} Density {kg/m3} Specific Heat {J/kg-K} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar Absorptance:Visible
MATERIAL:REGULAR, FORRO FIBRA 1.6cm, Smooth, 0.016, 5.0000001E-02, 832.9600, 920.0000, 0.9000000, 0.6,
!!!!!!!!-
Name Roughness Thickness {m} Conductivity {W/m-K} Density {kg/m3} Specific Heat {J/kg-K} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar
69
0.6;
!- Absorptance:Visible
MATERIAL:AIR, ESPAÇO DE AR - FORRO, 0.1700000;
!- Name !- Thermal Resistance {m2-K/W}
MATERIAL:REGULAR, CONCRETO PESADO 15 CM, MediumRough, 0.1500000, 1.720000, 2242.580, 830.0000, 0.9000000, 0.6500000, 0.6500000;
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Name Roughness Thickness {m} Conductivity {W/m-K} Density {kg/m3} Specific Heat {J/kg-K} Absorptance:Thermal Absorptance:Solar Absorptance:Visible
MATERIAL:REGULAR-R, CARPETE COM FIBRAS, !- Name Rough, !- Roughness 0.3600000, !- Thermal Resistance {m2-K/W} 0.9000000, !- Absorptance:Thermal 0.7500000, !- Absorptance:Solar 0.7500000; !- Absorptance:Visible !=========== ALL OBJECTS IN CLASS: CONSTRUCTION =========== CONSTRUCTION, PAR-ALV, !MEMBRANA - FILME PLASTICO, REBOCO 2.5 CM, !BLOCO CONCRETO FURADO MEDIO REBOCO 2.5 CM, !MEMBRANA - FILME PLASTICO;
Name !- Outside Layer Layer #2 10 CM, !- Layer #3 Layer #4 !- Layer #5
CONSTRUCTION, PAR-ALV-ESTUDIO-EXT, !MEMBRANA - FILME PLASTICO, REBOCO 2.5 CM, !BLOCO CONCRETO FURADO MEDIO REBOCO 2.5 CM, !SONIQUE WAVE 4cm; !-
Name !- Outside Layer Layer #2 10 CM, !- Layer #3 Layer #4 Layer #5
CONSTRUCTION, PAR-ALV-ESTUDIO-INT, !- Name SONIQUE WAVE 4cm, !- Outside Layer REBOCO 2.5 CM, !- Layer #2 BLOCO CONCRETO FURADO MEDIO 10 CM, !- Layer #3 REBOCO 2.5 CM, !- Layer #4 SONIQUE WAVE 4cm; !- Layer #5 CONSTRUCTION, DIVISORIA, !MEMBRANA - FILME PLASTICO, MADEIRA 2 CM, !MEMBRANA - FILME PLASTICO;
Name !- Outside Layer Layer #2 !- Layer #3
CONSTRUCTION, PISO ELEVADO SUP, FORRO FIBRA 1.6cm, ESPAÇO DE AR - FORRO, CONCRETO PESADO 15 CM, ESPAÇO DE AR - FORRO, PISO PVC, CARPETE COM FIBRAS;
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Name Outside Layer Layer #2 Layer #3 Layer #4 Layer #5 Layer #6
CONSTRUCTION, FORRO TERREO, CARPETE COM FIBRAS, PISO PVC, ESPAÇO DE AR - FORRO, CONCRETO PESADO 15 CM, ESPAÇO DE AR - FORRO, FORRO FIBRA 1.6cm;
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Name Outside Layer Layer #2 Layer #3 Layer #4 Layer #5 Layer #6
CONSTRUCTION, FORRO/TELHADO1, !- Name TELHA CIMENTO AMIANTO 3 MM, !- Outside Layer ESPAÇO DE AR - HORIZONTAL PARA BAIXO, !- Layer #2 CONCRETO PESADO 15 CM, !- Layer #3 ESPAÇO DE AR - FORRO, !- Layer #4 FORRO FIBRA 1.6cm; !- Layer #5 CONSTRUCTION,
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