Ar condicionado
Iluminação, climatização e desempenho energético das edificações
Simulação computacional pode estimar comportamentos visual, térmico e energético
postado em: 24/03/2016 12:34 h atualizado em: 24/03/2016 15:41 h

A simulação é um modelo computacional no qual todos os processos térmicos e energéticos são contabilizados e integrados entre si, como o sistema de condicionamento de ar, iluminação artificial e natural, pessoas, equipamentos (cargas internas), entre outros. A utilização de simulação computacional possibilita modelar uma edificação antes de a mesma ser construída ou reformada, permitindo que diferentes alternativas e estratégias sejam investigadas e comparadas entre si, conduzindo à otimização do projeto ou de determinados processos.

Por exemplo, todo cálculo de carga térmica deve incluir a iluminação, pois trata-se de uma fonte que dissipa calor no ambiente, influenciando diretamente no sistema de ar condicionado.

“Hoje é padrão projetistas de ar condicionado incluírem essa potência no dimensionamento, ou pelo menos deveria ser. Toda luminária contribui para o aumento de carga térmica, uma vez que dissipa calor e, dependendo do modelo, com maior potência”, explica Guido Petinelli, diretor da Petinelli Inc.

“Primeiramente devemos deixar os conceitos de lado e partir para quantificar a contribuição de carga térmica dessas duas fontes de iluminação: artificial e natural. Não é possível conciliar esses dois conceitos sem calcular a contribuição de calor de cada um deles, levando em consideração a dimerização contínua ou desligamento do sistema devido a iluminação natural e quantificar o ganho de calor com as opções das áreas envidraçadas. É neste ponto que entram as ferramentas de simulação energética. Como estou falando da interação de dois sistemas, e como eles se comportam e afetam um ao outro, essas ferramentas avançadas para a simulação possibilitam entender isso. Por exemplo, a Aker Solution está construindo uma nova fábrica em São José dos Pinhais (PR) e tem como premissa de projeto o conforto e a eficiência energética. Nosso desafio era projetar a fachada que possibilitasse o maior aproveitamento de iluminação natural sem comprometer o conforto térmico e visual dos ocupantes. Ao simular as diversas estratégias, identificamos que a iluminação natural era uma das melhores medidas para a redução de carga térmica do prédio. Conseguimos reduzir a potência de iluminação artificial em 90% e, consequentemente, uma redução de 12% de carga térmica, ou seja, de 528 TRs (projeto padrão), alcançamos a redução para 315 TRs. Este exemplo ilustra a questão do projeto da fachada, áreas envidraçadas, sombreamento x carga térmica e consumo de energia do sistema de iluminação e ar condicionado. Para esta instalação nós trabalhamos com os seguintes programas: Desempenho termoenergético -  EnergyPlus, eQuest, IES; Sistema de iluminação – Dialux Evo, Radiance, AGI (ElumTools/Revit); Iluminação natural – Diva/Rhino, Ecotect/Radiance/Daysim, EnergyPlus; Ventilação natural – EnergyPlus, DesignBuilder (CFD), IES (CFD)”, explica Petinelli. 

Alberto Hernandez Neto, Prof. Dr. da Poli-USP, acrescenta que hoje o mercado tem ao seu alcance várias ferramentas de simulação e metodologia visando a integração das várias áreas de projeto. “Assim, conseguimos determinar o quanto a iluminação contribui para o aumento da carga térmica no ambiente, por exemplo, e com isso podemos avaliar e minimizar o impacto desse fator para a edificação. A grande vantagem no uso de ferramentas de simulação é justamente neste aspecto. Quando você lança mão da ferramenta de simulação é possível integrar as várias soluções e o impacto combinado. Por exemplo, se quero diminuir a iluminação fluorescente para Led, isso irá impactar num menor consumo do próprio sistema de iluminação e no consumo de todo o prédio e, também, a redução de carga térmica de aquecimento do ambiente, impactando na redução do sistema de climatização, não só capacidade do equipamento, como num menor consumo do próprio ar condicionado. Isso reflete também de maneira secundária possibilitando uma instalação elétrica menor, painéis reduzidos etc. O descrito acima ilustra a diminuição de potência de iluminação. Além de diminuir a parte da potência luminotécnica, ainda posso trabalhar a questão de quando essa iluminação pode ser acionada, e avaliar a iluminação natural nos seus vários aspectos. Neste item entram o controle de dimerização, iluminação difusa por meio de bandejas de luz, brises, persianas automáticas etc.  Com a simulação podemos analisar vários aspectos, permitindo verificar qual o potencial em determinadas situações, não só de redução na potência de lâmpadas, como também o tempo que serão acionadas. Isso implica na redução de carga térmica e na redução do ar condicionado, permitindo fazer uma redução integrada dessas áreas através da simulação, obtendo o menor impacto para a edificação. Acredito que neste ano e no próximo teremos muitos projetos de retrofit para prédios existentes. Cresce a cada dia a necessidade de olharmos essas edificações existentes e melhorar o desempenho com foco na eficiência energética”, aponta Hernandez, lembrando que a simulação vale para retrofits.

Premissas termoenergéticas utilizadas para realizar a simulação do EnergyPlus

Na visão do arquiteto Johnny K. C. Pinho, analisar o impacto na carga térmica por parte de equipamentos, ocupações, materiais e ventilação é fundamental para entender o comportamento térmico do edifício, antes da proposição de qualquer estratégia de projeto visando a eficiência. “Há diversas ferramentas que podem ser utilizadas para a condução da análise de carga térmica: manuais ou digitais, simplificadas ou detalhadas. O primeiro ponto a considerar, contudo, é sempre a tipologia da edificação: um edifício de escritórios terá um impacto maior da iluminação na carga térmica do que um galpão industrial, em que equipamentos de produção serão muito mais representativos do que a iluminação artificial. Se usamos a iluminação natural, ampliamos as áreas envidraçadas e, por consequência, a insolação e a elevação da carga térmica. Como conciliar esses dois conceitos? O resultado no projeto será quase sempre um trade-off. Haverá um ponto ótimo de encontro entre o desempenho da iluminação natural e carga térmica, mas às vezes esse ponto pode ser difícil de ser encontrado. Existem normativas que facilitam o processo por meio de diretrizes que proveem um bom ponto de partida, sendo as mais comuns no mercado brasileiro a Ashrae 90.1, a NBR-15220 e, mais recentemente, a NBR-15575. É importante ressaltar que as normas recomendam estratégias prescritivas de projeto, ou seja, recomendações baseadas em testes com modelos de edifícios padronizados (reais e/ou virtuais) e em condições climáticas e de operação também padronizadas. O seu edifício pode ter bom desempenho utilizando somente as recomendações para envoltória e iluminação das normas, mas também pode desempenhar de uma maneira bem distinta da que você esperava. E isso acontece porque o projeto pode ter condições de localização, insolação, volumetria e operação consideravelmente distintas das que foram consideradas nos modelos das normas. É aí que entram ferramentas mais avançadas de análise, como a simulação computacional, para conciliar as soluções visuais e térmicas”.

Pinho diz ainda que a melhor maneira de diminuir a carga térmica e, consequentemente, o tamanho do sistema de climatização por meio da iluminação artificial é utilizar automação com a iluminação natural, se o edifício possuir aberturas médias ou amplas nas fachadas, associada à diminuição da potência relativa (W/m²) das lâmpadas. Existem soluções de sensores fotossensíveis no mercado para quase todos os bolsos, mas a melhor alternativa sempre vai depender de uma análise prévia de desempenho para determinar a melhor relação custo benefício do sistema.

“Durante muitos anos a palavra automação gerou calafrios no mercado, sobretudo nos gerentes de facilidades, devido aos problemas constantes de operação dos sistemas. Entretanto, as tecnologias disponíveis atualmente são bem mais confiáveis e os problemas de operação têm sido reduzidos consideravelmente. Mesmo sem a adoção de automação, somente a redução da potência relativa das lâmpadas já é uma estratégia que pode contribuir para a diminuição da carga térmica”, comenta o arquiteto.

Sobre a elevação da carga térmica, a Dra. em arquitetura e urbanismo pela FAU-USP, pesquisadora do LABAUT e Profa. na FADAF– MT, Erica Umakoshi, informa que o dimensionamento das aberturas influi no alcance da iluminação natural dentro dos ambientes. No entanto, cabe lembrar que existe um limite para esse alcance e não adianta projetar uma fachada de cortina de vidro para uma planta profunda, pois ainda haverá a necessidade de iluminação artificial.

“Quando projetamos as áreas envidraçadas de uma edificação devemos primeiramente identificar a orientação desta. A partir daí, devemos buscar um sombreamento adequado e, por fim, decidir o tamanho das aberturas. Assim, se mantivermos o mesmo tratamento para todas as fachadas da edificação, teremos, com certeza, um problema de superaquecimento nas fachadas que recebem maior insolação. Sem um estudo de desempenho ambiental fica difícil de afirmar a solução para esse impasse. Cada caso é um caso, já que existem diferentes necessidades para diferentes usos. Existem vários métodos para reduzir o impacto da iluminação artificial sobre a climatização da edificação. Primeiramente devemos verificar a orientação da fachada e o correto sombreamento da mesma, pois só assim haverá o aproveitamento total da iluminação natural. Segundo passo, é preciso dividir o acionamento da iluminação por fileiras ou setores que se distanciam igualmente da fachada, ou seja, um acionamento paralelo à fachada, para que possamos acionar somente as fileiras mais distantes enquanto as fileiras próximas à fachada podem permanecer desligadas enquanto houver iluminação natural. É preciso, no entanto, ressaltar que o sol incidindo sobre o usuário inviabiliza qualquer possibilidade de utilização da iluminação natural, já que queremos luz no ambiente e não sol. Outro fator importante que não podemos nos esquecer é que todo o projeto de iluminação deve ser calculado para atender as atividades desempenhadas no local, assim, para um corredor, não precisamos ter a mesma iluminação de uma sala de reunião, que não terá a mesma iluminação dos postos de trabalho. Com relação aos postos de trabalho, como hoje trabalhamos com o computador, não precisamos da mesma quantidade de iluminação de uma pessoa que trabalha somente com leitura em papéis; com isso, podemos ter uma fonte complementar de iluminação que pode ser acionada somente quando trabalharmos com leitura em papel. Dessa forma, podemos reduzir significativamente a potência instalada de iluminação artificial”, orienta Umakoshi.

Segundo Petinelli, para amenizar os efeitos provocados pela iluminação artificial sobre a climatização da edificação o ideal é reduzir potência. “A questão é como eu reduzo a potência do sistema de iluminação sem sacrificar o desempenho e o conforto. O sistema de iluminação é mais simples que o de ar condicionado. O primeiro passo é avaliar o nível adequado de iluminação e projetar um sistema para fornecer aquele nível, nem menos e nem mais. Quando falo em fornecer menos, refiro-me a sacrificar conforto e segurança, que é inaceitável, e tudo a mais é desperdício. Novamente repito que hoje temos acesso a ferramentas avançadas para simulação luminotécnica, que tem como objetivo fornecer um entendimento detalhado do comportamento da luz no ambiente, modelar fielmente o desempenho dos equipamentos, a distribuição luminosa, as características gerais da luz fornecida e isso possibilita a otimização do dimensionamento. Entende-se por dimensionamento neste caso o conceito e configuração, ou seja, se eu desejo reduzir o consumo do ar condicionado, primeiramente observo a iluminação, pois, nesta última obtenho um ganho duplo: na economia de operação e instalação do sistema de ar condicionado (pela redução de calor no ambiente e de equipamentos) e do sistema luminotécnico. Digo que essa é a inteligência do projeto. Por exemplo, num ambiente de pé direito duplo as ferramentas de simulação possibilitam trabalhar com luminárias a 6 metros de altura distribuídas para atender estações de trabalho ou ainda as suspensas para 3 metros de altura com mesmo nível de iluminância e menor potência. Isso é conceito. O próximo passo é a especificação do equipamento, que pode ser uma luminária Led, por exemplo. Isso foi aplicado no Centro de Distribuição da Coca-Cola, no Rio de Janeiro. O cliente nos pediu para avaliarmos a possibilidade de trabalharmos com iluminação Led na substituição de T5, porém, com melhor custo benefício. Sabemos que a lâmpada Led promete uma eficiência melhor, mas se não acertamos no conceito, no dimensionamento e na especificação eficiente, com certeza o Led consumirá mais que a T5, isto porque o Led é mais eficiente na geração de luz do que a fluorescente, mas o sistema de iluminação não é só a tecnologia, ele é composto pela luminária no contexto que este está sendo utilizado e na distribuição da luz no ambiente. No caso do CD da Coca-Cola, a simulação nos indicou que a melhor solução foi o uso do Led, conseguindo uma redução de potência”, explica o diretor da Petinelli. 

Iluminação natural

“É um grande equívoco achar que iluminação natural significa enormes panos de vidro”, enfatiza a Profa. Dra. Cláudia Naves David Amorim, do Laboratório de Controle Ambiental (LACAM) e Coordenadora da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Brasília (UNB).

Segundo ela é uma grande falácia da arquitetura contemporânea justificar o uso de fachadas envidraçadas para proporcionar boa iluminação natural. Em geral, uma área de vidro entre 25% e 35%, ou no máximo até 50% (se isto for uma premissa estética), da área de fachada é mais que suficiente para uma boa iluminação natural. Outros cuidados são necessários como a boa orientação das aberturas, evitando Oeste, por exemplo; a boa localização das aberturas, distribuindo a luz pelo ambiente (janelas em paredes opostas ou adjacentes proporcionam melhor uniformidade), ambientes pouco profundos, combinados com janelas altas para boa penetração da luz, ter o cuidado de especificar proteções solares onde necessário (isto é imprescindível) etc. Conciliar estes dois conceitos é perfeitamente possível. O vidro não aumenta necessariamente os problemas de carga térmica, desde que usado corretamente.

Simulação do comportamento da carga térmica no ambiente

“A simulação é interessante neste ponto, pois pode ajudar a prever o comportamento térmico e luminoso da edificação e otimizar o projeto para ter um melhor desempenho. A simulação pode mapear onde estão ocorrendo os ganhos e perdas de calor na edificação, onde há pouca ou muita iluminação natural e corrigir isto antes da construção. E também, prevendo o desempenho da iluminação natural, possibilita-se que o projeto luminotécnico seja melhor concebido em função desta. Isto tudo resulta em menor consumo energético dos dois sistemas: iluminação e climatização. A simulação, obviamente, tem limitações, pois trata-se de emular um fenômeno. Mas hoje existem softwares confiáveis, validados por experimentos reais, e com erros previsíveis. É possível então prever com certa precisão o consumo por uso final de energia e entender onde e porque estão acontecendo altos consumos, além de compreender se as temperaturas internas estarão dentro da faixa de conforto, se a iluminação natural e artificial está adequada etc. Para equilibrar a iluminação com a climatização podemos lançar mão de estratégias utilizando áreas envidraçadas não muito grandes, sempre com proteção solar adequada nos vidros, para impedir a entrada de calor solar etc., bom isolamento térmico em coberturas e paredes, no caso de edifícios totalmente climatizados. No caso de climas relativamente amenos, ou de edificações que permitam o uso de climatização passiva (sem ar condicionado), pelo menos em alguns meses no ano, é importante projetar bem as aberturas para ventilação, simulando também o comportamento desta e prevendo se realmente conseguirão prover o conforto térmico. E a iluminação natural, bem projetada, é sempre uma aliada da climatização, pois a luz natural tem maior eficiência luminosa do que qualquer fonte artificial existente no mercado. Isto significa controlar criteriosamente a luz natural e interligar este comportamento com o sistema de luz artificial, para que este complemente-a durante o dia”, orienta Amorim.

“Antes das estratégias, deve-se primeiro determinar a quantidade de iluminação necessária em cada tipo de ambiente, a partir das normas técnicas disponíveis. Em seguida, deve-se avaliar a possibilidade de utilizar a iluminação natural como parte integrante do projeto luminotécnico, respeitando a tipologia da edificação: um edifício de escritórios com planta estreita tem potencial grande quanto à utilização da iluminação natural lateral, enquanto um galpão logístico ou industrial possui maior potencial na iluminação natural zenital”, aponta Pinho.

Se a equipe de projeto optar por utilizar apenas iluminação artificial nos ambientes, a climatização será influenciada pela potência relativa (W/m²) das lâmpadas – menor potência instalada vai significar menos carga térmica por iluminação. Se a opção adotada for um sistema integrado de iluminação (natural e artificial), a porcentagem de aberturas na fachada e na cobertura também terão impacto na carga térmica da climatização, que estará associada diretamente à contribuição da iluminação natural nos espaços.

“Nas estratégias envolvendo iluminação natural, a simulação vai gerar as informações necessárias para o projetista ou consultor determinar as porcentagens de abertura na fachada que reduzem a carga térmica da edificação, a ponto de reduzir o tamanho do sistema de climatização. Os dados gerados também podem servir para determinar o ponto a partir do qual mais abertura na fachada não irá resultar em melhor nível de iluminação, ou em menor consumo de energia devido às luminárias. Na iluminação artificial, a simulação vai gerar as informações para determinar, por exemplo, o ponto a partir do qual uma menor potência instalada das lâmpadas não vai mais gerar reduções significativas na carga térmica. Juntando os dois raciocínios (natural e artificial), o resultado é uma matriz de possibilidades que só pode ser resolvida de maneira eficiente por meio de simulação computacional”, afirma Pinho.  

“O impacto da iluminação natural é representado pela incidência de sol dentro do ambiente, devido à falta de proteção adequada da abertura e a baixa resistência térmica do vidro, ou seja, há uma troca de calor mais intensa pelo vidro do que pelos elementos opacos da construção (as paredes). Dessa forma, dependendo da orientação da janela, devemos primeiramente sombrear adequadamente a abertura, depois calcular o alcance da iluminação natural desejada e a quantidade de calor que vamos ganhar com essa opção. Caso não seja a melhor, ou seja, gasta-se mais energia para o resfriamento do que se economiza pela utilização dessa opção de janela, muda-se o projeto e os cálculos devem ser refeitos, até que se atinja um equilíbrio entre quantidade de luz desejada e baixa carga térmica para refrigeração. Assim, quando trabalhamos com iluminação natural e ar condicionado, devemos pensar numa balança que precisa estar equilibrada, ou seja, todas as nossas decisões vão afetar para um lado ou para o outro”, diz Umakoshi.

“Vale ressaltar que os números que extraímos da simulação de desempenho são parâmetros que vão guiar o projeto e embasar as decisões tomadas. Porém não existe um número ou um programa que possa decidir o que é melhor para o ambiente projetado. Existem muitos programas computacionais que realizam simulações de desempenho. Cada programa tem uma finalidade, tem programas que simulam mecânica dos fluídos, outro que simula desempenho térmico, outro que simula iluminação etc. Assim, cada um deles tem as suas características e peculiaridades. Num programa que simula insolação, por exemplo, podemos observar qual vai ser a trajetória do sol, os períodos de sol e sombra, onde devemos colocar nossos elementos de sombreamento para reduzir a carga térmica interna etc. Nos programas de simulação de carga térmica, temos que especificar todos os materiais construtivos, tipos de abertura, equipamentos, previsão de uso (número de pessoas e horário de funcionamento) etc. Com isso, o programa através de cálculos matemáticos vai nos dar uma previsão de carga térmica para resfriamento e com isso poderemos calcular o consumo de energia pelo ar condicionado. Mas, como dito, é uma previsão porque os usuários não trabalham num período fixo, a iluminação artificial não liga e desliga sempre no mesmo horário, existe uma variação com relação às temperaturas durante o ano, já que as simulações utilizam valores de um ano representativo; se há janelas, estas nem sempre serão abertas e fechadas como colocado na simulação, e assim por diante. Dessa forma, a simulação nos fornece dados possíveis, mas não dados reais; para isso é preciso voltar ao edifício em operação e realizar um estudo com medições e entrevistas, ter acesso às contas de energia, para, então, se ter a real ideia de como o edifício está funcionando. No entanto, infelizmente, não são todos os edifícios em operação que permitem esse tipo de estudo”, lamenta a arquiteta. 

Hernandez Neto diz que as áreas envidraçadas para a entrada da iluminação natural, dependendo da região climática, podem ser uma má ideia: “Por exemplo, em São Paulo, alguns edifícios que foram simulados com vidro duplo não se mostraram eficientes. Digo que o vidro duplo é uma via de mão dupla. Ele pode ser bom para reduzir a radiação solar, mas como trata-se de um vidro muito isolante, o calor armazenado na estrutura da edificação, das pessoas e equipamentos, é liberado após o desligamento do ar condicionado e o vidro duplo ou triplo impede esse calor interno de sair. No dia seguinte o ar condicionado ao ser acionado novamente tem que operar fortemente combatendo esse calor e causando um aumento de consumo desnecessário. Porém, a simulação pode ajudar nessa tomada de decisão.  Um caso bastante emblemático aconteceu na antiga reitoria da USP. Havia um projeto para a redução do consumo de energia e uma das estratégias era a colocação de vidros reflexivos. Ao fazermos a simulação chegamos à conclusão que não valia a pena colocar esse tipo de vidro, pois o tempo de retorno de investimento era muito longo para compensar os custos”. 

Análise do conforto térmico com 100% de área de vidro e com bandeja de luz

Ferramentas de simulação 

As ferramentas de simulação possibilitam quantificar, analisar alternativas e compará-las objetivamente. Os softwares de simulação computacional utilizam algoritmos de cálculo que simplificam os fenômenos físicos que ocorrem nos edifícios e conseguem realizar um número gigantesco de operações matemáticas por segundo. Os algoritmos são baseados nas mesmas equações que seriam utilizadas para a realização de detalhadas análises manuais, que, devido ao tempo que demandariam, inviabilizariam o processo. A vantagem dos programas computacionais, além da redução do tempo de análise e melhor precisão, é a possibilidade da obtenção de resultados considerando diversos fenômenos físicos e estratégias de projeto ao mesmo tempo e com efeito cumulativo, já que a interação entre os sistemas prediais não é linear. Vale ressaltar que os dados de saída da simulação só serão confiáveis se os dados de entrada também foram confiáveis. Questionamentos como “o que modelar”, “para que modelar”, “o quão fiel geometricamente deve ser o modelo” devem fazer parte da fase de planejamento das simulações.

“Atualmente, existem tantas opções de softwares no mercado que fazer uma análise de vantagens e desvantagens aqui seria extenso, então recomendo artigos e discussões contidos no sítio da IBPSA (International Building Performance Simulation Association, www.ibpsa.org). De modo geral, essas ferramentas podem ser desenvolvidas especialmente para análises de desempenho em edificações (DesignBuilder, EnergyPlus, TAS, IES-VE), ou serem parte integrante de softwares destinados a outros usos como, por exemplo, soluções BIM da Autodesk, Graphisoft ou Bentley. A primeira categoria de programas já está consolidada e busca melhor compatibilização entre as diferentes plataformas, mas acredito que a segunda ganhe mais espaço nos próximos anos devido à evolução nos processos de projeto integrado. Contudo, algumas das ferramentas ou plugins presentes nas soluções BIM ainda possuem consideráveis limitações nas simulações, sendo mais recomendáveis para análises de desempenho nas etapas iniciais de projeto devido à praticidade e rapidez. Para análises detalhadas em fase de executivo ou pós-ocupação de desempenho térmico, visual e energético, o primeiro grupo de softwares é, atualmente, o que eu recomendaria. Dois questionamentos que sempre me fizerem: para que serve a simulação e se precisa fazer simulação. A simulação computacional serve para estimar o comportamento visual, térmico ou energético da edificação (ou de partes dela), considerando a interação não-linear dos sistemas prediais aplicáveis, antes de decisões importantes de projeto serem tomadas. A simulação serve, por exemplo, para que a equipe de projeto consiga chegar na volumetria e nos materiais de envoltória que melhor respondem às condições locais de clima, sombreamento e regime de ventos, aumentando a eficiência de uma estratégia de ventilação natural ou reduzindo o consumo de energia por climatização. Pode servir também para estimar o custo mensal de energia do edifício ao longo do ano, de modo que a gestão pós-ocupação tenha alguma referência de desempenho a partir da qual poderá avaliar o seu funcionamento. A necessidade ou não de uma simulação computacional para um projeto ou para uma edificação existente, tipicamente, está associada à tipologia, complexidade volumétrica, de ocupação ou de sistemas prediais, quantidade de dados de entrada e nível de detalhe dos dados de saída. Uma análise de consumo energético de uma edificação naturalmente ventilada não precisa de simulação necessariamente, pois o nível de interação não-linear entre os diversos sistemas prediais consumidores de energia é zero. Nesse caso, a análise de consumo de energia pode ser feita manualmente. Contudo, se há a necessidade de obter o regime de temperaturas internas do ar desta mesma edificação, porque ela precisa apresentar níveis adequados de conforto para seus usuários, a simulação é obrigatória”, diz Pinho.

O Prof. Dr. da Poli-USP diz que hoje o mercado dispõe de bons programas no Brasil como o EnergyPlus, IES, Domus, Ecotect, DesignBuilder, Trace, e o S3E (versão para web).

“Quais são as vantagens de cada um deles? O Energy Plus, por exemplo, é um programa gratuito. É um software que simula a grande maioria de sistemas e estratégias utilizadas em edifícios climatizados e validado para fazer certificações LEED, AQUA, entre outros. A desvantagem é que a interface dele não é muito amigável para um usuário principiante, por exemplo. O DesignBuilder, que é uma interface do EnergyPlus, é pago e possui uma interface mais amigável, de fácil operação.  Os programas IES e Ecotec possuem uma interface muito amigável, de fácil operação, porém o Ecotect, na parte de climatização possui algumas limitações em relação aos sistemas existentes no mercado e de estratégias. Já o IES é basicamente voltado para a área de engenharia, com vários fluxogramas, e diversas simulações para sistemas de climatização. O Domus é um software de simulação mais direcionado para os programas de etiquetagem como o Procel Edifica e limitado em termos de sistemas de climatização. Já o S3E é uma interface para web desenvolvida pela UFSC que utiliza o Energy Plus e oferece algumas simulações simplificadas e de fácil interface, exibindo comparações rápidas, indicado para usuários iniciantes no processo de simulação”, explica Hernandez.

A Profa. Dra. da UnB dá uma dica: “O DOE (Departamento de Energia dos EUA) e a IEA (Agência Internacional de Energia), por exemplo, fazem levantamentos desses softwares e indicam as características de cada um. No geral, eu diria que hoje a grande barreira para o uso dos melhores softwares é a interface, ainda bastante complexa para a maioria dos arquitetos, e há muitas dificuldades de uso, especialmente durante as primeiras fases de projeto, quando as decisões mais importantes são tomadas. Isto dificulta muito o processo e faz com que muitas vezes sejam necessárias grandes correções no final”. 

Profa. Dra. Cláudia Amori, da UnB; Guido Petinelli, da Petinelli Inc.; e Alberto Hernandez Neto, prof. Dr. da POLI-USP

Impacto econômico

Até onde é desejável, diante do fator custo benefício, lançar mão da utilização de vidros eficientes, por exemplo? 

“Não há uma fórmula pronta para amenizar o impacto econômico de vidros de alto desempenho nos projetos, mas a decisão quanto à adoção ou não desses vidros passa, obrigatoriamente, pela análise dos ganhos potenciais que podem ser obtidos a partir dessa estratégia. Uma análise que costuma dar um norte para as equipes de projeto é a comparação, por meio de simulação computacional, entre o consumo de energia com o vidro de alto desempenho e sem ele. A simulação computacional vai considerar as características visuais e térmicas dos vidros modelados juntamente com os outros sistemas prediais da edificação. Essas interações não-lineares entre os sistemas irão gerar consumos energéticos distintos, de modo que é possível calcular se o ganho econômico com a redução da conta de energia compensa o custo adicional do vidro mais eficiente. É importante lembrar que um vidro mais eficiente significa menos carga térmica, além de poder contribuir para uma quantidade maior de luz natural no ambiente e melhor eficiência da iluminação artificial. De maneira geral, vidros que possuem eficiência voltada à iluminação natural podem ser utilizados virtualmente em qualquer realidade climática. Entretanto, outras estratégias de projeto, como sombreamento das fachadas, podem ter efeitos similares na quantidade e na qualidade da iluminação natural. Já os vidros que possuem melhor desempenho térmico têm mais interação com o clima e com os outros sistemas prediais”, informa Pinho.

Petinelli cita o exemplo de um edifício residencial, localizado na cidade de Toledo (PR): “No Edifício Papoulas avaliamos conjuntos de medidas de eficiência energética, buscando viabilidade técnica e econômica. Estudamos o comportamento termoenergético da edificação para eficiência energética e conseguimos um payback de 0.9 ano em medidas de eficiência de envoltória para um sistema de ar condicionado VRF. Os resultados ob­tidos pelas simulações computacionais e possíveis soluções para as áreas privativas possui uma área de vidro considerável na fa­chada e levamos em consideração, para conforto térmico, o SHGC (Solar Heat Gain Coefficient) e o Fator U (coeficiente global de transmissão de calor). O SHGC é a propriedade que determina a transmissão da radiação solar através do vidro, pe­netrando diretamente no ambiente. O fator U é a propriedade que indica a transmissão de calor via condução através da superfície. A ocorrência da sensação térmica de frio e calor du­rante as 8760 horas do ano em cada ambiente pode ser visualizada através dos mapas de desconforto ge­rados a partir das simulações computacionais. O mapa de desconforto da Sala de Estar/Jantar mos­trou que, conforme o valor de SHGC do vidro é redu­zido, as horas de desconforto de calor diminuem enquanto as horas de frio aumentam. A redução de horas de frio e das horas totais de desconforto atra­vés da redução do Fator-U, aplicando o vidro insulado, mostra que há a necessidade de isolar termicamente a envoltória do edifício. A redução do Fator U através da utilização do vidro insulado reduz significativamente as horas de des­conforto. Contudo, mesmo selecionando um vidro insulado, nota-se que as horas de desconforto não satisfazem nenhum dos critérios estabelecidos de conforto térmico. Isto se deve à baixa resistência tér­mica das paredes convencionais em alvenaria. Sendo assim, foram estudadas duas alternativas à alvenaria convencional: a aplicação de isolamento térmico em lã de rocha de 50 mm na superfície in­terna da alvenaria comum com fechamento em dry­wall e a substituição da alvenaria comum por blocos de concreto celular autoclavado (BCCA). Considerando os cenários apresentados conclui-se que a melhor opção é a aplicação dos blocos de concreto celular autoclavado ao invés do isolante térmico. Isto se deve ao elevado custo da utiliza­ção da solução do drywall com isolamento térmi­co. A análise dos mapas de horas de desconforto demonstra que as soluções propostas garantem níveis aceitáveis de conforto térmico para os ocupantes do edifício pelo cri­tério de conforto adaptativo”, conclui Petinelli. 

Ana Paula Basile Pinheiro

anapaula@nteditorial.com.br

 

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