Análise de sensibilidade por meio de experimento fatorial de parâmetros de desempenho térmico de envoltórias de edificações residenciais: contribuição à revisão das normas brasileiras

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Publicada em 19/02/2016

Discente: Camila Carvalho Ferreira

Resumo:

O usual baixo desempenho térmico de edificações residenciais ocasiona o aumento de consumo de energia pelo uso de condicionamento artificial para a obtenção de conforto. Com o intuito de regular o desempenho térmico mínimo de uma edificação, foram instituídas normas nacionais de desempenho, a norma NBR 15.220 e a norma NBR 15.575. Contudo, o Brasil possui uma diversidade climática considerável ao longo do seu território, com diferentes demandas para o desempenho térmico de edificações, em que as variáveis que impactam no desempenho térmico terão influências diferenciadas. Assim, o objetivo deste trabalho é a avaliação daqueles fatores que apresentam maior influência no desempenho térmico de uma edificação residencial multifamiliar para diferentes climas do Brasil. Para tal, a metodologia adotada consiste no emprego do experimento fatorial abrangendo as principais variáveis de desempenho térmico segundo a literatura. As variáveis estudadas são: a transmitância térmica das paredes, a capacidade térmica das paredes, a absortância das paredes, a transmitância térmica dos vidros, a existência de sombreamento, o emprego da ventilação natural, a transmitância térmica das coberturas, a capacidade térmica das coberturas, a absortância das coberturas e a existência de ático ventilado. Optou-se por trabalhar com o experimento fatorial das paredes e coberturas separado em função do número de testes que seriam necessários realizar. Os fatores, conforme o experimento fatorial, foram variados em dois níveis pré-estabelecidos, para que pudesse ser analisada a sua contribuição na variável resposta, as horas de conforto. A resposta do edifício às variações dos fatores em análise foi obtida por meio de simulação computacional para 26 localidades com diferentes climas conforme a classificação climática de Nimer (1979). O caso de estudo adotado foi um protótipo de habitação multifamiliar de seis pavimentos e quatro apartamentos por andar, sendo que cada unidade habitacional possui dois dormitórios, um banheiro, uma sala e cozinha. Verificou-se uma diferença de comportamento térmico entre um dos dormitórios, em razão deste possuir uma área de parede exterior maior que os demais ambientes. Os fatores com maior influência foram a capacidade térmica, a ventilação natural e a absortância para as paredes e a transmitância térmica e a absortância para as coberturas. As recomendações obtidas foram comparadas com as recomendações da norma NBR 15.220 e da norma NBR 15.575 e o que se pode verificar é que o atendimento aos requisitos normativos não garantem condições de conforto térmico para alguns contextos climáticos, principalmente no caso da norma NBR 15.575. Constatou-se assim a necessidade de uma revisão do método de avaliação prescritivo das normas de desempenho que se baseiam fortemente na transmitância térmica da envoltória.

Abstract:

The usual low thermal performance of residential buildings causes increased energy consumption by the use of artificial conditioning to obtain comfort. With the intention of regulate the minimum thermal performance of a building, national performance standards were established, the NBR 15220 and the NBR 15575. However, Brazil has considerable climatic diversity throughout its territory, with different demands for the thermal performance of buildings, in which the variables that impact the thermal performance will have different influences. Thereby, the aim of this work is the assessment of factors which have the greatestinfluence on thethermal performanceof amulti-familyresidentialbuildingfor differentclimatesin Brazil. For this purpose, the methodology adopted the factorial experiment involving the main variables of thermal performance according to the literature. The analyzed variables are: the thermal transmittance of the walls, the heat capacity of the walls, the absorbance of the walls, the thermal transmittance of the glasses, the existence of shading, the use of natural ventilation, the thermal transmittance of the roofing, the heat capacity of the covers, the absorbance of the covers and the existence of ventilated attic.The factorialexperimentwas run forwalls andcovers in separatebased on the numberof tests thatwould be required to conduct. Following the factorial experiment the factors were varied in two preset levels in order to analyze their roles on the response variable, which was the number of hours in thermal comfort. The building'sresponse to variationsof the factorsbeing analyzedwas determined bycomputer simulationfor26locality withdifferent climatesaccording to Nimer’s climate classification.The case of study was a multi-family housing prototype with six floors and four apartments per floor. Each housing unit has two bedrooms, a bathroom, a living room and kitchen. It was observed adifference in the thermal behavior ofone of thebedrooms,since irhasan exterior wallareabigger thanthe other rooms. The factorsmost influentialwerethe heat capacity, thenaturalventilation rate andtheabsorbancefor the walls.For rooftops the factors were the thermaltransmittanceandabsorbance. The comparison among achieved recommendations and those from NBR 15220 and NBR 15575 showed that compliance withregulatory requirementsdo not ensurethermal comfortforsome climaticcontexts, especially in the case ofNBR15575. Since Brazilian thermal performance standards are strongly based on thermal transmittance of the envelope, a review of their prescriptive methods is thought to be needed.

Palavras-chave:

simulação no EnergyPlus, desempenho térmico, experimento fatorial, normas de desempenho térmico

Áreas de Concentração:

- Doutorado: Construção Metálica

Orientadores:

- Henor Artur de Souza
- Eleonora Sad de Assis

Banca Examinadora:

Prof. Henor Artur de Souza, UFOP (Presidente)
Profa. Eleonora Sad de Assis, UFMG
Prof. Adriano Pinto Gomes, IFMG/Ouro Preto
Profa. Cláudia Barroso Krause, UFRJ
Prof. Arlindo Tribess, USP/SP
Prof. Luiz Enrique Zárate Galvez, PUC/MG

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