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MARINA VASCONCELOS SANTANA Pós-Graduação em Engenharia Civil – Universidade Federal de Santa Catarina
Florianópolis – Avenida Desembargador Vitor Lima, 410, A2 406 – Trindade – 88040.401 [email protected] – [48] 37215185 / [48]99016346
INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS CONSTRUTIVOS NO CONSUMO DE ENERGIA DE EDIFÍCIOS DE
ESCRITÓRIO LOCALIZADOS EM FLORIANÓPOLIS - SC
Monografia apresentada ao Eco_Lógicas: Concurso Catarinense de Monografias sobre Energias Renováveis e Eficiência Energética, promovido pelo Instituto IDEAL.
Florianópolis
2009
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RESUMO
Este trabalho avalia a influência de parâmetros construtivos no consumo de energia em edifícios de escritório. Essa avaliação foi realizada através de simulações computacionais utilizando o programa EnergyPlus. Para tal análise, foi modelado um edifício de escritório com características construtivas predominantes levantadas de edificações do centro da cidade de Florianópolis, e simulado com os dados climáticos desta. Os parâmetros considerados foram: os ângulos horizontal e vertical de sombreamento, o entorno, o fator solar dos vidros, o percentual de área de janela na fachada, a transmitância térmica dos materiais, a absortância dos materiais e orientação da edificação. Dessa forma, foram realizadas alterações de cada parâmetro construtivo, enquanto outras características mantiveram-se constantes, assim, avaliou-se a resposta no consumo de energia e os resultados comparados entre si. A cada variação de 10% do percentual de área de janela na fachada, o consumo de energia aumentou em 2,9%. Para a absortância das paredes externas, cada variação de 10% implicou no aumento de 1,9% do consumo de energia. Entretanto, ao se analisar a carga de resfriamento relacionada à transmitância térmica e à absortância do pavimento de cobertura, observaram-se variações significativas. Ao se aumentar a transmitância térmica da cobertura em 10%, implicou-se no aumento da carga de resfriamento em 8%; para a absortância da cobertura, a cada acréscimo de 10%, a carga de resfriamento aumentou em 14%. A simulação dos casos permitiu identificar a influência desses parâmetros da edificação no consumo de energia, auxiliando nas decisões mais adequadas ao clima em estudo a fim de garantir melhores níveis de eficiência energética. PALAVRAS CHAVE: Parâmetros construtivos; Eficiência energética; Simulação computacional.
ABSTRACT The main objective of this paper is to analyze office buildings located in Florianópolis – Brazil, evaluating the influence of construction parameters on their energy consumption using the EnergyPlus computer programme. Thus, a methodology for surveying building parameters to verify the most used characteristics in office buildings in Florianópolis was developed. Based on the collected data, a representative model was developed and used as the base-case for the computer simulations. Alterations in construction parameters were carried out in order to evaluate their influence on the energy consumption. The parameters considered were the horizontal and vertical shading angle, the building surroundings, the solar heat gain factor of glasses (SHGF), the window to wall ratio (WWR), the thermal transmittance (U-value) of components, the absorptance of surfaces and the solar orientation of the building. The analysis was divided in two groups: envelope and HVAC efficiency. For the envelope, by increasing the WWR by an increment of 10%, the annual energy consumption increased by 2.9%. Regarding the external walls absorptance, an increment of 10% implied an increase of 1.9% on the energy consumption. However, by analysing the cooling load related to the roof thermal transmittance and the absorptance of the roof tiles, significant variations were observed on the top floor. By increasing the roof thermal transmittance in 10%, an increase of 8% on the cooling load was observed on the top floor; and by increasing the absorptance of the roof tiles in 10%, an increase of 14% on the cooling load was observed. Results helped identify the influence of construction parameters on the energy consumption of office buildings, as well as the decision-making by providing appropriate measures according to the climate to guarantee better levels of energy efficiency. KEY WORDS: Construction parameters; Energy efficiency; Computer simulation.
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SUMÁRIO RESUMO/ABSTRACT .................................................................................................................... ii 1.INTRODUÇÃO............................................................................................................................... 1 2.OBJETIVO...................................................................................................................................... 1 3. METODOGIA................................................................................................................................ 2 3.1. Levantamento de dados.............................................................................................................. 2 3.1.1. Levantamento dos edifícios de escritório.................................................................................. 2 3.1.2. Levantamento das tipologias construtivas................................................................................. 2 3.1.3. Orientação solar dos edifícios.................................................................................................... 2 3.1.4. Determinação da forma.............................................................................................................. 2 3.1.5. Elementos de proteção solar...................................................................................................... 3 3.1.6. Levantamento das absortâncias das paredes externas............................................................... 3 3.1.7. Levantamento das atividades profissionais............................................................................... 3 3.1.8. Levantamento do padrão de ocupação e uso de equipamentos................................................. 3 3.1.9. Estimativa da densidade de carga interna de equipamentos...................................................... 3 3.2. Definição da tipologia predominante........................................................................................ 4 3.3. Simulações termo-energéticas.................................................................................................... 4 3.3.1. Fator de projeção....................................................................................................................... 5 3.3.2. Entorno...................................................................................................................................... 5 3.3.3. Fator solar dos vidros................................................................................................................. 5 3.3.4. Percentual de área de janela na fachada.................................................................................... 6 3.3.5. Transmitâncias térmicas............................................................................................................ 6 3.3.6. Absortâncias das paredes externas............................................................................................. 6 3.3.7. Orientação solar......................................................................................................................... 6 4. Resultados....................................................................................................................................... 6 4.1.1. Distribuição e número de edifícios de escritório ...................................................................... 7 4.1.2. Número de pavimentos tipo, forma, proporção e área............................................................... 7 4.1.3. Orientação das fachadas............................................................................................................ 7 4.1.4. Orientação e área das aberturas................................................................................................. 8 4.1.5. Elementos de proteção solar...................................................................................................... 8 4.1.6. Cores dos edifícios de escritório................................................................................................ 8 4.1.7. Detalhes construtivos................................................................................................................. 8 4.2. Padrão de ocupação e uso de equipamentos............................................................................. 9 4.2.1. Atividades profissionais nos edifícios de escritório.................................................................. 9 4.2.2. Padrão de ocupação .................................................................................................................. 9 4.2.3. Padrão de uso dos equipamentos............................................................................................... 9 4.2.4. Monitoramento dos equipamentos............................................................................................. 10 4.3. Tipologia predominante......................................................................................................... 10 4.3.1. Distribuição dos PJFs na tipologia predominante..................................................................... 10 4.3.2 Características da tipologia predominante.................................................................................. 10 4.4. Simulações termo-energéticas.................................................................................................... 11 4.4.1. Simulação da tipologia predominante: caso base...................................................................... 11 4.4.2. Variações do fator de projeção das proteções solares............................................................... 11 4.4.3. Variações do entorno ................................................................................................................ 12 4.4.4. Variações do fator solar dos vidros........................................................................................... 13 4.4.5. Variações do PJF....................................................................................................................... 13 4.5.6. Variações da transmitância térmica........................................................................................... 14 4.4.7. Variações da absortância........................................................................................................... 16 4.4.8. Variações da orientação............................................................................................................. 17 4.5. Síntese dos resultados................................................................................................................. 18 5. CONCLUSÃO................................................................................................................................ 18 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................. 19
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1. INTRODUÇÃO
A correta escolha de parâmetros construtivos dá ensejo à eficiência energética e,
consequentemente, à economia de energia e à redução dos impactos ambientais.
Ünver et al. (2004) e Oral et al. (2004) desenvolveram métodos que aborda a otimização do
desempenho de edificações na Turquia, em função de elementos que compõem o envelope
construtivo. Yang et al. (2008) criaram envelopes genéricos de edificações na China, considerando
zonas diferenciadas, e apresentaram o desempenho térmico e energético de cada envelope.
Um dos parâmetros mais significativos no consumo de energia está relacionado à abertura de
janela. Segundo Ghisi e Tinker (2005), grandes áreas de janela têm a inconveniência de permitir
ganhos ou perdas excessivas de calor. Logo, para amenizar o desconforto, torna-se mais intenso o
uso de sistema de ar condicionado, aumentando o consumo de energia. Num estudo realizado em
Netherlands, Bokel (2007) concluiu que houve redução na demanda de energia, na ordem de 1400
kWh/ano, com a utilização da combinação adequada de posição, de tamanho, de forma e de
sistemas de abertura. Ademais, Lam (2000) verificou que os ganhos de calor através da janela
representam quase 50% dos ganhos através do envelope da edificação.
O estudo das características do envelope de um edifício de apartamentos energeticamente
eficiente, de Cheung et al. (2005), mostra que, com redução de 30% da absortância à radiação solar,
pôde-se alcançar redução de 12,6% da carga de resfriamento. Num trabalho realizado em Hong
Kong, por Cheng e Givoni (2005), verificaram-se variações de temperaturas internas de até 12ºC, de
acordo com a absortância à radiação solar utilizada.
Na Turquia, Oral e Yilmaz (2006) e Aksoy e Inalli (2002) revisaram valores limites de
transmitância térmica relativamente à forma e à orientação solar de edificações, com o intuito de
alcançar conforto térmico e, consequentemente, conservar energia.
Simulação termo-energética é um método vastamente utilizado para analisar a influência dos
parâmetros construtivos no consumo de energia (LAM e HUI, 1993). Iqbal et al. (2007)
investigaram medidas de conservação de energia, em edifícios de escritório na Arábia Saudita,
donde concluíram que uma edificação pode reduzir o consumo anual de energia em até 36%.
A despeito da realização de estudos objetivando a avaliação dos parâmetros que estão
relacionados ao consumo de energia, necessita-se de um diagnóstico acerca da realidade construtiva
do Brasil e da utilização de edificações relativamente à eficiência energética. Frequentemente, a
falta de conhecimento, aliada à falta e de consciência dos profissionais, dá azo a escolhas
inadequadas, que não contribuem para a redução do consumo de energia.
2. OBJETIVO
Este trabalho tem como objetivo principal diagnosticar a situação de edifícios de escritório
localizados no município de Florianópolis – SC, bem como avaliar a influência de parâmetros
construtivos na racionalização do consumo de energia e no incremento da eficiência energética
desse tipo de edificação.
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3. METODOLOGIA
O método deste trabalho engloba a análise da influência de parâmetros no consumo de energia
em edifícios de escritório, a partir de levantamentos de características construtivas e levantamentos
de ocupação e de uso de equipamentos. De forma geral, consiste em localizar os edifícios de
escritório na cidade de Florianópolis; levantar as características predominantes; levantar as
atividades profissionais e seus padrões de ocupação e de uso dos equipamentos; monitorar alguns
equipamentos utilizados em escritórios; definir uma tipologia predominante; e, finalmente, realizar
simulações termo-energéticas do caso-base e das alterações dos parâmetros que envolvem a
edificação e que influenciam no desempenho energético desta.
3.1. Levantamento de dados
Para a coleta de dados, foram utilizados os resultados dos trabalhos de Minku (2005) e
Moreira (2005), os quais possuem levantamentos necessários à consistência da metodologia deste
trabalho.
3.1.1. Levantamento dos edifícios de escritório
A etapa inicial da coleta de dados consistiu na obtenção do número de edifícios de escritório
particulares, a partir de cinco pavimentos, situados no centro da cidade de Florianópolis. A
Secretaria de Urbanismo e Serviços Públicos (SUSP) forneceu o número de edifícios de serviços
existentes. A distinção entre edifícios de escritório públicos, particulares e comerciais foi realizada
mediante visitas in loco.
3.1.2. Levantamento das tipologias construtivas
Foram analisados 35 edifícios de escritório, dos quais se registrou as principais características,
tais como tipologia, localização, profissionais responsáveis, data de ocupação, número de
pavimentos, dimensões, áreas, orientações, área de janela por fachada, sistemas de aberturas e
elementos de proteção solar, as quais foram generalizadas ao serem transformadas em indicadores
para a simulação. Outros dados construtivos, como tipos de cobertura, lajes e paredes, foram
obtidos somente de 14 edifícios, devido à dificuldade de encontrar projetos na íntegra.
3.1.3. Orientação solar dos edifícios
A posição de cada edificação foi determinada por intermédio da orientação solar de sua
fachada principal, que se aferiu in loco. Com uma bússola, obteve-se o norte magnético dos
edifícios e, para o norte verdadeiro, utilizou-se o programa computacional Declinação Magnética
2.0, disponível no site <www.labeee.ufsc.br>. Para definir a orientação das fachadas determinou-se,
para cada ponto cardeal, um limite de abrangência de 22,5° no sentido horário e anti-horário.
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3.1.4. Determinação da forma
Relativamente à forma, as edificações foram classificadas em retangulares, quadradas e
triangulares, mediante aproximação do formato das plantas dos edifícios com as formas citadas.
3.1.5. Elementos de proteção solar
Os componentes das fachadas dos edifícios que funcionam como elementos de sombreamento
das aberturas, ou partes destas, foram considerados e denominados como elementos de proteção
solar. Entretanto, não se verificou a adequação e a eficiência desses elementos. Mediante registro
fotográfico, distinguiu-se os elementos de proteção solar, como brises, de suportes contínuos para
aparelhos de ar condicionado.
3.1.6. Levantamento das absortâncias das paredes externas
Obtiveram-se as absortâncias das paredes externas dos edifícios por intermédio de medições,
in loco, das respectivas refletâncias, as quais foram realizadas com o aparelho portátil ALTA II.
3.1.7. Levantamento das atividades profissionais
As atividades profissionais da amostra de edificações foram obtidas com visitas in loco,
entrevistas e consultas. Essas atividades foram divididas em modalidades de acordo com a área de
atuação. Tal levantamento serviu para identificar a relevância das atividades e focar as entrevistas
para a etapa de obtenção do funcionamento dos escritórios.
3.1.8. Levantamento do padrão de ocupação e uso de equipamentos
A partir da relevância das atividades profissionais, visitou-se 41 escritórios e destes foram
obtidos os dados de funcionamento, o tempo de permanência dos usuários, a quantidade de usuários
e, por fim, os dias de ocupação. Para este trabalho, utilizou-se o padrão de ocupação médio da
amostra de escritórios.
Registraram-se os horários em que os equipamentos elétricos e o sistema de iluminação foram
ligados e desligados. Obtidos os resultados, tornou-se conhecido o uso dos equipamentos, tanto nos
dias úteis como nos finais de semana e feriados.
3.1.9. Estimativa da densidade de carga interna de equipamentos
Nesta etapa da pesquisa, foram monitorados equipamentos de dois escritórios de advocacia. A
partir desse monitoramento, obteve-se a potência total instalada. Assim, apresentou-se um indicador
de simulação (densidade de carga interna de equipamentos), que é resultado da razão da potência
instalada total pela área do escritório (W/m²).
Determinou-se a potência instalada de todos os equipamentos existentes, com exceção de
lâmpadas, com auxílio do medidor de consumo portátil Yokogawa MCP 5000, que forneceu o
consumo (kWh), a tensão (V) e a potência (kW) de cada equipamento, num determinado período de
tempo estipulado pelo usuário.
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Para as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas, adotou-se a potência nominal e,
relativamente às lâmpadas fluorescentes tubulares, empregou-se a potência nominal mais 20% de
perda pelos reatores. A razão da potência instalada total de iluminação pela área resultou na
densidade de carga interna de iluminação.
3.2. Definição da tipologia predominante
A tipologia predominante constitui-se de características construtivas e funcionais mais
representativas em edifícios de escritório levantados em Florianópolis.
Definida a amostra, analisou-se a freqüência de ocorrência de pavimentos tipo e incidência
das formas encontradas. Avaliou-se também a freqüência de ocorrência das proporções, assim,
definiram-se as dimensões da tipologia predominante a partir da proporção representativa,
juntamente com a área da edificação.
À definição da orientação solar da tipologia predominante, analisou-se a freqüência de
ocorrência das orientações das fachadas principais e das orientações das demais fachadas. Além
disso, verificou-se a existência de elementos de proteção solar nas fachadas da amostra de
edificações.
A partir dos materiais construtivos que constituem as edificações da amostra, tornaram-se
conhecidos alguns indicadores significativos. O valor de fator solar dos vidros foi calculado com
base em dados dos componentes obtidos de catálogos de fabricantes e da biblioteca de materiais do
programa EnergyPlus. Obtiveram-se os dados de transmitâncias térmicas das paredes e da cobertura
e suas respectivas capacidades térmicas do procedimento de cálculo apresentado na ABNT (2005).
Os percentuais de área de janela na fachada (PJF) foram limitados por faixas, de 0 a 10%, de
10,1% a 20%, e assim sucessivamente, e analisados por fachada. Para a tipologia predominante,
analisou-se a freqüência de ocorrências dos PJFs conjuntamente, diferenciando somente fachada
principal (fachadas dispostas no alinhamento da rua) de fachadas laterais, independentemente da
orientação solar.
À tipologia predominante, adotou-se o padrão de ocupação médio obtido do levantamento de
funcionamento, permanência e quantidade de usuários, e dias úteis dos 41 escritórios visitados.
Obteve-se o padrão de uso dos equipamentos mediante o levantamento de utilização dos
equipamentos e do sistema de iluminação das salas monitoradas citadas anteriormente.
Obteve-se a densidade de carga interna dos levantamentos in loco e comparada a valores
utilizados em trabalhos similares. O total de carga interna é resultado da quantidade de potência de
iluminação (W/m²), da densidade de carga de equipamentos (W/m²) e da quantidade de pessoas
(pessoas/m²). A taxa metabólica considerada foi de 70 W/m², de acordo com a ISO 7730/94 (1994)
para atividade leve manual realizada em escritórios.
3.3. Simulações termo-energéticas
A simulação computacional foi empregada para avaliar o consumo de energia elétrica, por se
tratar do método mais simplificado de analisar a influência desse consumo em função das alterações
nos parâmetros construtivos.
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Para os dados de entrada no programa de simulação, utilizaram-se os levantamentos de
caracterização construtiva, bem como os padrões de uso e ocupação.
Utilizaram-se, ademais, arquivos climáticos de Florianópolis com dados horários
desenvolvidos no estudo de Goulart et al. (1998) revistos, tratados e compilados por Carlo (2005).
Iniciou-se a simulação termo-energética com a tipologia predominante e, em seguida,
simulou-se as alterações de parâmetros. Mediante alteração de um parâmetro por vez, tornou-se
conhecido o efeito de cada alteração no consumo de energia da edificação.
3.3.1. Fator de projeção
Relativamente às simulações das variações dos elementos de proteção solar, foram simulados
três casos com brises (ângulos de 45°). Os brises utilizados nas simulações são iguais para as
fachadas e dispostos em todas as aberturas da edificação. Foram modeladas placas de 50 cm,
distanciadas verticalmente a cada 50 cm. A Fig. 1 apresenta os croquis dos casos simulados. As
placas foram desenhadas de forma simplificada para a simulação, todas proporcionando a mesma
proteção desejada. Com relação aos brises horizontais, ainda foram simulados dois casos, variando
os ângulos verticais de sombreamento (ângulos de 25º e 65º).
(a) Brise horizontal (AVS45°) (b) Brise vertical (AHS45°) (c) Brise horizontal e vertical (AHVS)
Fig. 1: Características dos casos relacionados ao fator de projeção.
3.3.2. Entorno
Para a análise das obstruções, comuns no entorno das edificações, foram simulados casos em
seis situações distintas. Consideraram-se obstruções que representassem edificações construídas
respeitando o afastamento disposto pela Lei Complementar no 1/97 do Código de Obras de
Florianópolis (Fig. 2).
A altura considerada para as edificações do entorno, é idêntica a altura do edifício que
representa a tipologia predominante. A Fig. 3 apresenta os seis casos que foram simulados para a
análise da influência do entorno no consumo de energia do edifício. Os blocos com hachuras
representam a tipologia predominante.
Fig.2: Afastamento adotado pelo Código
de Obras de Florianópolis.
(a) obstrução NE (b) obstrução NO (c) obstrução SE
(d) obstrução SO (e) obstrução das
fachadas (f) obstrução total
Fig.3: Casos simulados para a análise do entorno.
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3.3.3. Fator solar dos vidros
Considerando-se o vidro adotado para a tipologia predominante, foram avaliados outros
vidros encontrados no levantamento construtivo das edificações (três casos), levando-se em conta
seus respectivos fatores solares (FS).
3.3.4. Percentual de área de janela na fachada
Estabeleceram-se faixas de percentagem à análise do consumo de energia relativamente à
dimensão das áreas de janela. Foram simulados casos com PJFs iguais para as quatro fachadas,
variando de 10% a 100%, em intervalos de 10%, totalizando dez casos.
3.3.5. Transmitâncias térmicas
Tendo em mente o valor adotado para as transmitâncias térmicas da cobertura e paredes do
caso base, foram avaliadas as alterações destas em faixas percentuais de -50%, -25%, 25% e 50%.
Para esses casos, não foram mencionados quais os materiais utilizados, apenas os componentes
construtivos desses materiais para as transmitâncias desejadas. A transmitância e a capacidade
térmica das paredes e da cobertura foram obtidas do procedimento de cálculo apresentado na ABNT
(2005). Foram simulados quatro casos alterando as transmitâncias térmicas da cobertura e quatro
casos alterando as transmitâncias térmicas das paredes externas. Para o último pavimento, mais
sensível às alterações climáticas e construtivas, analisou-se a carga de resfriamento, sabendo-se que
cargas maiores de resfriamento implicam consumo maior de energia.
3.3.6. Absortâncias das paredes externas
À análise das absortâncias das paredes externas, realizaram-se simulações de nove casos, com
as cores obtidas do levantamento in loco. Contudo, para a cobertura, adotou-se a absortância
correspondente à cor do material obtida do levantamento de dados para a tipologia predominante.
Para as simulações das alterações, as absortâncias foram adotadas (20%, 40%, 60% e 80%), pois
não foram obtidas as cores das coberturas da amostra de edificações. Também foi realizada uma
análise da carga de resfriamento somente para o pavimento de cobertura.
3.3.7. Orientação solar
Para as simulações dos casos das alterações da orientação solar, foram consideradas as quatro
orientações principais: norte (0º), sul (180º), leste (90º) e oeste (-90º). Foram simulados quatro
casos e os resultados comparados ao obtido do caso base.
4. Resultados
As informações a seguir referem-se aos resultados obtidos dos levantamentos. Inicia-se com a
localização e distribuição dos edifícios na malha urbana central de Florianópolis e prossegue-se
com os resultados dos levantamentos que constituem o modelo representativo da realidade
construtiva local, ou seja, a tipologia predominante. Também são apresentados os resultados obtidos
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das simulações propostas na metodologia, tais como a simulação da tipologia predominante e de
suas alterações.
4.1. Caracterização da tipologia
4.1.1. Distribuição e número de edifícios de escritório
Foram considerados apenas os edifícios de
escritório localizados no centro da cidade de
Florianópolis, por ocorrer maior incidência desses
edifícios nessa região da cidade, relativamente à
distribuição na malha urbana. A Fig. 4 apresenta o
mapa do Brasil, a localização da cidade em estudo e
a distribuição dos 35 edifícios de escritórios
privados, dando destaque ao centro de Florianópolis.
Fig.4: Mapa do Brasil, destacando o município de Florianópolis e indicação da distribuição dos edifícios de escritório no centro da cidade.
A data de ocupação desses edifícios varia entre 1974 e 2003. 4.1.2. Número de pavimentos tipo, forma, proporção e área
Houve variação entre 7 e 17 pavimentos dos edifícios de escritório, porém, nesta análise,
consideraram-se apenas os pavimentos tipo. Dentre esses, ocorre variação entre 5 e 12 pavimentos,
sendo que a maior incidência é de 11 pavimentos, representando 28,6% dos edifícios analisados.
Relativamente à forma das edificações, foram encontradas 22 retangulares, 8 quadradas, 3
triangulares e 2 irregulares. Das edificações, 90% das formas retangulares possuem suas
profundidades iguais ou superiores ao dobro de suas larguras. A primeira ocorrência na análise das
proporções corresponde a 32% das edificações com profundidade igual ao triplo da largura.
Do número de escritórios existentes nos pavimentos tipo, 34,2% dos edifícios possuem até 2
escritórios por pavimento. O pé direito adotado foi de 2,7m, média aritmética dos valores obtidos do
levantamento. A maioria dos edifícios possui área do pavimento tipo igual ou inferior a 500m². A
primeira ocorrência que corresponde ao intervalo de área de 100m² a 300m², representa 57% dos
edifícios analisados. Em seguida, representando 37%, encontra-se o intervalo entre 300,1m² e
500m².
4.1.3. Orientação das fachadas
Para Florianópolis, adotou-se a declinação magnética de 17º30’, resultado obtido do programa
computacional Declinação Magnética 2.0. Dos edifícios analisados, 49% possuem fachadas
principais voltadas às orientações principais (norte, sul, leste ou oeste) e 51% voltadas às
orientações secundárias (nordeste, sudeste, noroeste ou sudoeste). A ocorrência de orientações é
bem distribuída, embora a primeira e a segunda ocorrência se destaquem, apresentando 22% para a
orientação nordeste e 17% para a orientação sul. Para essa análise, foram contabilizadas 141
fachadas, sendo que 23% são fachadas principais, e 77% são fachadas secundárias. O número de
fachadas principais é superior ao número de edifícios devido à existência de edificações localizadas
em esquinas, que possuem mais de uma fachada principal.
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4.1.4. Orientação e área das aberturas
No conjunto dos edifícios analisados, observa-se que, independente da orientação, 67% deles
possuem PJFs maiores nas fachadas principais. Considerando-se as fachadas principais e
secundárias conjuntamente, a maioria das edificações apresenta um PJF entre 10,1% e 20%, e 77%
das fachadas apresentam PJFs igual ou inferior a 50%.
Dentre as 41 fachadas, 66% apresentam PJF igual ou inferior a 50%, sendo que 34% possuem
PJF na faixa entre 30,1 e 40%. Dentre as 99 fachadas secundárias existentes, 80% apresentam o PJF
igual ou inferior a 50%, sendo que 28% encontram-se entre 10,1 e 20%. Observa-se, ainda, que não
existem fachadas com PJFs superiores a 70%.
4.1.5. Elementos de proteção solar
Dos edifícios analisados em Florianópolis, apenas 22,8% da amostra possuem algum tipo de
proteção solar, sendo que a maioria foi utilizada para fins estéticos.
4.1.6. Cores dos edifícios de escritório
Mediante o levantamento in loco, foi possível obter as cores de 32 edifícios. As cores são
variadas, sendo comum a presença de duas cores nas fachadas (41% da amostra). Em 19 casos
verificou-se apenas uma cor, representando 59% da amostragem. A partir da média da absortância
das cores de mesma tonalidade, observou-se que, dentre as 10 existentes, 70% apresentam
absortância superior a 50%.
4.1.7. Detalhes construtivos
Relativamente ao sistema de abertura, dos 14 edifícios de escritório estudados, 13 possuem
janelas do tipo máximo-ar e apenas 1 possui janela de dois tipos: de correr e máximo-ar. Os
sistemas de abertura tipo máximo-ar permitem ventilação, embora não sejam os mais adequados.
Logo, percebe-se que os edifícios de escritório utilizam tanto o ar condicionado como a ventilação
natural, em razão do tipo de abertura encontrado.
De acordo com os estudos feitos sobre o tipo de parede utilizada nos edifícios, verificou-se
que todos os 14 edifícios possuem paredes externas de tijolo cerâmico. Dentre eles, 13 possuem
tijolo cerâmico de 6 furos, dos quais 7 possuem a cerâmica assentada no sentido horizontal e 6 no
sentido vertical. Apenas um edifício possui tijolo cerâmico de 8 furos. A espessura das paredes
analisadas varia de 15cm a 25cm, a transmitância térmica varia de 2,02W/m²K a 2,49W/m²K e a
capacidade térmica de 158kJ/m²K a 200kJ/m²K (ABNT, 2003).
Dos 14 edifícios analisados, 3 possuem vidro fumê float 6mm, 2 apresentam vidros do tipo
comum 4mm e vidro transparente fumê 4mm. O restante dos tipos de vidro encontra-se em apenas
um edifício, tais como: fumê float 4mm, laminado prata 8mm, película colorida 8mm, laminado
marrom 8mm, vidro laminado 8mm, laminado azul 8mm, e vidro refletivo verde. Os vidros foram
agrupados em 6 tipos.
Dentre os 14 edifícios estudados, a telha de fibrocimento foi encontrada em 4 edifícios,
enquanto 8 deles possuíam apenas laje. O sistema de cobertura mais encontrado foi o terraço com
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laje nervurada preenchida com concreto celular, representando 3 dos 14 edifícios. Em seguida, 2
edifícios possuem lajes treliçadas sob telhados de fibrocimento e 2 possuem lajes nervuradas
preenchidas com tijolo cerâmico. As transmitâncias térmicas das coberturas analisadas variam de
1,93W/m²K a 2,42W/m²K e as capacidades térmicas de 106kJ/m²K a 451kJ/m²K (ABNT, 2003).
4.2. Padrão de ocupação e uso de equipamentos
4.2.1. Atividades profissionais nos edifícios de escritório
A atividade de maior participação percentual foi advocacia, representando 18,6% do total das
atividades. As seis atividades de maior participação dos edifícios, consideradas conjuntamente,
representam 51,4%. A partir do resultado desse levantamento, identificou-se a relevância das
atividades e estabeleceu-se o foco sobre as entrevistas de obtenção do funcionamento dos
escritórios cujas atividades foram mais representativas.
4.2.2. Padrão de ocupação
Neste trabalho, para a tipologia predominante, utilizou-se uma média obtida dos
levantamentos de ocupação. A ocupação média (seis usuários por escritório) foi obtida das médias
de usuários dos escritórios visitados. Com as entrevistas, pôde-se constatar que cada atividade
possui expediente diferenciado, que pode variar no período entre 8h e 20h para os dias úteis. Nos
escritórios visitados, não há expediente nos finais de semana e feriados, e a ocupação é diferenciada
para cada atividade.
O estudo mostrou que 70% dos ocupantes dos escritórios iniciam o expediente às 8h e 75%
finalizam o expediente às 18h. Demonstrou também que o período de intervalo de almoço é muito
variado. A Fig. 05 apresenta a ocupação média obtida. Observa-se ocupação mais intensa no
período das 8h às 12h e das 14h às 18h. Os demais períodos possuem uma ocupação reduzida
devido ao horário de almoço e a horários que comumente não possuem expediente.
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equip
am
ento
s (
%)
Fig.5: Ocupação média dos
escritórios visitados. Fig. 6: Padrão de uso médio para
iluminação Fig.7: Padrão de uso médio para
equipamentos.
4.2.3. Padrão de uso dos equipamentos
O padrão de uso de equipamentos provém do levantamento realizado junto à pesquisa de
padrão de ocupação. Foram obtidos os padrões de uso para cada equipamento encontrado nos
escritórios visitados. Os equipamentos mais comuns encontrados foram aparelhos de ar
condicionado, cafeteiras, computadores, fax, lâmpadas, geladeiras, impressoras, ventiladores, filtro
de água e rádio.
10
Para este trabalho, foi obtido um padrão médio de uso de equipamentos para a tipologia
predominante e outros padrões de uso de equipamentos (Figs. 6 e 7). Observa-se na Fig. 7 que há
uso de equipamentos em todo período. Justifica-se tal uso pela presença de equipamentos que não
são desligados, como a geladeira. Para a iluminação do corredor, foi adotado o uso das 8h às 19h.
4.2.4. Monitoramento dos equipamentos
Para o levantamento da densidade de carga interna de iluminação e equipamentos, dois
escritórios de advocacia foram monitorados (80m² cada). Para as densidades de carga de iluminação
e de equipamentos serem adotadas na tipologia predominante, foram obtidas médias das densidades
adquiridas no monitoramento. Desse modo, a densidade média de iluminação obtida foi de 6,4W/m²
e a densidade média de equipamentos obtida foi de 9,7W/m².
4.3. Tipologia predominante
4.3.1. Distribuição dos PJFs na tipologia predominante
Relativamente à distribuição e definição dos PJFs a serem utilizados na tipologia
predominante, adotou-se a freqüência de ocorrências dos PJFs encontrados no levantamento dos
detalhes construtivos da amostra de edificação. Tem-se que 35% das fachadas principais possuem
PJF entre 30,1% e 40%. Quanto às fachadas laterais, 32% encontram-se na faixa entre 10,1% e
20%. Com relação à orientação, adotou-se a fachada principal voltada para aquela que obteve a
maior incidência na análise das orientações das fachadas principais, no caso, a fachada nordeste,
com PJF de 40%. Já para as fachadas secundárias, adotou-se PJF de 20%.
4.3.2 Características da tipologia predominante
Para a modelagem da tipologia predominante, foram analisados todos os resultados
alcançados dos levantamentos. A tipologia predominante simulada possui 8m de largura por 25m de
comprimento, apresentando uma área de pavimento de 200m², que corresponde ao valor de área de
pavimento mais freqüente do estudo de ocorrência. Dessa forma, o edifício manteve uma proporção
aproximada de 1x3 das edificações retangulares analisadas. A média do pé direito obtido foi de
2,7m. Junto ao estudo de freqüência de ocorrência, obteve-se um edifício com 11 pavimentos
(Fig.8). A forma, a proporção, a área do pavimento e a área das zonas foram obtidas do estudo de
freqüência de ocorrência. O modelo possui 3 zonas térmicas, sendo a frontal e a posterior (88m²
cada) condicionadas, e, por fim, a zona denominada circulação (24m²), não condicionada. A Tab. 1
apresenta a descrição da tipologia predominante.
11
Tab.1: Descrição da tipologia predominante.
Transmitância Térmica (W/m2K)
Paredes 2,47 Cobertura 2,42
Capacidade Térmica [kJ/(m²K)]
Paredes 200 Cobertura 187
Absortância Paredes 0,65
Cobertura 0,70
Vidro Cor cinza
Espessura 6 mm Fator solar 0,83
Ocupação média (m2/pessoa) 14,7
Densidade de carga interna (W/m2)
Iluminação 6,4 Equipamentos 9,7
Caract. do sis. de condicionamento de ar
Tipo Ap. de janela Capacidade de refrigeração (BTU/h) 21.000
Fig. 8: Modelo genérico. COP (Wtérmico/Welétrico) 2,8
O sistema de ar condicionado é formado por um aparelho de ar condicionado em cada
escritório (tipo aparelho de janela), operando durante o horário médio de uso da edificação (8h às
19h), para manter a temperatura interna a 24ºC. Embora as temperaturas sejam amenas no inverno
para o clima analisado, se ocorrerem temperaturas acima de 24ºC nesse período, o sistema é
acionado. Em nenhum caso o sistema de aquecimento é acionado. A taxa de infiltração foi fixada
em uma renovação de ar por hora para o período entre 8h e 19h (0,067m³/s) e 30% dessa taxa para o
período restante.
4.4. Simulações termo-energéticas
4.4.1. Simulação da tipologia predominante: caso base
Na Fig. 9, observa-se o gráfico de consumo em
kWh/m² no decorrer do ano para a tipologia predominante.
O edifício apresenta um consumo anual de energia de
191,8 MWh (87,2 kWh/m²). Claramente, observa-se na
curva da Fig. 25 que o consumo de energia durante o
período de temperaturas mais amenas (junho, julho e
agosto) é reduzido, pois os aparelhos de ar condicionado
não são acionados, nem mesmo para aquecimento, pois no
clima de estudo o inverno não é rigoroso.
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²)
Fig.9: Consumo de energia da tipologia predominante (caso base).
Os consumos anuais do edifício obtidos da simulação, relacionados à iluminação e aos
equipamentos, é de 40,2MWh e 76,2MWh, respectivamente. O percentual de cada um
relativamente ao total de consumo anual de energia é de 21% para iluminação e de 40% para os
equipamentos.
4.4.2. Variações do fator de projeção das proteções solares
A análise da influência no consumo de energia com relação à variação do fator de projeção foi
feita de forma simplificada, contudo, as respostas dos casos analisados foram bem significativas.
12
A Fig. 10 apresenta o consumo de energia
das variações do fator de projeção comparado
ao consumo do caso base. Nota-se que nos cinco
casos apresentados ocorreu uma redução no
consumo de energia. Entretanto, vale ressaltar
que a maior redução no consumo de energia não
significa, necessariamente, que seja o caso ideal,
pois a proteção pode estar barrando em excesso
a entrada de luz no ambiente.
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caso base AVS 45 AVS 25 AVS 65 AHS AHVS Fig.10: Consumo de energia das variações do fator de
projeção.
O brise vertical obteve a menor influência na redução do consumo de energia, ao passo que os
demais casos obtiveram uma redução máxima no consumo de energia de 15,2% para o mês de abril.
A Tab. 2 apresenta o consumo anual de energia com relação ao fator de projeção.
Comparando-se o caso base com o caso que obteve menor consumo anual de energia, nota-se que
houve redução de 10,1 kWh/m².ano (11,6%). Tab.2: Consumo anual de energia com relação ao fator de projeção e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base Brise horizontal Brise
vertical Brise horizontal e
vertical AVS25° AVS45° AVS65° Simulado (kWh/m².ano) 87,2 82,3 79,4 77,1 85,1 77,8
Variação (%) - -5,6 -8,9 -11,6 -2,4 -10,7
Os brises horizontais (ângulo vertical de sombreamento) demonstraram uma relação linear
com o consumo de energia. Ocorreu redução no consumo de energia paralelamente ao aumento do
ângulo vertical de sombreamento.
Observou-se que os casos simulados com proteção solar colaboraram para a redução do
consumo de energia. Contudo, deve-se atentar para a adequação desta ao tipo de clima e,
principalmente, à orientação solar. Para este trabalho, os brises foram considerados iguais para
todas as fachadas. Entretanto, para um melhor desempenho, estes devem ser projetados de acordo
com a orientação solar correspondente a cada fachada.
4.4.3. Variações do entorno
O entorno foi determinado da forma
descrita na metodologia, que foram
apresentados 6 casos. A Fig. 11 apresenta as
curvas de consumo anual do caso base e dos
demais casos simulados. Os casos em que
ocorreram as menores variações do consumo de
energia estão relacionados à obstrução, em
separado, das fachadas NE, SE e SO do caso
base, nas quais não ultrapassam 2% (Tab. 3).
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caso base obstrução NE obstrução NO
obstrução SE obstrução SO obstrução das fachadas
obstrução total
Fig.11: Consumo de energia das variações de entorno.
Da análise das obstruções adotadas separadamente, a maior variação do consumo de energia
ocorreu ao se obstruir a fachada NO, devido à grande incidência de radiação solar nesta. Embora no
período do inverno (junho, julho e agosto) a altitude solar seja menor, o que ocasiona mais
13
sombreamento em função das obstruções do entorno, o consumo é menor do que nos demais
períodos do ano, pois no inverno o uso do ar condicionado é reduzido.
A Tab. 3 mostra o consumo anual de energia relativamente ao entorno. Nota-se pequena
influência no consumo de energia ao analisar as obstruções do entorno individualmente. No entanto,
ao se obstruir todas as fachadas e até mesmo cercar toda a edificação (obstrução total), observa-se
que ocorre redução no consumo de 5,8% e 12,3%, respectivamente. Embora ocasione redução no
consumo de energia, o entorno também possui seus aspectos negativos, como a obstrução da
iluminação natural, a obstrução da ventilação natural e, até mesmo, a obstrução da vista para o
exterior. Tab. 3: Consumo anual de energia com relação ao entorno e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base Obstrução
NE NO SE SO Fachadas Total Simulado (kWh/m².ano) 87,2 86,5 84,4 85,7 87,0 82,1 76,5
Variação (%) - -0,8 -3,2 -1,7 -0,2 -5,8 -12,3
4.4.4. Variações do fator solar dos vidros
Para a simulação das variações dos fatores solares dos vidros, adotaram-se os vidros que
foram encontrados com maior freqüência. Dessa forma, foram simulados: o vidro claro, com fator
solar igual a 0,87; o vidro refletivo prata, com fator solar igual a 0,61; e o vidro refletivo bronze,
com fator solar igual a 0,22. Os resultados foram comparados ao caso base, simulado com vidro
fumê, fator solar igual a 0,83, e PJF de 40% para a fachada nordeste e 20% para as demais fachadas.
A Fig. 12 apresenta a semelhança no
consumo anual de energia das variações do fator
solar dos vidros, exceto o vidro com fator solar
igual a 0,22, que apresentou a variação mais
significativa do consumo, 4,7% no mês de janeiro.
A Tab. 4 apresenta o consumo anual de
energia com relação ao fator solar.
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caso base FS 0,22 FS 0.61 FS 0.87
Fig.12: Consumo de energia em função das variações do fator solar dos vidros.
Nota-se que a maior redução do consumo anual de energia foi de 3,5%. Dessume-se que a
pequena variação da influência do consumo pode ser explicada pelo pequeno valor de PJF adotado
no caso base. Observa-se, ademais, que ocorre acréscimo no consumo de energia, conforme se
aumenta o valor do fator solar dos vidros, embora o acréscimo seja pouco significativo.
Aumentando o fator solar em 0,1, aumenta-se o consumo de energia em 0,65%. Tab. 4: Consumo anual de energia com relação ao fator solar e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base
0,83 Fator solar
0,22 0,61 0,87 Simulado (kWh/m².ano) 87,2 84,1 86,7 87,9
Variação (%) - -3,5 -0,6 0,8
4.4.5. Variações do PJF
Para analisar a influência da área de janelas da fachada no consumo de energia, foram
variados os PJFs em faixas de 10%, igualmente para as fachadas, e comparados ao caso base.
14
A Fig. 13 mostra a variação do consumo
de energia no decorrer do ano com relação aos
PJFs adotados para a análise. Ocorre uma
redução máxima do consumo de 8,5% para PJF
igual a 10% no mês de abril, quando comparada
ao consumo do caso base, e um acréscimo
máximo do consumo de 25,1% para o PJF igual
a 100%, no mês de fevereiro.
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caso base PJF 10% PJF 20% PJF 30%
PJF 40% PJF 50% PJF 60% PJF 70%
PJF 80% PJF 90% PJF 100% Fig.13: Consumo de energia em função das variações dos
PJFs.
Na Tab. 5, observa-se que houve uma redução no consumo de energia de 6,6% para de PJF
equivalente a 10%. Já para o maior valor de PJF, equivalente a 100%, houve um acréscimo no
consumo de energia de 20,4%. Excluindo o caso base e considerando o consumo de energia do PJF
de 10% a 100%, nota-se um acréscimo no consumo de 23,6kWh/m².ano, equivalente a 29%.
Estabelecendo-se correlação do PJF ao consumo de energia, aumentando-se aquele em 10%, há um
acréscimo do consumo de energia de aproximadamente 2,9%. Tab.5: Consumo anual de energia com relação ao PJF e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso Base PJF
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Simulado
(kWh/m².ano) 87,2 81,4 85,1 88,7 91,9 94,9 97,5 99,7 101,6 103,3 105,0
Variação (%) - -6,6 -2,4 17 5,4 8,8 11,8 14,3 16,5 18,5 20,4
4.5.6. Variações da transmitância térmica
Ao analisar a variação no consumo de energia em função das alterações das transmitâncias térmicas das paredes, observou-se a pequena influência deste parâmetro (Fig. 14).
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caso base Upar 50% (3,70W/m²K)
Upar 25% (3,09W/m²K) Upar -25% (1,85W/m²K)
Upar -50% (1,24W/m²K)
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h/m
²)
caso base Ucob 50% (3,63W/m²K)
Ucob 25% (3,03W/m²K) Ucob -25% (1,81W/m²K)
Ucob -50% (1,21W/m²K) Fig. 14: Consumo de energia em função das variações da
transmitância térmica das paredes. Fig. 15: Consumo de energia em função das variações da
transmitância térmica da cobertura. A partir da transmitância térmica obtida para o caso base, foram variadas para mais e para
menos em 25% e 50% do valor. A transmitância térmica obtida para o caso base foi de 2,47W/m²K.
Os demais valores de transmitâncias térmicas obtidos para as simulações estão apresentados na Tab.
6. Nestes casos, os valores das capacidades térmicas adotados foram mantidos ao se alterar as
transmitâncias térmicas, certificando-se que a variação do consumo é proveniente apenas da
alteração da transmitância dos componentes.
Tab. 6: Consumo anual de energia com relação à transmitância térmica das paredes e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base
2,47 W/m².K U - parede
3,70 W/m².K 3,09 W/m².K 1,85 W/m².K 1,24 W/m².K Simulado (kWh/m².ano) 87,2 85,1 85,2 87,6 89,7
Variação(%) - -2,4 -2,3 0,5 2,9
15
Nesse parâmetro, a resposta do consumo de energia com relação às variações das
transmitâncias térmicas das paredes não se comporta como o esperado, tendo em vista que, ao se
aumentar a transmitância térmica, ocorre um acréscimo no consumo de energia. Ao analisar o
balanço térmico dos casos simulados, percebe-se que, ao se aumentar a transmitância térmica,
ocorre perda de calor pelas paredes para o exterior, devido às cargas internas serem elevadas. Com
isso, o calor no ambiente interno é reduzido, o que, consequentemente, implica a redução do
consumo por condicionamento de ar.
A Fig. 15 apresenta as curvas de consumo de energia das variações da transmitância térmica
da cobertura. Nota-se que o consumo do caso base e dos demais casos se assemelha.
A transmitância térmica da cobertura foi obtida da mesma maneira que as transmitâncias
térmicas das paredes. A transmitância térmica da cobertura obtida para o caso base foi de
2,42W/m²K. Os demais valores de transmitâncias térmicas obtidos para as simulações estão
apresentados na Tab.7. Tab. 7: Consumo anual de energia e carga de resfriamento do edifício e do pavimento de cobertura com relação à
transmitância térmica da cobertura e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base 2,42 W/m².K U - cobertura
3,63W/m².K 3,03W/m².K 1,81W/m².K 1,21W/m².K Simulado (kWh/m².ano) 87,2 87,8 87,6 87,1 86,8
Variação (%) - 0,7 0,5 -0,1 -0,5
Carga de resfriamento (kW) Caso base 2,42 W/m².K U - cobertura
3,63W/m².K 3,03W/m².K 1,81W/m².K 1,21W/m².K Edifício simulado 125969 129038 127887 125830 124353
Variação (%) - 2,4 1,5 -0,1 -1,3 Pavimento cobertura 15216 19697 19487 16440 14069
Variação (%) - 29,4 28,1 8,0 -7,5
Comparando-se os casos de menor e maior consumo, obtém-se uma variação de 1,2%.
Observa-se que a redução no consumo de energia é pequena, porém bastante significativa se
comparada proporcionalmente com o comportamento das paredes, visto que a área de cobertura é
menor que a área de paredes. Ao diminuir a transmitância térmica da cobertura em 1W/m²K, ocorre
uma redução no consumo anual de energia na ordem de 0,5%.
Relativamente ao pavimento da cobertura, também foram empregadas as cargas de
resfriamento à análise da transmitância térmica.
A Tab. 7 apresenta os valores de carga de resfriamento do caso base, das variações das
transmitâncias térmicas e, em seguida, os valores de carga de resfriamento do pavimento de
cobertura. Também estão apresentadas as variações de carga de resfriamento com relação à
tipologia predominante e ao pavimento de cobertura. Observa-se que, com relação ao edifício, a
variação máxima de carga de resfriamento foi de 2,4%. Quando é considerado somente o pavimento
de cobertura, ocorre uma variação de carga de resfriamento de 29,4% para uma transmitância
térmica de 3,63W/m²K. Essa análise demonstra que ocorrem pequenas variações de carga com
relação ao edifício. Entretanto, ao se tratar do pavimento que está mais vulnerável às influências da
cobertura, ocorrem variações significativas. Aumentando-se a transmitância térmica, ocorre um
acréscimo na carga de resfriamento.
16
4.4.7. Variações da absortância
Nas simulações do edifício que representa a tipologia predominante, foram estabelecidas
paredes com acabamento superficial de cor cinza (absortância média é igual a 65%). Em relação às
variações observadas no consumo de energia (Fig. 16), quando a absortância varia do valor mínimo
obtido (α=0,19) ao máximo (α=0,9), ocorre aumento no consumo de energia de 15,1%.
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caso base amarela azul begebranco laranja marrom pretarosa verde
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h/m
²)
caso base absortância 20% absortância 40%
absortância 60% absortância 80% Fig.16: Consumo de energia em função das variações da
absortância das paredes. Fig. 17: Consumo de energia em função das variações da
absortância da cobertura. A Tab. 8 apresenta o consumo anual de energia com relação às absortâncias médias das
paredes externas. Observa-se que a menor variação foi da cor branca, com uma redução do
consumo de energia de 8,4%. A maior variação comparada ao caso base foi da cor preta,
alcançando um acréscimo do consumo de energia de 5,5%. Tab. 8: Consumo anual de energia com relação à absortância média das paredes e variação percentual em relação ao
caso base. Consumo Caso base α=65% Branco α=19,0% Amarelo α=39,0% Bege α=39,2% Rosa α=60,7% Simulado
(kWh/m².year) 87,2 79,9 83,4 83,4 85,1
Variação (%) - -8,4 -4,4 -4,4 -2,4
Consumo Laranja α=61,3% Marrom α=74,4% Azul α=74,5% Verde α=85,8% Preto α=92,6% Simulado
(kWh/m².year) 86,8 88,7 89,2 90,6 92,0
Variação (%) -0,5 1,7 2,3 3,9 5,5
O consumo de energia aumenta em função do aumento da absortância das paredes. A cada
alteração de 10% da absortância, ocorre um aumento de aproximadamente 1,9% no consumo de
energia. A alteração da absortância das paredes é uma alternativa de economia de energia
relativamente simples de ser executada, pois, o mais das vezes, basta alterar a tonalidade da pintura
do acabamento externo do edifício. Além disso, esta medida pode ter seu custo quase nulo se for
implementada no período de execução ou reforma da edificação. Desta forma, a economia
alcançada pode ser bastante significativa.
À análise da influência da absortância na cobertura, adotou-se para o caso base uma
absortância de 70%, caracterizando a cor da telha de fibrocimento escura. Na Fig. 17, pode-se
observar que no mês de novembro ocorreram as maiores variações, chegando à redução do
consumo de 6,4% para absortância igual a 20%.
Como mostra a Tab. 9, houve redução do consumo de energia em todos os casos analisados
com absortâncias inferiores às do caso base. Houve aumento no consumo de energia, relativamente
ao caso base, somente para a hipótese da cobertura com absortância de 80%. Ademais,
correlacionado-se parâmetro com consumo, ao se aumentar a absortância em 10%, aumenta-se o
consumo de energia em 1%.
17
Tab. 9: Consumo anual de energia e carga de resfriamento com relação à absortância média da cobertura e variação percentual em relação ao caso base.
Consumo Caso base α=70% α=20% α=40% α=60% α=80% Simulado
(kWh/m².ano) 87,2 82,8 84,6 86,3 88,0
Variação (%) - -5,0 -3,0 -1,0 0,9 Carga de resfriamento
(kW) Caso base α=70% α=20% α=40% α=60% α=80%
Edifício simulado 125969 107660 115210 122429 129479 Variação (%) - -14,5 -8,5 -2,8 2,8
Pavimento cobertura 15216 9083 11502 13962 16485 Variação (%) - -40,3 -24,4 -8,2 8,3
A mesma análise realizada para verificar a influência da transmitância térmica na carga de
resfriamento foi realizada para verificar a influência da absortância considerando-se tão-somente o
pavimento de cobertura. De acordo com dados apresentados na Tab.9, ao se comparar a carga total
dos edifícios, as variações são significativas. No entanto, ao se analisar somente o pavimento de
cobertura, essas variações são maiores, chegando até 40,3% de redução de carga de resfriamento. E
ainda, ao se alterar a absortância em 10%, ocorre uma variação de aproximadamente 14% de carga
de resfriamento no último pavimento.
4.4.8. Variações da orientação
Para analisar a influência da orientação no consumo de energia do edifício, o caso base foi
adotado com suas características fixas: PJF de 40% na fachada principal orientada a nordeste e 20%
para as demais fachadas.
Para os 4 casos simulados, orientou-se a
fachada principal para os principais pontos
cardeais (norte, sul, leste e oeste). Os resultados
de consumo de energia dos casos analisados,
relacionados à orientação, são similares, como
se pode observar na Fig. 18. Vale reforçar que
essa conclusão é válida apenas para o modelo
adotado.
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Jan
Fev
Mar
Abr
Maio
Jun
Jul
Ag
o
Set
Out
No
v
Dez
Co
nsum
o d
e en
erg
ia (kW
h/m
²)
caso base norte sul leste oeste
Fig. 181: Consumo de energia em função das variações das orientações.
A única situação que durante todo o ano apresenta o consumo mais elevado que o caso base é
o edifício com a fachada principal voltada para norte. As demais orientações apresentam oscilações
do consumo de energia decorrentes da altitude solar. No verão, quando a fachada principal está
orientada a leste e a oeste, ocorre redução no consumo de energia em comparação ao caso base, cuja
fachada está voltada para nordeste. Isso ocorre devido às diferenças de hora de sol incidentes nessas
fachadas.
A Tab. 10 apresenta o consumo anual de energia com relação à orientação. Observa-se que o
caso que apresentou maior variação de consumo de energia foi o edifício com a fachada principal
orientada a leste, no qual ocorreu uma redução no consumo de 3,1%. Ao comparar os casos que
obtiveram maior e menor consumo, edifícios com as fachadas principais voltadas para norte e leste,
respectivamente, nota-se acréscimo no consumo anual de 3,6kWh/m², apresentando variação no
consumo de 4,3%.
18
Tab.10: Consumo anual de energia com relação à orientação e variação percentual em relação ao caso base. Consumo Caso base 45° Norte 0° Sul 180° Leste 90° Oeste -90°
Simulado (kWh/m².ano) 87,2 88,1 87,3 84,5 84,7 Variação (%) - 1,0 0,1 -3,1 -2,9
4.5. Síntese dos resultados
A Tab. 11 apresenta síntese dos resultados obtidos, indicando os principais parâmetros
construtivos que mais influenciam no consumo de energia e na carga de resfriamento para o caso da
análise da transmitância térmica e da absortância da cobertura para o último pavimento. Tab. 11: Variações do consumo de energia e carga de resfriamento com relação aos parâmetros construtivos.
Variação do parâmetro construtivo Variação do consumo de energia Consumo anual de energia (kWh/m².ano) Mínimo Caso base Máximo
10% Percentual de janela na fachada (PJF) 2,9% 81,4 87,2 105,0 10% absortância das paredes 1,9% 79,9 87,2 92,0
10° Ângulo vertical de sombreamento (AVS) 1,8% 77,1 87,2 82,3 10% absortância da cobertura 1,0% 82,8 87,2 88,0
0,1 fator solar 0,6% 84,1 87,2 87,9 10% transmitância térmica das paredes 0,5% 85,1 87,2 89,7 10% transmitância térmica da cobertura 0,1% 86,8 87,2 87,8
Variação do parâmetro construtivo Variação da carga de resfriamento Carga de resfriamento (kW)
Mínimo Caso base Máximo 10% transmitância térmica da cobertura 8% (pavimento de cobertura) 14069 15216 19697
10% absortância da cobertura 14% (pavimento de cobertura) 9083 15216 16485
5. CONCLUSÃO
A proposta metodológica de levantamentos de dados, de definição de um modelo
representativo da realidade construtiva e das simulações termo-energéticas, apresenta-se apropriada
à análise do desempenho energético de edificações.
De acordo com a literatura revista e com os resultados obtidos neste trabalho, verifica-se a
importância da escolha dos materiais e da adequação da edificação ao clima local para o alcance de
melhores níveis de eficiência energética. Esses aspectos influenciam no consumo de energia de
edificação, porquanto devem ser considerados na fase inicial de projeto. Muitas vezes, estudos e
medidas simples implicam redução significativa do consumo de energia.
Em decorrência do trabalho apresentado, demonstraram-se os parâmetros que mais
influenciaram no consumo de energia. Dentre esses, os que mais se destacaram foram o percentual
de área de janela na fachada, a absortância das paredes externas e a presença de proteção solar nas
aberturas. Ressalta-se que as análises foram realizadas especificamente para uma tipologia
predominante, localizada na cidade de Florianópolis, em cuja definição se buscou a maior
aproximação possível com a realidade construtiva local. O estudo auxilia, destarte, na obtenção de
meios de adequar esse tipo de edificação ao clima e na garantia de melhores níveis de eficiência
energética.
19
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