integração da simulação termoenergética com o processo de projeto

INTEGRAÇÃO DA SIMULAÇÃO TERMOENERGÉTICA COM O PROCESSO DE PROJETO:

A ANÁLISE DE 6 CASOS

PPGAU . UFRN NATAL-RN . 2014

CLARA OVÍDIO DE MEDEIROS RODRIGUES

CLARA OVÍDIO DE MEDEIROS RODRIGUES

INTEGRAÇÃO DA SIMULAÇÃO TERMOENERGÉTICA COM

O PROCESSO DE PROJETO:

A análise de 6 casos

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito à obtenção do título de Mestre.

Orientador: Profº Dr. Aldomar Pedrini

Natal – RN

2014

Catalogação da Publicação na Fonte. Universidade Federal do Rio Grande do

Norte / Biblioteca Setorial de Arquitetura.

Rodrigues, Clara Ovídio de Medeiros.

Integração da simulação termoenergética com o processo de projeto: a

análise de 6 casos/ Clara Ovídio de Medeiros Rodrigues. – Natal, RN,

2014.

127f. : il.

Orientador: Aldomar Pedrini.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do

Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Arquitetura.

1. Edifício – Arquitetura – Dissertação. 2. Simulação termoenergética

– Dissertação. 3. Desempenho termoenergético – Dissertação.

4. Concepção projetual – Dissertação. I. Pedrini, Aldomar.

II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Título.

RN/UF/BSE15 CDU 725

Ao vigésimo oitavo dia do mês de novembro de dois

mil e catorze, no miniauditório do PPGAU/UFRN, realizou-se

a Sessão Pública de Defesa da Dissertação título

INTEGRAÇÃO DA SIMULAÇÃO TERMOENERGÉTICA COM O

PROCESSO DE PROJETO: A análise de 6 casos., de CLARA

OVÍDIO DE MEDEIROS RODRIGUES, visando a obtenção do

grau de mestre.

Data de aprovação: 28/11/2015

Banca Examinadora:

Dr. LUCIANO DUTRA, UNISUL/SC

Examinador Externo à Instituição

Dr. RAONI VENANCIO DOS SANTOS LIMA, UFCG

Examinador Externo à Instituição

Dr. BIANCA CARLA DANTAS DE ARAUJO, UFRN

Examinador Interno

Dr. ALDOMAR PEDRINI, UFRN

Presidente

CLARA OVIDIO DE MEDEIROS RODRIGUES

Mestrando

À Francisco Canindé e Ilzene Rodrigues que sempre me ajudam a ver o real sentido da

vida.

Agradecimentos

À Deus, por ter atendido as rezas de mainha e painho e por sempre arranjar um

tempinho.

Ao amigo e Prof. Aldomar Pedrini pelo suporte no percurso de engrandecimento como

pessoa, arquiteta, pesquisadora e professora.

Aos meus pais e minha irmã, por terem me ajudado a acreditar no meu sonho e pelo

apoio incondicional emocional e financeiro.

Aos professores do PPGAU-UFRN pelos ensinamentos.

Aos pesquisadores e estagiários do LabCon e aos demais amigos pelas contribuições e

companheirismo.

À Júlio e Haroldo, por terem se disponibilizado a colaborar com os estudos de caso.

À Gustavo pela paciência e pelo amor.

Aos meus familiares pelo apoio.

Resumo

Esse estudo consiste da avaliação da integração da simulação termoenergética nas

primeiras fases do processo projetual a partir do estudo de seis casos práticos, com o intuito

de sistematizar o processo de integração, identificar as contribuições das análises

termoenergéticas em cada fase do processo projetual e identificar os parâmetros que

possuem maior impacto no desempenho do edifício. A simulação energética foi realizada por

meio do programa DesignBuilder, o mesmo algoritmo validado do EnergyPlus de predição do

comportamento termoenergético. Essa ferramenta se destaca pela capacidade de modelagem

da interface gráfica, pela saída gráfica de resultados, e pela facilidade de simular o impacto de

alternativas no comportamento da edificação, por meio de parametrização de variáveis. Os

seis estudos de caso selecionados consistem de quatro projetos arquitetônicos em fase de

desenvolvimento e de dois projetos de retrofit, nos quais a autora realiza todas simulações

termoenergéticas, seja como projetista ou como consultora. Os casos foram escolhidos devido

ao comprometimento dos projetistas em atingir edifícios eficientes, à disponibilidade dos

projetistas em relação às consultas, e à possibilidade de acompanhar os projetos desde a fase

de programação arquitetônica. Essas características possibilitaram sistematizar as análises

desde as fases preliminares, auxiliar as escolhas projetuais desde o início do projeto,

subsidiando-as com análises quantitativas, como metas de desempenho. A análise do

desempenho termoenergético da edificação desde as primeiras etapas de projeto mostrou-se

viável, exceto quando o tempo de projetação é exíguo. Verificou-se que a simulação

contribuiu, principalmente, nas fases de estudo preliminar e detalhamento do projeto;

enquanto a fase de pré-projeto pode ser atendida com o uso das estratégias bioclimáticas

quando confiáveis. Foi constatado que cada caso analisado apresentou duas variáveis que se

destacaram em relação às demais devido à dominância sobre o desempenho da edificação.

Essas variáveis mudam de acordo com o projeto, e coincidem com as estratégias bioclimáticas

locais. A adaptação das alternativas de melhoria ao projeto se torna mais acessível quanto

mais inicial a fase projetual. Além disso, quando se trabalha com o arquiteto, a simulação pode

ser utilizada no sentido de provar e convencer; com o projetista de retrofit, no sentido de

quantificar o custo/benefício e o retorno do investimento; e para o arquiteto simulador, para

confirmar o resultado desejado e compor relatório de desempenho ao cliente.

Palavras-chave: Simulação termoenergética; desempenho termoenergético; concepção

projetual.

Abstract

This work consists of the integrated design process analyses with thermal energetic

simulation during the early design stages, based on six practical cases. It aims to schematize

the integration process, identifying the thermal energetic analyses contributions at each

design phase and identifying the highest impact parameters on building performance. The

simulations were run in the DesignBuilder energy tool, which has the same EnergyPlus engine,

validated. This tool was chosen due to the flexible and user friendly graphic interface for

modeling and output assessment, including the parametric simulation to compare design

alternatives. The six case studies energy tools are three architectural and three retrofit

projects, and the author the simulations as a consultant or as a designer. The case studies

were selected based on the commitment of the designers in order to achieve performance

goals, and their availability to share the process since the early pre-design analyses, allowing

schematizing the whole process, and supporting the design decisions with quantifications,

including energy targets. The thermoenergetic performance analyses integration is feasible

since the early stages, except when only a short time is available to run the simulations. The

simulation contributions are more important during the sketch and detail phases. The pre-

design phase can be assisted by means of reliable bioclimatic guidelines. It was verified that

every case study had two dominant design variables on the general performance. These

variables differ according the building characteristics and always coincide with the local

bioclimatic strategies. The adaptation of alternatives to the design increases as earlier it

occurs. The use of simulation is very useful: to prove and convince the architects; to quantify

the cost benefits and payback period to the retrofit designer; and to the simulator confirm the

desirable result and report the performance to the client

Key-words: Thermal energetic simulation; thermal energetic performance; conceptual design.

Lista de Figuras

FIGURA 1 – TELA DO DESIGNBUILDER ................................................................................................................. 20

FIGURA 2 – HIERARQUIA DOS ELEMENTOS DO DESIGNBUILDER ................................................................................ 21

FIGURA 3 – GRÁFICO DE SAÍDA DO DESIGNBUILDER, SIMULAÇÃO PARAMÉTRICA .......................................................... 23

FIGURA 4 – REPRESENTAÇÃO DO PROCESSO PROJETUAL MOSTRANDO OS ESTÁGIOS EM QUE AS DECISÕES QUE INFLUENCIAM

NO DESEMPENHO TÉRMICO DO EDIFÍCIO SÃO TOMADAS .................................................................................. 27

FIGURA 5 – EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO PROCESSO PROJETUAL ................................................................................. 28

FIGURA 6 – FASES NAS QUAIS AS FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS SÃO USADAS PARA AVALIAR O CONSUMO DE ENERGIA DA

EDIFICAÇÃO ........................................................................................................................................... 29

FIGURA 7 – IMPORTÂNCIA DAS DECISÕES PROJETUAIS PARA A FASE DE PRÉ-PROJETO ..................................................... 30

FIGURA 8 – IMPORTÂNCIA DAS DECISÕES ARQUITETÔNICAS PARA A FASE DE ESBOÇO .................................................... 31

FIGURA 9 – IMPORTÂNCIA DAS DECISÕES PROJETUAIS NA FASE DE DETALHAMENTO ...................................................... 32

FIGURA 10 – QUADRO COM AS BARREIRAS IDENTIFICADAS POR WILDE (2003) NO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO DA SIMULAÇÃO

COM O PROCESSO DE PROJETO ................................................................................................................... 36

FIGURA 11 – ENTENDIMENTO DAS FASES DE PROJETO E FASES DE ANÁLISE .................................................................. 38

FIGURA 12 – DIAGRAMA DO MÉTODO PROPOSTO .................................................................................................. 41

FIGURA 13 – DIAGRAMA DA RETROALIMENTAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE ANÁLISE DE PROJETO ...................................... 42

FIGURA 14 – QUADRO DE CASOS SELECIONADOS ................................................................................................... 43

FIGURA 15 - LOCALIZAÇÃO DOS CASOS DESTACADO COM ESTRELAS: (A) BRASIL, RIO GRANDE DO NORTE, CIDADES DE

MOSSORÓ, MAIS A ESQUERDA, E NATAL, MAIS A DIREITA; (B) CASO 1 EM MOSSORÓ; (C) DEMAIS CASOS EM NATAL .. 44

FIGURA 16 – DIAGRAMA ANÁLISE DE PROJETO ...................................................................................................... 47

FIGURA 17 – QUADRO DE PADRÕES (VARIÁVEIS DE OCUPAÇÃO E SISTEMAS) PARA CONFIGURAÇÃO DA SIMULAÇÃO. ............ 49

FIGURA 18 – MATERIAIS UTILIZADOS NO PADRÃO - SISTEMA CONVENCIONAL: PAREDE(A), COBERTURA INCLINADA (B),

COBERTURA PLANA (C), VIDRO (D) E SISTEMA EFICIENTE: COBERTURA INCLINADA (E) E VIDRO VERDE (F) ................... 50

FIGURA 19 – GRÁFICO DE COMPORTAMENTO DE CARGAS TÉRMICA ........................................................................... 54

FIGURA 20 – BALANÇO TÉRMICO........................................................................................................................ 55

FIGURA 21 – VARIAÇÃO DE PARÂMETRO .............................................................................................................. 55

FIGURA 22 – GRÁFICO DE VARIAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ............................................................................... 56

FIGURA 23 – GRÁFICO DE PERCENTUAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ......................................................... 56

FIGURA 24 – GRÁFICO DA PORCENTAGEM DE HORAS EM CONFORTO ......................................................................... 57

FIGURA 25 – EXEMPLO DE GRÁFICO PARA ANÁLISE DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO TÉRMICO DESENVOLVIDO ................... 58

FIGURA 26 – BASE PARA SISTEMATIZAÇÃO DA INTERAÇÃO DO PROJETISTA COM O CONSULTOR NAS FASES DE PROJETO POR

CASO. ................................................................................................................................................... 59

FIGURA 27 – SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO A SER PREENCHIDO E OS SÍMBOLOS DE PREENCHIMENTO ................... 59

FIGURA 28 – RADAR PARA ANÁLISE FOCADA ......................................................................................................... 60

FIGURA 29 – IST EM FASE DE ESBOÇO, FACHADAS FRONTAL (A) E POSTERIOR (B) ......................................................... 62

FIGURA 30 – DESEMPENHO TÉRMICO DO PÁTIO INTERNO: VISTA (A), GRÁFICO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO (B) ... 62

FIGURA 31 – VOLUMETRIA PROPOSTA PARA O IST, VERSÕES 1 (A), 2 (B) E 3 (C) ......................................................... 63

FIGURA 32 – PLANTA BAIXA ORIGINAL DA EDIFICAÇÃO COM AS ODIFICAÇÕES SINALIZADAS EM VERMELHO: PAVIMENTO TÉRREO

(A) E PAVIMENTO SUPERIOR (B) ................................................................................................................. 63

FIGURA 33 – DADOS RECEBIDOS SOBRE O ED. SEDE DA UNIMED NATAL: VOLUMETRIA (A,B); PLANTA BAIXA (C,D),

CONFIGURAÇÃO DAS ABERTURAS (E,F), COMPOSIÇÃO DA LAJE DE COBERTURA (G) E ORIENTAÇÃO, COM DESTAQUE PARA

A EDIFICAÇÃO EM ANÁLISE (H) ................................................................................................................... 64

FIGURA 34 – CASO 2 MODELADO NO DESIGNBUILDER ........................................................................................... 65

FIGURA 35 – GRÁFICO DE CARGAS TÉRMICAS NO EDIFÍCIO DA UNIMED AO LONGO DE UM DIA PARA TESTE DO MODELO ....... 66

FIGURA 36 – GRÁFICO DE CARGAS TÉRMICAS UNIMED – SEGUNDO MODELO .............................................................. 67

FIGURA 37 – DIAGRAMA DE MÁSCARA DE SOMBRA DAS VENEZIANAS: ORIGINAIS (A), SIMPLIFICADAS (B) .......................... 67

FIGURA 38 – GRÁFICO DE CARGA TÉRMICA DA UNIMED – MODELO COM SOMBREAMENTO AJUSTADO ............................. 68

FIGURA 39 – GRÁFICO DE PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – UNIMED, PRIMEIRA SIMULAÇÃO ............ 69

FIGURA 40 – GRÁFICO DE PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – UNIMED, APÓS AJUSTE DA COBERTURA ... 70

FIGURA 41 – GRÁFICO DE CARGAS TÉRMICAS NO EDIFÍCIO DA UNIMED AO LONGO DE UM DIA ........................................ 70

FIGURA 42 – GRÁFICO DA CARGA TÉRMICA DA UNIMED - MODELO COM DENSIDADE DE EQUIPAMENTO E COP AJUSTADOS . 71

FIGURA 43 – GRÁFICO DO HISTÓRICO DO CONSUMO DE ENERGIA DA UNIMED ............................................................. 71

FIGURA 44 – GRÁFICO DO CONSUMO DE ENERGIA X RENOVAÇÕES DE AR - UNIMED ..................................................... 73

FIGURA 45 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA - UNIMED ........................................... 74

FIGURA 46 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – UNIMED .......................................... 74

FIGURA 47 – GRÁFICO DO PERCENTUAL TOTAL DE HORAS EM CONFORTO ................................................................... 75

FIGURA 48 – IMPLANTAÇÃO E MACROZONEAMENTO DO IBRALI .............................................................................. 76

FIGURA 49 - EDIFÍCIO SEDE IBRALI: PERSPECTIVAS VISTA DA FACHADA OESTE(A), DA FACHADA NORTE(B); VISTA DO MIRANTE

(C); E VISTA DO ÁTRIO PARA EXPOSIÇÕES (D) ................................................................................................ 76

FIGURA 50 – ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS UTILIZADAS NO IBRALI ........................................................................... 77

FIGURA 51 – MODELO DO CENTRO BRASIL ALEMANHA DE PESQUISA E SUSTENTABILIDADE ........................................... 78

FIGURA 52 – SEGUNDA MODELAGEM IBRALI ....................................................................................................... 78

FIGURA 53 – GRÁFICO DE CARGAS TÉRMICAS PARA O IBRALI .................................................................................. 79

FIGURA 54 - PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO - IBRALI ................................................................................. 79

FIGURA 55 - GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA - IBRALI ............................................. 80

FIGURA 56 - GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO POR MÊS - IBRALI ................................................... 80

FIGURA 57 – COMPLEXO CULTURAL FUNCART: IMPLANTAÇÃO (A) E VOLUMETRIA (B), EDIFÍCIO ANALISADO EM DESTAQUE 82

FIGURA 58 – MODELO DA FUNCART COM 100% DE PAFT E 0% DE SOMBREAMENTO ............................................... 83

FIGURA 59 – GRÁFICO DE CARGA TÉRMICA DA FUNCART NO CASO DE 100% PAFT E 0% DE SOMBREAMENTO. .............. 83

FIGURA 60 – GRÁFICO DE COMPARAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA PARA CADA CASO ................................................. 84

FIGURA 61 – GRÁFICO DA REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA, COM ÊNFASE NO PAFT............................................... 84

FIGURA 62 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA, COM ÊNFASE NO SOMBREAMENTO ......... 85

FIGURA 63 – GRÁFICO DE CONTRIBUIÇÃO NA CARGA TÉRMICA POSITIVA PARA OS CASOS SIMULADOS ............................... 86

FIGURA 64 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS DE CONFORTO - FUNCART ........................................................... 86

FIGURA 65 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA - FUNCART ....................................... 87

FIGURA 66 – SOMBREAMENTO DA PERSIANA EXTERNA: ESTENDIDA E SEM ROTAÇÃO (A) E ROTACIONADA (B) .................... 88

FIGURA 67 – ELEMENTO DE SOMBREAMENTO SIMPLIFICADO ................................................................................... 89

FIGURA 68 – DADOS DA EDIFICAÇÃO: MODELO 3D PROGRAMA SKETCHUP (A,B) E VISTA DE TOPO DA EDIFICAÇÃO COM A

ORIENTAÇÃO E EXPOSIÇÃO SOLAR DE CADA FACHADA(C) ................................................................................. 90

FIGURA 69 – MODELO SIMULADO - IPASE .......................................................................................................... 91

FIGURA 70 – GRÁFICO DOS GANHOS TÉRMICOS E TEMPERATURAS RADIANTE, DO AR, OPERATIVA E DE BULBO SECO. ........... 91

FIGURA 71 – GRÁFICO DA CARGA TÉRMICA DO IPASE, APÓS AJUSTE DA ROTINA DO CONDICIONAMENTO DE AR. ................ 92

FIGURA 72 – GRÁFICO DE CONTRIBUIÇÃO NA CARGA TÉRMICA POSITIVA PARA OS 6 CASOS SIMULADOS. ........................... 92

FIGURA 73 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – IPASE, PRIMEIRA ANÁLISE. .................. 92

FIGURA 74 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – IPASE, COM AJUSTE DA ILUMINAÇÃO. ... 94

FIGURA 75 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – IPASE, COM AJUSTE DE ROTINA E

SOMBREAMENTO. ................................................................................................................................... 94

FIGURA 76 – GRÁFICO DO BALANÇO TÉRMICO PARA AO LONGO DE UM DIA - IPASE ..................................................... 95

FIGURA 77 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA – IPASE, SEM ILUMINAÇÃO. .................. 95

FIGURA 78 – GRÁFICO DOS GANHOS SOLARES ABSORVIDOS - IPASE ......................................................................... 96

FIGURA 79 – GRÁFICO DO CONSUMO ENERGIA IPASE ........................................................................................... 97

FIGURA 80 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA - IPASE ............................................. 97

FIGURA 81 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO - IPASE................................................................. 98

FIGURA 82 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO A CADA HORA - IPASE .............................................. 98

FIGURA 83 – AABB: FOTOGRAFIA (A) E PLANTAS BAIXAS DO 1º PAVIMENTO (B) E 2º PAVMENTO (C) ............................... 99

FIGURA 84 - GRÁFICO DE CARGA TÉRMICA DA ÁREA DE FESTAS DA AABB ................................................................. 100

FIGURA 85 - GRÁFICO DO BALANÇO TÉRMICO HORÁRIO DA AABB .......................................................................... 101

FIGURA 86 – GRÁFICO DO CONSUMO DE ENERGIA DA AABB POR COMBINAÇÃO DE VARIÁVEIS SIMULADAS ..................... 102

FIGURA 87 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA POR CASO SIMULADO .......................... 102

FIGURA 88 – GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO COM VENTILAÇÃO NOTURNA .................................... 103

FIGURA 89 - GRÁFICO DO PERCENTUAL DE HORAS EM CONFORTO COM JANELAS ABERTAS DURANTE O DIA E A NOITE ........ 103

FIGURA 90 – QUADRO DE SISTEMATIZAÇÃO DA INTERAÇÃO DO PROJETISTA COM O CONSULTOR NAS FASES DE PROJETO POR

CASO .................................................................................................................................................. 105

FIGURA 91 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 1 - FIERN ................................................... 107

FIGURA 92 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 2 - UNIMED ................................................. 107

FIGURA 93 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 3 – CENTRO DE PESQUISA BRASIL - ALEMANHA .. 108

FIGURA 94 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 4 - FUNCART ............................................. 109

FIGURA 95 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 5 - IPASE ................................................... 109

FIGURA 96 – QUADRO SÍNTESE DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO NO CASO 6 - AABB .................................................... 110

FIGURA 97 – GRÁFICO DE CARACTERÍSTICAS DEFINIDAS PELO PROJETISTA X SEU IMPACTO NO DESEMPENHO NO CASO 1 -

FIERN ................................................................................................................................................ 111

FIGURA 98 – GRÁFICO DAS CARACTERÍSTICAS DEFINIDAS PELO PROJETISTA X SEU IMPACTO NO DESEMPENHO NO CASO 2 -

UNIMED ............................................................................................................................................. 112


CENTRO DE PESQUISA ............................................................................................................................ 112


FUNCART .......................................................................................................................................... 113


IPASE ................................................................................................................................................ 113


AABB ................................................................................................................................................ 114

FIGURA 103 – QUADRO RESUMO DE ESTRATÉGIAS UTILIZADAS EM CADA CASO .......................................................... 116

FIGURA 104 - GRÁFICO DA INTERAÇÃO DO ARQUITETO E DO PROJETISTA DE RETROFIT COM A SIMULADORA. ................... 118

FIGURA 105– ESQUEMA DE MODIFICAÇÃO DO CAMPO DE SOLUÇÃO PROJETUAL, ATUAL E DEPOIS DE REDEFINIDAS AS NORMAS

DE DESEMPENHO. ................................................................................................................................. 123

Sumário 1 Introdução ............................................................................................................... 13

1.1 Objetivos ......................................................................................................... 14

1.2 Justificativas .................................................................................................... 15

2 Revisão Bibliográfica ............................................................................................... 16

2.1 Simulação de desempenho energético ........................................................... 16

2.2 A simulação na análise de variáveis ................................................................ 17

2.2.1 Programas .................................................................................................. 20

2.2.2 Climas e estratégias .................................................................................... 23

2.3 Integração de simulações no processo projetual............................................ 24

2.3.1 Mapeamento do processo projetual .......................................................... 25

2.3.2 Confiabilidade e potenciais ........................................................................ 33

2.3.3 Obstáculos e soluções ................................................................................ 34

2.4 Considerações pessoais ................................................................................... 38

3 Método .................................................................................................................... 41

3.1 Seleção de casos .............................................................................................. 42

3.2 Aplicação ......................................................................................................... 45

3.2.1 Pré-análise .................................................................................................. 48

3.2.2 Modelagem ................................................................................................ 52

3.2.3 Análises pós-simulação .............................................................................. 53

3.2.4 Retorno ao projetista ................................................................................. 58

3.3 Análise do processo de integração .................................................................. 58

3.3.1 Processo de integração nas fases de projeto ............................................. 58

3.3.2 Síntese do processo de integração ............................................................. 59

4 Resultados ............................................................................................................... 61

4.1 Caso 1 – Instituto SENAI de Tecnologia em Petróleo e Gás (IST) .................... 61

4.2 Caso 2 – Retrofit do Edifício Sede da Unimed Natal ....................................... 63

4.2.1 Definição do modelo .................................................................................. 64

4.2.2 Identificação das potencialidades .............................................................. 72

4.3 Caso 3 - Edifício do Instituto Brasil-Alemanha de Inovação (IBRALI) .............. 75

4.4 Caso 4 – Complexo Cultural FUNCART ............................................................ 81

4.5 Caso 5 – Instituto de Aposentadoria e Pensão dos Servidores do Estado –

IPASE 89

4.5.1 Modelagem do edifício ............................................................................... 90

4.5.2 Quantificação da redução do consumo de energia ................................... 96

4.6 Caso 6 – Associação Atlética Banco do Brasil – AABB ..................................... 98

4.7 Interação entre análise de desempenho e o processo de projeto ............... 104

4.7.1 Simulação nas fases de projeto ................................................................ 104

4.7.2 Síntese do processo de integração ........................................................... 106

4.7.3 Análise das características definidas pelos projetistas e seu impacto no

desempenho da edificação ............................................................................................... 111

4.8 Comparação entre os casos .......................................................................... 115

4.8.1 Variáveis propostas .................................................................................. 115

4.8.2 Interação entre os projetistas e simuladora ............................................ 116

5 Considerações finais .............................................................................................. 119

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................... 124

APÊNDICE A .................................................................................................................. 128

ANEXO 1 ....................................................................................................................... 129

ANEXO 2 ....................................................................................................................... 130

ANEXO 3 ....................................................................................................................... 131

13

1 Introdução

O projeto de arquitetura vem incorporando cada vez mais estratégias de redução do

impacto ambiental em seu escopo. Dentre as várias possibilidades, destaca-se a integração de

medidas de eficiência energética desde as primeiras fases projetuais. Os recursos mais

recorrentes são o conhecimento empírico do projetista, o emprego de recomendações e

princípios, uso de precedentes arquitetônicos e, cada vez mais, a integração com sofisticadas

ferramentas computacionais.

As ferramentas de simulação do comportamento da edificação proporcionam a

quantificação do desempenho, sobretudo para o atendimento de metas estabelecidas em

normas, selos e etiquetas. Frequentemente são empregadas no final do processo, quando as

características do projeto estão bem definidas. Entretanto, essas mesmas ferramentas podem

contribuir para o processo desde as primeiras fases, quando as decisões mais influentes no

desempenho da edificação são tomadas em meio a processo projetual multidisciplinar, muitas

vezes subjetivo, cujas características variam de acordo com a especificidade do projeto.

Corrobora, ainda o fato de que a arquitetura possui interface com muitas outras disciplinas

(engenharias, sociologia, ecologia, biologia etc) e que o arquiteto possui formação generalista

e, portanto, não conhece a fundo questões mais específicas como é o caso do conforto

ambiental e da eficiência energética. Apesar das dificuldades intrínsecas ao processo projetual

não linear e para o qual não há uma única maneira de chegar ao resultado, o potencial de uso

dessas ferramentas é enorme devido à sua flexibilidade.

Embora os programas de simulação existam há décadas, ainda são pouco difundidos

nos escritórios de arquitetura e frequentemente usados por consultores. Por isso, o processo

de integração da simulação desde as primeiras fases projetuais é pouco conhecido e as

discussões frequentemente se atém às limitações e aos potenciais. São muitas as possiblidades

de interação entre o projetista, a ferramenta e o consultor, decorrentes das metas, do

conhecimento e das restrições projetuais, dentre outros. Além disso, as características do

processo projetual e do uso simulações apresentam diferenças que precisam ser entendidas.

Simulações termoenergéticas consistem na predição do desempenho termoenergético

de um edifício por meio do uso de algoritmos que reduzem fenômenos físicos a um modelo

idealizado, tornando possível, assim, reproduzir o seu comportamento (AUGENBROE, 2003;

WILDE, 2004; HENSEN ,LAMBERTS, 2011). São modelados os processos psicrométricos, de

transferência de calor, da iluminação natural, da acústica, do fluxo de ar no edifício. Os

14

resultados são analisados por meio de parâmetros como: fluxo de calor, temperaturas, e

consumo de energia (WILDE, 2004).

Os primeiros programas de simulação de comportamento térmico de edificações

foram criados na década de 60 para auxiliar o projeto de sistemas de climatização artificial. Os

programas evoluíram para auxiliar a conservação de energia a partir da crise do petróleo em

1972, e para reduzir o impacto ambiental, incentivados pelos protocolos de redução de

emissão de CO2 na atmosfera, nas últimas décadas (KUSUDA, 2001). Gradativamente,

programas que surgiram para engenheiros foram se voltando para arquitetos (WILDE, 2004).

Reconhecidamente, as ferramentas de simulação frequentemente são complexas e estranhas

à pratica projetual (MORBITZER et al., 2001; WILDE, 2004).

No Brasil, os programas de simulação são comumente usados no meio acadêmico

desde a década de 80 e com poucas experiências no mercado de engenharia

(MENDES,LAMBERTS ,NETO, 2001). Com o programa brasileiro de etiquetagem do nível de

eficiência energética de edificações – PBE Edifica –, as simulações passaram a ganhar destaque

como ferramentas de classificação da eficiência energética do edifício, sejam do projeto ou do

edifício construído. Dentre os métodos indicados para se obter a classificação, o método

prescritivo está sendo revisto, visando aperfeiçoamento, e o método de simulação, que possui

maior potencial de fidelidade, ainda é pouco utilizado devido sua complexidade. De acordo

com Rodrigues et al. (2012), além de ser necessário o conhecimento sobre como aplicar o

método, é necessário ainda o domínio do software.

Apesar dos obstáculos, a integração de ferramentas ao processo projetual é cada vez

mais frequente em projetos complexos nos grandes centros, com equipes de consultores.

Como as primeiras decisões arquitetônicas são as mais influentes, há uma motivação por

explorar o potencial do uso das simulações desde as primeiras fases projetuais. No entanto,

para que a simulação seja incorporada no processo projetual, a resposta ao projetista deve ser

rápida e requer que os modelos simulados sejam simplificados com muitas características

estimadas, porque a maioria das decisões arquitetônicas ainda não foram tomadas. Dessa

forma, essa dissertação pretende atingir os objetivos descritos a seguir.

1.1 Objetivos

O objetivo geral é avaliar a integração da simulação termoenergética nas primeiras

fases do processo projetual a partir do estudo de seis casos práticos, visando aplicá-lo na

prática projetual. São desenvolvidos procedimentos de operacionalização e de avaliação do

processo de integração, considerando que a autora dessa dissertação realiza todas as

simulações, na condição de projetista ou de consultora.

15

Os objetivos específicos são:

1) Sistematizar a integração do processo projetual com a simulação termoenergética

desde as primeiras fases projetuais;

2) Identificar as contribuições das análises termoenergéticas em cada fase do processo

projetual;

3) Identificar os parâmetros que possuem maior impacto no desempenho do edifício;

1.2 Justificativas

Há vários motivos para empregar a simulação do desempenho energético de

edificações durante as primeiras fases de projeto. Para que isso aconteça, são necessários

procedimentos de modelagem e análise de dados que contornem os principais obstáculos

encontrados na prática.

Os motivos para uso vão desde respaldar as decisões projetuais em critérios de

desempenho termoenergético e quantificar sua escolha, até a predizer o consumo de energia

de uma edificação nas fases de projeto e o aumento da consciência sobre a questão ambiental

energética no momento das tomadas de decisões (MORBITZER et al., 2001)

Os obstáculos são a falta de ferramentas computacionais apropriadas para arquitetos,

ou modelos apropriados; falta de confiança nos resultados e falta de utilidade e clareza desses

no contexto do projeto; necessidade de um alto nível de expertise para utilizar as ferramentas

de simulação; custos de tempo e dinheiro dos esforços de simulação e problema entre a troca

de informações entre o projetista e o simulador (WILDE, 2004).

Vale ressaltar que as primeiras decisões de projeto frequentemente são as mais

influentes no desempenho energético da edificação. Lima (2007) afirma que a simples troca de

equipamentos pode gerar uma economia de aproximadamente 39% no consumo de energia, já

a incorporação de boas práticas projetuais do ponto de vista da adequação ao clima local,

pode gerar até 60% de economia do consumo de energia.

Espera-se que a necessidade de quantificar o desempenho da edificação desde as

primeiras fases projetuais seja ampliada com a compulsoriedade da Etiqueta Nacional de

Conservação de Energia (ENCE) (BRASIL, 2010). A etiquetagem passou a ser obrigatória para

edifícios públicos em 2014 e, nos próximos anos, devem entrar nesse grupo as edificações

comerciais e de serviço, seguidas pelas residenciais. Com a obrigatoriedade, estima-se que

cada vez mais, melhores níveis de desempenho sejam exigidos pelo mercado. A simulação

pode auxiliar na compreensão desses critérios, desde o início do projeto.

16

2 Revisão Bibliográfica

A simulação tem sido empregada na predição do desempenho energético de

edificações há décadas e por isso o primeiro capítulo apresenta um breve histórico desde sua

criação, sua natureza e suas características. No segundo capítulo são apresentadas as

principais motivações para o uso de programas de simulação, no contexto nacional da

etiquetagem do nível de eficiência energética de edificações e da NBR 15.575 (ABNT, 2013),

dentre outras. O terceiro capítulo apresenta discussões quanto ao uso da simulação integrada

no processo projetual, no sentido de contribuir para que as edificações tenham seu

desempenho energético desde as primeiras fases projetuais. No quarto capítulo, são

apresentadas considerações pessoais no sentido de articular os três capítulos anteriores.

2.1 Simulação de desempenho energético

Os estudos sobre simulação de edifícios se iniciaram na década de 1960, quando os

pesquisadores da área buscavam o desenvolvimento dessa prática com foco na transferência

de energia (WILDE, 2004). Na década de 1970 (CLARKE, 2001, APUD WILDE, 2004) surgem as

ferramentas classificadas como de primeira geração, as quais eram fáceis de operar, mas

muito simplificadas e imprecisas. A geração seguinte, ainda na década de 1970, demostrou-se

mais detalhada e, no entanto, de difícil operação. Apenas na década de 1990, já a quarta

geração há uma melhora significativa na operação (CLARKE, 2001, APUD WILDE, 2004), no

entanto, ainda não apresentavam recursos que facilitassem o uso por arquitetos (VENÂNCIO,

2012).

Simulação é uma das três principais formas de avaliar o desempenho do edifício ou de

partes dele: o monitoramento, realizado por meio da observação direta do comportamento

dos edifícios em operação; a experimental, com medições do desempenho de parte do edifício

e maior controle das condicionantes; e a avaliação computacional, que reproduz o

comportamento do edifício usando equações matemáticas em computadores. A avaliação

computacional permite comparar edifícios diferentes ou variar aspectos do edifício

exatamente sob as mesmas condições, além de predizer o comportamento de edifícios ainda

não construídos (WILDE, 2004).

Para a avaliação computacional, os modelos simulados são desenvolvidos com algum

nível de abstração e, por meio da reprodução dos fenômenos termofísicos em algorítimos de

computador (AUGENBROE, 2003; WILDE, 2004; HENSEN ,LAMBERTS, 2011), chega-se a

17

resultados numéricos, os quais também podem ser apresentados em forma de gráficos

(BLAND, 1992; BOSGRA, 1996, Apud WILDE, 2004).

Os três tipos mais comuns de simulação do consumo de energia do edifício são o

modelo estático, o modelo dinâmico simples e o modelo dinâmico. O primeiro ignora os

aspectos dinâmicos da transferência de calor e é mais indicado para simulações nas quais o

tempo tem pouca influência sobre o resultado. O modelo dinâmico simples considera apenas

parte da dinâmica da transferência de calor, fazendo-o por meio de fatores, ou médias da

temperatura externa, por exemplo. Ele pode ser modelado com base em medições ou nos

resultados de modelos mais complexos. Já o modelo dinâmico mimetiza os aspectos dinâmicos

de transferência de calor em sua totalidade (WILDE, 2004).

2.2 A simulação na análise de variáveis

A simulação possibilita a análise das variáveis de projeto mais influentes no

desempenho energético. O consumo de energia elétrica por uso final em edificações varia

conforme as características arquitetônicas, os sistemas prediais de iluminação e de

condicionamento de ar, e a forma de uso desses sistemas.

Como a maior fração do consumo de energia é frequemente atribuída às instalações

prediais de iluminação e de condicionamento de ar, as variáveis arquitetônicas associadas às

cargas térmicas removidas pelo condicionador de ar e às variáveis associadas à iluminação

natural passam a ter mais impacto do que as eficiências dos próprios sistemas. Simulações do

desempenho energético de ambientes de escritórios, baseado em aproximadamente 40.000

combinações, para o clima de Brisbane/Austrália (similar ao de Florianópolis/SC), indicam que

as características arquitetônicas podem influenciar o consumo de energia em até 72%,

enquanto que as características de condicionamento de ar e de iluminação artificial eficientes

economizam até 48% (PEDRINI, 2003). Simulações do comportamento de hotéis para o clima

quente e úmido de Natal/RN identificou reduções de até 65% no consumo de energia

atribuídas às combinações de variáveis arquitetônicas e de apenas 28% para um

condicionamento de ar mais eficiente (LIMA, 2007). Além do impacto individual, Lima (2007)

analisou também o impacto isolado de cada variável arquitetônica, a combinação de duas ou

mais variáveis arquitetônicas, e foi verificado que quanto maior o número de variáveis

combinadas, menor o impacto no consumo de energia da edificação. Destaca-se que a variável

mais influente apresente uma grande influência. A segunda variável apresenta uma influência

intermediária. A terceira variável apresenta uma influência bem menor, e as demais variáveis

pouco influenciam o desempenho. Logo, as ações não devem ser adotadas

18

indiscriminadamente, principalmente quando o custo delas apresenta grande influência na

escolha do cliente ou projetista, mas deve ser realizado um estudo das possibilidades.

Na prática, o uso de simulação tem se limitado a projetos pouco convencionais, a

exemplo dos que utilizam estratégias de ventilação natural. A simulação é vista como essencial

no desenvolvimento desses projetos, avaliando e apontando as melhores soluções (MCELROY

et al., 2001). No entanto, a simulação não deve ser usada apenas como forma de confirmar a

performance da edificação concluída, mas sim, integrada no processo projetual

(AUGENBROE,1992; HOLM,1993; MAHDAVI, 1993, Apud MORBITZER et al., 2001).

Venâncio (2012) lembra que à medida que se acumula conhecimento por meio de

experiências anteriores, os questionamentos sobre uma determinada estratégia diminuem, o

que pode reduzir a necessidade de utilização da simulação. No processo inverso, um clima

desconhecido, por exemplo, a simulação pode auxiliar na compreensão do comportamento do

edifício.

Atualmente, com a simulação prevista como método de avaliação para certificações

ambientais e normas brasileiras, Rodrigues et al. (2012) atenta para a possibilidade de atuação

de consultores, orientando projetistas sobre estratégias que podem ser utilizada para atingir

melhores resultados e, consequentemente, atender às metas por essas normas, ainda durante

o desenvolvimento do projeto.

Uma dessas normas é a etiquetagem para a classe de eficiência energética de

edificações (PBE-Edifica) é obrigatória para edifícios públicos desde agosto de 2014 e ainda é

voluntária para edifícios comerciais, de serviço e residenciais. Ela está dentro das medidas

previstas na Lei n 10.295 de 17 de outubro de 2001, que "dispõe sobre a Política Nacional de

Conservação e Uso Racional de Energia dá outras providências".

A partir dessa legislação foi possível criar todo o aparato técnico e legal necessário

para que o Brasil desenvolvesse uma certificação para suas edificações. Como resultado, o

Procel Edifica, em convênio com o INMETRO e rede de pesquisadores, em 2009 lançou o

Regulamento Técnico da Qualidade da Eficiência Energética em Edificações Comerciais, de

Serviço e Públicas e, em 2010 os Requisitos Técnicos da Qualidade da Eficiência Energética em

Edificações Residenciais.

O processo de obtenção consiste inicialmente no diagnóstico do projeto ou do edifício

e elaboração da documentação necessária para dar entrada na solicitação, comumente

realizado por um consultor. A análise pode ser realizada por meio de dois métodos: o

prescritivo, simplifica o diagnóstico com a utilização de equações matemáticas; já o de

simulação utiliza softwares, e portanto, acredita-se ser mais fidedigno a realidade. O segundo

19

passo consiste na verificação da documentação e dos cálculos realizados no diagnóstico por

um Organismo de Inspeção Acreditado (OIA). Caso o OIA identifique que não existem “não

conformidades”, a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia - ENCE - (INMETRO,2009) é

então emitida. A ENCE integra o Programa Brasileiro de Etiquetagem - PBE – e para o caso de

edifícios é denominada Etiqueta PBE Edifica.

As previsões de obrigatoriedade para os tipos ainda voluntários são frequentemente

revisadas. A extensão desses prazos decorre de ajustes do método e do processo de

etiquetagem, e da capacidade de atendimento por parte de profissionais e órgãos acreditados.

As deficiências variam desde inconsistências do método de cálculo do método prescritivo para

o nível de eficiência da edificação, até o excesso de burocracia que envolve a documentação

exigida para solicitação e emissão da ENCE. Vê-se ainda o distanciamento de todo o processo

de etiquetagem do mercado da construção civil, fator dificultador da obrigatoriedade do

processo (RODRIGUES et al., 2012). Para mitigar a primeira questão, o CB3E – Centro Brasileiro

de Eficiência Energética em Edificações – está desenvolvendo um projeto de pesquisa para seu

aprimoramento. A simplificação do processo também está sendo reavaliada e as perspectivas

são promissoras.

Outra norma que avalia e regulamenta o setor da construção civil, garantindo um nível

mínimo de desempenho termoenergético de edificações no Brasil é a NBR 15.575 (ABNT,

2013). Esta norma foi publicada inicialmente em maio de 2012 e revisada em fevereiro de

2013. Ela tem como foco edificações residenciais e estabelece os requisitos mínimos de

desempenho, vida útil e de garantia para os sistemas que compõem essas edificações

(SORGATO,MELO ,LAMBERTS, 2013). A norma foi organizada de forma a contemplar os itens

de sustentabilidade, segurança e habitabilidade. Nesse último, encontram-se, dentre outros

temas, o desempenho térmico, acústico e luminoso.

Para avaliação da parte térmica, a norma determina três tipos de método:

simplificado, simulação e medição. O método simplificado emprega critérios mínimos que

devem ser atendidos, como de fachadas e coberturas. O método de simulação é utilizado

quando a edificação não atende aos requisitos e aos critérios estabelecidos para no método

simplificado. No entanto, há várias críticas a esse método, as principais são: que a norma não

apresenta o método para definição dos dias típicos de inverno e verão, e que a avaliação

prevista não corresponde a forma como a habitação é comumente utilizada, a exemplo das

janelas que devem permanecer abertas na simulação do dia típico de inverno (SORGATO,MELO

,LAMBERTS, 2013) ou que não deve haver ventilação natural maior do que 5 trocas de volume

de ar horário, na zona bioclimática 8.

20

2.2.1 Programas

O EnergyPlus é uma programa de simulação termoenergética baseado nos principais

recursos e capacidades do DOE-2 e do BLAST, os dois programas de simulação mais populares

até a década de 1990 (CRAWLEY et al., 2001). O novo programa agregou melhorias na

simulação de balanço térmico, maior precisão na predição de temperaturas do ar e radiante

média e na simulação de ambientes não-condicionados. No entanto, não foi melhorada a

interface, o que exige maior conhecimento para uso do software; a inserção de dados e a

obtenção dos resultados é simplificada ao dado separado por vírgulas. Dessa forma, tem-se

uma sintaxe básica: “objeto, dado, dado, ..., dado” (CRAWLEY et al., 2001, p. 56).

Para suprir essa dificuldade, o programa DesignBuilder foi desenvolvido. Ele é uma

interface amigável que usa para simulação os algoritmos confiáveis do EnergyPlus. Com ele, é

possível superar a sintaxe básica e modelar tridimensionalmente a edificação e inserir os

dados relativos a sistemas construtivos, instalação predial e rotinas de uso e ocupação (Figura

1).

Figura 1 – Tela do DesignBuilder

A inserção de dados no DesignBuilder obedece ao conceito de hierarquia, o qual

consiste na organização de dados em níveis e subníveis. Tem-se o terreno, no qual a edificação

está localizada. A edificação é composta por blocos (a exemplo dos pavimentos), que são

conformados por zonas térmicas. Essas zonas, por sua vez, são formadas por superfícies

(paredes ou divisórias), nas quais se encontram as aberturas (Figura 2). Esse conceito de

21

hierarquia também pode ser utilizado para visualizar os resultados da simulação, com exceção

do consumo de energia, que é exibido apenas no nível do edifício.

Figura 2 – Hierarquia dos elementos do DesignBuilder

Fonte: Adaptado de VENÂNCIO (2008, p.10)

Em geral, os softwares de simulação termoenergética solicitam dados de entrada

semelhantes, inclusive para atender às exigências do BestTest, condição de validação da

ferramenta. Para caracterizar a envoltória do edifício, deve ser inserido dados relativos a

geometria, orientação, zonas térmicas, áreas envidraçadas, configuração das aberturas (tipo

de vidro, forma de abertura e percentual de área envidraçada aberta para ventilação natural e

suas rotinas de uso), proteção solar e materiais da cobertura e das paredes (DESIGNBUILDER

SOFTWARE LTD, 2014). Também são necessários: arquivo climático horário, a atividade

desenvolvida, a ocupação média, a rotina de ocupação (horas), a densidade de carga interna

de equipamento (W/m²) e de iluminação (W/m²) com suas respectivas rotinas de uso (horas) e

os dados do sistema de condicionamento de ar, ou seja, tipo, capacidade (BTU/h), eficiência

(W/W), rotina de uso (horas), taxa de infiltração (ac/h) e set point de resfriamento (°C)

(DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2014). Além dos sistemas de condicionamento artificiais

(resfriamento e aquecimento) o programa calcula as renovações de ar por meio das dimensões

das aberturas e a diferença de pressão do ar entre elas (VENÂNCIO, 2007).

Os resultados do programa são apresentados em grupos:

Geral: resume algumas informações de todos os grupos;

22

Do lugar: apresenta informações relativas ao terreno, portanto, dados

constantes no arquivo climático (temperatura de bulbo úmido, temperatura de

bulbo seco, radiação direta normal, radiação difusa horizontal, pressão

atmosférica, etc);

Conforto: informações relativas ao conforto do usuário na edificação

(temperatura do ar interno, temperatura radiante, temperatura operativa,

temperatura de bulbo seco do ar externo à edificação e umidade relativa do

ar);

Ganhos internos: é relativo ao balanço térmico do interior da edificação e

aponta seus ganhos térmicos (carga térmica de iluminação artificial, carga

térmica de equipamentos e computadores, carga térmica de ocupação e

ganhos solares do interior da edificação);

Envoltória: aponta o balanço térmico da carga que chega através da edificação

(vidros por condução, paredes, fôrro, piso, divisórias, cobertura e ar externo) e

as renovações de ar na edificação (ventilação natural e infiltração);

Uso de energia por uso final de combustível: aponta o consumo por uso final

na edificação (iluminação, ar condicionado, e equipamentos);

Uso de energia total: o total do consumo de energia por tipo de combustível

(energia elétrica, gás, combustível fóssil etc);

Produção de CO2: indica a produção de CO2 resultante do funcionamento da

edificação.

Ainda é possível combinar as informações dessas categorias e gravar um dado de saída

customizado. Todas essas informações podem ser exibidas em intervalos: anuais, mensais,

diários, horários e sub-horários e podem seguir a visualização de preferência do usuário: saída

gráfica, tabela ou grid. Essa última possibilita que os dados sejam utilizados em outros

programas, a exemplo do Excel. Dessa forma, vários trabalhos fazem uso de planilhas

específicas para trabalhar as informações desejadas, como foi o caso de Negreiros (2010).

Outro recurso do DesignBuilder 3.0.0.015 é a simulação paramétrica. Ela permite

múltiplas simulações, automaticamente, de até duas variáveis criando curvas de desempenho

do projeto (Figura 3). De acordo com o programa, essas curvas “podem ser muito úteis nas

fases conceituais do processo de projeto para entender como o desempenho do edifício é

afetado pelas variações” (DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2014). Uma limitação desse recurso

é que as variações são aplicadas ao nível do edifício, dessa forma, o usuário deve estar atento

23

durante a modelagem, já que as características específicas dos blocos, das zonas, superfícies

ou aberturas serão desconsideradas.

Figura 3 – Gráfico de saída do DesignBuilder, simulação paramétrica

Fonte: DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD (2014, s. p.)

2.2.2 Climas e estratégias

Devido à influência do clima no desempenho termoenergético da edificação, o

entendimento das estratégias bioclimáticas e o comportamento da edificação são necessários

na modelagem e na análise dos resultados. O clima da zona-bioclimática 8 é caracterizado por

ser quente e úmido (ABNT, 2005), o qual apresenta pequena amplitude térmica diária e

sazonal, temperatura do ar elevada e céu parcialmente nublado (BITTENCOURT ,CÂNDIDO,

2005). Nessas regiões as estratégias devem focar a baixa absorção e transmissão de calor para

o interior da edificação, enquanto que o calor gerado no seu interior deve ser dissipado

rapidamente. Dessa forma, as estratégias apropriadas para esse clima são: grandes aberturas

para desumidificação, sombreamento das aberturas e superfícies e que as superfícies expostas

sejam leves e refletoras (HOLANDA, 1976; LAMBERTS,DUTRA ,PEREIRA, 2004; ABNT, 2005;

BITTENCOURT ,CÂNDIDO, 2005). Corroboram ainda para esse entendimento, diversos estudos

produzidos com o uso de simulação termoenergética, por meio de softwares validados e

24

reconhecidos pelas normas de etiquetagem brasileira. Dentre esses estudos, destaca-se aqui

Oliveira (2006), Venâncio (2007), Lima (2007), que demonstram a influência do sombreamento

e da coberta; Negreiros (2010) e Cunha (2010) com a influência da ventilação natural e Simas

(2009) com ênfase na absortância e transmitância da cobertura.

Já o clima quente e seco, zona bioclimática 7 (ABNT, 2005), caracteriza-se por

temperaturas elevadas durante todo o ano, com alta amplitude térmica durante o dia e baixa

umidade (LAMBERTS,DUTRA ,PEREIRA, 2004). Pode-se utilizar como estratégias nessas regiões:

sombreamento das aberturas e fachadas, pequenas aberturas, superfícies refletoras, massa

térmica, resfriamento evaporativo e umidificação do ar (GONZALEZ, 2004; LAMBERTS,DUTRA

,PEREIRA, 2004; ABNT, 2005). Poucos trabalhos foram desenvolvidos com simulação

termoenergética para esse clima, destaca-se Dias et al (2013) o qual trata de um projeto

arquitetônico que utilizou isolamento térmico na cobertura, massa térmica nas paredes,

sombreamento e pequenas aberturas.

2.3 Integração de simulações no processo projetual

Um melhoramento do desempenho da edificação pode ser guiado pela análise da

simulação. Decisões relacionadas ao programa, à forma e à envoltória, podem ser preditas

quando ainda em projeto apenas por meio da simulação. Nesse aspecto, a ferramenta pode

ser a solução para a quantificação da influência das decisões. De tal modo, pode-se embasar

uma decisão projetual nos critérios de performance (HENSEN ,LAMBERTS, 2011).

Coerente com essa visão, "Diferentes objetivos e escopos de projeto podem ser

observados em diferentes etapas de projeto de um edifício" (MORBITZER et al., 2001, p. 698),

logo, dentre as considerações dos projetistas, devem ser observados em cada fase, as decisões

de maior impacto no consumo de energia e no ambiente, de forma que sejam incluídos nos

estudos de simulação. "Informações detalhadas podem ser confusas para usuários ocasionais,

mas vitais para o usuário especialista." (MORBITZER et al., 2001, p.704). Os arquitetos, por

exemplo, podem utilizar as ferramentas de simulação energética ao identificarem as variáveis

mais influentes no desempenho do edifício, seguindo com análises simplificadas para facilitar o

entendimento (PEDRINI, 2003).

Para que essas simplificações sejam atendidas, é necessário adequar as estratégias a

cada caso. Pedrini (2003) sugere que para as primeiras fases de projeto, as simulações

energéticas lancem mão da otimização dos padrões – rotinas de uso e ocupação, das

características do condicionamento de ar, das propriedades dos componentes dos edifícios,

dentre outros –; da compatibilização dos padrões com o clima; da classificação dos resultados

da simulação para a avaliação da etiquetagem local; do modelo tridimensional do projeto; da

25

elaboração de modelos com mínimos e máximos para automatizar as parametrizações; e de

listas com as estratégias pertinentes para a redução do consumo de energia, de modo a

orientar a parametrização.

MORBITZER et al. (2001) utilizou um mesmo mecanismo de simulação durante todo o

processo de projeto, adaptando a cada fase de concepção, a interface, as funcionalidades do

programa, os padrões e análises de resultados. Eles também defendem que a simplificação do

uso da interface pode gerar, a partir das informações das primeiras fases de projeto, rápidos

retornos ao projetista sobre os impactos energéticos e ambientais do edifício. Assim, apontam

a necessidade de customizar os resultados para melhor atender a cada estágio do projeto.

A integração do processo de projeto com as análises provenientes do uso de

ferramentas de simulação do desempenho do edifício foi iniciada nas subareas da engenharia.

Em sequência, alguns modelos foram desenvolvidos para abranger também a arquitetura, no

entanto, os modelos de engenharia, em geral, possuem um processo mais linear, com uma

sequência de estágio, requerimentos e um problema bem definido. Enquanto os modelos de

arquitetura tendem a apresentar um processo de modelagem cíclico, descritivo e resultado de

muitos processos cíclicos, geralmente é baseado em requisitos implícitos ou ainda em

processo de definição e relacionados a conhecimentos tácitos, sendo o problema, muitas vezes

ainda em definição (WILDE, 2004).

A partir dos primeiros estudos de simulação integrada ao processo projetual, Wilde

(2004) verificou que não existe um modelo universal para essa integração e que,

frequentemente, varia de projeto para projeto. Assim, para entender a integração, é preciso

começar pelo mapeamento do processo projetual e depois identificar as oportunidades de

melhoria no desempenho.

2.3.1 Mapeamento do processo projetual

Lawson (2011) ao analisar o mapeamento proposto pelo RIBA (Royal Institute of British

Architects), ainda em 1965, considera que apesar de ignorar os fluxos existentes no decorrer

do processo, o RIBA classifica em fases as principais ações dos projetista: a assimilação, o

estudo geral, o desenvolvimento e a comunicação. A primeira fase diz respeito à coleta e

organização de dados gerais e específicos do problema; a segunda fase está relacionada à

análise da natureza do problema e a identificação das primeiras soluções; a terceira tange o

desenvolvimento propriamente dito e o refinamento de parte das soluções identificadas na

fase anterior e, a quarta fase, a comunicação das soluções para os integrantes da equipe, bem

como para os membros externos.

26

Apesar de aparentemente as 4 fases evoluírem sequencialmente, Lawson (2011, p. 43)

destaca que “ (...)para o projetista é bem difícil saber que informações recolher na 1ª fase,

antes de começar a investigação do problema na 2ª fase.” E explica que o Manual de

administração e práticas arquitetônicas do RIBA deixa claro que pode haver saltos

imprevisíveis entre as quatro fases.

A continuação do manual apresenta um plano de trabalho composto por 12 estágios: A

- primórdios, B – viabilidade, C – linhas gerais da proposta, D- projeto esquemático, E – projeto

detalhado, F – informações sobre a produção, G- quantidade de materiais, H – propostas de

orçamento, J – planejamento do projeto, K – operações no local, L – término e M –

reavaliação. Esses estágios podem ser agrupados de maneira simplificada com a terminologia:

A-B – programa de necessidades, C-D – Esboços, E-H – Desenhos executivos, J-M – Operações

no local. Desse modo, percebe-se que esses estágios não apresentam a descrição do processo,

mas, na realidade, de produtos que devem ser entregues ao cliente, como uma forma de

melhorar o entendimento dos envolvidos no processo projetual (LAWSON, 2011).

Burberry (1983, Apud PEDRINI, 2003) utilizou os estágios do plano de trabalho do RIBA

para relacioná-los com as medidas de conservação de energia que podem ser aplicadas em

cada fase. Apesar do modelo (Figura 4) referir-se a climas frios e edifícios com características

específicas, é possível identificar quais características relativas ao desempenho térmico do

edifício, o projetista deve atentar em cada fase.

27

Figura 4 – Representação do processo projetual mostrando os estágios em que as decisões que influenciam no desempenho térmico do edifício são tomadas

Fonte: Burberry (1983, Apud VENÂNCIO, 2012)

Nesse mesmo sentido, Szokolay (1984) identificou para cada fase do processo

projetual, com objetivo de obter um edifício eficiente energeticamente, quais seriam as tarefas

a serem realizadas e as informações disponíveis para as análises, além de sugerir as

ferramentas e as características dos dados de saída dessas análises (Figura 5). Para Szokolay

(1984) as estratégias de redução de energia perpassam por toda as quatro etapas do processo

de projeto: a análise de pré-projeto, o esboço, o anteprojeto e o detalhamento.

28

Figura 5 – Eficiência energética no processo projetual

Fonte: SZOKOLAY (1984 Apud LIMA, 2012)

Embora a divisão em fases facilite a compreensão, um mesmo problema projetual

pode influenciar escolhas diferentes em cada fase de projeto. Para um aquecimento

indesejado, por exemplo, MORBITZER et al. (2001) sugere que no esboço deve-se identificar as

causas do superaquecimento do projeto e avaliar a escala; já no anteprojeto, ele indica a

avaliação a questão detalhadamente e tentar reduzí-la introduzindo novos parâmetros à

análise; por fim, no detalhamento do projeto, pode-se simular visando especificar as

estratégias que atendem a essa demanda, como por exemplo, modelar o fluxo de ar na

ventilação natural.

No processo de projeto, frequentemente as fases iniciais do processo são

determinadas pelos arquitetos e com pouca influência dos engenheiros. Nas fases seguintes, o

projeto é passado para os engenheiros de maneira que eles possam realizar os cálculos ou as

simulações necessárias para avaliar o desempenho. Com a integração, o processo de projeto

tende ser mais interativo e dinâmico. Nele, há casos em que os atores envolvidos no processo

29

se utilizam de oficinas para colher as primeiras ideias e esboçar o edifício. Em outros casos as

alternativas propostas pelos arquitetos também são testadas e simuladas por engenheiros

ainda nas fases iniciais e apenas a melhor solução é desenvolvida (KANTERS,HORVAT ,MARIE-

CLAUDE, 2012).

As relações entre o impacto das tomadas de decisões e a fase de projeto são

qualitativamente conhecidas. Em resposta a questionário aplicado sobre 10 projetos de

edifícios, os arquitetos apontaram que a fase na qual se seleciona medidas de economia de

energia é a fase de concepção, enquanto os consultores apontaram a fase de viabilização do

projeto (Figura 6a). Quando questionados sobre a fase em que ferramentas computacionais

foram utilizadas, os arquitetos responderam que foram iniciadas nas primeiras fases e

demoravam algum tempo para serem concluídas. Para os consultores a pergunta foi dividida

em que fase se inicia o uso das ferramentas computacionais, para os quais houve maior

incidência na fase de concepção, seguida pela fase de viabilidade; e em que fase termina o uso

das ferramentas, para qual a maior incidência foi na construção, seguida pelo estudo

preliminar (Figura 6b) (WILDE, 2001 Apud PEDRINI, 2003).

Figura 6 – Fases nas quais as ferramentas computacionais são usadas para avaliar o consumo de energia da edificação

(a) (b)

Fonte: WILDE, 2001 Apud PEDRINI (2003)

2.3.1.1 Pré-projeto

De acordo com o Manual do RIBA a primeira fase do processo de projeto é o pré-

projeto. Essa fase corresponde a coleta e organização das informações, é nela que está contido

os estágios de primórdios e viabilidade. Peña e Parshall (2001) chamam atenção para a

necessidade de identificar bem o problema a que o projeto se porpõe a resolver, antes de

começar o esboço. Para eles, a definição da programação arquitetônica passa pelo

estabelecimento de metas, coleta e análise de fatos, descobrimento e teste de conceitos,

determinação das necessidades e declaração do problema. Para uma melhor compreensão,

ainda de acordo com Peña e Parshall (2001) pode-se lançar mão das seguintes questões para

30

analisar as metas: “O que o cliente quer alcançar e por quê?” ; os fatos: “O que se sabe? O que

se tem?”; conceitos: “Como o cliente quer alcançar essas metas?”; Necessidades: “Quanto de

dinheiro e espaço está disponível? Que nível de qualidade?”; e o problema: “Quais as

condições significantes que afetam o projeto da edificação? Quais são as direções gerais que o

projeto pode tomar?”. Estrutura essa que poderia servir, inclusive para guiar discussões entre

o grupo de trabalho. Dessa forma, o processo de análise, ou seja, identificação do problema,

culminaria na síntese: o desenho de projeto (PEÑA ,PARSHALL, 2001).

Na fase inicial de projeto o conceito é baseado no estudo de viabilidade, podendo

incluir itens como: implicações do terreno, funcionalidade, circulação, relações entre espaços,

densidade e construção, além de métodos de avaliação ambiental e orçamento (MORBITZER et

al., 2001). Para Burberry (1983, Apud PEDRINI, 2003) nessa fase já se deve atentar para

questões de eficiência energética como: localização no terreno, orientação, o volume da

edificação, tipo de combustível que abastecerá o edifício e instalações para condicionamento

de ar.

Pedrini (2003) realizou levantamento com quatro grupos de arquitetos: alunos de pós-

graduação, professores do departamento de arquitetura da Universidade de Queensland,

especialistas em projeto de edificações de baixo consumo e arquitetos reconhecidos, por meio

de questionário. Foi recorrente em todas as categorias que os aspectos mais importantes para

essa primeira fase estão relacionados à geometria do edifício: orientação, volume, leiaute

interno e geometria da envoltória. Na segunda camada estão as propriedades dos

componentes construtivos e, por último, os sistemas de condicionamento de ar e de

iluminação natural (Figura 7).

Figura 7 – Importância das decisões projetuais para a fase de pré-projeto

Fonte: PEDRINI (2003)

Szokolay (1984) sistematiza as atividades pertinentes ao pré-projeto nas tarefas:

digerir problemas, indicar limites, estudo climático e definição de espectro de solução. Para os

quais, respectivamente, tem-se como informações: dados climáticos, padrões de consumo,

precedentes e imagens de formas apropriadas. Dentre as ferramentas que ele propõe já se

encontra os programas computacionais, para os quais se pode obter diretrizes de projeto.

31

Também são produtos pertinentes a essa fase: especificação do desempenho e de metas

(Figura 5).

Além disso, "A simulação pode também apontar problemas com áreas, identificar

parâmetros que causam o problema e avaliar a escala do problema" (MORBITZER et al., 2001,

p. 698). Assim, o interesse do projetista está em indicadores de consumo de energia do

edifício, sendo importante que ele consiga rapidamente compreender como as variáveis

influenciam o desempenho energético e ambiental do edifício (MORBITZER et al., 2001).

2.3.1.2 Estudo preliminar (esboço)

O mapeamento do RIBA coloca que na fase de estudo preliminar, também chamada de

esboço, estão contidos os estágios de linhas gerais da proposta e projeto esquemático.

Burberry (1983, Apud PEDRINI, 2003) sugere que na fase de esboço continuem sendo

investigados itens iniciados na etapa anterior, como: plano geral, orientação, volume e leiaute

interno e sejam investigadas mais a fundo características que tinham tido pouco

aprofundamento como: aberturas, isolamento térmico, respostas térmicas e ventilação. Esses

últimos itens, deveriam continuar ainda nas fases seguintes. Por fim, a forma é, para ele, uma

característica trabalhada apenas nessa fase.

Para Szokolay (1984) as atividades pertinentes ao esboço são: gerar ideias e formular

e testar hipóteses de projeto, segundo um método selecionado, que terá por produto uma

proposta de projeto, após o teste de alternativas e o refinamento da alternativa selecionada.

As principais decisões arquitetônicas definidas na fase de estudo preliminar

compreendem volume, orientação, leiaute e geometria da edificação (Figura 8). Em segundo

plano estão as propriedades dos componentes e por fim, os sistemas de iluminação e

condicionamento de ar (PEDRINI, 2003).

Figura 8 – Importância das decisões arquitetônicas para a fase de esboço


Na simulação é importante que o usuário possa "compreender rapidamente como a

configuração do edifício, a área envidraçada, as funções propostas para os ambientes e os

tipos de construção vão afetar a performance ambiental do edifício" (MORBITZER et al., 2001)

32

2.3.1.3 Ante projeto

A partir do esboço aprovado, pode-se trabalhar no ante projeto. Nessa fase mais

detalhada, pode-se chegar ao leiaute, planejamento espacial, tratamento de fachadas e

sistemas construtivos e ambientais (MORBITZER et al., 2001). De acordo com o Royal Institute

of British Architects (1973), essa fase já pode ser considerada de detalhamento, já que

compreende o desenvolvimento propriamente dito e o refinamento de parte das soluções

identificadas na fase anterior. Parte da avaliação proposta por Szokolay (1984) como

detalhamento é iniciada nessa etapa de projeto já que o início das decisões projetuais se dá

nessa fase e ela tange as decisões projetuais de detalhamento de aberturas, proteções,

materiais de envoltória, espessuras e superfícies, que teria como produto desenhos e

especificações.

A simulação, nesse caso, vai tratar do problema, principalmente de envoltória,

podendo-se verificar a redução dos ganhos térmicos, por exemplo. (MORBITZER et al., 2001)

Após a aprovação do ante projeto, passa-se para a fase de detalhamento, na qual há o

desenvolvimento e compatibilização do projeto com os complementares de estruturas e

instalações, dentre outros (MORBITZER et al., 2001).

Além de continuar de forma mais profunda a análise de detalhamento proposta por

Sokolay (1984), ele sugere ainda a avaliação final que consiste na análise detalhada do

desempenho térmico, para a qual, se faz necessário uso de programas sofisticados de

simulação, os que gerarão relatórios detalhados.

Figura 9 – Importância das decisões projetuais na fase de detalhamento


Pedrini (2003) destaca a preocupação com as propriedades dos componentes nessa

fase (Figura 9). Dessa forma, os espaços internos podem ser detalhados incluindo

equipamentos e acabamentos. Assim, a simulação, nessa fase realizada por especialistas, pode

elucidar questões relativas à engenharia, como o sistema de condicionamento de ar; a

dimensão das aberturas; e determinação do fluxo de ar (MORBITZER et al., 2001).

33

2.3.2 Confiabilidade e potenciais

A avaliação do desempenho termoenergético de edificações ainda que em fase de

projeto implica a consideração de incertezas. Isso porque, para as análises serem mais aceitas

pelas rigorosas normas e regulamentos, elas precisam de resultados válidos e mais realistas,

normalmente, atendidos por meio da determinação de intervalos válidos (FURBRINGER,

ROULET, 1999, Apud SILVA ,GHISI, 2014).

As incertezas são causadas pelos parâmetros de entrada inseridos no modelo, essas se

propagam no código computacional, afetando as variáveis de saída (SILVA ,GHISI, 2014). Assim,

a análise de incertezas pode determinar o intervalo de variação de um parâmetro de saída, de

acordo com a variabilidade dos parâmetros de entrada (KLEIJNEN, 1997, Apud SILVA ,GHISI,

2013). Logo, ao mensurar a incerteza dos dados de entrada, podem-se mensurar as incertezas

dos dados de saída. No caso da propagação das incertezas, a quantificação dos parâmetros

serve não apenas para avaliar um aspecto especifico do edifício, mas para quantificar a

incerteza. Para tanto, técnicas de estimativa de propagação de incertezas, baseadas no

método de Monte Carlo e o Hipercubo Latino, podem ser usadas (AUGENBROE, 2003).

Assim, Silva e Ghisi (2014) conceituam a incerteza como todo tipo de imprecisão das

propriedades térmicas e físicas dos materiais e componentes construtivos. Podendo-se dizer

que a incerteza passa a existir no momento em que se especifica um parâmetro, ou seja, se

não se sabe a medida tem-se uma variação, mas se já é conhecido, tem-se a incerteza. No caso

de simulações termoenergéticas de edifícios, estão também as características de

comportamento do usuário, como: atividade e as rotinas de uso (SILVA ,GHISI, 2014). Apesar

da compreensão desse efeito, é preciso entender ainda o impacto de cada variável inserida no

modelo de simulação computacional. Corroborando com essa visão, de Wit (2003), tendo em

vista que nas primeiras fases de projeto poucos valores absolutos são determinados, aponta as

análises de sensibilidade como mais apropriadas do que a análise de incertezas. Essa técnica

de análise se concentra na definição da importância de um parâmetro individualmente, sem

considerar a interação entre os vários parâmetros (WIT, 2003).

A análise de sensibilidade verifica o comportamento de características térmicas no

desempenho de edificações em diversas situações, destaca-se aqui, o projeto de edificações e

o retrofit (SILVA ,GHISI, 2013). Ela pode, também, ser usada para, por exemplo, indicar quais

parâmetros serão necessários observar em análises posteriores; e indicar quais podem ser

fixados ou simplificados, de forma a obter uma análise mais eficiente e um modelo

simplificado (WIT, 2003; SALTELLI; TARANTOLA; CAMPOLONGO, 2000, Apud SILVA ,GHISI,

2013). Além disso, podem ordenar as variáveis pela sua importância e não definir seus valores

34

absolutos, como aconteceria em fases de maior detalhamento. Dessa forma, ela é utilizada

quando o objetivo é conhecer a influência dos parâmetros (WIT, 2003).

Existem três tipos de análise de sensibilidade, a análise por triagem consiste na

variação dos dados de entrada, um a um, variando em dois níveis extremos, enquanto os

demais são mantidos nos seus valores médios. O resultado aponta uma influência que, apesar

de incompleta, pode ser útil para análises preliminares (HEISELBERG et al., 2009; BREESCH;

JANSSENS, 2010, Apud SILVA ,GHISI, 2013). A análise local varia um parâmetro em vários

níveis, enquanto os demais permanecem fixos, assim é possível identificar a tendência desse

parâmetro em cada nível e, consequentemente, compreender seu impacto da variação dele.

Por fim, a análise global, mais complexa e completa, varia todos os parâmetros ao mesmo

tempo, de modo que se obtenham índices globais de sensibilidade, usados comumente para

gerar equações que servirão de critério de avaliação em normas (SALTELLI et al, 2000, Apud

SILVA ,GHISI, 2013).

Alguns estudos de sensibilidade foram realizados para o clima de Natal – RN. Em um

deles, Venâncio (2007) identificou quais as que mais influenciavam no consumo de energia nos

prédio tipo da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN): orientação predominante

norte-sul, uso de proteção solar nas aberturas, uso de cobertas leves e baixa absortância tanto

na coberta quanto na fachada. Lima (2007), estudando os hotéis de Natal, identificou que as

variáveis mais importantes eram: sombreamento, fator solar do vidro, área de vidro,

absortância da cobertura e transmitância da cobertura.

2.3.3 Obstáculos e soluções

A integração da simulação com o processo de projeto encontra como barreira à sua

aceitação, o fato dela não ocorrer de forma plena (MORBITZER et al., 2001). Wilde (2004),

agrupou uma série de barreiras que podem ser vistas até hoje no processo de integração da

simulação com o processo de projeto, em 5 grandes grupos: Indisponibilidade de ferramentas

computacionais ou modelos apropriados, falta de confiança nos resultados e falta de utilidade

e clareza desses no contexto de projetação, necessidade de um alto nível de expertise para

utilizar as ferramentas de simulação, custos de tempo e dinheiro dos esforços de simulação e

problema entre a troca de informações entre o projetista e o simulador (Figura 10).

Reforçando a problemática que envolve a expertise do simulador, Hensen e Lamberts

(2011) e Lima (2012) lembram que a simulação sozinha não gera soluções ou respostas e,

algumas vezes, ainda é difícil identificar a qualidade dos resultados obtidos. Por isso é

importante que o simulador tenha conhecimentos de diversas áreas, principalmente sobre

35

processos térmicos para verificar se a simulação corresponde à realidade e conseguir

interpretar os resultados.

36

Figura 10 – Quadro com as barreiras identificadas por WIlde (2003) no processo de integração da simulação com o processo de projeto

Item Descrição Pesquisador

Indisponibilidade de ferramentas

computacionais ou modelos apropriados

Quando as ferramentas são desenvolvidas para um escopo muitas vezes limitados e apenas o criador tem domínio sobre ela, frequentemente se procura informações sobre a ferramenta ou o modelo que não está disponível, por

exemplo: hipóteses ou alcance PELLETRET ET AL (1995)

Ferramentas, comumente, não conseguem se comunicar com outros sistemas HENSEN ET AL (1993)

Falta de confiança nos resultados e falta de utilidade e clareza

desses no contexto de projetação

A comunicação com pessoas que não são especialista na área (projetistas e gestores, por exemplo) fica comprometida por esses profissionais não estarem familiarizados com os resultados apresentados DONN (1999)

Uso fica difícil quando o resultado não atende as expectativas desses profissionais esperam MCELROY; CLARCKE (1999)

Os envolvidos podem não interpretar os dados de saída corretamente, o que leva ao demérito da simulação MAHDAVI (2003)

As simulações deveriam ter saídas gráficas DEGELMAN; HUANG (1993)

Saídas tridimensionais no contexto do edifício para se aproximar da linguagem dos projetistas HERKEL ET AL (1999)

Necessidade de um alto nível de expertise

para utilizar as ferramentas de

simulação

Para que se possa verificar e avaliar o desempenho do edifício, os usuários precisam compreender que aspectos interferem na predição do desempenho da edificação DONN (1999)

Normalmente o projetista não compreendem quais são esses aspectos. HALTRECHT ET AL (1999)

Custos de tempo e dinheiro dos esforços

de simulação

Não há tempo nem dinheiro disponíveis para serem empregados durante a fase de projeto; portanto os profissionais envolvidos, precisam ser convencidos de que o dinheiro investido nessa etapa será economizado durante a

construção e ocupação do edifício

AHO(1995), PELLETRET ET AL (1995), MCELROY ET AL (1997), TABARY (1997), BAZJANAC; CRAWLEY (1999), HAND ET AL (1999), DONN (1999)

Tendência dos edifícios não serem ocupados pelos seus proprietários, mas sim, por inquilinos LAM ET AL (1999)

Problema entre a troca de informações entre o projetista e o

simulador

Pode haver dificuldades para retirar informações do desenho para inserir nos campos de entrada da simulação, bem como retirar de uma ferramenta e inserir em uma nova ANDRÉ ET AL (1999)

Durante as primeiras fases, o projeto pode requerer uma informação crucial, que no entanto, ainda não está disponível. Para esses casos, é comum o uso de valores padrão. KAROLA ET AL (1999)

Questiona o desenvolvimento do projeto com esses valores padrão, tendo em vista que o resultado pode perder confiabilidade BAZJANAC E CRAWLEY (1999)

A inserção de informações poderia ocorrer de forma gradual, quanto mais informações sobre o edifício, mais poderia se inserir no programa. TABARY (1997)

Além do intercambio de informações, deve haver intercambio de propósitos, já que mapear as questões inerentes ao processo de projeto que podem ser modeladas, não é uma tarefa simples MCELROY; CLARCKE (1999)

37

Uma vez compreendendo os benefícios da simulação, é importante que a empresa se

prepare por meio da quantificação dos esforços de implementação e de redução da

produtividade durante a implementação. As barreiras ao uso da ferramenta podem ser

minimizadas através do apoio à formação dos profissionais envolvidos e por meio do

estabelecimento de metas alcançáveis (MCELROY et al., 2001).

O uso da simulação permite a confiança para implementar soluções inovadoras, os

custos relativos aos serviços prestados no caso estudado por McElroy et al. (2001) não foram

ampliadas, apesar do valor agregado ao serviço. Nessa mesma perspectiva a experiência de

Hobbs et al (2003) apontou que o uso da simulação por arquitetos, na fase de esboço, auxiliou

na compreensão dos problemas de projeto e melhorou os resultados. Morbitzer, Strachan et al

(2001) obteve que a identificação das áreas com pior performance e das razões para

desempenho insatisfatório, podem ser a chave do caminho para a integração com o processo

de projeto. Além disso, o mercado pode ser impulsionado pela demanda de níveis mais

elevados de desempenho (VENÂNCIO, 2012).

Quanto à modelagem, deve-se evitar o uso de modelos excessivamente complexos: "o

objetivo deve ser deixar o modelo tão simples quanto possível para encontrar os objetivos do

estudo de simulação." (HENSEN ,LAMBERTS, 2011, p. 10). Assim, de modo a tornar as

ferramentas de simulação energéticas mais adequadas a essas primeiras fases de projeto,

Pedrini (2003) indica a otimização dos padrões, a exemplo das rotinas de uso e ocupação, das

características do condicionamento de ar, das propriedades dos componentes dos edifícios,

dentre outros; a compatibilização dos padrões com cada região; a classificação dos dados de

saída para a avaliação da etiquetagem local; uso do modelo 3D do projeto na simulação; a

criação de modelos com mínimos e máximos para realização automáticas de parametrizações;

por fim, listar as estratégias de diminuição do consumo de energia para guiar a

parametrização.

A apresentação dos resultados da simulação, também, merece grande atenção, já que

essa é a maneira de transformar os dados de saída em informação de qualidade (Donn, 1997,

Mahdavi 1998, Soebarto et al, 1999, Apud MORBITZER et al., 2001). Por isso, a análise dos

resultados deve ser personalizada para as diferentes fases do projeto. As ferramentas

poderiam se aproximar ao universo dos arquitetos, de forma que os resultados fossem mais

claros para esse grupo de profissionais (VENÂNCIO, 2012).

Por fim, há a necessidade de agregar análises de incerteza e sensibilidade nos

experimentos e uma tendência para utilização de métodos estatísticos em programas de

simulação computacional (SILVA ,GHISI, 2014).

38

Mesmo com as boas perspectivas, deve-se ter em mente a lista e situações nas quais a

simulação não deve ser utilizada (BANKS; GIBSON, 1997, Apud HENSEN ,LAMBERTS, 2011):

1. O problema pode ser resolvido usando as análises de senso comum;

2. O problema pode ser resolvido analiticamente;

3. É mais fácil realizar experimentos com algo real;

4. Os custos da simulação excedam possíveis economias;

5. Não há recursos adequados disponíveis para o projeto;

6. Não há tempo para os resultados serem úteis;

7. Não há informação nem valores estimados;

8. O modelo não pode ser verificado nem validado;

9. As expectativas de projeto não são conhecidas;

10. O comportamento do sistema é muito complexo ou não pode ser definido.

2.4 Considerações pessoais

O mapeamento do processo projetual, abordado no referencial teórico, indica que as

fases de projeto podem ser divididas em: pré-projeto, ou seja, a programação arquitetônica;

em estudo preliminar, também conhecida como esboço; em ante-projeto e em detalhamento.

Essa divisão se difere das fases de análise da eficiência energética do edifício apresentadas por

Szokolay (1984) apenas na fase de detalhamento. O motivo é que pode haver detalhamento

de informações já no ante-projeto, como é o caso da especificação do material de envoltória,

por exemplo. Esse detalhamento comporta ainda a fase de detalhamento arquitetônico,

quando problemas específicos são resolvidos. Ao final do detalhamento arquitetônico,

Szokolay (1984) propõe ainda a análise final da eficiência energética do edifício (Figura 11).

Dessa forma, com base nos casos estudados, a estrutura proposta por Szokolay (1984)

demonstra-se mais adequada para análise a que esse item se propõe.

Figura 11 – Entendimento das fases de projeto e fases de análise

39

Na fase inicial do projeto, coerente com Morbitzer, Strachan et al. (2001), são

avaliados parâmetros como orientação, transmitância, sistema de recuperação do calor,

iluminação e densidade da construção, taxa de renovação de ar, uso do espaço, área

envidraçada, profundidade do ambiente e tipo de combustível.

As decisões tomadas ainda nas fases iniciais de projeto, como esboço, são as mais

impactantes na redução do consumo de energia e, nas fases seguintes, elas são apenas

detalhadas (BALCOMB, 1998, Apud PEDRINI, 2003). Nesse mesmo sentido, Pedrini (2003)

indica que as características arquitetônicas decididas nas primeiras fases apresentam grande

impacto no desempenho do edifício (PEDRINI, 2003; LIMA, 2007). A fase de esboço é a fase

com maior potencial de eficientização quanto à tomada de decisões; porém, é a que apresenta

a menor quantidade de dados disponíveis para modelar um caso, o que normalmente, dificulta

a modelagem nos softwares de simulação. Ao mesmo tempo, entende-se que a elevada

quantidade de informações pode aumentar a complexidade da simulação, o que a torna cada

vez menos acessível a novos consultores e, principalmente, aos projetistas. Nesse caso, a

integração do método às primeiras fases de projeto, bem como a sua difusão, poderia ser

também dificultada.

Com base na revisão, há várias hipóteses que podem ser testadas no sentido de

facilitar a integração, dentre as principais está o uso de simulações simplificadas. Dessa

maneira, ferramentas complexas podem ser simplificadas para utilização como ferramentas

nas primeiras fases, por meio do uso de padrões e arquivos pré-configurados. Dessa forma,

optou-se pela utilização do programa DesingBuilder, por entender que, apesar de ser uma

ferramenta complexa, pode ser usada de maneira simplificada e utiliza os algoritmos

confiáveis do EnergyPlus. Ela também apresenta recursos que poderiam facilitar as análises,

como gráficos de balanço térmico horário e análises designadas pelo programa de

paramétricas.

A ferramenta de projetação também vai de encontro à mitigação do recorrente caso

do simulador que precisa do edifício detalhado para realizar a simulação e, ao mesmo tempo,

tem suas possibilidades de contribuições reduzidas porque o projeto já está muito definido.

Planilhas eletrônicas previamente configuradas são utilizadas para complementar as

análises dos resultados da simulação, como é o caso da análise de ambiente ventilados

naturalmente que utilizam a planilha desenvolvida por Negreiros (2010). Outras planilhas

elaboradas pelo Laboratório de Conforto Ambiental da UFRN que também facilitam a

interpretação podem ser utilizadas para as análises de maneira a viabilizar a integração com as

primeiras fases projetuais. Para auxiliar nas análises, os resultados obtidos são comparados a

sensibilidade de variáveis (transmitância, absortância, fator solar, orientação, percentual de

40

abertura na fachada etc) para o climas quente e úmido e quente e seco, estudados

anteriormente por Negreiros (2010), Simas (2009), Venâncio (2007), Lima (2007), Cunha (2007)

e Dias et al (2013).

Observa-se, ainda, que trabalhar com projetistas, nas primeiras fases de projeto,

compreende identificar um campo de soluções e não uma solução específica e sua incerteza –

mais coerente com a fase de detalhamento. A utilização de técnicas de propagação de

incertezas nos resultados, por exemplo, durante a modelagem agregaria mais complexidade ao

processo, recaindo no empecilho de viabilizar a integração e a difusão. Por meio de análises de

sensibilidade locais e por triagem, além de atingir o objetivo de identificar um campo de

soluções, o consultor está também contemplando o que estaria mais próximo a análise de

incerteza compatível com essa fase do projeto. De modo que as análises sejam melhor

compreendidas, a variabilidade dos dados de entrada serve para indicar possibilidades de

soluções de projeto para uma mesma situação projetual.

Vale salientar ainda que a aplicação de incertezas não é solicitada nas análises do RTQ-

C, o que sugere que, apesar de ser requerida por normas e regulamentos rígidos, o grau de

complexidade agregado a essas considerações, provavelmente não é comportada pelo sistema

existente. A indústria da construção brasileira não faz uso de incertezas e frequentemente há

ajustes durante a obra, como é o caso da escolha do tipo de tijolo de acordo com o valor

cotado na semana da aquisição.

41

3 Método

O método está embasado na revisão bibliográfica e na experiência precedente sobre o

tema, e consiste na seleção de seis estudos de caso aos quais são aplicados procedimentos

para melhorar o desempenho termoenergético por meio de simulação. Cada estudo de caso é

avaliado quanto aos benefícios do uso da simulação na melhoria do desempenho, quanto à

integração dos procedimentos no processo projetual e às tarefas que cabem ao projetista e ao

consultor, conforme Figura 12.

Figura 12 – Diagrama do método proposto

A análise do projeto foi dividida em quatro partes. A primeira, pré-análise, diz respeito

à compreensão do projeto e seu potencial de desempenho. A segunda é a modelagem e

simulação, ou seja, a representação das principais informações sobre o projeto inteligível ao

programa de simulação. A terceira é a pós-simulação, que compreende o tratamento dos

dados de saída da simulação, análise e síntese compreensível ao projetista, o qual receberá o

retorno dos resultados na quarta parte. Os passos se repetem enquanto houver potencial de

melhoria da edificação ou questionamentos por parte do projetista. Quando a meta é atingida

ou as alternativas se esgotam, o processo se conclui.

42

Após a conclusão dos seis casos estudados, os processos são analisados quanto à

relação entre a definição de variáveis pelo projetista e o impacto dessas variáveis no

desempenho da edificação, quanto à integração entre projetista e consultor e suas atribuições.

Ao final das análises, são apresentadas as considerações finais, nas quais constam reflexões

acerca das limitações verificadas, perspectivas para trabalhos futuros e conclusões (Figura 12).

Os procedimentos de análise de projeto proposto foram se desenvolvendo ao longo

dos estudos de casos. Por exemplo, a simulação do primeiro caso e a análise dos resultados

geraram subsídios para melhorar a definição dos padrões, modelo e análise. Essa

retroalimentação foi incorporada no procedimento 2 na simulação do caso 2 (Figura 13). Após

a modelagem e análises desse, foi constatada a necessidade de gerar um guia de entrevista e

agregar a análise de variação de parâmetro. Dessa forma, a retroalimentação seguiu por todos

os casos, durante os quais, à medida que se avançava, percebiam-se novas possibilidades de

melhora na proposta final do procedimento (Figura 13). A simulação do caso 4 e 5 mostraram

a necessidade de simular novamente o caso 2, considerando novas análises e ajustes

aprendidas com a experiência daqueles.

Figura 13 – Diagrama da retroalimentação do procedimento de análise de projeto

3.1 Seleção de casos

Os casos correspondem às situações em que foi possível empregar simulações

termoenergéticas para melhorar o desempenho da futura edificação. Todas as simulações

foram realizadas pela autora da pesquisa. A seleção considerou a importância do desempenho,

a disponibilidade das informações para o processo e a fácil interação com os projetistas. Assim,

foram selecionados seis casos, sendo três projetos de novas edificações (casos 1, 3 e 4) e três

projetos de retrofit1 (casos 2, 5 e 6). Nos casos 1 e 3 a simuladora atuou como projetista e

1 Retrofits são reformas que visam a redução do consumo de energia.

Ap

licad

o e

m:

43

consultora e nos demais casos (2,4,5 e 6) a simuladora atual como consultora, gratuitamente.

Os casos colaborativos ocorreram com projetos do Curso de Mestrado Profissional em

“Arquitetura, Projeto e Meio Ambiente” do Programa de Pós-graduação em Arquitetura e

Urbanismo. São casos que atendem os critérios de seleção satisfatoriamente e que favorecem

às análises porque são projetos com reflexão mais apurada que o usual e com maior nível de

comprometimento em relação à qualidade do projeto.

Os estudos de retrofit estão localizados em Natal (Figura 15), zona bioclimática 8. De

acordo com o projetista, eles foram escolhidos por representar edificações modernistas de

pequeno, médio e grande porte, respectivamente: o Edifício Sede da Unimed Natal (caso 2), a

Associação Atlética Banco do Brasil/AABB (caso 6), e o Instituto de Aposentadoria e Pensão

dos Servidores Estaduais/IPASE (caso 5).

Os projetos de novos edifícios também estão a zona bioclimática 8, com exceção de

um caso voltado para a zona bioclimática 7 (Figura 15). Esse último foi escolhido por contribuir

com as análises nessa zona e pela simuladora não ter tanta familiaridade com o clima. Todos

os casos analisados estão listados na Figura 14 e espacialmente localizados na Figura 15.

Figura 14 – Quadro de casos selecionados

CASO IMAGEM NOME LOCAL USO

CASO 1

Instituto SENAI de Tecnologia Petróleo e Gás

Mossoró/RN

Sala de aula

CASO 2

Edifício Sede da Unimed Natal

Natal/RN Escritório

CASO 3

Edifício do Centro Brasil – Alemanha de Pesquisa, Formação Profissional e Educação Ambiental

Natal/RN Escritório

CASO 4

Complexo Cultural FUNCART Natal/RN Sala de aula

CASO 5

Edifício Sede do Instituto de Aposentadoria e Pensão dos Servidores do Estado

Natal/RN Sala de aula

44

CASO 6

Associação Atlética Banco do Brasil (AABB)

Natal/RN Salão de festas

Figura 15 - Localização dos casos destacado com estrelas: (a) Brasil, Rio Grande do Norte, cidades de Mossoró, mais a esquerda, e Natal, mais a direita; (b) caso 1 em Mossoró; (c) demais casos em Natal

(a)

45

(b)

(c)

Fonte: Google Maps

3.2 Aplicação

A aplicação dos procedimentos de simulação nas fases iniciais de projeto auxiliou o

amadurecimento da proposta, ao passo que registravam a interação com os projetistas e a

busca de dados pendentes. Ao final de cada caso experimentado, foi possível agregar itens que

iam desde a simplificação da modelagem até a interação com o projetista. A fase de aplicação

da simulação compreende quatro sub-fases: pré-análise, modelagem, pós-simulação e retorno

ao projetista, explicadas a seguir.

Durante a pré-análise, é necessário compreender as características do edifício e da

programação arquitetônica, sobretudo metas de desempenho, antes de iniciar a modelagem.

A compreensão deve ter um discernimento do que está definido no projeto e pode ser

alterado, do que está definido e não pode ser alterado, e do que não está definido (Figura 16).

A fase de modelagem consiste na reprodução das características do projeto ou da

edificação no programa de simulação. As variáveis indefinidas são caracterizadas com o auxílio

de padrões que representam as situações mais recorrentes para casos similares. As

características definidas são modeladas considerando as metas, pois são sujeitas a diversos

níveis de simplificação, de acordo com a influência no desempenho (estimado pelas

referências bibliográficas e experiência pessoal), conforme Figura 16.

A fase de pós-simulação corresponde ao tratamento dos dados para compatibilizar

com os questionamentos. A partir do modelo definido, as simulações visam a análise de

1 2

6

3

4

5

46

sensibilidade por meio do comportamento termoenergético e por meio de análise

sensibilidade com variação de parâmetro (propriedades de materiais, sombreamentos,

aberturas, dentre outros), a determinação do consumo/m².ano, e a análise do potencial de uso

de ventilação híbrida (Figura 16).

As análises podem indicar que dados obtidos na pré-análise sejam revistos e subsidiam

a evolução da modelagem à medida que a consistência dos resultados é questionada (Figura

16). Assim, as causas das inconsistências dos resultados são corrigidas, as variáveis mais

influentes são refinadas e as menos influentes são simplificadas, se necessário para otimizar a

simulação. Para isso, sugere-se que as análises sejam realizadas na seguinte sequência: análise

do comportamento térmico, comparação do consumo/m², análise de sensibilidade com

variação de parâmetro, e análise de ventilação híbrida.

Estando os dados coerentes e cumprindo-se as análises que respondem à(s) questão

(ões) levantada (s), conclui-se com a apresentação dos resultados ao projetista (Figura 16).

47

Figura 16 – Diagrama análise de projeto

Nota: As cores das setas e das caixas do retorno ao projetistas correspondem as cores das análises das quais resultaram.

48

3.2.1 Pré-análise

A pré-análise visa identificar quais as informações relevantes para o desenvolvimento do

modelo no sentido de simplificar a simulação e atender ao objetivo a que essa se propôs.

A determinação dessas informações foi sendo aprimorada ao longo da pesquisa por meio da

estruturação dos questionamentos mais comuns e fontes. As principais fontes de informações do

projeto ou edificação são os croquis, plantas arquitetônicas, modelagens tridimensionais, imagens,

memorial descritivo e relatórios de levantamentos. A maioria das informações disponíveis

corresponde à forma da envoltória e leiaute, e à função dos espaços. Características dos sistemas

construtivos são estimadas com base em informações genéricas e as rotinas de ocupação são

especulações.

Dessa forma, as questões passíveis de dúvida quanto ao entendimento foram levadas ao

projetista no sentido de esclarecê-las, até que não restassem mais ambiguidades. A partir disso, foi

possível identificar as características ainda indefinidas pelo projetista e, dessa maneira, configurá-la

adequadamente.

A fase de pré-análise explorou três aspectos: definição de padrões para otimizar o processo,

guia de entrevistas e checklist para levantamento de dados, e identificação das potencialidades de

melhoramento do desempenho, conforme descritos a seguir.

3.2.1.1 Definição de características padrão para entrada de dados no programa de simulação

A identificação das características mais recorrentes das edificações (padrões) pode otimizar a

modelagem porque possibilita a configuração do programa de simulação para serem

automaticamente adotadas quando ainda não foram definidas pelo projetista ou quando não são

conhecidas. Essa solução possibilita a simulação nas primeiras fases projetuais.

Cada experiência de simulação apresenta uma lacuna no fornecimento de dados, o que

justificou a identificação de características padrões. Os dados foram sistematizados na Figura 17,

divididos em duas tipologias: escritórios e salas de aula2. Os dados foram completados com base nas

referências bibliográficas: Carlo (2008), Brasil (2010), ABNT (2008 ) e (UFRN, 2014). Para definição

dos dados de condicionamento de ar para escolas foi necessária uma entrevista com o responsável

pelo setor de Projetos da Superintendência de Infra-estrutura da UFRN (CIRNE, 2013). As lacunas que

persistiram foram preenchidas com os dados da biblioteca do programa de simulação, sugeridos no

seu arquivo default (DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2000-2005).

2 Esse procedimento não foi realizado para a tipologia salão de festas, tendo em vista que o projetista forneceu

todas as informações necessárias.

49

Dessa forma, obteve-se como configuração padrão para escritórios a atividade sentado

digitando, ocupação média de 0,12 pessoas/m² (CARLO, 2008), rotina de ocupação das 9h às 22h3

(CARLO, 2008), densidade de carga interna de equipamento de 17,3 W/m² (CARLO, 2008) e de

iluminação de 9,7 W/m² (BRASIL, 2010), ambas com uso das 9h às 22h (CARLO, 2008),

condicionamento de ar tipo Split de 12000 BTU/h (CARLO, 2008) eficiência 3,0 W/W (INMETRO,

2013), rotina de uso das 9h às 22h (CARLO, 2008), taxa de infiltração de 0,7 ac/h (DESIGNBUILDER

SOFTWARE LTD, 2000-2005) e set point de resfriamento em 24ºC (ABNT, 2008 ).

Já para as salas de aula (Figura 17) configurou-se a atividade como sentado (DESIGNBUILDER

SOFTWARE LTD, 2000-2005), ocupação média de 0,12 pessoas/m² (CARLO, 2008), rotina de

ocupação, de uso dos equipamentos, da iluminação e do ar condicionado, das 7 às 12:30h, das 13 às

18:30h e das 18:45 as 22:15h (UFRN, 2014), densidade de potência dos equipamentos de 4,7 W/m²

(DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2000-2005) e da iluminação de 5 W/m² (DESIGNBUILDER

SOFTWARE LTD, 2000-2005), condicionadores de ar com capacidade de 12000Btus/h do tipo Split

(CIRNE, 2013), eficiência 3,0 (INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, 2005) e set point de

resfriamento em 24°C (ABNT, 2008 ).

Figura 17 – Quadro de padrões (variáveis de ocupação e sistemas) para configuração da simulação.

A caracterização dos materiais a serem utilizados adotou duas categorias: os materiais

comumente utilizados e, portanto, que não estão associados com desempenho satisfatório; e os

materiais com potencial de contribuir para a eficiência. Esses materiais são utilizados de acordo com

as características de cada caso estudo.

A primeira categoria corresponde a edificações sem características definidas de parede

(Figura 18a), coberta (Figura 18 b,c) e vidro (Figura 18d) e também sem meta de desempenho. A

3 A rotina de ocupação não é representativa para todos os casos, porém, se trata de um parâmetro de referência

nacional.

50

segunda categoria (Figura 18 e,f) é direcionada às edificações com metas de desempenho. Nessas,

para a cobertura especifica-se telha sanduiche (Figura 18e); para a cobertura plana, não houve a

necessidade de definir um padrão porque essa informação, nos casos estudados, foi determinada

pelo projetista; para a parede utilizou-se bloco de concreto leve 45cm x 55cm x 10cm (Figura 18),

composto por concreto de espuma de poliestireno expandido, com núcleo de espuma de estireno

expandido cuja resistência térmica será maior ou igual a 7,133, transmitância térmica menor ou igual

a 0,14 (BEZERRA, 2003); e vidro verde (Figura 18f, Figura 16).

Figura 18 – Materiais utilizados no padrão - Sistema convencional: parede(a), cobertura inclinada (b), cobertura plana (c), vidro (d) e sistema eficiente: cobertura inclinada (e) e vidro verde (f)

(a)

(b)

(c)

(d)

(d)

51

(e)

(f)

(f)

Fonte: BRASIL (2013)

3.2.1.2 Guia de Entrevista e checklist

O guia de entrevista foi elaborado para facilitar o levantamento de informações sobre o

projeto e sua programação arquitetônica, além de atuar como roteiro de informações solicitados ao

projetista. Essa ferramenta complementa os desenhos iniciais, pois nas primeiras fases projetuais,

nem todas as soluções resolvidas pelo projetista estão detalhadas.

O guia leva a compreender as restrições consideradas pelo projetista durante processo

projetual e quais as potencialidades de atendimento das metas a que o projeto se propõe. Assim, é

possível delimitar o campo de solução projetuais no qual as variações a serem estudadas se

encontram.

O guia foi baseado na revisão bibliográfica, com ênfase na discussão proposta por Peña e

Parshall (2001) e nos dados de entrada necessários para a modelagem (DESIGNBUILDER SOFTWARE

LTD, 2000-2005), bem como nas primeiras experiências – casos 1 e 2 – que demonstram a

necessidade de criar um checklist para o projetista dialogar melhor com o simulador e sistematizar os

dados que serão modelados.

O guia de entrevista foi divido em duas partes principais (Apêndice A), a primeira sobre a

programação projetual e a segunda sobre o projeto propriamente dito. Na primeira parte lançou-se

mão de quatro perguntas abertas para que o projetista não fosse limitado e tivesse liberdade para

falar dos aspectos mais importantes considerados no seu projeto. As primeiras interrogações

52

permearam o objetivo do projeto, as metas termoenergeticas a que ele se propunha, o conceito

utilizado no projeto e quais os condicionantes considerados. As duas questões seguintes, ainda da

primeira parte, abordam os conceitos de conforto ambiental e eficiência energética, bem como as

estratégias que o projetista se propôs a usar para que esses conceitos fossem atendidos.

A segunda parte do questionário contempla os dados de entrada da simulação. As perguntas

assumiram formato de sim e não, para confirmar se o projetista pensou sobre elas no seu projeto.

Para tanto foram apresentados níveis de solução, a exemplo da planta baixa com definição de

ambientes ou apenas zoneamento. Ademais, a escolha do “não” como resposta, sugere ao simulador

o uso de padrões para aquele item que ainda encontra-se em aberto no projeto. Ao final de cada

questão foi inserido um campo de observação para que ficasse claro qual tipo de material deveria ser

entregue ao simulador de acordo com a opção escolhida.

A segunda parte foi dividida em 9 questões sobre a volumetria, a orientação, a distribuição

dos ambientes, a configuração de aberturas, emprego de proteção solar, materiais de fechamento,

projeto de iluminação artificial, projeto de ar condicionado e horário de ocupação da edificação

(DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2000-2005). Informações sobre os materiais de envoltória foram

obtidas por meio de ilustrações, exemplificando o detalhamento. As imagens utilizadas foram as do

Anexo V do RAC: catálogo de sistemas de fechamento de paredes e coberturas (BRASIL, 2013).

3.2.1.3 Identificação das potencialidades

A análise da programação arquitetônica, com o auxílio do questionário, proporciona

elementos que podem contribuir para identificar as potencialidades do processo. Os principais

aspectos que se procura identificar são:

Fatos, como o clima e o tipo de edificação, que têm grande influência dos aspectos já

definidos no projeto e auxiliam a caracterização do modelo;

Metas, como valores ou classificações de desempenho a serem alcançados, que

influenciam na variação do modelo a ser simulado;

Restrições, como preservação de estilo arquitetônico e características relativas ao

partido do projeto, que interferem na liberdade de modificação do projeto e,

consequentemente, nas variações simuladas.

Essas informações são determinantes na modelagem do edifício e na compreensão das

variações a serem analisadas.

3.2.2 Modelagem

A modelagem consiste na inserção das informações relevantes do projeto no programa de

simulação e no refinamento dos modelos. As principais informações são o clima, geometria,

53

orientação da implantação, zonas térmicas, áreas envidraçadas, proteção solar e configuração das

aberturas, materiais de parede e cobertura, rotinas de uso e ocupação e da densidade de potência

instaladas de equipamento, iluminação e condicionamento de ar.

Essa fase prioriza a modelagem das variáveis que são mais influentes no desempenho, com

base em princípios, recomendações e experiência da simuladora. As variáveis supostamente menos

influentes são simplificadas. Esse processo viabiliza a otimização do tempo tanto de modelagem e

quanto de execução da simulação, que são essenciais para efetivar a integração entre a simulação e

o processo de projeto.

Essa fase requer, ainda, a sistematização dos dados inseridos e ajustes realizados para um

melhor controle do processo e para proporcionar a visualização das decisões tomadas. Assim,

situações que se repetem podem ser facilmente consultadas e suas soluções replicadas.

Para a configuração do clima, foram utilizados arquivo climático TRY.epw de 1954 (LABEEE,

2014) para as edificações localizadas em Natal-RN e o arquivo climático formato .epw gerado por

Roriz Engenharia Bioclimática S/S LTDA (2012) para a edificação localizada em Mossoró-RN.

3.2.3 Análises pós-simulação

Essa etapa abrange o tratamento e a interpretação dos dados de saída da simulação, para

que o simulador obtenha respostas sucintas e objetivas para retornar ao projetista.

A primeira das análises identifica as principais cargas térmicas e avalia as características do

projeto a ela associadas. A segunda, a análise de sensibilidade, tem o objetivo de identificar quais

são as características do projeto que mais influenciam o seu desempenho, permitindo, assim,

priorizá-las nas possíveis mudanças para melhoria. Na fase de detalhamento é possível isolar uma

variável e modificar o seu valor em diferentes níveis (SALTELLI et al, 2000, Apud SILVA ,GHISI, 2013).

Dessa forma, é possível verificar se o comportamento termoenergético condiz com o tipo da

edificação e o clima e, consequentemente, verificar se eles estão coerentes antes de passar para a

próxima etapa.

3.2.3.1 Comportamento térmico do modelo

A primeira análise de comportamento térmico é a de cargas térmicas de resfriamento anual

por tipo de fontes, que correspondem ao calor que deve ser removido pelo condicionador de ar. No

exemplo da Figura 19, é possível identificar a contribuição das cargas térmicas de radiação solar,

ocupação, equipamentos, iluminação, paredes internas, piso, coberta, paredes e condução pelo vidro

(em MWh), sendo que a coberta é a que mais contribui para o aquecimento, enquanto que as

paredes têm pequena contribuição. Essa constatação deve direcionar as ações de eficientização para

a coberta e vidros, deixando as paredes apenas para as análises mais aprofundadas.

54

Figura 19 – Gráfico de comportamento de cargas térmica

A análise horária é recomendada para investigar detalhadamente o comportamento das

cargas térmicas calculados pelo balanço térmico. O gráfico de saída do programa (Figura 20) aponta

as fontes de cargas térmicas: vidros (condução), paredes, forro, piso, divisórias, cobertura, ventilação

natural interna, ar externo, da iluminação, dos equipamentos, da ocupação e dos ganhos solares em

janelas externas. As informações obtidas do gráfico anterior são conferidas quanto à magnitude da

sua contribuição, quando ocorrem, se o comportamento é coerente com as características das

propriedades térmicas dos sistemas construtivos das suas fontes, e quanto à possibilidade de haver

situações em que cargas se anulam. Por exemplo, uma coberta com alta transmitância térmica e

baixa inércia pode produzir grandes cargas de resfriamento assim como de aquecimento, mas que se

anulam quando integrados ao longo do ano, entretanto devem ocorrer picos à noite e durante o dia.

As trocas de ar horária também contribuem para comprovar as configurações do cálculo de

ventilação (Figura 20).

0 2 4 6 8 10 12 14

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação

vidros (radiação solar)

Carga térmica (MW)

Var

iáve

is

Carga térmica de resfriamento

55

Figura 20 – Balanço térmico

3.2.3.2 Análise de sensibilidade com variação de parâmetro

A variação de parâmetros permite analisar o impacto, que múltiplos valores de uma

determinada característica ou mais (o DesignBuilder permite até duas, simultaneamente), exercem

sobre uma variável. O resultado é expresso anualizado, o que explica nas análises termoenergéticas,

a utilização do parâmetro do consumo por m/². No exemplo da Figura 21, renovações de ar e tipo de

cobertura podem ser combinadas, resultando no consumo de energia (ordenadas) de quatro tipos de

coberta (linhas) num intervalo de renovações (abcissa). No exemplo, observa-se que o

comportamento da telha sanduíche é praticamente o mesmo da telha fibrocimento com isolamento

térmico e por isso a linha do azul anil está sobreposta a linha vermelha.

Figura 21 – Variação de parâmetro

56

Esses dados também podem ser exportados e trabalhados em novos gráficos, o que facilita a

compreensão de variações do consumo de energia (Figura 22) e percentuais de redução (Figura 23).

Figura 22 – Gráfico de variação do consumo de energia

Figura 23 – Gráfico de percentual de redução do consumo de energia

A análise paramétrica obtida automaticamente pelo software apresenta a restrição da

variação de parâmetro ocorrer, em termos da hierarquia de modelagem do programa, apenas no

nível da edificação. Dessa forma, a modelagem deve ser realizada cuidadosamente, pois as mudanças

de características do modelo em sub-níveis do edifício (blocos, zonas, superfícies e aberturas)

impossibilitam a variação do parâmetro analisado no nível em que houve a mudança. Por exemplo,

se o percentual de vidro na fachada foi configurado com características específicas em apenas uma

zona térmica, a variação de parâmetro não vai ser aplicada a essa zona. Se esse item não for

30.761

27.589

30.759

27.587

31.167

27.984

31.871

28.660

25000 26000 27000 28000 29000 30000 31000 32000

12 renovações de ar








Telh

asa

nd

uic

he

Telh

aal

um

ínio

cro

lisso

lM

anta

alu

min

izad

aA

tual

Consumo de energia (kWh)

3% 3% 2%

0%

13% 13% 12%

10%

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%

Telha sanduiche Telha aluminio crolissol

Mantaaluminizada

Atual

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

d

e e

ne

rgia

(%

)

Tipos de coberta

12 renovações de ar 6 renovações de ar

57

observado, os dados podem ser interpretados de maneira equivocada, ou mesmo que se identifique

a inconsistência nos resultados, a identificação da fonte pode ser dificultada, tornando a solução e

finalização da simulação mais demorada.

3.2.3.3 Análise de conforto para uso de ventilação híbrida ou ventilação natural.

A análise de conforto para o uso de ventilação híbrida ou natural considera o efeito do

movimento de ar na determinação de conforto pelo método adaptativo, proposto por Negreiros

(2010), com base no modelo de De Dear e Brager (2002) e na ASHRAE Standard 55 (ASHRAE, 2004),

resultado em ocorrências de desconforto ao frio, conforto, conforto com movimento de ar e

desconforto ao calor (Figura 24).

Figura 24 – Gráfico da porcentagem de horas em conforto

Essa informação pode ser detalhada, a exemplo do gráfico na Figura 25, o qual exibe a

ocorrência de faixas de conforto e desconforto ao longo das 24 horas do dia, para todo o ano. A

leitura proporciona relacionar as ocorrências de conforto e desconforto às horas do dia. Por

exemplo, a Figura 25 demonstra que no horário 15h há aproximadamente 25% da ocorrência de

desconforto ao calor (vermelho), 65% em conforto se houver movimento de ar sobre a pele do

usuário (amarelo) e 10% de conforto (verde).

Frio 0% Conforto

31%

Conforto se ventilado

60%

Calor 9%

58

Figura 25 – Exemplo de gráfico para análise de avaliação de desempenho térmico desenvolvido

Fonte: Negreiros (2010)

A análise indica o potencial do uso de ventilação híbrida, apontando o período (amarelo) com

maior potencial para do uso da ventilação natural ou de ventilação mecânica.

3.2.4 Retorno ao projetista

O retorno do resultado das simulações aos projetistas ocorre em forma de conversa para

facilitar a explicação dos resultados, de forma simples e objetiva, se detendo na relação entre causa e

efeito. Por exemplo, o ganho térmico por radiação solar em aberturas é explicado pela importância

do vidro ou pelo sombreamento, sem entrar no mérito do fator solar do vidro. As estratégias são

discutidas no nível conceitual, de maneira que o projetista possa tomar decisões e essas fiquem mais

adequadas ao caso estudado.

Vale salientar que a consultoria focou o aspecto termoenergético da edificação. Dessa forma,

cabe ao projetista ponderar as informações recebidas da simuladora com os demais aspectos que

envolve o projeto.

3.3 Análise do processo de integração

O método de análise do processo de integração foi qualitativa, na qual as influências das

características de integração foram sistematizadas em duas partes: a primeira visa compreender o

processo de integração em cada fase de projeto e a segunda sintetiza o processo.

3.3.1 Processo de integração nas fases de projeto

Os resultados foram sistematizados na Figura 26, indicando quatro níveis de intensidade da

interação entre a simulação e o projeto em cada uma das suas fases. A maior intensidade está

59

representada pela circunferência maior e pode variar até a interação nula, representada pelo “x”.

Além da intensidade, os símbolos apresentam a cor preta, quando a interação se deu por simulação e

cinza, quando se deu por meio de conhecimento precedente, seja por experiência da simuladora ou

por referências bibliográficas. No caso onde a fase não ocorreu no projeto, foi utilizado o traço “-”.

Figura 26 – Base para sistematização da interação do projetista com o consultor nas fases de projeto por caso.

3.3.2 Síntese do processo de integração

A cada simulação, foram mapeadas as relações entre as características da integração e as

características do modelo (Figura 27). A sequência das características do modelo dispostas nas

colunas do quadro corresponde a ordem mais recorrente durante a modelagem no DesignBuilder. As

opções das linhas se baseou na sequência do processo.

Figura 27 – Síntese do processo de integração a ser preenchido e os símbolos de preenchimento

Inicialmente levantaram-se os dados definidos pelo projetista e os que precisam ser

decididos pelo simulador. A partir dessas informações, foi possível compreender quais as restrições

relativas ao partido do projeto e, portanto, quais modificações poderiam ser realizadas,

caracterizadas pela liberdade de modificação. Em seguida, partiu-se para a análise de sensibilidade e

todas as simulações ocorridas, estabelecendo-se em quais características do modelo houve maior

variação da simulação, caracterizadas pela variabilidade na simulação. Por fim, com as simulações

realizadas, quantificou-se o impacto da variável no desempenho da edificação.

60

O cruzamento desses quesitos seguiu uma análise qualitativa, de maneira que a intensidade

variou entre: nenhum (x), pequeno (circunferência menor), médio (circunferência intermediária) ou

grande (circunferência maior). Na linha referente ao “impacto no desempenho” as circunferências

assumiram duas características diferentes: para os casos em que a qualificação foi obtida por meio

da simulação, utilizou-se o preenchimento na cor preta. Os obtidos por outros meios, como da

experiência da simuladora, utilizou-se o preenchimento na cor cinza (Figura 27). Dessa forma, as

circunferências constituem uma escala crescente que varia de 0 a 4, sendo o primeiro

correspondente a nenhum, o 3 à circunferência grande na cor cinza e o 4 à circunferência grande

preta ou a circunferência grande vazada.

A partir dessa escala, foi possível realizar análises multivariáveis por meio de representação

em gráfico radar, o qual apresenta cada variável relacionada a um eixo e cada eixo com escala

variando de zero, no centro do gráfico ao valor máximo, na sua extremidade oposta. Esse gráfico

permite que as diferenças entre os aspectos observados tornem-se muito visíveis, por meio da

variação do contorno do sólido formado. Nesse estudo considerou-se para cada eixo a graduação de

zero a quatro e as características do modelo como as variáveis que os eixos correspondem. Dessa

forma, as características do processo de integração foram conformadas pelos planos, sendo um deles

mais escuro e sólido e outro semitransparente (mais claro), a fim de permitir a visualização do plano

que estivesse por baixo dele (Figura 28). A transparência gera uma cor intermediária, mas deve-se

entender que ela faz parte da transparência e não caracteriza uma terceira variável.

Figura 28 – Radar para análise focada

0

1

2

3

4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Áreaenvidraçada

Configuraçãodas aberturas

Proteção solar

Cobertura

Parede

Sistema deiluminação

Condicionamento de ar

Definidos pelo projetista

Impacto no desempenho

61

4 Resultados

Esse capítulo apresenta os resultados obtidos nas experiências com o procedimento

proposto para a simulação simplificada inserida nas primeiras fases de projeto, bem como suas

contribuições para aperfeiçoamento do procedimento e análise sobre os pontos positivos e

negativos de sua aplicação. As experiências são apresentadas conforme desenvolvimento

cronológico. Elas estão divididas em dois tipos: projetos de novas edificações (casos 1,3 e 4) e

projetos de retrofit (casos 2,5 e 6).

Os projetos de retrofit de edifícios diferenciam-se dos projetos de novos edifícios em dois

pontos principais. O primeiro deles diz respeito à atuação do simulador apenas como consultor e não

como o projetista. O segundo aspecto corresponde ao fato das edificações existentes apresentarem

muitas especificações ou diretrizes projetuais já definidas. Além disso, os casos de retrofit

investigados destacam a preservação da arquitetura devido ao valor histórico, restringindo as

possibilidades de intervenção.

Seguindo-se aos casos, tem-se a análise da interação entre o processo de projeto e a análise

de desempenho.

4.1 Caso 1 – Instituto SENAI de Tecnologia em Petróleo e Gás (IST)

Esse projeto foi desenvolvido para atender a demanda de um Instituto de Tecnologia em

Petróleo e Gás (IST) acoplado ao SENAI da cidade de Mossoró/RN. Para o desenvolvimento do

projeto, inicialmente foram analisadas as estratégias bioclimáticas compatíveis com a zona

biocimática 07, na qual Mossoró se insere. De acordo com a arquitetura vernacular das casas de

fazenda dessa zona e das referências bibliográficas, as estratégias utilizadas foram: inércia térmica

por meio do uso de paredes externas com baixa transmitância; uso de pequenas aberturas; pouca

ventilação; sombreamento das aberturas; e a criação de um pátio interno com espelho d’água para

redução da temperatura por meio da evaporação e saída do calor por exaustão. O pátio interno

também contava com a redução da temperatura radiante, tendo em vista que as paredes que o

conformavam eram compartilhadas com ambientes condicionados artificialmente.

Na primeira versão do projeto, ainda na fase de esboço (Figura 29), foi aplicada a simulação.

62

Figura 29 – IST em fase de esboço, fachadas frontal (a) e posterior (b)

As primeiras análises voltaram-se para a simulação do conforto térmico do pátio central do

edifício, área projetada para ser condicionada naturalmente e coberta com telha sanduiche. Os

resultados obtidos no DesignBuilder foram inseridos na planilha desenvolvida por Negreiros (2010),

os quais indicaram que o pátio atingiria até 76% de horas em conforto térmico, 22% em conforto

condicionada ao movimento de ar sobre a pele do usuário e 1% em desconforto ao calor e 1% em

desconforto ao frio. O desconforto ao frio ocorreria principalmente no período da madrugada,

quando o prédio não está ocupado, e o desconforto ao calor ocorria no horário crítico (Figura 30),

mas sua pequena ocorrência, considerou-se aceitável. Assim, a equipe foi informada do desempenho

aceitável para o projeto, confirmando que as estratégias utilizadas estavam adequadas.

Figura 30 – Desempenho térmico do pátio interno: vista (a), gráfico percentual de horas em conforto (b)

(a) (b)

Após essa fase, o cliente modificou o programa de necessidades e o grande pátio central foi

inviabilizado devido ao aumento das áreas destinadas a laboratórios, enquanto o terreno

permaneceu com as mesmas dimensões. Além disso, a urgência de apresentação da proposta para o

órgão financiador também inviabilizou as análises por simulação para as demais versões do edifício.

No início, o projeto tinha um prazo de dois meses para ser concluído, o que comportava as análises.

No entanto, as mudanças bruscas no programa de necessidades relativas, principalmente, a área dos

ambientes, sem alteração na área do terreno, fez com que o projeto tomasse três configurações

diferentes ao longo desses dois meses (Figura 31). Essas alterações compreendiam, inclusive,

mudança nas estratégias passivas utilizadas na concepção do projeto, de forma que não foi possível

aproveitar as análises nas demais propostas.

63

Figura 31 – Volumetria proposta para o IST, versões 1 (a), 2 (b) e 3 (c)

(a)

(b)

(c)

Fonte: Acervo dos arquitetos

Essa experiência demonstrou que a definição da programação arquitetônica e a inclusão do

tempo utilizado nas análises termoenergéticas no cronograma do projeto são imprescindíveis para

viabilizar as simulações.

4.2 Caso 2 – Retrofit do Edifício Sede da Unimed Natal

O Edifício Sede da Unimed Natal é um edifício modernista de pequeno porte, localizado no

bairro de Petrópolis. Inicialmente o edifício foi projetado para o uso de residência, mas teve seu uso

modificado para abrigar uma edificação de escritórios (Figura 32). Dentre as intervenções a serem

realizadas pelo projetista constavam a modificação do sistema de condicionamento de ar e do

sistema de iluminação por equipamentos mais eficientes. No entanto, com o entendimento que as

modificações na envoltória podem ampliar os percentuais de eficiência, buscou-se investigar quais

seriam os melhores pontos a se intervir nesse aspecto.

Figura 32 – Planta baixa original da edificação com as 63odificações sinalizadas em vermelho: pavimento térreo (a) e pavimento superior (b)

(a) (b)

Dessa forma, o trabalho consistiu em prover consultoria ao profissional que estava

realizando retrofit na edificação. No escopo desse trabalho, esse edifício foi o primeiro a apresentar

análises mais detalhadas e, por isso, serão discutidos em dois tópicos: a definição do modelo e a

identificação das potencialidades.

64

4.2.1 Definição do modelo

Para modelar a edificação no programa de simulação, o primeiro passo foi tentar

compreender as características do edifício existente apenas com base na apresentação das

informações trazidas por ele. Assim, focou-se nos aspectos relativos à volumetria da edificação

(Figura 33 a,b), à disposição dos ambientes como zonas térmicas (Figura 33 c,d), à configuração das

aberturas (Figura 33 e,f), aos materiais do sistema construtivo (Figura 33 g) e à orientação geográfica

(Figura 33 h).

Figura 33 – Dados recebidos sobre o Ed. Sede da Unimed Natal: volumetria (a,b); planta baixa (c,d), configuração das aberturas (e,f), composição da laje de cobertura (g) e orientação, com destaque

para a edificação em análise (h)

(a) (b)

© (d)

(e) (f)

(g) (h)

N

65

Fonte: Projetista (a-g); adaptado de Google Maps (h)

A compreensão da edificação permitiu que fossem propostas intervenções como também a

modelagem da edificação. A cerca da modelagem, o entendimento da volumetria da edificação foi

possível por meio do modelo tridimensional do programa SketchUp (Figura 33 a, b), que possibilitou

sanar as dúvidas provenientes da falta de informação nas plantas baixas (Figura 33 c, d) e da ausência

de cortes e fachadas. A compreensão da disposição dos ambientes como zonas-térmicas deu-se pelo

cruzamento das informações das plantas baixas com o sistema de condicionamento utilizado em

cada ambiente. Foram determinadas 8 zonas térmicas, mediante simplificações relativas a ambientes

vizinhos com mesma característica térmica. As imagens apresentavam, ainda, as aberturas de correr

com venezianas fechadas internamente com laminado de madeira (Figura 33 e, f) a fim de diminuir a

infiltração de ar; as paredes de composição convencional pintado de branco e a cobertura de laje

plana de concreto na cor preta (Figura 33 g). As dimensões desses elementos foram medidas in loco

pelo projetista. O azimute da edificação foi determinado por meio de imagem retirada do Google

Maps (Figura 33 h).

Os ambientes originalmente caracterizados como quarto de empregada, cozinha e garagens

não foram simulados porque são áreas de depósito sem condicionamento artificial e de uso

esporádico do sistema de iluminação, de acordo com o projetista, resultando em baixo impacto no

consumo da edificação.

Figura 34 – Caso 2 modelado no DesignBuilder

Informações complementares foram solicitadas ao projetista para configurar o modelo. As

informações possíveis de levantar com facilidade foram informadas pelo projetista, o que foi o caso

da iluminação artificial (Tabela 1).

Tabela 1 – Levantamento do sistema de iluminação

66

Fonte: Projetista

As informações indeterminadas em campo e/ou nos projetos foram determinadas por meio

de outras fontes. Dentre os dados que se basearam nas referências bibliográficas estão a densidade

de ocupação, de 0,12 pessoa/m² (CARLO, 2008), as temperaturas de controle do ambiente ou set

point de resfriamento, de 24°C, conforme (CARLO, 2008; ABNT, 2008 ), e densidade de equipamentos

instalada de 17,3 W/m² para pequenos escritórios (CARLO, 2008). Também foram empregadas

informações da biblioteca do programa de simulação, como a configuração do uso de escritório e a

configuração do ar condicionado Split, sem renovação de ar. A infiltração pelas frestas foi de 10

volumes de renovação por hora.

A análise de sensibilidade da simulação possibilitou observar que o comportamento da

cobertura não condizia com o esperado para o uma laje de concreto de 0,23m no clima quente e

úmido. Dessa forma, voltou-se a configuração, onde se percebeu que uma das zonas térmicas do

modelo estavam configuradas com a coberta acrescida de uma manta com absortância de 0,3. Logo,

a absortância reduzida levou a uma redução na carga térmica do edifício.

Figura 35 – Gráfico de cargas térmicas no edifício da Unimed ao longo de um dia para teste do modelo

A segunda simulação, com características de cobertura corrigida em todas as zonas, indicou

incoerência nas cargas térmicas provenientes da radiação solar quanto à baixa contribuição do

sombreamento da veneziana existente (Figura 36).

67

Figura 36 – Gráfico de cargas térmicas Unimed – segundo modelo

Voltando-se a configuração da abertura, percebeu-se que a veneziana modelada não

correspondia ao sombreamento existente. Tendo em vista que o excesso de informações inseridas

no modelo retarda as análises, foram modeladas venezianas simplificadas, mas que apontasse

sombreamento semelhante (Figura 37). Assim, os estudos do diagrama de máscara de sombra da

veneziana aceleraram a modelagem do impacto do sombreamento, bem como agilizou os cálculos

realizados pelo programa.

Figura 37 – Diagrama de máscara de sombra das venezianas: originais (a), simplificadas (b)

(a)

0 2 4 6 8 10 12 14

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação



68

(b)

Para essa nova condição de sombreamento obteve-se redução da carga proveniente da

radiação térmica, ficando próximo a carga interna de iluminação, por exemplo (Figura 38). Esse

comportamento demonstrou-se mais condizente com o caso simulado, possibilitando avançar nas

análises das demais fontes de carga do edifício.

Figura 38 – Gráfico de carga térmica da Unimed – modelo com sombreamento ajustado

A primeira simulação com a ventilação natural demonstrou pouco potencial, ao contrário da

experiência dos funcionários, indicando grande parte do período da tarde com incidência de

desconforto ao calor (Figura 39). A fonte de erro foi a caracterização da coberta, que havia sido

simulada com alta inércia térmica.

9,5

9,7

0 2 4 6 8 10 12 14

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica (MW)

Var

iáve

is


69

Figura 39 – Gráfico de percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed, primeira simulação

Fonte: Adaptado de Negreiros (2010)

Ao corrigir a caracterização da cobertura para telha sanduiche, obteve-se um aumento

considerável de ocorrência de conforto térmico (Figura 40), mas o modelo ainda apresentava um

percentual de horas em desconforto consideráveis para a madrugada. Isso poderia acontecer por

algum material estar perdendo calor para o ambiente durante a noite ou pelo fato das janelas serem

fechadas ao final do expediente.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Frio Conforto Conf + Vent Calor

70

Figura 40 – Gráfico de percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed, após ajuste da cobertura


Ao investigar a primeira possibilidade, viu-se que não há ganhos térmicos consideráveis

durante a madrugada (Figura 41). Logo, a primeira alternativa não seria a mais adequada. Para a

segunda hipótese corroborou o fato do gráfico demonstrar que a maior frequência de horas em

desconforto acontece antes das 8h, ou seja, antes das janelas abrirem, e a partir das 18h, ou seja,

depois das janelas fecharem.

Figura 41 – Gráfico de cargas térmicas no edifício da Unimed ao longo de um dia

Foi observado ainda que o consumo por área de 456 kWh/m² estava acima do indicado na

literatura, de 150 a 200 kWh/m². Após nova revisão, se observou que os dados inseridos dos

71

equipamentos não condiziam com o levantado na revisão bibliográfica, de 17 W/m² (CARLO, 2008).

Além disso, o projetista iria trocar os equipamentos de condicionamento de ar por equipamentos

com etiqueta A, o que levou a uma atualização do Coeficiente de Performance (COP) para 3,01

(INMETRO, 2013). Com esses novos dados, houve uma redução significativa no consumo proveniente

de equipamentos (Figura 42) e o consumo para resfriamento por m² de 225 kWh/m².

Figura 42 – Gráfico da carga térmica da Unimed - modelo com densidade de equipamento e COP ajustados

Nesses últimos ajustes também foi relevante a referência do histórico do consumo de

energia da edificação, uma vez que para consumo apresentado pela simulação, 27.587 kWh,

considerou-se admissível uma variação de aproximadamente 50% (PEDRINI, 1997) para mais ou para

menos desse histórico, 14.265 kWh, por se tratar de uma simulação na fase de estudo preliminar.

Figura 43 – Gráfico do histórico do consumo de energia da Unimed

Fonte: COSERN

0 2 4 6 8 10 12 14

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica (MW)

Var

iáve

is

carga térmica de resfriamento (MW)

72

Nessa experiência, verificou-se que as informações recebidas do projetista não eram

suficientes para modelagem. A ausência de cálculo do azimute para definir a orientação e a planta

sem definição dos usos das áreas posteriores, como cozinha e áreas destinadas a serviço, bem como

a ausência de informações relativas a condicionamento dos ambientes, dificultaram o entendimento

e definição das zonas térmicas, além de gerar trabalhos desnecessários por parte do simulador. Viu-

se ainda a necessidade de confirmar se as informações não haviam chegado ao simulador porque

não se sabia da necessidade de passá-las, ou por elas não estarem disponíveis. Como contribuição,

vislumbra-se a criação de um checklist com informações necessárias para o projetista passar para o

consultor.

A modelagem necessita diversas abstrações para caracterização de informações

indeterminadas, bem como para simplificar, já que algumas características são inviáveis de modelar

no software, a exemplo da capacidade de resfriamento quando se trata de simulação de variação de

parâmetro.

Ao longo da modelagem, foi comprovada a importância da simulação com informações

parciais. Esse processo contribui para identificar erros crassos por meio de resultados atípicos e

refinar as informações relacionadas. As análises de sensibilidade contribuem para o refinamento do

modelo porque possibilitam identificar as informações mais influentes e conferir e questionar suas

origens e valores. Além disso, quando os resultados das simulações são analisados com base em

gráficos pré-estabelecidos para recebimento dos dados de saída do software, a análise das

informações tornou-se mais rápidas e direcionadas.

4.2.2 Identificação das potencialidades

Após a compreensão da edificação, foi discutido com o projetista as características passíveis

de intervenção. Optou-se por investigar os ganhos térmicos da cobertura e advinda da infiltração de

ar externo nas aberturas de veneziana que estavam obstruídas com laminado de madeira, mas ainda

apresentavam frestas significativas (Figura 33f). Considerou-se a conservação das características

históricas da edificação e do potencial de uso de estratégias bioclimáticas do projeto original, como

sombreamento e ventilação natural. Outras intervenções em áreas internas do edifício foram

descartadas porque além de afetar características históricas, trariam muito transtorno aos usuários,

tendo em vista que seria necessário interromper o funcionamento do escritório e/ou provável

geração resíduos decorrentes da reforma, que poderiam afetar os equipamentos e arquivos.

As alternativas de coberta analisadas foram:

1. Implantação de telha sanduiche sobre laje plana, considerando custo alto e

desempenho bom;

73

2. Implantação de telha de alumínio sobre a laje com manta de isolamento térmico

entre a laje e a telha, considerando custo e desempenho intermediários;

3. Instalação de manta com superfície refletora, de forma a reduzir a absortância da

cobertura, considerando baixo custo e desempenho razoável.

Considerou-se a vedação com janelas de vidro internas às venezianas para reduzir a

infiltração, já que os resultados (Figura 38) confirmam a contribuição dessas fontes de cargas

térmicas. Assim, foram combinadas quatro tipos de coberturas com a variação da renovação de ar de

0 a 12 trocas de volume de ar por hora. Embora as renovações não possam ser especificadas, o

Figura 44 ilustra o potencial de redução do consumo proporcional a redução das renovações de ar,

aproximadamente 12MWh, o que indica que deve ser melhorada a vedação da esquadria. Além

disso, as opções de telhas sanduiche e alumínio com isolamento térmico apresentam melhor

desempenho.

Figura 44 – Gráfico do consumo de energia X renovações de ar - Unimed

A redução das renovações de ar pela metade, considerando as características da coberta

existente, proporciona aproximadamente 10% de economia e até 13% de redução para a coberta

com telha sanduíche (Figura 45).

25313,65

28660,48

31870,96

24704,63

27983,52

31167,25

24347,89

27587,34

30758,72

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

0

2

4

6

8

10

12


Re

no

vaçõ

es

de

ar

Unimed_telha aluminio c rolissol Unimed_telha sanduiche

Unimed_manta aluminizada Unimed_ Atual

74

Figura 45 – Gráfico do percentual de redução do consumo de energia - Unimed

Avaliou-se, também, a possibilidade de empregar a ventilação híbrida: foi constatado que os

ocupantes do edifício optam por ventilação natural no período da tarde, quando não há insolação.

Figura 46 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – Unimed


Assim, verificou-se a possibilidade de condicionar hibridamente a edificação, sendo mais de

90% dos dias garantidos o conforto sem necessidade de movimento de ar das 10h às 15h, das 8h às

10h e após 15h até às 18h. Também foi possível constatar a ocorrência de desconforto ao calor

durante a madrugada, tendo em vista a inercia térmica da cobertura e a falta de renovação de ar no

3% 3% 2%

0%

13% 13% 12%

10%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

Telha sanduiche Telha aluminio crolissol

Mantaaluminizada

Atual

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

de

e

ne

rgia

(%

)

Tipos de coberta

Percentual de redução do consumo de energia

12 renovações de ar 6 renovações de ar

75

ambiente, uma vez que as janelas são fechadas ao final do expediente. O conforto pode ser atingido

em mais de 95% das horas do ano se o movimento de ar for garantido (Figura 46), facilmente obtido

com ventiladores de teto, por exemplo. Assim, o conforto pode ser atingido em 36% das horas do

ano, sem necessidade de outras medidas, em 59% das horas, se for garantida a ventilação, e apenas

em 5% das horas haverá desconforto ao calor (Figura 47).

Figura 47 – Gráfico do percentual total de horas em conforto

Nessa fase, observou-se que foram possíveis poucas intervenções (redução da infiltração, uso

de telha sanduiche e uso de ventilação híbrida, devido às restrições provenientes do interesse

histórico da edificação e das boas práticas adotadas na arquitetura original do edifício. Mesmo assim,

o projetista pode ter suporte das decisões mais eficazes para a eficientização, com dados embasados

na redução do consumo de energia.

4.3 Caso 3 - Edifício do Instituto Brasil-Alemanha de Inovação (IBRALI)

O projeto do Instituto Brasil Alemanha de Inovação (IBRALI) foi implantando numa Zona de

Preservação Ambiental no bairro do Guarapes, Natal-RN. O projeto se propunha a recuperar a área

de preservação ambiental, ao passo que desenvolvia tecnologias sustentáveis voltadas para a

geração de energia e tratamento de resíduos (Figura 48). O projeto também previa trabalhos de

conscientização com a comunidade e capacitação profissional.

Além do macrozoneamento da Zona de Preservação Ambiental (Figura 48), foi desenvolvido

o estudo preliminar do Edifício Sede do IBRALI (Figura 49 a, b) deveria contemplar espaços de

escritórios para a instalação de empresas alemãs que trariam suas tecnologias para serem adaptadas

ao clima brasileiro, espaço para formação profissional, auditório para recebimento de visitantes,

espaço para instalação de stands (Figura 49d), área administrativa e mirante (Figura 49c) para o

parque eólico e para a planta fotovoltaica.

Frio 0%

Conforto 36%


59%

Calor 5%

Percentual de horas em conforto

76

Como os projetistas, grupo do qual a simuladora fazia parte, já possuíam amplo domínio

sobre as diretrizes bioclimáticas para o clima quente e úmido (Natal-RN), os projetistas não possuíam

muitas dúvidas para o desenvolvimento do projeto. Dessa forma, foi possível simular as ideias iniciais

do grupo (Figura 50) com bastante clareza.

Figura 48 – Implantação e macrozoneamento do IBRALI

Figura 49 - Edifício Sede IBRALI: perspectivas vista da fachada oeste(a), da fachada norte(b); vista do mirante (c); e vista do átrio para exposições (d)

77

Fonte: Projetistas (2014)

Figura 50 – Estratégias bioclimáticas utilizadas no IBRALI

Fonte: Acervo dos projetistas (2014)

No momento da simulação desse projeto, alguns aspectos do procedimento das

simplificações já estavam definidos, de forma que foi possível a realização da simulação inicial em

cerca de 3h. Esse caso foi relevante devido à primeira aplicação das simplificações de modelagem

que deverão integrar o procedimento para atender à diminuição do tempo gasto para modelagem da

edificação (Figura 51). As principais simplificações adotadas foram:

1. A adoção de características recorrentes, de biblioteca do programa: como tipos de

materiais, clima da cidade, rotinas de ocupação, potência instalada para

equipamento e iluminação.

2. Modelagem com dimensionamento das aberturas a partir da intenção dos projetistas

e no módulo de projeto (pano de vidro ou abertura simples) e modelagem de

estratégias de forma genérica, como de um único tipo de sombreamento para todas

as aberturas completamente sombreadas.

78

Figura 51 – Modelo do Centro Brasil Alemanha de Pesquisa e sustentabilidade

Devido ao pouco tempo disponível para que os projetistas desenvolvessem o esboço, não foi

possível prosseguir com as análises, a tempo de serem utilizadas na finalização do projeto. No

entanto, após o desenvolvimento do estudo preliminar seguiu-se com as análises a fim de sugerir

orientações aos projetistas para o desenvolvimento do projeto. Para tanto, foi necessário realizar

pequenos ajustes no modelo, principalmente para compreender o uso da ventilação natural. A

principal questão na nova modelagem foi a compreensão do átrio como ambiente externo, já que o

foco para a análise eram as salas. Dessa maneira, houve uma segunda modelagem, conforme

apresentado na Figura 52.

Figura 52 – Segunda modelagem IBRALI

Esse novo modelo apresentou os ganhos internos (Figura 53) como as principais fontes de

calor da edificação, o que sugere que a envoltória esteja bem resolvida. Assim, como diretriz para o

desenvolvimento do ante projeto, apresentou-se uma atenção especial quanto a especificação das

proteções solares, já que elas serão muito importantes para reduzir os ganhos térmicos provenientes

da radiação solar e podem melhorar ainda mais o comportamento da envoltória.

79

Figura 53 – Gráfico de cargas térmicas para o IBRALI

Ao seguir-se para a análise da ventilação natural, foi possível observar que as janelas

precisariam ficar abertas além do horário de funcionamento da edificação (8-18h), até as 22h para

que o calor excessivo gerado pela iluminação artificial e o calor que ainda estava entrando pela

radiação solar fossem removidos.

Com esse ajuste foi possível reduzir as horas em desconforto ao calor para apenas 9% das

ocorrências das horas do ano (Figura 54). Mais especificamente, no período das 10h às 18h, sendo o

pico as 15h com uma ocorrência de aproximadamente 40% das ocorrências desse horário durante o

ano (Figura 55). Para compreender melhor esse comportamento, dividiu-se essas ocorrências para

cada mês, o que permitiu a compreensão que apenas nos meses de dezembro a março (Figura 56)

seria necessário o uso de condicionamento artificial no após as 10h da manhã.

Figura 54 - Percentual de horas em conforto - IBRALI

0,0 25,0 50,0 75,0 100,0 125,0 150,0

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica (MW)

Var

iáve

is


Frio 0%

Conforto 43%


48%

Calor 9%

80

Figura 55 - Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora - IBRALI

Figura 56 - Gráfico do percentual de horas em conforto por mês - IBRALI

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

fre

qu

ên

cia(

%)

mês

calor conf + ar mov. conforto frio

81

4.4 Caso 4 – Complexo Cultural FUNCART

O projeto do Complexo Cultural da FUNCART, que estava sendo desenvolvido dentro do

escopo do Mestrado Profissional do PPGAU-UFRN, previa a expansão da edificação conhecida como

Capitania das Artes localizado na Ribeira. A análise do projeto teve seu início com uma reunião entre

simuladora e projetista, na qual o projeto foi apresentado. Seguindo-se pela discussão pautada pelo

guia de entrevista, chegou-se às estratégias consideradas para tornar a edificação mais eficiente

energeticamente.

A partir desse contato foi possível compreender a necessidade de comportar o uso público e

cultural em uma área histórica, pautada na interação visual entre interior e exterior. O arquiteto

trabalhou com as restrições inerentes ao visual, permitindo que a edificação fosse ligada visualmente

ao Rio Potengi, à Zona de Proteção Histórica, o que limitou o gabarito em 7,5m, e ao uso,

conformando uma “vitrine cultural”. Esses foram os principais norteadores do partido. Ainda que não

houvesse uma meta de desempenho energético obrigatória, a preferência do arquiteto foi de atingir

a Etiqueta PBE Edifica nível A.

O nível de desenvolvimento do projeto era compatível ao de um anteprojeto, com definições

de orientação, volumetria, planta baixa, materiais de fechamento, configuração das aberturas e

proteção solar. As principais dúvidas sobre o desempenho foram: a influência da área envidraçada e

do sombreamento. Além dessas questões do projetista, foi sugerida a análise da utilização da

ventilação híbrida no complexo, de forma a apontar os horários que os usuários poderiam dispensar

o condicionamento de ar artificial.

Foram analisadas as seguintes questões:

1) O desempenho para uma fachada 100% envidraçada e 100% sombreada poderia ter

resultado semelhante a uma fachada 50% envidraçada e 100% sombreada?

2) Seria possível utilizar ventilação híbrida? Em quais horários seria possível utilizar a

ventilação natural?

Considerando que os edifícios do complexo eram semelhantes quanto à solução de fachadas

(Figura 57b) e da divisão interna, foi analisado o pior caso. Dessa forma, optou-se por simular a

edificação que apresentava as maiores fachadas voltadas para Sudoeste (Figura 57a, b).

82

Figura 57 – Complexo Cultural FUNCART: implantação (a) e volumetria (b), edifício analisado em destaque

(a)

(b)

Fonte: Acervo do projetista

Com base na edificação mais representativa, foi simulado o caso que garantia a interação do

exterior com interior, conforme diretriz de projeto, mas que ainda não se preocupava com o

sombreamento (Figura 58). Foram identificadas as principais fontes de carga térmica.

83

Figura 58 – Modelo da FUNCART com 100% de PAFT e 0% de sombreamento

Os principais ganhos de aquecimento que implicam em cargas térmicas de resfriamento são

decorrentes da radiação solar nas aberturas, seguidos pela ocupação e iluminação artificial (Figura

59). Apenas a primeira é proveniente da arquitetura e as próximas são do sistema predial. As outras

fontes inerentes à arquitetura apresentavam valores de carga térmica inferiores às principais cargas

internas, indicando que a envoltória, exceto para as aberturas, está bem resolvida.

Figura 59 – Gráfico de carga térmica da FUNCART no caso de 100% PAFT e 0% de sombreamento.

Foram consideradas estratégias de redução da carga térmica das aberturas e a necessidade

de avaliar as influências do tamanho das aberturas, da proteção solar e do tipo do vidro. No entanto,

para o último, o arquiteto já havia decidido por um vidro verde, que garantia a transparência

requerida pelo partido e reduzia a carga térmica que o ultrapassava. Considerando o tempo

demandado para a simulação, foram investigadas as variáveis relativas ao PAFT e à proteção solar.

Destaca-se que essas variáveis foram as que o arquiteto questionou quanto ao comportamento.

Foram realizadas três simulações para analisar aberturas de 100% ou 50% de área

envidraçada para 0% e 100% de sombreamento. O menor consumo de energia, 936.491MWh,

0 100 200 300 400 500

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica (MW)

Var

iáve

is


84

ocorreu para a configuração com menor área de abertura e maior sombreamento O resultado para a

combinação de 100% de PAFT e 100% de sombreamento, foi apenas 1% superior, de 940.635MWh

(Figura 60).

Figura 60 – Gráfico de comparação do consumo de energia para cada caso

Observa-se que o percentual de área de vidro total na fachada (PAFT) é significativa quando

o sombreamento é inexistente, com a redução do percentual influenciando até 6% do consumo

anual. A redução da PAFT de 100% para 50% quando completamente sombreada é inferior a 1% do

consumo de energia anual (Figura 61).

Figura 61 – Gráfico da redução do consumo de energia, com ênfase no PAFT

A mudança da fração de sombreamento da abertura é mais influente até 15%, quando o

PAFT é maior (Figura 62), demonstrando que o sombreamento é uma estratégia de destaque para a

eficiência energética desse edifício.

1101957

1035180

936491,2

940635,5

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

PAFT 100%

PAFT 50%

PAFT 50%

PAFT 100%

0%

so

mb

10

0%

so

mb



0,0%

14,6%

6,1%

15,0%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

0%Sombreamento 100%Sombreamento

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

de

e

ne

rgia

(%

)

Percentual de sombreamento (%)

100% PAFT

50% PAFT

85

Figura 62 – Gráfico do percentual de redução do consumo de energia, com ênfase no sombreamento

Esses resultados apontam que a redução da carga térmica proveniente da radiação solar

incidente no vidro, pela da redução do PAFT (Figura 60, Figura 61 e Figura 62), não se faz necessária

quando a área envidraçada está completamente sombreada porque o elemento de proteção é

responsável por impedir que a insolação chegue até o vidro. Dessa forma, não é necessário investir

nas duas variáveis; apenas o sombreamento cumpre o papel de eficientização do partido.

A análise das demais fontes de cargas térmicas em cada um dos casos (cargas térmicas de

resfriamento em MW) demonstra que quanto mais eficiente é a envoltória, menor será a carga

térmica proveniente desses itens enquanto os ganhos internos (ocupação, iluminação e

equipamentos) permanecem constantes (Figura 63). No caso menos eficiente, 100% PAFt e nenhum

sombreamento (verde), a carga térmica proveniente dos vidros chega a ser maior do que a carga

proveniente da iluminação e da ocupação. Nos casos em que a envoltória já apresenta desempenho

satisfatório, mudam as prioridades porque é necessário atentar para as especificações dos

equipamentos e para o desenvolvimento do projeto luminotécnico, de maneira que a redução do

consumo de energia seja ainda maior.

14,6% 15,0%

0,0%

6,1%

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

16,0%

100% PAFT 50% PAFT

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

de

e

ne

rgia

(%

)

Percentual de abertura na fachada total (%)

100%Sombreamento

0%Sombreamento

86

Figura 63 – Gráfico de contribuição na carga térmica positiva para os casos simulados

A análise da ventilação natural foi realizada com base na simulação de todo o edifício, com

exceção do subsolo. O modelo utilizado obteve bom desempenho termoenergético e atendia as

intenções do projetista – PAFT 100% e sombreamento de 100%. Verificou-se que a ventilação natural

poderia ser utilizada em 34% das horas do ano, sendo que nas demais 64% das horas do ano o

conforto fica condicionado ao movimento de ar (Figura 64), que poderia ser garantida por meio do

uso de ventilador de teto.

Figura 64 – Gráfico do percentual de horas de conforto - FUNCART

Os 2% de horas em desconforto ao calor (Figura 64) ocorrem durante o intervalo de meio dia

até 17horas, sendo menos de 10% dessas horas, ao longo de todo ano, com sensação de desconforto

0 100 200 300 400 500 600 700

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica de resfriamento (MW)

Var

iáve

is

50%PAFT 100%somb 100%PAFT 100%somb

50%PAFT 0%somb 100%PAFT 0%somb

Frio 0%

Conforto 34%


64%

Calor 2%

87

(Figura 65), demonstram que o uso do ar condicionado é mais indicado para o período da tarde e

para apenas 10% do ano.

Figura 65 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora - FUNCART


Além da fachada 100% envidraçada 100% sombreada, a edificação pode se beneficiar do uso

de ventilação natural com auxílio de ventiladores. A eficientização do esboço nesse caso

proporcionou uma redução no consumo de energia de aproximadamente 14%, sendo que ainda é

possível reduzir esse valor, se considerarmos o uso da ventilação mecânica em boa parte do ano. As

contribuições trazidas pela análise de ventilação híbrida levaram-na a serem incorporadas à

sistematização de integração.

Ainda é possível desenvolver estudos mais aprofundados, em fases posteriores do projeto,

sobre a integração do uso da iluminação natural na edificação, reduzindo o consumo durante o dia

com a iluminação artificial.

Destaca-se a simplificação de modelagens por meio da criação de um bloco adiabático abaixo

do subsolo, no pavimento de garagem. Esse recurso foi utilizado para impedir as trocas térmicas da

edificação condicionada com o solo, já que o pavimento de garagem, na realidade, reduz a influência

do solo.

O segundo destaque de simplificação de modelagem foi o sombreamento. O arquiteto

definiu uma persiana externa como elemento de proteção, a qual se caracteriza por elementos

horizontais de pequena profundidade (8mm) repetidos quantas vezes for necessário para atingir a

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


88

dimensão vertical da abertura. Esses apresentam ainda a possibilidade de retração total –

permitindo a interação visual nos horários que o sol não incide – ou encobrimento total – tornando a

fachada opaca inclusive para a radiação difusa (Figura 66b). Com essas características, o elemento de

sombreamento aumentou o tempo de simulação. Assim a simulação foi interrompida e partiu-se

para a simplificação dessa informação. Foi necessário verificar o sombreamento permitido pelo

elemento de proteção. Ressalta–se que a mobilidade dele permite ajustes, que levam não apenas ao

sombreamento quando ela está estendida sobre a janela e sem rotação horizontal (Figura 66a), mas

também ao sombreamento máximo, já com a rotação (Figura 66b). Vale salientar que o

sombreamento máximo desse elemento bloqueia consideravelmente a iluminação indireta, o que

leva o conjunto (vidro e proteção) a ter características próximas a dos elementos opacos.

Figura 66 – Sombreamento da persiana externa: estendida e sem rotação (a) e rotacionada (b)

(a)

(b)

A partir desse entendimento, sugeriu-se um elemento de maiores dimensões e menores

repetições que atendesse o mesmo sombreamento (Figura 67).

89

Figura 67 – Elemento de sombreamento simplificado

Por fim, destaca-se o sombreamento proposto pelo arquiteto na laje. Para facilitar a

modelagem, o deck de madeira, responsável pelo sombreamento e ventilação dessa laje, foi

modelado por meio da inserção do uma placa acima do teto da edificação. Apesar dessa

simplificação não atender a ventilação, entende-se que ela é válida por impedir a radiação direta na

cobertura, evitando comportamento não condizente com a realidade na análise de cargas térmicas.

4.5 Caso 5 – Instituto de Aposentadoria e Pensão dos Servidores do Estado

– IPASE

O Instituto de Aposentadoria e Pensão dos Servidores do Estado (IPASE) é um edifício

modernista, localizado no bairro Rocas, que já sofreu algumas intervenções na tentativa de adequar-

se as necessidades do uso de escritórios. Dentre essas modificações estão a redução da área de

envidraçada na fachada leste e oeste para instalação de ar condicionados de janela. Nessa

perspectiva, o projeto do retrofit teve como objetivo não apenas a redução do consumo de energia,

mas a recuperação de parte das características modernistas da edificação.

Assim, a reunião para definição das intervenções no IPASE contou apenas com um modelo

3D no Sketchup (Figura 68 a,b) e dados de orientação (Figura 68c) para visualização e esclarecimento

das intenções de eficientização do edifício. A princípio, considerou-se apenas na intervenção do

sombreamento, já que, para o resgate das características originais da edificação, pretendia-se

aumentar a área de vidro das fachadas para 100% na fachada Leste. Além disso, por se tratar de uma

edificação vertical, sabia-se que a cobertura gerava muito calor apenas para o último pavimento,

logo, uma intervenção nesse elemento, provavelmente não teria um grande impacto no consumo

total da edificação.

90

Figura 68 – Dados da edificação: modelo 3D programa Sketchup (a,b) e vista de topo da edificação com a orientação e exposição solar de cada fachada(c)

(a)

(b)

(c)

Fonte: Projetista

4.5.1 Modelagem do edifício

Devido ao pouco tempo disponível para análise, foi necessário iniciar as simulações antes da

realização da entrevista e, por conseguinte, do envio das informações constantes no checklist. Assim,

as características de modelagem da edificação foram todas visualizadas no modelo do Sketchup

(Figura 69). Optou-se por simular apenas os pavimentos do 3º ao 8º nível (Figura 69) por esse ser o

alvo da análise de retrofit.

91

Figura 69 – Modelo simulado - IPASE

A primeira versão da simulação foi realizada sem a rotina de condicionamento de ar correta.

Verificou-se que o ar condicionado estava sendo ativadas as 5h da manhã e que a temperatura do ar

sofria um aumento brusco as 19h, como se o aquecimento estivesse ativo (Figura 70).

Figura 70 – Gráfico dos ganhos térmicos e temperaturas radiante, do ar, operativa e de bulbo seco.

Após o ajuste da rotina, os ganhos térmicos estavam, aparentemente, mais condizentes com

a realidade (Figura 71).

92

Figura 71 – Gráfico da carga térmica do IPASE, após ajuste da rotina do condicionamento de ar.

Ao analisar o Figura 72, percebeu-se que nos seis casos analisados, os ganhos térmicos

correspondentes a iluminação estavam muito superiores às demais variáveis, o que poderia indicar

alguma configuração errada. Além disso, a Figura 73, demonstrava excesso de horas em desconforto,

o que não era compatível com a ventilação cruzada existente na edificação.

Figura 72 – Gráfico de contribuição na carga térmica positiva para os 6 casos simulados.

Figura 73 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – IPASE, primeira análise.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Fração (%)

Var

iáve

is

60% PAFT 100%somb 60%PAFo 100%somb 100%PAFT 100%somb60%PAFT 0%somb 60%PAFo 0%somb 100%PAFT 0%somb

93


Então, considerou-se que a eficientização deveria respeitar a densidade de potência de

iluminação indicada no RTQ-C para o nível A de escritórios e modificou-se para 9,7 W/m² (BRASIL,

2010).

Tabela 2 – Limite máximo aceitável de densidade de potência de iluminação (DPIL) para o nível de eficiência pretendido – Método do edifício. Destaque para o uso de escritório

Fonte: BRASIL (2010, p. )

A nova condição de iluminação melhorou o resultado, no entanto, ainda persistia muitas

horas em desconforto ao calor (Figura 74). Dessa maneira, percebeu-se que a rotina de abertura das

janelas estava configurada para que elas abrissem apenas uma época do ano. Também notou-se que

a marquise de 60cm na fachada Leste não estava modelada.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


94

Figura 74 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – IPASE, com ajuste da iluminação.


O ajuste da rotina e no sombreamento levou a uma redução significativa na quantidade de

horas em desconforto ao calor (Figura 75). Mas a fachada Oeste ainda estava susceptível a

aproximadamente 25% das horas do ano em desconforto ao calor.

Figura 75 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – IPASE, com ajuste de rotina e sombreamento.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


95


Ao verificar o balanço térmico da edificação, percebe-se que no período da tarde não há

grandes ganhos térmicos (Figura 76), o que sugere que a ventilação não seja suficiente para remover

o calor gerado internamente. Essa suspeita foi confirmada com a retirada total da potência instalada

de iluminação. Nessa situação, as horas em desconforto ao calor são praticamente nulas (Figura 77).

Como a iluminação utilizada anteriormente era correspondente ao limite para o nível A do RTQ-C,

entende-se que já pode ser considerada eficiente.

Figura 76 – Gráfico do balanço térmico para ao longo de um dia - IPASE

Figura 77 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora – IPASE, sem iluminação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


96


Retornando à análise na qual o edifício funciona com condicionamento ativo, foi necessário

ajustar o COP (Coefficient Of Performance) do ar condicionado para 3,5 considerando o VRV proposto

pelo projetista. Nesse momento, a simulação de variação de parâmetros apontou diferença entre os

ganhos solares absorvidos na situação em que o PAFt era 0%, por estar 0% sombreado e 100%

sombreado (Figura 78). No entanto, não deveria haver diferença por não haver área envidraçada. De

tal modo, verificou-se que havia um erro na modelagem, que não permitia a alteração no PAF Oeste.

Figura 78 – Gráfico dos ganhos solares absorvidos - IPASE

Problemas na modelagem aumentaram o tempo necessário para obtenção dos resultados, o

que enfatiza a necessidade de conhecer o funcionamento do programa de simulação para permitir

retornos mais rápidos para os projetistas. Além disso, os padrões precisam estar adequados para que

o tempo de resposta seja diminuído, o que, nesse caso, não ocorreu com a iluminação.

A utilização do parâmetro consumo/m² auxiliou a validação do modelo e foi incorporado na

sistematização do procedimento. Esse parâmetro foi utilizado para revalidar o caso 2.

4.5.2 Quantificação da redução do consumo de energia

Com o modelo corrigido, observou-se o consumo de energia para 0% de sombreamento e

100% de sombreamento com o percentual de abertura na fachada total variando de 0% a 100%

(Figura 79), o qual demonstra redução de até 12,9% no consumo e energia. Observa-se que o

sombreamento é mais eficaz do que a redução da área de abertura, já que o primeiro possibilita

redução de 12,5%, enquanto o segundo de 3,8% (Figura 80). Além disso, vê-se que, assim como o

730264

105776

0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000

Ganhos solares (kWh)

Cas

os

sim

ula

do

s

100%somb 0%PAFT 0%somb 0%PAFT

97

caso 4, quando se considera o 100% de sombreamento, a economia pela redução do PAFT torna-se

quase insignificante, apenas 0,04% de diferença (Figura 80).

Figura 79 – Gráfico do consumo Energia IPASE

Figura 80 – Gráfico do percentual de redução do consumo de energia - IPASE

Ao considerar a possibilidade da edificação funcionar apenas com ventilação natural, tem-se

durante todo o ano 13% da ocorrência das horas em conforto, 83% em conforto com movimento de

ar e 4% em desconforto ao calor (Figura 81). A maior ocorrência dessas últimas ocorreu no período

da tarde, com pico às 15h (Figura 82).

482121,5

506382,19 526234,75 540574

553048,5 562146,44

486940,5 488074,34 489522,59 490663 491826,94

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0%PAFT 20%PAFT 40%PAFT 60%PAFT 80%PAFT 100%PAFT

Co

nsu

mo

de

ener

gia

(kW

h)

Variação do Percetual de Abertura da Fachada Total (PAFt)

0% somb 100% somb

0,0%

12,5%

3,8%

12,9%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

0%Sombreamento 100%Sombreamento

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

de

e

ne

rgia

(%

)

Sombreamento (%)

100% PAFT

60% PAFT

98

Figura 81 – Gráfico do percentual de horas em conforto - IPASE

Figura 82 – Gráfico do percentual de horas em conforto a cada hora - IPASE


A análise da ventilação natural demonstra o potencial de uso do sistema de ar condicionado

apenas nos horários de pico, o que possibilitaria reduzir ainda mais o consumo de energia. Vale

ressaltar que o sistema híbrido só seria possível com o uso de mecanismos que garantissem a

ventilação, a exemplo de ventiladores de teto.

4.6 Caso 6 – Associação Atlética Banco do Brasil – AABB

A AABB também é um edifício de valor histórico, por suas características modernistas. A

parte do edifício na qual deveria haver a investigação é onde se localiza a área do clube destinada a

festas e, por isso, tem 80% de sua ocupação durante o período da noite, em eventos e que na

maioria das vezes na quinta, sexta e sábado das 20h às 02h.

Frio 0%

Conforto 13%


83%

Calor 4%

99

O edifício se caracteriza por uma edificação de dois pavimentos sobre pilotis (Figura 83), com

um grande salão de pé-direito duplo. A parede, de 15cm, é convencional com tijolos cerâmicos e a

cobertura telha fibrocimento espaçada 10cm da laje de concreto com 15cm de espessura. Além

disso, como o edifício sofreu intervenções arquitetônicas para agregar o atual sistema de ar

condicionado Split Hi-Wall, as venezianas foram fechadas, em sua face interna, com vidros. Por se

tratar de um ambiente de festa, configurou-se a atividade do modelo com um padrão do programa

para pessoas se exercitando e com sua lotação em 300 pessoas, ou seja, 0,29 pessoas/m².

Figura 83 – AABB: fotografia (a) e plantas baixas do 1º pavimento (b) e 2º pavmento (c)

(a)

(b)

100

(c)

Fonte: Projetista de retrofit

Após a conversa inicial e recebimento dos materiais e checklist solicitados, modelou-se a

edificação a fim de obter as fontes de cargas térmicas do salão de festas.

Figura 84 - Gráfico de carga térmica da área de festas da AABB

0 25 50 75 100 125 150

vidro (condução)

paredes

coberta

piso

paredes internas

iluminação

equipamentos

ocupação


Carga térmica (MW)

Var

iáve

is

Carga térmica positiva

101

A análise de um dia de funcionamento com desempenho recorrente indica que os principais

ganhos térmicos são oriundos da radiação direta, do piso e da coberta. As cargas térmicas

provenientes do piso e da cobertura – que contém espessas camadas de laje de concreto – se tornam

preocupantes devido ao atraso térmico. Essa propriedade demonstra que o calor incidente durante a

manhã chega ao interior da edificação apenas no final do dia (cinza e marrom, respectivamente na

Figura 85). Como a cobertura recebe radiação solar ao longo de todo o dia e o piso não, a carga

térmica proveniente daquela é mais impactante.

Figura 85 - Gráfico do balanço térmico horário da AABB

Dessa forma, tem-se que, considerando o uso noturno, seria mais relevante intervir na

cobertura e no sombreamento das aberturas. Dessa forma, foram realizadas simulações com os tipos

de cobertura especificados em conjunto com o projetista do retrofit e verificou-se também o impacto

do sombreamento de 0% e de 100% no consumo de energia do salão de eventos.

Os resultados demonstraram que o uso dos sistemas de cobertura com telha fibrocimento,

acrescido de uma camada de isolante térmico – lã de vidro – e uso de telha sanduiche produzem

melhores resultados (Figura 86). Para esses sistemas, a redução no consumo de energia representa

8% (Figura 87), se comparado com a cobertura existente. Já a utilização apenas da manta

aluminizada traria apenas 2% de redução (Figura 87). Quando combinados com a sombreamento, a

redução aumenta para 22% (Figura 87).

102

Figura 86 – Gráfico do consumo de energia da AABB por combinação de variáveis simuladas

Figura 87 – Gráfico do percentual de redução do consumo de energia por caso simulado

Ao analisar a possibilidade de uso de ventilação natural durante a noite, vê-se que nesse

período apenas pouco mais de 50% das horas encontra-se em conforto, mesmo se houver garantia

do movimento de ar sobre a pele (Figura 88).

21063,34

21061,36

23343,29

23564,56

24932,2

24873,02

26721,51

27130,22

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

telha sanduiche

telha alumínio c rolissol

manta aluminizada

AABB

telha sanduiche

telha alumínio c rolissol

manta aluminizada

AABB1

00

% s

om

b0

% s

om

b


Var

iaçõ

es

sim

ula

das

22% 22%

14% 13%

8% 8%

2% 0% 0%

5%

10%

15%

20%

25%

telha sanduiche telha alumínio crolissol

mantaaluminizada

AABB

Po

ten

cial

de

re

du

ção

do

co

nsu

mo

de

e

ne

rgia

(%

)

100% somb

0% somb

103

Figura 88 – Gráfico do percentual de horas em conforto com ventilação noturna


Caso as janelas fiquem abertas tanto pela manhã quanto a noite, é possível conseguir as

horas de conforto durante a noite e boa parte da manhã, ficando comprometidos apenas os horários

entre as 12h e 17h, no máximo 20% das ocorrências (Figura 89). Isso acontece porque a carga

térmica recebida por meio da radiação solar direta durante o dia, pode ser removida com a

ventilação natural, não ficando retida até a noite.

Figura 89 - Gráfico do percentual de horas em conforto com janelas abertas durante o dia e a noite


104

4.7 Interação entre análise de desempenho e o processo de projeto

A simulação integrada ao processo de projeto é apresentada em três fases: a primeira

relacionada à intensidade da interação em cada fase de projeto, na segunda o processo de

integração decomposto e suas partes relacionadas às características do modelo simulado e, por fim,

destaca-se a relação entre duas dessas partes.

4.7.1 Simulação nas fases de projeto

Ao cruzar os casos com as fases de projeto em que houve simulação para subsídio das

decisões projetuais, tem-se que o caso 1, por apresentar uma modificação brusca no programa ainda

na fase de estudo preliminar, utilizou-se da simulação apenas nas duas primeiras fases projetuais.

Embora o projeto tenha continuado em fases posteriores, não foi possível integrar a simulação,

devido à falta de tempo, como explicado anteriormente.

O caso 2, o edifício da Unimed, teve interação com a simulação desde a fase de pré-projeto,

por ter sido o primeiro contato com o projetista. Nesse momento, a interação foi intermediária

(Figura 90), já que apesar de não ter havido simulação propriamente dita, a simuladora auxiliou na

definição de quais elementos dever-se-ia intervir, baseada em experiências precedentes. Além disso,

o projetista já possuía algumas definições, como a realização de trocas de lâmpadas e dos aparelhos

condicionadores de ar. No estudo preliminar confirmou-se a necessidade de intervir nos elementos

definidos na fase anterior: coberta e infiltração do ar, por meio da análise de sensibilidade, o que

configurou uma intensa interação (Figura 90). Na fase de detalhamento foi possível refinar as

diretrizes apontadas nas fases anteriores, por meio do estudo de tipos de cobertura e variações da

renovação de ar, comparando-os com a redução do consumo de energia, também se estudou a

possibilidade de utilização da ventilação hibrida.

O caso 3, o projeto chegou apenas ao nível de estudo preliminar. Dessa maneira, foi possível

uma grande interação na fase de pré-projeto (Figura 90), no sentido de confirmar que as estratégias

pensadas pelos projetistas levariam ao bom desempenho da edificação. Destaca-se que devido as

grandes dimensões do terreno, havia possibilidade de utilizar muitas estratégias, o que levou os

projetistas a questionar se as escolhidas se adequavam ao desempenho esperado. Nesse caso,

também devido ao tempo muito curto, não foi possível interagir na fase de esboço.

O caso 4 chegou à simuladora já em nível de estudo preliminar. Mas foi possível ter uma

pequena interação ainda nessa fase (Figura 90) já que o arquiteto estava repensando alguns pontos

do projeto. Para tanto, se utilizou das análises de sensibilidade voltadas para responder questões

trazidas pelo projetista e para compreender o comportamento da edificação. Na fase seguinte a

105

interação foi ainda maior (Figura 90), pois se refinou as estratégias identificadas como

sombreamento, redução da área opaca e possibilidade de utilização da ventilação híbrida.

No caso 5, o projetista responsável pelos retrofits possuía maior autonomia para pensar nas

diretrizes do projeto, dessa forma, houve uma pequena interação na fase de pré-projeto (Figura 90),

na qual se discutiu as diretrizes pensadas baseados nas experiências precedentes da simuladora e do

projetista. Na fase de estudo preliminar realizou-se a simulação de sensibilidade para confirmar os

pontos debatidos, configurando uma grande interação. Do mesmo modo do caso 2, as simulações

seguiram na fase de detalhamento muito intensas (Figura 90), com o refinamento das estratégias de

sombreamento e redução da área envidraçada e estudo do uso da ventilação híbrida.

Por fim, o caso 6, também de retrofit, apresentou pouca interação na pré-projeto (Figura 90),

também baseado em experiências precedentes da simuladora. Seguiu-se para o estudo preliminar,

que fez uso da análise de sensibilidade voltada para a confirmação das estratégias de sombreamento

pensadas pelo projetista. Por fim, o detalhamento investigou o refinamento das alternativas

apontadas no estudo preliminar (Figura 90) e estudou a ventilação híbrida na fase de anteprojeto

(Figura 90).

Figura 90 – Quadro de sistematização da interação do projetista com o consultor nas fases de projeto por caso

Em todos os casos, percebeu-se uma grande interação nas primeiras fases projetuais, sendo

que foi possível utilizar os conhecimentos precedentes da simuladora para melhorar o desempenho

energético do edifício para a fase de pré-projeto os projetos de retrofit para os quais o clima era bem

conhecido e o problema de fácil resolução. Nesses casos, foi imprescindível, no estudo preliminar, a

confirmação das estratégias sugeridas por meio de análise de sensibilidade.

Para o caso de novos projetos, a fase de pré-projeto utilizou-se de simulação em dois casos:

quando a quantidade de soluções a ser adotadas era muito grande e desejava-se saber se estava no

caminho certo (caso 3) e quando o clima não era tão bem conhecido (caso 1). Essa última

constatação é coerente com as considerações de Lima (2012). Vale ressaltar que o caso 1 foi o único

realizado para o clima quente e seco (Mossoró-RN). Para o caso 1, ainda não estava bem definido o

procedimento e, portanto, não houve análise de sensibilidade, mas apenas a necessidade de verificar

106

se a ventilação era pertinente ao clima. Para o caso 3, as estratégias pensadas pelos projetistas foram

simuladas com configurações mais genéricas, que não estavam definidas, e a análise de sensibilidade

foi realizada de forma superficial, apenas observando os dados de saída do programa. Após a entrega

do estudo preliminar, foi possível concluir essas simulações com o uso de planilhas complementares,

mas elas atuaram no intuito de, em uma possível continuação do projeto, chegar a diretrizes que

poderiam ser detalhadas.

O estudo preliminar foi voltado principalmente para a análise de sensibilidade no sentido de

confirmar estratégias, mas também houve o esclarecimento de dúvidas trazidas pelo projetista. Na

fase de detalhamento das informações houve frequentemente, o refinamento das estratégias

pensadas na concepção e estudo da ventilação híbrida. Por fim, os casos estudados não chegaram à

fase de análise final.

4.7.2 Síntese do processo de integração

Para a análise de interação entre a simulação e o processo de projeto, o caso 1, por ser a

primeira experiência de simulação não apresentou muitos casos simulados, apenas um com

ventilação natural, constatando a baixa variabilidade nas simulações (Figura 91). A maior parte das

características do modelo apresenta-se muito definidas pelo projetista, com exceção das zonas

térmicas e materiais das paredes, para os quais os projetistas tinham definição intermediária, e da

configuração das aberturas e do sistema de iluminação, que apresentavam definição baixa (Figura

91). Além disso, vê-se grande intensidade de liberdade de modificação (Figura 91) vinculada ao fato

do simulador fazer parte da equipe de projeto, exceto para a orientação e a geometria, que estavam

associadas a restrições da programação arquitetônica.

Com a simulação voltada apenas para a ventilação natural, percebeu-se que as variáveis que

causavam maior impacto no desempenho eram a configuração das aberturas, a geometria, a

orientação, a proteção solar, a cobertura e o sistema de condicionamento de ar (Figura 91). As três

primeiras características obtiveram-se baseadas na experiência da simuladora e os demais ficaram

explicitas nas simulações.

107

Figura 91 – Quadro síntese do processo de integração no caso 1 - FIERN

O caso 2 consiste em uma edificação já construída e com traços modernistas a serem

preservados. Esses fatores influenciaram na grande definição da maior parte das características,

sendo apenas a configuração das aberturas, de definição média e a cobertura pouco definida.

Também pelos mesmos fatores, tornou-se inviável alterar a geometria, a orientação, a área

envidraçada e as paredes da edificação. Assim, a liberdade de modificação deu-se em grande

intensidade apenas para a configuração das aberturas, a cobertura e o condicionamento de ar

(Figura 92).

Dessa forma, optou-se por investigar com as simulações esses três fatores, para os quais se

obteve grande impacto no desempenho da edificação, assim como a proteção solar. Apesar de não

ter sido apontado diretamente na simulação, percebeu-se que esse edifício também apresentava

grande influência da geometria, orientação, zonas térmicas e da área envidraçada (Figura 92), já que

esses fatores haviam sido projetados de acordo com a zona bioclimática 8.

Figura 92 – Quadro síntese do processo de integração no caso 2 - Unimed

O projeto do caso 3 estava muito no início e, portanto, haviam sido definidos apenas as zonas

térmicas, a cobertura e o condicionamento de ar, sendo a geometria, a orientação e a proteção solar,

definidos de forma intermediária e as demais características pouco definidas. Devido ao baixo grau

108

de definição e a simuladora fazer parte da equipe de projeto observa-se uma alta intensidade de

liberdade de modificação. No entanto, com o pouco tempo disponível para o desenvolvimento do

projeto e sua interrupção, impossibilitou uma alta variação de simulações, sendo possível estudar

apenas o condicionamento híbrido (Figura 93).

Assim, o caso 3 apresentou, pela simulação, grande impacto no desempenho, decorrente da

proteção solar, cobertura, configuração de aberturas e condicionamento de ar. Entende-se que a

geometria, orientação, zonas térmicas e área envidraçada, também apresentam grande influência

sobre o desempenho, de acordo com o conhecimento precedente (Figura 93). Nesse caso, o

entendimento que as zonas térmicas têm alto impacto deve-se ao fato de a zona não condicionada

atuar como amortecedor, impedindo que o calor seja transmitido diretamente para a zona

condicionada.

Figura 93 – Quadro síntese do processo de integração no caso 3 – Centro de Pesquisa Brasil - Alemanha

O caso 4 chegou à simuladora com as características do modelo bem definidas. Apenas a

área envidraçada, a configuração das aberturas e a proteção solar estavam com uma definição

intermediária, visto as dúvidas trazidas pelo projetista. Além disso, a parede e o sistema de

iluminação estavam pouco definidos, já que, de acordo com o projetista, não eram itens relevantes

para a fase de esboço desse projeto.

Mesmo com o elevado grau de definição, o projetista permitiu intensamente a modificação

das características, exceto na geometria e orientação, que não podiam ser modificadas devido à

programação arquitetônica; nas zonas térmicas, com pouca liberdade; e nas áreas envidraçadas e

configuração de aberturas que apresentaram liberdade intermediária (Figura 94). Para as últimas, já

existiam diretrizes orientadoras.

Assim, a simulação focou na área envidraçada, proteção solar, condicionamento ambiental

com grande intensidade e configuração das aberturas com intensidade média. Por fim, o impacto foi

elevado e demonstrado pela simulação nos itens nos quais se focou a simulação, sendo ainda

percebidos, embora que por outros meios, na geometria, orientação e cobertura (Figura 94).

109

Figura 94 – Quadro síntese do processo de integração no caso 4 - FUNCART

O caso 5, por se tratar de retrofit em uma edificação modernista, apresentava características

muito definidas, como a geometria, a orientação, as zonas térmicas, a configuração das aberturas, as

características de paredes, o sistema de iluminação e sistema de condicionamento de ar. A área

envidraçada, a proteção solar e a cobertura apresentavam definição intermediária. A questão da

preservação dos traços arquitetônico do edifício levou a baixa liberdade de modificação, sendo a

geometria, a orientação e a configuração das aberturas sem possibilidade de mudança, as zonas

térmicas e o sistema de iluminação com pouca liberdade, as áreas envidraçadas e a proteção solar

com liberdade intermediária e a cobertura e paredes com liberdade elevada (Figura 95).

Diante desses fatores e do entendimento do clima, foi possível uma alta variabilidade da

simulação para as características de área envidraçada, proteção solar e condicionamento de ar,

sendo esses muito significativos no consumo de energia, assim com a geometria e a orientação, esses

dois últimos baseados em casos precedentes (Figura 95).

Figura 95 – Quadro síntese do processo de integração no caso 5 - IPASE

O caso 6 apresentou uma interação muito parecida com o do caso 5, por também se tratar

de um retrofit. As características relacionadas a geometria, orientação, zonas térmicas, área

envidraçada, configuração das aberturas, paredes, sistema de iluminação e sistema de

condicionamento de ar estavam muito definidos pelo projetista. Já a cobertura e proteção solar

apresentavam definição intermediária. Da mesma maneira que o caso anterior, a liberdade de

110

modificação foi baixa devido aos traços modernistas que deveriam ser preservados. Assim, a

geometria, orientação, zonas térmicas e configuração das aberturas não teve nenhuma liberdade de

modificação; as áreas envidraçadas, teve pouca liberdade; a parede teve liberdade intermediária e a

proteção solar, cobertura, sistema de iluminação e condicionamento de ar tiveram liberdade elevada

(Figura 96).

O entendimento do comportamento térmico da edificação e do seu uso, principalmente no

turno noturno, levou a focar a variabilidade de simulação para os itens proteção solar, cobertura e

condicionamento de ar. Por fim, foi possível observar, por meio da simulação, que as áreas

envidraçadas, a proteção solar, a cobertura e o condicionamento de ar tiveram grande impacto no

desempenho da edificação, a configuração das aberturas tiveram impacto intermediário e as

paredes, zonas térmicas e o sistema de iluminação tiveram baixo impacto. Além desse, foi possível

observar, por meio do conhecimento precedente, que a geometria e a orientação do edifício

também tiveram grande impacto no desempenho (Figura 96).

Figura 96 – Quadro síntese do processo de integração no caso 6 - AABB

Para os seis casos estudados, percebe-se uma grande influência da área envidraçada,

proteção solar e condicionamento de ar no impacto do desempenho. Esses aspectos estão

claramente ligados as diretrizes bioclimáticas da zona 8, na qual tem-se que sombrear aberturas e

ventilar. Além disso, é recorrente a necessidade de atenção com a cobertura para edificações

horizontais, aspecto também largamente difundido na arquitetura.

Embora a geometria e a orientação também sejam aspectos relevantes, não foi possível

observar esses aspectos pela simulação, já que se trata de itens muito definidos pelos projetistas

desde a fase de pré-projeto, devido a limitações de partido. Dessa maneira, a fase de pré-projeto

encontra-se como uma fase definidora da liberdade de modificação. Dessa forma, entende-se que

não é possível a definição de oportunidades de melhorias no desempenho da edificação sem a

devida compreensão do pré-projeto.

É possível perceber também que a variabilidade na simulação acontece apenas para as

características que se pretende investigar e/ou confirmar o impacto, já que parte-se de uma análise

111

de sensibilidade para apenas então realizar simulações de variação de parâmetros. Essa sequência de

atividades otimiza o processo.

4.7.3 Análise das características definidas pelos projetistas e seu impacto no

desempenho da edificação

Para o caso 1, é possível visualizar que as características que apresentaram grande impacto

no desempenho da edificação, em geral, coincidiam com as características bem definidas pelo

projetista (Figura 97). Vale ressaltar que essa análise ocorreu apenas nas primeiras fases projetuais, o

que demonstra que as decisões tomadas nas primeiras fases são as mais impactantes para o

desempenho. As características de geometria, orientação e área envidraçada não tiveram seu

impacto simulado diretamente (Figura 97), já que faziam correspondiam a restrições do pré-projeto,

mas as diretrizes bioclimáticas apontam impacto considerável.

Figura 97 – Gráfico de características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 1 - FIERN

Por se tratar de edificação na qual ser propunha retrofit é notório que muitas características

já estavam muito definidas, sendo parte dessas: geometria, orientação, zonas térmicas e área

envidraçada, consideradas impactantes no desempenho do edifício (Figura 98), de acordo com

experiências precedentes. Nesse caso, itens que estavam em aberto para o projetista: cobertura e

configuração de aberturas (Figura 98), provavelmente por se tratar do primeiro contato com a

consultoria, foram responsáveis por um grande impacto no consumo de energia. O que contribuiu

para ampliar o leque de soluções a que puderam ser propostas para o caso.

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1

2

3

4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Áreaenvidraçada


Proteção solar

Cobertura

Parede



Definição do projetista


112

Figura 98 – Gráfico das características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 2 - Unimed

O caso 3 (Figura 99) estava visivelmente com poucas características muito definidas, tinha-se

apenas: zonas térmicas, cobertura e condicionamento de ar; e definidas em nível intermediário:

orientação, geometria, proteção solar. O que se deve ao fato dele estar na fase de pré-projeto. O

fato das características definidas em níveis intermediários estarem relacionadas ao grande impacto

delas no consumo de energia demonstra a consciência da equipe de projetistas sobre as

necessidades relativas à zona bioclimática 8.

Figura 99 – Gráfico das características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 3 - Centro de Pesquisa

O caso 4 (Figura 100) tinha a maior parte das variáveis ou muito definidas ou definidas de

forma intermediária. Essas últimas correspondiam às dúvidas trazidas pelo arquiteto. Percebe-se que

apresentaram menor influência no consumo de energia estavam relacionadas justamente com as

que não apresentavam muita definição, com exceção das zonas térmicas. Além disso, vale destacar

que o efeito da área envidraçada no impacto foi diminuído devido a utilização do sombreamento.

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1

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3

4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Áreaenvidraçada


Proteção solar

Cobertura

Parede





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1

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4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Áreaenvidraçada


Proteção solar

Cobertura

Parede





113

Esse caso remete mais uma vez às primeiras decisões apresentarem maior impacto no consumo de

energia.

Figura 100 – Gráfico das características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 4 - FUNCART

O caso 5 (Figura 101), assim como o caso 2, apresentava maior parte das decisões bem

definidas por se tratar de uma edificação já construída. Já as características que estavam definidas

com intensidade intermediária indicam as variáveis que o projetista vislumbrou intervenção, mas que

precisaria da confirmação da simulação para propô-la. Dessa maneira, vê-se que a área envidraçada

e a proteção solar eram as variáveis de maior impacto e passíveis de intervenção, enquanto a

cobertura foi uma questão trazida pelo projetista e, no entanto, descartada inicialmente usando

como base o conhecimento precedente da simuladora e depois confirmada por meio da simulação.

Figura 101 – Gráfico das características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 5 - IPASE

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2

3

4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Área envidraçada

Configuração dasaberturas

Proteção solar

Cobertura

Parede


Condicionamentode ar



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Orientação

Zonas térmicas

Área envidraçada

Configuração dasaberturas

Proteção solar

Cobertura

Parede


Condicionamentode ar

Definidos pelo projetistaImpacto no desempenho

114

Do mesmo modo que os demais casos de retrofit, o caso 6 (Figura 102) apresentou a maior

quantidade de variáveis bem definidas pelo projetista. Também por ter sido o último dos casos de

retrofit a ser simulado, o projetista já havia incorporado algumas reflexões dos casos anteriores no

seu projeto, o que definiu ainda mais as variáveis que nos casos anteriores ainda apresentavam

dúvida. Assim, foi possível definir junto com a simuladora as variáveis que tiveram grande impacto

no desempenho: a cobertura e a proteção solar. O condicionamento de ar, que também apresentou

grande impacto, já estava bem definido pelo projetista e a simuladora apenas confirmou

possibilidade do uso de ventilação natural. Quando a área envidraçada, essa não poderia ser

modificada tendo em vista a preservação das características modernistas da edificação, assim como a

geometria e a orientação. Essas duas últimas, observou-se o impacto por meio do conhecimento

precedente.

Figura 102 – Gráfico das características definidas pelo projetista X seu impacto no desempenho no caso 6 - AABB

Nos casos que trataram de projetos é possível observar que as variáveis definidas nas

primeiras fases do processo projetual (casos 1 e 4) são características muito impactantes no

desempenho do edifício. Para o caso de projetos que estão na fase de pré-projeto, verifica-se que

quando a equipe de projetistas tem consciência das diretrizes bioclimáticas (caso 3), as variáveis

também de definição em nível intermediário, tendem para as mais relevantes para o consumo de

energia.

Por fim, os casos que apresentam retrofit (casos 2, 5 e 6), tendem a apresentar uma maior

quantidade de variáveis definidas, sendo as passiveis de modificação com definição intermediária.

Nessas últimas, é recorrente que apenas uma parte tenha impacto no desempenho. Essa constatação

vai de encontro a Lima (2007) que indica que a partir de três variáveis, o custo passa a ser muito alto

0

1

2

3

4Geometria

Orientação

Zonas térmicas

Áreaenvidraçada


Proteção solar

Cobertura

Parede





115

e o impacto não é tão significativo. Assim, fica reforçado que é necessário entender em qual variável

vale a pena intervir para se ter um impacto considerável.

Percebe-se que quanto maior o número de variáveis definidas pelo projetista, mais

preenchido é o gráfico. No caso de projeto de retrofit isso fica mais evidente, já que se trata de uma

obra construída, mais especificamente, a parte superior do gráfico desse tipo de projeto encontra-se

mais preenchida. Já para os projetos novos, é mais difícil estabelecer um comportamento porque

cada edifício tem fatores específicos que definem as variáveis.

Ao analisar de forma geral os gráficos, as zonas térmicas e as paredes não são fatores de

grande impacto no nosso clima. Já geometria, orientação, proteção, área envidraçada e cobertura,

apresentaram-se mais significativos nas simulações.

4.8 Comparação entre os casos

4.8.1 Variáveis propostas

Verificou-se que as simulações apontam para a intervenção em apenas duas variáveis

principais (Figura 103), coerente com o apontado por Lima (2007). Essas duas variáveis são

responsáveis por uma grande diminuição no consumo de energia, uma terceira variável teria uma

redução não tão significativa. No entanto, pode-se considerar que o uso dos padrões para os

elementos que ainda não haviam sido definidos podem ter contribuído para esse pequeno número

de variáveis, a exemplo do padrão que definia uso de vidro verde nos projetos (casos 1, 3 e 4). O

fator solar desse tipo de vidro pode reduzir significativamente a carga térmica proveniente da

radiação solar incidente no vidro. Da mesma forma, que as cobertas propostas, sempre

apresentavam absortância baixa, de forma que permitisse focar a investigação na transmitância do

sistema proposto.

Essa seleção prévia deu-se em função da liberdade de modificação do projeto, como também

do uso de experiências precedentes e conhecimentos adquiridos com as referências bibliográficas na

tomada de decisões por parte da simuladora. Essa agiu proativamente no sentido de diminuir a

quantidade de simulações e o tempo necessário para resolver os casos e conversar com os

projetistas sobre os resultados.

As soluções de edificações predominantemente horizontais passam recorrentemente pela

redução do fator de calor solar da cobertura e redução da radiação solar proveniente das aberturas,

por meio da análise do sombreamento. Para a edificação vertical, essa última variável foi

predominante (Figura 103).

As investigações que pautaram o Percentual de Abertura na Fachada (PAF), respondiam a

questões específicas trazidas pelos projetistas. A área de ventilação respondeu às análises de

116

ventilação natural, sendo que na maior parte dos casos (2, 4, 5 e 6) as áreas de ventilação propostas

já atendiam às necessidades da edificação. Por fim, no caso específico de retrofit no qual foi

constatado grande quantidade de frestas em um ambiente condicionado, foi necessário investigar a

infiltração de ar (Figura 103).

Figura 103 – Quadro resumo de estratégias utilizadas em cada caso

4.8.2 Interação entre os projetistas e simuladora

Nessa sessão foram divididos os projetistas em arquitetos e projetistas de retrofit. Nesse

último, incluem-se engenheiro que projetem retrofit. Considerou-se apenas o arquiteto do caso 4.

Não foram considerados os casos em que a simuladora fez parte do grupo de arquitetos porque se

entende que a interação sempre será muito alta, uma vez que as dúvidas geradas pela simulação

serão automaticamente consultadas e as decisões tomadas, otimizando e acelerando o processo.

A interação com o arquiteto buscou informações qualitativas no sentido de responder

perguntas como: “qual opção devo usar?” ou “isso funciona?”. Já com projetista de retrofit os

objetivos eram quantitativos, mais do que saber qual opção usar, o intuito era identificar “quanto do

consumo de energia eu vou reduzir?”. Essa diferença foi motivada pelo objetivo do arquiteto em

atingir uma meta de desempenho termoenergético, enquanto o projetista de retrofit buscava atingir

um determinado valor de Relação Custo Benefício (RCB) a ser aprovada pela Agência Nacional de

Energia Elétrica (ANEEL).

Durante a pré-análise, a interação com o arquiteto contribuiu para caracterizar o modelo no

que diz respeito à geometria, orientação, zonas térmicas, área envidraçada, configuração das

aberturas e proteção solar. A caracterização de coberturas e paredes, em geral, foi definida na fase

de detalhamento do projeto, portanto, sugeriam o uso de padrões nas primeiras fases do projeto.

Para caracterização do sistema de iluminação e do sistema de condicionamento de ar, o arquiteto

não tinha dados, o que também levou a utilização de padrões (Figura 104).

Ainda na pré-análise, a compreensão da liberdade de modificação do projeto ficou muito

clara, isso porque o arquiteto explicou com detalhes tanto o partido do projeto quanto as restrições

projetuais e, com isso, facilitou o entendimento dos tipos de análise que poderiam ser feitas.

117

A questão da definição de metas, por ser mais abstrata para o arquiteto, demonstrou-se de

baixa interação (Figura 104). No entanto, a definição das potencialidades apresentou-se em forma de

questões trazidas pelo profissional.

Na fase de modelagem, os itens relativos à rotina, ocupação e caracterização dos

equipamentos, tiveram que ser retomados (Figura 104), pois não estavam bem expressos no

questionário. A fase de pós-simulação não apresentou interação com o arquiteto (Figura 104), por se

tratar de tratamento dos dados muito específicos e fora do interesse desse tipo de profissional.

Durante a fase de retorno ao projetista a interação voltou a ser alta, tendo em vista a

necessidade de explicar os resultados obtidos. Como o arquiteto possuía familiaridade com o tema

sem grande aprofundamento, foi necessário retomar, algumas vezes, os conceitos que auxiliariam a

compreensão dos resultados.

Com o projetista de retrofit, a fase de pré-análise apresentou dificuldade na caracterização

da geometria, orientação, zonas térmicas, área envidraçada, configuração das aberturas e proteção

solar. Entende-se, que por se tratar de uma edificação existente, essas informações eram mais

difíceis de serem obtidas e, portanto, repassadas, às vezes, de forma parcial para a simuladora. A

caracterização da parede, por ser de difícil verificação e intervenção, foi solucionada com uso de

padrão. Para a cobertura, tentou-se uma informação mais precisa, no entanto, o estudo da sua

sensibilidade foi realizado na etapa de detalhamento do projeto. Para caracterização do sistema de

iluminação e do sistema de condicionamento de ar, que eram alvo do retrofit, foram informados com

detalhes (Figura 104).

A compreensão da liberdade de modificação do projeto foi abordada pelo projetista de

retrofit com muita propriedade o que facilitou a compreensão por parte da simuladora. Dessa

maneira, as características que deveriam ser preservadas na edificação histórica e, o que poderia ser

alterado, facilitou o entendimento das análises que poderiam ser realizadas.

A definição de metas pelo projetista de retrofit demonstrou-se mais específica, apontando

itens como redução do consumo de energia e custo das intervenções. Dessa maneira, a definição das

potencialidades (Figura 104) foi realizada em conjunto com o projetista de retrofit.

Durante a fase de modelagem, vários itens tiveram que ser retomados, principalmente por

dificuldade de compreensão por parte da simuladora, do material recebido. Sendo que as lacunas

foram diminuídas a medida que os casos foram terminando (Figura 104). Vale ressaltar, que devido a

informações específicas trazidas pelo projetista de retrofit, como o uso do sistema VRF para ar-

condicionado, foi necessário complementar o questionário, com COP do equipamento, por exemplo.

A fase de pós-simulação apresentou alta interação com o projetista de retrofit (Figura 104),

pois ele possuía um nível maior de conhecimento sobre o tema e, portanto, exigia respostas mais

118

específicas, como, por exemplo, o consumo de energia. Esse grau de exigência levou a rever modelos

e incluir no procedimento o parâmetro comparação consumo/m², pois a média de consumo de uma

das edificações ultrapassava muito o observado nas contas de energia da unidade consumidora.

Por fim, durante o retorno ao projetista, o projetista de retrofit conseguia compreender bem

os gráficos gerados, mas era recorrente solicitar alguma informação que não estava expressa

anteriormente. Essa situação levou a uma alta interação nessa fase (Figura 104).

Figura 104 - Gráfico da interação do arquiteto e do projetista de retrofit com a simuladora.

A simulação também foi útil no sentido respaldar as sugestões do simulador, uma vez que se

percebeu, por parte do projetista de retrofit, uma tendência a repetir soluções que funcionaram em

casos anteriores. No caso 5, por exemplo, foi solicitado que se estudasse a mudança dos materiais da

cobertura. Para esse, no entanto, a simuladora entendia que essa interferência teria baixo impacto

na redução do consumo de energia, já que o edifício era vertical.

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Pré-análise Modelagem Pós-simulação

Retorno aoprojetista

Inte

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ora

Fases de interação

Arquiteto

Projetista de retrofit

119

5 Considerações finais

A avaliação dos seis estudos de caso demonstra que é viável aplicar a simulação desde as

primeiras fases projetuais, orientando o projetista na melhora do desempenho termoenergético e no

atendimento de metas. Nesse processo, entende-se que cada caso tem suas especificidades:

complexidade de fenômeno, obtenção dos dados e configurações de geometria, sistemas prediais,

uso e ocupação da edificação. Nesse sentido, as experiências de simulação realizadas a partir dos

casos estudados demonstraram-se essenciais para verificar os ajustes necessários e, principalmente,

observar os passos que deveriam ser seguidos. Assim, os testes permitiram a sistematização do

procedimento de maneira mais detalhada e abrangente para maior quantidade de casos.

Modelagem

O êxito da simulação depende de uma modelagem que considere um bom entendimento da

programação arquitetônica. Com o conhecimento sobre o comportamento termoenergético da

edificação é possível escolher as variáveis mais influentes e para quais serão utilizados padrões. Essas

questões influenciarão na otimização do tempo de modelagem, complexidade e ajustes dos modelos.

Os ajustes foram realizados para garantir um modelo coerente e válido, com destaque para

geometria, padrões, rotinas e materiais. Mas a identificação da fonte de eventuais inconsistências

nos resultados também depende do entendimento da ferramenta. Do contrário, a solução e

finalização da simulação tornam-se mais demorada, ou mesmo inviáveis porque dificulta a integração

com o processo projetual, que pressupõe curtos tempos de resposta aos projetistas.

Durante o processo de modelagem dos casos, verificou-se ainda que não houve necessidade

de modificar a interface do programa para realizar as simulações em diferentes etapas do processo

projetual, resultado esse que vai de encontro aos estudos de Morbitzer et al. (2001). Vale ressaltar

que esse apontamento considera que a simuladora que realizou o trabalho tem expertise sobre o

tema e essa experiência e conhecimento foi essencial para a realização do estudo.

Análise do projeto

A análise de sensibilidade, no processo de avaliação do projeto, apresentou-se como um

indicador das variáveis que precisavam ser melhoradas, e, principalmente, se podiam ser

melhoradas, visto que bons projetos reduzem o leque de variáveis a se intervir. Dessa forma, a

análise de comportamento termoenergético indica, no primeiro momento, que a variável é

importante e segue-se para a análise de sensibilidade com variação de parâmetro, que demonstrará

se o elemento escolhido é eficaz. Essa relação entre a avaliação e a evolução do projeto demonstra

120

que é necessário haver o acompanhamento ao longo do processo, para que análises preliminares

não sejam utilizadas como se fossem finais, o que estaria equivocado.

Além da orientação aos projetistas sobre as decisões projetuais, as análises contribuíram no

sentido de confirmar que algumas diretrizes bioclimáticas, incialmente obtidas para edificações

residenciais condicionadas naturalmente, podem ser aplicadas em edificações comerciais com

condicionamento ativo, a exemplo do sombreamento e ventilação abundante para zona bioclimática

8. Permitiram, também, a compreensão do comportamento de algumas variáveis que até então não

haviam sido muito discutidas, a exemplo da comparação entre o aumento da área opaca ou a

utilização de sombreamento.

O quadro resumo permite ainda perceber que as diretrizes para melhorar o desempenho

para cada caso giraram em torno de apenas duas variáveis, as quais serão determinadas de acordo

com cada caso. Nesse aspecto, os resultados do trabalho vão de encontro ao resultado obtido por

Lima (2007) no que diz respeito ao direcionamento das soluções.

Além disso, a sistematização do modus operandi das análises dos projetos proporcionou que

os procedimentos das integrações pudessem ser compreendidos detalhadamente e reproduzidos em

análises futuras. Essa sistematização também facilita a compreensão da simulação nas primeiras

fases projetuais e sua contribuição.

Por fim, compreende-se que a simulação tem o intuito de testar o projeto, antes de sugerir.

De acordo com os resultados obtidos, aí sim, pode-se ver a necessidade de melhorias e, para isso,

novas simulações levariam a sugestões. Assim, a simulação integrada apresenta-se como ferramenta

de projetação, já que quanto mais inicial a fase projetual, mais fácil de compatibilizar as alternativas

de melhoria no desempenho com o projeto.

Tempo de aplicação

A experiência aponta a necessidade de considerar no processo de projeto o tempo utilizado

com a simulação. Esse tempo varia de acordo com a disponibilidade das informações necessárias

para a modelagem e com o refinamento do modelo. De posse dessas informações, a

modelagem/simulação e pós-simulação duraram, aproximadamente, uma semana. As dificuldades

oriundas da disponibilidade de informações foram minimizadas com a utilização do guia de

entrevista, que compila as informações e atua como checklist, bem como pelo uso dos padrões para

as questões ainda em aberto.

A experiência obtida durante a realização dos casos respaldou a redução do tempo. Como

para cada caso existem especificidades, as dificuldades e decisões necessárias ao refinamento do

modelo são, geralmente, desconhecidas, o que leva a ampliação do tempo esperado de uma semana.

121

A utilização do recurso de análise paramétrica do programa DesignBuilder, também

contribuiu na redução do tempo gasto de simulação, uma vez que com apenas uma simulação

obteve-se curvas que representavam o resultado de aproximadamente 9 ou mais casos. Mesmo que

uma única simulação paramétrica leve mais tempo do que uma simulação de apenas um caso,

reduziu-se também a possibilidade de erros nas configurações dos modelos a serem comparados.

Desse modo, apesar da grande interação demonstrada nas fases iniciais, comprovou-se que a

simulação nessas fases torna-se inviável quando se trata de prazos muito curtos para a finalização

dos projetos ou quando não se considerar o tempo de simulação no tempo disponível para o

processo projetual. Como ocorreu no caso 1, menos de um mês para o detalhamento, ou no caso 3,

menos de 1 semana para o estudo preliminar.

Dificuldades de aplicação da simulação

Apesar dos aspectos abordados por Banks e Gibson (1997, Apud HENSEN ,LAMBERTS, 2011),

a experiência demonstrou que, apesar do problema poder resolver-se com análises de senso

comum, vê-se o potencial de utilizar a simulação de acordo com o perfil do projetista. Quando se

trabalha com o arquiteto, a simulação pode ser utilizada no sentido de provar e convencer sobre algo

que já era de conhecimento para do consultor/simulador; já para o projetista de retrofit de eficiência

energética, no sentido de quantificar a economia e comprovar o retorno financeiro de determinadas

medidas; e para o projetista simulador, para confirmar o resultado esperado e compor relatórios.

Apenas para esse último perfil, quando se tem familiaridade com o clima, entende-se que é mais

comum que a análise seja realmente resolvida com a experiência precedente, sendo dispensada a

necessidade de simulação. Esse entendimento corrobora com as experiências de Venâncio (2012).

Quando se trata de não possuir informações nem estimativas para utilizar nos modelos, as

experiências demonstraram a possibilidade de utilizar padrões, principalmente nas primeiras fases

projetuais, quando muitas informações ainda não foram definidas. Esses padrões foram definidos

muitas vezes com base em referências bibliográficas que apontavam levantamento de cargas, rotinas

e ocupação para uso semelhante.

Sobre não conhecer as expectativas, foi recorrente encontrar indicações muito genéricas

como: “o melhor desempenho possível” ou “economizar a maior quantidade de energia possível”,

para esses casos foi útil, numa primeira fase, a identificação da principal fonte de carga térmica,

seguindo-se pela análise de sensibilidade que indicava um desempenho relativo, entre várias opções

de uso de material.

Quanto à dificuldade de não haver tempo suficiente para utilizar os resultados gerados, esse

fato foi confirmado nas simulações dos casos 1 e 3. Os demais pontos abordados por Banks e Gibson

(1997, Apud HENSEN ,LAMBERTS, 2011) não foram identificados nos casos simulados.

122

Análise da integração do processo

As simulações analisadas indicam grande interação nas fases iniciais do processo projetual

(pré-projeto e estudo preliminar), sendo a fase de pré-projeto voltada para estudos de diretrizes

projetuais. No entanto, quando a edificação já está muito definida, caso dos retrofits, e o clima é

conhecido, a simulação tem menor significado na fase de pré-projeto, sendo mais relevante o uso de

diretrizes baseadas em experiências precedentes. Já para as fases de estudo preliminar, em geral, as

análises de sensibilidade permitem a confirmação e melhor entendimento sobre o desempenho

termoenergético, dando subsídios para a fase de detalhamento refinar as propostas de intervenção.

Em todas as fases, o retorno dado ao projetista dizia respeito às questões termoenergéticas

levantadas pelo projetista ou identificadas pela simuladora como possibilidade de melhoria no

desempenho. Assim, coube ao projetista, confrontar as informações recebidas com demais questões

projetuais, a exemplo da acústico no caso 4 e do custo de implementação das medidas de melhoria

do desempenho que foi analisada em todos os casos de retrofit.

Quando considerados os perfis dos projetistas, percebe-se que a interação entre o projetista

de retrofit e o simulador tende a ser mais constante, uma vez que esse profissional tem mais

aprofundamento no tema, o que permite um acompanhamento mais intenso, enquanto o projetista

comum tende a interagir nos momentos em que o conteúdo é de maior domínio para ele, a exemplo

da identificação da liberdade de modificação, ou que lhe interessa mais, como o retorno ao

projetista.

Vale ressaltar que existe a tendência, por parte do projetista, de rebater o resultado obtido

em um caso para os casos futuros, sem identificar as especificidades. Esse tipo de comportamento

reforça a necessidade de acompanhamento por parte do consultor no processo de projeto e do uso

da simulação para dá respaldo às orientações do consultor.

Aplicação em normas de desempenho

Embora a bibliografia apresente que a quantificação seja uma demanda recorrente das

normas de desempenho e regulamentos de classificação do desempenho, não foi possível aplicar,

nesse estudo, o RTQ-C nem a NBR 15575, devido às adaptações que essas normas estão sofrendo. No

entanto, entende-se que no momento em que a revisão estiver concluída e, no caso da etiquetagem,

ela estiver acompanhada por um plano de medição e verificação, esse estudo pode ser aplicado às

suas exigências. Dessa forma, as simulações passarão a ser menos relativas e as análises precisarão

melhorar sua representatividade, atentando-se principalmente aos padrões e a modelagem. Nessa

futura condição, é provável que o campo de solução seja restringido e deslocado, de forma a atender

as novas exigências.

123

Figura 105– Esquema de modificação do campo de solução projetual, atual e depois de redefinidas as normas de desempenho.

Ademais, deve ser considerada a incorporação de novos parâmetros às análises, já que novos

itens devem ser agregados a esses regulamentos devido sua revisão e constante aprimoramento.

Trabalhos futuros

Recomenda-se que os trabalhos futuros abordem metas de desempenho explícitas na

programação arquitetônica, que pode ser viabilizado com a obrigatoriedade da etiquetagem.

Vislumbra-se a possibilidade de ampliação dos casos para outros tipos edilícios, dentre os quais o

residencial e para novas zonas bioclimáticas. As análises também podem ser ampliadas do

desempenho termoenergético para demais aspectos que indicam a sustentabilidade do edifício.

Como os padrões foram definidos de acordo com a necessidade dos casos estudados,

percebe-se a necessidade de ampliação para aplicação em casos futuros. Da mesma forma,

compreende-se que o quadro de diretrizes pode ser enriquecido com novas aplicações.

Além disso, indica-se direcionar o foco dos próximos estudos para a melhoria do diálogo

entre o consultor e o projetista, de maneira que os resultados gráficos sejam melhor compreendidos

pelos projetistas e tenha-se um melhor entendimento de qual variável deve-se atentar em cada fase

projetual e de como pode-se dar o refinamento do projeto.

Por fim, pode-se estudar a integração da simulação com o projeto nas fases de maior

detalhamento e análise final, quando seria necessário apontar com maior precisão os materiais,

levando em consideração outros fatores, a exemplo do custo, e poder-se-ia inserir análises de

incerteza nas avaliações.

124

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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http://www.elsevier.com/locate/enbuild

128

APÊNDICE A

Guia de entrevista e checklist para avaliação de edificação por

meio de simulação energética Por favor, responder as questões com base no projeto que será simulado e anexar plantas e

imagens solicitadas e demais itens que possam auxiliar na compreensão da edificação.

1. Sobre a programação arquitetônica

1.1. Em linhas gerais, descreva o objetivo do projeto.

1.2. O projeto pretende atender alguma meta? Qual?

1.3. Como você pretende atingir a meta?

1.4. Quais os principais condicionantes que nortearam o partido e o

desenvolvimento do projeto?

1.5. Você utilizou conceitos de conforto ambiental e eficiência

energética para elaboração do projeto?

( )NÃO ( )SIM Quais?

1.6. O edifício foi pensado para funcionar com:

2. Sobre o projeto

2.1. A volumetria do edifício já está definida?

( )Sim, com proporção de volumes e dimensões

( )Não, apenas de forma esquemática

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Em caso positivo, enviar imagens do volume com as principais dimensões que poderiam

auxiliar na modelagem 3D. Se o modelo estiver em SketchUp com as dimensões reais, enviar o

arquivo com as principais cotas. Em caso negativo, tentar indicar, mesmo que em croquis, as

proporções entre as partes e possíveis dimensões.

2.2. A orientação do edifício já está definida?

( )Sim. Qual? _______________________________

( )Não, possui algumas possibilidades, mas não sei qual a melhor. Quais são as

possibilidades? ______________________________________________________________

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Enviar imagens aérea com a indicação do norte e do ângulo entre o norte e a fachada

principal. Em caso que se deseje verificar mais de uma possibilidade, indicar essas informações

para todos os casos que se deseja testar.

2.3. Já existe a distribuição de ambientes?

( )Sim, em planta baixa

( )Sim, mas apenas a proposta de zoneamento

( )Não, possuo apenas o volume

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Em caso positivo, enviar a planta ou zoneamento com a indicação dos ambientes que

serão condicionados, naturalmente ventilados e quais se pensa na ocupação híbrida. Caso o

nome do ambiente não deixe claro o tipo de uso desenvolvido no ambiente, por favor,

acrescentar essa informação. Os ambientes de serviço que não possuem permanência

prolongada também devem ser indicados, a exemplo, casa de máquinas, gás, lixo, etc Em caso

negativo, enviar imagens do volume.

2.4. A configuração das aberturas já está definida?

( )Sim, com tipo de abertura (pivotante, maxi-mar, de correr, etc), tipo de esquadria(de vidro,

opaca, com venezianas, compostas, etc) e dimensões.

( )Sim, mas algumas especificações ainda encontram-se em aberto.

( )Não, possuo apenas a definição da relação que desejo com o exterior.

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Enviar imagens com as informações que já estão definidas: tipo de abertura, tipo de

esquadria, material, dimensões, proporção entre área de abertura e área de fachada ou desejo

de integração com o exterior ou isolamento.

2.5. Será utilizado algum tipo de proteção solar no projeto?

( )Sim, para paredes e aberturas, estando os tipos e dimensões especificados no projeto.

( )Sim, apenas nas áreas envidraçadas, já estando os tipos e dimensões especificados no

projeto.

( )Sim, para paredes e aberturas, mas as especificações encontram-se em aberto.

( )Sim, apenas nas áreas envidraçadas, mas as especificações encontram-se em aberto.

( )Não.

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Enviar imagens com as informações que já estão definidas: tipos, dimensões, local de

inserção. No caso das especificações estarem em aberto, identificar qual o horário e

porcentagem de sombreamento desejados para cada fachada.

2.6. A especificação de materiais de fechamento já foi realizada?

( ) Sim, para paredes e coberturas, incluindo as camadas dos fechamentos.

( ) Sim, em linhas gerais.

( ) Não, ainda não cheguei nessa fase.

( )Outra. Qual?_______________________________

OBS: Caso já exista especificação inclusive das camadas, apresentar imagem semelhante a que

se encontra abaixo, a fim de facilitar o entendimento, acompanhada da descrição das

camadas. Os cálculos não são necessários.

(a)

(b) Figura 1: Exemplo de detalhamento de cobertura (a) e parede (b) Fonte: INMETRO,2013

2.7. Já existe projeto de iluminação artificial?

( ) Sim

( )Não, mas existe a intenção de aproveitar a iluminação natural durante o dia

OBS: Caso haja projeto, entrega-lo ao simulador. Em caso de haver apenas a intensão, indicar

na planta baixa quais seriam esses ambientes

2.8. Já existe projeto de condicionamento ar?

( ) Sim

( )Não, mas existe a intensão de aproveitar a ventilação natural em alguns ambientes e em

outros, o sistema hibrido.


na planta baixa quais seriam esses ambientes e qual a estratégia de cada um deles.

2.9. Existe algum previsão de horário de ocupação?

( ) Sim. Qual?_______________

( )Não.

129

ANEXO 1






Realizar retrofit com o intuito de melhorar o despenho energético da edificação, preservando

ou resgatando a expressão construtiva da mesma, com intervenções que sigam as premissas

da continuidade contextual em edificações com relevância histórica.


Sim, reduzir o consumo energético total da edificação.


Com intervenções nos subsistemas constritivos da edificação que tem impacto

no desempenho energético que são: Estrutura; Cobertura; Instalações;

Esquadrias e Revestimentos.



Como se trata de retrofit o projeto será norteado pela adoção de intervenções que sigam a

continuidade contextual do partido existente.



( )NÃO ( x )SIM Quais? Favorecimento da iluminação e ventilação natural ,

com dispositivos que propiciem uma flexibilidade de utilização ao usuário.


( Não sei se a resposta será nessa linha) Materiais e equipamentos que melhorem o

despenho energético com dispositivos que proporcionem flexibilidade de utilização da

ventilação e iluminação natural.

2. Sobre o projeto


( x )Sim, com proporção de volumes e dimensões


( )Outra. Qual?_______________________________






( X )Sim. Qual? Figura abaixo


possibilidades? ______________________________________________________________

( )Outra. Qual?_______________________________





( X )Sim, em planta baixa



( )Outra. Qual?_______________________________










( X )Sim, mas algumas especificações ainda encontram-se em aberto.


( )Outra. Qual?_______________________________




Serão simuladas as opções de aberturas

1º Opção: Estrutura com tabiques de madeira pivoltantes

2º Opção: Janela de madeira em quatro folhas com vidro e persiana externa com filetes de

madeira tipo rolo

3º Opção: Janela veneziana camarão com quadro folha de vidro corrediço



( x )Sim, apenas nas áreas envidraçadas, já estando os tipos e dimensões especificados no

projeto.



( )Não.

( )Outra. Qual?_______________________________




Foram simulados o desempenho solar de cada pito de esquadria.

1º Opção: Estrutura com tabiques de madeira pivoltantes

2º Opção: Janela de madeira em quatro folhas com vidro e persiana externa com filetes de

madeira tipo rolo

3º Opção: Janela veneziana camarão com quadro folha de vidro corrediço


( x ) Sim, para paredes e coberturas, incluindo as camadas dos fechamentos.



( )Outra. Qual?_______________________________




Tratando-se de retrofit pela questão da continuidade contextual optamos por simular

intervenções no fechamento apenas a cobertura, propondo 3 situações:

Intervenção 1 - Telha sanduiche de EPS

Intervenção 2- Telha de alumínio com rolisol

Intervenção 3- Manta asfáltica com revestimento de alumínio


( ) Sim

( x)Não, mas existe a intenção de aproveitar a iluminação natural durante o dia



Simulações do item 2.5


( x ) Sim






( x ) Sim. Qual?_______________Horário comercial

( )Não.

130

ANEXO 2










Promover melhorias voltadas a eficiência energética que resgatem a concepção

original da edificação e com o retrofit proporcionar um impulsos no resgate da área,

aonde está inserida a edificação, estimulando assim novos investimentos.














Materiais e equipamentos que melhorem o despenho energético com dispositivos que

proporcionem flexibilidade de utilização da ventilação e iluminação natural.

2. Sobre o projeto




( )Outra. Qual?_______________________________








possibilidades? ______________________________________________________________

( )Outra. Qual?_______________________________








( )Outra. Qual?_______________________________












( )Outra. Qual?_______________________________




Solução proposta de esquadria piso teto de alumínio e vidro com persiana externa modelo

Hunter Douglas 80mm, figura abaixo, com abertura de correr.




projeto.



( )Não.

( )Outra. Qual?_______________________________




Foi simulado o desempenho solar para a persiana externa que será usada como elemento de

proteção.





( )Outra. Qual?_______________________________




Tratando-se de retrofit pela questão da continuidade contextual optamos por simular

intervenções no fechamento apenas na cobertura, propondo 3 situações:

Intervenção 1 - Telha sanduiche de EPS

Intervenção 2- Telha de alumínio com rolisol

Intervenção 3- Manta asfáltica com revestimento de alumínio


( ) Sim






( x ) Sim





Será utilizado o sistema VRV com evaporadores de ar tipo K7, e potencia estimada por

pavimento, conforme abaixo.


( x ) Sim. Qual?_______________Horário comercial

( )Não.

131

ANEXO 3










Sim, reduzir o consumo energético total da edificação.














Materiais e equipamentos que melhorem o despenho energético com dispositivos que

proporcionem flexibilidade de utilização da ventilação e iluminação natural.

2. Sobre o projeto




( )Outra. Qual?_______________________________








possibilidades? ______________________________________________________________

( )Outra. Qual?_______________________________








( )Outra. Qual?_______________________________








( )Outra. Qual?_______________________________




Solução proposta de esquadria piso teto de alumínio e vidro com persiana externa modelo

Hunter Douglas 80mm, figura abaixo, com abertura de correr.




projeto.



( )Não.

( )Outra. Qual?_______________________________




Foi simulado o desempenho solar para a persiana externa que será usada como elemento de

proteção.





( )Outra. Qual?_______________________________




DUVIDA VALE A PENA SIMULAR ?


( ) Sim






( x ) Sim





A edificação utiliza atualmente 9 aparelhos siltp modelo piso teto de 60.000 btus cada com

as condensadoras alocadas na cobertura, figuras abaixo.

A proposta e de implementar o sistema VRV remanejando as condensadoras para a lateral do

prédio e utilizando as evaporadoras tipo k7, ilustrações abaixo.


( x ) Sim. Qual?_______________Horário comercial ( )Não.

integração da simulação termoenergética com o processo de projeto

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