Análise do desempenho termoenergético de um prédio histórico de elevada inércia térmica

Abstract

O trabalho tem com objetivo avaliar o desempenho termoenergético de um prédio histórico de elevada inércia térmica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Instituto de Química, fundado em 08 de junho de 1926, localizado no Campus Central da Universidade, em Porto Alegre. O estudo desenvolvido neste trabalho faz parte do projeto de recuperação do patrimônio histórico e cultural da UFRGS, no qual o prédio do Instituto de Química será a sede do Centro Cultural da Universidade. A ferramenta utilizada para a avaliação do desempenho termoenergético do prédio é o programa EnergyPlus, versão 2.2. A simulação do prédio é realizada com os 14 dias de projeto definidos pela ASRHAE [2001a] e com o arquivo climático anual da cidade de Porto Alegre. Os ambientes da edificação foram declarados no programa por meio de 69 zonas térmicas, cada qual composta por todas as superfícies de transferência de calor, incluindo, também, portas e janelas em detalhes. No total, são 39 zonas térmicas atendidas pelo sistema de ar-condicionado, sendo que as outras 30 zonas térmicas são deixadas em evolução livre da temperatura para avaliação do comportamento térmico dos ambientes sem climatização. O sistema de ar-condicionado utilizado na simulação é o VRV (Vazão de Refrigerante Variável). O sistema de ar-condicionado simulado leva em consideração as correlações de desempenho de cada unidade externa e os dados de desempenho das unidades internas selecionadas. Os resultados das máximas potências de refrigeração obtidos na simulação estão abaixo das potências de refrigeração das unidades internas e externas, as quais mantêm a temperatura média do ar da zona na temperatura do ponto de ajuste do termostato. São avaliadas também as variáveis representativas do conforto térmico das zonas simuladas, tais como, temperatura média do ar, temperatura média radiante, temperatura operativa, umidade relativa e PMV ao longo dos meses do ano, cujos limites estão definidos nas zonas de conforto térmico pela ASHRAE [2004a]. O trabalho mostra que o controle do termostato pela temperatura do ar da zona simulada com ar-condicionado nem sempre atende aos limites das zonas de conforto térmico, no entanto, os parâmetros de conforto térmico da maioria das zonas térmicas analisadas com ar-condicionado estão dentro dos limites dos parâmetros da zona de conforto térmico do verão. No final, são apresentados o consumo e o custo de energia elétrica anual do prédio com o sistema de ar-condicionado de Vazão de Refrigerante Variável. É constatado que os equipamentos, nos quais estão incluídos os computadores, são os que mais consomem energia elétrica no prédio, seguido da iluminação e do sistema de ar-condicionado.

The present work analyses the thermoenergetic performance of a high thermal mass historic building. This building makes part of Rio Grande do Sul Federal University (UFRGS) historic buildings restoration program. It was inaugurated on june 8th of 1926 as a Chemical Industrial Institute and it is located in the main University Campus, in Porto Alegre city, Rio Grande do Sul State, Brazil. The study developed in this work makes part of the restoration program, in which the building will be a University Cultural Center. The software used to analyse the building thermoenergetic performance is EnergyPlus, version 2.2. The simulation is performed with fourteen design days and with Porto Alegre weather data. The building model is formed by 69 thermal zones, each one with all heat transfer surfaces, including, also, doors and windows in details. In the total, there are 39 conditioned thermal zones. The other 30 thermal zones are left without air-conditioning in order to analyse their thermal response regarding temperature evolution during the simulation. The air conditioned system used in the simulation is Variable Refrigerant Volume (VRV). The air-conditioned system in the simulation takes into account the performance curves of VRV outdoor units and performance data of indoor units selected. The maximum values of refrigeration capacity obtained in the simulation are under the indoor and outdoor units refrigeration capacity selected, and keep the zone mean air temperature in the thermostat set point. Also, it´s analyzed the thermal comfort parameters of simulated zones, as mean air temperature, mean radiant temperature, operative temperature, relative humidity and PMV during all the months of the year and in the design days, whose limits are defined in thermal comfort zones in ASHRAE [2004a]. The work concludes that the thermostat control by zone mean air temperature is not enough to keep the other thermal comfort parameters within thermal comfort zones envelope, meantime, for the most of zones analysed with air-conditioned, the thermal comfort parameters are within the limits of the summer thermal comfort zone envelope. In the end, it´s evaluated the monthly electrical power consumption and cost of the building with the air-conditioned VRV. It´s shown that equipment, in which it´s included the computers, is the greatest one in building electrical consumption, followed by lighting and cooling.