Análise de conforto térmico em edificação na Zona Bioclimática Brasileira 1 com proposta comparativa das estratégias do conceito Passivhaus

Abstract

Esse trabalho de conclusão de curso tem por objetivo a avaliação dos diferentes princípios do conceito de edificação de alta performance Passivhaus em um contexto de retrofit de uma edificação residencial na Zona Bioclimática Brasileira 1. Através de uma comparação de horas de conforto térmico entre modelos de simulação termo energético em energyplus busca-se analisar o impacto dos pilares do conceito Passivhaus em reduzir a necessidade de sistemas AVAC. São definidos 5 modelos paramétricos: envoltória isolada; janelas insuladas; estanqueidade elevada; um recuperador de calor na renovação de ar; e um modelo somando as 4 medidas. Como modelo referência considera-se a residência sem sistemas AVAC e sem ventilação natural. Os 5 modelos paramétricos e referência utilizam como metodologia de análise de conforto térmico o Conforto Adaptativo definido pela norma ASHRAE 55. Realiza-se também uma análise breve do comportamento da residência com AVAC utilizando-se um sistema split comum e a metodologia PMV para mensuração de conforto. O modelo base utilizado é uma casa de 8 cômodos, sendo avaliados quartos, cozinha, sala e escritório, voltada para a orientação nordeste e seguindo as diretrizes de construção apresentadas pela NBR 15220-3. As cargas térmicas são modeladas seguindo recomendações da ASHRAE e um perfil de utilização comum de uma residência brasileira. Limita-se a análise de cada zona às horas de ocupação prolongada. Nenhuma das medidas apresenta impacto positivo para o escritório devido à alta carga térmica presente durante a operação. Para os quartos, avalia-se o período noturno, sendo as medidas de maior impacto o isolamento de envoltória com até 19% de redução de desconforto, e o uso do recuperador de calor com até 14% de redução do desconforto. Para a sala e cozinha a medida de maior impacto é a de isolamento da envoltória, com redução de 30% das horas de desconforto para sala e 31% para a cozinha. As medidas de janelas insuladas e maior estanqueidade não demonstram impacto significativo quando isoladas, mas ao serem associadas ao isolamento de envoltória aumentaram seu impacto, elevando a redução a 31% na sala e 40% na cozinha. Ao final, conclui-se que, apesar de nenhuma medida isoladamente conseguir chegar perto de anular a necessidade de climatização mecanizada para a edificação, há, em especial, um impacto promissor do uso da medida de isolamento de envoltória e do recuperador de calor.

This undergraduate thesis aims to evaluate the different principles of Passivhaus’s high-performance building concept in retrofitting a Brazilian Bioclimatic Zone 1 residential building. By comparing thermal comfort hours between energy simulation models in EnergyPlus, the study sought to analyze the impact of the Passivhaus principles in reducing the need for HVAC systems. Five parametric models were defined: insulated envelope, windows, high airtightness, a heat recovery ventilator for air renewal, and a model combining all four measures. The reference model considered a residence without HVAC systems and natural ventilation. The five parametric and reference models used the Adaptive Comfort methodology defined by ASHRAE 55 for thermal comfort analysis. A brief analysis of the building’s behavior with HVAC was also conducted using a typical split system and the PMV methodology for comfort measurement. The base model was an eight-room house, evaluating bedrooms, kitchen, living room, and office, oriented northeast and following construction guidelines presented by NBR 15220-3. Thermal loads were modeled following ASHRAE recommendations and a typical usage profile for a Brazilian residence. The analysis of each zone was limited to prolonged occupancy hours. None of the measures positively impacted the office due to the high thermal load during operation. For the bedrooms, the nighttime period was evaluated, with the most impactful measures being the envelope insulation, achieving up to 19% reduction in discomfort, and the use of the heat recovery ventilator, with up to 14% reduction in discomfort. The most impactful measure for the living room and kitchen was envelope insulation, reducing discomfort hours by 30% in the living room and 31% in the kitchen. The insulated windows and higher airtightness measures did not significantly impact when isolated. However, when combined with the envelope insulation, their impact increased, resulting in a 31% reduction in the living room and 40% in the kitchen. In conclusion, although no single measure significantly eliminated the need for mechanical cooling in the building, the use of envelope insulation and the heat recovery ventilator showed promising impacts.