Desenho de aberturas e comportamento térmico de ambientes de simulação : qualificação e quantificação para região climática de Porto Alegre

Abstract

O objetivo dessa dissertação foi estudar a relação entre o desenho da abertura e o comportamento térmico de ambientes internos de simulação. Para tanto, o comportamento foi quantificado a partir da energia consumida pelo ar-condicionado para manter o ambiente interno com temperaturas aceitáveis para o conforto térmico. Dessa forma, quanto menor a energia consumida, melhor o comportamento térmico do ambiente. A energia consumida foi obtida através de simulação com o software EnergyPlus 7.0. Os parâmetros investigados foram baseados nas variáveis das equações do RTQ-R (Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética das Edificações Residenciais). Para o estudo foram simulados ambientes onde em cada simulação era variada a orientação (norte, nordeste, leste, sudeste, sul, sudoeste, oeste e noroeste) o tamanho (cinco diferentes tamanhos) e a existência ou não de dispositivos de sombreamento das aberturas. Como análise complementar, foi também estudado a influência da intensificação da ventilação durante as noites de verão no comportamento térmico de ambientes. No total, o mesmo ambiente foi simulado 240 vezes. O estudo se concentrou no contexto climático da cidade de Porto Alegre. O foco da pesquisa foi a abertura porque esse elemento de construção, dependendo de seu tamanho em relação à parede, de sua orientação, de sua vedação, ou de outras características, pode permitir uma troca térmica significativa entre o interior e o exterior da edificação, independentemente das características de isolamento das paredes. A relação entre o desenho da abertura e o comportamento térmico de ambientes é discutida tendo como base o RTQ-R, pois esse é o regulamento de classificação do nível de eficiência energética de edificações residenciais vigente no país. Ao final do trabalho, a influência dos parâmetros tamanho, orientação e sombreamento para o comportamento térmico de ambientes é discutida tendo como base os resultados do EnergyPlus 7.0 – ferramenta de quantificação – e do RTQ-R – ferramenta de qualificação. Como resultado das simulações feitas com o EnergyPlus 7.0, obteve-se informação sobre a forma pela qual o tamanho, a orientação e o sombreamento das aberturas influenciam o comportamento térmico de ambientes. As análises feitas com o uso das equações do RTQ-R levaram a resultados de maneira geral compatíveis com as simulações, apesar da menor sensibilidade dessa ferramenta qualitativa. Nas análises com o EnergyPlus 7.0, o tamanho foi a variável que apresentou maior influência. Com o uso do RTQ-R, a variável que se mostrou mais influente foi o sombreamento. Foi observado ainda que as equações do RTQ-R ajudam na definição da orientação, do tamanho e do sombreamento das aberturas, características que são essenciais para aprimorar o comportamento térmico de ambientes. Portanto, o uso das equações como ferramenta de suporte ao desenvolvimento de projetos é recomendável. O EnergyPlus também se mostrou uma ferramenta capaz de auxiliar a escolha das melhores estratégias de projeto. Sendo assim, as duas ferramentas se complementam.

The objective of this dissertation was to demonstrate the relationship between the design of the window and the thermal behavior of simulated internal environments. The thermal behavior was quantified from the energy consumed by the air conditioning system to maintain the internal environment with acceptable temperatures for thermal comfort. Thus, the lower the energy consumed, the better the thermal performance of the internal environment. The amount of energy consumed was obtained by simulation with the software EnergyPlus 7.0. The parameters investigated were based on the variables of the equations of RTQ-R (Quality Technical Regulation for the Level of Energy Efficiency of Residential Buildings). For the study internal environments were simulated, where in each simulation were varied orientation (north, northeast, east, southeast, south, southwest, west and northwest) size (five different sizes) and the presence or absence of shading window devices. As a complement, was also studied the influence of the intensification of ventilation during the summer nights on the thermal behavior of internal environments. In total, the same internal environment was simulated 240 times. The study focused on the climatic context of the city of Porto Alegre. The focus of the research was the window because this construction element, depending on its size relative to the wall, on its orientation, on its thermal isolation, or on other characteristics, can allow a significant heat exchange between the interior and the exterior of the building, independently of the characteristics of the isolation of the walls. The relationship between the design of the window and the thermal behavior of buildings is discussed based on the RTQ-R, because this is the classification regulation of the level of energy efficiency of residential buildings present in the country. At the end of the work, the influence of the parameters size, orientation and shading for thermal behavior of internal environments is discussed based on the results of the EnergyPlus 7.0 - quantification tool - and RTQ-R - qualification tool. As a result of the simulation made with the EnergyPlus 7.0, information was obtained about how the size, the orientation and the shading of the windows influence the thermal behavior of the internal environment. The analysis made with the RTQ-R equations led to results which are in general compatible with the simulations, despite the lower sensibility of this qualitative tool. In the analysis made with the EnergyPlus 7.0, the size was the variable with the greatest influence. Using the RTQ-R, the variable that was the most influential was the shading. It was also observed that the equations of the RTQ-R are useful for the definition of orientation, size and shading of windows, characteristics which are essential to improve the thermal behavior of internal environments. Therefore, the use of the equations as a tool to support the development of projects is recommended. The EnergyPlus was also showed as a tool able to help select the best design strategies. Thus, the two tools are complementary.