Trabalho Tec Edificações I

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Técnicas em Edificações I – Porto Alegre, 2017/2
DESEMPENHO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES NO VERÃO
Daniela Rozzatto – daniela.rozzatto@acad.pucrs.br
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Departamento de Engenharia Civil
INTRODUÇÃO:
A avaliação de desempenho busca analisar a adequação ao uso de um sistema ou de um processo construtivo destinado a cumprir uma função, independentemente da solução técnica adotada. 
Para atingir esta finalidade, na avaliação do desempenho é realizada uma investigação sistemática baseada em métodos consistentes, capazes de produzir uma interpretação objetiva sobre o comportamento esperado do sistema nas condições de uso definidas. Em função disso, a avaliação do desempenho exige o domínio de uma ampla base de conhecimentos científicos sobre cada aspecto funcional de uma edificação, sobre materiais e técnicas de construção, bem como sobre as diferentes exigências dos usuários nas mais diversas condições de uso.
A edificação habitacional deve reunir características que atendam as exigências de conforto térmico dos usuários, considerando-se a região de implantação da obra e as respectivas características bioclimáticas e considerando-se que o desempenho térmico do edifício depende do comportamento interativo entre fachada, cobertura e piso.
A Avaliação de desempenho tem como objetivo prever o comportamento potencial do elemento ou sistema ao longo de um determinado tempo (vida útil), considerando-se exigências do usuário e condições de exposição ou ações. 
O objetivo deste trabalho é caracterizar a avaliação de desempenho térmico no verão de edificações da construção civil, essa caracterização será feita através da descrição de ensaios realizados nessas edificações para garantir o desempenho térmico esperado das mesmas no verão.
DESEMPENHO TÉRMICO NO VERÃO
A metodologia aplicada para a avaliação do desempenho térmico no verão das edificações indicadas pelo IFBQ são a análise de projetos (propriedades térmicas do materiais empregados nas fachadas e coberturas) e simulações computacionais (onde são cotejados simultaneamente todos os elementos e todos os fenômenos intervenientes), o requisito que deve ser atendido pela análise, corresponde a verificação de valores de temperatura do ar no interior dos recintos, onde é verificada se a edificação apresenta uma temperatura inferior a máxima permitida para o verão, e a mínima para o inverno, como neste trabalho o objetivo é o desempenho térmico no verão, só serão abordadas as análises necessárias para a verificação da temperatura no verão.
Inicialmente, deve-se esclarecer que a norma NBR 15575 não trata de condicionamento artificial (calefação e refrigeração), ou seja todos os critérios de desempenho foram estabelecidos com base em condições naturais de insolação, ventilação e outras. O desempenho térmico depende de diversas características do local da obra (topografia, temperatura e umidade do ar, direção e velocidade do vento, etc.) e da edificação (materiais constituintes, numero de pavimentos, dimensões dos cômodos, pé-direito, orientação das fachadas, etc.). A sensação de conforto térmico depende muito das condições de ventilação dos ambientes, com grande influencia do posicionamento e dimensões das aberturas das janelas. O nível de satisfação ou insatisfação depende, ademais, do tipo de atividades no interior do imóvel, quantidade de mobília, tipo de vestimentas, número de ocupantes, idade, sexo e condições fisiológicas e psicológicas dos usuários.
De acordo com a NBR 15575, a avaliação térmica pode ser efetuada de diferentes formas: 
Procedimento 1 A – Simplificado (normativo): presta-se a verificar o atendimento aos requisitos e critérios para o envelopamento da obra, com base na transmitância térmica (U – fluxo de calor que atravessa a área unitária de um componente ou elemento quando existe um gradiente térmico de 1°K entre suas faces opostas) e capacidade térmica (CT – quantidade de calor por área unitária necessária para variar em uma unidade a temperatura de um componente ou elemento) das paredes de fachada e das coberturas. 
Procedimento 1 B – Simulação por software Energy Plus (normativo): para os casos em que os valores obtidos para a transmitância térmica e/ou capacidade térmica se mostrarem insatisfatórios frente aos critérios e métodos estabelecidos pela norma NBR 15575, o desempenho térmico global da edificação deve ser avaliado por simulação computacional.
Procedimento 2 – Medição in loco (informativo, Anexo A da NBR 15575 - 1): prevê a verificação do atendimento aos requisitos e critérios estabelecidos na NBR 15575 por meio da realização de medições em edificações existentes ou protótipos construídos com essa finalidade. Tem caráter meramente informativo e não se sobrepõe aos procedimentos descritos nos itens anteriores. Este procedimento esbarra em sérias dificuldades, uma vez que as medições devem ser feitas em período que corresponda ao dia típico de verão ou de inverno, precedido por, pelo menos, um dia com características semelhantes, recomendando-se, todavia, trabalhar com uma sequência de três dias e analisar os dados do terceiro dia. As medições in loco poderão ser realizadas em habitações já construídas ou em protótipos. Estes deverão reproduzir as condições mais semelhantes possíveis àquelas que serão observadas na edificação real. Em qualquer caso, deve-se evitar desvios de resultados causados por sombreamentos ou ventilação diferentes da obra real. 
Avaliação simplificada do desempenho térmico (procedimento 1 A)
As paredes da fachada e a cobertura da edificação habitacional devem reunir características que atendam aos critérios de desempenho (condutância térmica e capacidade térmica) registrados na tabela a seguir, considerando-se a zona bioclimática em que a obra se localizar, conforme delimitações na Figura 1. 
Figura 1 – Zoneamento bioclimático brasileiro.
Fonte: ABNT NBR 15220-3.
Caso a fachada e/ou a cobertura não atendam simultaneamente aos critérios relacionados aos critérios de desempenho, é necessário realizar medições em campo, nas condições anteriormente descritas, ou realizar a simulação do desempenho apenas o nível mínimo (M) de atendimento, que é obrigatório. No caso de intermediário (I) ou superior (S), também haverá necessidade de realizar-se a simulação/avaliação detalhada. 
Para as paredes da edificação os valores de U e CT (obtidos de ensaios ou da norma NBR 15220) são confrontados respectivamente com as exigências da Tabela 1 e 2, abaixo. Caso ocorram simultaneamente U≤ Ulimite e CT ≥ CTlimite, considera-se que a parede atende ao nível Mínimo (M) de desempenho. Caso não se verifique qualquer uma das desigualdades citadas anteriormente, ou se por acaso se desejar classificar o sistema de paredes nos níveis Intermediário ou Superior, há necessidade de proceder-se à avaliação detalhada/simulação computacional ou medições em campo conforme procedimentos 1 B ou 2 citados anteriormente. 
Tabela 1 – Valores máximos obtidos para a Transmitância térmica de paredes externas.
Fonte: Tabela 13, página 27 da NBR 15575-4.
Tabela 2 – Valores mínimos admitidos para a capacidade térmica de paredes externas
Fonte: Tabela 14, página 27 da NBR 15575-4.
Para a cobertura o valor de U (obtido de ensaios ou da norma NBR 15220) também é confrontado com as exigências que aparecem na tabela abaixo. Caso U esteja contido no intervalo entre 0,5 e 2,3 W/M2*k, a cobertura poderá ser classificada nos níveis Mínimo, Intermediário ou Superior, em função da zona climática em que se localizar a obra e da sua absortância à radiação solar (α). Caso o valor de U supere 2,3 W/M2*k há necessidade de proceder-se à avaliação detalhada/simulação computacional ou medições em campo conforme procedimentos 1 B ou 2 citados anteriormente. 
Tabela 3 – Critérios de desempenho de cobertura quanto a transmitância térmica
Fonte: Tabela 14, página 52 da NBR 15575-5.
Avaliação do desempenho térmico por simulação computacional
Para a realização dassimulações computacionais, recomenda-se o emprego do programa EnergyPlus. Outros programas de simulação podem ser utilizados, desde que sejam validados pela ASHRAE Standard 140 e permitam a determinação do comportamento térmico de edificações sob condições dinâmicas de exposição ao clima, sendo capazes de reproduzir os efeitos de inércia térmica. De forma geral, os softwares de simulação do comportamento térmico de edificações devem reunir as características básicas indicadas na figura abaixo.
Figura 2 – Características necessárias para softwares de avaliação do desempenho térmico.
Fonte: IPT.
Para a geometria do modelo de simulação, deve-se tomar a habitação como um todo, considerando cada ambiente como uma zona térmica. Devem ser reproduzidas todas as características construtivas, ou seja, dimensões em planta e pé-direito dos cômodos, aberturas e tipo de portas e janelas, materiais constituintes das paredes e da cobertura, etc. Todas as condições climáticas também devem ser consideradas para os dias típicos de verão, incluindo temperatura e umidade relativa do ar, radiação solar, nebulosidade, direção e velocidade do vento. 
O programa deve ser alimentado com dados fidedignos das propriedades térmicas dos materiais e/ou componentes construtivos, obtidos por meio de ensaios ou mesmo aqueles registrados na norma NBR 15220-2. Para as análises, há necessidade de dados relativos à condutividade térmica, calor específico, densidade de massa aparente, emissividade, absortância à radiação solar, características fotoenergéticas (vidros) e resistência ou transmitância térmica de elementos. 
A absortância à radiação solar das superfícies expostas deve ser definida conforme a cor e as características das superfícies externas da cobertura e das paredes expostas previstas no projeto. 
Para edifício multipiso, além da orientação solar acima, deve ser selecionada uma unidade do último andar, com cobertura exposta. Na entrada de dados, considerar que os recintos adjacentes, de outras unidades habitacionais, separados, portanto, por paredes de geminação ou entrepisos, apresentem a mesma condição térmica do ambiente que está sendo simulado. 
Salvo indicações em contrário (por exemplo, presença de brises, marquises ou edificações próximas previstas no projeto de implantação), deve-se considerar que as paredes expostas e as janelas estejam totalmente desobstruídas, ou seja, sem a presença de edificações ou vegetação nas proximidades que modifiquem a incidência de sol e/ou vento. 
Nas simulações, deve ser considerada para a ventilação uma condição “padrão”, com taxa de 1 ren/h, ou seja, uma renovação de ar por hora do ambiente (ventilação por frestas), inclusive para os áticos das coberturas. Nessa condição de ventilação, considerar que não há nenhuma proteção da abertura de janela contra a entrada da radiação solar. 
A NBR 15575 estabelece que “a unidade habitacional que não atender aos critérios estabelecidos para verão, nas condições acima, deve ser simulada novamente considerando-se as seguintes alterações”: 
Ventilação: configuração da taxa de ventilação de cinco renovações do volume de ar do ambiente por hora (5,0 ren/h – janela totalmente aberta) e janelas sem sombreamento; 
Sombreamento: inserção de proteção solar externa ou interna da janela com dispositivo capaz de cortar no mínimo 50% da radiação solar direta que entraria pela janela, com taxa de uma renovação do volume de ar do ambiente por hora (1,0 ren/h); 
Ventilação e sombreamento: combinação das duas estratégias anteriores, ou seja, inserção de dispositivo de proteção solar e taxa de renovação do ar de 5,0 ren/h. 
Os valores máximos diários da temperatura do ar interior de recintos de permanência prolongada (salas e dormitórios, sem a presença de fontes internas de calor, como ocupantes, lâmpadas e outros equipamentos) devem ser sempre menores ou iguais ao valor máximo diário da temperatura do ar exterior para o dia típico de verão (Nível Mínimo de desempenho). Para os Níveis Intermediário e Superior, devem ser observados os limites assinalados na tabela abaixo.
Tabela 4 – Critério de avaliação do desempenho térmico para condições de verão. 
Fonte: Tabela E.1, anexo E na NBR 15575-1, página 72.
REFERÊNCIAS
Desempenho de edificações habitacionais: guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR 15575/2013. Câmara Brasileira da Indústria da Construção. Fortaleza: Gadioli Cipolla Comunicação, 2013. 
Desempenho térmico das edificações no verão.