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Uma avaliação do impacto da orientação solar no conforto e desempenho térmico de projetos padrão de pré-escola do programa proinfância nas diferentes zonas bioclimáticas brasileiras. O estudo foi realizado para avaliar a importância da adaptação do projeto às condições climáticas locais e garantir o conforto térmico e eficiência energética. O documento também discute os parâmetros de conforto térmico e a importância de avaliar o desempenho térmico dos projetos padrão.
O que você vai aprender
Tipologia: Esquemas
1 / 180
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Porto Alegre 2019
Prof. Dr. Luiz Carlos Pinto da Silva Filho Prof. Dr. Maurício Carvalho Ayres Torres PhD. pela Universidade de Leeds Orientador
Dr. pela Universidade Politécnica da Catalunha Coorientador
Porto Alegre 2019
A meus pais pelo amor e apoio incondicional, sempre.
Ao fim da jornada percebemos quão valioso foi o apoio e a companhia de quem esteve ao nosso lado. Quero agradecer aos meus orientadores pela contribuição ao longo do trabalho. Ao professor Luiz Carlos por orientar esta dissertação. Ao professor Maurício pela disponibilidade e dedicação em lapidar o trabalho e por todo o conhecimento passado. Agradeço aos demais professores do NORIE, Ana Paula, Ana Carolina, Sattler, Formoso, Bonin, Angela, Luciani, Denise, Isatto que sempre estiveram disponíveis e ajudaram de alguma forma para o desenvolvimento da pesquisa ou ao longo do Mestrado. Grata também por ter tido a oportunidade de estudar em uma Universidade de excelência como a UFRGS.
Agradeço a banca que aceitou revisar este trabalho e aos professores da banca de qualificação que deram importantes contribuições, auxiliando na delimitação e ajudando a definir os rumos da dissertação.
Quero agradecer também ao pessoal do LABCEE da Faculdade de Arquitetura da UFPEL, professores Eduardo Grala da Cunha e Paulo Rheingantz, e demais pesquisadores do laboratório, que me receberam e estiveram disponíveis para ajudar durante a minha estadia em Pelotas, contribuindo de forma significativa para esta pesquisa.
Ao engenheiro Rudybert von Eye do Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação (FNDE) que disponibilizou dados de implantação do Programa Proinfância no Brasil, contribuindo para o avanço dos estudos em relação ao Programa.
Agradeço a atenção dada pela funcionária da prefeitura de Maratá, Josiane Schumacher Gaelzer, que apresentou a pré-escola Tipo 2 existente no município, e disponibilizou informações que contribuíram para dar realismo às simulações computacionais realizadas.
Aos meus amigos do PPGCI que fizeram os dias dessa jornada muito mais alegres, Janaíne, Isadora, Deise, Débora, Natália, Roberta, Michele, Lúcia, Maíra, Michelle e vários outros amigos e colegas que agradeço por ter tido a oportunidade de conhecer e compartilhar momentos.
Aos demais amigos da minha vida, que sempre ajudaram dando apoio moral, principalmente às amigas Natali e Juliane, amizades que remontam de tempos longínquos, mas que acompanharam de perto a produção desta dissertação.
À minha família pelo amor e suporte inestimáveis e de tantas formas diferentes. Ao Fernando, por seu apoio e compreensão, e pelos conselhos sempre úteis ao longo do Mestrado. Aos meus pais, Marisa e Cesar, que sempre incentivaram os seus filhos a estudarem, e cujo apoio sempre foi a minha base para lançar-me a novos voos.
SARTORI, G. Avaliação do impacto da orientação solar no conforto e desempenho térmico de projeto padrão de pré-escola do Programa Proinfância nas zonas bioclimáticas brasileiras. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2019.
O programa Proinfância do Governo Federal foi desenvolvido para ampliar vagas e garantir o acesso de crianças a creches e pré-escolas. Desde sua criação em 2007 até o ano de 2017, já haviam sido investidos mais de 5 bilhões de reais em mais de 5 mil pré-escolas concluídas ou em fase de construção em todos os estados brasileiros. Foram desenvolvidos projetos padrão de pré-escolas para serem implantados em qualquer região do território brasileiro. Por outro lado, o Brasil está dividido em 8 zonas bioclimáticas, cada qual com características singulares e que exigem diretrizes construtivas específicas. Dessa maneira, a ideia de um projeto padrão, não contempla a adoção de diferentes estratégias construtivas para diferentes zonas bioclimáticas. Assim, este estudo analisou a influência da orientação solar no conforto térmico dos usuários e no desempenho térmico da edificação proporcionado pelo projeto padrão Tipo 2 do Programa Proinfância em todas as zonas bioclimáticas brasileiras estabelecidas de acordo com a NBR 15.220-3 (ABNT, 2005). Com o auxílio do software EnergyPlus foram realizadas simulações computacionais para avaliar as temperaturas resultantes nos ambientes de permanência prolongada da edificação apenas com ventilação natural. O desempenho térmico da edificação foi avaliado conforme a classificação da NBR 15.575 (ABNT, 2013), pois o Manual para o desenvolvimento dos edifícios escolares do Programa Proinfância exige o cumprimento de determinados níveis de desempenho térmico para inverno e verão estabelecidos nesta norma. O conforto térmico dos usuários foi avaliado pelo método do modelo adaptativo da Standard 55 (ASHRAE, 2013) desenvolvido para ambientes naturalmente ventilados. Através deste método foi possível obter o percentual de horas em conforto térmico da pré-escola em cada mês do ano. Com os resultados obtidos nas avaliações de conforto e desempenho térmico, foi possível fazer um comparativo entre as mesmas. Os parâmetros de avaliação da Standard 55 parecem ser mais realistas do que aqueles adotados na norma brasileira de desempenho de edificações. A NBR 15.575 considera apenas influências climáticas externas, não utiliza as cargas térmicas internas e não apresenta exigências quanto às trocas térmicas da edificação com o solo, além de analisar somente os dias típicos de verão e inverno. Desta forma, espera-se que as temperaturas resultantes da análise de conforto térmico sejam mais realistas do que aquelas obtidas a partir da análise do desempenho térmico. Além disso, algumas temperaturas resultantes verificadas nos ambientes de permanência prolongada e aceitas pela classificação da ABNT NBR 15.575:2013, ficam fora da zona de conforto definida para cada zona bioclimática. O impacto da orientação solar foi avaliado simulando o modelo do projeto padrão orientado para leste, oeste, norte e sul. Os resultados de conforto térmico se mostraram mais sensíveis à orientação solar da edificação que os resultados de desempenho térmico. Os resultados de desempenho térmico tiveram poucas variações nas classificações e apontam resultados qualitativos, enquanto os resultados de conforto térmico apresentam variações quantitativas, gerando indicações e recomendações de implantação mais claras quanto à orientação solar.
Palavras-chave: Programa Proinfância. Conforto térmico. Desempenho térmico. Orientação solar.
Sartori, G. Evaluation of the impact of solar orientation in the thermal comfort and thermal performance in a Proinfância Program preschool standard project in Brazilian bioclimatic zones. 2019. Dissertation (Master of Science in Civil Engineering) - Postgraduate Program in Civil Engineering: Construction and Infrastructure, Engineering School, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2019.
Federal Brazilian Government's Proinfância Program was developed to ensure children's access to kindergartens and preschools. More than 5 thousand preschool standard buildings were built since its creation in 2007 all over the country. Preschool standard projects were developed to be implemented in any region of the Brazilian territory. On the other hand, Brazil is divided into 8 bioclimatic zones, each one with unique characteristics that require specific building guidelines. The idea of a standard design is against the idea of adopting different building strategies for different bioclimatic zones. Thus, this study analyzed the solar orientation influence in the user’s thermal comfort and building thermal performance provided by the Type 2 Proinfância Program standard design in all Brazilian bioclimatic zones established according to ABNT NBR 15.220-3:2005. Using EnergyPlus software, computer simulations were performed to evaluate the resulting temperatures in the longstanding rooms with natural ventilation only. The building thermal performance was evaluated according to the classification of ABNT NBR 15.575:2013, since the Manual for the development of the Proinfância School buildings requires the fulfillment of certain winter and summer performance levels established in the brazilian standard. The user’s thermal comfort was evaluated by the ASHRAE Standard 55-2013 adaptive model developed for naturally ventilated spaces. Through this method it was possible to obtain the percentage of occupied hours in comfort in each month of the year. The results obtained from the evaluation of thermal comfort and thermal performance according to the two normative methods suggest a comparison between them. ASHRAE Standard 55 evaluation parameters appear to be more realistic than those adopted by the brazilian performance standard, since NBR 15.575 considers only external climatic conditions, not considering internal thermal loads, nor the thermal exchange between the building and the exterior ground, and analyzes summer and winter design days only. Thus, the temperatures resulting from the thermal comfort analysis are expected to be more realistic than those obtained from the thermal performance analysis. Besides that, some resulting temperatures verified in longstanding rooms and accepted by the ABNT NBR 15.575: classification are outside the comfort zone defined for each bioclimatic zone. The impact of solar orientation was evaluated by simulating the standard project model oriented to east, west, north and south. Thermal comfort results was more sensitive to the solar orientation of the building than thermal performance results. The thermal performance results had few variations in the classifications and indicate qualitative results, while the thermal comfort results have quantitative variations, generating clearer indications and recommendations for the building implantation in relation to solar orientation.
Keywords: Proinfância Program. Thermal comfort. Thermal performance. Solar orientation.
Gráfico 1. Administração: temperaturas internas mínimas e máximas e zona de conforto ..... 78
Gráfico 2. Pré-escola 2: temperaturas internas mínimas e máximas e zona de conforto ......... 78
Gráfico 3. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico 79
Gráfico 4. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .... 79
Gráfico 5. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................... 82
Gráfico 6. Pré-escola 2: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ....................... 82
Gráfico 7. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico 83
Gráfico 8. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .... 83
Gráfico 9. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................... 86
Gráfico 10. Pré-escola 2: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ..................... 86
Gráfico 11. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico
.................................................................................................................................................. 87
Gráfico 12. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .. 87
Gráfico 13. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................. 90
Gráfico 14. Pré-escola 2: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ..................... 90
Gráfico 15. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico
.................................................................................................................................................. 91
Gráfico 16. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .. 91
Gráfico 17. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................. 94
Gráfico 18. Pré-escola: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ........................ 94
Gráfico 19. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico
.................................................................................................................................................. 95
Gráfico 20. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .. 95
Gráfico 21. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................. 97
Gráfico 22. Pré-escola 2: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ..................... 98
Gráfico 23. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico
.................................................................................................................................................. 98
Gráfico 24. Pré-escola 2: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico .. 99
Gráfico 25. Administração: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ............... 101
Gráfico 26. Pré-escola 2: temperaturas mínimas e máximas e zona de conforto ................... 101
Gráfico 27. Administração: Percentual de horas ocupadas em conforto e desconforto térmico
................................................................................................................................................ 102
Gráficos 34 e 35. Médias ponderadas dos POCs de inverno e verão da pré-escola em cada ZB
Tabela 34. Adaptações adotadas e recomendadas para avaliação térmica de projetos padrão
................................................................................................................................................ 110
5.4.2 Impacto da orientação solar e recomendações de implantação do projeto padrão
Avaliação do impacto da orientação solar no conforto e desempenho térmico de projeto padrão de pré-escola do Programa Proinfância nas zonas bioclimáticas brasileiras
16
Existem vários condicionantes na elaboração de um projeto arquitetônico de uma edificação.
As condições naturais do entorno e a caracterização do clima local onde o edifício será inserido
por exemplo, são fatores relevantes a serem considerados por arquitetos e outros projetistas no
momento da concepção do projeto. Com o avanço de novas tecnologias e o uso da eletricidade,
aspectos relevantes relacionados às características climáticas foram sendo deixados de lado no
desenvolvimento projetual. Lamberts et al. (2014) comentam que o amplo uso de sistemas
artificiais, tanto para iluminação quanto para climatização, deu ao projetista uma posição
bastante cômoda perante os problemas de adequação do edifício ao clima.
Nas últimas décadas do século XX, o termo sustentabilidade vem sendo colocado cada vez mais
em pauta. Uma das primeiras definições do termo, afirma que sustentabilidade é atender às
necessidades do presente, sem comprometer o atendimento às necessidades das gerações
futuras (BRUNDTLAND et al., 1987). A partir da década de 1960, na área da arquitetura
surgiram conceitos como arquitetura sustentável, arquitetura bioclimática que possuem como
fundamentos minimizar os impactos ambientais causados pelo setor da construção civil, desde
o canteiro de obras passando pelo uso da edificação até sua deposição final. Passa a haver uma
conscientização de que projetistas devem levar em conta condicionantes climáticos e o ciclo de
vida da edificação para o processo de concepção projetual. O objetivo destas preocupações é
obter conforto térmico no ambiente construído, edifícios energeticamente mais eficientes e
diminuir impactos ambientais relacionados à construção civil e o uso das edificações.
De acordo com o Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2014), as edificações e
as atividades desenvolvidas dentro delas são as responsáveis por uma significativa parte das
emissões de gases de efeito estufa, mas elas também são a chave para estratégias de mitigação
de impactos ambientais. A crise mundial de energia da década de 1970 foi um dos estímulos
para que arquitetos começassem a pensar em edifícios a partir de uma nova perspectiva,
mudando a compreensão de sustentabilidade e de edifícios sustentáveis (GALAFASSI, 2012).
Havia uma grande preocupação para o fato de ser uma crise energética de âmbito mundial e
para o impacto ambiental gerado pelo consumo da energia de base fóssil. Além disso, a
