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Um estudo comparativo entre duas metodologias da abnt (associação brasileira de normas técnicas) para o cálculo da carga térmica de ambientes internos: abnt nbr 5858:1983 e abnt nbr 16401-1:2008. O estudo foi realizado em 12 salas de aula do instituto federal fluminense (iff) campus itaperuna, considerando fatores como posição de janelas, transmissão de radiação solar, tipo de vidro, incidência solar nas paredes, tipo e quantidade de lâmpadas, entre outros. Os resultados mostraram que nenhum aac (ar-condicionado) foi dimensionado corretamente para atender o conforto térmico, com base nas duas metodologias, sendo a diferença entre as cargas térmicas calculadas não superior a 11%. O documento também apresenta figuras e tabelas para ilustrar os resultados.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
1 / 98
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William dos Santos Inácio
Junho de 2014
William dos Santos Inácio
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, da Universidade Candido Mendes - Campos/RJ, para obtenção do grau de MESTRE EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO.
Orientador: Prof. Milton Erthal Junior, DSc
Junho de 2014
A Deus, por me dar a oportunidade de avançar na minha vida acadêmica e profissional. À minha esposa e aos meus filhos Wender e Willem (nascerá em julho de 2014). À minha avó Maria Anália ( in memoriam ) que dedicou suas forças para que me tornasse um bom cidadão. Ao IFF, compromissada instituição de ensino da qual orgulhosamente fiz parte como aluno e agora faço parte como servidor.
A Deus, autor da minha fé, por me conceder a vitória em mais uma etapa de minha vida. À minha avó Maria Anália ( in memoriam ) que me concedeu a base necessária para minha educação. Ao meu filhão Wender, que mesmo tão pequeno demonstrou compreender os momentos de minha ausência, ele falava: “papai vão brincá”, eu brincava um pouco e logo voltava aos estudos, então ele dizia: “papai, você estuda muito, né?”. Ao meu filhinho Willem que está quase chegando, o pequeno que chegará e trará mais alegria à família e será mais um para brincar comigo e Wender, nascerá em julho de 2014. À minha esposa Elaine e minha tia Silvana pelas constantes orações demonstrando acreditar no meu sucesso. À minha mãe Edna, meu irmão Washington Luís, minha prima/irmã Anna Sylvia, pelo apoio e pelas orações durante minha caminhada no mestrado. Aos meus familiares e amigos pelos incentivos e orações. Aos irmãos/amigos da Igreja Assembleia de Deus em Parque Guarus, Ministério Madureira, pelas orações. Ao meu orientador Milton Erthal Junior pela dedicação nas orientações prestadas ao longo desse trabalho, pelos incentivos e pela amizade, e pelas ideias em cada reunião, que me deixava mais doido ainda (rs). Aos professores do mestrado, em especial à professora Denise Cristina, ao professor Eduardo Shimoda (excelente!) e ao professor Aldo Shimoya pelas contribuições em todo esse processo de formação. Às amigas Cristiane Barros e Nathália Maiolino, que me ajudaram do primeiro ao último dia do curso. Aos colegas de mestrado pelo apoio e incentivo no decorrer de todo o curso, em especial: Aline Cretton, Anderson Alex, Cintia de Lima, Cristiane Barros, Joelma Vieira, Kíssila da Conceição, Luciano
O coração do homem traça o seu caminho, mas o Senhor lhe dirige os passos.
Bíblia Sagrada - Almeida Revista e Atualizada - Provérbios 16:
Tudo posso naquele que me fortalece.
Bíblia Sagrada - Almeida Revista e Atualizada - Filipenses 4: RESUMO
A estimativa do conforto térmico dos ambientes a serem climatizados deve ser prevista durante as fases de projeto, construção e operação da edificação. A climatização das salas de aula é um aspecto importante para a melhoria do espaço pedagógico, já que busca manter os alunos em situação de conforto durante as aulas. O clima ameno coopera para o melhor rendimento dos discentes, pois o ambiente físico, como iluminação, temperatura, acústica e uso de cores influenciam no conforto físico e psicológico, influindo, portanto, no processo de aprendizagem. A proposta deste trabalho consiste em avaliar se os aparelhos de ar-condicionado (AAC) atualmente utilizados no Instituto Federal Fluminense (IFF) campus Itaperuna, são adequados para promover o conforto térmico para os usuários das salas de aula. Este trabalho também se propõe a realizar um redimensionamento dos AAC para esta instituição de ensino com base em duas normas técnicas da ABNT. A pesquisa científica foi realizada no período de outubro de 2012 a dezembro de 2013, a partir do levantamento de dados dos AAC atualmente instalados, do cálculo da carga térmica utilizando a metodologia proposta pela ABNT NBR 5858:1983 e pela metodologia proposta pela ABNT NBR 16401-1:2008 que consiste na utilização do software EnergyPlus do Departamento de Energia Americano. Para a simulação foi realizada modelagem em 3D, no software DesignBuilder, dos blocos B e C do IFF campus Itaperuna, onde possuem 12 salas de aula. Ao final da pesquisa constatou- se que nenhuma sala de aula possui um AAC apropriado para carga térmica calculada pelas duas metodologias. Em 7 salas de aula a carga térmica calculada pela ABNT NBR 16401-1:2008 foi maior que a carga térmica calculada pela ABNT NBR 5858:1983. Nas salas de aula B12, B14, B16, B17, B18 e C07 a diferença dos resultados da carga térmica foi menor que 3%. A maior diferença foi para a sala de aula C04, com 10,24%. A carga térmica calculada através da ABNT NBR 16401- 1:2008 ficou em média 0,82% maior que a carga térmica calculada pela ABNT NBR 5858:1983. Sendo a carga térmica média calculada para as salas de aula de aproximadamente 3 2. 523 BTU, sugere-se a utilização dos AAC de 30.000 BTU, com classificação energética “A” em todas salas de aula, que será o mesmo modelo do indicado para as salas de aula C04 e C07, pois possuem maior eficiência energética, o Coeficiente de Eficiência Energética (CEE) deste AAC é 3,24, enquanto que o CEE do AAC de 36.000 BTU é de 2,60.
PALAVRAS-CHAVE: Ar-condicionado. Carga térmica. Eficiência energética. EnergyPlus. DesignBuilder.
Figura 1 - Visão panorâmica do IFF campus Itaperuna, imagem do Google Maps de junho de 2011. Em destaque os blocos B e C onde o estudo foi realizado e o local da construção bloco F .................................................................................................... 38
Figura 2 - Arte gráfica do IFF campus Itaperuna, apresentando os blocos e os anexos ....................................................................................................................... 39
Figura 3 - Arte gráfica do Parque Acadêmico do IFF campus Itaperuna, cuja a obra iniciou em janeiro de 2014 ........................................................................................ 41
Figura 4 - Módulos do EnergyPlys ............................................................................ 47
Figura 5 - Tela do EnergyPlus IDF Editor , onde são informados os parâmetros para a simulação .................................................................................................................. 48
Figura 6 - Hirerarquia de dados do so f tware DesignBuilder ...................................... 49
Figura 7 - Painel de navegação do software DesignBuilder, que apresenta a estrutura dos dados inseridos ................................................................................... 50
Figura 8 - Tela do software DesignBuilder ................................................................ 51
Figura 9 - Tela do software DesignBuilder para criar um novo projeto ...................... 52
Figura 10 - Tela do software DesignBuilder destacando a opção para criar uma construção ................................................................................................................. 52
Figura 11 - Layout do bloco B no DesignBuilder, apresentando, em cores direfentes, os ambientes sem AAC, AAC desligado e AAC ligado ............................................. 53
Figura 12 - Layout do bloco C no DesignBuilder, apresentando, em cores direfentes, os ambientes sem AAC, AAC desligado e AAC ligado ............................................. 53
Figura 13 - Layout da sala B18, com janela (cor amarela) e porta (cor azul) ............ 54
Figura 14 - Tela do software DesignBuilder, guia Activity , onde se configurou a taxa de ocupação, metabolismo, vestuário e a temperatura de resfriamento requerida para a sala B18 ......................................................................................................... 57
Figura 15 - Tela do software DesignBuilder, janela de edição das características das paredes, utilizando os parâmetros fornecidos pela ABNT NBR 15220-2:2003 ......... 58
Figura 16 - Inserção das características dos materiais, utilizando os parâmetros fornecidos pela ABNT NBR 15220-2:2003 ................................................................ 59
Figura 17 - Tela do software Designbuilder, guia Construction , mostrando os aspectos dos materiais usados na construção do bloco B. Nesta etapa o programa detalha características do piso, das paredes, do telhado e das portas. .................... 59
Figura 18 - Detalhes das janelas para serem informados na guia Openings , incluindos os detalhes das molduras e divisórias ...................................................... 60
Figura 19 - Detalhes das janelas para serem informados na guia Openings ............ 60
Figura 20 - Tela do software Designbuilder, guia Openings , onde se configurou os detalhes construtivos das janelas da sala B18 .......................................................... 61
Figura 21 - Tipos de luminárias disponíveis para serem utilizadas no software DesignBuilder ............................................................................................................ 62
Figura 22 - Tela do software DesignBuilder, guia Lighting, onde se configurou o sistema de iluminação da sala B18 ........................................................................... 62
Figura 23 - Tela do software DesignBuilder, guia HVAC, onde se configurou o AAC para a sala B18 ......................................................................................................... 63
Figura 24 - Tela do software DesignBuilder, com os parâmetros para iniciar a simulação .................................................................................................................. 64
Figura 25 - Imagem 3D do sombreamento dos blocos B (fachada sul) e C (fachada oeste) às 16 h........................................................................................................... 67
Figura 26 - Comparativo entre a carga térmica instalada, carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 5858:1983 e carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 16401-1:2008 ................................................................ 68
Figura 27 - Diferença entre a carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 5858:1983 e a carga térmica instalada e a diferença entre a carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 16401-1:2008 e a carga térmica instalada .................................................................................................................................. 69
Figura 28 - Diferença entre a carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 5858:1983 e a carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 16401- 1:2008 ....................................................................................................................... 71
Figura 29 - Classificação energética dos AAC de 30.000 BTU disponíveis na lista do INMETRO .................................................................................................................. 73
Tabela 1 - Relação das salas do bloco C e a função de cada uma........................... 39
Tabela 2 - Relação das salas do bloco B e a função de cada uma ........................... 40
Tabela 3 - Limites de eficiência energética, definidos pelo INMETRO, de AAC do tipo split, para cada classe de eficiência energética ........................................................ 42
Tabela 4 - Templates , área, ocupação, equipamentos e iluminação das salas do bloco B ...................................................................................................................... 56
Tabela 5 - Templates, área, ocupação, equipamentos e iluminação das salas do bloco C ...................................................................................................................... 56
Tabela 6 - Características dos materiais das paredes, parâmetros fornecidos pela ABNT NBR 15220-2:2003 ......................................................................................... 58
Tabela 7 - Relação dos AAC das salas de aula dos blocos B e C do IFF campus Itaperuna, indicando sua capacidade de refrigeração, potência elétrica, eficiência energética e classificação energética ........................................................................ 65
Tabela 8 - Relação das cargas térmicas de resfriamento das salas de aula dos blocos B e C do IFF campus Itaperuna calculada com base na ABNT NBR 5858:1983 ................................................................................................................. 67
Tabela 9 - Relação das cargas térmicas de resfriamento das salas de aula dos blocos B e C do IFF campus Itaperuna calculada com base na ABNT NBR 16401- 1:2008 ....................................................................................................................... 68
Tabela 10 - Carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 5858:1983, carga térmica calculada pela metodologia da ABNT NBR 16401-1:2008 e a diferença entre elas................................................................................................................... 71
Tabela 11 - Relação de AAC para as salas de aula com capacidade de resfriamento igual ou superior à calculada utilizando a metodologia da ABNT NBR 16401-1: .................................................................................................................................. 72
Tabela 12 - Relação de AAC com maior eficiência energética para as salas de aula .................................................................................................................................. 73
Tabela 13 - Lotação sugerida para as salas de aula ................................................. 66
Quadro 1 - Cálculo simplificado da carga térmica da sala de aula B18 utilizando a metodologia proposta pela ABNT NBR 5858:1983 ................................................... 44
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
AAC - Aparelho de ar-condicionado
ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
AVAC - Aquecimento, ventilação e ar-condicionado
BLAST - Building Loads Analysis and System Thermodynamics
BTU - British Thermal Unit
CDF - Computational Fluid Dynamics - “dinâmica de fluído computacional”
CEE - Coeficiente de Eficiência Energética
CELIFF - Centro de Línguas do Instituto Federal Fluminense
CHESF - Companhia Hidro Elétrica do São Francisco
CISPCCTAE - Comissão Interna de Supervisão do Plano de Carreira dos Cargos Técnico-Administrativos em Educação
CLTD/CLF - Cooling Load Temperature Difference/Cooling Load Factor
CONMETRO - Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
COP - Coeficiente de Performance
CPPD - Comissão Permanente de Pessoal Docente
CTIC - Coordenação de Tecnologia da Informação e Comunicação
EaD - Educação a Distância
PROEP - Programa de Expansão da Educação Profissional
PRONATEC - Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego
RTS - Radiant Time Series Method
SINMETRO - Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
TETD/TA - Total Equivalent Temperature Difference/Time Averaging
TFM - Transfer FunctiDon Method
UFAD - Underfloor Air Distribution System
UFSC - Universidade Federal de Santa Catariana
UR - Umidade Relativa
USP - Universidade de São Paulo
λ - Condutividade térmica [W/m.K]
-Densidade de massa aparente [kg/m³]
c - Calor específico ou capacidade térmica específica [J/kg.K]
3.8.2. O software DesignBuilder ......................................................................... 48
3.8.2.1. O layout do DesignBuilder ........................................................................ 49
3.8.2.2. Criando um novo projeto ........................................................................... 51
3.8.2.3. Inserindo os dados na guia Activity ........................................................... 55
3.8.2.4. Inserindo os dados na guia Construction .................................................. 57
3.8.2.5. Inserindo os dados na guia Openings ....................................................... 60
3.8.2.6. Inserindo os dados na guia Lighting ......................................................... 62
3.8.2.7. Inserindo os dados na guia HVAC ............................................................ 63
3.8.2.8. Processando a simulação ......................................................................... 63
AR-CONDICONADOS SUGERIDOS PARA INSTALAÇÃO Erro! Indicador não definido.
