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A aplicação da metodologia brasileira de eficiência energética em edificações, o rtq-c, em um edifício de salas de aula do campus santa mônica da ufu em uberlândia. O objetivo é avaliar a aplicabilidade da metodologia quando a simulação é indicada e não há arquivo climático horário de simulação disponível. O documento aborda a seleção e tratamento dos dados climáticos, a formatação do arquivo climático horário para simulação termoenergética, a elaboração da carta bioclimática de uberlândia e a aplicação dos métodos prescritivo e simulação do rtq-c no edifício estudado.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Dissertação apresentada ao Programa de Pesquisa e Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Área de Concentração: Tecnologia, da Universidade de Brasília (UnB), como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Arquitetura e Urbanismo. Orientadora: Profa. Dra. Cláudia Naves David Amorim.
Ao meu esposo; À minha família;
Aos meus amigos.
A Deus, pela luz no caminho e as pessoas maravilhosas que sempre colocou nele.
A minha amiga Janine, a primeira a aparecer neste caminho dizendo, por
experiência própria, que não era necessário mudar de cidade para fazer o mestrado!
Ao meu esposo, que sempre me apoiou incondicionalmente... Incondicionalmente
mesmo! Com este apoio e amor foi mais fácil passar por esta fase tão difícil.
Aos meus pais e irmão que se esforçaram muito para entender minhas decisões,
mas me deram força sempre!
Aos meus pais e irmãos “postiços” (tios e primos de Brasília): sem eles nada disso
teria sido possível... É indescritível o apoio dado.
A toda minha família e amigos que compreenderam minhas ausências, ou fingiram
bem.
À minha orientadora que desde o início me apoiou, sem nunca dizer para desistir de
nada a que me propus!
Aos amigos da UnB - Débora, Susan, Milena, Caio, Júlia, João e Giselle - com os
quais compartilhei conhecimentos, dúvidas e angústias.
À Vivi, que sempre me apoiou, me animou e confiou em mim.
Ao meu amigo Alexandre ( in memoriam ) que “segurou as pontas” no trabalho
colaborando muito para que eu tivesse mais tempo para finalizar minha pesquisa.
A todos os pesquisadores e órgãos, que me ajudaram em algum momento da
pesquisa, e mesmo na eminência de esquecer alguém, é impossível não citar
Themis Martins, Prof. Washington, Prof. Günter, Francine Rossi, Solange Goulart,
Joyce Carlo, Prof. João Pimenta, Raoni Lima, Iraci Pereira, Thais Lima, Aldomar
Pedrini, INMET, Laboratório de Climatologia da UFU, Diretoria de Obras da
Prefeitura de Campus da UFU e a CAPES (pelo incentivo dado ao desenvolvimento
desta pesquisa).
As edificações consomem 45% de toda energia gerada no Brasil, considerando os edifícios residenciais, comerciais, de serviços e públicos (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009). No entanto, há um expressivo potencial de conservação neste setor, avaliado em 30% para edificações existentes, através de retrofit (reforma) podendo chegar a 50% nas novas edificações (ELETROBRÁS-PROCEL, 2010). No Brasil, em 2001, após uma crise energética local, iniciaram-se os estudos que deram origem ao primeiro regulamento brasileiro de eficiência energética de edificações. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar a aplicabilidade da metodologia brasileira de avaliação da eficiência energética de edifícios comerciais, de serviços e públicos, RTQ-C (INMETRO, 2010), para as condições em que a simulação é indicada e não há arquivo climático horário de simulação disponível para cidade. A avaliação será realizada através de um estudo de caso no Campus Santa Mônica da UFU - Universidade Federal de Uberlândia-MG. O edifício escolhido reflete a preocupação dos novos projetos da UFU, no que se refere às questões de conforto ambiental e eficiência energética, e seu projeto está sendo repetido no mesmo campus e no Campus de Ituiutaba. Os procedimentos metodológicos aplicados foram: seleção, análise e tratamento dos dados climáticos da cidade de Uberlândia para identificação do ano climático de referência (TRY); formatação de um arquivo climático horário para simulação termoenergética e a elaboração da carta bioclimática de Uberlândia; aplicação dos métodos prescritivo e simulação do RTQ-C no edifício estudo de caso e comparação dos resultados obtidos em cada um destes métodos. Os resultados obtidos foram: a identificação do ano de 2006 como ano TRY; o arquivo climático horário em extensão *epw e um arquivo com dados estatísticos em extensão *stat, que classificou o clima da cidade de acordo com a classificação de Köppen como “Aw”, tropical de savana; a carta bioclimática de Uberlândia, indicando 63,2% das horas na zona de conforto, sendo 36,8% em desconforto, 18,6% por frio e 18,1% por calor; obtenção da etiqueta A para o edifício estudo de caso, pelos métodos prescritivo e simulação. Algumas divergências foram encontradas na comparação entre os métodos, relacionadas diretamente à simulação da ventilação natural para obtenção do POC (percentual de horas ocupadas em conforto), uma vez que as áreas não condicionadas, bem maiores que as áreas condicionadas, a simulação separada para cada ambiente não-condicionado e a exclusão dos cobogós pode ter prejudicado os resultados. Conclui-se que uma base de dados horários organizada para aplicação em simulações termoenergéticas de edifícios, uma metodologia precisa para obtenção do arquivo climático e investigações quanto ao desempenho dos programas de simulação quando se simula edifícios com ambientes condicionados e não- condicionados, permitiria um maior avanço nas pesquisas relacionadas à eficiência energética das edificações e cidades, permitindo que regulamentações como o RTQ-C sejam aplicadas em um número cada vez maior de cidades.
Buildings consume 45% of all energy generated in Brazil, considering the residential, commercial, services and public buildings (Ministry of Mines and Energy, 2009). However, there is a significant potential for conservation in this sector, estimated at 30% for existing buildings through retrofit (renovation) that could reach 50% in new buildings (ELETROBRÁS-PROCEL, 2010). In 2001 in Brazil, after a local energy crisis, the first regulations for energy efficiency of buildings where created based on several researches. In this context, the aim of research is to evaluate the applicability of a Brazilian methodology for evaluating energy efficiency of commerce, services and public buildings, that so called RTQ-C (INMETRO 2010). In this research, this methodology was used in conditions that the simulation was indicated and when the city didn’t have previous weather file available. The valuation will be apply through a case study on the campus of Santa Monica UFU - Federal University of Uberlândia- MG. The chosen building reflects the concern of UFU’s new projects, with regards to environmental comfort and energy efficiency issues, and its design is repeated on the same campus and the Campus of Ituiutaba. The methodological procedures used were: selection, analysis and processing of weather data from the city of Uberlândia to identify the Test reference year (TRY), formatting of a weather file simulation and the development of bioclimatic chart of Uberlândia; application of two methods of RTQ-C - prescriptive and simulation - the building case study and comparison of results obtained in each of these methods. The results were: the identification of 2006 as -TRY year, the time weather file in *epw extension and a file with statistical data in * stat extension, which classified the city's climate according to Köppen's classification as "Aw”, tropical savanna; the bioclimatic chart of Uberlândia indicating 63.2% of the hours in the comfort zone, and 36.8% in discomfort, 18.6% by cold and 18.1% by hot, obtaining the label A for the case study building, by the prescriptive and simulation methods. Some differences were found when comparing the methods, directly related to the simulation of natural ventilation to obtain POC (percentage of occupied hours in comfort), since the non-conditioned areas, much larger than the conditioned areas, a separate simulation for each non-conditioned environment and the exclusion of the cobogós may have impaired the results. It is concluded that an organized time database for use in thermal energy simulations of buildings, a precise methodology for obtaining weather file and investigations on the performance of simulation programs when simulating buildings with conditioned and non-conditioned environments, would allow a major advance in research related to energy efficiency of buildings and cities, enabling regulations like the RTQ-C to be applied in an increasing number of cities.
Figura 28 - Vista posterior do Bloco 5O, destacando-se à direita o Bloco A e à esquerda o Bloco B. Nota-se que os blocos possuem orientação e características externas diferentes. ................................................................................................... 99 Figura 29 - Vista lateral do Bloco 5O, destacando-se à direita o Bloco B e à esquerda o Bloco A. .................................................................................................................. 99 Figura 30 - Vistas frontais do Bloco A com destaque para os brises à esquerda e os grandes beirais do pavimento térreo à direita. ........................................................ 100 Figura 31 - Vista frontal do Bloco A, destaque para o pátio e a estrutura metálica que receberá o cobogó. ................................................................................................. 100 Figura 32 - Vistas internas (bloco A): à esquerda detalhe do brise horizontal das salas de aula, à direita, detalhe da iluminação zenital (fechamento em forro colméia). ................................................................................................................................ 100 Figura 33 – Vista externa do Bloco 5R – repetição do projeto do Bloco 5O no Campus Santa Mônica. ........................................................................................... 101 Figura 34 - Inserção de um novo arquivo climático ................................................. 108 Figura 35 - Janela de criação da localidade Uberlândia, aba location. ................... 109 Figura 36 - Janela de criação da localidade Uberlândia, aba simulation weather , referente ao arquivo climático horário ..................................................................... 110 Figura 37 - Barra de variáveis da locação do sítio. ................................................. 111 Figura 38 - Edição das zonas no 2º pavimento. ...................................................... 113 Figura 39 - Opção de dados da aba Data para simulação do consumo energético. ................................................................................................................................ 115 Figura 40 - Opções da aba Data para simulação do POC ...................................... 116 Figura 41 - Rotina estabelecida para o edifício de salas de aula Bloco 5O. ........... 118 Figura 42 – Características do vidro verde 8 mm - Sgl Green 8 mm Bloco 5O e transmitância térmica ( U-value ) calculada pelo programa....................................... 121 Figura 43 – Características gerais dos brises inseridas no programa. .................... 121 Figura 44 – Características das aletas dos brises inseridas no programa. ............. 121 Figura 45 – Características do policarbonato alveolar branco leitoso e transmitância térmica ( U-value ) calculada pelo programa. ............................................................ 122 Figura 46 – Características da luminária inserida (valores default ) ......................... 122 Figura 47 - Aba openings após mudança do cálculo de ventilação natural para calculated. ............................................................................................................... 123 Figura 48 - Modelo real desenvolvido na interface gráfica do DesignBuilder. ......... 123 Figura 49 - Modelo de referência desenvolvido na interface gráfica do DesignBuilder. ................................................................................................................................ 125 Figura 50 - Resultado da simulação prévia para identificação da temperatura do chão ........................................................................................................................ 126 Figura 51 – Carta bioclimática de Uberlândia.......................................................... 133 Figura 52 - Consumo horário de energia elétrica do edifício “Bloco 5O” – Modelo Real ......................................................................................................................... 157 Figura 53 - Consumo mensal de energia elétrica do edifício “Bloco 5O” – Modelo Real ......................................................................................................................... 158 Figura 54 - Consumo horário de energia elétrica do edifício “Bloco 5O” – Modelo de Referência ............................................................................................................... 159 Figura 55 - Consumo horário de energia elétrica do edifício “Bloco 5O” – Modelo de Referência ............................................................................................................... 160 Figura 56 - Gráfico de saída (análise do POC) – Zona 1 Térreo ............................. 161 Figura 57 - Gráfico de saída (análise do POC) – Zona 3 Térreo ............................. 161 Figura 58 - Gráfico de saída (análise do POC) – Zona 4 Térreo ............................ 162
AC Área condicionada
Aenv Área da envoltória
AHS Ângulo horizontal de sombreamento
ANC Área não condicionada
APT Área de permanência transitória
AQUA Alta qualidade ambiental
Apcob Área de projeção da cobertura
Ape Área de projeção do edifício
ASHRAE AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS
AU Área útil
AVS Ângulo vertical de sombreamento
B Pontuação obtida em bonificações
BEN Balanço Energético Nacional
BREEAM Building Research Establishment Environmental Asseement Method
COP Coeficiente de Perfomance
DIROB Diretoria de Obras da UFU
ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia
EqNumCA Equivalente numérico do sistema de condicionamento de ar
EqNumDPI Equivalente numérico do sistema de iluminação
EqNumEnv Equivalente numérico da envoltória
EqNumS Equivalente numérico da simulação
EqNumV Equivalente numérico dos ambientes não condicionados e /ou ventilados naturalmente
FA Fator de altura
FF Fator de forma
GMT Greenwich Mean Time
HQE Haute Qualité Environnementale
HVAC Heating, ventilation, and air conditioning
ICenv Indicador de Consumo da envoltória
IES Instituições de Ensino Superior
INMET Instituto Nacional de Meteorologia
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
LabEEE Laboratório de Eficiência Energética em Edificações
LEED Leadership in Energy and Environmental Design
OMM Organização Meteorológica Mundial
PAF Percentual de abertura na fachada
PAFo Percentual de abertura na fachada oeste
PAFt Percentual de abertura na fachada total
PAZ Percentual de abertura zenital
POC Percentual de horas ocupadas em conforto
Procel Edifica Plano de ação para Eficiência Energética em Edificações
PT Pontuação total alcançada pelo edifício
RTQ-C Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
RTQ-R Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Residenciais
TMY Typical Meteorological Year
TRY Test Reference Year
Ucob Transmitância térmica da cobertura
UFU Universidade Federal de Uberlândia
Upar Transmitância térmica das paredes
USGBC US Green Building Council
Vtot Volume total da edificação
WMO World Meteorological Organization
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A crise energética de meados da década de 1970 impulsionou a busca pela
redução do consumo energético com consequente investimento em programas de
energia renovável (ROAF; CRICHTON; FERGUS, 2009).
Mesmo assim, na média mundial, de acordo com o BEN – Balanço Energético
Nacional, fontes renováveis correspondem a apenas 15,6% da geração de
eletricidade enquanto no Brasil esse número é de 70%, correspondendo à geração
de energia hidráulica (energia renovável) (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA,
2009).
De acordo com a Eletrobrás - Procel (2011), calcula-se que quase 50% da
energia elétrica produzida no Brasil seja consumida não só na operação e
manutenção das edificações, como também nos sistemas artificiais que
proporcionam conforto ambiental para seus usuários, como iluminação, climatização
e aquecimento de água.
No entanto, há um expressivo potencial de conservação deste setor, avaliado
em 30% para edificações existentes através de retrofit (reforma), podendo chegar a
50% nas edificações novas que utilizem tecnologia energeticamente eficiente desde
a concepção inicial do projeto (ELETROBRÁS-PROCEL, 2010).
Carlo (2008) expõe que o potencial de economia de energia pode ser
alcançado por meio de normas e regulamentações, sejam elas leis obrigatórias ou
programas de certificação, embora as leis obrigatórias geralmente visem uma
eficiência mínima, enquanto a certificação visa promover uma edificação de elevado
desempenho ao compará-la com o mínimo obrigatório.
Várias metodologias para avaliação ambiental de edifícios estão sendo
desenvolvidas e aplicadas em todo o mundo. A eficiência energética possui papel
importante nestas metodologias, uma vez que “o uso contínuo de energia é
provavelmente o maior impacto ambiental específico de um edifício, e por isso o
projeto energeticamente eficiente deve ser prioridade número um” (AMORIM, 2002).
No Brasil, em 2001, após a crise energética local, intensificou-se uma
preocupação com as questões ambientais, relacionadas principalmente com o
consumo excessivo de energia elétrica, o que levou à criação de uma lei, Lei
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Todo o desenvolvimento do trabalho baseou-se nas diretrizes do RTQ-C: o
regulamento, seu manual, dissertações, teses, relatórios e artigos a respeito do
desenvolvimento e aplicação da metodologia para obtenção da etiqueta de eficiência
energética do RTQ-C. A partir disso, outras referências foram pesquisadas a fim de
atender à metodologia do RTQ-C, como as hipóteses de conforto para ambientes
naturalmente ventilados, as divergências nos resultados obtidos na aplicação dos
métodos prescritivo e simulação, a identificação do ano climático de referência, a
formatação do arquivo climático horário de simulação e os cálculos das variáveis de
radiação solar necessárias para o mesmo e, por fim, o programa de simulação.
Os principais dados requeridos para execução do trabalho foram as bases de
dados climáticos, fornecido pelo Laboratório de Climatologia da Universidade
Federal de Uberlândia e pelo INMET – Instituto Nacional de Meteorologia e o projeto
completo do edifício escolhido para o estudo de caso, fornecido pela Diretoria de
Obras da Prefeitura do Campus Santa Mônica da Universidade Federal de
Uberlândia.
Além de permitir que a metodologia do RTQ-C seja aplicada em mais uma
cidade do território brasileiro, a pesquisa também contribui para afirmar uma
metodologia para a formatação de arquivos climáticos horários de simulação
termoenergética, além de colaborar na formação de um banco de dados nacionais
de edificações etiquetadas no país.
Como consequência, a incorporação paulatina de parâmetros do RTQ-C nos
projetos possibilitará a existência de edificações mais adequadas ao clima e
eficientes energeticamente. Espera-se que as universidades, os projetistas, os
consultores, as construtoras e os consumidores se apropriem do conceito de
eficiência energética e que isso possa agregar valor aos edifícios, além, é claro, de
contribuir para um desenvolvimento sustentável de nossas cidades.
Resumem-se abaixo os objetivos desta pesquisa:
Objetivo geral:
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em que a simulação é indicada e não há arquivo climático horário de simulação disponível, aplicando-o na cidade de Uberlândia-MG.
Objetivos específicos:
