Método Degress-day para desempenho energético da edificação

Autora: Aurea Vendramin

Análise e comparativos para melhoria em desempenho energético em edifícios assumem significativa importância na Arquitetura e Engenharia, orientando os profissionais durante o processo de projeto, em especial nos estudos preliminares.

É reconhecido por muitos que as condições de saúde humana, de energia e de conforto, são afetadas mais pelo clima do que por qualquer outro elemento do meio ambiente, condição mental que expresse satisfação com o ambiente térmico, do ponto de vista físico, confortável é o ambiente cujas condições permitam a manutenção da temperatura interna sem a necessidade de serem acionados os mecanismos termorreguladores.

Índices de Conforto se dividem em índices biofísicos: baseiam-se na troca entre o corpo e o ambiente; índices fisiológicos: baseiam-se nas reações fisiológicas originadas por condições conhecidas; índices subjetivos: baseiam-se nas sensações subjetivas de conforto experimentadas em condições variadas.

A escolha de um ou outro índice de conforto deve estar relacionada com as condições ambientais com a atividade desenvolvida pelo indivíduo, pela maior ou menor importância de um ou de outro aspecto do conforto.

Figura 1 – Índice de conforto   Fonte: Prof. Fernando O. Ruttkay Pereira, UFSC

Para melhor avaliação do desempenho e através dos dados adotar substituições ou adições de componentes e/ou alternativas para torna-lo Predio Eficiente pode-se avaliar de três formas: experimentais, cálculos matemáticos e métodos simplificados.

Em nossas consultorias adotamos o Método degress – day para desempenho energético da edificação, método este, desenvolvido por mim a vários anos e aplicado em edifícios e também em residências.O método graus – dias de cálculo da energia baseado no princípio que as perdas de energia da construção, perdas estas que são proporcionais às diferenças de temperatura interna e externa, a energia é adicionada ou retirada da construção quando há perda para manter as condições ideais de conforto no ambiente durante as estações frias e quentes, este método pode ser aplicado a outras localidades geográficas no mundo todo.A vantagem em se adotar um arquivo climático com dados horários de um ano inteiro ao invés de aplicar a prática usual de apenas o dia típico de verão e inverno, se encontra no fato de que os resultados obtidos nas simulações com dados horários anuais são mais representativos que das variações sazonais de um ciclo anual.

Segue demonstrativo de calculo para inicio da simulação para desempenho energético:

Graus – dia de aquecimento HDD, podem ser determinados usando a seguinte expressão:

                     n

         HDD = ∑(Tb + Tm) +

                      0

Graus - dia de resfriamento CDD, podem ser calculados de maneira análoga:

                    n

        CDD = ∑(Tm - Tb) +   

                     0

OBS :sinal positivo nas equações indicam que somente as diferenças positivas devem ser somadas, o n é igual ao número de dias. 

Normalmente em consultorias de retrofit para desempenho energético predial analisamos partições anuais, mensais e sazonais, sendo estes dados de inverno, outono, primavera e verão; para o cálculo de HDD e CDD.

Descrições e comparativos entre outros edifícios caracterizam melhor a análise, como exemplo as figuras abaixo, Figura 2 mostra o aquecimento anual de graus-dia com 14°C, 16°C, 18°C, 20°C e 22ºC de temperaturas base. Como pode ser verificado, diferenças significativas entre os valores de graus-dia de aquecimento para diferentes localizações são evidentes para a mesma temperatura base. Por exemplo, o graus-dia de aquecimento anual para Foz do Iguaçu é de 114,18, enquanto para Curitiba é de 748,91, numa temperatura base de 18ºC. Isto mostra que uma edificação em Curitiba precisa de 6,56 vezes mais energia de aquecimento que uma edificação localizada em Foz do Iguaçu, ambas tendo as mesmas características.

Figura 2 - Variação de aquecimento anual - Fonte: Vendramin, Aurea. Exame de caso sobre o método de graus-dia para avaliação do desempenho energético de uma edificação unifamiliar,Acta Scientiarum.Technology,vol.31,núm. 1, 2009, pp. 9-14.

Figura 3 - Variação de resfriamento anual  - Fonte:Vendramin, Aurea. Exame de caso sobre o método de graus-dia para avaliação do desempenho energético de uma edificação unifamiliar,Acta Scientiarum.Technology,vol.31,núm. 1, 2009, pp. 9-14.

Observou-se na Figura 3 que a necessidade de resfriamento é menor para Curitiba e Cascavel e maior para a cidade Foz do Iguaçu com um valor de graus-dia de resfriamento de 464,82 a uma temperatura base de 22ºC, para temperatura base de 24ºC, não há necessidade de resfriamento para cidades como Cascavel e Curitiba, olhar de cada consultor referenciando as temperaturas bases, agradáveis ao processo de estudo, são as mais propicias para intervenção de retrofit.

Segundo passo é calcular os matérias empregados no edifício e sua transmitância térmica pelo Coeficiente Total de Perda de Calor (L):

L = ∑UA + I (δCp)ar x V/3.6   (W/ºC) 

Onde:

U= coeficiente global de transferência de calor

A= área dos ambientes

I= índice de troca de calor (0.5 – 1.0 – 1.5 – 2.0)

(δCp)ar = densidade de energia x calor específico = 1.2 kJ/m³K

V= volume total da edificação. 

Quando maior a área de abertura de ar num edifício, maior será seu grau de infiltração, pode-se verificar o índice de troca de ar (ITA), em diversas proporções de porcentagem de aberturas, pois a infiltração de ar descontrolada depende do projeto das aberturas, sua amplitude e utilização de vidros simples e/ou vidros duplos.

Último passo é determinar o desempenho energético da edificação por: 

Consumo anual de energia para aquecimento (Qh): 

             Qh = L x HDD x   24     (kWh)                                                                                            

                                         1000

Consumo anual de energia para resfriamento (Qc): 

             Qc = L x CDD x   24       (kWh)                                                                                         

                                         1000

O estudo sobre essas estimativas baseado nas informações do edifício, resultam em consumo de energia para condicionamento de ar gastos em aquecimento e resfriamento em uma edificação predial, baseados em registros de temperaturas fornecidas pelas estações meteorológicas de cada região de estudo, os requerimentos de energia e seus cálculos de consumo são baseados parametricamente em envidraçados simples e duplos.

Figura 4 – Estratégias Bioclimáticas - Fonte: Livro - Eficiência Energética na Arquitetura

Estratégias para tornar-se um predio eficiente proporcionando melhoras nas condições de conforto térmico, lumínico e redução no consumo de energia são muitas, como adição de componentes construtivos, materiais e revestimentos, minimizando a transmitância térmica, gramados e forrações do solo, resfriamento evaporativo, persianas automatizadas, películas de vidros inteligentes, jardins verticais, brises automatizados, automação para condicionamento de ar.