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AN?LISE COMPARATIVA DO DESEMPENHO T?RMICO DE EDIFICA??O HIST?RICA COM BASE EM SIMULA??O COMPUTACIONAL: Casar?o 02, Pelotas, RSStífany Knop?, Eduardo Grala da Cunha?? arquitetaknop@.br? eduardogralacunha@.brFaculdade de Arquitetura e Urbanismo – Universidade Federal de Pelotas,Rua Benjamin Constant, 1359 Pelotas/ RS - Cep: 96010-020, Tel.: (53) 3721-5501 RESUMOPelotas está localizada no sul do Rio Grande do Sul, possui clima subtropical úmido e está situada na Zona Bioclimática 2 (NBR 15.220 – 3). ? uma cidade com várias edifica??es tombadas e uma legisla??o municipal que protege cerca de 1000 edifica??es com interesse patrimonial. A edifica??o em estudo, é o Casar?o 2, na Pra?a Coronel Pedro Osório, no centro da cidade e foi tombado em nível federal em 1977.Esse artigo tem o objetivo de analisar o desempenho térmico de uma edifica??o histórica considerando duas diferentes configura??es da envoltória da residência. Na primeira, com as paredes originais – alvenaria portante de tijolos maci?os. Na segunda configura??o, com paredes leves – em conson?ncia com as recomenda??es da NBR 15.220 – 3, para a zona bioclimática 2 e com a NBR 15.575. A partir dessas duas configura??es, comparar o desempenho entre os dois tipos de fechamentos verticais. O método utilizado para essa avalia??o é por simula??o computacional e utiliza o software Design Builder (vers?o 3.0.0.064) como ferramenta de simula??o.Os níveis de conforto térmico s?o avaliados a partir do modelo adaptativo de De Dear e Brager para a ASHRAE Standard – 55 (2004), que considera ambientes naturalmente ventilados. Para ambas as análises, parede original e parede leve da NBR 15.220, os resultados s?o analisados considerando todas as horas do ano e apenas os horários ocupados, das 08:00 às 17:00 horas. A configura??o com melhor desempenho foi a constru??o original, que apresenta 50,50% das horas dentro dos limites aceitáveis de conforto térmico considerando o índice de De Dear e Brager (2004). Já na configura??o com as paredes leves o período de conforto térmico foi de 48,74%, considerando 90% das pessoas satisfeitas, nos horários ocupados. As demais análises, que consideram 80 e 90% das pessoas satisfeitas, para todas as horas do ano e para os horários de funcionamento, foram superiores em aproximadamente 2% do tempo, para a constru??o original.Palavras chaves: simula??o computacional, conforto adaptativo, edifica??o histórica, desempenho térmico.INTRODU??OA cidade de Pelotas é considerada patrim?nio do estado do Rio Grande do Sul, com seu grande acervo de edifícios em estilo eclético que remetem aos tempos de riqueza proveniente da produ??o de charque. Muitas dessas edifica??es, construídas para usos residenciais, ainda continuam em uso e mantêm suas características arquitet?nicas mesmo com o passar do tempo. Seu patrim?nio arquitet?nico conta com cerca de 1000 edifica??es, de interesse histórico, protegidas pela Lei Municipal 4.568/2000. As constru??es no entorno da Pra?a Coronel Pedro Osório, no centro histórico da cidade, s?o as mais significativas de Pelotas, conforme figura 1.Figura SEQ Figura \* ARABIC 1 - entorno da Pra?a Coronel Pedro OsórioDevido a identidade histórica do município torna-se relevante avaliar o desempenho térmico de uma constru??o do século XIX com novo uso. A edifica??o em estudo é a antiga Residência do Charqueador José Vieira Vianna, também conhecida como Casar?o 2. Situada à Pra?a Coronel Pedro Osório, número 2, é hoje o endere?o da Secretária Municipal de Cultura.O casar?o tem data de constru??o anterior a 1830 e sofreu uma grande interven??o em 1880, quando passou de residência em estilo luso-brasileiro para edifica??o em estilo eclético. Foi tombada em 15/12/1977 e teve sua última restaura??o concluída em 2005 pelo programa MONUMENTA.Mais de 140 anos se passaram desde a constru??o original até o tombamento do edifício. Nesse meio tempo ele foi ocupado por diversos usos e passou pelas m?os de vários proprietários. Essa inconst?ncia de usos e proprietários, assim como a manuten??o inapropriada ou apenas emergencial, modificou e, por vezes, danificou características arquitet?nicas da edifica??o. Existem muitas informa??es sem registros do início da constru??o, como a distribui??o dos tijolos nas paredes portantes. Essa informa??o, por ser relevante para a simula??o computacional, foi deduzida a partir de bibliografias específicas que datam a época da constru??o. Construída originalmente como residência, atualmente ela possui uso público.Figura SEQ Figura \* ARABIC 2 - Casar?o 02 - Secretaria Municipal de CulturaO Casar?o 2 está sendo avaliado quanto ao seu desempenho térmico e para tanto, foram feitas análises dos levantamentos e projetos de restauro da edifica??o para posterior modelagem e simula??o no software DesignBuilder. Os levantamentos da edifica??o e os projetos de restauro foram obtidos junto a SeCult (Secretaria Municipal de Cultura de Pelotas) e foram esses os arquivos, junto com algumas informa??es obtidas no local, os utilizados para a modelagem.OBJETIVO GERALO objetivo geral desse artigo é fazer uma análise comparativa entre duas diferentes técnicas construtivas de paredes – parede original e parede leve – pelo método de simula??o computacional com o software Design Builder (vers?o 3.0.0.064) e avalia??o de desempenho térmico pelo modelo adaptativo de De Dear e Brager para a ASHRAE Standard 55 (2004).Os par?metros de escolha da parede leve contemplam as recomenda??es das NBR 15.220 e NBR 15.575 – composi??o pela NBR 15.220 para a Zona Bioclimática 2 e dentro do limite de transmit?ncia estipulado pela NBR 15.575 – 4 - de técnicas construtivas atuais para edifica??es habitacionais, considerando que a constru??o foi originalmente concebida como residência e atualmente possui uso público.Para tanto, o trabalho foi dividido em três etapas: configura??o do modelo e simula??o; avalia??o de desempenho térmico; e análise comparativa das duas técnicas construtivas.CONFIGURA??O DO MODELO E SIMULA??OPara tanto, o software DesignBuilder vers?o 3.0.0.064 foi utilizado para simula??o computacional. Tal software permite avalia??o de desempenho térmico e simula ambientes condicionados naturalmente. No estudo o arquivo climatico utilizado foi o da cidade que está situada na mesma zona bioclimática que Pelotas, Santa Maria (BRA_Santa.Maria.839360_SWERA.epw), e, portanto, de acordo com a norma brasileira (NBR 15.220 – 3), que estipula o zoneamento bioclimático brasileiro, é possível utilizá-lo, uma vez que Pelotas n?o possui um arquivo próprio.Todas as horas do ano foram simuladas, possibilitando diferentes análises. A primeira considerando todas as horas do ano, com 8760 horas, e uma segunda apenas com o horário de funcionamento da SeCult, o que resultou em 2.610 horas de dados. center-22860Figura SEQ Figura \* ARABIC 3 - Modelo 3D no Design BuilderSIMPLIFICA??ES E CONVEN??ESO objetivo da simula??o é simplificar o objeto de estudo para obter resultados para análise. Por se tratar do estudo de uma edifica??o histórica, com características peculiares, algumas simplifica??es das características construtivas tiveram que ser feitas para modelar o edifício, como, por exemplo, a padroniza??o das espessuras das paredes. A edifica??o possui uma grande varia??o na espessura das paredes internas e externas. (figura 4)-381064770-5905583820Figura SEQ Figura \* ARABIC 4 – Planta Baixa térreo - projeto de restaura??oFigura SEQ Figura \* ARABIC 5 - Planta baixa térreo simplificadoOptou-se, ent?o, por modelar as paredes externas do térreo com 60 cm e do segundo pavimento de 40 cm de espessura e as internas com do térreo com 20 cm e do segundo pavimento com 15 cm e caracterizar as camadas com suas espessuras reais na configura??o de materiais do programa. (figura 5)Para as camadas de tijolos foi feita o cálculo de equivalência, onde a camada heterogênea de tijolo e argamassa foi substituída por uma camada homogênea de um material com características equivalentes à camada original.Outras conven??es foram adotadas, pois, além das várias características do edifício, o programa limita a modelagemTELHADOO telhado da edifica??o é de telha de barro tipo capa-canal, com estrutura de madeira.A cobertura do casar?o foi modelada como bloco, onde a espessura utilizada da telha foi a obtida pelo projeto de restaura??o e a estrutura do telhado, ripas, caibros, tesouras, foi desconsiderada, pois ocupa a área da c?mara de ar e possui pouco contato com telhas e forro.PISOSA edifica??o possui dois tipos de pisos, assoalho e ladrilho hidráulico. O ladrilho hidráulico é utilizado no térreo e nos terra?os. O assoalho é usado em parte do térreo e todo o segundo pavimento. O ladrilho hidráulico foi simplificado com uma camada de ladrilho de 1 cm e uma camada de concreto leve de 7 cm.No térreo, o assoalho foi considerado com camada de madeira, camada de ar e terra. (figura 6)Figura SEQ Figura \* ARABIC 6 - piso do térreoNo 2? pavimento, o assoalho foi considerado em conjunto com o forro do térreo. Pelo levantamento arquitet?nico feito para a restaura??o, as espessuras entre piso e forro variam de um ambiente para outro. Para a simula??o, essas espessuras foram simplificadas.Ainda no 2? pavimento existem duas áreas externas com terra?o. Nessas áreas, durante uma das interven??es de restaura??o foram feitas lajes pré-moldadas com assentamento de ladrilho hidráulico. Na laje pré-fabricada, foi aplicada a mesma metodologia de espessura equivalente. (figura 7)Figura SEQ Figura \* ARABIC 7 – Terra?o e terra?o equivalenteJANELASAs janelas da edifica??o s?o de madeira com vidros para o exterior e postigo de madeira na parte interna. Possuem duas folhas de abrir, o que possibilita uma abertura de 100% para a ventila??o. As aberturas foram modeladas com suas dimens?es e porcentagem de vidro conforme o levantamento da restaura??o. O postigo de madeira foi configurado como protetor solar interno. (figura 8)center287655Figura SEQ Figura \* ARABIC 8 - Janela do Casar?oHOR?RIO DE FUCIONAMENTOO horário de funcionamento, ou Schedule, foi configurado de acordo com os horários da SeCult, das 8:00 às 17:00 horas de segunda à sexta-feira, durante o ano o op??o para o controle do sombreamento de aberturas, nos horários de maior incidência de radia??o solar direta, Schedules foram criadas para o funcionamento específico das esquadrias de cada uma das orienta??es da fachada. No período de ver?o, de outubro a mar?o, foram estabelecidas quatro opera??es. Na fachada oeste, elas s?o mantidas fechadas a partir das 14:00 horas. Na fachada sul, os postigos s?o fechados a partir das 16:00 horas. As janelas com orienta??o solar para leste tiveram sua Schedule para manter os postigos fechados das 08:00 às 10:00 horas. Já na orienta??o norte os postigos foram mantidos abertos durante todo o período.No inverno, uma Schedule foi criada para o fechamento dos vidros das esquadrias, mantendo os postigos de madeira abertos favorecendo o aquecimento solar passivo e evitando grandes perdas de calor para o exterior.GANHOS T?RMICOSPara cálculo dos ganhos térmicos foi feito um levantamento no local do número e tipo de l?mpadas e quantidade de computadores e demais equipamentos.Alguns compartimentos do edifício s?o pouco usados e alguns n?o s?o utilizados, tendo inclusive seu acesso bloqueado por painéis do compartimento anterior. Mesmo assim, foram consideradas as l?mpadas e suas potências para efeito de cálculo do ganho térmico com ilumina??o.A potência com ilumina??o, considerada pela fra??o radiante do tipo específico de l?mpada, e os ganhos com os equipamentos, foram definidos para cada ambiente a partir dos levantamentos. OCUPA??OA ocupa??o foi calculada de maneira semelhante aos ganhos térmicos. Primeiramente foi feito um levantamento do número de pessoas que ocupam o Casar?o durante o horário de expediente. Duas áreas s?o galerias de arte e tiveram seu cálculo de ocupa??o baseado na NBR 9077. O número de ocupantes foi definido para cada ambiente individualmente.O tipo de atividade desempenhada pelos ocupantes também é essencial para a configura??o da ocupa??o e foi considerada como servi?o de escritório leve.SETPOINT DE TEMPERATURAO setpoint de temperatura de ventila??o de 25°C foi baseado no trabalho de Martins (2009). O sistema de ventila??o natural promove a abertura das janelas quando a temperatura exterior é inferior a temperatura interior das salas e inferior a 25°C.PAREDES ORIGINAISAs paredes s?o portantes de tijolo cer?mico maci?o, com argamassa de assentamento e reboco de amostras do tijolo e da argamassa da edifica??o como referências, foram feitos ensaios para cálculo de densidade aparente dos materiais. Primeiro por imers?o, foram obtidos os volumes das amostras. Com a balan?a de precis?o, foram obtidos os pesos. E pela equa??oρ = M/V ( SEQ Equa??o \* ARABIC 1)foram obtidas as densidades dos materiais, tijolo – ρ =1.800Kg/m? e argamassa – ρ = 1.990Kg/m?.As paredes foram configuradas pela sua espessura e pelas dimens?es do tijolo de referência, deduzindo a sua disposi??o baseado em Breymann (1885). O tijolo de referência possui 6 x 14 x 28 cm. (figura 9)Figura SEQ Figura \* ARABIC 9 - Composi??o das diferentes espessuras das paredesPara efeitos de configura??o no software DesignBuilder, foram adotados os valores obtidos nos cálculos de espessura. (figura 9) Foram configuradas as espessuras de paredes de 15, 22, 35, 36, 42, 50, 63, 68, 72, 78, 82 e 87cm. Estas dimens?es foram escolhidas por serem as mais frequentes e representarem por aproxima??o todas as demais.center148590Figura SEQ Figura \* ARABIC 10 - parede original e parede equivalente – medidas em centímetrosA absort?ncia utilizada para as faces externas das paredes foi de 0,4, relativo a uma pintura externa de cor claraTabela SEQ Tabela \* ARABIC 1 – características das paredesEspessura paredeTransmit?ncia TérmicaAtraso TérmicoFator SolarCapacidade Térmica(W/m?K)horas%(KJ/m?K)22 cm2,475,544,29390,7536 cm1,999,243,18624,9844 cm1,7611,182,82767,8550 cm1,59132,55894,0354 cm1,5014,052,40960,3463 cm1,3216,342,121094,7668 cm1,2517,661,991182,6272 cm1,2218,291,951233,3578 cm1,1218,511,791133,9382 cm1,0719,511,721199,1187 cm1,0528,801,681409,57PAREDES EXTERNAS LEVESSegundo a NBR 15.220 - 2, a recomenda??o para os fechamentos verticais na zona bioclimática 2 é parede leve, ou seja, que possua transmit?ncia U 3,00 W/m?K, atraso térmico 4,3 horas e fator solar FSo 5,0%. A NBR 15.575 – 4 recomenda que para a zona bioclimática 2, a transmit?ncia das paredes seja inferior a 2,5W/m?K e capacidade térmica maior ou igual a 130KJ/m?K. Para tanto, utilizando as indica??es, foi escolhida uma parede de tijolo 6 furos, rebocado nos dois lados, com espessura final total de 15 cm. Os valores de densidade de massa aparente, condutividade térmica e calor específico necessários para o cálculo de transmit?ncia s?o encontrados na parte 2 da NBR 15.220. Assim como as paredes originais, para a simula??o foi necessário fazer o cálculo de espessura equivalente para a parede leve. (figura 11)center5715Figura SEQ Figura \* ARABIC 11 - configura??o parede leve e equivalenteOs valores de transmit?ncia, atraso térmico, fator solar e capacidade térmica calculados para a parede est?o na tabela a seguir.Tabela SEQ Tabela \* ARABIC 2 - característica da parede leveTransmit?ncia TérmicaAtraso TérmicoFator SolarCapacidade TérmicaW/m?Khoras%(KJ/m?K)Parede leve 15 cm2,473,63,95176,62AVALIA??O DE DESEMPENHO E AN?LISE COMPARATIVAOs dados obtidos foram analisados a partir do modelo adaptativo de De Dear e Brager, para a ASHRAE Standard 55. Tal modelo considera a temperatura externa como referência para ambientes naturalmente ventilados. Os ocupantes devem ter livre acesso às janelas que devem ter abertura para o exterior da edifica??o e possibilidade de adaptar livremente sua vestimenta. Para tanto, a temperatura média do ar e a temperatura radiante s?o utilizadas para calcular e estipular os níveis aceitáveis de conforto para 80 e 90% das pessoas satisfeitas, considerando a temperatura externa. A temperatura média externa deve estar entre 10 e 30°C. Para estipular a temperatura operativa de conforto é utilizada a seguinte equa??o:Toc = 18,9 + 0,255Text ( SEQ Equa??o \* ARABIC 2)Para determinar 90% das pessoas satisfeitas, a temperatura operativa de conforto é o intervalo de Toc -2,2°C e Toc +2,5°C e para 80% das pessoas satisfeitas, é de Toc -3,2°C e Toc +3,5°C.PAREDES ORIGINAISPara primeira análise os resultados foram de todas as horas do ano, para 90% das pessoas satisfeitas. O que resultou em 48,70% das horas dentro dos limites aceitáveis de conforto, com 13% de desconforto pelo frio e 38,30% de desconforto pelo calor. Considerando os limites de temperatura estipulados para o interior da edifica??o, a temperatura externa durante o ano esteve dentro dos limites em 20,25% do tempo. (figura 12).Considerando apenas as horas em que o edifício é ocupado e 90% das pessoas satisfeitas os resultados foram de 50,50% das horas em conforto, 10,69% de desconforto pelo frio e 38,81% de desconforto pelo calor. A temperatura externa esteve dentro dos limites aceitáveis em 18,24% das horas ocupadas. (figura 13).Figura SEQ Figura \* ARABIC 12 - horas de conforto para 90% das pessoas satisfeitasFigura SEQ Figura \* ARABIC 13 - horas de ocupa??o em conforto para 90% das pessoas satisfeitasAs análises considerando 80% das pessoas satisfeitas para todas as horas do ano resultaram em 66,3% das horas dentro dos limites aceitáveis de conforto, 7,2% em desconforto pelo frio e 26,6% de desconforto pelo calor. Em 28,21% das horas, a temperatura externa manteve-se dentro dos limites aceitáveis. (figura 14)Para 80% das pessoas satisfeitas dentro dos horários de funcionamento, os resultados n?o tiveram uma diferen?a significativa. Em 66,86% das horas, a edifica??o manteve-se em conforto, em 5,79% em desconforto pelo frio e em 27,36% em desconforto pelo calor e a temperatura externa teve 26,32% do tempo dentro dos limites. (figura 15)Figura SEQ Figura \* ARABIC 14 - horas de conforto para 80% das pessoas satisfeitasFigura SEQ Figura \* ARABIC 15 - horas de ocupa??o em conforto para 80% das pessoas satisfeitasOs resultados mostram que em todas as situa??es os limites aceitáveis de conforto ocorrem na maior parte do tempo. A compara??o com as temperaturas externas apresenta uma significativa diferen?a entre o exterior e interior da edifica??o, onde o interior favorece temperaturas mais amenas.PAREDES EXTERNAS LEVESOs dados obtidos com a simula??o do casar?o com as paredes externas de tijolo de 6 furos, com espessura de 15 cm, foram analisados da mesma forma que os dados obtidos na primeira simula??o.A primeira análise foi feita para 90% das pessoas satisfeitas no período total de um ano, resultando em 46,20% das horas dentro dos limites de conforto, 18,2% de desconforto pelo frio e 35,6% de desconforto pelo calor. (figura 16)Considerando apenas os horários de funcionamento, para 90% das pessoas satisfeitas, o nível de conforto foi alcan?ado em 48,74% das horas, o desconforto pelo frio em 15,86% e pelo calor em 35,40%. (figura 17)Figura SEQ Figura \* ARABIC 16 - horas de conforto para 90% das pessoas satisfeitasFigura SEQ Figura \* ARABIC 17 - horas de conforto para 80% das pessoas satisfeitas nos horários ocupadosA segunda análise considera 80% das pessoas satisfeitas e resultou em 63,9% das horas dentro dos limites aceitáveis de conforto, 11,9% de desconforto pelo frio e 24,3% de desconforto pelo calor. (figura 18)Figura SEQ Figura \* ARABIC 18 - horas de conforto para 80% das pessoas satisfeitasFigura SEQ Figura \* ARABIC 19 - horas de conforto para 80% das pessoas satisfeitas nos horários ocupadosQuando avaliado apenas os horários ocupados, o conforto aconteceu em 65,59% das horas, o desconforto pelo frio em 10,23% e pelo calor em 24,18%. (figura 19)CONCLUS?OAs paredes portantes possuem transmit?ncia e fator solar inferiores à recomendada pela norma, mas os valores de atraso térmico acima dos limites estipulados. Por essas características apenas, esse tipo de fechamento seria considerado inapropriado para constru??es de interesse social na Zona Bioclimática 2 considerando a NBR 15220. Já para a NBR 15575 as paredes utilizadas estariam acordando com a transmit?ncia e capacidade térmica mínima, de acordo com o método simplificado para avalia??o de desempenho (2,5 W/m2.k e 130 kJ/m2°C). Apesar disso, os resultados obtidos pelas simula??es apresentaram níveis de conforto mais favoráveis para as paredes originais da constru??o. Para 90% das pessoas satisfeitas, os resultados foram de 48,70% das horas dentro dos limites aceitáveis, para a constru??o original e 46,20% das horas para a constru??o com paredes leves. Ao ampliar os par?metros para 80% das pessoas satisfeitas, nos horários ocupados, as paredes originais resultaram em 66,86% de horas em conforto e as paredes leves em 63,90%. Mesmo sendo pequena a diferen?a de desempenho entre as técnicas construtivas, a simula??o permite avaliar essas varia??es e justificar a escolha de materiais. As simula??es com os dois tipos de fechamentos verticais mantiveram a forma, uso e demais características originais da constru??o. A ventila??o cruzada favorecida pelo número, tipo e posi??o das esquadrias, o pé-direito favorecido de 3,50m de altura, as dimens?es generosas dos ambientes e a cobertura de telha de barro com forro de madeira, s?o outras particularidades que beneficiam o desempenho térmico da constru??o e que devem ser consideradas. Entretanto, os resultados mostram uma edifica??o com altos níveis de conforto se comparados com o ambiente exterior, considerando o uso atual.AGRADECIMENTOSOs autores gostariam de agradecer à Capes pelo apoio à realiza??o do trabalho.BIBLIOGRAFIAABNT – ASSOCIA??O BRASILEIRA DE NORMAS T?CNICAS. NBR 15.220. 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