Desenvolvimento de um modelo equivalente de avaliação de propriedades térmicas para a elaboração de uma biblioteca de componentes construtivos brasileiros para uso no programa EnergyPlus

Abstract

Este trabalho apresenta um método para o desenvolvimento de um modelo equivalente de avaliação de propriedades térmicas, e a elaboração de uma biblioteca de componentes construtivos adequados à realidade brasileira para aplicação no programa EnergyPlus. A biblioteca desenvolvida é composta por 34 modelos de paredes, 21 modelos de coberturas e 3 modelos de pisos, baseados nos componentes construtivos com câmara de ar em seu interior, apresentados no Anexo V do RAC. A modelagem dos componentes foi realizada no programa Quickfield, utilizando como propriedades térmicas os valores descritos na NBR 15220-2, e como resistência da câmara de ar, valores obtidos por cálculo iterativo utilizando ferramentas computacionais. A partir dos dados de saída da simulação em regime permanente para os modelos de referência (Anexo V do RAC), foi possível a elaboração de modelos equivalentes (materiais com camadas paralelas) utilizando as equações de propriedades térmicas descritas pela NBR 15220-2. A elaboração da biblioteca de componentes construtivos foi obtida pela compilação em um arquivo com extensão .idf (Intermediate Data Format) para aplicação no programa EnergyPlus. No programa Quickfield, foi verificada ainda a influência de pontes térmicas no comportamento termoenergético de um componente construtivo, analisando-se o fluxo de calor e a temperatura através das superfícies do modelo. Os resultados apresentaram boa concordância entre si, indicando pouca influência das pontes térmicas entre o modelo de referência e o modelo equivalente. A influência de pontes térmicas foi verificada também no programa EnergyPlus, analisando-se a taxa de troca de calor por condução e as cargas térmicas de aquecimento e resfriamento. O elemento construtivo, modelado de forma homogênea e heterogênea, foi simulado para três cidades brasileiras, considerando dias extremos de verão (São João do Piauí - PI) e inverno (Urubici - SC), e para o ano inteiro (São Paulo - SP). Os resultados obtidos para estas simulações indicaram boa aproximação para as cidades de Urubici e São Paulo. Para São João do Piauí, onde há grande incidência de radiação solar direta sobre o elemento, os valores apresentaram uma variação média de 23 %, evidenciando a influência deste fator sobre as trocas de calor através das pontes térmicas.

This work presents a method for the development of an equivalent model for the evaluation of thermal properties and the elaboration of a building components library suitable for the Brazilian weather for use in the EnergyPlus software. The developed library consists in 34 wall, 21 roofing and 3 floor models, based on the built-in air cavities components, presented in Annex V of the RAC. The modelling of the components was performed in the Quickfield software, using as thermal properties the values described in NBR 15220-2, and for the air cavities thermal resistance, the values was obtained by iterative calculation using computational tools. From the output data of the steady-state simulation for the reference models (Annex V of the RAC), it was possible to elaborate equivalent models (material layers in series) using the thermal properties equations described by NBR 15220-2. The library of building components was obtained by compiling it into a file with an .idf extension (Intermediate Data Format) for application in the EnergyPlus software. In the Quickfield software, the influence of thermal bridges on the thermal and energetic performance of a building component was also verified by analyzing the heat flux and temperature through the surfaces of the model. The results showed compliance among them, indicating low influence of the thermal bridges between the reference model and the equivalent model. The influence of thermal bridges was also verified in the EnergyPlus software, analyzing the rate of heat exchange by conduction and the thermal loads of heating and cooling. The building element, modelled with homogeneous and heterogeneous surfaces, was simulated for three Brazilian cities, considering extreme summer day (São João do Piauí - PI), extreme winter day (Urubici - SC), and for the whole year (São Paulo - SP). The results obtained for these simulations indicated a good approximation for the cities of Urubici and São Paulo. For São João do Piauí, where there is a high incidence of direct solar radiation on the element, the values presented an average variation of 23 %, evidencing the influence of this factor on the heat exchanges through the thermal bridges.