Desenvolvimento de método estocástico de ocupação para estudo do desempenho térmico e energético de edificações residenciais multifamiliares de Florianópolis-SC

Abstract

As edificações residenciais são responsáveis por parcela significativa do consumo de eletricidade no Brasil. Melhorar o desempenho térmico e energético dessas edificações demanda conhecimento sobre as variáveis que o influenciam, tais como as características da envoltória. Contudo, para se aproximar de cenários reais de uso da edificação e explorar ao máximo o potencial de melhoria do desempenho termoenergético, o estudo deve considerar também as interações do usuário com o ambiente construído. O comportamento do usuário influencia as condições do ambiente interno por meio da ocupação dos ambientes e pela interação com elementos da edificação, tais como sistema de ar-condicionado, persianas e janelas. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método estocástico de ocupação para estudar a influência do comportamento do usuário combinado a variáveis da envoltória no desempenho térmico e energético de edificações residenciais multifamiliares. Uma base de dados do comportamento do usuário foi criada a partir do monitoramento da ocupação, operação de sistema de ar-condicionado, persianas e janelas. O monitoramento do comportamento do usuário foi realizado por meio da aplicação de questionários a moradores de edificações residenciais multifamiliares de Florianópolis ? SC. Um modelo estocástico de ocupação foi desenvolvido a partir dos dados monitorados, utilizando o método de cadeias de Markov de primeira ordem. Os perfis estocásticos resultantes do modelo foram aplicados em simulações computacionais, conduzidas com o programa EnergyPlus, de um objeto de estudo, configurando o comportamento do usuário em cada unidade habitacional de acordo com os resultados da base de dados. O objeto de estudo, correspondente ao pavimento tipo de uma edificação residencial multifamiliar, foi selecionado por meio de análise de agrupamento. Nessa análise, foram consideradas as principais características projetuais verificadas para edificações residenciais multifamiliares construídas e em uso em Florianópolis. A aplicação do modelo estocástico de ocupação foi conduzida concomitantemente à variação de características da envoltória por meio do projeto de experimentos. Os resultados das simulações computacionais foram analisados mediante os indicadores de graus hora de resfriamento, graus hora de aquecimento e consumo energético para sistema de ar-condicionado. Os resultados de efeitos principais e efeitos de combinação demonstraram a influência majoritária da composição de paredes externas no desempenho termoenergético do objeto de estudo. Os baixos valores obtidos para os efeitos de combinação indicaram que a influência das variáveis de estudo independe do nível em que estão configuradas as demais variáveis. A análise da influência do comportamento do usuário combinado a variáveis da envoltória demonstrou variação de até 39% no desempenho termoenergético da edificação. A verificação dos perfis estocásticos de ocupação resultou em variação de até 2% nos indicadores de desempenho termoenergético, demonstrando que o modelo estocástico de ocupação desenvolvido reproduziu com sucesso o comportamento monitorado, apresentando as principais tendências diárias e, adicionalmente, representando a aleatoriedade do comportamento real do usuário.

Abstract: Residential buildings are responsible for significant part of the electricity consumption in Brazil. Improvement in building energy performance demands knowledge on influencing variables, such as characteristic of the envelope of the building. Nevertheless, in order to mimic real use scenarios and explore the maximum potential of building energy performance improvement, the study must also consider the interactions between user and the built environment. Occupant behaviour influences internal conditions by means of occupancy and interaction with elements, such as air conditioning system, blinds and windows. The objective of this work is to develop an occupancy stochastic method for study of the influence of occupant behaviour combined with variables of the envelope on thermal and energy performance of residential multifamily buildings. A data base of occupant behaviour was created through monitoring occupancy and control of air conditioning system, blinds and windows. Monitoring occupant behaviour was conducted by means of questionnaire application with dwellers of residential multifamily building in Florianópolis ? SC. A stochastic occupancy model was developed using monitoring data and a first order Markov chain method. The stochastic results were applied in computer simulations, conducted using EnergyPlus, of a building model whose flats were set with occupant behaviour, accordingly with the data base. The building model refers to a single floor of a residential multifamily building. It was selected by clustering analysis conducted using the main characteristic of project for multifamily residential buildings constructed and in use in Florianópolis. The application of the occupancy stochastic model was conducted simultaneously to the variation of the envelope using design of experiment. Results from building simulation were analysed in regard to heating and cooling degree hours, and energy consumption for air conditioning system. Results of main effects and interaction effects demonstrated that the external walls composition yielded the major influence on building energy performance. Low values found for interaction effects pointed that the influence of the studied variables does not depend on the levels of the other variables. The analysis of the influence of occupant behaviour combined with envelope variables yielded up to 39% variation on building energy performance. The verification of occupancy stochastic profiles yielded a 2% variation on the building energy performance indexes. This result showed that the occupancy stochastic model was able to successfully replicate monitored occupant behaviour, presenting the main daily tendencies and, additionally, it presented the randomness of real occupant behaviour.