Método para análise e classificação de vidros com base no desempenho térmico de edificações residenciais

Abstract

O objetivo geral desta pesquisa é propor um método para classificação do desempenho de vidros considerando o consumo de energia resultante para resfriamento e aquecimento de edificações residenciais para os climas brasileiros. O mundo está enfrentando uma \"crise fria\" iminente. Políticas para melhorar o desempenho térmico dos edifícios devem ser desenvolvidas para trazer economia de energia, pois o consumo energético para resfriamento do espaço está crescendo mais rapidamente do que para qualquer outro uso final nas edificações. No Brasil, o setor de edificações composto por residências, comércio e edifícios públicos representou 51% do consumo total de energia elétrica em 2017. Além disso, foi observado que o consumo de energia elétrica do setor residencial dispôs um crescimento de 61% entre 2005 e 2017. Tal crescimento foi influenciado pela elevação do uso de aparelhos de condicionamento de ar. Ademais, o uso de equipamentos de condicionamento de ar pode mais que dobrar até 2035. Sabe-se que as esquadrias são responsáveis pelo aumento das perdas e ganhos de calor entre a edificação e o ambiente externo, fator que impacta diretamente no desempenho térmico. Sendo assim, esta pesquisa busca classificar os vidros quanto ao consumo de energia para condicionamento de ar, e para isso, o método proposto seguiu alguns passos. Inicialmente realizou-se uma relação de 15 cidades características dos climas do país. Logo após foram definidas 3 tipologias representativas das residências brasileiras, para então selecionar e caracterizar uma amostra de 28 vidros a serem simulados, escolhidos a partir de diferentes valores de fator solar e transmitância térmica. A partir de uma série de simulações paramétricas no programa EnergyPlus, foram estudados e definidos indicadores e padrões de referência de desempenho térmico de edificações residenciais em função do tipo de vidro. Equações de regressão foram desenvolvidas para permitir a classificação dos vidros com base nas suas características, a fim de comparar qualquer tipo de produto. Ao analisar a variação de consumo de energia com climatização, foi possível observar um comportamento análogo entre as cidades, as tipologias e os tipos de vidros. Após inúmeros testes, uma equação para prever o consumo por resfriamento e outra para prever o consumo por aquecimento foram obtidas. As equações apresentaram resultados satisfatórios: R² de 0,94 para a equação da estimativa do consumo para resfriamento e 0,98 para a equação da estimativa do consumo para aquecimento. Por fim, propôs-se uma classificação do nível de desempenho térmico dos vidros em função das suas propriedades físicas e o consequente consumo de energia em climatização.

Abstract: The general goal of this research is to propose a method for classifying the performance of fenestration glazing, considering the energy consumption for cooling and heating residential buildings for Brazilian climates. The world is facing an imminent \"cold crisis\". Policies to improve the thermal performance of buildings must be developed to bring about energy savings, as energy consumption for space cooling is growing faster than for any other energy use in buildings. In Brazil, residential, commercial and public buildings represents 51% of total electricity consumption in 2017. Furthermore, it was observed that the consumption of electricity in the residential sector had a growth of 61% between 2005 and 2017. This growth was influenced by the increase in the use of air conditioning devices. Furthermore, the use of air conditioning equipment can double by 2035. It is known that fenestration frames are responsible for the increase in heat loss and gain between buildings and the external environment, a factor that directly impacts thermal performance. Thus, this research seeks to classify the fenestration glazing in terms of energy consumption for air conditioning, and for that, the proposed method followed certain steps. Initially, a list of 15 cities characteristic of the country's climates was carried out. Soon after, 3 representative typologies of Brazilian homes were defined, to then select and characterize a sample of 28 glazing to be simulated, chosen from different values of solar heat gain coefficient and thermal transmittance. From a series of parametric simulations in the EnergyPlus program, indicators and benchmarks for the thermal performance of residential buildings were defined as a function of the type of glazing. Regression equations were developed to allow the classification of glazing based on their characteristics, in order to compare any type of product. By analyzing the variation in energy consumption with air conditioning, it was possible to observe an analogous behavior between cities, typologies and types of glazing. After numerous tests, an equation to predict consumption by cooling and another to predict consumption by heating were obtained. The equations presented satisfactory results: R² of 0.94 for the equation that estimates energy consumption for cooling and 0.98 for the equation that estimates energy consumption for heating. Finally, a classification of the thermal performance level of the glazing according to their physical properties and the consequent energy consumption in the air conditioning was proposed.