Desempenho térmico e energético de residências unifamiliares protegidas pelo solo na Região Sul do Brasil

Abstract

Estruturas subterrâneas, historicamente refúgios, são empregadas na construção civil para proteção e eficiência energética. O solo, ao absorver calor solar, regula a temperatura, adaptando-se a diferentes ambientes. Sua constância térmica facilita a troca de calor, tornando-a uma estratégia versátil para aquecimento no inverno e resfriamento no verão. Esta pesquisa avalia o desempenho térmico e energético de residências unifamiliares utilizando o solo como estratégia bioclimática passiva na Região Sul do Brasil. Realizaram-se simulações e análises térmicas e energéticas conforme as diretrizes da NBR 15575-1, que estabelece critérios de desempenho térmico em nível mínimo, intermediário e superior. As simulações ocorreram em 40 cidades nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná, visando um resultado final mais preciso. O programa EnergyPlus foi empregado na criação de modelos, incluindo um na superfície e outros variando a porcentagem de contato direto com o solo, como um modelo semissubterrâneo (39,0% de área em contato) e um modelo subterrâneo (55,0%). Para os modelos com contato com o solo, a ventilação e iluminação naturais foram asseguradas por um pátio externo na fachada sul. As simulações visaram avaliar o percentual de horas com temperatura operativa, temperatura operativa máxima e mínima, além da redução da carga térmica total. Comparando com residências na superfície, 30,0% das semissubterrâneas não atingiram o desempenho térmico mínimo, 50,0% atenderam o mínimo, 15,0% alcançaram o intermediário, e 5,0% atingiram o nível superior. Nas residências subterrâneas, 60,0% não cumpriram os requisitos mínimos, 22,5% atingiram o mínimo, 5,0% alcançaram o intermediário, e 12,5% obtiveram aprovação no nível superior. Regiões do norte, noroeste, oeste e leste do Paraná, além do nordeste de Santa Catarina, apresentaram maior concentração de aprovação no nível superior. O Estado do Rio Grande do Sul não obteve aprovações nesse nível. Devido ao clima temperado predominante na maioria da Região Sul, desaconselha-se o uso do solo como estratégia bioclimática passiva. Conclui-se que medidas de proteção do solo em residências unifamiliares são benéficas em áreas de elevadas temperaturas.

Abstract: Subterranean structures, historically utilized as shelters, find application in civil engineering for both protection and energy efficiency. The soil, through solar heat absorption, regulates temperature, adapting to various environments. Its thermal consistency facilitates heat exchange, providing versatility for winter heating and summer cooling. This study evaluates the thermal and energy performance of single-family homes employing soil as a passive bioclimatic strategy in the Southern Region of Brazil. Simulations and thermal and energy analyses were conducted following the guidelines of NBR 15575-1, which sets thermal performance criteria at minimum, intermediate, and superior levels. The simulations took place in 40 cities in the states of Rio Grande do Sul, Santa Catarina, and Paraná, aiming for a more accurate final result. The EnergyPlus program was employed to create models, including one at the surface and others varying the percentage of direct soil contact, such as a semisubterranean model (39.0% contact area) and an underground model (55.0%). For models with soil contact, natural ventilation and illumination were ensured through an external patio on the south façade. Simulations aimed to evaluate the percentage of hours with operative temperature, maximum and minimum operative temperature, and total thermal load reduction. Comparatively, concerning surface-built houses, 30.0% of semisubterranean homes did not meet the minimum thermal performance, 50.0% met the minimum, 15.0% reached intermediate, and 5.0% achieved superior levels. In underground houses, 60.0% did not meet minimum requirements, 22.5% met the minimum, 5.0% reached intermediate, and 12.5% obtained approval at the superior level. The northern, northwest, west, and east regions of Paraná, as well as the northeast of Santa Catarina, showed a higher concentration of approval in higher education. The state of Rio Grande do Sul did not obtain approvals at this level. Due to the predominant temperate climate in most of the Southern Region, the use of soil as a passive bioclimatic strategy is discouraged. It is concluded that soil protection measures in single-family homes are beneficial in areas with high temperatures.