Análise do desempenho térmico de contêiner para uso como residência unifamiliar em climas quentes

Abstract

Contêineres são construídos para transportar bens de consumo em embarcações náuticas. No entanto, o uso de contêineres na construção modular tem sido explorado. Devido às características térmicas do aço corten, material que compõe a envoltória dos contêineres, a adequação desses módulos se torna um desafio, principalmente em climas quentes, que cobrem uma parcela significativa do território brasileiro. Esta pesquisa avalia o desempenho térmico de residências unifamiliares utilizando contêineres em sua envoltória em climas quentes. Realizaram-se simulações e análises térmicas conforme os critérios e diretrizes da NBR 15575-1, que estabelece disposições de desempenho térmico em nível mínimo, intermediário e superior. As simulações ocorreram em dez cidades representativas com diferentes climas quentes de acordo com a classificação Köppen. O programa EnergyPlus foi utilizado para simulação térmica dos modelos, um de referência de acordo com as disposições normativas e outro com contêiner dry cargo. As simulações visam avaliar o percentual de horas de ocupação dentro da faixa de temperatura operativa adequada, temperatura operativa máxima e carga térmica total. Observou-se que localidades mais úmidas não atendem ao nível mínimo somente com a adoção de isolamento térmico na envoltória, enquanto em climas quentes satisfazem o nível mínimo. Por meio do balanço térmico por convecção, foi possível determinar quais elementos construtivos apresentam as maiores contribuições nas trocas de calor. A partir das otimizações na envoltória, melhorou-se os indicadores de desempenho térmico. O pior caso de desempenho térmico inicial conseguiu atingir apenas o nível mínimo com as otimizações aplicadas, enquanto o melhor caso alcançou o nível intermediário. Destaca-se que, mesmo com as melhorias realizadas, nenhum dos casos analisados atingiu o nível superior determinado pela NBR 15575-1. Concluiu-se que o uso de contêineres em climas quentes deve ser acompanhado por estratégias passivas de resfriamento.

Abstract: Containers are built to transport consumer goods on nautical vessels. However, the use of containers in modular construction has been explored. Due to the thermal characteristics of corten steel, which forms the envelope of containers, adapting these modules becomes a challenge, especially in hot climates that cover a significant portion of the Brazilian territory. This research evaluates the thermal performance of single-family houses using containers in their envelope in hot climates. Simulations and thermal analyses were conducted according to the criteria and guidelines of NBR 15575-1, which establishes provisions for thermal performance at minimum, intermediate, and superior levels. The simulations were carried out for ten representative cities with different hot climates according to the Köppen classification. The EnergyPlus programme was used to simulate the models, one as per regulatory provisions and another with dry cargo containers. The simulations aimed to assess the percentage of occupancy hours within the adequate operative temperature range, maximum operative temperature, and total thermal load. It was observed that more humid locations did not meet the minimum level solely with the adoption of thermal insulation in the envelope, whereas in hot climates they met the minimum level. Through convective thermal balance, it was possible to determine which construction elements contribute most to heat exchange. Improvements in thermal performance indicators were achieved through envelope optimizations. The worst initial thermal performance case managed to reach only the minimum level with the applied optimisations, while the best case reached the intermediate level. It is noteworthy that, even with the improvements made, none of the cases analysed achieved the highest level recommended by NBR 15575-1. It was concluded that the use of containers in hot climates should be accompanied by passive cooling strategies.