Desenvolvimento de um algoritmo para estimativa do consumo de energia elétrica de edificações não residenciais a partir de dados climáticos simplificados

Abstract

A maioria dos programas computacionais para análise térmica e energética de edificações utiliza arquivos com dados climáticos horários para representar a influência do ambiente externo sobre a edificação. Geralmente, esses dados são obtidos em aeroportos ou estações meteorológicas e necessitam de tratamento adequado para adaptar ao formato do programa de simulação energética desejado. O custo desses arquivos é alto e o tratamento dos dados exige elevado tempo de dedicação por parte do analista. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimativa de consumo de energia elétrica de edificações não residenciais climatizadas, utilizando-se dados de temperatura de bulbo seco, umidade relativa, nebulosidade e pressão atmosférica extraídos de normais climatológicas. O Instituto Nacional de Meteorologia possui esses dados para 206 estações meteorológicas, abrangendo todo o território nacional. A partir das médias das temperaturas extremas mensais (máximas e mínimas) são gerados dois dias extremos de carga térmica para cada mês do ano: o dia de maior pico e o dia com a menor carga térmica de resfriamento do mês. O cálculo da carga térmica para esses dias é feito através do Método da Função de Transferência (Transfer Function Method), apresentado no ASHRAE Handbook of Fundamentals 1997. O consumo mensal de energia elétrica do sistema de condicionamento de ar é estimado a partir de curvas de desempenho dos equipamentos e dos valores horários de carga térmica ocorrida no ambiente. Todo o algoritmo de cálculo foi transcrito em linguagem BASIC associada a planilhas eletrônicas. A validação do programa, em relação à modelagem do envoltório da edificação, foi feita de acordo com o método BESTEST, adotado na ASHRAE Standard 140. Nessa validação obteve-se bons resultados para os modelos de edificação com paredes leves. A simulação de casos com envoltório de alta densidade (paredes pesadas) revelou uma fragilidade do programa na representação da influência da inércia térmica nas cargas anuais de aquecimento e resfriamento da edificação, que chegaram a valores até 446% maiores que os apresentados na norma de validação. Para verificar a representação do desempenho de sistemas de condicionamento de ar foi adotado o método HVAC BESTEST. A simulação dos casos sugeridos pelo método permitiu a identificação e correção de falhas no algoritmo do programa desenvolvido. A diferença máxima verificada entre o consumo de energia elétrica estimado pela versão final do programa e o consumo apresentado como solução analítica na metodologia de validação foi de apenas 1,3%.