Eficácia da ventilação mecânica noturna para resfriamento: impacto de estratégias híbridas de ventilação no desempenho térmico de residência em Florianópolis-SC

Abstract

Este trabalho avalia o potencial da ventilação mecânica noturna como estratégia de resfriamento para um ambiente residencial durante o verão, quando associada a configurações construtivas com baixa e média inércia e diferentes padrões de ventilação natural no período diurno. Como objeto de estudo utilizou-se a Casa Eficiente, uma residência experimental localizada em Florianópolis-SC, monitorada entre os meses de dezembro de 2007 a abril de 2008. Simulações computacionais desenvolvidas com o software EnergyPlus v. 6.0 foram calibradas com base nos dados do monitoramento efetuado no quarto de casal, avaliando-se a influência dos algoritmos de condução e convecção nos resultados. Os somatórios de graus-hora de resfriamento calculados para o ambiente em estudo no período de 22/01 a 25/01/2008 (temperatura base = 26?C) apresentaram uma variação de até 78%, dependendo da combinação de algoritmos empregada. Uma vez calibrado, o modelo foi utilizado na análise do desempenho da ventilação mecânica noturna. Os critérios de avaliação foram os somatórios de graus-hora de resfriamento e os percentuais de horas de desconforto, verificados em diferentes horários do dia, sob diferentes padrões de ventilação diurna. Foram quantificados os balanços térmicos internos correspondentes a esses horários, caracterizando-se o comportamento dos componentes da envoltória quanto aos ganhos e perdas de calor. Em função dos diferentes padrões de ventilação simulados, combinados a duas configurações construtivas (inércia baixa e inércia média), foram observadas diferenças de 15% a 290% nos somatórios de graus-hora de resfriamento. Os resultados demonstraram os benefícios do emprego da ventilação mecânica noturna, que reduziu a temperatura do ar, incrementando as perdas de calor pela envoltória durante a madrugada. Observou-se também que a admissão da ventilação durante a tarde diminuiu o efeito de amortecimento das temperaturas internas. Este estudo possibilitou caracterizar a dinâmica do comportamento térmico de um ambiente residencial, quantificando o seu desempenho em diferentes períodos do dia, a fim de indicar alternativas para compatibilizar o uso de estratégias híbridas de ventilação aos padrões de ocupação, de acordo com o nível de inércia térmica.

This work investigates the potential of mechanical night ventilation as a cooling technique for a residential room during summer, when associated to low-inertia and medium-inertia building envelopes, under different daytime ventilation patterns. Field experiments were carried out in the Casa Eficiente, an experimental dwelling located in Florianopólis-SC, from December 2007 to April 2008. EnergyPlus 6.0 simulations were calibrated against field data measured in the master bedroom, analyzing the influence of conduction and convection algorithms in the simulation results. It was observed a variation up to 78% in cooling degree hours of the bedroom (period: 22/01 to 25/01/2008, base temperature = 26 ºC), depending on algorithms combination. After calibration, the model was used for simulations of mechanical night ventilation performance. The cooling degree-hours and the percentage of discomfort hours were established as evaluation criteria, for different times of day, under different daytime ventilation patterns. It were quantified the corresponding heat balances to the bedroom, analyzing heat gains and losses related to each building component. The differences in cooling degree-hours ranged from 15% to 290%, depending on ventilation patterns simulated and envelope features (low-inertia or medium-inertia). The results demonstrated the benefits of mechanical night ventilation use, which reduced air temperature and improved thermal losses by building envelope at early morning. Also, it was observed that daytime ventilation reduced the effect of lowering internal peak temperatures when applied during afternoon. From this study, it was possible characterizing the dynamic of thermal behaviour of a residential room, quantifying its performance at different intervals of the day, leading to recommendations to suit hybrid ventilation strategies to the occupation patterns, according to the room inertia level.