O desempenho térmico de uma cobertura verde em simulações computacionais em três cidades brasileiras

Abstract

A busca pela eficiência energética das edificações é um assunto amplamente discutido no meio acadêmico. Diversas são as tecnologias, políticas e práticas voltadas à redução do consumo energético. Neste trabalho, o desempenho térmico de uma cobertura verde foi analisado através de simulações computacionais no programa EnergyPlus, em três cidades brasileiras. Foi utilizado um modelo de 16m², com paredes e piso adiabáticos formando uma única zona térmica. A cobertura foi a única superfície exposta às transferências de calor com o ambiente externo. Como alternativas à cobertura verde, foram utilizadas como referência uma cobertura convencional de fibrocimento e uma variedade ?fria? (superfície externa pintada de branco). O desempenho térmico foi analisado a partir do sistema de condicionamento por cargas térmicas ideais, com temperatura de operação fixada entre 22 e 24°C. Os totais de cargas térmicas necessárias, integradas no ano, foram: 20,4 kWh/m².ano (Belém-PA), 9,9 kWh/m².ano (Curitiba-PR) e 4,2 kWh/m².ano (Brasília-DF). Quando comparados ao desempenho térmico da cobertura convencional, as reduções de cargas térmicas encontradas foram de 83% (102,1 kWh/m².ano), 89% (78,3 kWh/m².ano) e 95% (72,4 kWh/m².ano), para Belém, Curitiba e Brasília, respectivamente. Comparando-se o desempenho térmico da cobertura verde com a cobertura ?fria?, obteve-se uma redução de cargas térmicas de 28% em Belém (5.6 kWh/m².ano), 90% em Curitiba (86,5 kWh/m².ano) e 91% em Brasília (40,3 kWh/m².ano). O balanço térmico e períodos específicos foram analisados para as três coberturas. A evapotranspiração mostrou-se como a parcela fundamental para o melhor desempenho térmico da cobertura verde em situações de demanda de resfriamento. Na ocasião de demanda de aquecimento, a camada de substrato atua limitando a retirada de calor do ambiente interno por condução. Exceto em Brasília a adição de uma camada de isolamento foi suficiente para que os desempenhos térmicos das coberturas de fibrocimento superassem o da cobertura verde sem isolamento. A cobertura verde conforme utilizada, mostrou-se uma forma de melhorar o desempenho térmico nos três climas simulados.<br>

Abstract : The ever growing urban population, the increasing urbanization and its consequences, brings attention to the importance of the adequate utilization of the available energy resources. The quest for energy efficiency of buildings is a topic widely discussed in academia. Several are the technologies, policies and practices aimed at reducing energy consumption. In this thesis, the thermal performance of a green roof was assessed and analyzed through simulations in EnergyPlus using three different Brazilian cities. A prototype model of 16 m² of area was used. It is constituted by adiabatic walls and floor forming a single thermal zone. The roof was the only surface exposed to heat transfers with the external environment. As alternatives to the green roof, a fibrocement roof and "cool" variety of it (outer surface painted white) were also used. The thermal performance was analyzed by ideal thermal loads, with an air conditioning system with fixed operating thermostat set point between 22 and 24°C. The total thermal loads required during the whole year of simulations were: 20.4 kWh/m².year (in Belem-PA), 9.9 kWh/m².year (in Curitiba-PR) and 4.2 kWh/m².year (in Brasília-DF). When compared to the thermal performance of the conventional roof, thermal loads reductions were 83% (102.1 kWh/m².year), 89% (78.3 kWh/m².year) and 95% (72.4 kWh/m².year) using the green roof, in Belem, Curitiba and Brasília, respectively. Comparing the thermal performance of the green roof with the cool roof, there was a reduction in annual thermal loads of 28% in Belem (5.6 kWh/m².year), 90% in Curitiba (86.5 kWh/m².year) and 91% in Brasilia (40.3 kWh/m².year). The thermal balance, and specific periods of the year were analyzed for all three roofs in each city. The evapotranspiration was fundamental to the improve in the thermal performance of green roof, when there is cooling demand. In heating demand situations, the substrate layer acts as insulation, limiting the heat removed from the indoor environment by conduction. The addition of a layer of insulation material was enough for the conventional and cool roofs perform better than the green roof without insulation, except in Brasilia. The used green roof proved itself as a way to improve the thermal performance in the three simulated climates using this specific model.