Impacto de las variaciones microclimáticas urbanas en las cargas térmicas de edificaciones residenciales en el clima de la ciudad de Montevideo ? Uruguay

Abstract

O aumento populacional nas áreas urbanas, aliado ao adensamento, tem gerado transformações morfológicas como a verticalização das cidades. Estas alterações demonstraram ter um impacto no comportamento energético dos edifícios, dependendo do clima, seja devido ao Efeito Ilha de Calor Urbano, diminuição do acesso à radiação solar ou variação nos fluxos de vento no cânion urbano causado pelas alterações morfológicas. Portanto, este trabalho visa realizar uma primeira abordagem para analisar o impacto das variações microclimáticas produzidas pela verticalização na cidade de Montevidéu (UY), sobre as cargas térmicas de edifícios residenciais. Através do conjunto de ferramentas Rhinoceros, Grasshpper e Ladybug. O Energyplus foi utilizado para a simulação energética do edifício, integrando os resultados microclimáticos de temperatura do ar, humidade relativa e velocidade do vento simulados com o ENVI-met v5.0.0, para avaliar o impacto do microclima urbano nas cargas térmicas de refrigeração e aquecimento do edifício. Foram avaliados dois cenários morfológicos teóricos, variando a altura máxima das edificações que compõem o cânion urbano de 6 metros a 31 metros, e rotando a orientação do eixo do cânion Norte-Sul e Leste-Oeste. De acordo com os resultados microclimáticos, a temperatura do ar não apresentou variações significativas quanto às alterações morfológicas. A velocidade do vento apresentou variações de até 0,5m/s ao modificar a altura das edificações. Uma redução de até 44% da radiação solar direta que entra no cânion urbano é identificada pela variação da altura das edificações. Em cânions com edificações de 31 metros, observou-se uma redução de -7% nas cargas térmicas totais, com aumento de 21,7 kWh/m2/a (+53%) no aquecimento e redução de 28,2kWh/m2/a para (-47%) resfriamento. Ao considerar as condições microclimáticas do ambiente urbano na simulação energética, observou-se um aumento de 3% nas cargas térmicas de resfriamento. Portanto, pode-se destacar que pensar o desenho urbano baseado no desempenho energético das edificações pode ser uma estratégia na busca pelo desenvolvimento urbano sustentável.

Abstract: Population increase in urban areas, together with urban densification, has generated morphological transformations such as compactness and verticalization of the city. These have been shown to have an impact on the energy behaviour of buildings, depending on the climate, either due to the Urban Heat Island Effect, decreased access to solar radiation, or variation in the wind flows in the urban canyon. Therefore, this work aims to carry out a first approach to analyze the impact of microclimatic variations produced by verticalization in the city of Montevideo (UY), on the thermal loads of residential buildings. Through Rhinoceros, Grasshpper and the Ladybug tool set. Urban microclimate conditions were simulated with ENVI-met v5.0.2 of two theoretical morphological scenarios, varying the maximum height of the buildings that generate the urban canyon from 6 to 31 meters, and rotating the orientation of the canyon axis North-South and East-West. Energyplus was used for the energy simulation of the building, integrating the microclimatic results of air temperature, relative humidity and wind speed simulated with ENVI-met, to assess the impact of the urban microclimate on the cooling and heating thermal loads of the building. According to the microclimatic results, the air temperature did not show significant variations regarding the morphological changes. The wind speed showed variations of up to 0.5 m/s when modifying the height of the buildings. A reduction of up to 44% of the direct solar radiation that enters the urban canyon is identified by varying the height of the buildings. In canyons with a ratio A/L = 1.29, a 6.5 kWh/m2/a (-7%) reduction in total thermal loads was observed, with an increase of 21.7 kWh/m2/a (+53%) in heating and a reduction of 28.2 kWh/m2/a to (-47%) cooling. When considering the microclimatic conditions of the urban environment in the energy simulation, a 0.03 kWh/m2 (+3%) increase in cooling thermal loads was observed on the analysis day. Therefore, it can be highlighted that thinking about urban design based on the energy performance of buildings could be a strategy in the search for sustainable urban development.