análise de desempenho térmico de edificações habitacionais
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TOMÁS BASTOS LIMA
ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
HABITACIONAIS: desenvolvimento de interface BIM par a
avaliações automatizadas segundo as normas ABNT NBR 15575 e
ABNT NBR 15220
Curitiba
2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TOMÁS BASTOS LIMA
ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
HABITACIONAIS: desenvolvimento de interface BIM par a
avaliações automatizadas segundo as normas ABNT NBR 15575 e
ABNT NBR 15220
Trabalho Final de Curso apresentado ao curso de Graduação em Engenharia da Construção Civil, Setor de Tecnologia, da Universidade Federal do Paraná
Orientador: Prof.º Dr. Sergio Scheer
Curitiba
2014
AGRADECIMENTOS
Agradeço imensamente ao meu orientador, Prof.º Dr. Sergio Scheer pelos
ensinamentos, dedicação e disponibilidade ao longo da elaboração deste trabalho.
Agradeço aos meus amigos e professores, especialmente ao Prof.º Mark Dietrick da
University of Pittsburgh, que, assim como o Prof.º Scheer, possui papel fundamental
no desenvolvimento do meu interesse pelo paradigma BIM.
Finalmente, agradeço aos meus pais, Carlos e Margareth e à minha namorada
Larissa, pelo amor, companheirismo, amizade e principalmente por sempre me
apoiarem em minhas decisões.
RESUMO
Em 2013, a classe de consumo energético representada pelas habitações brasileiras alcançou 27% do consumo total anual de energia elétrica no país e é o segundo maior setor consumidor no país atrás somente do industrial (40% do consumo total anual). Até 2018, a projeção do crescimento de consumo de energia elétrica advindo de residências é a maior dentre todas as classes de consumo do Brasil, girando em torno de 4,3% ao ano. Diante do risco iminente de crises energéticas cada vez mais recorrentes, evidencia-se a necessidade de se aprimorar o desempenho térmico das edificações brasileiras para que, consequentemente, diminua-se a necessidade de emprego de mecanismos artificiais para regulação e manutenção de suas temperaturas internas. Em vigor desde 2013, a norma ABNT NBR 15575 com o título “Edificações habitacionais – Desempenho” preconiza procedimentos para a análise do desempenho térmico de edificações a partir das características térmicas dos elementos pertencentes ao seu envelopamento (paredes externas e coberturas), definidas por procedimentos de cálculo apresentados pela norma ABNT NBR 15220 de “Desempenho térmico de edificações”. No caso do presente trabalho, estabeleceu-se uma interface de integração entre métodos normativos para a avaliação de desempenho térmico e modelos tridimensionais de edificações por meio de programação de planilhas de cálculo do software Autodesk Revit Architecture (Schedule Revit). Consequência da adoção do paradigma BIM (Building Information Modeling) pela metodologia aqui desenvolvida, análises são feitas simultaneamente ao desenvolvimento do modelo, trazendo, portanto, benefícios quanto à qualidade do projeto em execução e à diminuição do tempo necessário para a efetuação de tais avaliações. Cria-se assim, uma ferramenta em forma de Template Revit para a automatização dos procedimentos para a classificação do nível de desempenho térmico das edificações habitacionais brasileiras. Capaz de avaliar coberturas, paredes externas de assentamento de blocos e paredes externas de montantes estruturais (representadas por exemplo por estruturas em wood frame e light steel framing), a interface BIM mostra níveis satisfatórios de precisão de cálculo onde erros não extrapolam a faixa de 4,2% em paredes externas e são considerados desprezíveis no caso de coberturas.
Palavras-chaves: BIM (Building Information Modeling). Ferramente de avaliação de
desempenho térmico de edificações. ABNT NBR 15575. Envelopamento de
edificações. Tecnologia da informação na construção civil.
ABSTRACT
In 2013, residences were responsible for 27% of the total annual electrical energy consumption in Brazil, which compose the second biggest consuming sector in the country. Furthermore, perspectives for 2014 to 2018 indicate that the sector will grow 4.3% each year. No other Brazilian consuming sector will achieve a rate of the same magnitude during this period. Energy crises are already a current reality in Brazil, and the prospected consumption panorama highlights even more the necessity for better residence designs in terms of its envelopes thermal performance. Better envelope thermal characteristics decrease HVAC systems usage and consequently energy consumption for heating and cooling buildings interiors. The present work develops an automatized and interactive frame between Brazilian normative methods for calculation of buildings envelopes thermal properties and residential buildings tridimensional models by programming calculation schedules in the software Revit Architecture. The methodology is accessible as an evaluation template by any Revit project. Due to the adoption of the BIM (Building information Modeling) paradigm, the above referred calculation schedule propitiates thermal performance analysis to be executed simultaneously to tridimensional building modeling processes, which results in better residential designs and in less time dispended on the evaluation of its envelope performance. Hereupon, the Revit Template is designed to evaluate thermal performance for both roof and exterior walls (block settlement walls and skeleton structure walls such as Light Steel Framing, Wood Frame and Glazed Storefront) according to normalized calculations standards and limits for all Brazilian bioclimatic zones. The results obtained by its use are satisfactory and reliable, since the calculations error margins do not exceed 4.2% for walls thermal performance analysis and are considered negligible for roofs evaluations. Key words: BIM (Building Information Modeling).Residential buildings thermal performance. Building envelope. Thermal performance evaluation tool.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Características necessárias para softwares de avaliação de desempenho
térmico ...................................................................................................................... 13
Figura 2 - Trocas de calor do corpo humano............................................................. 15
Figura 3 - Diferentes leituras no nível da plataforma dentro do modelo base-BIM .... 23
Figura 4 - Métodos alternativos de avaliação de desempenho térmico ..................... 26
Figura 5 - Definição do sistema de unidade utilizado pelo Template ........................ 28
Figura 6 - Dimensões de blocos ................................................................................ 31
Figura 7 - Definição das seções 1 e 2 dos blocos ..................................................... 32
Figura 8 - Definição das seções A e B da parede ..................................................... 35
Figura 9 - Procedimento para acessar o Template a partir de um novo projeto ........ 58
Figura 10 - interface do TemplatE ............................................................................. 59
Figura 11 - Interface do Usuário "Propriedades" ....................................................... 61
Figura 12 - Resultados obtidos pelo schedule 3 - DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS ......................................................................................................... 62
Figura 13 - Dimensões da parede do exemplo de cálculo ........................................ 63
Figura 14 - Definição das características da seção transversal da parede ............... 65
Figura 15 - Modelagem de edificação habitacional ................................................... 66
Figura 16 - definição das propriedades térmicas e físicas dos elementos das
paredes ..................................................................................................................... 66
Figura 17 - Definição das propriedades térmicas e geométricas das camadas de
assentamento de blocos ........................................................................................... 67
Figura 18 - Definição das características geométricas dos blocos e seus respectivos
furos .......................................................................................................................... 67
Figura 19 - Resultados obtidos para o exemplo 3 do Anexo C da NBR 15220 pelo
schedule 1 - DEEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE ASSENTAMENTO DE
BLOCOS ................................................................................................................... 68
Figura 20 - Exemplo de telhado inclinado de chapas de fibro-cimento com forro de
pinus e câmara de ar ventilada ................................................................................. 70
Figura 21 - Definição das características da seção transversal da cobertura ........... 71
Figura 22 - Definição das propriedades geométricas, térmicas e físicas dos elementos
da cobertura .............................................................................................................. 72
Figura 23 - Resultados obtidos para o exemplo 5 do Anexo C da NBR 15220 pelo
schedule 3 - DEEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS...................................... 72
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, com largura muito
maior que a espessura .............................................................................................. 34
Tabela 2 - Resistências térmicas superficiais interna e externa ................................ 38
Tabela 3 – Valores máximos admitidos para a transmitância térmica de paredes
externas .................................................................................................................... 41
Tabela 4 – Valores mínimos admitidos para capacidade térmica de paredes
externas .................................................................................................................... 41
Tabela 5 - Condições de ventilação para câmaras de ar .......................................... 51
Tabela 6 - Critérios e níveis de desempenho de coberturas quanto à transmitância
térmica ...................................................................................................................... 54
LISTA DE SÍMBOLOS
A Área em Planta da Cobertura
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACEPE Associação Industrial do Poliestireno Expandido
Aseção A Área da Seção A da Parede
Aseção B Área da Seção B da Parede
Aseção C Área da Seção C da Parede
BIM Building Information Modeling
c Calor Específico
cargamassa Calor Específico da Argamassa
CBIC Câmara Brasileira da Inústria da Construção
ccerâmica Calor Específico da Cerâmica
Cd Fluxo de Calor por Condução
creboco Calor Específico da Reboco
CT Capacidade Térmica
CT A Capacidade Térmica da Seção A da Parede
CT B Capacidade Térmica da Seção B da Parede
CT C Capacidade Térmica da Seção C da Parede
CT T Capacidade Térmica Total da Parede
Cv Fluxo de Calor por Convexão
e Espessura de um Elemento
eassentamento Espessura da Camada de Assentamento
ebloco Espessura do Bloco
eelemento Espessura do Elemento
EPE Empresa de Pesquisa Energética
Es Troca de Calor Estocado pelo Corpo
ɛ Emissividade
FV Fator de Ventilação
HSE Health and Safety Executive
HVAC Heating, Ventilating, and Air Conditioning
IEA international Energy Agency
L Comprimento da Parede
M Produção de Calor Metabólico
N Número de Camadas de Materiais da Cobertura
NBR Norma Brasileira
Rse Resistência Térmica Superficial Externa
Rar Resistência Térmica da Câmara de Ar
Rd Rede de Trocas de Calor entre o Corpo e o Ambiente
Rsi Resistência Térmica Superficial Interna
Rt Resistência Térmica
Rt A Total Resistência Térmica Total da Seção A da Parede
Rt Assentamento horizontal
Resistência Térmica da Camada Horizontal de
Assentamento de Blocos
Rt Assentamento vertical
ResisTência Térmica da Camada Vertical de
Assentamento de Blocos
Rt B Total Resistência Térmica Total da Seção B da Parede
Rt forro Resistência Térmica do Forro
Rt parede Resistência Térmica da Parede
Rt total da cobertura no Inverno Resistência Térmica Total da Covertura no Inverno
Rt total da parede Resistência Térmica Total da Parede
Rt total dos elementos Resistência Térmica Total dos Elementos
Rt total dos montantes Resistência Térmica Total dos Montantes
Rt1 bloco Resistência Térmica da Seção 1 do Bloco
Rt2 bloco Resistência Térmica da Seção 2 do Bloco
S Área Total da Abertura da Ventilação
U Transmitância Térmica
WSN Wireless Sensor Network
Z1 Zona Bioclimática 1
Z2 Zona Bioclimática 2
Z3 Zona Bioclimática 3
Z4 Zona Bioclimática 4
Z5 Zona Bioclimática 5
Z6 Zona Bioclimática 6
Z7 Zona Bioclimática 7
Z8 Zona Bioclimática 8
Α ìndice de Absortância para Radiação Solar
λ Condutividade Térmica
λargamassa Condutividade Térmica da Argamassa
λassentamento Capacidade Térmica da Camada de Assentamento
λbloco Condutividade Térmica do Bloco
λcerâmica Condutividade Térmica da Cerâmica
λelemento Capacidade Térmica do Elemento
λfibro-cimento Condutividade da Telha de Fibro-Cimento
λpinus Condutividade Térmica do Forro de Pinus
λreboco Condutividade Térmica da Reboco
Ρ Densidade de Massa Aparente
ρargamassa Densidade de Massa Aparente da Argamassa
ρcerâmica Densidade de Massa Aparente da Cerâmica
ρreboco Densidade de Massa Aparente da Reboco
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9
2 OBJETIVOS ....................................... .................................................................... 11
2.1 OBJETIVO PRINCIPAL ....................................................................................... 11
2.2 OBJETIVOS SECUNDÁRIOS ............................................................................. 11
3 REFERENCIAL TEÓRICO-CONCEITUAL .................. .......................................... 12
3.1 ANÁLISE TÉRMICA DE EDIFICAÇÕES ............................................................. 12
3.2 CONFORTO E DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES ......................... 14
3.2.1 Conforto Térmico .............................................................................................. 14
3.2.2 Desempenho Térmico ...................................................................................... 16
3.2.3 Transmitância térmica (U) ................................................................................ 16
3.2.4 Condutividade térmica ...................................................................................... 17
3.2.5 Capacidade térmica (CT) e capacidade térmica de componentes ................... 18
3.2.6 Calor específico ................................................................................................ 18
3.3 MODELAGEM DA INFORMAÇÃO DA CONSTRUÇÃO OU BIM ........................ 18
3.3.1 Building information modeling (BIM) ................................................................. 18
3.3.2 Building Information Modeling e os modelos nd………………………………….20
3.3.3 Autodesk Revit ................................................................................................. 20
3.3.3.1 Templates Revit ............................................................................................ 21
3.3.3.2 Schedules Revit ............................................................................................ 21
3.3.4 Análise do desempenho térmico utilizando a metodologia BIM ....................... 22
3.3.5 Levantamento de propriedades térmicas de elementos de edificações ........... 23
4 METODOLOGIA ..................................... ............................................................... 25
4.1 TEMPLATE REVIT DE AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE
EDIFICAÇÕES .......................................................................................................... 25
5 DESENVOLVIMENTO E UTILIZAÇÃO DO TEMPLATE ....................................... 28
5.1 ETAPAS PARA CRIAÇÃO DO TEMPLATE ........................................................ 28
5.1.1 Definição do sistema de Unidades ................................................................... 28
5.1.2 Definição de parâmetros de projeto comuns a todos os Schedules de análise de
paredes do Template ................................................................................................ 28
5.1.3 Schedule 1 - Avaliação do desempenho térmico de paredes de assentamento
de blocos ................................................................................................................... 30
5.1.3.1 Schedule 1 – Procedimentos de Cálculo ....................................................... 32
5.1.4 Schedule 2 - Avaliação do desempenho térmico de paredes de montantes
estruturais.................................................................................................................. 44
5.1.4.1 Schedule 2 – Procedimento de Cálculo: ........................................................ 45
5.1.5 Definição de parâmetros de projeto do Schedule de análise de coberturas do
Template ................................................................................................................... 49
5.1.5.1 Schedule 3 - Procedimento de Cálculo ......................................................... 50
5.2 UTILIZAÇÃO DO TEMPLATE REVIT DE ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO
DE EDIFICAÇÕES .................................................................................................... 58
5.2.1 Acessando o Template Revit de análise de conforto térmico de edificações ... 58
5.2.2 Dados de entrada durante a fase de projeto e resultados obtidos através do
Template ................................................................................................................... 59
6 ESTUDO DE CONFIABILIDADE DOS SCHEDULES DE CÁLCULO DO
TEMPLATE ............................................................................................................... 63
6.1 Estudo de confiabilidade do Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS ....................................................... 63
6.1.1 Dados do exemplo da norma ........................................................................... 63
6.1.2 Resultados obtidos pelo uso do Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE ASSENTAMENTOS DE BLOCOS .................................................... 64
6.2 Estudo de confiabilidade do Schedule 2 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE MONTANTES ESTRUTURAIS .......................................................... 69
6.3 Estudo de confiabilidade do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS ......................................................................................................... 70
6.3.1 Dados do exemplo da norma ........................................................................... 70
6.3.2 Resultados obtidos pelo uso do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS ......................................................................................................... 71
7 CONCLUSÃO ....................................... ................................................................. 73
7.1 VANTAGENS DO USO DO TEMPLATE ............................................................. 73
7.2 LIMITAÇÕES DO TEMPLATE ............................................................................ 74
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................ ....................................................... 75
9 REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 76
ANEXO A ........................................... ........................................................................77
ANEXO B............................................ .......................................................................79
9
1 INTRODUÇÃO
Em junho de 2013, a Associação Brasileira de Normas Técnicas publicou a
nova norma ABNT NBR 15575/2013 de Desempenho de Edificações Habitacionais.
Este conjunto normativo abrange requisitos de desempenho para sistemas estruturais,
sistema de pisos, sistemas de vedações verticais internas e externas, sistemas de
coberturas e finalmente, sistemas hidrossanitários (ABNT, 2013).
Alicerçada sobre um conjunto de critérios quantitativos de desempenho, as
seções da norma destinas à avaliação do desempenho térmico de coberturas e
paredes têm como objetivo intrínseco o aprimoramento das condições de conforto dos
ocupantes de uma edificação. A qualidade térmica de edificações também interfere
diretamente na quantidade de energia que seus habitantes dispendem para regulação
de temperaturas internas através de dispositivos de ar condicionado que,
consequentemente, impactam diretamente a produção de energia do país.
Segundo dados da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) do Ministério de
Minas e Energia, no ano de 2013, o consumo residencial de energia elétrica alcançou
aproximadamente 124.895 GWh . O setor representa 27% do consumo total anual de
energia elétrica no Brasil e é o segundo maior setor consumidor atrás somente do
industrial (40% do consumo total anual do país). Até 2018, a projeção de crescimento
de consumo de energia elétrica advindo das residências do país é a maior dentre
todos os setores de consumo brasileiros, girando em torno de 4,3% ao ano (BRASIL,
2014).
Diante do exposto, evidencia-se a necessidade de aprimoramento da
qualidade do envelopamento (paredes externas e coberturas) de nossas edificações.
Este é apenas um, porém importante, passo para que, no futuro, possamos contornar
com menos dificuldades possíveis crises energéticas no país e amenizar as
consequências ambientais frutos das atividades exercidas pela indústria de produção
energética nacional.
Atualmente, a indústria da construção civil do país se vê inserida em um
caminho sem volta à era da tecnologia da informação. O paradigma BIM (Building
Information Modeling) e suas ferramentas vêm permitindo que modelos
tridimensionais de edificações habitacionais sejam permeados por diversos tipos e
níveis de informação pertinentes ao projeto. Isto posto, trabalhos de análise de
10
desempenho térmico, que dentre tantas outras infinitas possibilidades de análise
permitidas por softwares BIM, podem ser executados de forma interativa ao
desenvolvimento de projetos, mostrando-se assim um mecanismo muito eficaz no
auxílio ao desenvolvimento de estruturas cada vez mais eficientes no que se refere
ao seu nível de desempenho térmico.
Assim, o presente trabalho consiste na criação de um Template, ou modelo
padronizado, como interface BIM programada para avaliar projetos de edificações de
até cinco pavimentos - quanto aos níveis de conforto térmico previstos pela norma
NBR 15575 - simultânea e interativamente ao seu desenvolvimento conforme o que é
definido como o método da “avaliação simplificada do desempenho térmico”.
11
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO PRINCIPAL
O trabalho tem como objetivo principal desenvolver uma interface programada
na forma de um Template como um conjunto de procedimentos automatizados através
do uso de recursos de uma ferramenta BIM para apoiar o processo da “avaliação
simplificada do desempenho térmico” de elementos verticais e coberturas de
edificações residenciais de até cinco pavimentos previsto pela norma ABNT NBR
15575.
Assim, tal conjunto de procedimentos consiste na criação de um modelo ou
Template com o uso do software Autodesk® Revit utilizando tabelas (ou Revit
Schedules) que permitem avaliar o nível de desempenho térmico de elementos
construtivos de residências durante a fase de modelagem tridimensional de projetos
de edificações habitacionais e em acordo com definições normativas.
2.2 OBJETIVOS SECUNDÁRIOS
O trabalho apresenta como um de seus objetivos secundários o
desenvolvimento de estudos para aprofundamento de aspectos do processo de
avaliação de desempenho térmico de edificações.
Outros objetivos secundários ou contribuições indiretas pretendidos são o
aprimoramento das condições de bem-estar dos ocupantes de edificações, a redução
tanto do consumo energético de residências brasileiras quanto dos impactos
ambientais provenientes do ciclo de vida de produção da energia elétrica despendida
em processos de aclimatização de ambientes internos de edifícios residenciais.
12
3 REFERENCIAL TEÓRICO-CONCEITUAL
3.1 ANÁLISE TÉRMICA DE EDIFICAÇÕES
Objetivando o atingimento do conforto térmico dos usuários de edificações
habitacionais durante suas atividades diárias, é imprescindível que os ambientes das
residências desempenhem termicamente de maneira adequada conforme as
características climáticas das regiões onde são construídas (Regiões Bioclimáticas).
A norma ABNT NBR 15575 “Desempenhos de edificações habitacionais” propõe três
diferentes formas de avaliação do desempenho térmico de edificações: “Procedimento
1 A – Simplificado (normativo)”, “Procedimento 1 B – Simulação por software Energy
Plus (normativo)” e “Procedimento 2 – Medição in loco (informativo, Anexo A da
NBR15575 – 1)” (CBIC,2013, p. 138).
Doravante principal objeto de estudo do presente trabalho, o procedimento 1
A de “avaliação simplificada do desempenho térmico” analisa as condições térmicas
dos elementos do envelopamento da edificação (CBIC, 2013). Portanto, paredes
externas e coberturas tem seus valores de Transmitância Térmica (U) e Capacidade
Térmica (CT) calculados de acordo com procedimentos normativos apresentados pela
norma NBR 15220 - 2 e comparados com os limites determinados pela norma NBR
15575 – Parte 4.
O procedimento normativo de avaliação simplificada da NBR 15575 somente
é capaz de avaliar paredes externas quanto a níveis mínimos de desempenho térmico.
Para que outros patamares de classificação (intermediário ou superior) sejam
determinados, é necessária a utilização dos métodos propostos pelo “Procedimento 1
B – Simulação por software Energy Plus”. Por outro lado, contrariamente ao que se é
especificado para elementos verticais, coberturas são passíveis de avaliação quanto
aos níveis mínimo, intermediário ou superior pelo método simplificado sem que
análises adicionais via software transcorram (ABNT,2013).
O segundo procedimento normativo para avaliação de desempenho térmico
de edificações habitacionais proposto pela NBR 15575 faz referência direta ao uso do
software Energy Plus desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados
Unidos (U.S. Department of Energy). Mesmo assim, para avaliações segundo o
Procedimento 1 B é permitido o uso de outros programas de simulação térmica, desde
que estes “sejam validados pela ASHRAE Standard 140 e permitam a determinação
13
do comportamento térmico de edificações sob condições dinâmicas de exposição ao
clima, sendo capazes de reproduzir os efeitos de inércia térmica” (CBIC, 2013, p. 147).
A imagem a seguir apresenta os requisitos técnicos necessários aos programas de
análise térmica para que seus resultados sejam aceitos pela NBR 15575.
Para a avaliação via software computacional, o usuário deve recorrer às
informações constantes nas tabelas A.1, A.2 e A.3 do Anexo A da NBR 15575-1
(CBIC, 2013). Elas dizem respeito às localizações geográficas de algumas cidades
brasileira e seus dados climáticos e, juntamente com as características geométricas
da edificação e das características térmicas dos materiais nela empregados,
constituem os parâmetros considerados pelo software no processo de determinação
dos níveis de conforto de edifícios habitacionais (ENERGYPLUS, 2013).
FIGURA 1 - CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS PARA SOFTWARES DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO TÉRMICO FONTE: CBIC (2013)
14
O terceiro procedimento de avaliação de desempenho térmico de edifícios
habitacionais “Procedimento 2 – Medição in loco” (CBIC,2013, p. 138) pressupõe a
verificação de valores medidos de Transmitância Térmica (U) e Capacidade Térmica
(CT), de elementos já construídos da edificação ou seu protótipo, quanto o
atendimento aos limites impostos pela NBR 15575 (CBIC, 2013).
Os métodos para aferimento destes parâmetros são determinados pela parte
4 da NBR 15220 “Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo
princípio da placa quente protegida” (ABNT, 2005, p. 1) e parte 5 também da NBR
15220 “Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método
fluxométrico” (ABNT, 2005, p. 1). Este método de análise de desempenho térmico
pressupõe que qualquer uma das medições supracitadas devam ocorrer durante o
“período que corresponda ao dia típico de verão ou de inverno, precedido por, pelo
menos, um dia com características semelhantes, recomendando-se, todavia, trabalhar
com uma sequência de três dias e analisar os dados do terceiro dia” (CBIC, 2013, p.
138).
A definição dos dias típicos da cidade onde se localiza a edificação sob análise
ocorre de acordo com o que determinam as Tabelas A.2 e A.3 do Anexo A da norma
NBR 15575-1. No caso de cidade que não conste nas tabelas, é permitida a utilização
de dados de outra cidade acerca, desde que ambas pertençam à mesma zona
bioclimática (ABNT, 2013).
3.2 CONFORTO E DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
3.2.1 Conforto Térmico
Segundo a organização britânica reguladora de normas para segurança e saúde de
trabalhadores HSE (2014) ou Health and Safety Executive existem seis fatores
básicos que afetam o conforto térmico dos ocupantes de uma edificação. São eles:
temperatura do ar, níveis de radiação de calor, velocidade de ar, umidade, capacidade
isolante de peças de vestuários e calor metabólico (HSE, 2014). Acrescenta-se que
“A sensação de conforto térmico depende muito das condições de ventilação dos
ambientes, com grande influência do posicionamento e dimensões das aberturas de
janelas” (CBIC, 2013, p. 136) e seus níveis de satisfação ou insatisfação variam de
15
acordo com “o tipo de atividades no interior do imóvel, quantidade de mobília, tipo de
vestimentas, números de ocupantes, idade, sexo, condições fisiológicas e
psicológicas dos usuários” (CBIC, 2013, p. 136).
A norma ABNT NBR 15220-1 (2005, p. 5) explica conforto térmico da seguinte
maneira: “Satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do
ambiente”. Esta definição expõe o caráter relativo do conceito. Portanto, como os
níveis de conforto térmico são extremamente variáveis de acordo com a opinião de
cada um dos ocupantes de um recinto, Szokolay (2004) propõe a avaliação
quantitativa do conforto térmico de uma pessoa através de uma metodologia de
cálculo em que o balanço térmico do corpo, influenciado por fatores internos e
externos a ele, deve ser igual a zero. Desta forma, o autor define balanço térmico
como: ∆� � � � �� � � � �� ��, onde M é a produção de calor metabólico, Rd é
a rede de trocas de calor entre o corpo e o ambiente, Cv (ou fluxo de calor por
convecção) é o fluxo entre um corpo e outros corpos em contato devido à
movimentações moleculares (incluindo respiração), Cd (ou fluxo de calor por
condução) é o fluxo de calor entre um corpo e um fluido (líquido ou gasoso), e Es é a
troca de calor estocado pelo corpo (SZOKOLAY, 2004).
FIGURA 2 - TROCAS DE CALOR DO CORPO HUMANO FONTE: Szokolay (2004)
16
3.2.2 Desempenho Térmico
O desempenho térmico de edificações é função das características dos
materiais que compõem seus elementos e repercute no conforto térmico dos usuários.
O adequado desempenho térmico garante “condições adequadas para o sono e
atividades normais em uma habitação, contribuindo ainda para a economia de
energia” (CBIC, 2013, p. 135).
Os níveis de desempenho térmico de edificações são diretamente
influenciados pelos materiais constituintes do envelopamento do edifício (paredes
externas e coberturas). “Uma boa forma de melhorar o desempenho de uma
edificação é através do invólucro e seu isolamento térmico correto conforme o clima
estudado. Quanto mais isolado o invólucro, uma quantidade maior de materiais será
utilizada e, consequentemente, mais energia será incorporada à edificação, porém
menor será a transmitância térmica” (GRAF, 2011). De acordo com a norma ABNT
NBR 15575/2013, menores valores de Transmitância Térmica do invólucro, garantem
melhores níveis de desempenho térmico de edificações.
A Agência Internacional de Energia (International Energy Agency) ou IEA
(2013), ressalta a importância da utilização de envelopes de edificações com grandes
capacidades de isolamento térmico para a obtenção de benefícios que extrapolam o
âmbito energético. Em seus estudos de perspectiva das tecnologias de energia
(Technology Roadmap – Energy Technology Perspective) voltados para o
envelopamento de edificações (Energy eficiente building envelopes), a agência aponta
os impactos positivos da utilização de invólucros com maiores capacidades de
isolamento térmico na redução de custos com saúde pública e mortalidade de
populações carentes (IEA, 2013).
3.2.3 Transmitância térmica (U)
Transmitância térmica (U) pode ser explicada como “uma medida da
quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área
unitária de um elemento” do invólucro da edificação “por unidade de diferença de
temperatura entre os ambientes que este separa” (ACEPE, 2014, sem página). Esta
grandeza física é utilizada para a definição das propriedades do isolamento térmico
es materiais pois expressa suas características de permeabilidade à passagem de
17
calor (GRAF, 2011). Algebricamente, a norma ABNT NBR 15220-1 (2005, p. 2) define
transmitância térmica como o “inverso da Resistência Térmica Total” de componentes
e elementos.
Para que se conceitue resistência térmica total e consequentemente
transmitância térmica, primeiramente é necessário que se definam três outras
grandezas: resistência térmica de elementos e componentes, resistência superficial
interna e resistência superficial externa. A primeira é resultado do “quociente da
diferença física de um material homogêneo e isótropo, no qual se verifica um fluxo de
calor constante, com densidade de 1 W m2⁄ , quando submetido a um gradiente de
temperatura uniforme de 1 Kelvin por metro” (ABNT, 2005, p. 2). As duas outras
grandezas mencionadas acima, são explicadas como a resistência térmica da camada
de ar adjacente à superfície (interna e externa respectivamente) “de um componente
que transfere calor por radiação e/ou convecção”. (ABNT, 2005, p. 2). Finalmente,
explica-se resistência térmica total como sendo o “somatório do conjunto de
resistências térmicas correspondentes às camadas de um elemento ou componente”
(ABNT, 2005, p. 2), levando-se em consideração todas as grandezas de resistência
térmicas aqui listadas.
3.2.4 Condutividade térmica
Condutividade térmica define-se como sendo o fenômeno físico onde o calor
é transportado de uma região de alta temperatura de uma certa substância para uma
outra de temperatura inferior (CALLISTER, 2003). A norma ABNT NBR 15220-1
(2005, p. 2) acrescenta que condutividade térmica é a “propriedade física de um
material homogêneo e isótropo, no qual se verifica um fluxo de calor constante, com
densidade de 1 W/m2, quando submetido a um gradiente de temperatura uniforme de
1 kelvin por metro”.
Nos casos de materiais com propriedades físicas diferentes daquelas citadas
acima, a norma sugere o uso do termo “condutividade térmica aparente”, pois a
transferência de calor neste caso ocorre por condução, convecção e radiação (ABNT,
2005).
18
3.2.5 Capacidade térmica (CT) e capacidade térmica de componentes
A norma ABNT NBR 15220-1 (2005, p. 2) define Capacidade térmica como a
“quantidade de calor necessária para variar em uma unidade a temperatura de um
sistema” medida em J K⁄ , ou seja, capacidade térmica é a propriedade indicativa da
habilidade que um material tem de absorver calor de fontes externas ao seu redor
(CALLISTER, 2003). Dividindo-se a capacidade térmica de um componente pela sua
área, obtém-se a capacidade térmica de componentes em J �m2.K�⁄ .
A capacidade térmica de um componente é função de seu calor específico,
do valor de sua dimensão paralela à direção do fluxo de calor e de sua densidade de
massa aparente (ABNT, 2005).
3.2.6 Calor específico
A norma ABNT NBR 15220-1 (2005, p. 2) define calor específico como “o
quociente da capacidade térmica pela massa” do material. Ela também é chamada de
capacidade térmica específica, definida pela unidade J/(kg.K). Segundo Callister
(2003), calor específico seria a habilidade que um mol de material tem de absorver
calor de fontes externas.
3.3 MODELAGEM DA INFORMAÇÃO DA CONSTRUÇÃO OU BIM
3.3.1 Building information modeling (BIM)
Considerada pela desenvolvedora de softwares Autodesk como a solução
para o “entendimento preciso e claro entre arquitetos, engenheiros, profissionais da
construção, administradores das instalações e proprietários” (Autodesk, Inspiração
Brasil, 2014, sem página), a filosofia BIM tem sido tratada como um dos
desenvolvimentos mais promissores nas indústrias da arquitetura, engenharia e
construção (EASTMAN, TEICHOLZ, SACKS, & LISTON, 2008).
Nas duas últimas décadas a indústria da construção civil tem direcionado
esforços para a adequação de filosofias tradicionais de construção à metodologia BIM,
que, segundo Succar (2013), é capaz de gerar, compartilhar e gerenciar dados da
construção de um empreendimento ao longo de sua vida-útil. O autor ainda
19
acrescenta que o BIM promove benefícios substanciais a todos os participantes dos
processos relacionados ao desenvolvimento, construção, gerenciamento e reformas
de edifícios, representando assim um jeito único de se projetar e empreender projetos
(SUCCAR, 2013).
Segundo Khanzode et al. (2008), o paradigma BIM reduz de forma
significativa os custos de mão-de-obra, da rede de produção de um empreendimento
e dos conflitos durante suas fases de instalação. Kaner et al. (2008) complementa que
tais reduções são alcançadas através do aprimoramento da qualidade dos projetos de
engenharia em termos de geração de desenhos sem erros e no desenvolvimento
contínuo da produtividade da mão-de-obra. Devido a sua capacidade de proporcionar
ambientes transparentes de projeto (LEICHT & MESSNER, 2008), o BIM amplia as
condições de colaboração entre os profissionais da construção civil, ressaltam Alshawi
& Faraj (2002), propiciando assim uma plataforma federada de compartilhamento e
interação de projetos de diversos segmentos industriais que acabam acarretando na
redução da fragmentação da indústria.
Em seu relatório apresentado ao conselho nacional australiano de inovação
do ambiente construído e indústria (Built Environment Innovation and Industry
Council), o grupo Allen Construction Group (doravante ACG) reporta que o BIM traz
diversos outros benefícios além da redução dos custos das construções. São eles:
modelagem automatizada de elementos construtivos (automated assemblies),
projetos de melhor qualidade, controle dos custos totais de ciclo de vida de
empreendimentos e dos dados do entorno do empreendimento (environmental data),
aprimoramento de processos, maior qualidade da produção, e, finalmente, serviço
aprimorado ao consumidor (ACG, 2010).
20
3.3.2 Building Information Modeling e os modelos nD
O desenvolvimento do BIM se mostra extremamente vantajoso ao
proporcionar caminhos para que a indústria da construção migre dos convencionais
projetos bidimensionais aos modelos tridimensionais permeados por diversos níveis
de informação. Segundo Haron et al. (2009), além de representações 2D e 3D, o BIM
pode conter informações pertinentes ao cronograma de obra do empreendimento,
atingindo assim a quarta dimensão de projeto (BIM 4D). Nos casos em que o modelo
é relacionado a informações de custos e orçamentos, define-se que o BIM atinge a
quinta dimensão de projeto ou BIM 5D e, para modelos permeados por dados
energéticos, de sustentabilidade, gerenciamento de empreendimentos, etc., as
dimensões continuam a crescer de forma a alcançar a enésima dimensão de projeto
ou BIM nD.
Lee et al. (2003) ressaltam que modelos nD são a utilização paralela de
informações sobre edificações para diferentes tipos e níveis de análises e avaliações.
Eles permitem aos participantes do projeto a provação do empreendimento não
apenas no âmbito visual mas também sob a perspectiva de um sistema interativo rico
em informações incluindo acústica e cheiros, por exemplo. Os autores complementam
que modelos nD lidam com diferentes dimensões de um projeto sob uma abordagem
capaz de prever funcionamento e uso futuros da edificação.
3.3.3 Autodesk Revit
A plataforma Revit sob a perspectiva do Revit Architecture é o mais conhecido
software e o atual líder de mercado para projetos arquitetônicos em BIM (EASTMAN,
TEICHOLZ, SACKS, & LISTON, 2008). O Software foi introduzido pela
desenvolvedora de softwares Autodesk em 2002, depois que a companhia adquiriu o
programa de uma companhia startup. Eastman et al. (2008) ressalta que o Revit é
uma plataforma completamente diferente do AutoCAD, com outras estruturas de
código de arquivo.
21
3.3.3.1 Templates Revit
Um Template Revit é definido pela Autodesk (2014) como o ponto de início
para um novo projeto. Eles incluem diferentes tipos de padrões pré-definidos de
visualizações (incluindo visualização tabulares do tipo Schedule), famílias de
elementos, geometrias e configurações como unidades de medida, estilos de
hachuras e linhas, escalas de visualização e muitos outros tipos de configurações
iniciais desejadas (AUTODESK, AUTODESK REVIT 2015 - HELP, 2014). Eastman et
al. (2008) enfatiza a possibilidade de se sobrescrever as definições de Templates às
necessidades do usuário.
Templates se mostram uma ferramenta facilitadora no desenvolvimento de
projetos BIM. Projetistas com fortes habilidades para geração de Templates
conseguem, posteriormente ao seu desenvolvimento, reduzir tempo e esforços
necessários para a geração de novos desenhos (EASTMAN, TEICHOLZ, SACKS, &
LISTON, 2008).
3.3.3.2 Schedules Revit
Softwares BIM permitem que seus usuários insiram informações aos
elementos modelados. Essas informações, depois de parametrizadas, podem ser
acessadas e geridas através de schedules (tabelas ou planilhas).
A Autodesk (2014) define Schedules como uma exibição tabular da
informação extraída das propriedades dos elementos de um projeto. Um schedule ou
tabela é capaz de listar todas as instâncias a respeito do tipo de elemento modelado
(AUTODESK, AUTODESK REVIT 2015 - HELP, 2014).
Eastman et al. (2008) ressalta que Schedules podem ser tratados como
modos de visualização de um projeto, que, no caso do Revit, se atualizam
automaticamente de acordo com o que se é modelado no visualizador tridimensional
da plataforma. Em alguns casos, o caminho inverso também é esperado de Schedules
Revit, ou seja, alterações no modelo da edificação através de colunas de Schedules
também são possíveis (EASTMAN, TEICHOLZ, SACKS, & LISTON, 2008).
22
3.3.4 Análise do desempenho térmico utilizando a metodologia BIM
Marzouk & Abdelaty (2014) desenvolveram um sistema de avaliação de
conforto térmico em estações de subsolo de metrôs utilizando a metodologia BIM onde
pôde estabelecer um canal de comunicação entre um modelo BIM concebido em
software Autodesk Revit Architecture, parâmetros de temperatura de conforto de
passageiros e dados de temperatura e umidade colhidos periodicamente por meio de
uma rede sem fio de sensores (Wireless Sensor Network - WSN). Os parâmetros de
temperatura de conforto são estabelecidos de acordo com a temperatura do ar na qual
a maioria dos passageiros se sente satisfeita e é aferida por meio de entrevistas.
Através de um modelo-base BIM desenvolvido utilizando o software Revit
Architecture, Marzouk & Abdelaty (2014) criaram em cada um dos ambientes da
estação um elemento cúbico fictício chamado Monitor de Conforto Térmico ou
“Thermal Comfort Monitor” onde se armazenam todas as informações captadas pela
rede WSN. Para que as medições feitas pela rede de sensores fossem registradas no
monitor fictício, o autor fez uso do programa Gobetwino, capaz de traduzir as
informações captadas pelos sensores em planilhas MS Excel de forma a facilitar a
troca de informações entre os sensores e o modelo-base no software Revit.
23
O método desenvolvido por Marzouk & Abdelaty (2014) se mostra uma
ferramenta eficaz tanto no monitoramento e controle da temperatura interna dos
ambientes das estações dos metrôs quanto na detecção de possíveis falhas de
sistemas de ar-condicionado das instalações das estações.
3.3.5 Levantamento de propriedades térmicas de elementos de edificações
Para que se desenvolvam análises de conforto térmico em modelos BIM, cada
um dos elementos deste modelo deve estar parametrizado quanto às propriedades
físicas dos materiais que os compõe. O software Autodesk Revit Architecture possui
uma vasta biblioteca de materiais, onde suas propriedades gráficas, físicas e térmicas
são disponibilizadas. Com estas informações associadas ao modelo, softwares de
simulação da performance energética de edifícios são capazes de analisar o conforto
térmico das edificações ainda em estágios conceituais de projeto.
FIGURA 3 - DIFERENTES LEITURAS NO NÍVEL DA PLATAFORMA DENTRO DO MODELO BASE-BIM FONTE: Marzouk & Abdelaty (2014)
24
Alternativamente à biblioteca de materiais do Revit, em seu artigo publicado
no periódico Automation in Construction, Ham & Golparvar-Fard (2014), desenvolveu
um sistema para coletar as propriedades físicas reais de elementos de uma
construção existente e, em seguida, parametrizar os elementos do modelo BIM do
mesmo empreendimento de acordo com os dados coletados. Desta forma, o autor
considera os efeitos de envelhecimento e deterioração de materiais ao longo da vida
útil do edifício em questão, podendo-se assim afirmar que, a partir deste sistema, os
modelos BIM e as ferramentas de simulação energética produzirão resultados de
performance mais confiáveis que aqueles gerados através das informações presentes
em bibliotecas de materiais.
Ham & Golparvar-Fard (2014) explica que seu sistema lança mão de uma
coleção de imagens térmicas e digitais capturadas no edifício em inspeção e de
simples levantamentos ambientais. O resultado do sistema proposto pelo autor é um
modelo térmico tridimensional (modelo térmico em nuvem de pontos) no formato
gbXML (Green Building XML), capaz de proporcionar informações fidedignas e
confiáveis a modeladores em trabalhos de simulação energética em BIM, sendo
assim, uma ótima alternativa de parametrização frente às informações encontradas
na biblioteca de materiais do Revit.
25
4 METODOLOGIA
4.1 TEMPLATE REVIT DE AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE
EDIFICAÇÕES
O presente trabalho consiste na criação de interface BIM programada para
avaliar projetos de edificações - quanto aos níveis de conforto térmico previstos pela
norma NBR 15575 - simultânea e interativamente ao seu desenvolvimento conforme
o que se é definido no método da “avaliação simplificada do desempenho térmico”.
Para tal, os “Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do
atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações” definidos
pela norma brasileira ABNT NBR 15220 “Desempenhos térmico de edificações” foram
preparados em forma de três diferentes tabelas/planilha de cálculo ou Schedules Revit
contidos no Template Revit resultado deste projeto. Desta forma, coberturas e
diversos métodos construtivos diferentes de paredes são passíveis de avaliação pela
metodologia desenvolvida.
A avaliação simplificada consiste em comparar os parâmetros térmicos
Transmitância Térmica (U) e Capacidade Térmica (CT) do envelopamento da
edificação com valores limites determinados pela norma. Estes, por sua vez, são
definidos segundo a zona bioclimática na qual a estrutura modelada em questão está
localizada e índices de absortância (α) para radiação solar (ondas curtas) e
emissividade (ε) para radiações a temperaturas comuns (ondas longas) das camadas
mais externas do envelopamento. Os parâmetros térmicos U e CT das paredes e
coberturas da edificação são determinados segundo os métodos de cálculos descritos
pela norma NBR 15220 e dependem das propriedades térmicas (condutividade
térmica e calor específico), físicas (densidade de massa aparente) e geométricas
(espessuras e áreas) dos materiais que compõem tais elementos.
A norma 15220 traz na tabela “B.3 – densidade de massa aparente ( ρ )
condutividade térmica ( λ ) e calor específico ( c )” em seu Anexo B (informativo)
valores não restritivos de norma para tais parâmetros de diversos materiais utilizados
na indústria da construção civil brasileira, sendo assim sugerida a avaliação
laboratorial destes parâmetros sempre que possível. Os índices de absortância à
26
radiação solar (α) e emissividade (ε) mencionados anteriormente, por sua vez, têm
seus valores mencionados na tabela B.2 do mesmo anexo acima referido.
De acordo com a metodologia apresentada pela nova norma de desempenho
de avaliação simplificada, os níveis mínimo, intermediário e superior de conforto
térmico apenas podem ser verificados em coberturas. As paredes da edificação são
apenas avaliadas quanto ao nível mínimo de desempenho térmico requerido por
norma. Caso os valores mínimos não sejam atendidos em qualquer um dos elementos
em estudo, o Template Revit retorna como resultado a sugestão de que o usuário
proceda com a avaliação do desempenho térmico por simulação computacional,
conforme o que preconizam o Guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR
15575/2013 e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas no diagrama a seguir.
Com o intuito de se abranger alguns dos métodos construtivos utilizados na
indústria da construção civil brasileira, O Template Revit desenvolvido neste projeto
contém três diferentes tipos de schedules de avaliação– um para coberturas e outros
dois para paredes. O primeiro, avalia o desempenho térmico tanto de coberturas
FIGURA 4 - MÉTODOS ALTERNATIVOS DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO TÉRMICO FONTE: CBIC (2013)
27
inclinadas quando de coberturas horizontais. Para a avaliação de paredes, o primeiro
schedule refere-se a estruturas de assentamento de blocos (estruturais ou de
vedação, furados ou não) e o segundo, paredes construídas com montantes
estruturais, possibilitando, portanto, a avaliação de paredes de estruturas em Light
Steel Framing e Wood Frame e vedações em pele de vidro.
O material desenvolvido neste projeto também traz informações adicionais ao
usuário do Template. Nas abas de legenda na guia do “Project Browser” do software
Revit, estão anexadas as tabelas com valores sugeridos de norma para parâmetros
térmicos e físicos de materiais para o caso de o usuário não ter dados de laboratórios
ou fornecidos pelos fabricantes. O mapa com as regiões bioclimáticas brasileiras
também é acessível através do Template.
28
5 DESENVOLVIMENTO E UTILIZAÇÃO DO TEMPLATE
5.1 ETAPAS PARA CRIAÇÃO DO TEMPLATE
5.1.1 Definição do sistema de Unidades
Segundo a NBR 15220/2005, as unidades de medida utilizadas durante a
determinação dos níveis de conforto térmico de edificações devem seguir o que se é
determinado pelo Sistema internacional de Unidades. Desta forma, para este
Template, convencionou-se:
5.1.2 Definição de parâmetros de projeto comuns a todos os Schedules de análise de
paredes do Template
Com o intuito de se analisar os elementos verticais modelados no software
através dos Schedules construídos no Template, independentemente de quais sejam
os métodos construtivos definidos para estes elementos, diversos parâmetros de
projeto são criados para que posteriormente, seus valores sejam utilizados nos
cálculos de nível de desempenho térmico da edificação.
FIGURA 5 - DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE UNIDADE UTILIZADO PELO TEMPLATE FONTE: O autor (2014)
29
Parâmetros de Projeto podem ser interpretados como uma ponte na troca de
informações entre os elementos modelados e planilhas de Schedules. Desta forma,
dados como números e textos, são associadas às partes da edificação desenhadas
no modelo tridimensional.
As propriedades geométricas de comprimento, área e espessura de cada uma
das paredes são incorporadas aos Schedules à medida que estes elementos são
modelados. Cada uma das paredes pode ter uma seção transversal própria definida
previamente pelo projetista na aba de criação de paredes. Nesta aba, são
determinados os materiais das camadas estruturais, de substrato e de acabamento
das paredes juntamente com suas respectivas espessuras, propriedades térmicas e
físicas que podem tanto ser definidas levando-se em consideração valores de norma
quanto utilizando-se resultados laboratoriais executados, por exemplo, pelos
fabricantes dos materiais em questão.
Os parâmetros de projeto comuns à todos os tipos de parede comportadas
pelo processo de análise do Template são:
• Id. da parede;
• Tipo da parede;
• Área da parede;
• Comprimento da parede;
• Espessura da parede;
• Materiais componentes;
• Condutividade térmica do material;
• Calor específico do material;
• Densidade de massa aparente do material;
• Definição da camada mais externa da parede;
• Absortância da camada mais externa;
• Volume do material;
Infelizmente, o software não é capaz de listar dados de propriedades térmicas
ou físicas das camadas constituintes das paredes em seus Schedules. Portanto, é
necessário que se criem parâmetros de projeto sob a categoria de materiais onde o
usuário do Template insira os dados acima referidos para que estes valores estejam
30
disponíveis para cálculos posteriores. Estes parâmetros, estão incluídos nas planilhas
do Schedule em forma de colunas e possibilitam a listagem das propriedades dos
materiais componentes dos elementos verticais. Dados referentes à espessura de
cada camada de material é essencial na determinação da capacidade térmica de
paredes mas também não é uma informação que o schedule Revit extraia do modelo
tridimensional. Portanto, criou-se uma coluna de cálculo de espessura onde a
espessura da camada é resultado do quociente do volume do material pela área de
parede.
5.1.3 Schedule 1 - Avaliação do desempenho térmico de paredes de assentamento
de blocos
A construção de paredes de assentamento de blocos, tanto para função de
vedação quanto para função estrutural é um método construtivo amplamente
utilizados na indústria da construção civil brasileira. Para o desenvolvimento de um
schedule capaz de avaliar fielmente o comportamento térmico desta modalidade
construtiva segundo o preconizado pela norma NBR 15220, considerou-se a influência
das propriedades térmicas das camadas de assentamento verticais e horizontais de
blocos assim como as das camadas de ar confinado resultante da existência de furos
em alguns tipos de blocos cerâmicos e estruturais.
Para que apenas as paredes de assentamentos de blocos sejam analisadas
de acordo com as programações de cálculo existentes no Schedule 1 –
DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS, este
Schedule possui um filtro baseado no parâmetro de projeto “Tipo de parede” que
apenas interpreta dados dos elementos definidos pelo projetista como do tipo
“Assentamento de Blocos”. O artifício adotado para que cada uma dessas paredes
seja analisada separadamente, é o de definir agrupamentos de acordo com a
numeração da parede e separando cada um destes agrupamentos por uma linha da
planilha destinada somente a valores totais.
Exclusivamente, para o Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS, foram criados os seguintes
parâmetros de projeto além daqueles comuns a todos os Schedules do Template:
31
• Espessura da camada de assentamento horizontal;
• Espessura da camada de assentamento vertical;
• Condutividade térmica do material de assentamento;
• Calor específico do material de assentamento;
• Densidade de massa aparente do material de assentamento;
• Dimensão e do bloco;
• Dimensão H do bloco;
• Dimensão L do bloco;
• Número de furos do bloco;
• Número de furos na mesma seção horizontal do bloco;
• Número de furos na mesma seção vertical (calculado):
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• Dimensão horizontal do furo;
• Dimensão vertical do furo;
A partir da definição destes parâmetros, é possível traduzir os procedimentos
de cálculos apresentados pela norma NBR 15220 em células de cálculo do Schedule
1 e finalmente definir o nível de desempenho térmico dos elementos analisados.
FIGURA 6 - DIMENSÕES DE BLOCOS FONTE: O autor (2014)
32
5.1.3.1 Schedule 1 – Procedimentos de Cálculo
Após serem definidos os valores para os parâmetros de projeto referentes às
paredes de assentamentos de blocos, a planilha do Schedule 1 executa a sequência
de cálculos definida pela NBR 15220 para a obtenção dos valores de transmitância
térmica e capacidade térmica dos elementos modelados. No caso de paredes de
assentamento de blocos, adotou-se o procedimento de cálculo proposto pela NBR
15220 onde, primeiramente, apenas são calculadas as propriedades térmicas do
bloco isoladamente do restante das camadas da parede.
• Coluna de Cálculo 1/Schedule 1 (ÁreaSeção 1 Bloco ) – Calcula-se a área
transversal ao fluxo de calor da seção 1 do bloco (material: Tijolo) de acordo
com a geometria do elemento isolado. Esta seção é definida pela primeira
região maciça do bloco furado. No caso de blocos inteiramente maciços, esta
seção corresponde à seção total do bloco.
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(Material: Dimensão L do bloco) * (Material: Dimensão H do bloco – Número de furos na mesma seção vertical * Material: Dimensão vertical do furo) / (Número de furos na mesma seção vertical + 1)
o Coluna de Cálculo 2/Schedule 1(Rt1 bloco ) – Calcula-se a Resistência térmica
da seção 1 do bloco (material: Tijolo) de acordo com as propriedades térmicas
deste material.
Região da Seção 2 (Bloco +
Camadas de Ar + Bloco +
Camadas de Ar + Bloco)
Região da
Seção 1 (Bloco) Fluxo de
Calor
FIGURA 7 - DEFINIÇÃO DAS SEÇÕES 1 E 2 DOS BLOCOS FONTE: O autor (2014)
33
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�" /#çã+ Q � R�����ã� � �� S���� TU&+V+W
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(Material: Dimensão e do bloco/100 cm) / Material: Condutividade Térmica
• Coluna de Cálculo 3/Schedule 1 (Área seção 2 bloco ) - Calcula-se a área
transversal ao fluxo de calor da seção 2 do bloco de acordo com a geometria
do elemento isolado (material: Tijolo + Câmara de Ar + Tijolo + Câmara de Ar
+ Tijolo). Esta seção é definida pela primeira região com camadas horizontais
de furos do bloco furado. No caso de blocos inteiramente maciços, esta seção
tem valor nulo.
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
Material: Dimensão L do bloco * Material: Dimensão vertical do Furo
o Coluna de Cálculo 4/Schedule 1 (Rt2 bloco )- Calcula-se a resistência térmica
total da seção 2 do bloco (material: Tijolo + Câmara de Ar + Tijolo + Câmara
de Ar + Tijolo) de acordo com a geometria do elemento isolado e as
propriedades térmicas destes materiais. As resistências térmicas das
camadas confinadas de ar do bloco são definidas de acordo com valores
tabelados de norma (TABELA B.1 Anexo B, pag 08 NBR15220-parte 2). Esta
seção é definida pela primeira região com camadas horizontais de furos do
bloco furado. No caso de blocos inteiramente maciços, o valor da resistência
térmica do bloco será a mesma encontrada no cálculo de Rt1 bloco apresentado
na coluna de cálculo 2.
34
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�"/#çã+] ��U&+V+TU&+V+
O �!$ O�U&+V+TU&+V+
O �!$ O�U&+V+TU&+V+
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(((Material:Dimensãoedobloco/100cm-Material:Númerodefurosnamesmaseção
horizontal*Material:Dimensãohorizontaldofuro/100cm)/(Material:Númerodefuros
namesmaseçãoO1))/Material:Condutividadetérmica)*(Material:Númerodefuros
namesmaseçãohorizontalO1)OMaterial:Númerodefurosnamesmaseçãohorizontal
*0,16
• Coluna de Cálculo 5/Schedule 1 – Calcula-se a resistência térmica total do
bloco.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
4 ∗ Á���f#çã+Q,+U&+V+ O 3 ∗ Á���f#çã+],+U&+V+4 ∗ Á���f#çã+Q,+U&+V+
�"f#çã+QO3 ∗ Á���f#çã+]U&+V+
�"f#çã+]
TABELA 1 - RESISTÊNCIA TÉRMICA DE CÂMARAS DE AR NÃO VENTILADAS, COM LARGURA MUITO MAIOR QUE A ESPESSURA FONTE: ABNT (2005)
35
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
IF (Material: Número de furos do material � 0, 0, ((Número de furos na mesma seção vertical + 1) * Área da Seção 1 Bloco + Número de furos na mesma seção vertical * Área da Seção 2 Bloco) / (((Número de furos na mesma seção vertical + 1) * Área da Seção 1 Bloco / Rt1 Bloco) + (Número de furos na mesma seção vertical * Área da Seção 2 Bloco/ Rt2 Bloco))) Observação: o motivo pelo qual neste caso exista uma fórmula condicional do tipo “IF”
(“se”) é para que nas células das camadas da parede da coluna de cálculo 5 que não
são blocos, o resultado numérico 0 (zero) substitua uma célula vazia, permitindo-se
assim cálculos posteriores que façam referência a esta célula.
• Colunas de Cálculo 6 e 7/Schedule 1 (Rt Assentamento horizontal e Rt Assentamento
Vertical ) - Calculam-se os valores de resistência térmica das camadas horizontal
e vertical de assentamento.
o Fórmula definida pela NBR 15220:
�" !//#0"!*#0"+ � �!//#0"!*#0"+ T!//#0"!*#0"+W
o Fórmula utilizada nas Colunas 1 e 2/Schedule 1:
Coluna 1: (Material: Espessura da camada de assentamento Horizontal / 100 cm) / Condutividade térmica adotada do assentamento Coluna 2: (Material: Espessura da camada de assentamento vertical / 100 cm) / Condutividade térmica adotada do assentamento
Elemento
isolado
Seção A
da parede
Seção B
da parede
FIGURA 8 - DEFINIÇÃO DAS SEÇÕES A E B DA PAREDE FONTE: O autor (2014)
36
• Coluna de Cálculo 8/Schedule 1 (ÁreaSeção A da Parede ) – Calcula-se a área
transversal ao fluxo de calor da seção A da parede definida pelas regiões de
assentamentos vertical e horizontal do bloco no elemento isolado (material:
Camadas de Revestimento + Camadas de Assentamentos Horizontal e
Vertical + Camadas de Revestimento).
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
Material: Espessura da camada de assentamento Horizontal * Material: Dimensão L o bloco + Material: Espessura da camada de assentamento vertical * Material: Dimensão H do Bloco
• Coluna de Cálculo 9/Schedule 1 (ÁreaSeção B da parede )– Calcula-se a área
transversal ao fluxo de calor da seção B da parede definida pela região do
bloco no elemento isolado (material: Camadas de Revestimento + Região
Maciça do Bloco + Camadas de Revestimento).
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
Material: Dimensão L o bloco * Material: Dimensão H do Bloco
• Coluna de Cálculo 10/Schedule 1 (Rt da camada horizontal de assentamento ) – Calcula-
se a resistência térmica dos materiais das camadas de revestimento da
parede (Seção A da parede)
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�" #&#*#0"+ � �#&#*#0"+ T#&#*#0"+W
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(Espessura Material / 100 cm) / Material: Condutividade Térmica - R1 Bloco
• Coluna de Cálculo 11/Schedule 1 (Rt A total ) - Calcula-se a resistência térmica
total da seção A da parede (material: Camadas de Revestimento + Camadas
37
de Assentamentos horizontal e vertical + Camadas de Revestimento) de
acordo com as propriedades térmicas desses materiais.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�/#çã+ o p!$#,# � �V!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+TV!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+
+ �!//#0"!*#0"+T!//#0"!*#0"+
+ �V!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+TV!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
((Espessura Material / 100 cm) / Material: Condutividade Térmica - Rt1 Bloco) + Resistência Térmica Total da Camada Horizontal de Assentamento
• Coluna de cálculo 12/Schedule 1 (Rt B total ) – Calcula-se a resistência térmica
total da seção B da parede (material: Camadas de Revestimento + Bloco +
Camadas de Revestimento) de acordo com a geometria do elemento isolado.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�/#çã+ t p!$#,# � �V!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+TV!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+
+ �" t&+V+ + �V!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+TV!*!,!/ ,# $#q#/"%*#0"+
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(Espessura Material / 100 cm) / Material: Condutividade Térmica - R1 Bloco + Resistência Térmica do Bloco
• Coluna de Cálculo 13/Schedule 1 (Rt parede ) – Calcula-se a resistência térmica
da parede.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
Á���f#çã+ o ,! p!$#,# + Á���f#çã+ t ,! p!$#,#Á���f#çã+ o ,! p!$#,#
�" f#çã+ o+ Á���f#çã+ t ,! p!$#,#
�" f#çã+ t
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
(Seção A da Parede + Seção B da Parede) / (Seção A da Parede / Rt A Total + Seção B da Parede / Rt B Total)
38
• Coluna de Cálculo 14/Schedule 1 (Rt total da parede ) – Calcula-se a resistência
térmica total da parede. Esta coluna soma à coluna 13 valores de resistências
térmicas de superfície presentes na tabela a seguir.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
�" � �/% + �" ,! p!$#,# + �/#
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
Rt Parede + 0,13 + 0,04
• Coluna de Cálculo 15/Schedule 1 (Transmitância Térmica ) – Calcula-se a
transmitância térmica da parede.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
v � 1 �"W
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
1 / Rt Total da Parede
• Coluna de Cálculo 16/Schedule 1 (Seção Transversal B) – Calcula-se a área
da seção transversal B da parede. A seção B da parede equivale à região da
camada maciça horizontal do bloco (materiais: Camadas de Revestimento +
Região Maciça do Bloco + Camadas de Revestimento).
TABELA 2 - RESISTÊNCIAS TÉRMICAS SUPERFICIAIS INTERNA E EXTERNA FONTE: ABNT (2015)
39
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
Espessura da parede * (Material: Dimensão H do Bloco - Número de furos na mesma seção vertical * Material: Dimensão Vertical do Furo) / (Número de furos na mesma seção vertical + 1)
• Coluna de Cálculo 17/Schedule 1 (Seção Transversal C) – Calcula-se a área
transversal da Seção C da parede. A seção C da parede equivale à região da
camada furada do bloco (materiais: Camadas de Revestimento + Região
Maciça do Bloco + Camada de Ar + Região Maciça do Bloco + Camada de Ar
+ Região Maciça do Bloco + Camadas de Revestimento).
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
Material: Dimensão vertical do Furo * Material: Dimensão L o bloco
• Coluna de Cálculo 18/Schedule 1 (CT A) – Calcula-se a capacidade térmica da
seção A da parede de acordo com a geometria da seção da parede definida
pela camada de assentamento de blocos (material: Camadas de
Revestimento do Bloco + Camadas de Assentamentos horizontal e vertical +
Camadas de Revestimento do Bloco).
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
x �% ∗ �% ∗ y% � 2 ∗ (� ∗ � ∗ y)V!*!,!/ $#q#/"%*#0"+ +z
%{Q(� ∗ � ∗ y)!//#0"!*#0"+
o Fórmula utilizada pelo Schedule 1:
IF (Resistência Térmica dos Elementos � 0, Capacidade Térmica do Assentamento * [Capacidade Térmica do Assentamento/Camadas], Material: Calor Específico / 1000 cm * [Material: Densidade da massa aparente (kg/m³)] * Espessura Material / 100 + Capacidade Térmica do Assentamento * [Capacidade Térmica do Assentamento/Camadas])
• Coluna de Cálculo 19/Schedule 1 (CT B) – Calcula-se a capacidade térmica
da seção B da parede de acordo com a geometria da seção da parede. A
seção B equivale à região da camada maciça do bloco (materiais: Camadas
40
de Revestimento do Bloco + Camada Maciça do Bloco + Camadas de
Revestimento do Bloco).
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
x �% ∗ �% ∗ y% � 2 ∗ (� ∗ � ∗ y)V!*!,!/ $#q#/"%*#0"+ +z
%{Q(� ∗ � ∗ y)U&+V+
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
Espessura Material / 100 cm * Material: Calor Específico / 1000 * [Material: Densidade da massa aparente (kg/m³)]
• Coluna de Cálculo 20/Schedule 1 (CT C) – Calcula-se a capacidade térmica
da seção C da parede.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
x �% ∗ �% ∗ y% � 2 ∗ (� ∗ � ∗ y)V!*!,!/ ,# !$ +�
%{Q3 ∗ (� ∗ � ∗ y)U&+V+
+ 2 ∗ (� ∗ � ∗ y)V!*!,!/ $#q#/"%*#0"+
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
(Espessura Material - Material: Número de furos na mesma seção * Material: Dimensão horizontal do furo) / 100 cm * Material: Calor Específico / 1000 * [Material: Densidade da massa aparente (kg/m³)]
• Coluna21/Schedule 1 (CT T) – Calcula-se a capacidade térmica total da
parede.
o Fórmula utilizada pela NBR 15220:
��" � �/#çã+ o + 4 ∗ �/#çã+ t + 3 ∗ �/#çã+ ��/#çã+ o
�� o+ 4 ∗ �/#çã+ t
�� t+ 3 ∗ �/#çã+ �
�� �
41
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
(Seção Transversal A + (1 + Número de furos na mesma seção vertical) * Seção Transversal B + Número de furos na mesma seção vertical * Seção Transversal C) / (Seção Transversal A / CT A Total + (1 + Número de furos na mesma seção vertical) * Seção Transversal B / CT B Total + Número de furos na mesma seção vertical * Seção Transversal C / CT C Total)
• Coluna de Cálculo 22/Schedule 1 (Avaliação Z1 e Z2 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da parede em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z1 e Z2 de acordo com os valores máximos admitidos para a
trasmitância térmica de paredes externas e com os valores mínimos admitidos
para a capacidade térmica de paredes externas determinados pela ABNT
NBR 15220/2005. No caso de enquadramento da parede em questão nas
faixas de valores normativos limites, a célula está programada para retornar a
mensagem “M – Desempenho Mínimo”. Em contrapartida, no caso de pelo
menos um destes requisitos não ser alcançado, a célula está programada
para retornar a mensagem “Requer Avaliação Computacional”.
TABELA 3 – VALORES MÁXIMOS ADMITIDOS PARA A TRANSMITÂNCIA TÉRMICA DE PAREDES EXTERNAS FONTE: ABNT (2005)
TABELA 4 - VALORES MÍNIMOS ADMITIDOS PARA CAPACIDADE TÉRMICA DE PAREDES EXTERNAS FONTE: ABNT (2005)
42
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
IF(and(not(Transmitância Térmica > 2,5), not(CT T < 130)), "M - Desempenho Mínimo", "Requer Avaliação Computacional")
• Coluna 21/Schedule 1 (Avaliação Z3 a Z7 ) – Avalia-se o desempenho térmico
da parede em análise para regiões das zonas bioclimáticas Z3, Z4, Z5, Z6 e
Z7 de acordo com os valores máximos admitidos para a trasmitância térmica
de paredes externas (Tabela 13, página 27 da NBR 15575) e com os valores
mínimos admitidos para a capacidade térmica de paredes externas (Tabela
14, página 27 da NBR 15575). No caso de enquadramento da parede em
questão nas faixas de valores máximos e mínimos demonstrados nestas
tabelas, a célula está programada para retornar a mensagem “M –
Desempenho Mínimo”. Em contrapartida, no caso de pelo menos um destes
requisitos não ser alcançado, a célula está programada para retornar a
mensagem “Requer Avaliação Computacional”
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
IF(or(and(not(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6), not(Transmitância Térmica > 3,7), not(CT T < 130)), and(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6, not(Transmitância Térmica > 2,5), not(CT T < 130))), "M - Desempenho Mínimo", "Requer Avaliação Computacional")
• Coluna 22/Schedule 1 (Avaliação Z8 ) – Avalia-se o desempenho térmico da
parede em análise para regiões da zona bioclimática Z8 de acordo com os
valores máximos admitidos para a trasmitância térmica de paredes externas
(Tabela 13, página 27 da NBR 15575) e com os valores mínimos admitidos
para a capacidade térmica de paredes externas (Tabela 14, página 27 da NBR
15575). No caso de enquadramento da parede em questão nas faixas de
valores máximos e mínimos demonstrados nestas tabelas, a célula está
programada para retornar a mensagem “M – Desempenho Mínimo”. Em
contrapartida, no caso de pelo menos um destes requisitos não ser alcançado,
a célula está programada para retornar a mensagem “Requer Avaliação
Computacional”
43
o Fórmula utilizada no Schedule 1:
IF(or(and(not(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6), not(Transmitância Térmica > 3,7), not(CT T < 130)), and(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6, not(Transmitância Térmica > 2,5))), "M - Desempenho Mínimo", "Requer Avaliação Computacional")
44
5.1.4 Schedule 2 - Avaliação do desempenho térmico de paredes de montantes
estruturais
Paredes de montantes estruturais como o Light Steel Framing e o Woodframe
vêm se mostrando ótimas alternativas construtivas no âmbito de construções
eficientes e de pouco desperdício de materiais. Estas metodologias dependem de
materiais de alta tecnologia com grandes capacidades de isolamento térmico e
acústico que, quando dispostos em camadas, proporcionam altos níveis de
desempenho em edificações.
O Schedule 2 – DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE MONTANTES
ESTRUTURAIS do Template Revit deste projeto avalia todas as camadas de
isolamento térmico quanto aos seus níveis de desempenho de forma a se obter um
resultado final total para a parede. Adicionalmente, para que a avaliação do
desempenho térmico de paredes construídas sob a ótica destes métodos construtivos
seja de fato compatível ao que determina a norma NBR 15575, o Template Revit
criado no presente trabalho considera a influência dos montantes estruturais no
desempenho térmico total das paredes de montantes estruturais.
Assim como no Schedule 1 citado anteriormente, o Schedule 2 possui seus
próprios parâmetros de projeto e tem a mesma capacidade de filtrar e ordenar apenas
elementos construtivos definidos como sendo do tipo “Montantes Estruturais”. O
schedule também proporciona ao seu usuário, a possibilidade de executar projetos
deste tipo com baixos níveis de detalhamento. Não é necessário que o projetista
modele a estrutura de montantes das paredes para que o Schedule 2 proceda com a
avaliação já que os parâmetros de projetos definidos nessa programação de cálculo
permitem a definição de algumas características construtivas de maneira textual.
Os parâmetros de projeto do Schedule 2 foram definidos da seguinte forma:
• Espessura do perfil;
• Largura do Montante
• Altura da aba lateral do montante;
• Calor específico do perfil;
• Condutividade térmica dos montantes;
• Densidade de massa aparente especifica do perfil;
• Espaçamento entre montantes verticais;
45
• Número de montantes horizontais intermediários;
• Altura da parede (calculada através do quociente da área da parede pelo
comprimento da parede);
A norma NBR 15220 não traz exemplos de cálculo de Transmitância Térmica
(U) e Capacidade Térmica (CT) para este tipo de solução estrutural, porém,
considerou-se neste trabalho a possibilidade de se executar rotinas de cálculo
semelhantes àquelas destinadas às paredes de assentamento de blocos sólidos,
partindo-se do princípio de que os assentamentos horizontal e vertical de blocos se
comportam, geometricamente, de forma análoga aos montantes verticais e horizontais
das paredes de montantes estruturais.
5.1.4.1 Schedule 2 – Procedimento de Cálculo:
• Coluna de Cálculo 1/Schedule 2 (Rt total dos elementos ) – Calcula-se a resistência
térmica das camadas da parede.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
(Espessura Material / 100 cm) / Material: Condutividade Térmica
• Coluna de Cálculo 2/Schedule 2 (Rt dos montantes ) – Calcula-se a resistência
térmica dos montantes estruturais.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
(Espessura do Perfil / 100 cm) / Condutividade Térmica dos Montantes
• Coluna de Cálculo 3/Schedule 2 (Área da Seção A ) – Calcula-se a área total
perpendicular ao fluxo de calor da seção A da parede definida pelas regiões
de montantes horizontais e verticais. Esta coluna considera em seu cálculo a
existência de no mínimo dois montantes horizontais na parede: um superior e
outro inferior.
46
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
(2 + Numero de Montantes Intermediários) * Espaçamento entre Montantes * Altura da Aba do Montante + Altura da Parede * Largura do Montante
• Coluna de Cálculo 4/Schedule 2 (Área da Seção B )– Calcula-se a área total
perpendicular ao fluxo de calor da seção B da parede definida pela região das
camadas de isolamento e acabamento da parede.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
Altura da Parede * Espaçamento entre Montantes - (2 + Numero de Montantes Intermediários) * Altura da Aba do Montante * Espaçamento entre Montantes
• Coluna de Cálculo 5/Schedule 2 (Rt total da parede ) – Calcula-se a resistência
térmica total da parede.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
(Área da seção A + Área da seção B) / (Área da seção A / Resistência térmica dos montantes + Área da seção B / Resistência térmica total dos elementos) + Resistência Superficial Externa + Resistência Superficial Interna
• Coluna de Cálculo 6/Schedule 2 – Calcula-se a transmitância térmica da
parede:
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
1 / Rt Total da Parede
• Coluna de Cálculo 7/Schedule 2 (CTtotal elementos ) – Calcula-se a capacidade
térmica dos elementos da camada de isolamento e de vedação.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
[Material: Densidade da massa aparente (kg/m³)] * (Espessura Material / 100 cm) * Material: Calor Específico / 1000
47
• Coluna de Cálculo 8/Schedule 2 (CTdos perfis ) – Calcula-se a capacidade
térmica dos perfis.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
Espessura do Perfil / 100 cm * Densidade de Massa aparente especifica do perfil * Calor Especifico do Perfil / 1000
• Coluna de Cálculo 9/Schedule 2 (CT T) – Calcula-se a capacidade térmica
total da parede.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
(Área da seção A + Área da seção B) / (Área da seção A / CT dos Perfis + Área da seção B / CT total Elementos)
• Coluna de Cálculo 10/Schedule 2 (Avaliação Z1 e Z2 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da parede em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z1 e Z2 de acordo com os valores máximos admitidos para a
trasmitância térmica de paredes externas (Tabela 13, página 27 da NBR
15575) e com os valores mínimos admitidos para a capacidade térmica de
paredes externas (Tabela 14, página 27 da NBR 15575). No caso de
enquadramento da parede em questão nas faixas de valores de máximos e
mínimos demonstrados nestas tabelas, a célula está programada para
retornar a mensagem “M – Desempenho Mínimo”. Em contrapartida, no caso
de pelo menos um destes requisitos não ser alcançado, a célula está
programada para retornar a mensagem “Requer Avaliação Computacional”.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
IF(and(not(Transmitância Térmica > 2,5), not(CT T < 130)), "Nível de Desempenho M", "Executar Avaliação Computacional")
• Coluna de Cálculo 11/Schedule 2 (Avaliação Z3 a Z7 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da parede em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z3, Z4, Z5, Z6 e Z7 de acordo com os valores máximos
48
admitidos para a trasmitância térmica de paredes externas (Tabela 13, página
27 da NBR 15575) e com os valores mínimos admitidos para a capacidade
térmica de paredes externas (Tabela 14, página 27 da NBR 15575). No caso
de enquadramento da parede em questão nas faixas de valores de máximos
e mínimos demonstrados nestas tabelas, a célula está programada para
retornar a mensagem “M – Desempenho Mínimo”. Em contrapartida, no caso
de pelo menos um destes requisitos não ser alcançado, a célula está
programada para retornar a mensagem “Requer Avaliação Computacional”.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
IF(or(and(not(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6), not(Transmitância Térmica > 3,7), not(CT T < 130)), and(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6, not(Transmitância Térmica > 2,5), not(CT T < 130))), "Nível de Desempenho M", "Requer Avaliação Computacional")
• Coluna de Cálculo 12/Schedule 2 (Avaliação Z8 ) – Avalia-se o desempenho
térmico da parede em análise para regiões da zona bioclimática Z8 de acordo
com os valores máximos admitidos para a trasmitância térmica de paredes
externas (Tabela 13, página 27 da NBR 15575) e com os valores mínimos
admitidos para a capacidade térmica de paredes externas (Tabela 14, página
27 da NBR 15575). No caso de enquadramento da parede em questão nas
faixas de valores de máximos e mínimos demonstrados nestas tabelas, a
célula está programada para retornar a mensagem “M – Desempenho
Mínimo”. Em contrapartida, no caso de pelo menos um destes requisitos não
ser alcançado, a célula está programada para retornar a mensagem “Requer
Avaliação Computacional”.
o Fórmula utilizada no Schedule 2:
IF(or(and(not(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6), not(Transmitância Térmica > 3,7), not(CT T < 130)), and(Absortância da camada mais externa segundo tabela B2 > 0,6, not(Transmitância Térmica > 2,5))), "Nível de Desempenho M", "Requer Avaliação Computacional")
49
5.1.5 Definição de parâmetros de projeto do Schedule de análise de coberturas do
Template
Diferentemente do que se pondera na avaliação do desempenho térmico de
paredes, o método de cálculo dos valores de Capacidade Térmica e Transmitância
térmica de coberturas proposto pela NBR 15220 não varia de acordo com os materiais
que compõem suas estruturas. Adicionalmente, os efeitos da resistência térmica de
forros e de câmaras de ar ventiladas (regiões compreendidas entre os forros e as
coberturas) devem ser considerados durante o processo de verificação do nível de
desempenho térmico das coberturas. Infelizmente, o software não permite a criação
de um schedule multimodal, ou seja, não é possível extrair informações de
propriedades térmicas e geométricas de forros e coberturas simultânea e diretamente
do modelo e utilizá-las no mesmo schedule por exemplo. Desta forma, o schedule
apresentado nesta seção, necessita de alguns parâmetros pertinentes a outros tipos
de elementos que não a coberturas propriamente.
De maneira geral, o procedimento de cálculo de parâmetros térmicos de
coberturas procede de forma análoga àquele apresentado na avaliação de paredes
exceto pelas ressalvas expostas no parágrafo anterior. Portanto, assim como visto em
outras seções deste trabalho, primeiramente se devem definir parâmetros de projeto
para que se proceda o desenvolvimento do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO
DE COBERTURAS.
Os parâmetros de projeto do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS foram definidos da seguinte forma:
• Identificação da cobertura;
• Área total da cobertura;
• Altura da abertura na cobertura;
• Perímetro da cobertura (admitindo-se a aproximação de que cobertura seja
um quadrado de área igual à “Área total da cobertura” cujo perímetro é 4 ∗�Á��� ����� �� ��S�������
);
• Materiais componentes;
• Volume do material;
• Espessura do material (calculada através do quociente do volume do material
pela área da cobertura);
50
• Resistência térmica das camadas da cobertura (este valor já é calculado pelo
software de acordo com a equação �" � ∑ T% �%⁄0% , onde, λi é a condutividade
térmica de cada camada de material, ei, a espessura de cada camada e n, o
número de camadas de materiais da cobertura, assim como sugere a NBR
15220);
• Espessura do forro;
• Condutividade térmica do forro;
• Emissividade da camada mais externa segunda a tabela B2.
Após a entrada de dados nas colunas de parâmetros de projeto pelo usuário
do Template, o Schedule procede à avaliação do desempenho térmico das coberturas,
que, por serem identificadas (numeradas), são avaliadas independentemente umas
das outras devido às regras de agrupamento por “Identificação da cobertura” definida
no schedule 3.
5.1.5.1 Schedule 3 - Procedimento de Cálculo
• Coluna de Cálculo 1/Schedule 3 (Área de abertura ) – Calcula-se a área total
de abertura da cobertura em cm².
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
Perímetro da cobertura / 1 m² * Altura da abertura na cobertura / 1 * 10000
• Coluna de Cálculo 2/Schedule 3 – Classifica-se o tipo de câmara de ar
existente entre o forro e a cobertura de acordo com a tabela 1 da NBR 15220.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Área de abertura / Área total da cobertura < 30, "Pouco Ventilada", "Muito Ventilada")
51
• Coluna de Cálculo 3/Schedule 3 (Rt do forro ) – Calcula-se a resistência térmica
do forro de acordo com a fórmula de cálculo da resistência térmica de
materiais já apresentada em outras seções deste trabalho.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
(Espessura do Forro / 100 cm) / Condutividade térmica do forro
• Coluna de Cálculo 4/Schedule 3 (Rt ar ascendente ) – Define-se o valor da
resistência térmica do ar ascendente da câmara de ar entre o forro e a
cobertura segundo a tabela A.1 da NBR 15220 já apresentada anteriormente
neste trabalho.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Emissividade Segundo Tabela B2 > 0,8, (IF(and(Altura da cobertura > 1 cm, not(Altura da cobertura > 2 cm)), 0,13, (IF(and(Altura da cobertura > 2 cm, not(Altura da cobertura > 5 cm)), 0,14, (IF(Altura da cobertura > 5 cm, 0,14, 0)))))), (IF(Emissividade Segundo Tabela B2 < 0,2, (IF(and(Altura da cobertura > 1 cm, not(Altura da cobertura > 2 cm)), 0,23, (IF(and(Altura da cobertura > 2 cm, not(Altura da cobertura > 5 cm)), 0,25, (IF(Altura da cobertura > 5 cm, 0,27, 0)))))), 0)))
• Coluna de Cálculo 5/Schedule 3 (Rt ar descendente ) – Define-se o valor da
resistência térmica do ar descendente da câmara de ar entre o forro e a
cobertura segundo a tabela A.1 da NBR 15220 já apresentada anteriormente
neste trabalho.
TABELA 3 - CONDIÇÕES DE VENTILAÇÃO PARA CÂMARAS DE AR FONTE: ABNT (2005)
52
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Emissividade Segundo Tabela B2 > 0,8, (IF(and(Altura da cobertura > 1 cm, not(Altura da cobertura > 2 cm)), 0,15, (IF(and(Altura da cobertura > 2 cm, not(Altura da cobertura > 5 cm)), 0,18, (IF(Altura da cobertura > 5 cm, 0,21, 0)))))), (IF(Emissividade Segundo Tabela B2 < 0,2, (IF(and(Altura da cobertura > 1 cm, not(Altura da cobertura > 2 cm)), 0,29, (IF(and(Altura da cobertura > 2 cm, not(Altura da cobertura > 5 cm)), 0,43, (IF(Altura da cobertura > 5 cm, 0,61, 0)))))), 0)))
• Coluna de Cálculo 6/Schedule 3 (Rt total da cobertura no Inverno ) – Calcula-se a
resistência térmica total da cobertura no inverno apenas para efeito
informativo, já que, para efeitos de avaliação do desempenho térmico,
somente o valor da resistência térmica da cobertura no verão deve ser
considerado. Segundo a NBR 15220, em condições de inverno, no caso de
câmaras de ar pouco ventiladas, a resistência térmica da câmara será igual à
da camada não ventilada e obtida na tabela B.1 anteriormente mencionada
neste trabalho. Por outro lado, em condições de inverno em que a câmara de
ar é considerada muito ventilada, a norma sugere que a resistência térmica
de coberturas seja calculada em função dos valores de resistência superficial
interna e a resistência térmica do forro como mostrado a seguir:
o Fórmula da NBR15220 para coberturas com câmara de ar muito ventilada em
condições de inverno:
�" � 2 ∗ �/% + �" -+$$+
Onde: Rt forro é a resistência térmica da camada interna do componente construtivo. no caso de coberturas, é a resistência térmica do componente localizado entre a câmara de ar e o ambiente interno –forro; Rsi é a resistência térmica superficial interna obtida da tabela A.1 do anexo A da NBR 15220 mostrada anteriormente neste trabalho.
53
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Área de abertura / Área total da cobertura< 30, 0,1 + 0,04 + Resistência Térmica do Forro + Resistência Térmica das camadas da cobertura / 1 (m²·K)/W, 2 * 0,1 + Resistência Térmica do Forro)
• Coluna de Cálculo 6/Schedule 3 (Rt cobertura no Verão ) – Calcula-se a resistência
térmica da cobertura no verão. Este valor não representa a resistência térmica
total da cobertura porque ainda não considera os efeitos das resistências
térmicas superficiais interna e externa obtidas na tabela A.1 do Anexo A da
NBR 15220 mostrado anteriormente neste trabalho.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
Resistência Térmica das camadas da cobertura/ 1 (m²·K)/W + Resistência Térmica do Forro + Resistência térmica do ar descendente
• Coluna de Cálculo 7/Schedule 3 (Rt total cobertura no Verão ) – Calcula-se a
resistência térmica total da cobertura no verão, onde consideram-se os efeitos
das resistências térmicas superficiais interna e externa obtidas na tabela A.1
do Anexo A da NBR 15220.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
Resistência térmica da cobertura no verão + 0,17 + 0,04
• Coluna de Cálculo 8/Schedule 3 (Transmitância térmica total da cobertura
no inverno ) – Calcula-se a transmitância térmica da cobertura no inverno
calculada apenas para efeito informativo como mencionado anteriormente na
Coluna de Cálculo 6/Schedule 3.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
1 / Resistência térmica total da cobertura no Inverno
• Coluna de Cálculo 9/Schedule 3 (Transmitância térmica total da cobertura
no verão ) – Calcula-se a transmitância térmica da cobertura no verão.
54
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
1 / Resistência térmica total da cobertura no Verão
• Coluna de Cálculo 10/Schedule 3 – Calcula-se o fator de ventilação (FV) da
cobertura conforme apresentado pela Tabela 6.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF((Abertura na cobertura / 1 cm) � 1,17 – 1,07 * (Abertura na cobertura / 1 cm) ^ (-1,04))
• Coluna de Cálculo 11/Schedule 3 (Avaliação Z1 e Z2 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da cobertura em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z1 e Z2 de acordo com os critérios e níveis de desempenho de
coberturas quanto à transmitância térmica (Tabela I.4, página 55 da NBR
15575 – Parte 5). Diferentemente do que se é apresentado no processo de
verificação do desempenho térmico de paredes, o processo simplificado de
avaliação do desempenho térmico de coberturas permite sua verificação
quanto aos níveis mínimo, intermediário e superior de desempenho. Nas
regiões bioclimáticas abrangidas nesta coluna de cálculo, os valores limites
de transmitância térmica de coberturas são 2,3 para desempenho mínimo, 1,5
TABELA 4 - CRITÉRIOS E NÍVEIS DE DESEMPENHO DE COBERTURAS QUANTO À TRANSMITÂNCIA TÉRMICA FONTE: CBIC (2013)
55
para desempenho intermediário e 1,0 para desempenho superior.
Analogamente ao determinado no procedimento de avaliação do desempenho
térmico de paredes, o não atingimento dos requisitos acima demonstrados,
resulta na necessidade de se realizar a avaliação computacional da cobertura
para que assim se possa determinar sua adequação à norma de desempenho.
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 2,3, "Requer Avaliação Computacional", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1,5, "M - Desempenho Mínimo", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1, "I - Desempenho Intermediário", "S - Desempenho Superior")))
• Coluna de Cálculo 12/Schedule 3 (Avaliação Z3 a Z6 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da cobertura em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z3, Z4, Z5 e Z6 de acordo com os critérios e níveis de
desempenho de coberturas quanto à transmitância térmica (Tabela I.4, página
55 da NBR 15575 – Parte 5). Nas regiões bioclimáticas abrangidas nesta
coluna de cálculo, os valores limites de transmitância térmica de coberturas
variam de acordo com o valor de absortância à luz solar da camada mais
externa do elemento. Sendo assim, para absortâncias menores ou iguais à
0,6, o valor máximo para a transmitância térmica de coberturas é de 2,3 para
desempenho mínimo, 1,5 para desempenho intermediário e 1,0 para
desempenho superior. Já no caso de valores maior que 0,6 para absortância
à luz solar da camada mais externa da cobertura, o valor máximo para
transmitância térmica da cobertura é de 1,5 para desempenho mínimo, 1,0
para desempenho intermediário e 0,5 para desempenho superior. Como dito
anteriormente, o não atingimento dos requisitos acima demonstrados, resulta
na necessidade de se realizar a avaliação computacional da cobertura para
que assim se possa determinar sua adequação à norma de desempenho.
56
o Fórmula utilizada pelo Schedule 3:
IF(Emissividade Segundo Tabela B2 > 0,6, IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1,5, "Requer Avaliação Computacional", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1, "M - Desempenho Mínimo", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 0,5, "I - Desempenho Intermediário", "S - Desempenho Superior"))), IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 2,3, "Requer Avaliação Computacional", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1,5, "M - Desempenho Mínimo", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1, "I - Desempenho Intermediário", "S - Desempenho Superior"))))
• Coluna de Cálculo 12/Schedule 3 (Avaliação Z7 e Z8 ) – Avalia-se o
desempenho térmico da cobertura em análise para regiões das zonas
bioclimáticas Z7 e Z8 de acordo com os critérios e níveis de desempenho de
coberturas quanto à transmitância térmica (Tabela I.4, página 55 da NBR
15575 – Parte 5). Nas regiões bioclimáticas abrangidas nesta coluna de
cálculo, os valores limites de transmitância térmica de coberturas variam de
acordo com o valor de absortância à luz solar da camada mais externa do
elemento e seus fatores de ventilação (FV). Sendo assim, para absortâncias
menores ou iguais à 0,6, o valor máximo para a transmitância térmica de
coberturas é de 2,3*FV para desempenho mínimo, 1,5*FV para desempenho
intermediário e 1,0*FV para desempenho superior. Já no caso de valores
maior que 0,6 para absortância à luz solar da camada mais externa da
cobertura, o valor máximo para transmitância térmica é de 1,5*FV para
desempenho mínimo, 1,0*FV para desempenho intermediário e 0,5*FV para
desempenho superior. Novamente, o não atingimento dos requisitos acima
demonstrados, resulta na necessidade de se realizar a avaliação
computacional da cobertura para que assim se possa determinar sua
adequação à norma de desempenho.
57
o Fórmula utilizada no Schedule 3:
IF(Emissividade Segundo Tabela B2 > 0,4, IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1,5, "Requer Avaliação Computacional", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1 * Fator de Ventilação, "M - Desempenho Mínimo", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 0,5 * Fator de Ventilação, "I - Desempenho Intermediário", "S - Desempenho Superior"))), IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 2,3, "Requer Avaliação Computacional", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1,5 * Fator de Ventilação, "M - Desempenho Mínimo", IF(Transmitância térmica total da cobertura no verão > 1 * Fator de Ventilação, "I - Desempenho Intermediário", "S - Desempenho Superior"))))
58
5.2 UTILIZAÇÃO DO TEMPLATE REVIT DE ANÁLISE DE DESEMPENHO
TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
5.2.1 Acessando o Template Revit de análise de conforto térmico de edificações
Os arquivos de Templates Revit são salvos no formato .RTE e, no caso do
Template de análise de desempenho térmico de edificações aqui desenvolvido,
encontra-se na pasta de Templates Revit que pode ser acessada através da abertura
de um novo arquivo de projeto do tipo .RVT.
Desta forma, ao iniciar um novo projeto, o modelador terá seu modelo
tridimensional analisado quanto ao seu desempenho térmico simultaneamente à sua
execução, possibilitando assim que decisões a respeito de materiais de revestimento
FIGURA 9 - PROCEDIMENTO PARA ACESSAR O TEMPLATE A PARTIR DE UM NOVO PROJETO Fonte: O autor (2014)
59
e acabamentos sejam definidos de acordo com as características térmicas da
edificação em questão sob a ótica de um processo interativo de tomadas de decisão.
FIGURA 10 - INTERFACE DO TEMPLATE FONTE: O autor (2014)
5.2.2 Dados de entrada durante a fase de projeto e resultados obtidos através do
Template
Para a adequada utilização do Template Revit desenvolvido neste trabalho, é
necessário que cada uma das paredes e coberturas definidas na fase de modelação
tridimensional da edificação seja identificada numérica para que o schedule Revit
interprete cada elemento independentemente e, consequentemente, consiga executar
análises de seus respectivos materiais componentes separadamente. Com esse
intuito, criaram-se os Parâmetros de Projeto sob as categorias de Paredes e
Coberturas chamados respectivamente de “Id. da Parede” e “Id. da Cobertura”, onde
se é possível definir facilmente, através da Interface do Usuário “Propriedades”
localizada ao lado esquerdo da janela do Revit, o número de identificação de cada um
destes elementos ao longo do processo de modelagem.
60
A Interface do Usuário “Propriedades” é a melhor forma de se inserir as
informações necessárias ao processo de avaliação de desempenho térmico de
elementos modelados. Simultaneamente ao desenvolvimento do modelo, o usuário
do software tem a possibilidade de preencher os valores dos parâmetros de projeto
do Template através desta interface que automaticamente interage com os schedules
alimentando suas colunas de cálculos para que assim se procedam as determinações
dos parâmetros térmicos Transmitância Térmica (U) e Capacidade Térmica (CT) dos
componentes do invólucro da edificação. Além da identificação dos elementos, a
Interface do Usuário “Propriedades” permite ao projetista a definição do tipo de
estrutura de parede que está sendo modelada, o que possibilita sua análise de acordo
com a programação de cálculo pertinente à sua modalidade de estrutura (“Paredes de
assentamento de blocos” ou “Parede de montantes estruturais” no caso de paredes).
Como o schedule para avaliação do desempenho térmico de coberturas abrange
qualquer tipo de cobertura modelada, estes elementos não necessitam de definição
quanto aos seus métodos construtivos.
Após serem definidos os dados de entrada relacionados à identificação de
elementos, o usuário deve definir as propriedades térmicas e físicas dos materiais
componentes das estruturas modeladas. De forma a auxiliar seu usuário na definição
de tais propriedades, o Template contém em seu “Navegador de Projeto” (localizada
no lado esquerdo da janela do Revit ao lado da Interface do Usuário “Propriedades”),
sob a categoria de “Legendas”, uma lista de propriedades térmicas e físicas sugeridas
pela tabela B.3 do Anexo B da norma NBR 15220 para diversos materiais utilizados
na indústria da construção civil brasileira.
61
Definidos os parâmetros de projeto, e modelada a edificação, o usuário terá
automaticamente o resultado de análise do desempenho térmico de seu projeto. No
caso de atingimento dos níveis de desempenho mínimo, intermediário ou superior
prescritos por norma para cada uma das zonas bioclimáticas brasileiras, os schedules
1,2 e 3 estão programados para mostrar este resultado em células coloridas de verde,
facilitando-se assim a identificação visual de quais elementos da edificação estão de
acordo com a norma brasileira de desempenho térmico de edificações habitacionais.
Por outro lado, estando os parâmetros calculados Transmitância Térmica (U) e
Capacidade Térmica (CT) fora dos limites definidos pelo processo simplificado de
avaliação do desempenho térmico de edificações, as células de avaliação de cada
uma das zonas bioclimáticas estarão coloridas de vermelho e trarão a mensagem
“Requer avaliação computacional”.
FIGURA 11 - INTERFACE DO USUÁRIO "PROPRIEDADES" FONTE: O autor (2014)
62
FIGURA 12 - RESULTADOS OBTIDOS PELO SCHEDULE 3 - DESEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS FONTE: O autor (2014)
63
6 ESTUDO DE CONFIABILIDADE DOS SCHEDULES DE CÁLCULO DO
TEMPLATE
6.1 Estudo de confiabilidade do Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS
A norma ABNT NBR 15220 traz em seu Anexo C exemplos de cálculo de
parâmetros térmicos de alguns tipos de paredes. Para que se fosse comprovada a
confiabilidade do Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE
ASSENTAMENTO DE BLOCOS criado neste trabalho, a seção de parede composta
por tijolos cerâmicos de seis furos rebocados nas duas faces, objeto de exemplo do
referido anexo, foi modelada em Revit para que a verificação da confiabilidade dos
resultados obtidos pelo Schedule 1 fosse feita.
6.1.1 Dados do exemplo da norma
A seção transversal da parede do exemplo do Anexo C da norma é composta
por tijolos cerâmicos de 6 furos com dimensões 10 x 16 x 32 cm (espessura, altura e
comprimento respectivamente). As dimensões dos furos são de 3 x 4 cm (dimensão
horizontal e dimensão vertical respectivamente). Em cada uma de suas faces, há uma
camada de 2 cm de reboco e as camadas de assentamento horizontal e vertical tem
espessura de 1 cm.
FIGURA 13 - DIMENSÕES DA PAREDE DO EXEMPLO DE CÁLCULO FONTE: Exemplo 3, Página 14 do anexo C da ABNT NBR 15220)
64
Os dados utilizados pelo exemplo de cálculo exposto pelo Anexo foram
definidos da seguinte forma:
o Densidade de massa aparente da cerâmica (ρcerâmica) = 1600 kg/m3;
o Condutividade térmica da cerâmica (λcerâmica) = 0,90 W/(m.K);
o Calor específico da cerâmica (ccerâmica) = 0,92 kJ/(kg.K);
o Densidade de massa aparente da argamassa (ρargamassa) = 2000 kg/m3;
o Condutividade térmica da argamassa (λargamassa) = 1,15 W/(m.K);
o Calor específico da argamassa (cargamasa) = 1,00 kJ/(kg.K);
o Densidade de massa aparente da argamassa (ρreboco) = 2000 kg/m3;
o Condutividade térmica da argamassa (λreboco) = 1,15 W/(m.K);
o Calor específico da argamassa (creboco) = 1,00 kJ/(kg.K);
o Resistência térmica da câmara de ar (Rar) = 0,16 (m².K)/W.
Os valores calculados no exemplo da norma para a Transmitância Térmica
(U) e Capacidade Térmica (CT) da parede em questão são respectivamente de 2,38
W/(m².K) e 160 kJ/(m².K).
6.1.2 Resultados obtidos pelo uso do Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE ASSENTAMENTOS DE BLOCOS
Primeiramente, definiu-se a seção da parede apenas conforme seus materiais
componentes e modelou-se uma pequena residência composta por uma cobertura e
4 paredes de mesma seção devidamente identificadas numericamente e definidas
quanto ao tipo de estrutura, no caso, como “Paredes de Assentamento de Blocos”.
Em seguida, foram inseridas diretamente nas colunas da planilha de cálculo do
Schedule as propriedades físicas e térmicas dos materiais da seção da parede assim
como as dimensões do bloco cerâmico, de seus furos e das camadas de
assentamento.
65
• Definição dos materiais da seção da parede e suas espessuras:
FIGURA 14 - DEFINIÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DA SEÇÃO TRANSVERSAL DA PAREDE FONTE: O autor (2014)
66
• Criação de pequeno modelo tridimensional de edificação habitacional:
• Definição dos valores de propriedades térmicas e físicas dos elementos das
paredes, conforme valores utilizados no exemplo do Anexo C:
FIGURA 15 - MODELAGEM DE EDIFICAÇÃO HABITACIONAL FONTE: O autor (2014)
FIGURA 16 - DEFINIÇÃO DAS PROPRIEDADES TÉRMICAS E FÍSICAS DOS ELEMENTOS DAS PAREDES FONTE: O autor (2014)
67
• Definição das propriedades das camadas de assentamento:
• Definição das propriedades geométricas do bloco e seus furos:
FIGURA 17 - DEFINIÇÃO DAS PROPRIEDADES TÉRMICAS E GEOMÉTRICAS DAS CAMADAS DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS (FONTE: O AUTOR)
FIGURA 18 - DEFINIÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DOS BLOCOS E SEUS RESPECTIVOS FUROS FONTE: O autor (2014)
68
• Resultados de Transmitância Térmica (U) e Capacidade Térmica (CT):
Como se pode comprovar, os resultados obtidos pelo procedimento de cálculo
do Schedule 1 são fiéis àqueles apresentados em seu exemplo de cálculo pela norma
NBR 15220. A diferença entre os resultados é de 2,5% para a Transmitância Térmica
(U) e de 4,2% para a Capacidade Térmica (CT). Estas pequenas discrepâncias são
devidas ao arredondamento de valores calculados das áreas das camadas de
assentamento do bloco e também devido à consideração, feita durante o
procedimento de cálculo do schedule, de que todas as camadas maciças de blocos
(regiões entre furos e região entre furo e camada de assentamento) têm a mesma
espessura, o que se prova ser um fato inverídico de acordo com o que se é
apresentado na figura esquemática da seção da parede apresentada no Capítulo
5.4.1).
FIGURA 19 - RESULTADOS OBTIDOS PARA O EXEMPLO 3 DO ANEXO C DA NBR 15220 PELO SCHEDULE 1 - DEEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE ASSENTAMENTO DE BLOCOS FONTE: O autor (2014)
69
6.2 Estudo de confiabilidade do Schedule 2 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
PAREDES DE MONTANTES ESTRUTURAIS
Como comentado anteriormente, o Schedule 2 – DESEMPENHO TÉRMICO
DE PAREDES DE MONTANTES ESTRUTURAIS, foi desenvolvido de acordo com a
premissa de que, geometricamente, os montantes estruturais este tipo de elemento
se comportam analogamente aos assentamentos de blocos.
Isto posto, o programa de cálculo do Schedules 2 apenas difere do proposto
no Schedule 1 quanto à inexistência de parâmetros de projeto relativos a
considerações de furos nos elementos da seção da parede.
A ABNT NBR 15220 não possui em seus anexos informativos exemplos de
cálculo de transmitância térmica e capacidade térmica do tipo de parede analisado
pelo Schedule 2. Sendo assim, a comparação de resultados conforme o realizado para
o Schedule 1 não é possível de ser executada.
70
6.3 Estudo de confiabilidade do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS
Analogamente ao procedimento determinado para o estudo de confiabilidade
do Schedule 1, as colunas de parâmetros de projeto presentes no Schedule 3 –
DESEMPENHO TPERMICO DE COBERTURAS foram alimentadas com os dados
que constam no primeiro exemplo de cálculo de transmitância térmica e capacidade
térmica de coberturas do Anexo C da norma NBR 15220.
6.3.1 Dados do exemplo da norma
O exemplo da norma para cálculo de parâmetros térmicos de coberturas se
refere a telhados inclinados de chapas de fibro-cimento com forro de pinus e câmara
de ar ventilada.
Os dados utilizados pelo exemplo de cálculo exposto pelo Anexo foram
definidos da seguinte forma:
o Comprimento do telhado = 7 m;
o Abertura de ventilação = 5 cm em cada beiral;
o Condutividade térmica da telha de fibro-cimento (λ fibro-cimento) = 0,65 W/(m.K);
FIGURA 20 - EXEMPLO DE TELHADO INCLINADO DE CHAPAS DE FIBRO-CIMENTO COM FORRO DE PINUS E CÂMARA DE AR VENTILADA FONTE: Exemplo 5, Página 18 do anexo C da ABNT NBR 15220)
71
o Condutividade térmica do forro de pinus (λpinus) = 0,15 W/(m.K);
O valor calculado no exemplo da norma para as Transmitâncias Térmicas (U)
da cobertura em questão no verão é 2,00 W/(m².K).
6.3.2 Resultados obtidos pelo uso do Schedule 3 – DESEMPENHO TÉRMICO DE
COBERTURAS
Primeiramente, definiu-se a seção da cobertura de acordo com o exemplo. A
residência projetada anteriormente na validação do Schedule 1, tem sua cobertura
modelada de acordo com o exemplo de cálculo para coberturas apresentado no Anexo
C. Em seguida, foram inseridas diretamente nas colunas da planilha de cálculo do
Schedule as propriedades físicas e térmicas dos materiais da cobertura e seu forro.
• Definição dos materiais da seção da cobertura e suas espessuras:
• Definição dos valores de propriedades geométricas, térmicas e físicas dos
elementos da cobertura, conforme valores utilizados no exemplo do Anexo C:
FIGURA 21 - DEFINIÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DA SEÇÃO TRANSVERSAL DA COBERTURA FONTE: O autor (2014)
72
• Resultados de Transmitância Térmica (U):
Como se pode comprovar, os resultados obtidos pelo procedimento de cálculo
do Schedule 3 são fiéis àqueles apresentados em seu exemplo de cálculo pela norma
NBR 15220. A diferença entre os resultados de transmitância térmica (U) obtidos pelos
dois procedimentos de cálculo é de apenas 0,2%, e desprezível por ser unicamente
devido à diferença de números de casas decimais empregados em cada um destes
procedimentos.
FIGURA 22 - DEFINIÇÃO DAS PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS, TÉRMICAS E FÍSICAS DOS ELEMENTOS DA COBERTURA FONTE: O autor (2014)
FIGURA 23 - RESULTADOS OBTIDOS PARA O EXEMPLO 5 DO ANEXO C DA NBR 15220 PELO SCHEDULE 3 - DEEMPENHO TÉRMICO DE COBERTURAS FONTE: O autor (2014)
73
7 CONCLUSÃO
O Template de avaliação do desempenho térmico de elementos do invólucro
de edificações foi desenvolvido de forma a facilitar o processo de verificação de
parâmetros térmicos de elementos construtivos através das automatizações de
procedimentos de cálculo e das interpretações de resultados quanto a limites
normativos. Porém, esta ferramenta também traz algumas limitações que, quando
eliminadas, a tornará ainda mais eficiente e vantajosa à indústria da construção civil e
arquitetura.
7.1 VANTAGENS DO USO DO TEMPLATE
O desenvolvimento do Template para avaliação do desempenho térmico de
edificações e seus Schedules de cálculo permitem a rápida avaliação do desempenho
térmico dos elementos modelados com o uso do Revit segundo as normas ABNT NBR
15575 e NBR 15220. A possibilidade de se verificar a aptidão de paredes e coberturas
à validação quanto ao que preconiza a norma de desempenho térmico de edificações
habitacionais simultaneamente ao seu desenvolvimento, promove um processo
interativo de tomadas de decisão a respeito de propriedades e características de
elementos da edificação e seus materiais. Desta forma, projetos são desenvolvidos
sob uma ótica mais abrangente que não apenas consideram o estudo de formas, mas
também prezam o bom funcionamento de edificações quanto às suas qualidades
térmicas
Outra vantagem da utilização da ferramenta é a da qualidade da informação
produzida pela metodologia. Os Schedules de avaliação do desempenho térmico de
elementos fazem algumas considerações importantes para o processo de cálculo da
Capacidade Térmica e da Transmitância Térmica das estruturas modeladas que não
são abrangidas pelos cálculos padrões do Revit. Quando seu usuário define as seções
de paredes e coberturas, o software desconsidera a possibilidade de se somarem as
influências de, por exemplo, camadas de assentamento de blocos, montantes
estruturais e camadas de ar aos seus cálculos de resistência térmica.
Após feita a análise de desempenho térmico de uma parede de assentamento
de blocos utilizando Schedule 1 – DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES DE
ASSENTAMENTO DE BLOCOS, constatou-se o aumento de aproximadamente
74
5,15% nos valores de resistência térmica obtidos pelo Schedule 1 em relação ao que
se é fornecido automaticamente pelo programa de cálculo do software, diferença essa
produzida apenas pela consideração de camadas heterogêneas das paredes.
7.2 LIMITAÇÕES DO TEMPLATE
Como já comentado anteriormente, o Template possui algumas limitações
técnicas. Nem todas as informações necessárias para a determinação dos níveis de
desempenho das estruturas modeladas podem ser automaticamente extraídas do
modelo tridimensional. Portanto, há a necessidade de entrada manual de dados nas
colunas designadas aos parâmetros de projeto de propriedades térmicas e físicas dos
materiais componentes das edificações modeladas.
A impossibilidade de se criar um schedule multimodal onde propriedades
geométricas de forros sejam consideradas simultaneamente às de coberturas no
schedule de avaliação do desempenho térmico de coberturas é outra limitação do
Template. Ela torna imprescindível a definição manual de propriedades geométricas
e térmicas de forros.
Finalmente, pode-se considerar a necessidade de numeração de cada um dos
elementos modelados uma outra limitação do Template. Em projetos de maior
complexidade onde muitos elementos são criados, existe a possibilidade de que o
usuário se esqueça de identificar algum elemento ou até usar a mesma identificação
para elementos diferentes, erro potencialmente nocivo para o correto funcionamento
dos Schedules de cálculo desenvolvidos neste Template.
75
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente trabalho se mostra como uma promissora ferramenta com
potencial de grande valor para a indústria da construção civil, auxiliando no
desenvolvimento de edificações habitacionais mais eficientes no aspecto energético
e que proporcionam maiores níveis de conforto aos seus ocupantes.
Como se pôde demonstrar, a possibilidade proporcionada pela metodologia
BIM de se aplicar conceitos, definições e procedimentos normativos simultaneamente
ao desenvolvimento de um projeto traz infinitas possibilidades de análises
automatizadas. No caso do Template de avaliação de desempenho térmico, a
praticidade resultante da automatização de cálculos permite que o tempo despendido
para a análise da adequação de parâmetros aos limites normativos seja
consideravelmente menor que o necessário para eventuais análises posteriores ao
desenvolvimento do projeto.
76
9 REFERÊNCIAS
ACEPE – ASSOCIAÇÃO INDUSTRIAL DO POLIESTIRENO EXPANDIDO. Caracterização do comportamento térmico dos edifícios. Disponível em: <http://www.acepe.pt/index.php/construcao/ regulamento-termico/caracterizacao-do-comportamento-termico-dos-edificios>. Acesso em: 24/10/2014. ACG. Productivity in the Building Network - Assessing th e Impacts of Building Information Models, Report to the Built Environment, Innovation and Industry Council (BEIIC) . Sydney: Allen Consulting Group, 2010. Relatório técnico. ALSHAWI, M., FARAJ, I. (2002). Integrated construction environments: technology and implementation. Construction Innovation , Brisbane v. 2, n. 1, p. 33-51, 2002. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-1/2013: Edificações habitacionais – Desempenho Parte 1: Requisitos gerais. 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-4/2013: Edificações habitacionais – Desempenho Parte 4: Requisitos para o sistema de vedações internas e externas - SVVIE. 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-5/2013: Edificações habitacionais – Desempenho Parte 1: Requisitos para sistemas de coberturas. 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220-1/2005: Desempenho térmico de edificações Parte 1: Definições símbolos e unidades. 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉRCNICAS. NBR 15220-2/2005: Desempenho térmico de edificações Parte 2: Método de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações. 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220-3/2005: Desempenho térmico de edificações Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. 2005. AUTODESK - Inspiração Brasil. Diponível em: <http://www.autodesk.com.br/adsk/servlet/index?siteID= 1003425&id=16162683>. Acesso em: 19/10/2014 AUTODESK - Revit 2015 – Help. Disponível em: <http://help.autodesk.com/view/RVT/2015/ENU/> Acesso em: 20/10/2014 BRASIL. Nota técnica DEA 14/14. Nota técnica ONS 129/2014. 2ª Revisão Quadrimestral das Projeções da demanda de energia elétrica do Sistema Interligado Nacional 2014-2018. Rio de Janeiro: Ministério de Minas e Energia/Empresa de Pesquisa Energética/Operador Nacional do Sistema Elétrico, 2014. 30 p. Relatório técnico. CALLISTER, William. Materials Science and Engineering - An Introduction. 7.ed. York: John Wiley & Sons, Inc., 2003. CBIC – CÂMARA BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO. Guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR 15575/2013. 2 ed. Fortaleza: Gadioli Cipolla Comunicação, 2013. EASTMAN, C., TEICHOLZ, P., SACKS, R., & LISTON, K. 2008. BIM Handbook - A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors. 2 ed. Nova Iorque: John Wiley & Sons, Inc., 2008.
ENERGYPLUSTM. Getting Started with EnergyPlus Basic Concepts Manu al - Essential Information you Need about Running EnergyPlus. Outubro de 2013.
77
GRAF, H. F. Transmitância Térmica & Energia Incorporada na Arqu itetura: sua relação nas superfícies do invólucro de uma edificação residenc ial unifamiliar conforme a Norma NBR 12721. 167 f. Dissertação (Mestrado em Construção Civil) - Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2011. HAM, Y., GOLPAVAR-FARD, M. Mapping actual thermal properties to building elements in gbXML-based BIM for reliable building energy performance modeling. Automation in Construction , College Park, v. 49, parte B, p. 214-224, 2015. HARON, A. T., MARSHALL-PONTING, A. J., AOUAD, G. Building information modeling in integrated practice. University of Salford , Salford. Disponível em: <http://usir.salford.ac.uk/16624/2/paper_ciraic_ 2_Ahmad_Haron.pdf>. Acesso em 26/11/2014. HSE - Thermal comfort. Disponível em: <http://www.hse.gov.uk/temperature/thermal/> Acesso em: 22/10/2014. IEA. Technology Roadmap - Energy efficient building enve lopes . Paris: IEA Publications, 2013. KANER, I., SACKS, R., KASSIAN, W., QUITT, T. Case studies of BIM adoption for precast concrete design by mid-sized structural engineering firms. ITcon , v. 13, special issue, p. 303-323, 2008. KHANZODE, A., FISCHER, M., REED, D. (2008). Benefits and Lessons Learned of Implementing Building Virtual Design and Construction (VDC) Technologies for Coordination of Mechanical, Eectrical, and Plumbing (MEP) Systems on a Large Healthcare Project. ITcon , v. 18, special issue, p. 324-342, 2008. LEE, A., MARSHALL-PONTING, A. J., AOUAD, G., WU, S., KOH, I., FU, C., COOPER, R., BETTS, M., KAGIOGLOU, M., FISCHER, M. Developing a Vision of nD-Enabled Construction . Salford: Salford centre for research & innovation in the built & human environment, 2003. LEICHT, R., MESSNER, J. Moving Toward an ‘Intelligent’ Shop Modelling Process. ITcon , v. 18, special issue, p. 286-302, 2008. MARZOUK, M, ABDELATY, A. Monitoring thermal comfort in subways using building information modeling. Energy and Buildings , Belgrado, v. 84, p. 252-257, 2014. SUCCAR, B. Building Information Modelling: conceptual construc ts and performance improvement tools . 370 f. Tese (Doutorado) – School of Architecture and Built Environment/Faculty of Engineering and Built Environment, University of Newcastle, Callaghan, 2013. SZOKOLAY, S. V. Introduction to architectural science - the basis o f sustainable design . Burlington: Architectural Press, 2004. .
78
ANEXO A - Tabela B.3 do Anexo B da norma NBR 15220
79
80
ANEXO B - Tabela B.2 do Anexo B da norma NBR 15220