Simulação computacional como ferramenta de análise do desempenho térmico e de seleção de concepções de paredes trombe

Abstract

O uso de tecnologias passivas para climatizar os ambientes é uma forma reconhecida para minimizar o consumo de energia com a climatização artificial do ar. Uma dessas tecnologias é a parede Trombe, sistema que consiste em duas camadas, sendo uma composta por uma parede de alta inércia térmica (pintada de preto na face exterior) e outra composta por um vidro posicionado em frente à primeira camada, de forma a gerar um espaço de ar entre o vidro e a parede. Aberturas na parede permitem a termo-circulação do ar entre a câmera de ar e o ambiente interno. O projeto deste sistema exige alguns cuidados, já que um desenho equivocado pode prejudicar o seu desempenho térmico. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a influência de diferentes critérios na adoção de paredes Trombe em diversas regiões do Brasil com foco na aplicação residencial. A metodologia consistiu em analisar cinco concepções de Paredes Trombe (e uma com parede tradicional) para seis Zonas Bioclimáticas brasileiras. Para tanto, foram definidos sete critérios de triagem das concepções: conforto térmico, eficiência energética, custo de implementação, facilidade de uso e de manutenção, aparência, aceitabilidade pelo mercado e área ocupada pelo sistema. Ainda, os materiais das paredes variaram entre tijolo maciço e bloco de concreto A eficiência energética e o conforto térmico foram mensurados através de simulações com o software EnergyPlus, enquanto que os outros cinco critérios envolveram pesquisa e consulta a profissionais das áreas de Arquitetura, Engenharia Civil e Design. Ao final do trabalho, foi observado que quando são analisados apenas os critérios “conforto térmico” e “eficiência energética”, a parede Trombe mostrou-se como uma estratégia bioclimática interessante, especialmente nas Zonas 1 a 5, representadas neste trabalho pelas cidades Curitiba, Santa Maria, Florianópolis, São Carlos e Garanhuns, respectivamente. Porém, quando todos os critérios foram avaliados em conjunto, as paredes tradicionais ficaram nas primeiras posições especialmente devido ao custo de implementação. Contudo, ao utilizar a metodologia proposta, onde todas as alternativas aparecem ranqueadas e com uma pontuação para cada um dos critérios, fica claro qual o critério que mais influencia uma baixa posição no ranking. Desse modo, torna-se mais fácil encontrar melhores alternativas para o sistema de paredes Trombe, o que seria interessante já que o seu desempenho térmico é maior do que o da parede tradicional.

The use of passive technologies to climatize the environment is a recognized way to minimize energy expenditure with artificial air conditioning. One of these technologies is the Trombe wall, a system consisting of two layers, one consisting of a wall of high thermal inertia (painted black on the outside) and another composed of a glass positioned in front of the first layer, in order to generate an air space between the glass and the wall. Wall openings allow thermo-circulation of air between the air chamber and the indoor environment. The project of such system requires some care, since a wrong design may minimize thermal performance. Therefore, this work aims to evaluate different criteria for the adoption of the Trombe wall in several regions of Brazil with a focus on residential application. The methodology of this work consisted of analyzing five design concepts of Trombe walls (and one for a traditional wall) for six Brazilian Bioclimatic Zones. For this purpose, seven criteria were defined: thermal comfort, energy efficiency, implementation cost, ease to use and to maintenance, appearance, market acceptance and area occupied by the system. Furthermore, the wall materials varied between solid brick and concrete block Energy efficiency and thermal comfort were evaluated through simulations with the software EnergyPlus, while the other five criteria involved research and consultation with professionals from Architecture, Civil Engineering and Design. In the end of the work, when only the criteria “thermal comfort” and “energy efficiency” were analyzed, the Trombe wall was considered to be an interesting Bioclimatic strategy, especially in Zones 1 to 5, represented in this work by the cities of Curitiba, Santa Maria, Florianópolis, São Carlos and Garanhuns, respectively. However, when all the criteria were evaluated together, the traditional wall reached the first positions mainly due to the cost of implementation. Nevertheless, by utilizing the proposed methodology, where all the alternatives are ranked and with a score for each criterion, the criterion which influence the most the last positions of the ranking becomes clear. Thus, find better alternatives for the system becomes easier, which would be interesting since its thermal performance is higher than that of the traditional wall.