Modelagem do impacto da ilha de calor sobre o desempenho energético de escritórios condicionados artificialmente

Abstract

O comportamento térmico de uma edificação é predominantemente impactado pelas variáveis climáticas e características do entorno. Todavia, os consultores e pesquisadores tradicionalmente a modelam desconsiderando completamente qualquer impacto da ilha de calor urbana, principalmente com relação à temperatura superficial do entorno e as condições climáticas locais. Objetivo - Avaliar o impacto da radiação de onda longa e do clima urbano sobre o desempenho energético de edifícios de escritórios condicionados artificialmente. Metodologia - Através da aplicação do hipercubo latino, uma amostra de 1000 casos de edifícios de escritórios foi submetida à simulação computacional, obtendo-se o valor das cargas térmicas para análise dos resultados. As simulações foram realizadas por meio dos programas EnergyPlus e UWG, considerando o clima de Santa Maria/ RS. Para efeitos de comparação, a amostra foi simulada mediante quatro métodos de modelagem, os quais se diferem pelo nível de detalhamento dado ao clima e à radiação de onda longa, definindo-se como: radiação detalhada em clima modificado (RDCM), radiação detalhada em clima padrão (RDCP), radiação simplificada em clima modificado (RSCM) e radiação simplificada em clima padrão (RSCP). Resultados e Discussões - A ilha de calor (RDCM) promove um aumento na carga térmica de resfriamento dos casos em relação ao RSCP, apresentando variação percentual de 5% a 59%, com erro médio de 24%. A absortância do pavimento foi o parâmetro com maior índice de sensibilidade, seguido das características volumétricas da configuração urbana e do fator solar da janela do escritório. Conclusões - Quando o ganho por radiação solar é menor, as variações percentuais são maiores. Assim, cenários que enquadram-se nesse perfil, potencialmente apresentam um maior erro associado à modelagem simplificada (RSCP).

Abstract: The building thermal behavior is mainly impacted by climatic variables and by the surrounding. However, consultants and researchers have commonly model the building disregarding any impact of the urban heat island, especially regarded by temperatures of the surrounding surfaces and local climatic conditions. Objective - To evaluate the impact of longwave radiation and urban climate on the energy performance of artificially conditioned office buildings. Method - Through the application of the Latin hypercube, a sample of 1000 cases of office buildings was submitted to the computational simulation, obtaining it the value of the thermal loads to analyze the results. The simulations were performed through the EnergyPlus and UWG programs, considering the Santa Maria/RS climate. For comparison, the sample was simulated using four modeling methods, which differ by the level of detail of the climate and the longwave radiation, defined as detailed radiation in modified climate (RDCM), detailed radiation in standard climate (RDCP), simplified radiation in modified climate (RSCM), and simplified radiation in standard climate (RSCP). Results and Discussions - Comparing with RSCP, it is notable that the urban heat island (RDCM) increases the cooling thermal load showing a percentual change of 5% until 59%, with an average of 24%. The absorptance of the pavement was the parameter with greater sensitivity index, following by the urban morphology and solar heat gain coefficient of the office window. Conclusions - When the gain from solar radiation is lower, the percentage change is larger. Thus, a configuration such as these potentially present a larger error associated with simplified modeling (RSCP).