Existem algumas metodologias para análise de desempenho térmico das edificações. Alguns métodos são úteis para a fase de concepção de projeto como o caso do método
de Mahoney. Outros métodos servem apenas para a análise de edificações existentes como a Avaliação Pós-ocupação (APO), que utilizam a técnica da medição. Uma análise mais complexa envolve a utilização de modelos analíticos fundamentados em teorias da física ou ainda em modelos empíricos.
As tabelas de Mahoney segundo Koenigsberger et al (1977) fazem uma análise das condições de adaptação da edificação ao clima em função das variáveis: temperatura do ar, umidade relativa, precipitação e direção dos ventos. O método consiste em recomendações arquitetônicas relativas a formas de implantação da edificação (orientação e forma geral da planta), espaçamento entre construções, formas de circulação de ar, dimensionamento das aberturas, posicionamento das aberturas, proteção das aberturas (contra sol e/ou chuva), inércia das envoltórias, além de outras recomendações para os espaços exteriores.
O método da Avaliação Pós-ocupação é um dos métodos de avaliação de desempenho de edifícios existentes, no qual são feitas diversas análises de desempenho físico e de satisfação dos usuários. Esse método vem sendo adotado na área das ciências sociais, principalmente a partir da década de 60 do século passado nos EUA e na Europa. Esse método consiste em uma:
“série de técnicas e métodos que diagnosticam fatores positivos e negativos do ambiente no decorrer do uso, a partir da análise de fatores socioeconômicos, de infra-estrutura e superestrutura urbanas, dos sistemas construtivos, conforto ambiental, conservação de energia, fatores estéticos, funcionais e comportamentais, levando em consideração o ponto de vista dos próprios avaliadores, projetistas e clientes, e também dos usuários” (Roméro e Ornstein, 2003, p. 26).
As medições são o registro das variáveis ambientais e físicas de um determinado ambiente construído. As medições servem para a avaliação de edificações existentes. Essas análises contribuem para o avanço das pesquisas. Quando são feitas medições utilizando metodologia estatisticamente válida é possível o desenvolvimento de modelos matemáticos baseados nos referentes resultados, conhecidos como modelos empíricos. Assim, os modelos empíricos são algoritmos resultantes de observações e medições de uma dada situação real, que pode ser utilizado única e exclusivamente para a mesma condição ambiental na qual foi baseada.
Os modelos matemáticos teóricos são algoritmos baseados em teorias da física tais como as teorias da termodinâmica e da dinâmica dos fluidos.
Um dos mais importantes estudos metodológicos para avaliação do desempenho térmico de edificações no Brasil é proposto por Akutsu e Vittorino (1991), baseado numa série de estudos de rotina do IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo). Segundo Mueller e Frota (2005) o método utilizado pelos autores apresenta etapas que vão desde a caracterização das exigências humanas de conforto térmico, das condições climáticas, da edificação e da sua ocupação, até a determinação do comportamento térmico do edifício através de medições in loco ou simulações computacionais, culminando na avaliação do desempenho térmico propriamente dito. A descrição geral do método de Akutsu e Vittorino pode ser visto no organograma da Figura 1.
Caracterização das exigências humanas de conforto térmico Caracterizaçãodas exigências humanas de conforto térmico Caracterização da edificação Ambientes a serem analisados Condições de ocupação Características dos materiais e componentes da edificação • Calor específico • Massa específica • Condutibilidade térmica • Transmitância, refletênciae
absortância à radiação solar • Resistênciatérmica dos espaços de ar • Emissividade
• Forma, dimensõese orientação dos componentes
• Temperatura do ar • Umidade do ar • Radiação solar • Velocidade e
direção dos ventos
Medições in loco Simulaçãodo comportamento térmico Caracterização do desempenho térmico da edificação
Dados característicos das condições de conforto térmico: • Temperatura do ar
• Umidade do ar • Velocidade do ar
• Temperatura radiante média • Temperatura radiante orientada
Critérios para avaliação do desempenho térmico de edificações
Índices que relacionam: • Temperatura do ar • Umidade do ar • Velocidade do ar
• Temperatura radiante média • Temperatura radiante orientada • Taxa metabólica e resistência
térmica da vestimenta dos ocupantes Avaliação do desempenho térmicoda edificação • Regime de ocupação • Número ocupantes • Atividadestípicas dos ocupantes • Equipamentos que liberam calor e vapor d’água no recinto
Figura 1 - Fluxograma do processo de avaliação do desempenho térmico de edificações não condicionadas (adaptado de Akutsu e Vittorino, 1991)
O índice de consumo é um método para análise de eficiência energética de edifícios. Um índice de consumo comumente utilizado para avaliação de eficiência energética em edificações é o consumo específico. A partir do consumo específico é possível avaliar o nível de eficiência energética do edifício como um todo ou o nível de eficiência relativo a uma característica específica. O consumo específico é a razão entre a quantidade de energia consumida em relação a uma variável de referência da edificação. No setor industrial, utiliza-se a razão do consumo de energia pela quantidade de bens produzidos. Nas edificações comerciais, o consumo específico muito utilizado é a razão do consumo de energia pela área construída da edificação, dado em kWh/m². Souza e Jota (2006) apresentaram um estudo de consumo específico em escolas públicas, no qual os resultados demonstraram forte correlação com o consumo utilizando três tipos de variáveis como denominador, a quantidade de turnos, de salas ou turmas.
Estudos apontam metodologias de determinação de fatores construtivos que mais influenciam no desempenho térmico e energético das edificações. Um trabalho de destaque é o desenvolvido por Lam, Hui e Chan (1997), o qual apresenta uma metodologia para obtenção de uma equação simplificada preditiva do consumo anual de energia elétrica através de simulação computacional e regressão múltipla de fatores. Outro trabalho de referência é o estudo de Givoni e Vecchia (2001), o qual comprovou que é possível desenvolver fórmulas matemáticas preditivas para um determinado tipo específico de construção e condição climática através de uma base de dados diária das temperaturas internas e externas a partir de medições em duas habitações na cidade de Descalvado. Em 2003, Givoni e Kruger (2003) desenvolveram uma equação preditiva da temperatura interna baseada em medições das propriedades termo-físicas das habitações de interesse social. Nesse estudo foram avaliadas oito propriedades: (a) transmitância térmica do telhado, (b) transmitância térmica das paredes, (c) transmitância térmica equivalente da edificação, (d) atraso térmico do telhado, (e) atraso térmico das paredes, (f) atraso térmico equivalente da edificação, (g) o Fator Solar, e (h) a razão das aberturas em relação à área de piso. Entretanto, a equação determinada se aplica apenas à tipologia estudada.
Devido à complexidade dos modelos teóricos e de suas inúmeras variáveis, foi desenvolvido o modelo computacional. O procedimento de cálculo de um modelo computacional é conhecido como simulação computacional, feito para facilitar o desenvolvimento de cálculos complexos.
Bull e Lamberts (1995) apresentam um estudo utilizando o mesmo método de simulação parametrizada, no qual analisam um edifício típico de escritório. Os resultados mostram que com a variação de parâmetros de coeficiente de
sombreamento, razão de janela-parede e valores de transmitância e absortividade térmicas foram encontrados valores de redução de consumo total de energia anual.