Aplicação do balanço térmico para análise de desempenho térmico de edificações

As análises de desempenho térmico são utilizadas em diversos estudos para reduzir as temperaturas internas e, consequentemente, a demanda por ar-condicionado. Contudo, definir estratégias para melhorar o desempenho térmico e energético das edificações, normalmente exige técnicas com alto custo computacional, como os métodos de otimização. Assim, métodos com baixo custo computacional são úteis para designers e pesquisadores aplicarem em seus projetos. O desempenho térmico de um edifício é resultado de todas as trocas de calor que ocorrem em todos os ambientes, sendo possível utilizar o balanço térmico como uma solução de baixo custo para análise de desempenho térmico. Assim, este estudo aplicou o balanço térmico como um método para compreender o desempenho térmico de edificações e propor um novo framework para esta análise. Este trabalho foi dividido em duas etapas: Na primeira etapa foi realizada uma análise de desempenho térmico e o balanço térmico do ar foi aplicado como estudo complementar. Posteriormente, foi realizado um segundo estudo, onde foi investigado o balanço térmico no ar e na superfície, sendo desenvolvido o novo framework para auxiliar na definição de estratégias de desempenho térmico. A cada etapa foi publicado um artigo em periódico internacional. O framework proposto foi baseado em simulações de desempenho de edifícios e a partir de seus resultados foi calculado o Heat Exchange Index (Índice de Troca de Calor), índice desenvolvido neste trabalho. O Heat Exchange Index define a importância de cada troca de calor em cada balanço térmico e auxilia na definição dos principais pontos de ganho ou perda de calor em um ambiente. Uma casa unifamiliar foi utilizada para demonstrar a aplicação do framework. Foram considerados três diferentes comportamentos de usuários: usuário com ventilação natural, ar-condicionado e híbrido. Para as condições climáticas, adotou-se um clima quente e um ameno. Em relação aos resultados do caso ilustrativo, o framework foi considerado viável para determinar estratégias de desempenho térmico, uma vez que o caso melhorado obteve melhor desempenho térmico que o caso base. Por exemplo, a Thermal Autonomy (traduzindo para o português: percentual de horas ocupadas dentro de uma faixa de temperatura operativa – PHFT) da sala para o caso base foi de 30%, enquanto o caso melhorado foi de 84,5%. A Cooling Load (traduzindo para o português: carga térmica de refrigeração - CgTR) também diminuiu consideravelmente. O caso melhorado obteve reduções de 28,4% até 99,7%. Os resultados demonstram que é viável a adoção do framework proposto nos estudos voltados à análise de desempenho térmico de edificações.