O racionamento de energia ocorrido em 2001 foi o marco para promulgação da chamada lei de eficiência energética, a Lei no 10295 que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia. Ela foi regulamentada pelo Decreto no 4059 de 19 de dezembro de 2001 que estabeleceu que deveriam ser criados parâmetros referenciais para a eficiência energética em edificações, com “indicadores técnicos e regulamentação específica” para estabelecer a obrigatoriedade dos níveis de eficiência no país. O decreto também criou o “Grupo Técnico para Eficientização de Energia nas Edificações no País” para propor uma forma de regulamentar as edificações construídas no Brasil visando o uso racional da energia elétrica. Em face destas condicionantes, esta tese tem por objetivo elaborar metodologia de avaliação da eficiência energética do envoltório de edificações comerciais e institucionais.
Inicialmente, um estudo de campo foi realizado para sanar a ausência de dados de características de edificações comerciais e institucionais e de uso da energia e formar bases para a criação de modelos representativos de certas atividades. Foram selecionadas três atividades para formar cinco modelos de edificações: grandes e pequenos escritórios, grandes e pequenas lojas e hotéis. As características do envoltório como área de janela, tipo de vidro, existência de dimensões de proteções solares, proporção das menores fachadas em relação às maiores, número de pavimentos e forma foram observados em 1103 edificações distribuídas em cinco cidades brasileiras: Recife, Salvador, Belo Horizonte, São Paulo e Florianópolis. As características mais comuns encontradas para cada atividade formaram modelos representativos. Elas foram complementadas com características internas de edificações de Florianópolis que se assemelhavam aos modelos representativos. Um sexto modelo foi criado exclusivamente para complementar o desenvolvimento de uma equação de regressão linear multivariada.
Os modelos representativos foram adaptados para criar protótipos representativos e protótipos ineficientes para simulação computacional do desempenho energético no programa Energy Plus. Além destes modelos, alternativas contendo soluções mais eficientes também foram simuladas. Características primárias (Densidade de Carga Interna, eficiência do condicionamento de ar, orientação solar das edificações, volumetria) foram avaliadas através de simulação para verificar sua influência no xiv impacto do envoltório sobre o consumo de energia. Características secundárias do envoltório foram simuladas com a inclusão gradativa de Medidas de Conservação de Energia, MCE, aos protótipos ineficientes. O critério de simulação e de inclusão de MCE foi a seleção da alternativa cuja medida proporcionava o menor Custo da Energia Conservada, CEC.
As simulações cuja eficiência do condicionador de ar de janela era A e orientação das maiores fachadas era a N-S propiciaram o desenvolvimento de duas equações de regressão, relacionadas à volumetria da edificação a ser analisada. Elas contêm variáveis de Fator de Forma, FF (Aenvoltório/V); Fator Altura, FA (Acobertura/Atot); Densidade de Carga Interna, DCI; padrão de uso; Percentual de Área de Janela na Fachada, PJF; Fator Solar, FS; Ângulo Vertical de Sombreamento, AVS; Ângulo Horizontal de Sombreamento, AHS; Transmitância Térmica da cobertura, Ucob; sendo que a Transmitância Térmica das paredes foi eliminada da equação. Esta última apresentou uma complexidade que não pôde ser descrita por uma equação linear, visto que tem relação com o clima, com a volumetria da edificação, com a capacidade térmica das paredes externas e com as cargas internas. A Densidade de Carga Interna e o padrão de uso foram transformados em constantes, de forma que as equações focam o estudo do envoltório.
Após desenvolvidas as equações, o Indicador de Consumo obtido e os indicadores de custos: Pay-back, Taxa Interna de Retorno, Custo da Energia Conservada e Custo do Ciclo de Vida foram utilizados para avaliação da eficiência energética do envoltório. O Custo da Energia Conservada mostrou ser o mais adequado devido à sua simplicidade de cálculo, à redução das incertezas embutidas nas suas variáveis e à interpretação que fornece, combinado benefícios financeiros anuais à economia de energia que a medida proporciona. Todos estes indicadores, entretanto, podem ser utilizados para avaliações comparativas dentre o mesmo modelo de edifício, e podem ser adequados para a avaliação da eficiência de acordo com a análise a ser efetuada. Os objetivos de tese foram assim alcançados ao apresentar equações para avaliação da eficiência e indicadores de custos relacionados à eficiência do envoltório.