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Thermal performance evaluation of a standardized school building, in a brazilian climate context, using building performance simulation
Neste volume apresentamos na capa a Residência para professores em Gando, Burkina Faso. Projetada por Francis Kéré. Imagem do Wikimedia Commons
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Keywords

Building performance simulation
Standard design
Sensitivity analysis
Thermal comfort

How to Cite

LOPES, Adriano Felipe Oliveira; SILVA, Caio Frederico e; AMORIM, Cláudia Naves David; BATISTA, Juliana Oliveira. Thermal performance evaluation of a standardized school building, in a brazilian climate context, using building performance simulation. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, Campinas, SP, v. 14, n. 00, p. e023030, 2023. DOI: 10.20396/parc.v14i00.8670652. Disponível em: https://periodicos.sbu.unicamp.br/ojs/index.php/parc/article/view/8670652. Acesso em: 19 may. 2024.

Abstract

This paper aims to evaluate the adaptive thermal comfort of a standard school building developed by the National Foundation of Education Development (FNDE) to improve its performance in distinct weather contexts in Brazil, using building performance simulation (BPS). The adopted method is divided into three stages: the development of the BPS model, comfort diagnosis based on the occupied comfort hours ratio (POC) and sensitivity analysis of design variables on the POC in different climates. The modeling stage was developed using the software Designbuilder (v. 6.1.3), the graphical interface of Energyplus (v. 8.3), considering its implementation in the following cities: Brasília (DF), Curitiba (PR), Cuiabá (MT), Natal (RN), Porto Alegre (RS) and Rio de Janeiro (RJ). The comfort zone for evaluating the POC was defined using the neutral temperature index (Tn) by ASHRAE 55 and NBR 16401 standards. Finally, it was verified the influence of nine different design variables through the analysis of the resulting standardized regression coefficients (SRC), determination coefficient (R²) and probability (p-value). The results addressed limitations to using the standard project once; for the climates and Natal, the POC presented values lower than 30%. In addition, it was possible to observe that the parameters of most significant influence are associated with the user occupation and U-values of walls and roofs, making it possible to identify patterns of use and building envelope more appropriate to each climatic context through a synthetic diagram.

https://doi.org/10.20396/parc.v14i00.8670652
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References

ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220-2: Desempenho térmico de edificações - Parte 2 – Componentes e elementos construtivos das edificações — Resistência e transmitância térmica — Métodos de cálculo. Rio de Janeiro: ABNT, 2005b. 34 p.

ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220-3: Desempenho térmico de edificações. Parte 3 – Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. Rio de Janeiro: ABNT, 2005a. 30 p.

ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16401-2: Parâmetros de conforto térmico. Rio de Janeiro: ABNT, 2008.

AGARWAL, M.; PASTORE, L.; ANDERSEN, M. ASHRAE 209: Process, a key ingredient to high performance design. In: INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE BUILDING PERFORMANCE SIMULATION ASSOCIATION, 16., 2019, Rome. Proceedings […]. Rome: IBPSA, 2019.

AIA. AMERICAN INSTITUTE OF ARCHITECTS. Architect’s Guide to Building Performance. Washington: AIA, 2019. Disponível em: https://content.aia.org/sites/default/files/2019-06/AIA_BPSGuide_2019_FINAL.pdf. Acesso em: 17 fev. 2023.

ARAÚJO, M. L. T. DE. Avaliação de Desempenho Térmico em Creche do Programa ProInfância nas zonas bioclimáticas brasileiras. 2019. 174 f. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215127. Acesso em: 17 fev. 2023.

ARENHARDT, N. L.; WANDER, P. R. Um panorama sobre os estudos relacionados ao conforto térmico em salas de aula. Revista Produção Online, v. 18, n. 3, p. 901–919, 2018. DOI: https://doi.org/10.14488/1676-1901.v18i3.2989.

ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. Standard 90.1 - Energy standard for buildings except low-rise residential buildings. Atlanta: ASHRAE, 2019.

ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. Standard 189.1: Standard for the Design of HighPerformance Green Buildings. Atlanta: ASHRAE, 2017a.

ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. Standard 55: Thermal Environment Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2017b.

ASHRAE. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. Standard 209: Energy Simulation Aided Design for Buildings Except Low-Rise. Atlanta: ASHRAE, 2018.

BARBHUIYA, S.; BARBHUIYA, S. Thermal comfort and energy consumption in a UK educational building. Building and Environment, v. 68, p. 1-11, Oct. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.06.002.

BAVARESCO, M. V.; MAZZAFERRO, L.; MELO, A. P.; LAMBERTS, R. Classificação de climas brasileiros empregada na atualização dos Regulamentos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações. Florianópolis: Centro Brasileiro de Eficiência Energética em Edificações, 2017. Disponível em: https://labeee.ufsc.br/sites/default/files/documents/Relatorio_GruposClimaticos.pdf. Acesso em: 17 fev. 2023.

BITTENCOURT, L. S. Meu, dele ou de outros? Especulações sobre o desejo no projeto arquitetônico. In: LEITÃO, L.; AMORIM, L. (org.). A casa nossa de cada dia. Recife: Luiz Amorim, 2007. 198 p.

BOGO, A. J. Reflexões críticas quanto as limitações do texto das normas brasileiras de desempenho NBR 15220-3 e NBR 15575. HOLOS, v. 7, p. 290–298, 2016. DOI: https://doi.org/10.15628/holos.2016.4389.

BRASIL. Ministério da Educação. O Plano de Desenvolvimento da Educação: razões, princípios e programas. Brasília: MEC, 2007. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/arquivos/livro/livro.pdf. Acesso em: 10 jun. 2023.

BRITO, A. C. P.; BRITO, C. M. B.; BORTOLOTTO, V. M.; SILVA, C. F. E; AMORIM, C. N. D. O processo de projeto de edifício escolar: Barreiras e perspectivas para o conforto e eficiência energética. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 15.; ENCONTRO LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 11., 2019, João Pessoa. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2019. p. 2417-2426.

CABRAL, P.; GÓES, T.; AMORIM, C.; SILVA, C. F. Análise da área envidraçada e sua influência para o conforto térmico de ambientes residenciais em Brasília-DF. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 15., 2019, João Pessoa. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2019. p. 921-930. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/3987. Acesso em: 15 fev. 2023.

CARPINO, C.; BRUNO, R.; CARPINO, V.; ARCURI, N. Improve decision-making process and reduce risks in the energy retrofit of existing buildings through uncertainty and sensitivity analysis. Energy for Sustainable Development, v. 68, p. 289-307, June 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.esd.2022.04.007

CHOI, J.-H. Investigation of the correlation of building energy use intensity estimated by six building performance simulation tools. Energy and Buildings, v. 147, p. 14–26, July 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.04.078.

CHONG, A.; XU, W.; LAM, K. P. Uncertainty analysis in building energy simulation-a practical approach. In: CONFERENCE OF INTERNATIONAL BUIDING PERFORMANCE SIMULARION, 14., 2015, Hyderabad. Proceedings […]. Hyderabad, India: IBPSA, 2015. DOI: https://doi.org/10.26868/25222708.2015.2131.

COSTA, J. F. W.; AMORIM, C. N. D. Materiais transparentes e translúcidos inovadores em fachadas e seu desempenho em iluminação natural: panorama internacional e aplicabilidade no contexto brasileiro. Ambiente Construído, v. 22, n. 4, p. 179-198, out./dez. 2022. DOI: https://doi.org/10.1590/s1678-86212022000400635.

CRAWLEY, D. Building simulation for policy support. In: HENSEN, J. L. M.; LAMBERTS, R. (org.). Building Performance Simulating for Design and Operation. 2nd. ed. London: Routledge, 2019. 772 p.

CRAWLEY, D. B.; LAWRIE, L. K.; WINKELMANN, F. C.; BUHL, W. F.; HUANG, Y. J.; PEDERSEN, C. O.; STRAND, R. K.; LIESEN, R. J.; FISCHER, D. E.; WITTE, M. J.; GLAZER, J. EnergyPlus: Creating a new-generation building energy simulation program. Energy and Buildings, v. 33, n. 4, p. 319–331, Apr. 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-7788(00)00114-6.

DE DEAR, R. J.; BRAGER, G. S. Developing an adaptive model of thermal comfort and preference. ASHRAE Transactions, v. 104, pt. 1, p. 145–167, Feb. 1998.

DESIGNBUILDER. Uncertainty and Sensitivity Analysis - Advanced Tutorial. 2019. Disponível em: https://designbuilder.co.uk/helpv7.0/index.htm#UASAAdvancedTutorial.htm?Highlight=p-value. Acesso em: 15 fev. 2023.

FERREIRA, C. C.; SOUZA, H. A.; ASSIS, E. S. Discussão dos limites das propriedades térmicas dos fechamentos opacos segundo as normas de desempenho térmico brasileiras. Ambiente Construído, v. 17, n. 1, p. 183–200, jan.-mar. 2017. DOI: https://doi.org/10.1590/s1678-86212017000100131.

FREITAS, L. F.; LIMA, F. R.; OLIVEIRA, R. D. Análise das condições de conforto térmico dos usuários em ambientes naturalmente ventilados: simulação aplicada à edificação escolar pública. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 15., 2019, João Pessoa. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2019. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/3990. Acesso em: 20 ago. 2023.

GAGNON, R.; GOSSELIN, L.; DECKER, S. Sensitivity analysis of energy performance and thermal comfort throughout building design process. Energy and Buildings, v. 164, p. 278–294, Apr. 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.12.066.

GU, L. Airflow network modeling in energyplus. In: INTERNATIONAL BUILDING PERFORMANCE SIMULATION ASSOCIATION, 2007, Coca. Proceedings […]. Beijing: IBPSA, 2007. Disponível em: http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2007/p398_final.pdf. Acesso em: 20 fev. 2023.

GUNAY, H. B.; OUF, M.; NEWSHAM, G.; O’BRIEN, W. Sensitivity analysis and optimization of building operations. Energy and Buildings, v. 199, p. 164–175, Sept. 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.06.048.

HENSEN, J. L. M.; LAMBERTS, R. Building performance simulation – challenges and opportunities. In: HENSEN, J. L. M.; LAMBERTS, R. (ed.). Building Performance Simulation for Design and Operation. 2nd. ed. New York: Routledge, 2019. p. 1-10. 772 p.

HOPFE, C. J.; HENSEN, J. L. M. M. Uncertainty analysis in building performance simulation for design support. Energy and Buildings, v. 43, n. 10, p. 2798–2805, Oct. 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.06.034.

JANKOVIC, L. Designing zero carbon buildings using dynamic simulation methods. Londres: Routledge, 2013. 450 p.

KOWALTOWSKI, D. C. C. K. Arquitetura escolar: O projeto de ambiente de ensino. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. 272 p.

KOWALTOWSKI, D. C. C. K.; DELIBERADOR, M. S.; PEREIRA, P. R. P. Arquitetura escolar e seu processo de projeto. In: KOWALTOWSKI, D. C. C. K.; MOREIRA, D. C.; PETRECHE, J. R. D.; FABRÍCIO, M. M. O processo de projeto em arquitetura: da teoria a tecnologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. 504 p.

MODLER N. L.; BERLEZE A. S.; TSUTSUMI E. K.; LINCZUK V. C. C.; AZEVEDO G. A. N. Avaliação de desempenho de um projeto padrão do programa Proinfância: escola de educação infantil no sul do Brasil. Gestão & Tecnologia de Projetos, v. 13, n. 2, p. 95-118, maio 2018. DOI: https://doi.org/10.11606/gtp.v13i2.126495.

PEGLOW, J. ; RITTER, V. ; RONCA, A. ; PEREIRA, R. ; CUNHA, E. ; RHEINGANTZ, P. Avaliação do conforto térmico de escola municipal de educação infantil em Pelotas/RS – ZB2. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 16., 2016, São Paulo. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2016.

PERILLO, Paulo José Lima; CAMPOS, Marcus André Siqueira; ABREU-HARBICH, Loyde Vieira. Conforto térmico em salas de aula: revisão sistemática da literatura. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, Campinas, SP, v. 8, n. 4, p. 236-248, dez. 2017. DOI: https://doi.org/10.20396/parc.v8i4.8650268.

RACKES, A.; MELO, A. P.; LAMBERTS, R. Naturally comfortable and sustainable: Informed design guidance and performance labeling for passive commercial buildings in hot climates. Applied Energy, v. 174, p. 256–274, July 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.04.081.

RORIZ, M. Classificação de climas do Brasil – Versão 3.0. São Carlos: ANTAC, 2014. 5 p. Disponível em: https://labeee.ufsc.br/sites/default/files/Climas_v3.pdf. Acesso em: 17 fev. 2023.

SALTELLI, A.; RATTO, M.; ANDRES, T.; CAMPOLONGO, F.; CARIBONI, J.; GATELLI, D.; SAISANA, M.; TARANTOLA, S. Global sensitivity analysis: The primer. Londres: John Wiley, 2008. 304 p. Disponível em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470725184. Acesso em: 18 jan. 2023.

SARTORI, G.; SILVA FILHO, L. C. P.; TORRES, M. C. A. Análise do método de avaliação térmica dos projetos de pré-escolas do programa Proinfância. PARC Pesquisa em Arquitetura e Construção, Campinas, SP, v. 12, p. e021020, 2021. DOI: https://doi.org/10.20396/parc.v12i00.8661249.

SILVA, A. S.; ALMEIDA, L. S. S.; GHISI, E. Decision-making process for improving thermal and energy performance of residential buildings: A case study of constructive systems in Brazil. Energy and Buildings, v. 128, p. 270–286, Sept. 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.06.084.

SILVA, A. S.; GHISI, E. Análise comparativa dos resultados do desempenho térmico da envoltória de uma edificação residencial pelos métodos de simulação do RTQ-R e da NBR 15575-1. Ambiente Construído, v. 14, n. 1, p. 215–230, mar. 2014b. DOI: https://doi.org/10.1590/S1678-86212014000100016.

SILVA, A. S.; GHISI, E. Estimating the sensitivity of design variables in the thermal and energy performance of buildings through a systematic procedure. Journal of Cleaner Production, v. 244, Jan. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118753.

SILVA, A.; SANTOS; GHISI, E. Uncertainty analysis of the computer model in building performance simulation. Energy and Buildings, v. 76, p. 258–269, June 2014a. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.02.070.

SOKOL, N.; KUREK, J.; MARTYNIUK-PECZEK, J.; AMORIM, C. N. D.; VASQUEZ, N. G.; KANNO, J. R., SIBILIO, S.; MATSIAK, B. Boundary conditions for non-residential buildings from the user’s perspective: Literature review. Energy and Buildings, v. 268, Aug. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112192.

SREBRIC, J. Ventilation performance prediction. In: LAMBERTS, R.; HENSEIN, J. L. M. Building Performance Simulation for Design and Operation Simulation. 2nd ed. Abingdon: Routledge, 2019. 772 p.

TAHSILDOOST, M.; ZOMORODIAN, Z. S. Energy retrofit techniques: An experimental study of two typical school buildings in Tehran. Energy and Buildings, v. 104, p. 65–72, Oct. 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.079.

TAN, T.; SZUMANSKA, M. Sensitivity and Uncertainty Analysis of Building Parameters integrating energy, daylight and thermal comfort. 2019. 180 f. (Master thesis in Energy-efficient and Environmental Building Design) - Department of Architecture and Built Environment, Lund University, Lund, 2019. Disponível em: http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8996388. Acesso em: 29 maio2023.

TIAN, W. A review of sensitivity analysis method in building energy analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 20, p. 411–419, Apr. 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.12.014.

TRIOLA, M. F. Essential of Statistics. 5th. ed. Boston: Pearson, 2015. 704 p.

WALSH, A.; CÓSTOLA, D.; LABAKI, L. Proposta de zoneamento climático brasileiro para edificações residenciais. São Paulo, 2023. 301 p.

WALTON, G. N. Airflow network models for element-based building airflow modeling. ASHRAE Transactions, v. 95, pt. 2, p. 611-620, 1989.

WEBER, F. S.; MELO, A. P.; MARINOSKI, D. L.; GUTHS, S.; LAMBERTS, R. Desenvolvimento de um modelo equivalente de avalição de propriedades térmicas para a elaboração de uma biblioteca de componentes construtivos brasileiros para o uso no programa EnergyPlus. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2017. 52 p. Disponível em: https://labeee.ufsc.br/sites/default/files/publicacoes/relatorios_pesquisa/Biblioteca_ComponentesConstrutivos_0.pdf. Acesso em: 8 ago 2022.

WEST, S.; NDIAYE, D. Energy Simulation Aided Design for Buildings: ASHRAE Standard 209. ASHRAE Journal, v. 61, n. 12, p. 20–26, Dec. 2019.

YANG, S.; TIAN, W.; CUBI, E.; MENG, Q.; LIU, Y.; WEI, L. Comparison of Sensitivity Analysis Methods in Building Energy Assessment. Procedia Engineering, v. 146, p. 174-181, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.369.

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