Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil. Área de Especialização de Construções. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

No Brasil e em São Paulo, a ASHRAE Standard 90.1 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings ganhou rápida aceitação nos últimos anos. A norma é referenciada pelo sistema de certificação Leadership in Energy and Environmental Design - LEED para estabelecer padrões mínimos de desempenho energético. Apesar do desenvolvimento de atividade de consultoria para comprovação de conformidade com esse código, a consultoria tem se limitado a intervir no projeto de arquitetura após sua concepção. A fim de investigar a influência da arquitetura no desempenho de edifícios de escritório e justificar a consultoria desde as primeiras etapas do projeto, o desempenho de uma série de modelos é estimado com auxílio da ferramenta de simulação computacional EnergyPlus. As alternativas avaliadas incluem diferentes percentagens de área de fachada envidraçada, propriedades ópticas e térmicas dos fechamentos transparentes, persianas automatizadas, orientação do edifício e proporções do pavimento tipo. Os resultados comprovaram a influência da arquitetura no desempenho energético de edifícios de escritório. Portanto, as decisões tomadas durante a fase de concepção do projeto têm impacto considerável no desempenho final do edifício e, apesar do tempo e dos esforços necessários, devem ser estudadas. / In Brazil and Sao Paulo, ASHRAE Standard 90.1 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings has rapidly gained acceptance in recent years. The standard is referred by the Leadership in Energy and Environmental Design - LEED rating system to set minimum energy performance levels. Although consulting activity was developed to demonstrate compliance to the code, it has been limited to intervene in the architectural design after its conception. With the aim of investigating the influence of architecture on the performance of office buildings and justify the consultancy since early design stages, the performance of a set of models is estimated using EnergyPlus computer simulation tool. The assessed alternatives include different Window-to-Wall Ratios - WWR, optical and thermal properties of glazing systems, automated roller shades, building orientation and proportions of typical floors. The results confirmed the influence of architecture on the energy performance of office buildings. Therefore, decisions taken during early design stages have considerable impact on the final performance of buildings and, despite the time and effort involved, should be studied.

No Brasil e em São Paulo, a ASHRAE Standard 90.1 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings ganhou rápida aceitação nos últimos anos. A norma é referenciada pelo sistema de certificação Leadership in Energy and Environmental Design - LEED para estabelecer padrões mínimos de desempenho energético. Apesar do desenvolvimento de atividade de consultoria para comprovação de conformidade com esse código, a consultoria tem se limitado a intervir no projeto de arquitetura após sua concepção. A fim de investigar a influência da arquitetura no desempenho de edifícios de escritório e justificar a consultoria desde as primeiras etapas do projeto, o desempenho de uma série de modelos é estimado com auxílio da ferramenta de simulação computacional EnergyPlus. As alternativas avaliadas incluem diferentes percentagens de área de fachada envidraçada, propriedades ópticas e térmicas dos fechamentos transparentes, persianas automatizadas, orientação do edifício e proporções do pavimento tipo. Os resultados comprovaram a influência da arquitetura no desempenho energético de edifícios de escritório. Portanto, as decisões tomadas durante a fase de concepção do projeto têm impacto considerável no desempenho final do edifício e, apesar do tempo e dos esforços necessários, devem ser estudadas. / In Brazil and Sao Paulo, ASHRAE Standard 90.1 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings has rapidly gained acceptance in recent years. The standard is referred by the Leadership in Energy and Environmental Design - LEED rating system to set minimum energy performance levels. Although consulting activity was developed to demonstrate compliance to the code, it has been limited to intervene in the architectural design after its conception. With the aim of investigating the influence of architecture on the performance of office buildings and justify the consultancy since early design stages, the performance of a set of models is estimated using EnergyPlus computer simulation tool. The assessed alternatives include different Window-to-Wall Ratios - WWR, optical and thermal properties of glazing systems, automated roller shades, building orientation and proportions of typical floors. The results confirmed the influence of architecture on the energy performance of office buildings. Therefore, decisions taken during early design stages have considerable impact on the final performance of buildings and, despite the time and effort involved, should be studied.

Este trabalho tem por finalidade avaliar o desempenho energético do sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso (Underfloor Air Distribution System UFAD) em ambientes de escritório, considerando diferentes possibilidades de arquitetura do sistema e seus modos de operação com ciclos economizadores. Por meio de simulação computacional, as avaliações foram realizadas para o clima da cidade de São Paulo ao longo de um ano metereológico típico, mantendo as condições de conforto térmico no ambiente. O programa de simulação selecionado como ferramenta foi o EnergyPlus 2.1.0.023, visto que modelos numéricos nele implementados representam adequadamente o sistema UFAD e os ciclos economizadores. Como referência para o desenvolvimento dos modelos de simulação foi utilizada uma câmara de testes representativa de um ambiente de escritórios. Esta câmara foi desenvolvida por Leite (2003) para avaliação do conforto térmico propiciado pelo sistema UFAD. As curvas de distribuição de temperatura resultantes das simulações foram similares às curvas resultantes das medições executadas por esta autora. As simulações foram realizadas para duas arquiteturas diferentes do circuito de ar (com e sem desvio do ar de retorno) combinados com três diferentes modos de operação relacionados à vazão do ar exterior. A análise dos dados climáticos da cidade de São Paulo demonstra que a tomada de ar exterior pode ser majorada com a utilização de ciclos economizadores, reduzindo o consumo de energia do sistema. Os resultados desta pesquisa indicam uma estreita relação entre arquitetura do sistema, controle dos ciclos economizadores, e dados climáticos, revelando que a combinação entre esses parâmetros pode reduzir em 34,5% o consumo de energia elétrica do sistema UFAD na cidade de São Paulo. / The purpose of this research is to evaluate the energy performance of the Underfloor Air Distribution (UFAD) system at office buildings, considering different air loops design and economizer cycles while keeping thermal comfort for the weather data of São Paulo city, Brazil. Simulations were held using the EnergyPlus software version 2.1.0.023, since its numerical models can well represent UFAD systems and economizer cycles. One chamber representing an office room was used as reference for the simulation models. This chamber was developed by Leite (2003) to evaluate the thermal comfort conditions provided by the UFAD system. The curves of temperature distribution obtained from simulation were similar to those experimentally obtained by Leite (2003). Simulations were performed for two different air loops (with and without return air bypass) combined with three different outside air controls. The São Paulo weather data analysis demonstrates that the outside air flow can be increased with the use of economizer cycles, reducing electric energy consumption of the UFAD system. The results of this research indicate that there is a tight relationship between the system air loop design, economizer cycle control and weather data, which reveals that the combination between these parameters can reduce about 34,5% the electric energy consumption of UFAD system at São Paulo city.

Este trabalho tem por finalidade avaliar o desempenho energético do sistema de condicionamento de ar com distribuição pelo piso (Underfloor Air Distribution System UFAD) em ambientes de escritório, considerando diferentes possibilidades de arquitetura do sistema e seus modos de operação com ciclos economizadores. Por meio de simulação computacional, as avaliações foram realizadas para o clima da cidade de São Paulo ao longo de um ano metereológico típico, mantendo as condições de conforto térmico no ambiente. O programa de simulação selecionado como ferramenta foi o EnergyPlus 2.1.0.023, visto que modelos numéricos nele implementados representam adequadamente o sistema UFAD e os ciclos economizadores. Como referência para o desenvolvimento dos modelos de simulação foi utilizada uma câmara de testes representativa de um ambiente de escritórios. Esta câmara foi desenvolvida por Leite (2003) para avaliação do conforto térmico propiciado pelo sistema UFAD. As curvas de distribuição de temperatura resultantes das simulações foram similares às curvas resultantes das medições executadas por esta autora. As simulações foram realizadas para duas arquiteturas diferentes do circuito de ar (com e sem desvio do ar de retorno) combinados com três diferentes modos de operação relacionados à vazão do ar exterior. A análise dos dados climáticos da cidade de São Paulo demonstra que a tomada de ar exterior pode ser majorada com a utilização de ciclos economizadores, reduzindo o consumo de energia do sistema. Os resultados desta pesquisa indicam uma estreita relação entre arquitetura do sistema, controle dos ciclos economizadores, e dados climáticos, revelando que a combinação entre esses parâmetros pode reduzir em 34,5% o consumo de energia elétrica do sistema UFAD na cidade de São Paulo. / The purpose of this research is to evaluate the energy performance of the Underfloor Air Distribution (UFAD) system at office buildings, considering different air loops design and economizer cycles while keeping thermal comfort for the weather data of São Paulo city, Brazil. Simulations were held using the EnergyPlus software version 2.1.0.023, since its numerical models can well represent UFAD systems and economizer cycles. One chamber representing an office room was used as reference for the simulation models. This chamber was developed by Leite (2003) to evaluate the thermal comfort conditions provided by the UFAD system. The curves of temperature distribution obtained from simulation were similar to those experimentally obtained by Leite (2003). Simulations were performed for two different air loops (with and without return air bypass) combined with three different outside air controls. The São Paulo weather data analysis demonstrates that the outside air flow can be increased with the use of economizer cycles, reducing electric energy consumption of the UFAD system. The results of this research indicate that there is a tight relationship between the system air loop design, economizer cycle control and weather data, which reveals that the combination between these parameters can reduce about 34,5% the electric energy consumption of UFAD system at São Paulo city.