Análise de eficiência energética de uma proposta construtiva para edifícios modulares

Abstract

No processo de desenvolvimento de qualquer edifício é importante conciliar o desenvolvimento do projeto estrutural com o desenvolvimento do projeto energético. Este desafio toma uma proporção acrescida no caso da construção modular devido ao aumento do número e qualidade dos constrangimentos envolvidos. Neste estudo as decisões tomadas ao nível da solução construtiva, que englobam, por exemplo, a escolha dos materiais que compõem os elementos construtivos e as dimensões e volumetrias de um edifício com construção modular, são analisadas relativamente ao seu desempenho energético, avaliado através do consumo do sistema de climatização para garantir o conforto térmico dos ocupantes, tendo sido avaliado o efeito do clima, da orientação solar, da fração envidraçada da envolvente exterior e das cargas térmicas internas, nomeadamente daquelas dependentes do tipo de atividade metabólica desenvolvida no interior do módulo. Esta análise foi efetuada, recorrendo ao software de simulação dinâmica DesignBuilder que foi usado para o desenvolvimento de um estudo paramétrico que permitisse avaliar o impacto dos diferentes cenários considerados, sobre o consumo energético dos sistemas de climatização. O estudo desenvolvido, conjugado com as restantes restrições e condicionantes do projeto, permitiu estabelecer as dimensões mais adequadas dos vãos envidraçados assim como identificar algumas fragilidades do projeto do ponto de vista térmico, como por exemplo uma reduzida inércia térmica, e finalmente testar propostas de melhoria visando minimizar essas fragilidades. Assim, determinou-se que a variação da localização e do tipo de atividade física têm influência no consumo energético anual da construção modular e que a fraca inércia térmica é a maior limitação associada ao conceito. Numa segunda fase do trabalho foi analisado o impacto de algumas variantes ao projeto base, relacionadas com a resposta a desafios estruturais e de impermeabilização, sobre o desempenho energético do módulo construtivo, nomeadamente a utilização de uma fachada exterior secundária, do tipo tenda, tendo sido concluído que para uma localização associada a um clima frio extremo, esta solução estrutural poderá ser vantajosa, do ponto de vista energético.

In the development process of any building it is important to reconcile the structural project with the energy project. This challenge takes an increased relevance in the case of modular construction due to the increase in the number and quality of the constraints involved. In this study the decisions taken at the level of the constructive solution, which include, for example, the choice of materials that compose the constructive elements and the dimensions and volumes of a building with modular construction, are analysed in relation to its energy performance, evaluated through the consumption of the HVAC system to ensure the thermal comfort of the occupants, having been evaluated the effect of the climate, solar orientation, the glass fraction of the exterior envelope and the internal thermal loads, particularly those dependent on the metabolic activity level considered within the module. This analysis was performed using the dynamic simulation software Designbuilder that was used for the development of a parametric study that allowed evaluating the impact of the different scenarios considered on the energy consumption of HVAC systems. The developed study in conjunction with the remaining restrictions and constraints of the project allowed to establish the most appropriate dimensions of the glazed spans as well as to identify some weaknesses of the project from a thermal point of view, such as a reduced thermal inertia, and finally test improvement proposals to minimize these fragilities. Thus, it was determined that the variation of the location and the type of physical activity have an influence on the annual energy consumption of the modular construction and that the low thermal inertia the major limitation associated with the concept. In a second phase of the work, the impact of some variants of the base project on the energy performance of the module were analysed, namely those related to structural and waterproofing challenges, solved by the addition of an external element acting as a second skin or tent. At the end of this study it was concluded that this solution may be an advantage in countries with cold climates.