TCC Samara construção sustentavel, Manuais, Projetos, Pesquisas de Construção

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES

EM CONTÊINER

Samara Andreolli

Lajeado, junho de 2017

Samara Andreolli

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES EM

CONTÊINER

Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II, do Curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a obtenção do título de Bacharela em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Me. Rodrigo Spinelli

Lajeado, junho de 2017

RESUMO

A sustentabilidade e a inovação são conceitos primordiais na construção civil. A cada dia, cresce a busca por edificações que sejam aliadas a esses conceitos, principalmente devido à necessidade de reutilização de materiais, visando à redução de geração de resíduos da construção civil. Nesse contexto, surge a possibilidade de utilização de contêineres marítimos e ferroviários na construção de edificações comerciais e residenciais. O recipiente de aço oferece resistência mecânica, durabilidade, flexibilidade e diversas possibilidades de modulação, entretanto, suas propriedades térmicas apresentam alto fator de absorção e dissipação de calor, as quais exigem que tratamentos especiais sejam realizados nessas edificações, visando minimizar o desconforto térmico interno. Assim sendo, este trabalho teve como objetivo principal verificar o desempenho térmico de edificações em contêiner, a partir medições de temperatura in loco e de simulações computacionais através do software EnergyPlus , combinando diferentes tipos de isolamentos térmicos existentes na construção civil. Foram analisadas as diferenças de temperatura dos ambientes externo e interno das edificações e fatores de transmitância térmica e atraso térmico das materialidades dos fechamentos. Os resultados dos experimentos comprovam que as edificações em contêiner com isolamento térmico atendem aos critérios de desempenho térmico estabelecidos pelas normas NBR 15220-3/2005 e 15575-1/2013.

Palavras-chave: Contêiner. Desempenho térmico. Temperatura.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

EPE Empresa de Pesquisa Energética

EPS Poliestireno Expandido

NBR Norma Brasileira Registrada

ISO International Standard for Organization

TBS Temperatura de Bulbo Seco

TO Temperatura Operativa

XPS Poliestireno Extrudado

• Figura 1 – Contêineres ferroviários e marítimos........................................................ LISTA DE FIGURAS
• Figura 2 – Contêineres Dry Box
• Figura 3 – Contêiner High Cube
• Figura 4 – Contêiner Refrigerado
• Figura 5 – Contêiner Open Top
• Figura 6 – Contêiner Tank
• Figura 7 – Contêiner Flat Rack..................................................................................
• Figura 8 – Conjunto habitacional na Holanda............................................................
• Figura 9 – Casa contêiner no Canadá
• Figura 10 – Casa contêiner na Costa Rica
• Figura 11 – Casa contêiner no Chile
• Figura 12 – Casa contêiner em São Paulo
• Figura 13 – Escritório em contêiner em Manaus
• Figura 14 – Casa em contêiner no Paraná
• Figura 15 – Comportamento térmico dos contêineres...............................................
• Figura 16 – Zoneamento bioclimático brasileiro
• Figura 17 – Interface principal do programa EnergyPlus
• Figura 18 – Sistema de edição de dados do EnergyPlus
• Figura 19 – Lã de rocha
• Figura 20 – Lã de vidro
• Figura 21 – Poliestireno expandido (EPS)
• Figura 22 – Poliestireno extrudado............................................................................
• Figura 23 – Espuma rígida de poliuretano
• Figura 24 – Equipamento MT-530 R
• Figura 25 – Corte esquemático
• Figura 26 – Contêiner com isolamento térmico usado nas medições in loco
• Figura 27 – Contêiner sem isolamento térmico usado nas medições in loco
• Gráfico 1 – Temperaturas externas em dias de projeto LISTA DE GRÁFICOS
• Gráfico 2 – Temperaturas no dia 21 de dezembro
• Gráfico 3 – Temperaturas no dia 21 de janeiro
• Gráfico 4 – Temperaturas no dia 21 de fevereiro
• Gráfico 5 – Temperaturas no dia 21 de março
• Gráfico 6 – Temperaturas das edificações no dia 08 de janeiro
• Gráfico 7 – Temperaturas das edificações no dia 11 de março
• Tabela 1 – Consumo energético anual no Brasil LISTA DE TABELAS
• Tabela 2 – Parâmetros de conforto
• Tabela 3 – Critérios de desempenho térmico
• Tabela 4 – Relação de cidades e zonas bioclimáticas
• Tabela 5 – Resistência térmica superficial
• Tabela 6 – Parâmetros admissíveis para cada tipo de vedação externa
• Tabela 7 – Vedações externas
• Tabela 8 – Propriedades dos materiais
• Tabela 9 – Combinações de materialidades construtivas
• Tabela 10 – Coordenadas do modelo construtivo
• Tabela 11 – Fechamentos transparentes
• Tabela 12 – Temperatura máxima em dias de projeto
• Tabela 13 – Nomenclatura das materialidades
• Tabela 14 – Temperatura máxima em dias de projeto
• Tabela 15 – Temperatura máxima em dias de projeto
• Tabela 16 – Dia de maior temperatura
• Tabela 17 – Dia de menor temperatura
• Tabela 18 – Temperatura interna máxima e nível de conforto
• Tabela 19 – Resistência térmica total
• Tabela 20 – Transmitância térmica
• Tabela 21 – Atraso térmico
• Tabela 22 – Medições in loco - contêiner sem isolamento térmico
• Tabela 23 – Medições in loco - contêiner com isolamento térmico
• 1 INTRODUÇÃO
• 1.1 Tema
• 1.2 Problema
• 1.3 Hipótese
• 1.4 Objetivo geral
• 1.5 Objetivos específicos........................................................................................
• 1.6 Justificativa e relevância do trabalho
• 1.7 Delimitação do trabalho
• 1.8 Estrutura do trabalho
• 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• 2.1 Habitação
• 2.2 Sustentabilidade na construção civil
• 2.2.1 Eficiência energética
• 2.3 Contêiner............................................................................................................
• 2.3.1 Tipos
• 2.3.2 Utilização na construção civil
• 2.3.2.1 Projetos em contêiner
• 2.3.2.2 Vantagens
• 2.3.2.3 Custos
• 2.4 Conforto térmico
• 2.4.1 Transferências de calor
• 2.4.2 Avaliação do desempenho térmico
• 2.4.2.1 Resistência térmica
• 2.4.2.2 Transmitância térmica
• 2.4.2.3 Capacidade térmica.....................................................................................
• 2.4.2.4 Atraso térmico
• 2.4.2.5 Fator de ganho de calor solar
• 2.4.2.6 Programa EnergyPlus
• 2.4.2.7 Medições in loco
• 2.5 Isolamento térmico de edificações
• 2.5.1 Lã de rocha
• 2.5.2 Lã de vidro
• 2.5.3 Poliestireno expandido
• 2.5.4 Poliestireno extrudado...................................................................................
• 2.5.5 Espuma rígida de poliuretano
• 3 MATERIAIS E MÉTODOS
• 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
• 4.1 Análise computacional
• 4.1.1 Análise térmica em dias de projeto
• 4.1.2 Análise térmica em dias significativos
• 4.2 Características térmicas dos materiais
• 4.2.1 Transmitância térmica
• 4.2.2 Atraso térmico
• 4.3 Medições in loco
• 5 CONCLUSÃO
• 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 INTRODUÇÃO

O setor da construção civil está constantemente em processo de inovação. A cada dia surgem novos métodos construtivos e novos materiais para serem usados, com finalidades distintas ou semelhantes a outros que já existem nesse setor, trazendo vantagens significativas ao sistema, seja no tempo de execução, custos, facilidade ou responsabilidade ambiental. Nesse contexto, é constante a busca por novas ideias que atendam as diferentes demandas e necessidades dos clientes.

Embora seja um setor com perspectivas avançadas no quesito tecnologia e inovação, alguns conceitos básicos ainda precisam ser evoluídos, principalmente em relação à preservação do meio ambiente.

A busca por métodos sustentáveis de utilização de materiais, através do gerenciamento dos processos está cada vez maior, tendo em vista que o setor tem como característica altos índices de geração de resíduos. As estratégias ambientais são inseridas nessa área visando redução desses resíduos e iniciativas de reutilização de materiais, que além de resultarem em melhores condições ambientais, beneficiem o projeto com reduções em custos.

O contêiner é um recipiente metálico usado no setor de transporte de cargas ferroviárias e marítimas, descartado após 10 anos de uso. Embora esteja em perfeitas condições, o recipiente não é mais utilizado após esse período, sendo depositado junto ao meio ambiente ou reutilizado em outros segmentos, como a construção civil, em edificações residenciais e comerciais.

1.3 Hipótese

O presente trabalho parte do pressuposto que uma edificação em contêiner é um método sustentável e econômico de construção, e que apresenta desempenho térmico semelhante a outros métodos construtivos tradicionais, desde que adotadas medidas de isolamento térmico.

1.4 Objetivo geral

O objetivo geral desse trabalho é verificar dentre os isolamentos térmicos existentes na construção civil, quais atendem aos critérios estabelecidos em norma para conforto térmico e realizar uma comparação entre o desempenho térmico de edificações em contêiner e uma edificação convencional em alvenaria, a partir de simulações computacionais.

1.5 Objetivos específicos

Os objetivos específicos que norteiam o presente trabalho estão expressos nos seguintes itens:

 Determinar a transmitância térmica e atraso térmico de edificações em contêiner com diferentes tipos de isolamentos térmicos;

 Determinar o desempenho térmico de edificações em contêiner com materiais isolantes através de simulações computacionais;

 Verificar a temperatura interna e umidade relativa do ar de edificações em contêiner a partir de medições in loco.

1.6 Justificativa e relevância do trabalho

A utilização de contêineres na construção civil está associada aos conceitos de renovação, sustentabilidade e economia. O recipiente utilizado no setor de transporte de carga marítima e ferroviária vem sendo aproveitado como estrutura de edificações para comércios, alojamentos e casas, substituindo os tradicionais métodos construtivos. A proposta traz consigo algumas vantagens como agilidade construtiva, redução na geração de resíduos da construção, eficiência energética e custos.

1.7 Delimitação do trabalho

O trabalho abrange analisar materiais e métodos de isolamento térmico que podem ser aplicados em edificações formadas por contêineres, visando atingir favoráveis índices de desempenho térmico, de acordo com as normas vigentes.

1.8 Estrutura do trabalho

A monografia está estruturada em cinco capítulos. O capítulo 1 apresenta elementos como a introdução, tema, problema, hipótese, objetivos gerais e específicos, justificativa, delimitação e a estrutura do trabalho desenvolvido.

O capítulo 2 abrange a revisão bibliográfica, a qual aborda a importância da sustentabilidade na construção civil aliada à eficiência energética das habitações. Além disso, estão apresentados os tipos de contêineres usados no transporte de cargas e como estão sendo implantados na construção civil, destacando exemplos de projetos, vantagens e custos. Tendo em vista que o contêiner é formado por elementos que absorver e dissipam muito facilmente o calor, nesse capítulo também é abordada a importância do conforto térmico em habitações, formas de avaliação e de isolamento térmico.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Habitação

A habitação é um local que oferece abrigo, segurança e proteção contra ações do meio externo. É um conjunto de elementos estruturais que representa um ambiente íntimo e de descanso para as pessoas que a ocupam. Para Costa (1982), a habitação tem como finalidade proteger o ser humano contra as ações do meio ambiente e fenômenos meteorológicos, principalmente fatores como a chuva, neve, vento, insolação e variações de temperatura.

Embora as habitações mais convencionais sejam as casas e edifícios construídos em alvenaria e estruturados em elementos em concreto armado, novas tendências arquitetônicas e estruturais surgem a cada dia e crescem no mercado da construção civil no Brasil.

Conforme Koski (2014), atualmente, a habitação está além de atender apenas as necessidades básicas, mas também deve atender outros interesses que a sociedade passou a ter, principalmente em relação à estética e ao conforto do ambiente. As edificações estão cada vez mais vinculadas aos conceitos de diversidade, flexibilidade e personalização. Esses conceitos estão relacionados com a inovação, desenvolvimento tecnológico, padrões sociais e níveis de satisfação. Para Schmid (2005, p. 13), a casa:

Atende a um conjunto de necessidades básicas de segurança, envolvimento, orientação no tempo e, principalmente, no espaço. É como se oferecesse consolo interminável ao ser humano, lançado no mundo. E na casa, a qualidade mais importante parece ser o conforto.

A elegância arquitetônica e a eficiência térmica das edificações nem sempre andam lado a lado. A implantação de sistemas de climatização e condensadores de ar condicionado são importantes para o bem estar das pessoas que ocupam o ambiente, no entanto, têm influenciado diretamente na aparência das edificações. Essa temática surge como um desafio para os projetistas que devem combinar estética e eficiência (SCHMID, 2005).

Com o passar dos anos, as construções residenciais e comerciais começaram a evoluir de forma a atender as necessidades requeridas pelas pessoas, de acordo com a finalidade de sua ocupação. Schmid (2005) destaca que “houve contribuições efetivas ao desempenho energético, já que os conhecimentos em isolamento térmico e ventilação também avançaram”.

2.2 Sustentabilidade na construção civil

Sustentabilidade é a capacidade de algo ou atividade se sustentar ou de se manter por um tempo indeterminado. Se as explorações dos recursos naturais forem realizadas de maneira sustentável, esses recursos não se esgotarão e poderão durar para sempre. Uma sociedade sustentável, caracteriza-se por não apresentar riscos ao meio ambiente (MIKHAILOVA, 2004).

Para Reis (2002), a habitação sustentável é aquela que faz a interação entre a natureza e o ambiente construído, cuja função seja contribuir para o aumento da qualidade de vida das pessoas, por meio da combinação do uso adequado de materiais e estudo das necessidades humanas.

O cenário atual da construção civil apresenta uma crescente busca por métodos que visam reduzir os impactos ambientais, sejam nas etapas de produção de materiais usados ou na construção das edificações. Isso porque uma habitação de qualidade é aquela realizada sem comprometer os ecossistemas existentes ao seu redor, o que exige que as empresas construtoras assumam uma postura ética de preservação ao meio ambiente (FLORIM; QUELHAS, 2004).

consumo energético no período de 2004 a 2015, conforme Tabela 1, mostrando que apenas em 2015 houve uma redução no consumo de energia no país. Para a EPE, essa redução ocorreu devido às crises financeiras da população, principalmente em relação às condições de emprego e renda. Conforme dados da pesquisa, em relação ao ano de 2015, o consumo médio mensal por residência foi de 161,8 kWh.

Tabela 1 – Consumo energético anual no Brasil Ano Consumo (MWh) 2004 329.707. 2005 344.283. 2006 356.129. 2007 377.030. 2008 388.472. 2009 384.306. 2010 415.682. 2011 433.033. 2012 448.104. 2013 463.142. 2014 474.822. 2015 464.401. Fonte: Adaptado de www.epe.gov.br.

Apesar da redução no consumo de energia no último ano, os profissionais projetistas ainda buscam soluções eficientes para implantar em seus projetos residenciais, que ofereçam conforto aos usuários aliado ao baixo consumo energético (KREBS; MOURA; CUNHA, 2015).

Para Fonseca et al. (2010), a sustentabilidade é um fator que tem chamado atenção de engenheiros e arquitetos no que diz respeito à realização de ações e utilização de materiais na construção civil, que buscam reduzir os impactos ao meio ambiente e aumentam o aproveitamento de recursos naturais. Essas práticas contribuem para a eficiência energética das edificações, a qual está diretamente relacionada à redução do consumo de energia e, consequentemente, redução dos impactos ambientais.

De acordo com Koski (2014 apud Jourda, 2009), a sustentabilidade está diretamente relacionada à fatores de conforto de ambientes, tais como iluminação e

ventilação. Para reduzir o uso de iluminação artificial, os ambientes devem ser projetados de modo a permitir entrada de iluminação natural, assim como devem possibilitar a ventilação natural, reduzindo a necessidade de ventilação mecânica, a qual é responsável pelo alto consumo energético das edificações.

2.3 Contêiner

Nas primeiras navegações marítimas, os tonéis eram os recipientes geralmente utilizados para transportar as mercadorias nas exportações mundiais, visto que eram resistentes e facilmente manuseáveis. Com o passar dos anos e com o aumento da demanda de transporte, percebeu-se à necessidade de se criar um recipiente mais forte, resistente e maior para essa finalidade, surgindo assim o contêiner (SOUZA, 2015).

Com o novo recipiente, as empresas conseguiram viabilizar a redução de custos com o frete, e consequentemente, a redução no custo final do produto transportado, o que resultou no aumento das exportações mundiais (ROMANO; PARIS; NEUENFELDT JÚNIOR, 2014). A utilização desse material favoreceu as operações principalmente em grandes portos, contribuindo para o aumento da eficiência, segurança e agilidade do processo de transporte (BANDEIRA; BECKER; BORENSTEIN, 2008).

Para Souza (2015), os contêineres são recipientes de metal, caracterizados por apresentarem ondulações nas paredes e tetos, e utilizados no transporte de cargas em embarcações marítimas e ferroviárias, conforme mostra a Figura 1, sendo responsáveis por 95% do carregamento global de mercadorias. Os pisos são formados por tábuas de madeira resistentes, que podem ser substituídas quando necessário.

Os contêineres são formados em aço corten ou patináveis, que segundo a Empresa Gerdau, são aços que apresentam alta resistência mecânica, sendo superior a 35 kgf/mm² e alta resistência à corrosão, se comparado a outros aços estruturais. O aço corten possui elementos como níquel, cromo, silício, cobre e fósforo, totalizando 3% de liga.