Avaliação do cálculo da iluminação natural realizada pelo ...· referente à parcela da...

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  • Ambiente Construdo, Porto Alegre, v. 10, n. 2, p. 157-169, abr./jun. 2010. ISSN 1678-8621 2005, Associao Nacional de Tecnologia do Ambiente Construdo. Todos os direitos reservados.

    157

    Avaliao do clculo da iluminao natural realizada pelo programa EnergyPlus

    Evaluation of daylight calculated by the Energyplus program

    Greici Ramos Enedir Ghisi

    Resumo ara uma boa avaliao do desempenho termoenergtico da edificao

    necessrio analisar tambm o uso da iluminao natural, uma vez que

    seu uso influencia na carga trmica da edificao. Este trabalho tem

    como objetivo avaliar o clculo das iluminncias internas realizado por

    meio do programa de simulao EnergyPlus. A anlise foi realizada a partir da

    comparao do fator de luz diurna (FLD) com o resultado de outros dois

    programas, Daysim/Radiance e TropLux, e da comparao entre a iluminncia

    horizontal externa calculada e a medida em Florianpolis entre 2003 e 2005. O

    FLD foi calculado para duas salas diferentes: uma quadrada (5 m x 5 m x 3 m) e

    outra retangular profunda (5 m x 10 m x 3 m). A partir dessas anlises verificou-se

    que o programa EnergyPlus no apresenta resultados coerentes para o FLD e para

    a iluminncia externa. A comparao entre o FLD calculado pelos trs programas

    mostra que o programa EnergyPlus no realiza de forma adequada o clculo da

    reflexo interna. A comparao entre as iluminncias horizontais externas

    calculadas e medidas pelo programa mostra um erro maior que 100% para a

    iluminncia difusa.

    Palavras-chave: Iluminao natural. Iluminncia. Simulao computacional.

    Abstract In order to evaluate the energy performance of a building it is necessary to assess

    the use of daylight, as it can influence the total thermal load of the building. The

    main objective of this study is to evaluate the illuminance levels calculated by the

    EnergyPlus computer programme. This analysis was performed by comparing the

    daylight factor (DF) calculated by EnergyPlus with two other programmes:

    Daysim/Radiance and TropLux, and also by comparing external illuminance

    calculated and measured in Florianpolis, between 2003 and 2005. The Daylight

    Factor was calculated for two different rooms: square (5 m x 5 m x 3 m) and

    rectangular (5 m x 10 m x 3 m). The comparison of the DF obtained from three

    different programmes indicated that EnergyPlus cannot solve the internal

    reflectance properly. The comparison the measured external horizontal

    illuminances and the one calculated by EnergyPlus indicated a difference higher

    than 100% for the diffuse illuminance.

    Keywords: Daylight. Illuminance. Computer simulation.

    P

    Greici Ramos Programa de Ps-Graduao em

    Engenharia Civil Universidade Federal de Santa

    Catarina Campus Universitrio, Trindade

    Florianpolis SC Brasil Caixa Postal 476

    CEP 88040-900 Tel.: (48) 3721-5184

    E-mail: greici@labeee.ufsc.br

    Enedir Ghisi Programa de Ps Graduao em

    Engenharia Civil Universidade Federal de Santa

    Catarina Tel.: (48) 3721 5536

    E-mail: enedir@labeee.ufsc.br

    Recebido em 08/03/2010

    Aceito em 30/04/2010

  • Ramos, G.; Ghisi, E. 158

    Introduo

    A iluminao natural uma importante estratgia

    para uma arquitetura mais eficiente e integrada ao

    clima onde est inserida. Para tanto, necessrio o

    estudo da luz natural no ambiente, assim como as

    trocas de calor que ocorrem atravs da abertura. O

    programa de simulao EnergyPlus possibilita a

    anlise conjunta das trocas de calor e do ganho da

    iluminao natural pela abertura, onde o clculo da

    iluminao natural realizado com o fator de luz

    diurna e da iluminao externa, que, por sua vez,

    calculada pelo modelo desenvolvido por Perez et

    al. (1990).

    O uso de programas simuladores facilita a anlise

    de grande quantidade de dados, necessrios para o

    clculo do desempenho termoenergtico e

    luminoso de edificaes. A partir dos resultados

    das simulaes computacionais e das anlises

    realizadas atravs destes possvel obter

    orientaes para as decises de projeto. Assim,

    neste trabalho so utilizados trs programas

    simuladores: EnergyPlus, Daysim/Radiance e

    TropLux.

    O programa EnergyPlus foi criado a partir da

    juno de dois programas, BLAST e DOE-2, e

    trabalha com o balano de calor do BLAST, com

    modelo de ar condicionado genrico, novos

    algoritmos de transferncia de calor e fluxo de ar

    entre zonas (CRAWLEY et al., 1999), enquanto o

    clculo da iluminao natural deriva do programa

    DOE-2 (ENERGYPLUS, 2007).

    O clculo da iluminncia interna feito mediante a

    integrao entre o fator de luz diurna (FLD)

    referente parcela da abbada celeste e o fator de

    luz do sol (FLS), multiplicados por sua

    correspondente iluminncia externa. Para o clculo

    da parcela da iluminao difusa, realiza-se a

    ponderao do FLD entre dois tipos de cu. O

    clculo da iluminncia horizontal externa

    realizado a partir do modelo de Perez et al. (1990).

    Segundo Winkelmann e Selkowitz (1985), a

    validao da iluminao realizada para o programa

    EnergyPlus a mesma realizada para o DOE-2,

    uma vez que este foi utilizado como base do

    algoritmo para o EnergyPlus. A validao foi em

    parte executada mediante a comparao entre os

    resultados do DOE-2, Superlite e medies no cu

    artificial do LBL (Lawrence Berkeley Laboratory).

    Nessas comparaes verificou-se uma diferena

    mdia de 15% entre os trs mtodos, com exceo

    das reas muito prximas ou afastadas da janela,

    onde o mtodo do fluxo dividido (usado para

    resolver as reflexes internas) superestima a

    reflexo interna.

    O trabalho de Loutzenhiser, Maxell e Manz (2007)

    mostra a comparao entre os resultados das

    simulaes realizadas pelos programas EnergyPlus

    e DOE-2 com os de um modelo real. A

    comparao foi realizada atravs de modelos de

    edifcios com uso de sistemas de sombreamentos

    nas aberturas. Nessa anlise, os resultados de um

    modelo real so comparados aos resultados das

    simulaes.

    A Figura 1 mostra a comparao entre os

    resultados do clculo das iluminncias para a

    fachada sul, que possui abertura com sistemas de

    vidro com 25,2 mm (composto de dois vidros

    claros de 6 mm e espao de ar de 13,2 mm), com

    cortinas translcidas. Segundo os autores, nenhum

    dos programas apresentou os resultados das

    iluminncias, nos pontos de referncia, com 95%

    de confiana. Nota-se, por meio dessa figura, que o

    programa EnergyPlus apresenta grande diferena

    nos valores das iluminncias quando comparado ao

    modelo experimental.

    Fonte: Loutzenhiser, Maxell e Manz (2007).

    Figura 1 Iluminncia no ponto de referncia para a fachada sul, para o modelo experimental e para os modelos simulados nos programas EnergyPlus e DOE-2

  • Avaliao do clculo da iluminao natural realizada pelo programa EnergyPlus 159

    Ramos e Ghisi (2008) mostram uma comparao

    entre as iluminncias difusas resultantes de trs

    programas de simulao, EnergyPlus,

    Daysim/Radiance e TropLux, para uma sala

    quadrada e uma retangular profunda, simulados

    para o clima de Florianpolis. Para os programas

    EnergyPlus e Daysim/Radiance, utilizou-se o

    arquivo climtico (TRY) de Florianpolis,

    enquanto, para o TropLux, utilizou-se o modelo de

    Treguenza. Nesse trabalho, os autores mostram

    uma diferena superior a 50% entre os programas

    que utilizam o arquivo climtico (EnergyPlus e

    Daysim/Radiance) e o modelo de clculo esttico

    (TropLux).

    O programa Daysim/Radiance, desenvolvido pelo

    National Research Council Canada (NRCC) e

    pelo Fraunhofer Institute for Solar Energy

    Systems, na Alemanha, foi elaborado com o intuito

    de calcular as iluminncias para o perodo de um

    ano, de forma rpida e independente do tipo de cu

    (REINHART, 2006). Esse programa simula a

    iluminao natural atravs do coeficiente da luz

    natural, baseando-se no programa Radiance, que

    utiliza o mtodo do raio traado, e no modelo de

    cu desenvolvido por Perez et al. (1990), para,

    dessa forma, possibilitar a simulao das

    iluminncias sob qualquer condio de cu

    (REINHART; WALKENHORST, 2001). A

    simulao realizada a partir do arquivo climtico

    e de um modelo tridimensional do ambiente a ser

    analisado, onde so definidas as propriedades

    pticas das superfcies.

    O programa TropLux baseado em trs conceitos

    fundamentais: o mtodo Monte Carlo, o mtodo do

    raio traado e o conceito de coeficientes de luz

    natural. O mtodo Monte Carlo trata da abordagem

    estatstica para solucionar integrais mltiplas; a

    tcnica do raio traado segue o caminho de um

    raio entre superfcies, cuja principal vantagem

    consiste na possibilidade de dar solues tericas

    simples para geometrias complexas; e os

    coeficientes de luz natural relacionam a

    iluminncia em determinada superfcie, a partir de

    dada subdiviso do cu, e a iluminncia normal em

    um plano desobstrudo, a partir dessa mesma

    subdiviso. Para o clculo do coeficiente da luz

    natural, o programa TropLux adota dois tipos de

    subdivises do cu: para a componente refletida,

    utiliza a subdiviso proposta pela CIE

    (Commission Internationale de l'Eclairage) de 145

    partes; e para o clculo da componente direta