Browsing by Author "Caetano, Lucas Fonseca"

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    Análise da influência das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações estruturadas em aço.
    (2017) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Rocha, Joaquim Cardoso; Gomes, Adriano Pinto; Tribess, Arlindo
    Dependendo da tipologia de construção, das características arquitetônicas e dos materiais empregados em uma edificação, a sua interação com o clima do local pode produzir impactos negativos no consumo de energia dos edifícios condicionados artificialmente e/ou naturalmente ventilados e, consequentemente, no conforto térmico dos usuários. Quando um material de alta condutividade térmica como o aço é colocado em paralelo com um material menos condutor, ou quando a área da estrutura em aço exposta é grande, a maior parte da transferência de calor ocorre através do aço, por condução, caracterizando um efeito conhecido por ponte térmica através do perfil em aço ou da estrutura exposta. A ponte térmica reduz a resistência térmica do sistema de fechamento e aumenta os gastos energéticos para aquecimento ou resfriamento do ambiente. Diante dessas considerações, neste trabalho avalia-se o desempenho térmico de ambientes naturalmente ventilados e condicionados artificialmente por meio de simulações computacionais utilizando o programa EnergyPlus. Os resultados obtidos mostram que, na simulação numérica dos ambientes naturalmente ventilados houve uma queda de 4,8% da temperatura interna do ambiente no período de inverno, para regiões climáticas mais frias, e um aumento de 1,5% da temperatura interna do ambiente no período de verão. Os efeitos das pontes térmicas foram mais evidentes na avaliação dos ambientes condicionados artificialmente. Houve um aumento máximo de 10,6% na carga térmica total de resfriamento do ambiente e, como consequência, uma variação máxima de 12,5% no consumo de energia da edificação, evidenciando que, quanto maior a área em aço exposta no fechamento da edificação, maior é o efeito causado por esta ponte térmica.
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    Effect of the exposed steel structure on the thermal performance of buildings.
    (2022) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto
    Depending on the building typology, the architectural characteristics and the materials used in a building, its interaction with the local climate can produce negative impacts on the energy consumption of the buildings. The presence of steel in the building structure characterizes a reduction in the thermal resistance of the building envelope, which causes an increase in energy costs for environment heating or cooling. In this context, simulation of the thermal performance of buildings using computer programs has generated several constructive advantages for the establishment of energy-efficient buildings. This paper’s main purpose is to evaluate the influence of the exposed steel structure area on the thermal performance of naturally ventilated and artificially conditioned environments using computational simulations. The results showed that in the numerical simulation of naturally ventilated environments, there were increases of about 3.0% and 2.0% in the environment indoor temperatures during the winter and summer periods, respectively. Considering the winter period, the heat losses through the steel structure were up to 4.1 times larger concerning those made for walls without steel, and the heat gains about 4.2 times higher in the summer period. The effects of thermal bridging were more evident in the evaluation of artificially conditioned environments. There was a maximum increase of 4.8% in the environment total cooling thermal load and, as a consequence, a maximum variation of 4.9% in the building energy consumption, evidencing that the larger the exposed steel area in the building closure system, the larger the effect caused by this thermal bridge.
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    Método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta.
    (2021) Caetano, Lucas Fonseca; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Souza, Henor Artur de; Mazon, Ana Amélia Oliveira; Tribess, Arlindo; Rocha, Luiz Joaquim Cardoso; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Gomes, Adriano Pinto
    A busca pela diminuição no impacto que as edificações promovem no consumo de energia é crucial para a elaboração de projetos que proporcionem maior conforto térmico e, ao mesmo tempo, controlem o consumo de energia nas edificações. A crescente tendência de aplicação da tecnologia do aço como sistema estrutural no Brasil conduz ao estabelecimento de critérios e métodos para evitar as perdas térmicas por meio desse material, que atua como ponte térmica, o que pode favorecer a um aumento dos gastos de energia para aquecimento e/ou resfriamento dos ambientes. Neste trabalho é proposto e implementado um método para a avaliação dos efeitos das pontes térmicas no desempenho térmico de edificações com estrutura de aço exposta. O método consiste em aplicar as normas de cálculo de pontes térmicas EN ISO 10211 e EN ISO 14683 a partir de um modelo de parede equivalente, possibilitando a avaliação por meio de simulações computacionais utilizando o EnergyPlus. São analisados quatro casos de simulação computacional: Caso 1 – desconsidera-se a presença de pontes térmicas na edificação; Caso 2 – estrutrura de aço exposta isolada termicamente; Caso 3 – avalia-se o efeito da ponte térmica plana; e Caso 4 – consideram-se as pontes térmicas a partir da aplicação das normas EN ISO 10211 e EN ISO 14683. Aplica-se o método em quatro cidades brasileiras (Curitiba/PR, Belo Horizonte/MG, Ouro Preto/MG e Santa Maria/RS), em um ambiente condicionado artificialmente, no qual é feito também, via medições, o monitoramento das temperaturas superficiais internas da envoltória, da temperatura interna do ambiente e do consumo de energia com resfriamento e aquecimento do ambiente. Os resultados obtidos indicam que a carga térmica de resfriamento do ambiente é a que sofre maior influência das pontes térmicas na envoltória da edificação, aumentando cerca de 27,2% ao se considerar o dia típico de projeto de verão de Curitiba. Isso implica em custos adicionais para resfriamento do ambiente, podendo chegar a até 38% de aumento em um ano. O isolamento térmico da estrutura exposta implica em uma redução de cerca de 32% do consumo de energia anual para resfriamento do ambiente para essa mesma Zona Bioclimática. A análise experimental mostra que as diferenças entre as temperaturas superficiais da estrutura em aço exposta e da parede são bem acentuadas. No verão, há uma diferença de até 13,9 °C no período diurno. No inverno, essa diferença chega a 7,5 °C à tarde e 3,0 °C à noite, o que pode ocasionar problemas para a envoltória da edificação. Estes resultados evidenciam a necessidade de se buscar alternativas que minimizem os ganhos e/ou perdas de calor através das pontes térmicas, ou até mesmo tratá- las com um isolamento térmico apropriado, reduzindo custos para condicionar os ambientes e prevenindo a propensão de patologias na envoltória dos edifícios estruturados em aço.
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    Métodos para avaliação de desempenho térmico de edificações envolvendo simulações energéticas.
    (2023) Mendes, Vítor Freitas; Mendes, Júlia Castro; Mendes, Júlia Castro; Gomes, Adriano Pinto; Caetano, Lucas Fonseca
    O desempenho térmico inadequado é um dos vários problemas que atingem as edificações brasileiras, gerando prejuízos econômicos, sociais e de saúde para os usuários. Esse desempenho ruim leva à dependência de estratégias ativas para o condicionamento interno, consumindo energia e gerando impactos ambientais. Nesse cenário, vários pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de estratégias para mitigar esse problema. Uma das maiores vertentes nessa avaliação é com base em dados obtidos a partir de simulações energéticas. Contudo, a forma e os parâmetros para avaliar esses dados e determinar o desempenho térmico da edificação variam significativamente conforme as preferências e a regiãresumo da equipe de pesquisa. Assim, o primeiro capítulo deste trabalho propõe investigar os métodos existentes para avaliação de desempenho térmico de edificações, a partir de uma revisão bibliográfica estruturada dos últimos 12 anos, em que 158 artigos completos foram lidos. Como resultados, os métodos mais utilizados foram identificados e explicados, e foi levantado um panorama atual das pesquisas e lacunas sobre o tema. As metodologias mais recorrentes na análise foram o Método da Carga Térmica (95%), o Método Graus- Horas (ou Graus-Dias) (9%) e o Método dos Dias Típicos (5%). No segundo capítulo deste trabalho, foi feita uma análise de desempenho térmico de duas edificações com três estratégias construtivas para as paredes (alvenaria tradicional, alvenaria estrutural e parede de concreto), a partir dos métodos mais recorrentes da literatura e das variações de temperatura operativa. Como resultado, observou-se que os melhores sistemas construtivos variam conforme o método analisado e a temperatura operativa ajustada, indicando a necessidade de se fazer análises baseadas em parâmetros que refletem a realidade da edificação. Assim, este trabalho pretende ser uma base referencial e teórica para futuras avaliações de desempenho térmico de edificações.
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    Proposal of stainless steel roof structure and tiles for gymnasiums.
    (2022) Oliveira, Géferson Diogo de; Souza, Henor Artur de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Caetano, Lucas Fonseca
    This work proposed an architectural alternative project of a stainless steel roof structure that uses roof tiles also in stainless steel with emphasis on roofs for multi-sport gymnasiums. In the development of the work, two existing multi-sports gymnasiums are taken as a reference, but with ASTM (American Society for Testing and Materials) A36 steel roof structure. The proposed cover system uses cables and light gauge profiles, in commercial stainless steel, which reduces the weight and of course the final price of the roof structure. A structure that presents technical feasibility is obtained and analyzed by checking its behavior with respect to the efforts and displacements generated by the combinations of the acting loads, following the safety recommendations of the applicable standard. It is verified that using the stainless steel structure proposed in this work would cost 42% of the reference structure if this were in AISI (American Iron and Steel Institute) 304 stainless steel. And this cost tends to be minimized due to greater durability and consequent reduction in maintenance costs of this type of steel.
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    Sensitivity analysis of coating mortars according to their specific heat, specific gravity, thermal conductivity, and thickness in contribution to the global thermal performance of buildings.
    (2022) Mendes, Vítor Freitas; Fardin, Welington; Barreto, Rodrigo Rony; Caetano, Lucas Fonseca; Mendes, Júlia Castro
    Although coating (plastering) mortars are an important element of masonry systems, their impact on the building's overall thermal performance is still unclear. In this sense, the present work performed a sensitivity analysis on the influence of the thermophysical properties of coating mortars on the internal temperature and thermal load of two buildings. The authors aimed to fill the gap between the mortars' properties, their manufacturing specifications, and the actual effect of their application on the building's total energy perfor- mance. The methodology included energy simulations on EnergyPlus considering all Brazilian bioclimatic zones. We varied the mortars' specific heat, specific gravity, thermal conductivity, and thickness from 25% to 200% from baseline values. We also analysed the results through Decision Tree technique (XGBoost). The thermal conductivity (proportional to the specific gravity) was the less significant property, whereas the thickness and the specific heat were the most influential ones. The differences between the best and worst mortars reached 356 ◦C and 224 kWh/year for the house, and 736 ◦C and 45 kWh/year for the commercial building. The results showed that the optimal combination of the tested properties is a function of the bioclimatic characteristics of the region, the building layout, and the existence and schedule of the HVAC system. The simulations also evidenced that the strategy of solely decreasing the thermal conductivity without considerations for the thermal capacity, which is often used in the manufacturing of conventional insulating mortars, is ineffective. Therefore, assertively adjusting the mortars' thermophysical properties can be a promising complementary strategy for improving the thermal performance of buildings.
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    Simulação termoenergética e lumínica de fachadas com brises no clima tropical.
    (2023) Dias, Luma de Souza; Souza, Henor Artur de; Gomes, Adriano Pinto; Caetano, Lucas Fonseca; Camargos, Bruno Henrique Lourenço; Tribess, Arlindo
    O uso da luz natural em edificações é uma importante estratégia de projeto pois minimiza o consumo de energia com iluminação elétrica e proporciona maior qualidade visual para seus usuários. Porém, essa estratégia pode resultar em ganhos térmicos excessivos e ofuscamento, causando desconforto térmico em ambientes de trabalho. No intuito de buscar uma combinação entre qualidade visual e bom desempenho termoenergético e lumínico, analisa-se nesse estudo a influência do tipo de brise-soleil e tipo de vidro, aplicados a uma edificação comercial com fachada envidraçada, localizada em regiões de clima tropical. Incluise na análise a edificação sem o uso do brise-soleil, como referência. São realizadas simulações computacionais com os programas Daysim e EnergyPlus considerandose a fachada oeste da edificação. Ao considerar o parâmetro tipo de vidro, os modelos que apresentam melhor comportamento são aqueles com vidro comum. Comparando-se os resultados entre os tipos de brises percebe-se que os modelos com brise vertical possuem valores mais elevados de taxa de radiação solar do que os modelos com brise horizontal, trazendo benefícios de maior luz natural ao ambiente. Os resultados, considerando-se as horas de conforto do usuário, indicam que o modelo de brise horizontal com vidro laminado na cor verde apresenta-se como o mais adequado, visto que possui o menor consumo de energia e mais horas de conforto. Ressalta-se, como contribuição do presente trabalho, a obtenção de modelos de brises mais adequados para projetos de brises aplicados em fachadas envidraçadas em regiões de clima tropical.