Evaluation of the impact of solar orientation in the thermal comfort and thermal performance in a Proinfância Program preschool standard project in Brazilian bioclimatic zones

O programa Proinfância do Governo Federal foi desenvolvido para ampliar vagas e garantir o acesso de crianças a creches e pré-escolas. Desde sua criação em 2007 até o ano de 2017, já haviam sido investidos mais de 5 bilhões de reais em mais de 5 mil pré-escolas concluídas ou em fase de construção em todos os estados brasileiros. Foram desenvolvidos projetos padrão de pré-escolas para serem implantados em qualquer região do território brasileiro. Por outro lado, o Brasil está dividido em 8 zonas bioclimáticas, cada qual com características singulares e que exigem diretrizes construtivas específicas. Dessa maneira, a ideia de um projeto padrão, não contempla a adoção de diferentes estratégias construtivas para diferentes zonas bioclimáticas. Assim, este estudo analisou a influência da orientação solar no conforto térmico dos usuários e no desempenho térmico da edificação proporcionado pelo projeto padrão Tipo 2 do Programa Proinfância em todas as zonas bioclimáticas brasileiras estabelecidas de acordo com a NBR 15.220-3 (ABNT, 2005). Com o auxílio do software EnergyPlus foram realizadas simulações computacionais para avaliar as temperaturas resultantes nos ambientes de permanência prolongada da edificação apenas com ventilação natural. O desempenho térmico da edificação foi avaliado conforme a classificação da NBR 15.575 (ABNT, 2013), pois o Manual para o desenvolvimento dos edifícios escolares do Programa Proinfância exige o cumprimento de determinados níveis de desempenho térmico para inverno e verão estabelecidos nesta norma. O conforto térmico dos usuários foi avaliado pelo método do modelo adaptativo da Standard 55 (ASHRAE, 2013) desenvolvido para ambientes naturalmente ventilados. Através deste método foi possível obter o percentual de horas em conforto térmico da pré-escola em cada mês do ano. Com os resultados obtidos nas avaliações de conforto e desempenho térmico, foi possível fazer um comparativo entre as mesmas. Os parâmetros de avaliação da Standard 55 parecem ser mais realistas do que aqueles adotados na norma brasileira de desempenho de edificações. A NBR 15.575 considera apenas influências climáticas externas, não utiliza as cargas térmicas internas e não apresenta exigências quanto às trocas térmicas da edificação com o solo, além de analisar somente os dias típicos de verão e inverno. Desta forma, espera-se que as temperaturas resultantes da análise de conforto térmico sejam mais realistas do que aquelas obtidas a partir da análise do desempenho térmico. Além disso, algumas temperaturas resultantes verificadas nos ambientes de permanência prolongada e aceitas pela classificação da ABNT NBR 15.575:2013, ficam fora da zona de conforto definida para cada zona bioclimática. O impacto da orientação solar foi avaliado simulando o modelo do projeto padrão orientado para leste, oeste, norte e sul. Os resultados de conforto térmico se mostraram mais sensíveis à orientação solar da edificação que os resultados de desempenho térmico. Os resultados de desempenho térmico tiveram poucas variações nas classificações e apontam resultados qualitativos, enquanto os resultados de conforto térmico apresentam variações quantitativas, gerando indicações e recomendações de implantação mais claras quanto à orientação solar.Federal Brazilian Government's Proinfância Program was developed to ensure children's access to kindergartens and preschools. More than 5 thousand preschool standard buildings were built since its creation in 2007 all over the country. Preschool standard projects were developed to be implemented in any region of the Brazilian territory. On the other hand, Brazil is divided into 8 bioclimatic zones, each one with unique characteristics that require specific building guidelines. The idea of a standard design is against the idea of adopting different building strategies for different bioclimatic zones. Thus, this study analyzed the solar orientation influence in the user’s thermal comfort and building thermal performance provided by the Type 2 Proinfância Program standard design in all Brazilian bioclimatic zones established according to ABNT NBR 15.220-3:2005. Using EnergyPlus software, computer simulations were performed to evaluate the resulting temperatures in the longstanding rooms with natural ventilation only. The building thermal performance was evaluated according to the classification of ABNT NBR 15.575:2013, since the Manual for the development of the Proinfância School buildings requires the fulfillment of certain winter and summer performance levels established in the brazilian standard. The user’s thermal comfort was evaluated by the ASHRAE Standard 55-2013 adaptive model developed for naturally ventilated spaces. Through this method it was possible to obtain the percentage of occupied hours in comfort in each month of the year. The results obtained from the evaluation of thermal comfort and thermal performance according to the two normative methods suggest a comparison between them. ASHRAE Standard 55 evaluation parameters appear to be more realistic than those adopted by the brazilian performance standard, since NBR 15.575 considers only external climatic conditions, not considering internal thermal loads, nor the thermal exchange between the building and the exterior ground, and analyzes summer and winter design days only. Thus, the temperatures resulting from the thermal comfort analysis are expected to be more realistic than those obtained from the thermal performance analysis. Besides that, some resulting temperatures verified in longstanding rooms and accepted by the ABNT NBR 15.575:2013 classification are outside the comfort zone defined for each bioclimatic zone. The impact of solar orientation was evaluated by simulating the standard project model oriented to east, west, north and south. Thermal comfort results was more sensitive to the solar orientation of the building than thermal performance results. The thermal performance results had few variations in the classifications and indicate qualitative results, while the thermal comfort results have quantitative variations, generating clearer indications and recommendations for the building implantation in relation to solar orientation