Future projections: Thermal performance of two envelopes for a single-family house in São Paulo

Authors

  • Marcela Nettuzzi Faorlin LabEEE - UFSC
  • Matheus Körbes Bracht Universidade Federal de Santa Catarina https://orcid.org/0000-0003-0560-1844
  • Ana Paula Melo Universidade Federal de Santa Catarina
  • Roberto Lamberts Universidade Federal de Santa Catarina

DOI:

https://doi.org/10.46421/entac.v20i1.5958

Keywords:

Future climate files, Climate change, Thermal performance, Computational simulation

Abstract

Due to climate change, it is essential to understand the impacts of future climate on buildings. Based on the CORDEX project, six climate model projections with three meteorological years were adopted under two different emission scenarios: RCP2.6 (emission mitigation) and RCP8.5 (high emissions). In light of this, the objective of this work was to analyze the behavior of these projections for the city of São Paulo, identifying the extreme climate models. For this, thermo-energy simulations of a single-family house with two different envelopes were carried out. Through statistical analyses, greater deviations were found in the RCP8.5 projections. It was also noted that the files developed with the regional model regcm show higher temperatures than remo. The combination HadGEM2-regcm was identified as the extreme hot model, while the mild extremes were NorESM1-remo (RCP8.5) and MPI-ESM remo (RCP2.6). Despite the models exhibiting similar behavior in both envelopes, the building with a concrete construction system showed a higher total thermal load, while the steel frame one revealed higher maximum operative temperatures.

Author Biographies

Matheus Körbes Bracht, Universidade Federal de Santa Catarina

Doutorando no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina (PPGEC/UFSC). Faz parte do Laboratório de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE/UFSC), trabalhando em pesquisas na área simulação energética de edificações e Building Information Modeling. Mestre em Engenharia Civil no PPGEC/UFSC e Engenheiro Civil também pela UFSC. Em 2014 participou do programa Ciência sem Fronteiras, onde estudou na Universidade Técnica de Munique (TUM). Também é gerente BIM na Portal Engenharia, escritório especializado em projetos integrados de engenharia.

Ana Paula Melo, Universidade Federal de Santa Catarina

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina (2005), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina (2007) e doutorado em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Catarina (2012), com período sanduiche na Technische Universiteit Eindhoven (2010-2011). Durante o pós-doutorado (2017) foi convidada a participar do BRAGFOST - Brazilian-German Frontiers of Science and Technology Symposium realizado em Potsdam/Alemanha. Este evento foi organizado pela CAPES e a Alexander von Humboldt Foundation. Desde 2019 atua como docente do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina. Atua na área de Engenharia Civil, com ênfase em Eficiência Energética, Desempenho Térmico de Edificações, Simulação Computacional e Conforto Ambiental. Foi professora advisor da ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) do Student Branch de Florianópolis (2020-2022), recebendo em 2021 o prêmio Best ASHRAE Student Branch Advisor of South Brazil Chapter and ASHRAE Region XII. Atualmente, é presidente da IBPSA Brasil (International Building Performance Simulation Association).

Roberto Lamberts, Universidade Federal de Santa Catarina

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1980), mestrado em Engenharia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1983) e doutorado em Civil Enginering - University of Leeds (1988). Atualmente é professor titular da Universidade Federal de Santa Catarina. Atua na área de Engenharia Civil, com ênfase em Eficiência Energética, desempenho térmico de edificações, bioclimatologia e conforto térmico. É supervisor do Laboratório de Eficiência Energética em Edificações na UFSC. É editor associado dos periódicos Energy and Buildings, Science and Technology for the Built Environment. É membro do comitê editorial dos periódicos Journal of Building Performance Simulation e Ambiente Construído. É membros das associações científicas ANTAC, Associação de Tecnologia do Ambiente Construído (onde foi da diretoria por vários mandatos), membro do Conselho Brasileiro para a Construção Sustentável (CBCS) e IBPSA, associação internacional para a simulação do desempenho de edificações. É ainda membro do GT de edificações do MME apoiando o desenvolvimento da etiquetagem de eficiência energética em edificações.

References

INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC). (2023). AR6 Synthesis Report: Climate Change 2023. Disponível em: https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-cycle/. Acesso em: 13 de maio de 2024.

SANTAMOURIS, M; VASILAKOPOULOU, K. Present and Future Energy Consumption of Buildings: Challenges and Opportunities towards Decarbonisation. e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy, v. 1, p. 100002, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.prime.2021.100002.

CRAWLEY, D; LAWRIE, L. Our climate conditions are already changing – Should we care? Building Services Engineering Research and Technology, v. 42, n. 5, p. 507-516, 2021. DOI: https://doi.org/10.1177/0143624421100427.

P. TOOTKABONI, M.;, BALLARINI, I;., ZINZI, M.; CORRADO, V. (2021). A comparative analysis of different future weather data for building energy performance simulation. Climate, 9(2), 1–16. DOI: https://doi.org/10.3390/cli9020037.

F. Giorgi et al., “The CORDEX-CORE EXP-I Initiative: Description and Highlight Results from the Initial Analysis,” Bulletin of the American Meteorological Society, vol. 103, no. 2, pp.E293–E310, Feb. 2022, DOI: https://doi.org/10.1175/BAMS-D-21-0119.1 .

D. P. Van Vuuren et al., “The representative concentration pathways: an overview,” Climatic Change, vol. 109, no. 1–2, pp. 5–31, Nov. 2011, DOI: 10.1007/s10584-011-0148-z.

IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Cambridge University Press, 1535 pp. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.

EYRING, V., BONY, S., MEEHL, G., SENIOR, C., STEVENS, B., STOUFFER, R., TAYLOR, K., “Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization,” Geosci. Model Dev., vol. 9, no. 5, pp. 1937–1958, May 2016, doi: 10.5194/gmd-9-1937-2016.

RUMMUKAINEN, M., “Added value in regional climate modeling,” WIREs Clim Change, vol. 7, pp. 145–159, 2016. DOI: https://doi.org/10.1002/wcc.378.

DI LUCA, A.; DE ELÍA, R.; LAPRISE, R. “Potential for small scale added value of RCM’s downscaled climate change signal,” Clim Dyn, vol. 40, no. 3–4, pp. 601–618, Feb. 2013, DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-012-1415-z .

BRACHT, M. K., OLINGER, M. S., KRELLING, A. F., GONÇALVES, A. R., MELO, A. P., LAMBERTS, R. “Multiple regional climate model projections to assess building thermal performance in Brazil: Understanding the uncertainty,” Journal of Building Engineering, v. 88, p. 109248, July 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109248.

ISO, ISO 15927-4: Hygrothermal Performance of Buildings — Calculation and Presentation of Climatic Data — Part 4: Hourly Data for Assessing the Annual Energy Use for Heating and Cooling, 2005.

BRACHT, M. K., OLINGER, M. S., KRELLING, A. F., GONÇALVES, A. R., MELO, A. P., LAMBERTS, R. Brazil - Future weather files for building energy simulation (1.0) [Data set]. 2023. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.10015137.

The HadGEM2 Development Team: G. M. Martin, Bellouin, N., Collins, W. J., Culverwell, I. D., Halloran, P. R., Hardiman, S. C., Hinton, T. J., Jones, C. D., McDonald, R. E., McLaren, A. J., O'Connor, F. M., Roberts, M. J., Rodriguez, J. M., Woodward, S., Best, M. J., Brooks, M. E., Brown, A. R., Butchart, N., Dearden, C., Derbyshire, S. H., Dharssi, I., Doutriaux-Boucher, M., Edwards, J. M., Falloon, P. D., Gedney, N., Gray, L. J., Hewitt, H. T., Hobson, M., Huddleston, M. R., Hughes, J., Ineson, S., Ingram, W. J., James, P. M., Johns, T. C., Johnson, C. E., Jones, A., Jones, C. P., Joshi, M. M., Keen, A. B., Liddicoat, S., Lock, A. P., Maidens, A. V., Manners, J. C., Milton, S. F., Rae, J. G. L., Ridley, J. K., Sellar, A., Senior, C. A., Totterdell, I. J., Verhoef, A., Vidale, P. L., and Wiltshire, A.: The HadGEM2 family of Met Office Unified Model climate configurations, Geosci. Model Dev., 4, 723–757, 2011. DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-4-723-2011

Giorgetta, M. A., et al. (2013), Climate and carbon cycle changes from 1850 to 2100 in MPI-ESM simulations for the Coupled Model Intercomparison Project phase 5, J. Adv. Model. Earth Syst., 5, 572–597, doi:10.1002/jame.20038.

Bentsen, M., Bethke, I., Debernard, J. B., Iversen, T., Kirkevåg, A., Seland, Ø., Drange, H., Roelandt, C., Seierstad, I. A., Hoose, C., and Kristjánsson, J. E.: The Norwegian Earth System Model, NorESM1-M – Part 1: Description and basic evaluation of the physical climate, Geosci. Model Dev., 6, 687–720, https://doi.org/10.5194/gmd-6-687-2013, 2013.

Jacob, D., Podzun, R. Sensitivity studies with the regional climate model REMO. Meteorl. Atmos. Phys. 63, 119–129 (1997). https://doi.org/10.1007/BF01025368.

Jacob, D.; Elizalde, A.; Haensler, A.; Hagemann, S.; Kumar, P.; Podzun, R.; Rechid, D.; Remedio, A.R.; Saeed, F.; Sieck, K.; et al. Assessing the Transferability of the Regional Climate Model REMO to Different COordinated Regional Climate Downscaling EXperiment (CORDEX) Regions. Atmosphere 2012, 3, 181-199. https://doi.org/10.3390/atmos3010181.

Giorgi F, Coppola E, Solmon F, Mariotti L and others (2012) RegCM4: model description and preliminary tests over multiple CORDEX domains. Clim Res 52:7-29. https://doi.org/10.3354/cr01018.

TRIANA, A.; LAMBERTS, R.; SASSI, P. “Characterisation of representative building typologies for social housing projects in Brazil and its energy performance.” Energy Policy, v.87, p. 524–541. 2015. DOI: http://doi.org/10.1016/j.enpol.2015.08.041.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-1: Edificações habitacionais — Desempenho Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro, 2021.

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Published

2024-10-07

How to Cite

NETTUZZI FAORLIN, Marcela; KÖRBES BRACHT, Matheus; MELO, Ana Paula; LAMBERTS, Roberto. Future projections: Thermal performance of two envelopes for a single-family house in São Paulo. In: NATIONAL MEETING OF BUILT ENVIRONMENT TECHNOLOGY, 20., 2024. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2024. p. 1–13. DOI: 10.46421/entac.v20i1.5958. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/entac/article/view/5958. Acesso em: 21 nov. 2024.

Issue

Vol. 20 (2024): XX ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO

Section

Conforto Ambiental e Eficiência Energética

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