Post on 02-Dec-2018
Influência dos Vãos Envidraçados no Desempenho Energético
de Edifícios
Aplicação ao edifício do DECivil-IST
Cláudio Ribeiro Faustino
Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. Doutor Luís Alves Dias
Orientadores: Prof. Doutor Fernando António Baptista Branco
Prof.ª Doutora Maria da Glória de Almeida Gomes
Vogais: Prof. Doutor Albano Neves e Sousa
Doutor António José Santos
Outubro 2012
i
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO
ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS
RESUMO
A optimização do desempenho energético-ambiental do meio edificado constitui uma área fundamental e
prioritária. Não é suficiente procurar energias alternativas, é necessário também optimizar os consumos
energéticos dos edifícios, recorrendo a estratégias passivas de eficiência energética.
Sendo os vãos envidraçados elementos bastante favoráveis a trocas de calor, torna-se imprescindível conhecer
de que forma as diferentes combinações dos seus elementos, vidro, caixilharia e protecções solares, podem
afectar o desempenho térmico dos edifícios. A tendência crescente da utilização do vidro na construção torna
ainda mais importante uma escolha criteriosa das soluções para os vãos envidraçados.
Como objectivo principal o presente estudo pretende avaliar a importância dos vãos envidraçados no
desempenho energético dos edifícios. Como caso de estudo, considerou-se um gabinete do DECivil do IST
orientado a Este que, por ter um vão envidraçado de vidro simples incolor com uma área considerável (cerca
de 66% da área de fachada), apresenta alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos
energéticos. Foram realizadas duas campanhas de monitorização térmica do gabinete, respectivamente
durante as estações de Inverno e Verão, onde foram recolhidos valores de: radiação global em plano
horizontal; temperaturas no ambiente interior e exterior, e nas superfícies do vidro, protecções solares e
parede; e fluxos de calor no vidro e parede. Estas campanhas serviram para avaliar o comportamento térmico
do gabinete e para “calibrar” o modelo de simulação energética (em EnergyPlus). Foram simuladas diferentes
soluções de vidro, de protecções solares (em diferentes posições) e de caixilhos, permitindo avaliar a respectiva
influência no desempenho energético do gabinete e efectuar uma análise do custo-benefício de cada solução.
Para o caso de estudo, concluiu-se que a opção por um vidro baixo emissivo de controlo solar selectivo permite
reduzir as necessidades anuais de energia primária do gabinete em cerca de 52%, relativamente a um vidro
simples incolor. A aplicação de um estore veneziano muito reflectante pelo exterior permite poupanças
energéticas anuais na estação de arrefecimento de 37.6%, relativamente à situação sem estore. O caixilho de
PVC apresenta uma poupança anual de energia primária de 3.4%, relativamente à solução actual de caixilho de
alumínio sem corte térmico.
Palavras-chave: Vãos envidraçados, vidro, protecções solares, simulação energética de edifícios, monitorização
térmica de edifícios, desempenho térmico.
ii
THE INFLUENCE OF GLAZING SYSTEMS ON THE ENERGY
PERFOMANCE OF BUILDINGS
ABSTRACT
The energetic and environmental performances’ optimization of the built up room are an essential and urgent
area. It is not enough to only search for alternative energies but it is also necessary to reduce the energy
demands buildings, resorting to passive strategies of energetic efficiency.
Being the glazing systems highly favourable to heat exchanges, it becomes indispensable to know the ways in
which the different glass and shading devices combinations can affect the thermal performance of the
buildings. The growing tendency from architects towards higher glazed building makes the discerning selection
of glazing systems solutions even more important.
The main goal of this study is to evaluate the influence of the glazing systems on the energy performance of
buildings. In Mediterranean climates, it has been established as the object of study the DECivil IST’s office,
situated at east and that by having a glazed opening made of single glazed (clear glass) with a substantial area
(around 66% of the façade area), it shows some problems of thermal comfort and of high energetic
consumption. Two campaigns of thermal monitoring were carried out in the office during both the winter and
the summer. Some measurements were made: temperature of the internal and external environment and on
the glass surfaces; wall and shading devices; heat fluxes on the glass and wall. These campaigns have allowed
us to evaluate the thermal behaviour of the office and to calibrate the energy simulation’s model in EnergyPlus.
Different glass, shading device s and frames’ solutions were simulated, allowing us to evaluate the influences in
the energetic performance of the office.
In conclusion, for the object of study, the biggest energy savings are obtained with a judicious selection of the
kind of glass (about 52%), followed by the shading device (38%) and lastly the kind of frame (3.4%).
Keywords: glazing systems, glass, shading device, energy simulation of buildings, thermal monitoring of
buildings, thermal performance.
iii
AGRADECIMENTOS
O presente estudo contou com a contribuição e apoio de várias pessoas a quem desejo expressar os meus
sinceros agradecimentos.
Em primeiro lugar gostaria de agradecer à Profª. Maria Glória Gomes, co-orientadora científica deste trabalho,
pela sua total disponibilidade e permanente acompanhamento e ao Prof. Fernando Branco, orientador deste
estudo, e principal incentivador à escolha do tema e escolha do caso de estudo.
À Dona Maria Helena Salvado que gentilmente registou as horas de funcionamento do sistema de climatização
do gabinete do DECivil, nos dias de campanha.
Ao Prof. Gabriel Paulo Pita, professor auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica do IST, a cedência dos
dados climáticos obtidos numa estação meteorológica na torre de Química do IST.
Aos Engenheiros Artur Brandão e Francisco Ferreira, ambos técnicos especialistas da empresa Saint Gobain
Glass, pelo aconselhamento técnico das soluções de vidro.
Por fim, agradeço aos meus pais, irmã, família e amigos, com especial destaque, à Francisca Alves e ao João
Paraíso.
iv
´
v
ÍNDICE
Capítulo 1 – Introdução ........................................................................................................................................... 1
1.1. Enquadramento geral ............................................................................................................................ 1
1.1.1. Emissões de carbono e sustentabilidade ambiental ..................................................................... 1
1.1.2. A dependência energética de Portugal ......................................................................................... 2
1.1.3. Impacto e sustentabilidade ambiental na indústria da construção .............................................. 4
1.1.4. Certificação energética de edifícios .............................................................................................. 5
1.1.5. Sustentabilidade na construção .................................................................................................... 6
1.1.6. Sistemas solares passivos e importância do vão envidraçado nas trocas de calor....................... 7
1.2. Objectivos .............................................................................................................................................. 8
1.3. Organização do trabalho ....................................................................................................................... 9
Capítulo 2 – Construção sustentável e importância de boas práticas construtivas e de projecto ....................... 11
2.1. Gestão energética ................................................................................................................................ 11
2.2. Recursos finitos ................................................................................................................................... 12
2.2.1. Gestão de água em edifícios ....................................................................................................... 12
2.2.2. Gestão de materiais .................................................................................................................... 13
2.2.3. Gestão de resíduos de construção e demolição ......................................................................... 14
Capítulo 3 – Vãos envidraçados em edifícios ........................................................................................................ 15
3.1. Geometria solar e composição da radiação ........................................................................................ 15
3.2. Fenómenos de transferência calor ...................................................................................................... 17
3.2.1. Condução .................................................................................................................................... 17
3.2.2. Convecção ................................................................................................................................... 18
3.2.3. Radiação ...................................................................................................................................... 19
3.3. Desempenho térmico e óptico do vidro .............................................................................................. 19
3.3.1. Factor solar (g) .......................................................................................................................... 19
3.3.2. Coeficiente de transmissão luminosa (tv) ................................................................................... 21
3.3.3. Coeficiente de reflexão luminosa (rv) ......................................................................................... 21
3.3.4. Coeficiente de transmissão térmica (U) ...................................................................................... 21
vi
3.4. Constituição e propriedades físicas do vidro ....................................................................................... 22
3.5. Diversidade e características do vidro ................................................................................................. 23
3.6. Tipo de gás na câmara de preenchimento .......................................................................................... 25
3.7. Dispositivo de sombreamento ............................................................................................................. 26
3.8. Tipo e principais funções do caixilho ................................................................................................... 26
Capítulo 4 – Caso de estudo .................................................................................................................................. 27
4.1. Lisboa – caracterização climática ........................................................................................................ 27
4.2. Pavilhão de Engenharia Civil do IST – Alameda ................................................................................... 29
4.3. Gabinete do DECivil ............................................................................................................................. 30
4.3.1. Envolvente e sua caracterização ................................................................................................. 30
Capítulo 5 – Campanha experimental ................................................................................................................... 35
5.1. Procedimento experimental ................................................................................................................ 35
5.2. Descrição do equipamento experimental ........................................................................................... 37
5.3. Resultados experimentais ................................................................................................................... 38
5.3.1. Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011 .......................................................................................... 42
5.3.2. Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011 .............................................................................. 45
5.3.3. Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011 ............................................................................... 47
5.3.4. Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011 ................................................................................. 50
5.3.5. Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011 ............................................................................. 52
5.3.6. Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011 ...................................................................................... 54
Capítulo 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus .................................................................................. 57
6.1. Descrição do EnergyPlus ...................................................................................................................... 57
6.2. Metodologia utilizada no EnergyPlus .................................................................................................. 59
6.2.1. Simulation parameters ............................................................................................................... 59
6.2.2. Location and climate ................................................................................................................... 60
6.2.3. Schedules .................................................................................................................................... 61
6.2.4. Surface construction elements .................................................................................................... 62
6.2.5. Thermal zone description/geometry ........................................................................................... 64
6.2.6. Space gains (people, lights, other internal zone equipment) ...................................................... 67
6.2.7. AirFlow ........................................................................................................................................ 67
vii
6.2.8. Zone controls and thermostats ................................................................................................... 68
6.2.9. Report ......................................................................................................................................... 68
6.3. Calibração do modelo de simulação .................................................................................................... 69
6.3.1. Comparação com dados obtidos na campanha experimental ................................................... 69
6.3.1. Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE .......................................... 78
Capítulo 7 – Resultados ......................................................................................................................................... 81
7.1. Impacto do tipo de vidro ..................................................................................................................... 81
7.1.1. Tipo de gás da câmara de preenchimento .................................................................................. 89
7.2. Impacto dos dispositivos de sombreamento ....................................................................................... 92
7.3. Impacto dos caixilhos .......................................................................................................................... 95
7.4. Análise de custo-benefício das soluções de vidro ............................................................................... 97
7.4.1. Cenário 1 - Substituição .............................................................................................................. 99
7.4.2. Cenário 2 - Implementação de raiz ........................................................................................... 101
Capítulo 8 - Conclusões e desenvolvimentos futuros ......................................................................................... 103
8.1. Conclusões ......................................................................................................................................... 103
8.2. Desenvolvimentos futuros ................................................................................................................. 106
9. Referências bibliográficas ........................................................................................................................... 107
ANEXOS ............................................................................................................................................................... 111
Lista de anexos ........................................................................................................................................... 113
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 - Emissões mundiais anuais de gases de efeito estufa (GEE) entre 1970 e 2004 .................................. 1
Figura 1.2 - Consumo de energia por fonte, em Portugal no ano de 2011 ............................................................ 3
Figura 1.3 - Consumo de energia final em Portugal, por sector de actividade, em 2010 ....................................... 4
Figura 1.4 – Renovação de edifícios: poupança energética e emissões de C02 ..................................................... 5
Figura 1.5 - Os três vectores da sustentabilidade ................................................................................................... 6
Figura 3.1 - Movimento do sol ao longo do dia nas diferentes estações do ano, em Portugal ............................ 16
Figura 3.2 - Quantidade de radiação solar incidente em janelas com diferentes orientações, nas estações de
Inverno e Verão ..................................................................................................................................................... 16
Figura 3.3 - Mecanismos de transferências de calor ............................................................................................ 17
Figura 3.4 - Decomposição da radiação incidente num envidraçado ................................................................... 20
Figura 4.1 – Localização do Pavilhão Civil - IST ..................................................................................................... 29
Figura 4.2 - Caso de estudo: Gabinete do DECivil. ................................................................................................ 30
Figura 4.3 - Fachada Este (vista interior). ............................................................................................................. 31
Figura 4.4 - Parede Exterior dupla de Alvenaria ................................................................................................... 31
Figura 4.5 - Vão envidraçado (caixilharia + vidro simples). ................................................................................... 32
Figura 4.6 - Fachada Oeste (vista interior). ........................................................................................................... 32
Figura 4.8 - Fachada Sul (vista interior) ................................................................................................................ 33
Figura 4.9 - Fachada Norte (vista interior) ............................................................................................................ 34
Figura 4.10 - Foto de pormenor do pavimento no gabinete de estudo. .............................................................. 34
Figura 4.11 - Foto de pormenor do tecto falso em placa de alumínio do gabinete de estudo. ........................... 34
Figura 5.1 – Representação esquemática do posicionamento dos pontos de medição na fachada com
orientação a Este (exterior), durante as campanhas de monitorização térmica. ................................................. 36
Figura 5.2 - Termopares utilizados para a medição da temperatura (vermelho) da superfície interior e exterior
do vidro, ambiente exterior (a) e do estore interior (b). Fluxímetro no vidro (azul - a). ...................................... 37
Figura 5.3 - Termohigrómetros TGP-4500 (vermelho) usados na medição da temperatura ambiente interior (a)
e exterior com protecção (b). Piranómetro instalado com o sistema tripé no parapeito da janela (amarelo – b).
.............................................................................................................................................................................. 38
Figura 5.4 - Termopar utilizado na medição da temperatura superficial interior da parede (vermelho-a).
Fluxímetro na parede (azul –a). Datalogger (b). ................................................................................................... 38
Figura 5.5 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011. ................................................. 43
ix
Figura 5.6 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011. .......................... 44
Figura 5.7- Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de
2011. ..................................................................................................................................................................... 44
Figura 5.8 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011. ................................ 45
Figura 5.9 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011. ............. 46
Figura 5.10 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Menor Radiação: 24 de
Janeiro de 2011. .................................................................................................................................................... 47
Figura 5.11 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011. .............................. 48
Figura 5.12 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011. ............. 48
Figura 5.13 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro
de 2011. ................................................................................................................................................................ 49
Figura 5.14 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011. ....................................... 50
Figura 5.15 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011. ............... 51
Figura 5.16 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Maior Radiação: 12 de Junho
de 2011. ................................................................................................................................................................ 51
Figura 5.17 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011. ............................. 52
Figura 5.18 - Radiação solar, AC e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011..... 53
Figura 5.19 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Climatizado Verão: 24 de
Junho de 2011. ...................................................................................................................................................... 54
Figura 5.20 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011. ............................................ 55
Figura 5.21 - Radiação solar e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011. .................. 55
Figura 5.22 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Quente: 26 de Junho de
2011. ..................................................................................................................................................................... 56
Figura 6.1 – Introdução do ficheiro climático weather, no EP-Launch do EnergyPlus.......................................... 58
Figura 6.2 - Esquema representativo da dinâmica dos dados de Input e Output do software EnergyPlus .......... 58
Figura 6.3 – Campo de entrada Simulation Parameters: Building. ....................................................................... 60
Figura 6.4 – Campo de entrada Schedule: DaySchedule. ...................................................................................... 62
Figura 6.5 – Campo de entrada Construction com a definição dos elementos construtivos da envolvente. ....... 64
Figura 6.6 - Campo de entrada Zone na definição da zona térmica. .................................................................... 65
Figura 6.7 - Campo de entrada SurfaceGeometry na definição das superfícies que delimitam a zona térmica
(ZONA 1). ............................................................................................................................................................... 66
Figura 6.8 - Campo de entrada Space Gains na definição dos ganhos internos. .................................................. 67
Figura 6.9 - Altura solar (α) ................................................................................................................................... 71
Figura 6.10 – Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Maior Radiação
(Verão). ................................................................................................................................................................. 72
Figura 6.11 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Quente
(Verão). ................................................................................................................................................................. 72
x
Figura 6.12 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado
Verão. .................................................................................................................................................................... 73
Figura 6.13 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Menor
Radiação (Inverno). ............................................................................................................................................... 74
Figura 6.14 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Frio
(Inverno). ............................................................................................................................................................... 75
Figura 6.15 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado
Inverno. ................................................................................................................................................................. 75
Figura 6.16 - Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Aquecimento ........ 78
Figura 6.17 – Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Arrefecimento ...... 78
Figura 7.1 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) do gabinete do DECivil
(estação de Inverno). ............................................................................................................................................ 85
Figura 7.2 - Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) gabinete do DECivil (estação
de Verão). .............................................................................................................................................................. 86
Figura 7.3 – Desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro. .................. 88
Figura 7.4 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de
energia primária do gabinete do DECivil, recorrendo às soluções de vidro duplo com a câmara de
preenchimento de ar ou árgon. ............................................................................................................................ 90
Figura 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete com recurso aos
estores existentes, interior e exterior, ou sem estore. ......................................................................................... 93
Figura 7.6 – – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com
estore interior de diferentes reflectâncias solares. .............................................................................................. 94
Figura 7.7 - – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com
estore exterior de diferentes reflectâncias solares. ............................................................................................. 94
Figura 7.8 – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de
energia primária do gabinete do DECivil, aplicando diferentes tipos de caixilho ao sistema de vão de
envidraçado. ......................................................................................................................................................... 96
xi
ÍNDICE DE TABELAS
Quadro 3.1- Tipos de vidro, suas características e finalidades, existentes actualmente no mercado ................. 23
Quadro 5.1 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos
experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Inverno. ............................................... 39
Quadro 5.2 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos
experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Verão. .................................................. 39
Quadro 5.3 - Valores médios diários de radiação solar e temperatura ambiente nas duas campanhas de
monitorização térmica, de Inverno e Verão do ano de 2011. .............................................................................. 40
Quadro 6.1 - Materiais constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo. Preenchimento do campo de
entrada Material:Regular. ..................................................................................................................................... 63
Quadro 6.2 – Diferenças médias diárias das temperaturas obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus, para
os diferentes Dias Tipo estudados. ....................................................................................................................... 76
Quadro 7.1 - Caracterização dos vidros constituintes das várias soluções estudadas . ....................................... 82
Quadro 7.2 - Descrição técnica e principais vantagens das várias soluções estudadas ...................................... 82
Quadro 7.3 - Caracterização técnica e desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes
soluções de vidro. ................................................................................................................................................. 89
Quadro 7.4 – Desempenho energético e características técnicas das várias soluções de vidro duplo estudadas,
com ar de preenchimento árgon ou ar tratado. ................................................................................................... 91
Quadro 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com os
diferentes estores estudados. ............................................................................................................................... 95
Quadro 7.6 - Necessidades nominais globais de energia primária do gabinete do DECivil, com diferentes
caixilhos no vão envidraçado ................................................................................................................................ 97
Quadro 7.7 – Custos iniciais das soluções de vidro, por cada vão envidraçado. (segundo orçamento da Saint
Gobain Glass, Portugal) ......................................................................................................................................... 98
Quadro 7. 8 – Custo de energia (electricidade) actualizados ao ano 0, até ao ano 10. ........................................ 99
Quadro 7.9 – Estudo económico das várias soluções de vidro estudadas: Cenário 1 - Substituição ................. 100
Quadro 7.10 – Estudo económico das vária soluções de vidro estudadas: Cenário 2 – Implementação Nova . 102
xii
SIMBOLOGIA
Abreviaturas
ADENE – Agência para a Energia;
AMI - Assistência Médica Internacional;
AQS – Águas quentes sanitárias;
AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado;
BCE - Banco Central Europeu;
Cap – Capítulo;
CCS- Carbon Capture and Storage;
CH4 - Metano;
CO2 – Dióxido de carbono;
DECivil - Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico;
DGEG - Direcção Geral de Energia e Geologia;
DL – Decreto-Lei;
E – Este;
g - Factor solar do vão envidraçado;
Gases F - Hidrofluorocarbonetos;
GEE – Gases de efeito de estufa;
INETI - Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação;
IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change;
IST – Instituto Superior Técnico;
kgep – Quilograma equivalente de petróleo;
LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil;
N – Norte;
N2O - Óxido nitroso;
Nic – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento;
Ntc – Necessidades globais de energia primária;
Nvc – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento;
O ou W - Oeste;
OCDE - Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico;
OPEP – Organização dos Países Exportadores de Petróleo;
PIB – Produto interno bruto;
PQ - Protocolo de Quioto;
RCCTE – Regulamento das características de comportamento térmico de edifícios;
xiii
RCD - Resíduos de construção e demolição;
RPH – Número de renovações horárias do ar de uma fracção autónoma;
RSECE – Regulamento dos sistemas energéticos e climatização de edifícios;
S - Sul;
SCE – Sistema nacional de certificação energética e da qualidade do ar em edifícios;
SET PLAN - Strategic Energy Thechnology Plan;
tep – Tonelada equivalente de petróleo;
Tv - Coeficiente de transmissão luminosa;
U – Coeficiente de transmissão térmica;
UE – União Europeia;
UE-27 - União económica e política de 27 Estados-membros independentes da Europa;
UK – Reino Unido (United Kingdom);
USA – Estados Unidos da Améria (United States of America);
(referentes à campanha experimental de monitorização térmica do gabinete do DECivil)
AC - Sistema de climatização de ar condicionado com bomba de calor;
DRIE - declive da recta no interior dos elementos;
FP - Fluxo de calor no pano de alvenaria (parede) [W/m2];
FV – Fluxo de calor no pano envidraçado [W/m2];
Rd – Radiação global em plano horizontal [W/m2];;
TA - Temperatura ambiente [oC];
TAE – Temperatura ambiente exterior do gabinete do DECivil [oC];
TAI - Temperatura ambiente interior do gabinete do DECivil [oC];
Tsi – Temperatura superficial interior [oC];
Tse - Temperatura superficial exterior [oC];
(referente a expressões matemáticas)
I – Energia solar global incidente (radiação directa + difusa) [kWh];
T – Transmissão energética global (Transmitida directamente) [kWh];
R – Reflexão energética global (Parcela Reflectida) [kWh];
A – Absorção energética global (Parcela Absorvida) [kWh];
Ae – Fracção da energia absorvida emitida para o exterior [kWh];
Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior [kWh];
– Área visível de caixilharia [m2];
– Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/m2.oC];
– Área visível de vidro [m2];
– Coeficiente de transmissão térmica do vidro [W/m2.oC];
xiv
– Perímetro de vidro visível [m];
– Coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.oC].
E - Coeficiente de Young [GPa];
θi – temperatura interior [oC];
Qcond – Quantidade de calor transferido por condução [kWh];
λ – Condutibilidade térmica do elemento [W/m.°C];
A – Área da superfície [m2];
dT/dx – Gradiente de temperatura [°C/m];
μm – micrómetro (10E-6m);
Ntc - Necessidades nominais globais de energia primária [kgep/m2.ano];
Nic - Necessidades nominais de aquecimento [kWh/m2.ano];
Nvc - Necessidades nominais de arrefecimento [kWh/m2.ano];
Nac - Necessidades nominais de preparação de águas quentes sanitárias [kWh/m2.ano];
ɳi - Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para o aquecimento (= 0,3);
ηv - Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para arrefecimento (= 0,4);
Fpui - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de aquecimento;
Fpuv - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de arrefecimento;
Fpua - Factor de conversão de energia útil em energia primária na preparação de AQS;
n – Ano n;
– Custo da energia no ano n actualizado ao ano 0 [€];
– Custo actual de energia [€];
α' – Taxa de inflação do custo de energia;
α – Taxa de actualização;
PR – Período de retorno [anos];
– Variação do custo de investimento [€];
– Variação do custo de exploração [€].
Cap. 1 – Introdução
1
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
1.1. Enquadramento geral
1.1.1. Emissões de carbono e sustentabilidade ambiental
O aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE) produzidas pela queima dos combustíveis fósseis,
usados para satisfazer as crescentes necessidades energéticas a nível global, estão a provocar graves alterações
climáticas no planeta.
Na Figura 1.1 é apresentado graficamente esse aumento da concentração de GEE na atmosfera ao longo dos
anos, sendo possível concluir que o seu valor quase que duplicou, entre os anos de 1970 e 2004.
Figura 1.1 - Emissões mundiais anuais de gases de efeito estufa (GEE) entre 1970 e 2004 (adaptado de [1]).
A elevada concentração de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera terrestre tem como principais
consequências: o aumento das temperaturas globais médias, mudanças nos regimes de chuva e nos níveis de
precipitação, a ocorrência com maior frequência de eventos climáticos extremos, a elevação do nível das águas
do mar e alterações de ecossistemas [1].
Segundo o 4º relatório de avaliação do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas [2] (IPCC, na
sigla inglesa), a temperatura na superfície terrestre aumentou 0.74 ± 0,18 °C durante o século XX. Os modelos
climáticos referenciados também pelo IPCC estimam que as temperaturas globais de superfície,
provavelmente, aumentarão no intervalo entre 1.1°C a um máximo de 6.4 °C, entre 1990 e 2100 [1]. No ano de
2010, em Portugal Continental, foi registado um valor médio de temperatura do ar de 15.42°C, superando em
+0.24°C, o valor médio registado entre os anos de 1971 e 2000 [2].
No sentido de alcançar um novo equilíbrio, que esteja em harmonia com o ambiente e que respeite os direitos
das gerações futuras, foram tomadas um conjunto de medidas com o intuito de responsabilizar os Governos
mundiais pelas suas condutas.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
2
Em 1997, trinta e seis dos países industrializados assinaram o Protocolo de Quioto (PQ), onde assumiram
compromissos rígidos no sentido de diminuir as emissões de GEE, nomeadamente, nos sectores dos
transportes e da energia. No entanto, como a validação do PQ dependia da subscrição de um número
suficiente de países que no total fossem responsáveis por 55% das emissões dos países industrializados, só a
partir de Fevereiro de 2005, após a adesão da Rússia (em 2004), o protocolo entrou em vigor. Este protocolo
define, como principais objectivos, a redução global da emissão de gases do efeito de estufa na ordem dos
5,2%, no período entre 2008 e 2012, comparativamente às emissões de 1990, e de uma redução de 8%, para os
países pertencentes também à União Europeia (UE) [3].
Por outro lado, a União Europeia, com a finalidade de desenvolver uma economia energeticamente
competitiva, com redução das emissões de carbono, recorre à iniciativa «metas 20-20-20». Com esta iniciativa,
os Estados-Membros pretendem atingir até 2020, as seguintes metas [4]:
redução das emissões de gases de efeito de estufa em 20%, face aos níveis de 1990;
aumento em 20% do uso de fontes de energia renováveis e;
adopção de medidas com vista à obtenção de uma poupança energética de 20% relativamente aos
níveis de consumo actuais.
O cumprimento destes objectivos só é possível com a implementação de fortes medidas a nível global,
permitindo uma reformulação do consumo da energia por parte da sociedade, baseadas nos seguintes
fundamentos:
éticos e sociais: actualmente 28% da população mundial consome 77% de toda a energia produzida,
enquanto 72% vivem apenas com os restantes 23% [4];
ambientais: contribuição para a redução das emissões de GEE;
estratégicos: a Europa depende fortemente de países fora da UE (alguns deles politicamente muito
instáveis) para satisfazer as suas necessidades de combustíveis fósseis, razão pela qual não existe
uma certeza de continuidade do fornecimento;
económicos: o custo anual da factura energética representa uma parcela significativa das despesas
de um edifício.
Concluindo, e face à situação actual do consumo de energia, a eficiência energética pode ter um papel muito
importante, podendo ser fundamental na redução dos consumos de energia e respectiva dependência dos
combustíveis fosseis. Não é suficiente procurar energias alternativas renováveis, é preciso também optimizar
os consumos energéticos, recorrendo à utilização racional de energia.
1.1.2. A dependência energética de Portugal
Embora Portugal seja um país com escassos recursos energéticos de origem fóssil, cerca de 76.1% da energia
primária nacional é consumida precisamente sob essas fontes de energia (petróleo, carvão e gás natural), o que
obriga à importação destes recursos energéticos. Na Figura 1.2 é apresentado graficamente o consumo de
energia primária por fonte, em Portugal, no ano de 2011.
Cap. 1 – Introdução
3
Figura 1.2 - Consumo de energia por fonte, em Portugal no ano de 2011 [5].
Segundo dados do Eurostat, Portugal está entre os 10 países da UE-27 com maior dependência energética
externa [6]. A forte dependência energética é um dos problemas graves que Portugal enfrenta e, num
contexto de custo energia cada vez mais elevado, constitui uma das muitas causas da crise económica que
abala a sociedade e o Estado português. Segundo a Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG) [5], a
dependência de Portugal, em termos de importação de energia, no ano de 2011, foi de 77.1%. Ainda assim,
esta dependência de energia externa tem vindo a diminuir desde 2005, ano que atingiu 88.8% [5].
Em 2011, o saldo importador de produtos energéticos cifrou-se em 7 100 M€, representando um aumento de
+27.7%, face ao valor de 2010 (5 561 M€). Em termos do valor importado de produtos energéticos, no ano de
2011, o petróleo bruto e refinados representaram cerca de 82% e o gás natural cerca de 13% desse valor total
[7].
Associada à forte dependência energética, o país depara-se com uma elevada ineficiência na utilização da
energia, o que facilmente se demonstra comparando a quantidade de energia primária consumida em relação
ao produto interno bruto (PIB). Por exemplo, em 2009, foram necessárias 187 toneladas equivalente de
petróleo (tep) para produzir 1000 euros de PIB, quando a média europeia (UE-25) foi de 165 tep [6].
Tal como nos restantes países desenvolvidos do mundo, torna-se necessária uma alteração de padrões de
produção e de consumo de energia e uma reformulação energética (tal como mencionado em 1.1.1),
permitindo aumentar a eficiência energética e ambiental da economia do país e reduzir a sua vulnerabilidade
em relação ao comportamento dos mercados internacionais. No ano de 2005, visando promover as energias
renováveis, aumentar a eficiência energética e reduzir a dependência externa, Portugal adoptou a New Energy
Policy, comprometendo-se com as seguintes metas [8] [9]:
60% da electricidade ser produzida a partir de fontes renováveis (31% em termos de energia
primária);
melhoria de eficiência energética equivalente a 10% do consumo final de energia até 2015;
forte investimento em projectos de energia solar e das ondas ,entre outras, nas energias renováveis
Portugal aponta para o valor de 31% de aumento do recurso a este tipo de energias, e não apenas os
20% estabelecidos pela U.E., com as «metas 20-20-20».
Petróleo 45.8%
Carvão 10.6%
Outros 0.6%
Biomassa
13.9%
Energia Eléctrica
9.3%
Gás Natural 19.7%
Energia Primária 2011
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
4
Em termos de consumos por sectores de actividade em Portugal, destacam-se os sectores dos transportes,
indústria e doméstico. Na Figura 1.3 é apresentado, o consumo de energia final em Portugal, por sector de
actividade, no ano de 2010.
Figura 1.3 - Consumo de energia final em Portugal, por sector de actividade, em 2010 [5].
Em Portugal no ano de 2010, o consumo de energia final atingiu o valor de 17276 ktep, tendo-se verificado
uma redução de 1.3% face ao ano de 2009 [5]. A parcela de energia consumida nos edifícios (serviços + sector
doméstico) é cerca de 29% da energia final, e cerca de 62% do consumo de energia eléctrica nacional, o que
evidencia, desde logo, a necessidade de moderar especialmente o consumo de energia eléctrica nos edifícios.
Segundo a ADENE [3], com algumas pequenas intervenções nos edifícios, é possível poupar até 30-35% da
energia consumida, mantendo as mesmas condições de conforto.
1.1.3. Impacto e sustentabilidade ambiental na indústria da construção
A indústria da construção representa uma actividade com grande impacto no meio ambiente, designadamente,
nos consumos de energia, de água, de materiais e na produção de resíduos. Segundo a Agenda 21 para a
Construção Sustentável [10], nos países industrializados a construção civil consome cerca de 50% dos recursos
naturais, produz 50% dos resíduos e é responsável por cerca de 30% das emissões de CO2. A Indústria da
construção civil constitui assim um dos sectores da actividade humana que mais impacto ambiental exerce
sobre o planeta. Durante o seu ciclo de vida, o maior impacto energético-ambiental de um edifício acontece no
período em que este está em operação (utilização e manutenção do edifício). Os custos associados aos
consumos durante esta fase atingem em média, o valor da construção num prazo de 7 a 20 anos [11].
Os interesses económicos e a necessidade de construir rapidamente fizeram com que em Portugal, nos últimos
50 anos, se colocasse de parte algumas das boas práticas ancestrais de construção, cuja adaptação à região se
tornava tão característica. Verificou-se assim, a construção de edifícios pouco adaptados às características
climáticas do local e que apresentavam elevados consumos energéticos na sua utilização. Foram adjudicados
muitos projectos de edifícios sem haver a preocupação com os custos de utilização e de manutenção, durante a
30.1%
37.4%
17.0%
11.7%
3.8%
Indústria
Transportes
Sector doméstico
Serviços
Outros (agricultura, pescas, construção e obraspúblicas, etc.)
Cap. 1 – Introdução
5
vida útil do edifício. Assim, os edifícios com um recurso cada vez maior a equipamentos de ar condicionado
para controlo do ambiente interior, tornaram-se grandes consumidores de energia. Nos países desenvolvidos
pertencentes à OCDE (Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Económico) os edifícios são
actualmente responsáveis por 40% da energia final consumida, ultrapassando significativamente os resultados
de todos os meios de transporte em conjunto [12].
Mais recentemente, começa-se a verificar em alguns projectos de edifícios, a preocupação com os custos e
impactos ambientais das fases de utilização, e também, de eventual demolição. O custo de construção deixou
assim de ser o único custo a influenciar a decisão de construir. Existem oportunidades atractivas de redução da
utilização de energia dos edifícios com menores custos e maiores retornos do que noutros sectores. Na Figura
1.4 é apresentada esquematicamente uma possível poupança energética e de emissões de CO2, que a
renovação de um edifício médio na UE permite.
Figura 1.4 – Renovação de edifícios: poupança energética e emissões de C02 (adaptado de [13]).
1.1.4. Certificação energética de edifícios
Em 2003 foi publicada a Directiva Comunitária 2002/91/CE que obriga todos os Estados Membros a melhorar o
desempenho energético das construções ao nível da térmica e do consumo de águas quentes sanitárias. Esta
directiva foi transposta para a legislação portuguesa em 2006, através do Decreto-Lei 80/2006 de 4 de Abril
[14].
Em 2010, foi publicada a Directiva 2010/31/UE do Parlamento Europeu e do Conselho relativa ao desempenho
energético dos edifícios (reformulação). Esta directiva, com o intuito de promover a melhoria do desempenho
energético dos edifícios na União Europeia, estabelece requisitos para as metodologias de cálculo e aplicação
de requisitos mínimos do desempenho energético dos edifícios, planos nacionais para aumentar o número de
edifícios de necessidades de energia quase nulas (net zero-energy buildings), certificação energética e
inspecção das instalações de aquecimento e ar condicionado [15].
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
6
Assim, os novos projectos da térmica de edifícios passaram a ser examinados por peritos qualificados, e a sua
execução, alvo de fiscalização e peritagem em obra. As características de eficiência energética de cada edifício,
ou de cada fracção autónoma, passaram a ser expressas num certificado energético através de um sistema de
etiquetagem, no qual é mencionada a classe de eficiência, o valor do consumo anual de energia e a respectiva
emissão de carbono [16].
A certificação energética dos edifícios é uma medida obrigatória promovida pela Comissão Europeia, com o
objectivo de optimizar o desempenho energético-ambiental do meio edificado, através da colocação da
informação relevante ao dispor do utilizador final e aumentando o seu poder de escolha com base em dados
quantificados.
Com a certificação energética, os proprietários têm a possibilidade de conhecer a qualidade energética do
edifício, antes de o adquirirem, e os promotores e construtores terão tendência a utilizar componentes e
equipamentos de melhor qualidade.
Actualmente existem vários sistemas de certificação energética como o LiderA (Portugal), o Breeam (UK), o
Leed (USA), o Casbee (Japâo), o Nabers (Austrália), entre outros. Estes sistemas apresentam diferenças entre si,
sendo cada um mais adaptado às condições do seu país de origem.
1.1.5. Sustentabilidade na construção
O termo "sustentabilidade" é utilizado nos mais variados contextos e frequentemente associado à missão das
mais diversas empresas, dos meios de comunicação de social e nas organizações da sociedade civil. É um dos
temas fortes da agenda mundial, não só do ponto vista ecológico e ambiental, mas também económico e
social.
De uma forma muito sucinta, a sustentabilidade assenta em três grandes vectores: o planeta (preocupações
ambientais), as pessoas (preocupações sociais) e a rentabilidade (preocupações económicas), representados
esquematicamente na Figura 1.5.
Figura 1.5 - Os três vectores da sustentabilidade (adaptado de [16]).
No sector da construção civil, a sustentabilidade visa conceber edifícios energeticamente eficientes, utilizando
reduzidos recursos materiais e de energia, produzindo reduzidas quantidades de resíduos, tendo sempre como
Cap. 1 – Introdução
7
base, preocupações económicas e ambientais. Assim, um projecto de um edifício dito “sustentável” passa
essencialmente por [17]:
melhorar a eficiência energética, diminuindo as necessidades em iluminação, ventilação e
climatização artificiais;
substituir o consumo de energia fóssil por energia renovável, não poluente e gratuita;
adoptar sistemas de tratamento de resíduos orgânicos, sistemas de reaproveitamento de água e
outros;
utilizar materiais de origem local, preferencialmente materiais de fontes renováveis ou com
possibilidade de reutilização e que minimizem o impacto ambiental (como extracção, consumos de
energia e de água, aspectos de saúde e emissões poluentes).
O presente estudo, sobre o impacto dos vãos envidraçados no desempenho energético de um edifício,
pretende contribuir para a melhoria destes sistemas solares passivos, contribuindo para a melhoraria da
eficiência energética, diminuindo as necessidades em iluminação, ventilação e climatização artificiais. A
adequação do projecto de um edifício que proporcione uma redução nos consumos energéticos do edifício,
não requer necessariamente o aumento significativo dos custos de construção. Hoje em dia, exige-se que esta
prática não dependa apenas de uma intuição empírica como no passado, traduzindo-a tanto em conhecimento
técnico sistematizado, como numa maior exigência quanto aos padrões de qualidade que tutelam a indústria
da construção.
1.1.6. Sistemas solares passivos e importância do vão envidraçado nas trocas de
calor
Na Europa as pessoas passam cerca de 90% do seu tempo no interior dos edifícios, pelo que uma inadequada
gestão da energia conduz a gastos desnecessários em grande escala, nomeadamente gastos em climatização
[18].
Os sistemas de aquecimento, arrefecimento e iluminação são geralmente os grandes responsáveis pelo
elevado valor das facturas energéticas do edificado, pelo que, uma das grandes preocupações da engenharia
civil é conceber edifícios que permitam o menor recurso possível a este tipo de sistemas, mantendo uma boa
climatização interior e o bem-estar do utilizador. Neste sentido, é necessário apostar e desenvolver outros
sistemas que contribuam para esse objectivo, sem recurso a energia fóssil ou não renovável, como os sistemas
solares passivos. Nestes, as trocas de energia de aquecimento ou arrefecimento fazem-se por meios naturais,
tal como será descrito no capítulo 2.1 desta dissertação.
A envolvente exterior é o principal elemento de regulação da temperatura ambiente interior de um edifício,
uma vez que actua como regulador das cargas térmicas. Os sistemas de caixilharia, vidros e sombreamento,
que compõem os vãos envidraçados, são parte fundamental da envolvente exterior. A sua permeabilidade ao
ar e isolamento térmico têm uma influência directa no consumo de energia de um edifício.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
8
Segundo dados da ADENE e da DGEG, os vãos envidraçados têm um peso no balanço térmico global dos
edifícios, de cerca de 35 a 40% das perdas térmicas totais dos edifícios, no Inverno, e são grandes responsáveis
pelos problemas de sobreaquecimento interior e por grande parte das necessidades de arrefecimento
associadas à envolvente, no Verão [19].
As tendências construtivas apontam para a utilização crescente de vãos envidraçados de grandes dimensões,
representando, cada vez mais, uma maior área da envolvente exterior dos edifícios. Estes elementos estando
em contacto directo com o ambiente exterior, e sendo altamente favoráveis a trocas de calor e ganhos solares,
são elementos com grande responsabilidade com comportamento térmico de edifícios. Com as novas
exigências em termos de consumo energético de edifícios em Portugal, é cada vez mais necessário controlar da
melhor forma possível as trocas de calor ao nível dos envidraçados, optando-se por soluções adequadas que
sejam capazes de tornar os edifícios mais eficientes do ponto de vista energético.
1.2. Objectivos
O objectivo principal desta dissertação é avaliar a influência dos vãos envidraçados e dos seus diferentes
elementos (vidro, ar de preenchimento, estore e caixilho) no consumo energético dos edifícios.
Como caso de estudo foi escolhido um gabinete do Pavilhão de Civil do IST – Alameda, com orientação a Este
que, por ter um vão envidraçado com uma área relativamente grande (cerca de 66% da área de fachada),
apresenta alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos energéticos. Será estudado o seu
comportamento térmico com as soluções construtivas actuais e com diferentes soluções de vãos envidraçados,
escolhidas e indicadas por técnicos especialistas para o caso de estudo em particular, com a finalidade de se
fazer uma comparação em termos de desempenhos energéticos (consumos).
Para o cálculo dos consumos energéticos, recorreu-se ao programa informático de análise dinâmica do
comportamento térmico de edifícios - EnergyPlus Energy Simulation Software [20] e aos programas
Window 7 [21] e Calumen II [22], para a definição dos vãos envidraçados em estudo.
Foram realizadas duas campanhas de monitorização térmica do gabinete, durante as estações de Inverno e
Verão, com a finalidade de avaliar o comportamento térmico do gabinete e de calibrar o modelo de simulação
energética no programa EnergyPlus. Nestes campanhas foram efectuadas medições de: radiação global em
plano horizontal; temperaturas no ambiente interior e exterior, e nas superfícies do vidro, protecções solares e
parede; fluxos de calor no vidro e na parede.
Cap. 1 – Introdução
9
1.3. Organização do trabalho
Este trabalho encontra-se estruturado em oito capítulos, agrupados em duas partes distintas.
A primeira parte, da qual fazem parte os capítulos 1 a 3, documenta num todo, o estado da arte e os
parâmetros energéticos associados aos vãos envidraçados. A segunda parte do trabalho é constituído pelos
capítulos 4 a 8, onde ser descreve o trabalho experimental e numérico conduzido na presente investigação,
aplicado a um caso de estudo real em Portugal. Nestes capítulos é apresentada a metodologia de análise, o
caso de estudo, a análise e discussão dos resultados e conclusões.
No presente capítulo, Capítulo 1, é realizado o enquadramento geral do estudo, com destaque para a
importância de uma boa envolvente na eficiência energética e funcionamento de um edifício. São ainda
apresentados os objectivos gerais deste estudo.
No Capítulo 2 são apresentadas algumas boas práticas construtivas e de projecto, no âmbito da construção
sustentável, que se enquadram basicamente, em quatro grandes áreas: gestão energética, gestão da água,
gestão de materiais e gestão de resíduos de construção e demolição.
No Capítulo 3 são abordadas as características de comportamento térmico e óptico do vidro, noções
imprescindíveis à optimização e dimensionamento dos vãos envidraçados na concepção de um edifício.
No Capítulo 4 é apresentado o caso de estudo, um gabinete do Departamento de Engenharia Civil,
Arquitectura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico (DECivil-IST), incluindo a caracterização climática da
cidade onde se insere, Lisboa.
No Capítulo 5 é apresentada uma descrição dos trabalhos experimentais realizados durante as campanhas
experimentais, cujo objectivo é a monitorização do comportamento térmico do gabinete através de ensaios em
condições reais de funcionamento.
No Capítulo 6 é descrito todo o processo de modelação energética do gabinete em estudo no programa
informático EnergyPlus, bem como a descrição deste software. Neste capítulo são também apresentados
alguns estados de calibração do modelo definido, através dos resultados experimentais e através do RCCTE.
No Capítulo 7 são apresentados os resultados obtidos, calculados através da simulação energética do gabinete,
em EnergyPlus, com as diferentes soluções de vão de envidraçado e respectiva análise comparativa. Neste
capítulo, antes da apresentação dos resultados, é realizada uma descrição de cada elemento (vidro, caixilho e
dispositivo de sombreamento) simulado. Por fim é apresentada uma análise custo benefício do elemento vidro,
onde serão calculados os períodos de retornos das várias soluções de envidraçado.
Finalmente, no Capítulo 8, apresentam-se as principais conclusões do trabalho e são propostos temas para um
futuro desenvolvimento.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
10
Cap. 2 – Construção Sustentável Importância de boas práticas construtivas e de projecto
11
CAPÍTULO 2 – CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL E IMPORTÂNCIA DE BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS E DE PROJECTO
2.1. Gestão energética
A população europeia, e tal como referido no capítulo introdutório, passa cerca de 90% do seu tempo no
interior de edifícios, consumindo cerca de 40% da energia total utilizada na Europa [12] [18]. Este elevado
consumo energético em edifícios torna necessária uma implementação de boas práticas na construção de
edifícios, que reduzam os consumos de energia e que fomentem o recurso a fontes de energia renováveis.
A aplicação destas boas práticas construtivas e de projecto permitem aos edifícios tirarem partido das
características climáticas do local, de forma a optimizar o conforto no seu interior, tentando reduzir para
valores próximos de zero, os seus consumos energéticos (net zero-energy buildings) [15]. Este tipo de gestão de
energia é conseguido com recurso a sistemas activos e passivos, fundamentais na construção sustentável de
edifícios.
Os sistemas activos recorrem a formas de energia renováveis e normalmente são compostos por mecanismos
automatizados. Uma das fontes de energia mais utilizadas é o sol, cuja energia pode ser transformada em
energia térmica e em energia eléctrica. Outras fontes renováveis também aproveitadas, são por exemplo, o
vento, a água de barragens, ondas do mar e a geotermia.
Os sistemas solares passivos, por sua vez, definem-se por processarem as trocas de energia térmica por meios
naturais, sem recurso a mecanismos automatizados. São exemplos destes sistemas, os vãos envidraçados, os
dispositivos de sombreamento fixos, as coberturas verdes, os isolamentos térmicos, as paredes trombes, as
paredes massivas, as colunas de água, entre outros. A sua adopção e definição em projecto variam em função
do clima, dos aspectos construtivos do edifício e também do tipo de utilização.
Projectar edifícios no âmbito da construção sustentável consiste em pensar o edifício tendo como base toda a
envolvência climática e ambiental do local em que este se insere, optimizando o seu conforto interior. Uma boa
solução construtiva num determinado local, não tem necessariamente o mesmo desempenho energético que
outra exactamente igual em condições geográficas e climáticas diferentes, embora o uso possa ser idêntico.
Assim, as boas práticas construtivas e de projecto a adoptar num determinado edifício, deverão ser
previamente definidas, tendo em consideração a especificidade climática do local, a função do mesmo e o
modo de ocupação do edifício, de forma a promoverem um bom desempenho energético. Estas boas práticas
são um conjunto de regras ou estratégias de carácter geral, destinadas a influenciarem a forma geométrica do
edifício bem como os seus processos, sistemas e componentes construtivos. Seguidamente serão apresentadas
algumas dessas boas práticas de projecto e construtivas, referentes à gestão energia [17].
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
12
Boas Práticas de gestão de energia - aquecimento (climas de Inverno):
Colocação de um isolamento em toda a envolvente do edifício, preferencialmente por fora,
promovendo a redução de perdas de calor por condução. No caso da envolvente opaca (paredes,
coberturas e pavimentos), os materiais de isolamento dos elementos construtivos poderão ser, por
exemplo, a cortiça, o poliestireno expandido e extrudido, o poliuretano e as lãs minerais. No caso da
envolvente envidraçada, deve realizar-se uma selecção criteriosa do vão envidraçado para que o
conjunto vidro/caixilho apresente valores de coeficiente de transmissão térmica relativamente
reduzidos;
adopção de paredes de elevada massa, promovendo o aumento da inércia térmica e permitindo
uma maior absorção, armazenamento e difusão do calor;
a restrição das perdas por infiltração e o efeito da acção do vento no exterior do edifício, com a
implementação de vegetação, promovendo a protecção dos ventos dominantes, de caixilharias
estanques e, quando possível, escolher uma boa orientação para o edifício;
orientação preferencial de superfícies envidraçadas a Sul uma vez que no Inverno, o percurso do sol
efectua-se com altura solar reduzida e para azimutes próximos do Sul geográfico (como será descrito
e apresentado no capitulo 3.1 deste trabalho);
adopção de cores escuras nos pavimentos, permitindo uma maior absorção de calor num nível mais
baixo, o que contribui para um maior conforto;
execução de parede de trombe a Sul, para captação e absorção da radiação solar.
Boas Práticas de gestão de energia - arrefecimento (Verão):
Implementação de paredes pesadas com isolamento pelo exterior, restringindo os ganhos por
condução e promovendo uma maior inércia térmica;
implementação de dispositivos de sombreamento eficazes, móveis ou fixos, nos vãos envidraçados,
restringindo os ganhos solares, principalmente nos vãos com orientação a Este e a Oeste, onde a
altura solar é menor;
adopção de cores claras nas superfícies verticais interiores, fazendo com que o calor seja distribuído
pelo interior da divisão, uma vez que estas tonalidades reflectem melhor a radiação solar;
promoção da ventilação cruzada (nocturna) e o recurso a sistemas de tubos enterrados.
2.2. Recursos finitos
2.2.1. Gestão de água em edifícios
A nível mundial, verifica-se um consumo de água potável a uma taxa superior à da sua renovação no ciclo
hidrológico, tornando-o num recurso natural finito. O consumo de água potável tem vindo a aumentar nos
últimos anos, tendo triplicado desde 1980. Actualmente, o consumo mundial de água representa 4340 km3 por
ano e, caso se mantenha constante, prevê-se que em 2025, dois em cada três habitantes do planeta, venham a
sofrer de falta de água [23] [24].
Cap. 2 – Construção Sustentável Importância de boas práticas construtivas e de projecto
13
É cada vez mais importante que sejam promovidas e aplicadas políticas de gestão baseadas num uso
sustentável da água, de forma a manter o equilíbrio e o funcionamento contínuo do ecossistema global. O
grande desafio da humanidade, em termos da gestão de água, é o de conseguir satisfazer as necessidades da
sociedade actual sem comprometer as futuras gerações, considerando a evolução da humanidade segundo as
perspectivas de evolução social e económica (crescimento populacional, desenvolvimento industrial), num
cenário de progressiva escassez de água em quantidade e qualidade aceitáveis. Este desafio é concretizável, se
houver uma mudança de atitude na forma como a água é utilizada, gerida e valorizada. É necessário criar uma
nova cultura baseada no seu uso eficiente, na protecção e recuperação das águas naturais [18].
Ao nível dos edifícios, a gestão sustentável de água é conseguida através da redução dos consumos, do
aproveitamento das águas pluviais e da reutilização das residuais. Hoje em dia, os edifícios devem ser
concebidos e construídos de forma a optimizar o consumo de água, sem reduzir o conforto nem o grau de
higiene associados ao seu uso.
Boas práticas na gestão de águas em edifícios:
instalação de válvulas redutoras de pressão sempre que a pressão disponível seja excessiva;
instalação de equipamento de detecção de fugas;
utilização de sanitas que recorram a quantidades reduzidas de água ou adopção de bacias de retrete
em sistema seco;
utilização de torneiras com dispositivo arejador (acrescentam ar, produzindo no uso a sensação de
maior caudal), misturadoras monocomando, termostáticas, automáticas ou semi-automáticas (com
infravermelhos ou temporizadores);
colocação de bases de chuveiro em detrimento de banheiras;
selecção preferencial de materiais ou sistemas construtivos que utilizem reduzida quantidade de
água;
utilização da vegetação mais apropriada ao local, isto é, não que necessite de muita água;
realização de rega de jardins com recurso a sensores de humidade.
2.2.2. Gestão de materiais
Como apresentado no capítulo introdutório, a indústria da construção tem uma grande responsabilidade no
consumo dos recursos naturais mundiais. Esta indústria, por exemplo, consome cerca de 25% da madeira e
40% dos agregados de todo o mundo [25].
Em termos de gestão de materiais, sintetiza-se as principais boas práticas construtivas e de projecto a adoptar,
no sentido de reduzir este consumo e evitar a delapidação destes recursos naturais:
preferência por materiais com maior ciclo de vida;
redução do desperdício, em todas as fases do processo construtivo;
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
14
utilização de materiais da região, de forma a reduzir-se o impacto resultante do transporte, como por
exemplo, utilização de pedra natural da região;
preferência por materiais recicláveis: madeira, isolamento em cortiça ou fibra de coco e materiais de
revestimento ecológicos;
redução do recurso a materiais tóxicos e;
promoção da utilização de materiais não poluentes, duráveis, com reduzida manutenção, de reduzida
energia incorporada, recicláveis e reutilizáveis;
2.2.3. Gestão de resíduos de construção e demolição
Por outro lado, e tal como apresentado também no capítulo introdutório, a industria da construção civil é uma
das principais fontes produtoras de resíduos, gerando uma quantidade de resíduos que se aproxima das
quantidades produzidas de resíduos sólidos urbanos.
Os resíduos de construção e demolição (RCD) incluem os desperdícios provenientes de demolições,
remodelações e obras novas de construção civil, sendo na sua maioria constituídos por argamassas, alvenarias,
betão armado, terras e pequenas quantidades de outros resíduos como sejam embalagens, latas, vidros,
madeiras, podendo ainda incluir, pequenas quantidades de amianto e resinas (resíduos perigosos). É
fundamental um adequado destino dos resíduos, tendo em atenção que estes possuem quantidades
significativas de constituintes que podem ser reutilizáveis e recicláveis em detrimento da convencional opção
da sua deposição em aterro. Actualmente, mais de 65% dos resíduos ainda são enviados para aterro, 30% é
reciclado ou reutilizado e a restante parcela sofre incineração [18].
Para a melhoria da gestão dos RCD propõem-se as seguintes boas práticas [18]:
incentivo à reabilitação de edifícios degradados evitando a sua demolição;
realização de um planeamento adequado do processo construtivo de novos edifícios para que sejam
minimizadas as alterações em obra;
inclusão de elementos pré-fabricados (possíveis de posterior reutilização);
minimização do uso de materiais compósitos;
criação de projectos flexíveis de forma a no futuro possam ser modificados, em virtude de alteração da
sua função;
diminuição da produção de resíduos perigosos;
contemplação em projecto e posterior instalação de eco pontos;
recolha selectiva dos RCD;
reutilização de materiais;
redução da produção de resíduos através do controlo na aquisição de materiais e;
utilização de acabamentos de reparação simples.
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
15
CAPÍTULO 3 – VÃOS ENVIDRAÇADOS EM EDIFÍCIOS
Quando um envidraçado, ou uma outra superfície qualquer, se encontra em contacto com duas zonas a
diferentes temperaturas, ocorrerá fenómenos de transferência de calor da zona de maior para a de menor
temperatura. No caso concreto de um vidro, estes fenómenos podem-se processar por três mecanismos
distintos: condução através do vidro e do caixilho, radiação através das superfícies do vidro e convecção
através de ar preenchimento da câmara de um vidro duplo.
Neste capítulo será apresentada a descrição desses processos de trocas de calor e das características ópticas e
térmicas do vidro. Será ainda apresentada uma breve explicação da composição da radiação que incide sobre a
superfície de um envidraçado, assim como o movimento do sol ao longo do dia e nas diferentes estações do
ano.
3.1. Geometria solar e composição da radiação
Ao longo do ano, o sol apresenta percursos solares diferentes, provocando variações no seu ângulo de
incidência na superfície terrestre. O ângulo de incidência, além de ser determinante nos ganhos solares,
permite conhecer o sombreamento no envidraçado causado pelas palas, se existentes, ou pela própria
geometria do edifício e pelos edifícios vizinhos ou espaço circundante.
No solstício de Inverno, o sol nasce sensivelmente a Sudeste e põe-se a Sudoeste, enquanto no solstício de
Verão, o sol nasce a Nordeste e põe-se a Noroeste. Além destas diferenças, no Inverno o percurso do sol é
praticamente ao nível dos vãos envidraçados de uma fachada vertical orientada a Sul, isto é, o sol apresenta
um percurso “mais baixo” em relação à superfície terrestre, possibilitando assim uma maior entrada de
radiação solar directa. Durante o Verão, o percurso do sol é próximo do zénite (“mais alto”), provocando uma
incidência dos raios solares de maior ângulo em vãos envidraçados orientados a Sul, atenuando os ganhos
solares [26].
Para uma melhor percepção do que foi explicado, na Figura 3.1 é representado esquematicamente os
movimentos diários do sol em Portugal, nas diferentes estações do ano.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
16
Figura 3.1 - Movimento do sol ao longo do dia nas diferentes estações do ano, em Portugal (adaptado de [27]).
Sabendo a orientação do envidraçado e conhecendo o movimento diário do sol, é possível obter uma previsão
da quantidade de radiação solar que lhe será incidente nas diferentes estações do ano. Na Figura 3.2 é
apresentada a variação ao longo do dia da radiação solar incidente numa janela com as diferentes orientações,
nas estações de Verão e Inverno, em Portugal.
Figura 3.2 - Quantidade de radiação solar incidente em janelas com diferentes orientações, nas estações de Inverno e Verão [28].
Outro aspecto relevante para um estudo deste tipo, é conhecer a composição da radiação solar que atinge a
superfície da Terra. Basicamente, esta é composta por duas componentes distintas, a radiação directa que
atravessa unidireccionalmente a atmosfera até atingir a superfície terrestre e a radiação difusa que só a atinge
após múltiplos desvios nas partículas suspensas existentes na atmosfera [29].
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
17
A radiação total que atinge a superfície de um envidraçado, ou outra superfície presente na Terra, é constituída
pela soma da radiação directa e difusa, designada por de radiação solar global, e a componente da radiação
solar reflectida por qualquer corpo ou superfície, é expressa pelo albedo (em percentagem).
O albedo é a medida de quantidade de radiação solar reflectida por um corpo ou superfície e é obtido pela
razão entre a quantidade de radiação reflectida e a quantidade de radiação recebida. Depende do tipo
materiais superficiais, da sua rugosidade e também da inclinação dos raios solares, sendo maior o albedo,
quanto maior for essa inclinação. A radiação reflectida pelas superfícies do contorno, valor de albedo, pode ir
de 3% a 85% da radiação total incidente [30].
3.2. Fenómenos de transferência calor
O estudo dos mecanismos de trocas de calor através de um envidraçado irá permitir uma melhor compreensão
e acompanhamento de toda a restante dissertação.
O primeiro conceito a reter é o de energia térmica, que corresponde à fracção de energia interna que pode ser
transferida de um corpo para outro, devido a uma diferença de temperaturas. Geralmente, a transição
de energia térmica verifica-se sempre de uma massa (corpo) mais quente para uma massa mais fria. Esta
transmissão só termina quando os dois corpos atingirem a mesma temperatura, ou seja, alcançarem
o equilíbrio térmico. A esta energia transmitida designa-se por calor e a sua transmissão pode processar-se por
três mecanismos: condução, convecção e/ou radiação [30].
Na Figura 3.3 está esquematizado os diferentes processos de transferências de calor referidos.
3.2.1. Condução
A transmissão de calor por condução consiste na passagem de energia térmica, de um ponto a uma
temperatura mais elevada, para outro ponto a uma temperatura mais reduzida, provocada por fenómenos de
vibração de átomos e moléculas. Este é um processo que pode ocorrer dentro de um elemento isolado ou
entre elementos diferentes, caso se encontram em contacto directo. Os átomos e as moléculas que constituem
Figura 3.3 - Mecanismos de transferências de calor.
TRANSFERÊNCIA DE
ENERGIA TÉRMICA (CALOR)
DIFERENÇA DE TEMPERATURAS (∆T)
MECANISMOS CONVECÇÃO
CONDUÇÃO
RADIAÇÃO
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
18
a matéria, ao sofrerem um aumento de temperatura, entram num estado de excitação que provoca a colisão
de átomos e de moléculas confinantes. Desta forma, a energia é transferida para regiões adjacentes, com
níveis de energia mais reduzidos, ou seja, regiões com temperatura inferior. Este mecanismo de transferência
de calor é susceptível de ocorrer em todos os estados físicos: gasoso, líquido ou sólido [30] [31].
A lei fundamental que descreve este processo de transmissão de calor é a lei de Fourier (Joseph Fourier, 1768-
1830). O calor transferido por unidade de tempo é proporcional à área de transferência perpendicular ao fluxo
de calor (A=W×H, m2) e ao gradiente de temperaturas (dT/dx), expresso pela equação 3.1 [29].
=
(3.1)
Onde:
Qcond – Quantidade de calor transferido por condução (W);
λ – Condutibilidade térmica do elemento (W/m.°C);
A – Área da superfície (m2);
dT/dx – Gradiente de temperatura (C/m);
Importa ainda referir que a condutibilidade térmica de um elemento (λ) é uma propriedade física intrínseca do
material que traduz a sua capacidade em conduzir calor. Um material que possua uma condutibilidade térmica
elevada é um material que oferece reduzida resistência à transmissão de calor por condução. Pelo contrário, se
o material possuir uma condutibilidade térmica reduzida, é um meio pouco propenso à propagação de calor e
designado por material isolante. Em geral, a condutibilidade térmica dos gases é menor do que a dos líquidos e
esta, por sua vez, menor de que a dos sólidos.
3.2.2. Convecção
A transmissão de calor por convecção que ocorre exclusivamente nos fluídos é provocada pelo movimento das
suas partículas constituintes, designados por movimentos macroscópicos do fluido. A associação de processos
de transferência de calor ao nível molecular (por condução) com a existência de um fluido em
movimento (líquido ou gás) acelera o processo de transferência de calor, tornando-se num processo de maior
eficácia [30].
Existem dois tipos distintos de convecção, a convecção natural, que ocorre devido à diferença de pressão
originada por um gradiente térmico, e a convecção forçada, que ocorre quando se impõe uma diferença de
pressão provocada por agentes externos, como é o caso do vento.
No caso específico de um envidraçado, as correntes de convecção verificam-se em zonas distintas: junto às
faces do vidro (interior e exterior) e no espaço que separa os vários panos (vidro duplo ou triplo) [31].
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
19
3.2.3. Radiação
O processo de transferência de energia designado por radiação é provocado pelo movimento de uma onda
electromagnética, onde a energia é transmitida de um corpo para outro sem ser necessário um interveniente
físico. A radiação térmica está restrita aos comprimentos de onda entre 0.1 e 100 μm do espectro
electromagnético e a propagação de ondas electromagnéticas (ou fotões) pode ocorrer através de corpos,
fluídos ou no vácuo, não necessitando da existência de matéria [29].
Todos os corpos ou superfícies que se encontrem a uma temperatura superior ao zero absoluto emitem
radiação electromagnética, por alteração na configuração electrónica dos seus átomos e moléculas. Esta
emissão será tanto maior quanto mais elevada for a sua temperatura e, se um corpo emitir mais energia do
que aquela que recebe proveniente das superfícies envolventes, a temperatura desse corpo diminuirá.
Existem dois tipos de transferência de calor por radiação [31]:
Transferência de calor por radiação de grande comprimento de onda (ou de onda longa) que engloba
comprimentos de onda no intervalo dos 3 aos 50 µm. É emitida por todos os corpos levando à
ocorrência de trocas de calor entre si.
Transferência de calor por radiação de baixo comprimento de onda (ou de onda curta), provém da
radiação solar e ocorre para comprimentos de onda na ordem dos 0.3 a 2.5 µm. A radiação de baixo
comprimento de onda é constituída pela radiação ultravioleta, pela radiação visível e pela radiação
infravermelha.
A distinção entre estes dois tipos de transferência de calor por radiação é essencial para a compreensão do
funcionamento do vidro duplo com película de baixa emissividade, utilizados neste estudo e que têm a
particularidade de limitar a transmissão de radiação de onda longa.
3.3. Desempenho térmico e óptico do vidro
De forma a evitar repercussões graves durante o funcionamento de um edifício, é fundamental definir
correctamente em fase de projecto as características do comportamento térmico e óptico do vidro.
Os parâmetros de maior interesse para um estudo deste tipo, e abordados neste capítulo, são o factor solar
(g), o coeficiente de transmissão térmica (U), o coeficiente de transmissão luminosa (tv) e o coeficiente de
reflexão luminosa (Rv), de seguida apresentados.
3.3.1. Factor solar (g)
De toda a radiação total incidente num envidraçado, uma parte é transmitida instantaneamente para o
interior, outra é reflectida para o exterior e uma terceira parte é absorvida pelo próprio vidro. Da radiação
absorvida, que representa a energia acumulada no vidro, há ainda uma parcela que vai ser emitida para o
interior e uma outra para o exterior, devido a fenómenos de convecção e radiação. A decomposição da
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
20
radiação solar incidente num envidraçado divide-se assim em 3 parcelas: transmitida, reflectida e absorvida. Na
Figura 3.4. está representada esquematicamente a decomposição da radiação incidente num envidraçado.
Onde:
I – Energia solar global incidente (radiação directa + difusa);
T – Transmissão energética global (Transmitida directamente);
R – Reflexão energética global (Parcela Reflectida);
A – Absorção energética global (Parcela Absorvida);
Ae – Fracção da energia absorvida emitida para o exterior;
Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior.
Figura 3.4 - Decomposição da radiação incidente num envidraçado (adaptado de [32]).
Para definir a totalidade da radiação solar que é transmitida para o interior dos compartimentos recorre-se ao
parâmetro designado por factor solar do vidro (g). Este parâmetro considera como ganhos de calor pela
radiação solar a soma de duas parcelas, a radiação transmitida directamente (T) e a radiação absorvida e
reenviada para o interior (Ai), representadas na Figura 3.4 [33]. O factor solar de um envidraçado representa
assim o quociente entre a energia solar transmitida para o interior, através do envidraçado, e a energia da
radiação solar total incidente [14].
A equação 3.2 traduz exactamente essa definição:
(3.2)
Onde:
– Radiação solar incidente;
T – Transmissão energética global (Transmitida directamente);
Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior.
O factor solar indica a fracção da energia solar que efectivamente atravessa o envidraçado e é transmitida para
o interior do edifício. Assim, quanto menor for o factor solar do vidro, menor será a quantidade energia através
deste.
Por outro lado, o g é condicionado pelo ângulo de incidência solar, condições de convecção natural pelo
exterior, velocidade do vento e espessura do vidro. No mercado é comum encontrar factores solares para os
vidros que variam entre 0.10 (vidro duplo de cor azul com controlo solar) e os 0.90 (vidro simples claro) [33].
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
21
3.3.2. Coeficiente de transmissão luminosa (tv)
O coeficiente de transmissão luminosa (tv) representa a percentagem da luz visível que é transmitida para o
interior do edifício, através do vidro.
Vidros com um elevado coeficiente de transmissão luminosa são vidros com um aspecto transparente e que
proporcionam ao utilizador uma boa iluminação natural, permitindo vistas para o exterior inalteradas.
Vidros com um reduzido coeficiente de transmissão luminosa são geralmente usados quando se verifica a
existência de problemas de encandeamento graves. Por outro lado, ao não permitirem a entrada de luz visível,
criam ambientes interiores com iluminação natural insuficiente, principalmente, em condições meteorológicas
de baixa radiação solar. Assim, o vidro com um reduzido coeficiente tv é inadequado para a maior parte das
aplicações de iluminação natural, uma vez que não permitem a entrada de luz natural suficiente para um
correcto e adequado desempenho de tarefas visuais típicas, havendo quase sempre a necessidade de utilização
da iluminação artificial para complementar períodos diurnos.
Em termos práticos, os valores dos factores de transmissão luminosa podem oscilar entre os 5% (vidro duplo de
cor azul) e os 91% (vidro simples claro) [33].
3.3.3. Coeficiente de reflexão luminosa (rv)
O coeficiente de reflexão luminosa (rv) expressa a capacidade de um determinado vidro se comportar como
um espelho. Este coeficiente do vidro representa a parte visível da radiação incidente no vidro que é reflectida
para o exterior. Um vidro com elevado coeficiente rv permite, no horário diurno, uma boa visão do interior
para o exterior e reflectância do exterior do edifício. No período de noite, estas características invertem-se.
Todos os vidros lisos são reflectivos, embora seja possível efectuar vários tratamentos de forma a aumentar
essa reflectância, tais como, a deposição superficial de filmes metálicos [34].
Vidros com elevada reflectância possuem uma reduzida transmitância, apresentadas desvantagens inerentes a
esta propriedade (ambiente interior com reduzida luz natural). Em termos práticos, os valores de reflexão
luminosa podem ir dos 5% (vidro simples incolor) até aos 60%, com utilização de películas de protecção na
superfície exterior do vidro [33].
3.3.4. Coeficiente de transmissão térmica (U)
Um dos parâmetros mais importante num estudo que envolva fluxos de calor é o coeficiente de transmissão
térmica, frequentemente representado por U.
No caso de um envidraçado, este coeficiente quantifica o fluxo de calor que o atravessa, provocado pela
diferença de temperatura entre as zonas que separa, normalmente o interior e o exterior do edifício. Este
coeficiente entra em consideração com os três mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e
radiação de grande comprimento de onda.
Em termos físicos, o coeficiente de transmissão térmico, expresso em W/m2.oC, representa o fluxo de calor (em
Watt) por hora e por metro quadrado de envidraçado, considerando uma diferença de temperatura de 1 oC
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
22
entre o interior e o exterior. O coeficiente de transmissão térmica é inversamente proporcional à resistência
térmica (R). Assim, quanto maior for o coeficiente de transmissão térmica, menor será a sua resistência térmica
(isolamento) isto é, maior será a quantidade de energia transmitida.
O coeficiente de transmissão térmica (U) de todo o sistema de vão envidraçado depende do tipo de vidro, do
material de caixilharia e das respectivas áreas, podendo ser determinado através da seguinte expressão [30]:
(3)
Onde:
– Área visível de caixilharia [m2];
– Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/m2.oC];
– Área visível de vidro [m2];
– Coeficiente de transmissão térmica do vidro [W/ m2.oC];
– Perímetro de vidro visível [m];
– Coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.oC].
3.4. Constituição e propriedades físicas do vidro
O vidro é constituído por uma mistura de matérias-primas naturais. Segundo livro “História Natural” do escritor
romano Plínio, o vidro foi descoberto acidentalmente por comerciantes fenícios que perceberam que a areia e
o calcário das conchas se combinavam através da acção da alta temperatura, dando origem a um material
vítreo. Ao longo dos milhares de anos, as matérias-primas base do vidro mantiveram-se inalteráveis,
verificando-se apenas uma evolução na tecnologia, permitindo a aceleração do processo de fabrico e uma
maior diversidade no seu uso [35].
Os vidros silício-sódio-cálcico utilizados na construção civil (ditos “comuns”) integram na sua composição [36]:
corpo vitrificante, a sílica, introduzida na forma de areia (70 a 72%);
um fundente, a soda, na forma de carbonato e sulfato (cerca de 14%);
um estabilizante, a cal, na forma de calcário (cerca de 10%);
diversos outros óxidos, por exemplo, de alumina e magnésio, melhorando as propriedades físicas do
vidro, e em particular a resistência aos agentes atmosféricos e;
alguns tipos de vidro ainda incorporam óxidos metálicos que conferem coloração à massa (coloridos).
O vidro é um material 100% reciclável e, apesar da abundante disponibilidade de areia, a sua exploração tem
deixado paisagens descaracterizadas. Recentemente tem havido algum avanço no sentido de se obrigar a
recuperação de paisagens dos lugares onde ocorreram essas explorações. Por outro lado, o facto de
actualmente se promover a reciclagem do vidro, permite uma economia de matérias-primas e uma economia
da energia consumida pelos fornos (para cada 10% de vidro triturado colocado na mistura, economiza-se 2,5%
da energia para a fusão, nos fornos industriais) [37].
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
23
Em termos de propriedades físicas, o material vidro tem como propriedades principais [38]:
massa volúmica de 2500 kg/m3, por exemplo, 1m2 de vidro com 4mm de espessura, apresenta uma
massa de 10 kg;
resistência à compressão de 1000 MPa, isto é, para quebrar um cubo de vidro com 1 cm3, a carga
necessária é da ordem de 10 toneladas;
um vidro submetido à flexão fica com uma face em compressão e outra à tracção. Assim a
resistência à rotura em flexão é da ordem de 40 MPa para um vidro com recozimento, e na ordem
de 120 a 200 MPa para um vidro temperado, dependendo da espessura, do acabamento das arestas
e do tipo de manufactura;
um coeficiente de Young (E) = 70 GPa e um coeficiente de poisson de 0.2;
condutibilidade térmica é de λ=1,0 W/(m.K);
coeficiente de dilatação linear de 9 E10-6 C-1.
3.5. Diversidade e características do vidro
Actualmente o mercado vidreiro oferece um conjunto alargado de soluções aplicáveis em edifícios, para as
mais variadas funções/finalidades e com diferentes valores característicos de coeficiente de transmissão
térmica (U), factor solar (g) e factor de transmissão luminosa (tv). As características de comportamento
térmico e óptico do vidro são, para qualquer projectista, noções imprescindíveis à optimização e
dimensionamento dos vãos envidraçados, na concepção de um edifício. No Quadro 3.1 são apresentadas
algumas dessas soluções de vidro mais correntes, respectivas características e finalidades. Importa referir que
estes valores só são rigorosos para o centro dos vidros e não para a totalidade da área do envidraçado. O gas
de preenchimento da camara dos vidros duplos apresentados é ar atmosférico normal (essencialmente,
oxigénio e azoto). Os valores apresentados são a média de produtos similares de diferentes fabricantes [39].
Quadro 3.1- Tipos de vidro, suas características e finalidades, existentes actualmente no mercado [39].
Tipo Vidro Principais características e finalidades
Vidro simples incolor
Vidro simples incolor é o vidro que permite maior transmissão de energia e o que tem a maior
transmitância, maior absortivos.
U = 6 W/m2.K g = 0.86 tv = 0.90
Vidro simples colorido
A adição de cor permite, em relação ao vidro simples incolor, a redução do factor solar (g) e do factor
de transmissão luminosa (tv) do vidro. O vidro colorido é usado principalmente no controlo do
encadeamento, embora a cor não tenha nenhum efeito no coeficiente U. Reduz o factor solar, que
pode ser um benefício no Verão, mas subestimar ligeiramente o Inverno. São vidros muito absortivos,
pelo que, são usados frequentemente como vitrificação externa numa janela de vidro duplo.
U = 6 W/m2.K g = 0.73 tv = 0.68
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
24
Tipo Vidro Principais características e finalidades (cont)
Vidro duplo incolor
Vidro duplo incolor oferece um isolamento térmico aproximadamente duas vezes superior ao de um
vidro simples. O processo de fabrico consiste em colocar, entre os dois panos de vidros, ar desidratado
que melhore o isolamento. Este sistema melhora o isolamento térmico e acústico do vidro, mantendo
uma elevada transmitância visível.
U = 2.8 W/m2.K g = 0.76 tv = 0.81
Vidro duplo colorido
Geralmente, o vidro exterior é o colorido e o vidro do pano interior é um incolor.
Alterando a cor do envidraçado, aumenta a privacidade visual durante o dia, embora à noite o efeito
seja invertido, especialmente se o vidro for combinado com uma capa reflectiva. Permite a redução da
transmissão luminosa e da quantidade de energia solar transmitida pelo vidro.
U = 2.8 W/m2.K g = 0.63 tv = 0.61
Vidro duplo colorido de
alto desempenho
Este tipo de vidro transmite sobretudo a fracção da luz visível do espectro solar e absorve a fracção
próxima da zona infravermelha.
O vidro colorido é durável e pode ser usado em aplicações de janela monolítica ou multi-vítrea. A
coloração do vidro não interfere com o coeficiente U.
U = 2.8 W/m2.K g = 0.51 tv = 0.69
Vidro duplo reflectivo
Os vidros reflectivos são vidros que sofreram um tratamento à base de óxidos metálicos com a
finalidade de reflectir a luz solar, reduzindo a entrada de calor e proporcionando ambientes mais
confortáveis. Por outras palavras, filtram os raios solares, garantido algum controlo da intensidade de
luz e de calor transmitido para os ambientes internos. Durante o dia a reflexão é externa e, durante a
noite, é interna. Vidros reflectivos são normalmente projectados para edifícios comerciais em grandes
envidraçados ou para janelas com ganhos de calor solares significativos, maioritariamente em climas
quentes. O factor solar varia conforme a espessura e a reflectância da camada, bem como, conforme a
sua localização no sistema de vitrificação.
U = 2.3 W/m2.K g = 0.17 tv = 0.13
Vidro duplo baixo
emissivo (low-E)
As películas baixo-emissivas (low-E) incorporam materiais com propriedades intrínsecas de baixa
emissividade e de reflexão da radiação térmica (raios IV e UV), permitindo a passagem da radiação na
gama do visível, resultando numa “iluminação fria” para interiores. É um importante “aliado” na
estética das fachadas, pois permite o controlo solar, sem ter reflectividade excessiva (efeito do
espelho). No caso de substituição de um vidro, mantém o aspecto original (janelas incolores comuns).
Adicionando um capeamento de baixo índice refractivo e anti reflectivo, cobrindo ambas as faces do
vidro low-E, possibilita ganhar maior quantidade de luz natural e alterar os ganhos solares, enquanto o
coeficiente U permanece igual. No Inverno, a radiação térmica proveniente do aquecimento interior é
reflectida pela capa de baixa emissividade, conservando o calor no interior da divisão. No Verão, a capa
filtra a radiação solar e limita o calor da radiação de ondas longas, emitidas por objectos externos,
como pavimento e edifícios adjacentes, diminuindo o aquecimento no interior da divisão.
Existem basicamente três tipos de películas low-E: thin films, thick films e microgrid.
Resumindo, estas camadas low-E permitem um reduzido coeficiente U, reflectindo a radiação solar e
controlando os ganhos solares totais. Podem ser de três tipos permitindo obter um elevado, um
moderado ou um reduzido ganho solar, contribuindo sempre com bons níveis de transmissão de luz
natural.
Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios
25
Vidro duplo baixo
emissivo (low-E)
(continuação)
Low-E+ (elevado ganho solar)
Permitem reduzir as perdas de calor, admitindo elevados ganhos solares. Especialmente concebidos
para edifícios localizados em climas com necessidades de aquecimento.
U = 1.65 W/m2.K g = 0.71 tv = 0.75
Low-E (ganho moderado)
Permite reduzir a perda de calor, deixando entrar uma quantidade razoável de ganhos solares.
Especialmente concebido para climas com necessidades simultâneas de aquecimento e arrefecimento.
U = 1.53 W/m2.K g = 0.58 tv = 0.78
Low-E- (reduzido ganho solar)
Permite reduzir a perda de calor no Inverno, mas também reduzir os ganhos de calor no Verão.
Comparado à maioria dos vidros coloridos e reflectivos, o vidro low-E- prevê uma maior transmissão de
luz visível, para a mesma quantidade de redução de calor solar. Vidros de reduzido ganho solar low-E
são normalmente projectados para edifícios localizados em climas com necessidades de arrefecimento.
U = 1.42 W/m2.K g = 0.39 tv = 0.71
Vidro multi- -camada
O vidro duplo apresenta o dobro do isolamento de um simples. Com a adição de um terceiro ou quarto
vidro, o valor de isolamento da janela aumenta, contudo, não de forma proporcional, convergindo para
um ponto de estagnação. Cada vidro adicional acrescenta valor de isolamento, mas também acrescenta
peso e espessura, reduzindo o coeficiente tv e o de g. Há limites físicos e económicos ao número de
vidros que possam ser implementados numa janela. Contudo, as unidades de vidro múltiplo não são
limitadas exclusivamente ao material vidro. É possível a substituição do vidro por um filme plástico na
camada interior do meio dos vidros. O baixo peso do filme plástico é vantajoso, porque é muito fino e
não aumenta a espessura do sistema. Tal como em vidros triplos ou quádruplos, as janelas que usam
filmes plásticos reduzem o U da janela dividindo o espaço interior em múltiplas câmaras.
Vidro triplo incolor (3 vidros)
U = 1.76 W/m2.K g = 0.61 tv = 0.70
3.6. Tipo de gás na câmara de preenchimento
No vidro duplo convencional, o espaço entre os dois panos de vidro simples, é preenchido normalmente com ar
atmosférico normal composto essencialmente por oxigénio e azoto, proporcionando um considerável nível de
isolamento térmico e acústico, desde que garantida uma devida selagem. Actualmente no mercado existem
outras soluções de gás de preenchimento, geralmente gases caracterizados por um reduzida condutibilidade
térmica e por terem uma maior densidade que o ar (mais pesados), que lhes permite minimizar as trocas de
calor e suprimir as correntes de convecção entre os vidros.
No grupo dos gases raros, o Árgon, o Crípton e o Xénon, preenchem estes requisitos, e por não afectarem a
transmissão luminosa, recentemente começaram a ser frequentemente utilizados na indústria do vidro duplo.
Uma vez que são gases obtidos por purificação do ar atmosférico, a sua produção é tanto mais cara, quanto
mais rarificados forem. Preencher uma câmara com um ar deste tipo, obtendo 100% de pureza, representa um
enorme desafio para os fabricantes. Por outro lado, para garantir o mesmo desempenho térmico a longo prazo,
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
26
é fundamental que a selagem garanta estanquicidade e mantenha a sua integridade ao longo do tempo.
Manter o gás na câmara depende bastante da forma do vidro, do material e mais importante, do controlo de
qualidade da selagem do vidro multi-vítreo [39] [34].
A produção de vidro duplo com Árgon tem-se revelado como a solução eficaz, com custos mais controlados. O
preenchimento com Árgon por si só, independentemente do tipo de vidro duplo, possibilita uma melhoria de
15% na capacidade de isolamento térmico, em relação ao ar atmosférico. Os melhores resultados têm sido
obtidos com sistemas combinando o preenchimento com Árgon, com a utilização de vidros de baixa
emissividade [34].
3.7. Dispositivo de sombreamento
Um correcto dimensionamento e escolha adequada dos dispositivos de sombreamento, em função do
objectivo pretendido, permite a obtenção de elevados níveis de conforto. Geralmente, um elemento deste
tipo, é aplicado para desempenhar as principais funções de: protecção à luz solar, regulação da comunicação
entre espaços contíguos, gestão de níveis de privacidade e isolamento térmico.
Existem diferentes tipos de dispositivos de sombreamento, como sejam as portadas, os estores de lona/tela, as
cortinas e os estores venezianos. No presente trabalho serão aplicados estores venezianos, que por terem a
particularidade de permitirem geralmente a rotação das suas lamelas (excepto nos casos de serem fixos),
apresentam uma maior versatilidade em relação aos outros dispositivos de sombreamento mais convencionais.
Assim, além dessa versatilidade, custos acessíveis e o elevado nível de privacidade que proporcionam,
permitem ser uma das soluções mais utilizadas para reduzir os potenciais ganhos solares pelos envidraçados.
Por outro lado, como permitirem a rotação das lamelas, as suas propriedades físicas e desempenhos
energéticos dependam directamente das relações que se estabelecem entre as características das lamelas –
geometria, propriedades e ângulo de inclinação – e o ângulo de incidência do sol, aumentando o nível de
complexidade da sua modelação [40].
3.8. Tipo e principais funções do caixilho
O elemento caixilho tem como principal função a sustentação dos vidros, resistência aos esforços mecânicos
resultantes do seu uso e da pressão do vento, para além disso, é fundamental que tenha em simultâneo a
capacidade de garantir a continuidade de um bom isolamento térmico e acústico, conseguido através do vidro.
Em Portugal, os caixilhos mais comuns e que geralmente apresentam os melhores resultados são: caixilhos de
alumínio com corte térmico, de madeira e de PVC. O caixilho sem corte térmico, instalado no passado em
grande parte dos edifícios nacionais, actualmente caiu em desuso, por apresentar normalmente o pior
desempenho.
Na obtenção de um sistema de vão envidraçado com um bom desempenho energético, não é suficiente a
escolha de uma boa solução de vidro, é necessário também a escolha de um bom caixilho e de um bom
dispositivo de sombreamento, de modo não a comprometer o comportamento de todo o sistema.
Cap. 4 – Caso de Estudo
27
CAPÍTULO 4 – CASO DE ESTUDO
4.1. Lisboa – caracterização climática
Em termos genéricos, a cidade de Lisboa tem um clima de tipo mediterrâneo, caracterizado por um Verão
quente e seco e por um Inverno moderadamente frio, húmido e relativamente chuvoso [41]. O seu
posicionamento beira-Tejo, próximo do Oceano Atlântico, tem um efeito moderador no clima, proporcionando
temperaturas mais amenas em relação a outras regiões do mesmo clima. A temperatura média anual da cidade
de Lisboa é da ordem dos 16°C. As temperaturas mínimas são registadas durante os meses de Dezembro,
Janeiro e Fevereiro (10°C a 14°C de média) e as máximas nos meses de Julho a Setembro (com valores médios
de 20 a 25°C).
Quanto à precipitação, os valores médios anuais são da ordem dos 650 mm a 760 mm, com máximos mensais a
registarem-se durante os meses de Novembro a Fevereiro (160 mm), e mínimos, nos meses de Julho e Agosto
(valores de 3 a 7 mm) [42].
Outro factor climaticamente condicionante da cidade de Lisboa é a sua topografia acidentada, que lhe valeu o
apelido de “a cidade das sete colinas”. Apesar de não haver variações altitudinais bruscas, é caracterizada por
alguns contrastes, a Oeste situa-se a colina de Monsanto, com 216 m de altitude máxima e a Este estende-se
um planalto, com altitudes compreendidas entre os 80 e os 100 m, que desce progressivamente em direcção
ao rio Tejo. A Norte, a superfície apresenta-se mais plana com alguns vales largos (Campo Grande, Av. Gago
Coutinho, Benfica). A Sul, junto ao estuário do Tejo, o relevo apresenta-se mais acidentado com interflúvios
pouco extensos e onde as altitudes não ultrapassam os 100 metros [43].
O vento também desempenha um papel fundamental no ambiente climático da cidade, marcado por uma
predominância na orientação de Norte e NW. Promove um bom arejamento, particularmente as brisas do mar
ou do estuário do Tejo, que transportam ar fresco e húmido, permitindo um arrefecimento significativo da
cidade, actuando positivamente no conforto térmico e saúde dos citadinos. Assim, um vento moderado pode
maximizar o conforto térmico de Verão, evitando o aquecimento excessivo da cidade em ocasiões de vagas de
calor. No entanto, no Inverno, o vento forte actua como factor desfavorável no conforto térmico da população
[42].
Lisboa é uma cide com uma boa exposição solar, com cerca de 260 dias de sol por ano. A taxa de insolação em
Julho (típico mês de Verão) é superior a 0.6, em 90% dos dias [44].
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
28
As diferentes condições atmosféricas, verificadas ao longo do ano em Lisboa, permitem individualizar dois
períodos climáticos bastante distintos, o Verão e o Inverno. Para o presente estudo, é importante realçar a
diferenciação destes períodos, uma vez que o comportamento térmico do gabinete do DECivil (caso de estudo),
avaliado para ambos os períodos, é bastante diferente, apresentando necessidades de aquecimento no Inverno
e de arrefecimento no Verão. De uma forma geral e resumida, a caracterização do clima da cidade Lisboa
nesses dois períodos distintos é a seguinte apresentada [42].
Estação de Aquecimento (Inverno)
Período que decorre entre os meses de Novembro a Março e que se caracteriza por apresentar:
temperaturas médias mensais oscilando entre os 10 e os 14°C;
elevados índices de pluviosidade, podendo atingir valores superiores a 160 mm nos meses mais
chuvosos (com destaque para Novembro);
um período húmido prolongado;
ventos predominantes de Norte (N) e Noroeste (NW), com uma velocidade média inferior a 15 Km/h
(o que coincide com os menores valores anuais);
ventos extremos mais frequentes (incluindo as ocorrências das rajadas), especialmente nos meses
compreendidos entre Dezembro e Fevereiro. Estes ventos são oriundos especialmente do quadrante
NW (um dos rumos mais representativos dos ventos que influenciam Lisboa);
maior probabilidade de ocorrência de situações de temporal;
valores de nebulosidade elevados (com índice superior a 8, numa escala de 0 a 10) e;
maior número de dias com trovoada (entre 0,8 e 1,2 dias de trovoada por mês).
Estação de Arrefecimento (Verão)
Compreende os meses de Junho a Setembro e caracteriza-se por apresentar:
temperaturas médias mensais que variam entre os 20 e 25°C, apesar dos meses mais quentes
(especialmente Julho e Agosto) registarem valores mais elevados;
Índices pluviométricos inferiores a 50 mm;
época seca coincidente com os meses de Julho e Agosto;
ventos oriundos de diferentes quadrantes, embora predominantes de Norte;
ventos com velocidades médias consideráveis;
elevado número de dias de céu limpo;
número reduzido de dias de trovoada por mês (0,2 a 0,8 dias/mês) e;
reduzida probabilidade de tempo instável.
Cap. 4 – Caso de Estudo
29
4.2. Pavilhão de Engenharia Civil do IST – Alameda
A componente prática desta dissertação incidiu no estudo termodinâmico de um gabinete do DECivil, inserido
no 2º piso do Pavilhão de Engenharia Civil do IST-Alameda. A escolha do caso de estudo deveu-se
essencialmente ao facto de o gabinete ter uma considerável área de envidraçado na fachada exterior (cerca de
66%), e simultaneamente apresentar alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos
energéticos.
O Pavilhão de Engenharia Civil faz parte de um conjunto de edifícios pertencentes ao Instituto Superior
Técnico, situado no campus da Alameda em Lisboa. Projectado no final dos anos 80 e construído no início dos
anos 90 do século passado, este edifício tem as seguintes características [45]:
apresenta uma área útil de pavimento de 14200 m2;
cota de implementação do edifício (96 m);
edifícios adjacentes com aproximadamente a mesma altura, Pavilhão Central a Sudeste e edifícios de
habitação a Oeste, assim como arvoredo a Este (jardim Norte do IST);
a fachada Norte do pavilhão está bastante exposta aos ventos predominantes que sopram desta
direcção;
a Figura 4.1 é apresentada a localização e a envolvência do Pavilhão de Civil do Instituto Superior
Técnico, em Lisboa.
Figura 4.1 – Localização do Pavilhão Civil - IST [46].
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
30
4.3. Gabinete do DECivil
Neste subcapítulo será caracterizada toda a envolvente do gabinete em estudo, nomeadamente a definição
das dimensões e materiais usados em todas as fachadas constituintes [47].
4.3.1. Envolvente e sua caracterização
O gabinete do DECivil apresenta uma área total de 14.06 m2 e um pé direito de 3.15 metros, o que corresponde
a um volume de 44.30 m3, característico dos gabinetes tipo do edifício do Pavilhão de Civil do IST.
A fachada exterior está orientada a Este, pelo que, o envidraçado está exposto à incidência de radiação solar
directa apenas durante a manhã. Nas restantes horas do dia, recebe apenas radiação difusa. A ocupação média
do gabinete é de uma pessoa, uma vez que tem a capacidade de apenas um posto de trabalho, sendo possível,
no entanto, receber mais uma ou duas pessoas em regime de passagem. Quanto ao equipamento, é composto
por um computador, um monitor, uma impressora, um scanner, um telefone e um fax. A iluminação é
conseguida por um candeeiro de secretária e dois de tecto com lâmpadas fluorescentes. Na Figura 4.2 está
representado um modelo 3D do gabinete em estudo, evidenciando a fachada com orientação Este, que é a
única em contacto com o exterior, sendo a mais importante para as trocas térmicas, nomeadamente, pelo
envidraçado. Em anexo, ANEXO III - Gabinete do DECivil, são apresentados vários cortes em vista do gabinete
em estudo.
Fachada Exterior Orientação Este
Figura 4.2 - Caso de estudo: Gabinete do DECivil.
Cap. 4 – Caso de Estudo
31
A parede a Este, única em contacto directo com o exterior, apresenta uma área de cerca de 12 m2 e é
composto por um vão envidraçado que representa mais de metade da área total da fachada (cerca de 8 m2,
representando 66% da área da fachada) e por parede dupla de alvenaria (tijolo e betão) com cerca de 4 m2 de
área. Na Figura 4.3 está representada a vista interior deste alçado.
Figura 4.3 – Alçado Este (vista interior).
Como o gabinete se situa num piso intermédio, com outro gabinete e uma sala de aula respectivamente nos
pisos superior e inferior, o alçado Este (fachada) é o único elemento que se encontra em contacto com o meio
exterior, sendo o maior responsável pelas trocas de calor no gabinete. Assim, a definição correcta dos materiais
usados nos vários elementos desta fachada, ganha uma importância reforçada neste estudo. Por sua vez, os
materiais constituintes das restantes paredes interiores, consideradas neste estudo como envolvente
adiabática, serão apenas importantes no cálculo da inércia térmica global do gabinete, uma vez que não se
processam trocas de calor por uma envolvente adiabática. Refere-se que, em rigor, a parede oposta à fachada
exterior está em contacto com o corredor de circulação que poderia ter sido considerado como local não
aquecido.
Os materiais usados nos elementos na parede exterior (Este) são os seguintes:
Paredes exteriores: parede dupla em alvenaria constituída por alvenaria de tijolo furado de 11 cm,
no interior, caixa-de-ar de 9 cm e painel pré-fabricado de betão armado com 8 cm espessura.
Como acabamento, no interior leva reboco e pintura. Na Figura 4.4 são apresentadas
esquematicamente as várias camadas do elemento parede exterior.
Comportamento térmico (RCCTE) U: 1.48 W/(m²°C)
Figura 4.4 - Parede Exterior dupla de Alvenaria [48].
Listagem de camadas:
1 - Betão armado com % armadura < 1 % 8 cm
2 - Caixa-de-ar não ventilada 9 cm
3 - Tijolo cerâmico furado (11 cm) 11 cm
4 - Argamassa e reboco tradicional 2 cm
Espessura total: 30 cm
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
32
Vãos envidraçados: caixilho de alumínio termolacado de correr, sem corte térmico, com vidro
simples temperado de 6mm de espessura (área cerca de 8 m2).
Figura 4.5 - Vão envidraçado (caixilharia + vidro simples).
Dispositivo de sombreamento: edifício foi projectado com um estore veneziano metálico e
horizontal aplicado pelo exterior. Por motivos de avaria ou mau funcionamento do estore
exterior, foi aplicado posteriormente um estore interior em sua substituição, encontrando-se
actualmente apenas este último em funcionamento. As características de ambos os estores são
apresentadas no Quadro 1. Os valores de reflectância das lamelas, apresentadas no Quadro 1,
foram determinadas in- situ com recurso a um piranómetro LI-COR 200, seguindo o procedimento
experimental descrito em [40].
Quadro 4.1 - Caracterização dos estores venezianos existentes no gabinete do DECivil.
Características Estore exterior Estore interior
Orientação da lamela Horizontal Vertical
Largura da lamela 80 mm 100 mm
Espaçamento entre lamela 68 mm 80 mm
Condutibilidade térmica do material 221 W/m°C 0.20 W/m°C
Reflectância solar 0.40 0.50
A parede interior com orientação Oeste é a parede do gabinete que está em contacto o corredor, área comum.
Apesar de poder ter algumas trocas de calor foi considerado como fronteira adiabática. Tem cerca de 12 m2 e é
composta por três áreas de envidraçados com betão na sua envolvente, por alvenaria em parede simples, por
madeira na porta e na sua envolvente, tal como está representado na Figura 4.6.
Figura 4.6 - Alçado Oeste (vista interior).
Cap. 4 – Caso de Estudo
33
Paredes interiores (Oeste): alvenaria em parede simples constituída por parede de tijolo furado
de 7 cm revestida em ambas as faces por 1 cm de estuque. Na Figura 4.7 é apresentado
esquematicamente as várias camadas do elemento parede interior.
Comportamento térmico (RCCTE) U: 2.08 W/(m².°C)
Figura 4.7 - Parede Interior constituinte da fachada Oeste (contacto com o corredor comum) [52].
As paredes a Sul e a Norte, que separam o gabinete de estudo dos gabinetes adjacentes, apresentam uma área
de cerca de 12 m2 cada uma, e são ambas compostas por paredes divisórias em pladur duplo de 10 mm de
espessura, com 10 cm de camada de ar. No topo destas paredes divisórias, existem áreas de envidraçado com
duas camadas de vidro de 3 mm, separadas também por 10 cm. Cada uma destas paredes apresenta uma porta
que dá acesso aos gabinetes adjacentes. Nas Figuras 4.8 e 4.9 estão representados esses elementos nos
alçados Sul e Norte, respectivamente.
Figura 4.8 - Alçado Sul (vista interior).
Importa ainda referir, a existência de um pilar em betão armado à vista (55cm x 55cm) na parede Norte, tal
como apresentado na Figura 4.9.
Listagem de camadas:
1 - Argamassa e reboco tradicional 2 cm
2 - Tijolo cerâmico furado (7 cm) 7 cm
3 - Argamassa e reboco tradicional 2 cm
Espessura total: 11 cm
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
34
Figura 4.9 - Alçado Norte (vista interior).
O pavimento é composto por placas de cortiça, mais conhecido por “corticite”, como apresentado na foto de
pormenor da Figura 4.10. A laje é uma laje de cocos de 40 cm de espessura e forra com lajetas de 4 cm.
Figura 4.10 - Foto de pormenor do pavimento no gabinete de estudo.
Verifica-se a existência de um tecto falso em placas de alumínio perfuradas (Figura 4.11). O gabinete apresenta
um pé-direito de 3.15 metros.
Figura 4.11 - Foto de pormenor do tecto falso em placa de alumínio do gabinete de estudo.
Cap. 5 – Campanha Experimental
35
CAPÍTULO 5 – CAMPANHA EXPERIMENTAL
Neste capítulo é apresentada uma descrição dos trabalhos experimentais realizados no presente estudo, cujo
objectivo é a monitorização térmica do gabinete em condições reais de funcionamento.
Assim, numa primeira fase é realizada a descrição da instalação experimental, do equipamento e dos
procedimentos de ensaio adoptados. Numa segunda fase, são apresentados os resultados obtidos nas
medições, assim como a sua discussão.
5.1. Procedimento experimental
Com os objectivos principais de avaliar o comportamento térmico do gabinete e a calibração do modelo de
simulação do gabinete no software EnergyPlus, foram realizadas medições in situ com equipamento específico.
Assim, realizaram-se duas campanhas de monitorização térmica nas estações de Inverno e Verão, cobrindo as
condições extremas do clima em Lisboa, nos seguintes períodos1:
Inverno:
Inicio: 21 de Janeiro de 2011, 13h50
Fim: 16 de Março de 2011, 16h20
Duração: 54 dias 2 horas e 30 minutos
Verão:
Inicio: 9 de Junho de 2011, 16h20
Fim: 20 de Julho de 2011, 17h30
Duração: 41 dias 1 hora e 10 minutos
Os factores climáticos, usados para a caracterização do ambiente exterior à construção, são traduzidos pelos
dados meteorológicos que definem o clima local. O controlo do ambiente interior é condicionado pelas
características do ambiente exterior, tornando-se por isso, indispensável uma correcta análise destes factores
climáticos exteriores e a sua integração na informação base do projecto de edifícios. O estabelecimento dos
dados climáticos permite assim uma melhor definição das disposições adequadas para as soluções
construtivas, por forma a satisfazer as exigências de conforto e de qualidade do ar interior nos edifícios.
1 Os períodos das campanhas de monitorização térmica são o resultado da conjunção da disponibilidade de equipamento,
disponibilidade do gabinete e período do ano com temperaturas mais extremas.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
36
Temperatura superficial interior
Temperatura superficial exterior
Fluxo de calor no envidraçado
Fluxo de calor no pano de alvenaria
Radiação global em plano horizontal, medida no exterior
Neste trabalho foram efectuadas medições dos seguintes factores climáticos dos ambientes exteriores e
interiores:
temperatura do ambiente exterior (T7e);
temperatura do ambientes interior (T7i);
radiação global em plano horizontal (Rd);
Foram ainda efectuadas medições na parede em contacto com o exterior (fachada exterior) dos seguintes
parâmetros:
temperatura da superfície interior e exterior dos vidros (T1si, T1se, T2si e T2se);
temperatura da superfície interior e exterior do pano alvenaria (T3si, T3se, T4si e T4se);
temperatura da superfície interior e exterior do caixilho (T5si e T5se);
temperatura da superfície do estore interior e exterior (T6si e T6se);
fluxos de calor no pano envidraçado (Fv);
fluxos de calor no pano de alvenaria (Fp).
Como já foi descrito no capítulo 4, a única parede do gabinete que se encontra em contacto com o ambiente
exterior é a de orientação Este. As restantes paredes são adiabáticas, isto é, admite-se que não verificam trocas
de calor entre os ambientes que separam. Na Figura 5.1 está representado o esquema da localização dos
pontos de medição na fachada exterior do gabinete (orientação Este) durante as campanhas de monitorização
térmica. Importa ainda referir que a localização destes pontos se manteve inalterável durante as duas
campanhas, Inverno e Verão. Os índice (si) e (se) representam as superfícies interior e exterior de cada
elemento, respectivamente.
Figura 5.1 – Representação esquemática do posicionamento dos pontos de medição na fachada com orientação a Este (exterior), durante as campanhas de monitorização térmica.
Cap. 5 – Campanha Experimental
37
5.2. Descrição do equipamento experimental
Neste subcapítulo é apresentada a descrição do equipamento utilizado nas campanhas de monitorização
térmica do gabinete, bem como as suas principais características e parâmetros de medição [40].
14 Termopares do Tipo T, com 0.2 mm de espessura, revestidos por isolamento eléctrico e soldados por
descarga eléctrica, com erros estimados da ordem de +/-0.2°C para 100°C e +/-0.5°C para 400°C. Estes
sensores foram fabricados no DECivil-IST [40] e foram utilizados na medição da temperatura superficial dos
elementos (vidro, parede, caixilho e estores) e da temperatura ambiente exterior e interior do gabinete;
2 Termohigrómetros TGP-4500 (da Gemini Data logger) com capacidade para armazenar 32 000 leituras de
dados e apropriado para a medição de temperaturas entre -25°C a + 85°C. Este equipamento foi utilizado
na medição de temperatura de ambiente exterior e interior do gabinete;
2 Fluxímetros Hukseflux HFP01 com sensor de termopilha (com gama de medição entre -2000 e 2000
W/m2) que permitem medir em contínuo os fluxos de calor nos panos. Utilizados para a medição dos
fluxos de calor nos elementos da fachada (vidro e parede);
1 Piranómetro Kipp&Zonen CM5, de classe 1, para a medição de radiação solar em plano horizontal;
1 Sistema de aquisição de dados, um datalogger (Campbell CR10X datalogger) usado para adquirir e
processar os sinais provenientes de todos os sensores descritos anteriormente, com excepção dos
termohigrómetros TGP-4500, que armazenam os registos numa memória interna. Esta unidade de
aquisição de dados permite a conversão analógico-digital dos diferentes registos experimentais e o seu
armazenamento em memória. Posteriormente, estes dados serão descarregados (via porta RS232) e
tratados no computador portátil.
Foram efectuadas medições com intervalos de tempo de 1 minuto e registadas as suas médias em intervalos de
10 minutos.
Nas figuras seguintes é apresentado o equipamento utilizado e o modo de aplicação no respectivo local de
medição.
a. b.
Figura 5.2 - Termopares utilizados para a medição da temperatura (vermelho) da superfície interior e exterior do vidro, ambiente exterior (a) e do estore interior (b). Fluxímetro no vidro (azul - a).
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
38
a. b.
Figura 5.3 - Termohigrómetros TGP-4500 (vermelho) usados na medição da temperatura ambiente interior (a) e exterior com protecção (b). Piranómetro instalado com o sistema tripé no parapeito da janela (amarelo – b).
5.3. Resultados experimentais
Como já foi referido no capítulo anterior, os dados registados pelo sistema de aquisição de dados - data logger,
são médias em intervalos de 10 minutos, das medições realizadas em cada minuto. Assim, no total das
campanhas foi recolhido o seguinte número de dados:
na campanha de Inverno foram recolhidos 6991 dados em cada ponto de medição, totalizando 118 847
dados (17 pontos de medição durante cerca de 54 dias);
na campanha de Verão foram recolhidos 4842 dados em cada ponto de medição, num total de 82 314
dados (17 pontos de medição durante cerca de 41 dias).
Nos Quadros 5.1 e 5.2, serão apresentados os valores médios, máximos e mínimos de todos os parâmetros
monitorizados (17 pontos de medição).
a. b.
Figura 5.4 - Termopar utilizado na medição da temperatura superficial interior da parede (vermelho-a). Fluxímetro na parede (azul –a). Datalogger (b).
Cap. 5 – Campanha Experimental
39
Quadro 5.1 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Inverno.
Quadro 5.2 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Verão.
No tratamento dos resultados obtidos, e para um melhor estudo/análise, foram calculadas as médias diárias de
todos parâmetros medidos durante as duas campanhas. Em anexo, nos Quadros A.I.1 e A.I.2, são apresentados
os valores médios diários obtidos para todos os parâmetros monitorizados (17 pontos de medição), durante as
duas campanhas de monitorização térmica (Inverno e Verão). Dada a extensa quantidade de informação e
tendo o cuidado de abranger as condições climáticas extremas foram definidos dias característicos, isto é, os
dias de maior e menor temperatura, os dias de maior e menor radiação solar, e ainda, os dias climatizados para
as duas estações. A sua definição foi conseguida através da análise do Quadro 5.3, onde são apresentados os
valores médios diários para a radiação solar, temperatura ambiente interior (TAI) e exterior (TAE), obtidos nas
medições realizadas nas campanhas de monitorização térmica. Para uma maior facilidade de análise, os valores
apresentados estão em escala de cor, sendo esta mais intensa, quanto maior for o valor registado,
comparativamente com os restantes.
Temperatura
vidro pano
esquerdo (°C)
Temperatura
vidro pano
direito (°C)
Temperatura
parede lado
esquerdo (°C)
Temperatura
parede lado
direito (°C)
Temperatura
caixilho
esquerdo (°C)
T1si T1se T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se
Inverno
Média 15.03 14.32 14.90 14.19 16.64 12.70 16.28 13.09 15.79 15.51
Máx. 35.89 34.57 26.59 25.89 23.90 26.59 22.00 27.05 48.31 48.90
Min. 5.61 4.85 5.74 4.95 8.71 3.69 8.71 3.68 5.13 4.80
Temperatura
estore (°C) Temperatura Ambiente (°C)
Fluxo vidro
[W/m2]
Fluxo
parede
[W/m2]
Radiação
solar
[W/m2]
T6si T6se T7i (TAI) T7e (TAE) FV FP Rad
Inverno
Média 17.51 13.89 18.95 12.38 10.40 3.14 54.12
Máx. 45.83 24.07 32.99 22.25 63.62 25.83 810.00
Min. 8.40 4.80 10.52 3.81 -94.20 -9.07 0.00
Temperatura
vidro pano
esquerdo (°C)
Temperatura
vidro pano
direito (°C)
Temperatura
parede lado
esquerdo (°C)
Temperatura
parede lado
direito (°C)
Temperatura
caixilho
esquerdo (°C)
T1si T1se T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se
Verão
Média 23.38 23.20 23.08 22.67 24.22 23.94 23.85 23.90 25.04 25.01
Máx. 42.93 45.30 37.15 36.69 29.98 43.32 30.33 43.03 53.68 54.55
Min. 16.63 15.93 17.04 16.27 19.84 15.03 19.97 14.88 16.95 16.61
Temperatura
estore (°C) Temperatura Ambiente (°C)
Fluxo Vidro
[W/m2]
Fluxo
Parede
[W/m2]
Radiação
solar
[W/m2]
T6si T6se T7i (TAI) T7e (TAE) FV FP Rad
Verão
Média 25.34 23.01 24.68 21.66 -3.77 -1.86 97.24
Máx. 51.08 36.31 34.75 36.61 27.48 20.44 1029.00
Min. 18.58 17.00 20.23 14.96 -150.10 -20.17 0.00
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
40
Quadro 5.3 - Valores médios diários de radiação solar e temperatura ambiente nas duas campanhas de
monitorização térmica, de Inverno e Verão do ano de 2011.
* Dias climatizados, pelo que a temperatura interior é função do sistema de ar condicionado (AC).
Radiação
solar [W/m2]
Temperatura Ambiente (°C)
Radiação solar
[W/m2]
Temperatura Ambiente (°C)
Interior Exterior
Interior Exterior
JAN
EIR
O
21 - - -
JUN
HO
9 - - -
22 23.3 13.62 6.66
10 127.7 24.84 19.77
23 25.2 11.86 6.01
11 120.5 25.01 20.33
24*2 8.2 14.25 8.14
12 129.6 25.71 20.76
25* 35.4 18.84 9.67
13 46.0 24.58 20.90
26* 60.5 18.76 10.14
14 - - -
27* 31.8 20.98 10.45
16 - - -
28* 32.5 21.24 11.02
17* 102.8 23.99 20.93
29 56.6 17.46 10.50
18 128.4 25.33 20.29
30 65.9 16.97 10.00
19 126.9 26.06 22.65
31* 65.0 18.53 10.50
20* 123.3 24.73 23.72
FEV
EREI
RO
1 58.4 17.13 9.54
21* 123.0 25.08 23.33
2 - - -
22* 107.8 24.73 22.07
4 - - -
23* 125.8 22.83 20.14
5 64.8 18.27 12.25
24* 123.0 23.67 25.17
6 65.7 18.19 12.72
25 119.9 28.11 28.40
7* 62.4 19.68 12.16
26 97.0 28.71 27.80
8* 20.9 20.20 12.41
27 - - -
9* 27.7 19.92 14.43
2 - - -
10 60.9 19.14 13.53
JULH
O
3 29.1 24.96 19.19
11* 50.3 21.26 12.74
4 113.2 26.34 21.32
12 70.6 19.31 13.22
5 118.4 26.84 21.84
13 16.2 17.79 12.45
6* 93.9 24.32 21.42
14* 23.3 20.71 11.68
7* 98.3 24.02 19.95
15* 36.7 20.64 13.18
8* 84.4 23.37 20.97
16* 52.7 19.77 12.31
9 29.4 24.41 21.74
17* 40.5 20.53 12.70
10 80.0 25.11 21.74
18 24.5 20.48 13.35
11* 117.1 23.65 22.02
19 11.5 18.69 14.45
12* 34.1 23.16 20.38
20 76.6 19.51 14.30
13* 124.8 24.00 20.88
21 59.3 19.77 14.86
14* 118.7 23.93 22.09
22 32.0 19.46 14.46
15* 116.7 24.51 22.52
23 85.6 20.46 15.08
16 76.5 24.46 21.16
24 82.4 20.65 15.64
17 47.9 23.98 19.96
25 80.0 20.42 15.94
18* 92.5 22.95 20.08
26 80.4 20.41 14.82
19* 89.1 22.94 20.23
27 70.7 19.83 14.92
20* - - -
28 87.7 20.05 13.04
MA
RÇ
O
1 88.0 19.14 12.17
2 - - -
5 - - -
6 52.5 17.68 12.35
7 78.9 18.44 13.20
8 23.0 17.02 12.25
9 64.4 18.06 13.36
10* 74.0 19.26 14.62
11* 36.2 19.64 13.45
12 53.5 19.02 13.68
13 36.0 18.19 13.10
14* 32.5 19.94 12.05
15 86.6 19.87 12.59
16 - - -
Dia de fim-de-semana:
Gabinete Sem ocupação
Radiação Solar: Mais reduzida Mais elevada
Temperatura: Mais reduzida Mais elevada
Cap. 5 – Campanha Experimental
41
Pela análise dos valores apresentados no Quadro 5.3 foi possível definir os dias característicos de toda a
campanha de monitorização térmica, de Inverno e Verão. Assim os dias definidos foram:
Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011
Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011
Dia Climatizado Inverno: 27 de Janeiro de 2011
Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011
Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011
Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011
Ao longo deste trabalho, e em particular neste capítulo, recorre-se à designação de Dia Tipo3, que representa
um dia característico, onde se verificaram as condições climáticas características ao extremo (como por
exemplo, o Dia Mais Quente é o dia onde a média de temperatura ambiente exterior (TAE) é a mais elevada).
Usar-se-ão sempre maiúsculas nas iniciais de todos os termos que componham o nome que identifique o dia
(Dia Mais Frio, Dia Menor Radiação, Dia Climatizado Inverno, entre outros).
Como Dias Climatizados Tipo foram seleccionados os que apresentam a maior diferença entre a TAI e TAE, nos
dias onde o ar condicionado (AC) foi accionado. No Inverno esta diferença é positiva, enquanto no Verão é
negativa, tal como é apresentado em anexo, nos Quadros A.I.3.
Durante as duas campanhas de monitorização térmica, existiram dias onde não se registaram todos os valores
ao longo das 24 horas diárias. Nestes casos, optou por não se efectuar a média diária.
De seguida, cada um dos Dias Tipo será estudado e caracterizado individualmente, recorrendo-se a gráficos
que expressam os valores recolhidos durante as campanhas de monitorização térmica.
Esses gráficos apresentados são de três tipos:
Radiação solar e temperaturas ambiente: Mostram a evolução das temperaturas ambiente e da
quantidade de radiação solar incidente no vidro ao longo de todo o dia, bem como, os seus valores
máximos e mínimos. Estes gráficos apresentam também as horas em que houve o recurso ao AC, caso se
trate de um dia em que este tenha sido accionado. Na análise deste tipo de gráficos é possível perceber a
influência da incidência da radiação solar nas temperaturas ambiente, em particular na TAI.
Radiação solar e fluxos de calor: É apresentada a evolução dos fluxos de calor, na parede (FP) e no vidro
(FV), ao longo de todo o dia, bem como a radiação solar incidente no vidro e horário do funcionamento do
AC, caso este tenha sido accionado. Através deste tipo de gráficos é possível demonstrar a influência da
radiação solar nos fluxos de calor. Importa salientar que o fluxo de calor toma valores positivos, sempre
que tem o sentido do interior para o exterior do gabinete. Já o fluxo negativo tem o sentido do exterior
para o interior. Esta convenção manter-se-á ao longo de todo o trabalho.
3 Iniciados ambos os termos com maiúsculas
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
42
Perfis horizontais de temperatura: Neste tipo de gráficos estão representadas, a determinadas horas
previamente escolhidas (3h00; 8h00; 10h00; 12h00; 16h00; 21h00), as temperaturas ambientes
exterior (TAE) e interior (TAI) e as temperaturas superficiais interiores e exteriores dos elementos
constituintes da fachada que estão em contacto directo com o exterior. Esses elementos
monitorizados são o vidro, o caixilho e a parede. As temperaturas obtidas in-situ são apresentadas em
perfis horizontais, mostrando-se a sua evolução (desde o exterior até ao interior do gabinete,
passando pelas temperaturas das superfícies dos elementos referidos). Neste tipo de gráficos, é ainda
possível perceber a diferença entre as temperaturas superficiais de cada elemento e, através da
análise do declive da recta de temperaturas interior do elemento (DRIE), é possível determinar o
sentido e a intensidade do fluxo de calor através desse elemento. Quanto maior for o DRIE, maior é a
diferença das temperaturas das superfícies dos elementos, logo maior o fluxo de calor. Para declives
próximos de zero, rectas horizontais, as temperaturas superficiais terão valores muito próximos.
Importa ainda referir que, em termos práticos, o fluxo de calor medido corresponde ao fluxo no
fluxímetro que foi aplicado adjacente às faces interiores dos elementos (vidro ou parede) e não
exactamente o fluxo nos elementos. Em algumas situações, o DRIE poderá não servir para a análise,
sendo necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas da superfície interior do
elemento e a TAI, obtidas através dos gráficos de perfis de temperaturas.
Em anexo, nas Figuras A.I.1 e A.I.2, são apresentados gráficos do tipo de radiação solar e temperaturas
ambiente, para todos os dias da campanha experimental.
Na medição das temperaturas ambiente (TAI e TAE) foram utilizados dois tipos diferentes de equipamento, os
termohigrómetros (geminis) e os termopares. Em anexo e permitindo uma análise comparativa, nas Figuras
A.I.3 e A.I.4 são apresentados graficamente, os valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos
termopares e termohigrómetros, durante a campanha de monitorização térmica. Pela análise desses gráficos,
verifica-se que os resultados obtidos pelos dois tipos de equipamentos são muito semelhantes, com a excepção
dos valores registados nas horas de maior incidência de radiação solar. Nestas horas, os termohigrómetros
registaram valores de temperatura demasiado elevados, principalmente de temperatura ambiente exterior
(TAE atinge quase os 45°C), mesmo depois da aplicação de uma protecção solar em cartão. Assim, os valores de
temperatura considerados em todo este estudo serão valores registados apenas pelos termopares.
5.3.1. Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011
Durante toda a campanha de monitorização térmica de Inverno e de Verão, o dia que registou uma menor
média diária de temperatura ambiente exterior (TAE), foi 23 de Janeiro de 2011. Este é um dia de fim-de-
semana, mais concretamente, um Domingo. O gabinete não teve taxa de ocupação e, em nenhum momento
foi accionado o sistema de climatização de ar condicionado (AC), não ocorrendo ganhos internos com pessoas,
equipamento ou iluminação eléctrica.
Cap. 5 – Campanha Experimental
43
Figura 5.5 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.
Pela análise da Figura 5.5 verifica-se que temperaturas ambientes apresentam uma amplitude térmica
relativamente pequena, na ordem dos 2°C para a TAI e dos 4°C para a TAE.
A TAI teve um máximo diário de 12.84°C, um mínimo de 10.77°C e uma média de 11.86°C. Estes valores
medidos são bastante inferiores à temperatura de conforto da estação de aquecimento (20°C).
A TAE registou o valor máximo de 8.17°C, o mínimo de 3.81°C e a média diária de 6.01°C. Importa referir que o
valor de 3.81°C é também o mínimo absoluto registado. Assim, para além da temperatura média diária mínima,
este dia comtempla também, o mínimo absoluto registado para a TAE em toda a campanha de monitorização
térmica.
A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante variando entre 4°C e 6°C, sendo ligeiramente maior
durante a noite.
Este dia pode classificar-se como um dia de céu encoberto, isto é, com reduzida incidência da radiação solar,
apresentado entanto algumas abertas. A radiação solar medida é maioritariamente de radiação difusa.
Apresenta um valor máximo de radiação solar global em plano horizontal de 171.00 W/m2 e um valor médio
diário de 25.20 W/m2. Ainda pela análise da Figura 5.5, verifica-se que na hora em que se regista maior
incidência de radiação solar, sensivelmente às 9h30, há um ligeiro aumento do valor das temperaturas.
Antes de começar a analisar os fluxos, importa referir que, qualquer fluxo de calor, se verifica sempre no
sentido do meio/superfície de maior temperatura para o meio/superfície de menor. Quando estas são
idênticas, o fluxo de calor tenderá para zero. Ao longo de todo o trabalho, e como foi dito anteriormente, o
sinal do fluxo de calor indica o seu sentido, tal como a seguir apresentado:
Fluxo positivo: Fluxo de calor no sentido do interior para o exterior do gabinete;
Fluxo negativo: Fluxo de calor no sentido do exterior para o interior do gabinete.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
44
Figura 5.6 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.
Analisando a Figura 5.6, verifica-se que o sentido predominante do fluxo de calor é o do interior para o exterior
do gabinete, uma vez que a temperatura interior é sempre superior à exterior, como apresentado
anteriormente na Figura 5.5.
Por volta das 9h30, hora de registo de uma maior incidência de radiação solar, verificou-se uma inversão do
sentido do fluxo de calor no vidro (FV). A incidência directa de radiação solar no vidro provoca um aumento da
temperatura do vidro, para valores superiores à temperatura ambiente interior (TAI), o que origina um FV do
exterior para o interior do gabinete, mesmo com TAI superior à TAE. A inversão do sentido do fluxo, apenas se
verifica no vidro e não na parede, por este ter uma inércia térmica menor do que a parede. De facto, o vidro
por ter uma menor inércia térmica (menor massa), reage muito rapidamente a variações de temperatura,
enquanto na parede por ter maior massa, verifica-se um atraso na transição de calor.
Figura 5.7- Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.
Pela análise dos perfis horizontais de temperatura, apresentados na Figura 5.7, verificam-se em todas as
superfícies dos vários elementos (parede, caixilho e vidro) valores de temperaturas mais reduzidos, às 8h00, e
mais elevados, às 16h00.
Cap. 5 – Campanha Experimental
45
Verifica-se ainda que os declives das rectas no interior dos elementos (DRIEs), que representam a diferença
entre as temperaturas das superfícies interiores e exteriores de cada elemento, são maiores na parede e
menores no caixilho. No vidro registaram-se valores intermédios de diferenças de temperaturas (declives
intermédios). Estes valores são justificados pelo maior coeficiente de transmissão térmica do caixilho
(alumínio) e menor da parede (alvenaria e com maior espessura), apresentando o vidro o valor intermédio.
Como referido anteriormente, quanto maior for o DRIE, maior é a diferença das temperaturas das superfícies
dos elementos, e quando este tende para zero (horizontal), estas temperaturas terão valores idênticos.
Quando o DRIE é positivo (a subir da esquerda para a direita) o sentido do fluxo de calor é do interior para
exterior, já que a TAI é maior que a TAE. Quando o DRIE é negativo (a descer da esquerda para a direita)
verifica-se o contrário, sentido do fluxo do exterior para interior, já que TAE é maior que TAI.
Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figura 5.7, em nenhum dos casos representados se
verificaram DRIEs negativos, o que significa que todos os fluxos de calor registados neste dia são do sentido
interior para o exterior do gabinete (DRIEs positivos). Pela análise da Figura 5.6, gráfico de fluxos, verifica-se
que o fluxo de calor no vidro (FV) apresenta valores negativos, sentido do exterior para interior, mas a uma
hora que não pertence às pré-escolhidas para os gráficos de perfis horizontais de temperatura.
5.3.2. Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011
O dia em que se registou uma menor média diária de radiação solar incidente foi 24 de Janeiro. Trata-se de
uma segunda-feira, pelo que, o gabinete se encontrava ocupado e, pelos registos do AC, o sistema de
climatização (AC) esteve em funcionamento das 10h00 às 11h50 e das 12h50 às 14h20, com uma temperatura
de set point de 25°C.
Figura 5.8 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.
Ao contrário do que foi verificado para o Dia Mais Frio, a amplitude térmica no Dia Menor Radiação é mais
elevada, principalmente a da TAI que está directamente condicionada pela entrada em funcionamento do
sistema climatização AC, tal como se verifica na Figura 5.8.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
46
Relativamente às temperaturas ambiente, a TAI teve um máximo diário de 25.35°C, um mínimo de 10.52°C e
uma média de 14.25°C. A TAE registou o valor máximo de 11.59°C, o mínimo de 4.39°C e a média diária de
8.14°C.
A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante de cerca de 5°C, excepto nas horas em que se ligou o
AC, onde esta diferença é mais acentuada devido ao aumento da TAI.
Em termos de radiação solar, este é um dia extremamente nublado, verificando-se reduzidas ou nenhumas
abertas, tendo-se registado como máximo 73.70 W/m2, por volta das 13h00, e uma média diária de 8.21 W/m2.
Figura 5.9 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.
Tal como apresentado na Figura 5.9, os fluxos de calor (FV e FP) apresentam valores positivos em todas as
horas do dia, isto é, sentido do interior para o exterior do gabinete. Esta situação deve-se ao facto de a TAI ser
sempre superior à TAE, como se verificou na Figura 5.8, e de não haver incidência de radiação solar suficiente
para elevar a temperatura dos elementos estudados e inverter os sentidos dos fluxos de calor.
Verifica-se ainda que existiu um aumento dos fluxos de calor provocado pelo aumento da diferença da TAI e da
TAE que, por sua vez foi provocada pelo accionamento do AC.
Mais uma vez, é possível demostrar que o elemento vidro, tendo uma menor inércia térmica do que a parede,
é mais sensível às diferenças de temperaturas ambiente (TAI e TAE), uma vez que nas horas de maiores
diferenças entre TAI e TAE, o incremento do fluxo de calor no vidro é maior do que no da parede.
É ainda importante referir que foi mais perceptível no elemento vidro do que na parede, o não accionamento
do AC, entre 11h50 e as 12h50. De facto, a parede por ter maior massa, e consequente maior inércia térmica,
tem uma maior capacidade de armazenar o calor e de o libertar mais gradualmente.
Cap. 5 – Campanha Experimental
47
Figura 5.10 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.
Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figuras 5.10, verifica-se que às 3h00 são registados os
valores de temperatura exterior mais reduzidos e às 16h00 os mais elevados. Às 12h00, hora coincidente com o
horário de funcionamento do AC, verifica-se um aumento da TAI e das temperaturas interiores do vidro e do
caixilho. Na parede este fenómeno não é tão evidente, já que apresenta uma inércia térmica maior do que os
outros dois elementos.
Neste dia, todos os declives das rectas no interior dos elementos (DRIEs) obtidos, tanto para a parede como
para o vidro, são positivos, pelo que, todos os fluxos de calor são do sentido do interior para exterior do
gabinete, confirmando o que tinha sido registado durante a campanha experimental e apresentado nos
gráficos de fluxos de calor da Figura 5.9.
5.3.3. Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011
Como já foi referido no início do presente capítulo, a definição do Dia Frio Climatizado baseou-se na escolha do
dia que apresenta a maior diferença entre as médias diárias das TAI e das TAE, de toda a campanha de Inverno.
Assim, foi possível determinar de uma forma expedita o dia onde houve uma maior interferência do AC no
ambiente interior do gabinete. Efectivamente, a função do sistema de climatização é tornar a TAI mais perto do
nível de conforto o que, em geral, no caso da estação de Inverno, consiste em aumentar a TAI, aumentando
assim também a diferença desta para TAE. Importa referir que, como a TAI apresenta valores superiores à TAE,
esta diferença é positiva, mas no caso do Verão, a diferença já será negativa, como veremos posteriormente.
Durante a campanha de Inverno, o dia com maior diferença de média diária da TAI e TAE, foi o dia 27 de
Janeiro de 2011, conforme pode ser observado em anexo no Quadro A.I.3.
Como se trata de um dia de semana, quinta-feira, o gabinete esteve com ocupação e, pelos registos do AC, este
esteve em funcionamento das 9h20 às 15h20 e das 16h10 às 19h30, com uma temperatura set point de 30°C.
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
27 de Janeiro de 2011 : Dia Frio Climatizado
Gráfico Perfil Temperaturas: Parede
3h00 8h00 10h00
12h00 16h00 21h00
Exterior Interior
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
48
Figura 5.11 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.
Pela análise do gráfico da Figura 5.13, verifica-se que a amplitude térmica da TAI no Dia Climatizado no Inverno
é relativamente elevada (cerca de 15°C), principalmente devido ao recurso ao AC. Já a amplitude térmica da
TAE é de valor inferior (cerca de 5°C), uma vez que a TAE aumenta apenas nas horas de maior incidência de
radiação solar. Neste dia, a TAI atingiu o valor máximo de 30.36°C, o mínimo de 14.54°C e obteve a média
diária de 20.98°C. A TAE registou o valor máximo de 15.78°C, o mínimo de 8.08°C e a média diária de 10.45°C.
A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante ao longo do dia (cerca dos 5°C), excepto nas horas em
que se accionou o AC, onde esta diferença é muito maior devido ao aumento da TAI.
Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, tendo sido registado pelo piranómetro, em plano
horizontal, o valor máximo de 515.10 W/m2, por volta das 10h40, e a média diária de 31.78 W/m2.
Ainda pela análise da Figura 5.11, é possível demonstrar que a partir 11h00 se verifica um decréscimo de
radiação incidente, o que é justificado pelo facto do vão envidraçado ter orientação Este e a partir dessa hora
deixar de existir incidência da radiação solar directa, passando a haver apenas radiação difusa. Por essa razão
se registaram valores de radiação solar na ordem dos 500 W/m2 às 10h30 e de 80 W/m2 às 11h30.
Figura 5.12 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.
Cap. 5 – Campanha Experimental
49
Pela análise conjunta dos gráficos das Figuras 5.11 e 5.12, verifica-se que o FP se manteve sensivelmente perto
do 0 W/m2 praticamente ao longo de todo o dia, excepto nas horas onde a diferença de TAI e TAE é mais
elevada, coincidentes com as horas de funcionamento do AC. Quanto ao sentido do FP, este é sempre positivo,
do interior para o exterior do gabinete.
Em relação ao FV, este sofreu maiores oscilações. No início do dia o FV apresenta valores na ordem dos 20
W/m2, para uma diferença de TAI e TAE relativamente reduzida, incidência de radiação solar de valor nulo e o
AC desligado. A partir do momento em que começa a haver radiação solar incidente, o FV começa a tender
para valores negativos, sentido do exterior para o interior, devido ao aquecimento da superfície do vidro.
Quando se liga o AC, a TAI aumenta, aumentando também a temperatura superficial interior do vidro, o que
provoca uma diminuição do FV em termos de valores absolutos, pois a diferença entre as temperaturas das
superfícies do vidro passa a ser menor. Quando deixa de haver radiação incidente e passa a haver apenas
radiação difusa, o FV eleva-se para valores positivos, no sentido interior-exterior. A partir desse momento, as
oscilações do fluxo de calor no vidro são apenas provocadas pelas oscilações da diferença entre TAI e TAE. Esta
modificação rápida do seu estado térmico está relacionada com a fraca inércia térmica do vidro.
Assim, é possível concluir que quanto maior a diferença entre TAI e TAE, maiores são os fluxos de calor
registados. Na presença de radiação solar incidente, o FV tende a inverter de sentido, devido ao rápido
aumento da temperatura do vidro. Já na parede, este fenómeno não se verifica devido à maior inércia térmica
deste elemento.
Figura 5.13 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.
Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figura 5.13, verifica-se que as maiores e menores
temperaturas dos elementos do vão envidraçado (vidro e caixilho), são registadas às 3h00 e às 10h00,
respectivamente. Sendo um dia de céu limpo e a orientação da fachada a Este, é natural que as temperaturas
mais elevadas sejam registadas no vidro às 10h00, uma das horas do dia de maior incidência de radiação solar
directa. Às 3h00, registou-se uma temperatura de valor mais reduzido por corresponder a uma hora nocturna,
de madrugada.
Neste dia, para as horas apresentadas nos gráficos de perfis horizontais de temperatura, os DRIEs do vidro são
sempre positivos, correspondendo a FVs também positivos, com o sentido do interior para o exterior do
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
50
gabinete. Estas observações são confirmadas pelo gráfico de fluxos de calor apresentado anteriormente na
Figura 5.12. Importa ainda referir que às 10h00 o FV apresenta valores próximos de zero e, embora o DRIE seja
positivo e elevado, o declive da recta entre a temperatura superficial interior do vidro e a temperatura
ambiente interior (TAI) é relativamente reduzido (horizontal), justificando os valores de FV próximos de zero da
Figura 5.12.
No caso do Fluxo na parede (FP), às 10h00 acontece o contrário. Embora o DRIE seja praticamente horizontal
(Figura 5.13), há uma grande diferença entre a temperatura superficial interior da parede e a TAI, o que
justifica os valores positivos do FP no gráfico de fluxos de calor da Figura 5.12. As restantes horas apresentam
DRIEs positivos e FP positivos, tal como se observa nas Figuras 5.13 e 5.12, respectivamente.
5.3.4. Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011
Em toda a campanha experimental, o dia onde que se registou o maior valor médio diário de radiação solar foi
a 12 de Junho de 2011. Tratando-se de um Domingo, o gabinete esteve desocupado e não foram ligados os
equipamentos, iluminação e AC.
Figura 5.14 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.
Pela análise do gráfico da Figura 5.14, verifica-se que, tanto a TAE como a TAI, e comparativamente a outros
Dias Tipo até agora estudados, apresentam amplitudes térmicas de valor médio (cerca de 10°C).
A TAI registou um valor máximo diário de 33.44°C, um mínimo de 22.15°C e uma média de 25.71°C, o que são
valores claramente acima da temperatura de conforto, pelo que seria necessário recorrer a algum sistema de
climatização de arrefecimento.
A TAE registou o valor máximo de 27.44°C, o mínimo de 16.24°C e a média diária de 20.76°C.
A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante ao longo do dia, cerca de 5°C, excepto nas horas de
maior temperatura ambiente exterior, onde esta diferença é relativamente mais reduzida.
Em termos de radiação solar, este é um dia de céu completamente limpo, tendo sido registado o valor máximo
de radiação solar directa incidente de 992.0 W/m2 por volta das 11h30 e a média diária de 129.62 W/m2. Este
Cap. 5 – Campanha Experimental
51
valor, não é contudo, o máximo atingido em toda a campanha experimental, uma vez que às 11h10 do dia 6 de
Julho de 2011 se registou o valor máximo absoluto de 1029.0 W/m2.
Ainda pela análise do gráfico da Figura 5.14, é novamente evidente que depois das 11h40, deixa de haver
radiação solar directa incidente, demonstrado pela redução repentina da incidência de radiação solar medida a
partir dessa hora, uma vez que a partir dessa hora a radiação incidente registada passa a ser apenas difusa.
Figura 5.15 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.
Pela análise do gráfico da Figura 5.15 verifica-se que mais uma vez, o FP regista valores próximos do zero,
aumentando apenas para valores positivos nas horas de maior incidência solar, onde se regista uma maior
diferença entre TAI e TAE (Figura 5.14). Já o FV, nas horas sem radiação solar incidente, apresenta valores na
ordem dos 20 W/m2 positivos, logo no sentido de exterior para o interior do gabinete. Nas horas de incidência
directa da radiação solar, o FV apresenta negativos, sentido do exterior para o interior, uma vez que a radiação
solar directa aquece o vidro para valores de temperatura muito superiores aos da TAI.
Nas restantes horas, quando não há radiação solar directa incidente mas apenas difusa, o FV tende para zero,
já que a TAI e TAE apresentam valores próximos, como se verifica nos registos de temperaturas ambiente e
radiação solar incidente da Figura 5.14.
Figura 5.16 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
52
Pela análise do perfil horizontal de temperaturas no vidro, apresentado na Figura 5.16, verifica-se que às 8h00
e às 10h00, o DRIE é negativo, logo o FV, é também negativo, com sentido do fluxo de calor do exterior para o
interior. Nas restantes horas apresentadas no gráfico de perfil, o DRIE é sempre positivo, logo, o FV é também
positivo. Como se comprova pelos sentidos dos fluxos de calor da Figura 5.15.
No caso do fluxo de calor pela parede, e devido a este ser um dia com elevada radiação solar incidente, nas
horas de maior incidência, às 10h00 e 12h00, os DRIEs do gráfico de perfil horizontal de temperaturas na
parede são negativos, embora os FPs no gráfico de fluxos de calor (Figura 5.15) sejam positivos. Mais uma vez,
a justificação deve-se à colocação do fluxímetro adjacente à face interior da parede. Pelo que se torna
necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas da superfície interior da parede e as TAIs
naquelas horas. De facto, essas rectas apresentam declives positivos, justificando os FP positivos medidos para
aquelas horas, e apresentados anteriormente na Figura 5.15.
5.3.5. Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011
Tal como para o Dia Frio Climatizado, para o Dia Climatizado Verão foi considerado o dia em que, durante toda
a campanha de monitorização térmica de Verão, se registou uma maior diferença das médias diárias de TAI e
TAE. No caso do Verão, esta diferença é negativa, já que o AC diminui a TAI para valores inferiores à TAE.
Definiu-se então o dia 24 de Junho de 2011 como o Dia Frio Climatizado, conforme se pode observar pelo
Quadro A.I.3, em anexo. Tratando-se de um dia de semana, uma sexta-feira, o gabinete esteve com ocupação
e, segundo os registos de AC, este esteve em funcionamento das 8h20 às 18h00, com uma temperatura de set
point de 21°C.
Figura 5.17 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.
Pela análise do gráfico de temperaturas ambiente da Figura 5.17, verifica-se que a amplitude térmica da TAI, no
Dia Climatizado Verão, é relativamente moderada (cerca de 7°C), uma vez que se recorreu ao AC para o seu
controlo. A amplitude térmica da TAE é relativamente elevada (cerca de 15°C), aumentando nas horas de maior
incidência de radiação solar directa.
Cap. 5 – Campanha Experimental
53
Assim, a TAI neste dia teve um máximo de 28.89°C, um mínimo de 21.79°C e uma média diária de 23.67°C.
A TAE registou o valor máximo de 32.90°C, o mínimo de 17.03°C e uma média diária de 25.17°C.
A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante (cerca dos 5°C), com a TAI superior à TAE, nas primeiras
horas do dia e sem radiação solar incidente. A partir do momento que se verifica a existência de radiação solar
incidente e se acciona o AC, esta diferença altera-se, passando a temperatura exterior a ser superior à interior,
uma vez que por um lado a TAE aumenta nas horas de maior radiação solar e por outro, o AC faz diminuir a TAI.
A partir das 21h, a diferença entre TAI e TAE tende a ser nula.
Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, apresentando um valor máximo de 964.00 W/m2, por
volta das 11h30, e uma média diária de 122.32 W/m2.
Ainda pela análise da Figura 5.17 verifica-se mais uma vez que a partir 11h40 deixa de haver radiação solar
directa incidente no envidraçado.
Figura 5.18 - Radiação solar, AC e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.
Pela análise conjunta dos gráficos de fluxos de calor e de temperatura das Figuras 5.17 e 5.18,
respectivamente, verifica-se que o FP apresenta valores positivos quando a diferença entre TAI e TAE também
é positiva, e apresenta valores negativos, quando a diferença entre essas temperaturas é também negativa.
Independente dos sentidos de FP, este fluxo é tanto maior quanto maior for a diferença de TAI e TAE.
Analisando o FV, verifica-se que este se comporta de modo semelhante, excepto nas horas de maior radiação
solar directa incidente. Mais uma vez, durante as horas de maior incidência directa da radiação, o FV apresenta
valores bastante elevados, mas negativos, sentido do exterior para o interior do gabinete. A incidência de
radiação solar directa eleva a temperatura do vidro para valores muito superiores aos da temperatura
ambiente interior (TAI).
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
54
Figura 5.19 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.
Pela análise do perfil horizontal de temperatura do vidro, Figura 5.19, verifica-se que DRIE é apenas positivo às
3h00, sendo o FV também positivo, com sentido do interior para o exterior do gabinete. Verifica-se ainda que,
às 21h00 o DRIE tende para a horizontal, pelo que o FV registado é quase nulo. Nas restantes horas (8h00,
10h00, 12h00, 16h00) os DRIEs são negativos, consequentemente os FVs negativos, com o sentido do exterior
para o interior do gabinete, tal como foi apresentado anteriormente na Figura 5.18.
Relativamente aos fluxos de calor na parede, através da análise do perfil de temperaturas da Figura 5.19,
verifica-se que DRIE é negativo às 10h00, 12h00, 16h00 e 21h00, e consequentemente o FP é negativo com
sentido do exterior para o interior do gabinete. Estes resultados são confirmados com os FP registados nessas
horas e apresentados na Figura 5.18.
Às 3h00, o DRIE obtido no perfil de temperaturas da parede é positivo, Figura 5.19, embora o FP apresentado
no gráfico de fluxos de calor seja sensivelmente nulo. Às 8h00, verifica-se por outro lado, um DRIE nulo e um FP
de valores positivos, sentido do exterior para o interior do gabinete, Figuras 5.19 e 5.18, respectivamente.
Estes resultados podem ser justificados pela conjugação da elevada inércia térmica da parede com a elevada
incidência de radiação solar directa e com o facto de o fluxímetro ter sido colocado adjacente à face interior da
parede, e não no seu interior, fazendo com que os fluxos registados não se ajustem aos DRIEs. Assim, para
estas horas, é necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas superficiais interiores e
temperaturas ambiente interiores (TAIs). Às 8h00, de facto, esse declive é elevado e positivo, confirmando o FP
positivo registado durante a campanha experimental. Às 3h00, o DRIE é quase nulo, tendendo para a
horizontal, e consequente FP é consequentemente próximo de zero, conforme apresentado no gráfico de
fluxos de calor da Figura 5.18.
5.3.6. Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011
Em toda a campanha de motorização de Inverno e de Verão, o dia em que foi registado uma maior
temperatura exterior média diária (TAE), foi a 26 de Junho de 2011. Este foi um dia de fim-de-semana, mais
concretamente um Domingo. Assim, o gabinete não teve taxa de ocupação e não foi accionado o sistema de
climatização (AC). Não ocorreram ganhos internos com pessoas, equipamento ou iluminação eléctrica.
Cap. 5 – Campanha Experimental
55
Figura 5.20 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.
Pela análise do gráfico da Figura 5.20, verifica-se que a amplitude térmica da TAI no Dia Mais Quente é
relativamente reduzida (cerca de 6°C). Já a amplitude térmica da TAE é mais elevada (cerca de 15°C),
aumentando na hora de maior incidência de radiação solar.
A TAI registou para este dia um valor máximo de 32.31°C, um mínimo de 26.01°C e uma média diária de
28.71°C. Estes são valores muito acima da temperatura de conforto e, mais uma vez, seria necessário o recurso
a um sistema de AC. A TAE registou um valor máximo de 36.61°C, um mínimo de 21.99°C e uma média diária de
21.99°C. Este valor máximo de 36.61°C é também o valor máximo de TAE registado em toda a campanha
experimental.
Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, apresentando como valor máximo 964.00 W/m2, por
volta das 11h30, e média diária de 122.32 W/m2. Ainda pela análise do mesmo gráfico, verifica-se que, a partir
das 11h40, deixa de haver radiação solar directa incidente, passando a haver apenas a radiação difusa. A partir
dessa hora, o sol está sensivelmente orientado a Sul, e como o envidraçado está orientado a Este, a radiação
solar começa a não incidir directamente no vidro. Por isso se registaram valores de radiação solar na ordem
dos 900W/m2 às 11h40 e de 50 W/m2 a partir dessa hora.
Figura 5.21 - Radiação solar e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
56
Na Figura 5.21 verifica-se que o FP apenas é positivo entre as 8h00 e as 12h00. No restante período o FP
apresenta valores negativos, isto é, fluxo de calor com o sentido do exterior para o interior do gabinete.
O FV apresenta valores negativos nas horas de maior incidência de radiação solar, sendo estes valores mais
negativos, à medida que a radiação solar incidente é maior. O fluxo do vidro (FV) toma valores positivos nas
horas sem radiação solar.
Figura 5.22 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.
Pela análise do perfil horizontal de temperaturas do vidro, Figura 5.22, verifica-se que DRIE apresenta valores
positivos às 3h00, 8h00 e 21h00, pelo que o FP, nessas horas, é também positivo com sentido do interior para
exterior do gabinete. Nas restantes horas, 10h00, 12h00 e 16h00, o DRIE é negativo e o FV também negativo.
Como se confirma pela Figura 5.21.
No fluxo da parede verifica-se praticamente a mesma situação verificada para o fluxo do vidro, com excepção
das 21h00 e 3h00. O DRIE registado às 21h00 tende para a horizontal (valores próximos de zero), enquanto o
DRIE, registado às 3h00, apresenta valores positivos. Em ambos os casos, segundo o gráfico de fluxos da Figura
5.26, os FPs a essas horas são negativos, de sentido do exterior para o interior do gabinete. Mais uma vez, e
analisando o declive das rectas entre as temperaturas superficiais interiores da parede e temperaturas
ambiente interiores (TAIs), verifica-se que, para estas horas, esses declives são, de facto, negativos,
confirmando os FP negativos registados durante a campanha experimental.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
57
CAPÍTULO 6 – MODELAÇÃO DO CASO DE ESTUDO EM ENERGYPLUS
6.1. Descrição do EnergyPlus
O EnergyPlus é um software desenvolvido para permitir o estudo e análise de edifícios do ponto de vista do
seu comportamento e desempenho energético. Neste estudo a versão utilizada foi a EnergyPlus 1.2.0. O
EnergyPlus foi desenvolvido pelo US Department of Energy, a partir de programas já existentes, o Blast e o
DOE-2, e escrito em linguagem Fortran 90. É uma ferramenta que calcula as cargas de aquecimento e de
arrefecimento de um edifício, permitindo a introdução de inúmeros parâmetros e de inúmeras condições de
utilização do edifício [49].
O software EnergyPlus calcula a carga térmica de um edifício tendo como base as descrições e parâmetros
definidos pelo utilizador e permite, entre outros resultados, obter a quantidade de energia necessária para que
a temperatura ambiente interior se mantenha próximos das temperaturas de conforto pré-definidas. Nesta
dissertação, esta funcionalidade é essencial, pois permitirá obter as necessidades energéticas do gabinete para
as diferentes soluções de vão envidraçado.
De um modo geral, o EnergyPlus permite prever, entre outros, as temperaturas interiores (ambiente e
superficiais), cargas térmicas, fluxos de calor, consumos de energia, níveis de iluminação e caudais de
ventilação natural.
Uma grande vantagem no estudo do desempeno térmico de edifícios com o recurso ao EnergyPlus, é a
capacidade deste software fazer simulações em intervalos de tempo definidos pelo utilizador e apresentar
resultados (valores de output) com frequências inferiores a uma hora (até 15 minutos).
Este programa de simulação é muito completo, rigoroso e a introdução dos dados pode ser realizada num
editor de texto específico do EnergyPlus, em formato IDF (Input Date File).
O EP-Launch permite modelar o edifício no próprio programa e dispõe de uma funcionalidade de detecção de
erros que, se torna crucial num processo de modelação deste tipo.
Concluída a simulação, o programa fornece um ficheiro que descreve os eventuais erros detectados pelo
software, agrupando-os em três níveis, consoante a gravidade [50]:
A detecção de um erro do tipo “Warning” não compromete a simulação, sendo um erro
normalmente de menor gravidade;
Um erro do tipo “Severe” já é mais gravoso e potencialmente comprometedor em termos da
qualidade dos resultados, exigindo intervenção do utilizador de forma de ser corrigido;
Já um erro do tipo “Fatal” resulta da associação de diversos erros do tipo “Warning” e “Severe” e
que, consequentemente impede que a simulação se concretize. Assim, sempre que um erro deste
tipo ocorre, a simulação é interrompida.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
58
Além da funcionalidade de detenção de erros, o EP-Launch o utilizador associar os ficheiros climáticos, executar
as simulações previamente definidas no IDF-Editor e verificar a geometria do edifício modelado, por
visualização através de um ficheiro CAD.
Em relação ao ficheiro climático, este é introduzido antes de se proceder à simulação do ficheiro criado no IDF-
Editor, tal como exemplificado no campo assinalado da Figura 6.1.
Figura 6.1 – Introdução do ficheiro climático weather, no EP-Launch do EnergyPlus.
Na Figura 6.2 é apresentado, de um modo muito generalista, um esquema representativo da dinâmica dos
dados de Input e Output necessários para uma simulação de comportamento térmico de um edifício, e aplicado
ao caso de estudo do presente trabalho - gabinete do DECivil do IST.
Figura 6.2 - Esquema representativo da dinâmica dos dados de Input e Output do software EnergyPlus (adaptado de [50]).
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
59
6.2. Metodologia utilizada no EnergyPlus
Neste subcapítulo será apresentada uma breve descrição dos principais campos de entrada do EnergyPlus,
utilizados para a elaboração deste estudo, onde são introduzidos os dados necessários para uma simulação
relativamente rigorosa e precisa.
No entanto, importa realçar que nem todos os campos são de preenchimento obrigatório, pelo que, serão
apenas explicados os mais relevantes que foram considerados na realização deste trabalho.
6.2.1. Simulation parameters
No primeiro grupo de campos de entrada Simulation Parameters é possível introduzir os parâmetros gerais
para a definição do edifício em estudo.
Um dos campos de entrada com maior destaque é o Building que permite ao utilizador definir de forma
detalhada o edifício. Por exemplo, é possível atribuir um nome ao edifício Building Name, definir a sua
orientação solar em relação ao Norte verdadeiro, indicando a rotação em graus North Axis e definir a
rugosidade do solo Terrain, permitindo ao software EnergyPlus calcular com maior rigor a forma como o vento
incide nas fachadas do edifício. No presente trabalho definiu-se este campo como city, já que o edifício se
encontra inserido num ambiente urbano.
Para os cálculos de convergência de cargas térmica e de temperatura, em Loads Convergence Tolerance Value e
Temperature Convergence Tolerance Value admitiu se um desvio máximo de 0.04 W e 0.4°C, respectivamente.
No campo de entrada solar Distribution é definida a distribuição solar nas janelas exteriores, tendo se no
presente estudo, optado pelo modo FullInteriorAndExterior, por ser o que melhor define e caracteriza a
situação real do envidraçado do gabinete.
Por último, foram definidos os dias de teste para a verificação das convergências, optando se pelo número
considerado por defeito, 25 dias.
Na Figura 6.3 é apresentado o campo Building e respectivas entradas, preenchidas de acordo com o
anteriormente descrito.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
60
Figura 6.3 – Campo de entrada Simulation Parameters: Building.
No campo de entrada Simulation Parameters:Timestep in hour o utilizador define o intervalo de tempo básico
para a simulação. O software aceita intervalos inferiores a uma hora, permitindo deste modo obter resultados
bastante pormenorizados ao longo do dia. No entanto, apenas permite valores de timestep que sejam divisíveis
por 60. No caso de estudo preencheu-se este campo com o número 1, equivalente à frequência horária (Hourly
em inglês) no campo do Output Reporting .
No campo Solution Algoritm é possível definir o algoritmo de transferência de calor pela envolvente que o
software deve considerar. Neste estudo definiu-se ConductionTransferFunction, uma vez que este algoritmo
apenas considera o calor sensível e, para efeitos de simulação, somente será considerada a ocorrência de
fenómenos de transmissão de calor por condução, desprezando o armazenamento de humidade nos
elementos construtivos.
Outros parâmetros possíveis de ser inseridos pelo utilizador neste grupo de campos de entrada Simulation
Parameter são, por exemplo o factor multiplicativo do volume de ar nas zonas (1.0), a versão do software
(nesta caso EnergyPlus V1-2-0), a variação da posição solar e os algoritmos de convecção interior e exterior nas
diversas superfícies que estruturam o edifício (Detailed).
6.2.2. Location and climate
No campo Location and climate é possível introduzir os dados referentes à localização do edifício, tais como a
latitude, longitude, elevação, o fuso horário e ainda a duração do período de simulação. No entanto, uma vez
que neste estudo se optou pelo recurso a um ficheiro climático externo ao EnergyPlus, o seu total
preenchimento revela-se desnecessário, já que os dados do ficheiro climático sobrepõe-se aos inicialmente
introduzidos no editor de texto-IDF. Assim, é suficiente preencher o campo de entrada Run Period, definindo a
duração e o período de simulação.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
61
Para o estudo deste trabalho, definiram-se dois períodos distintos, correspondentes à estação de
arrefecimento (Verão) e à estação de aquecimento (Inverno). A duração da estação de arrefecimento e de
aquecimento foi obtida de acordo com o RCCTE. No que diz respeito à estação de arrefecimento, no Verão,
esta é definida pelo RCCTE como o intervalo de tempo correspondente aos meses de Junho, Julho, Agosto e
Setembro [14]. Desta forma, o período de simulação para a obtenção das necessidades nominais de energia útil
para arrefecimento foi definido como sendo o período anual que engloba apenas estes quatro meses: 1 de
Junho a 30 de Setembro - Estação de arrefecimento.
Já para estação de aquecimento, segundo o critério também estabelecido pelo RCCTE, a duração da estação de
aquecimento tem início no primeiro decêndio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a
temperatura média diária verificada é inferior a 15 °C e termina no último decêndio anterior a 31 de Maio em
que a referida temperatura ainda é inferior a 15 °C [14].
Consultando o ficheiro climático de lisboa, obtém-se como período de simulação definido para a obtenção de
necessidades nominais de energia útil de aquecimento o período compreendido entre 1 de Novembro a 10 de
Maio - Estação de aquecimento.
O ficheiro climático (.epw) referente a Lisboa e facultado pelo LNEG (antigo INETI) fornece ainda informação
sobre alguns dados climáticos relevantes e necessários para o cálculo das trocas de calor com o exterior, tais
como, a temperatura exterior, a radiação global, a humidade relativa, a velocidade e direcção do vento.
6.2.3. Schedules
O IDF Editor apresenta um campo intitulado de Schedules (calendários). A utilização de Schedules permite
controlar os vários processos da simulação ao longo do tempo, isto é, permite definir o grau de utilização e
operação do edificado e seus equipamentos, como por exemplo a iluminação, as temperaturas de controlo nos
diversos compartimentos, dispositivos de sombreamento, taxas de renovação de ar, entre outros.
A partir da definição de Schedules é possível accionar um qualquer dispositivo ou equipamento a determinada
hora do dia e desactivá-lo nas restantes, ou vice-versa.
A definição de um Schedule deve cumprir o preenchimento da seguinte cadeia lógica:
no campo de entrada Schedule Time Limits é definido o tipo de variáveis a utilizar nos Schedules,
podendo ser fracções ou variáveis contínuas (Figura 6.4). A primeira apenas assume os valores de 0
ou 1, servindo para situações de ON/OFF, enquanto a segunda, pode assumir qualquer valor.
no campo de entrada Schedule Day: Hourly é possível definir um horário diário tipo, onde é indicado
o valor de cada variável hora à hora, ao longo do dia (Figura 6.4).
depois da realização de um calendário diário para cada dia tipo, é necessário alocar esse mesmo dia
tipo a uma semana tipo, definindo quais os dias da semana em que se pretende que Schedule Day
seja accionado. Esse processo será definido no campo de entrada Schedule Day: Weekly.
definida a semana tipo, e seguindo a mesma lógica, dever-se-á definir o calendário anual, ano tipo,
recorrendo ao campo Schedule Year.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
62
Este processo deve ser realizado sempre que se define uma variável nova, devendo -se atribuir um nome
diferente a cada horário, permitindo assim que este seja chamado em qualquer outro campo de entrada do
programa que tenha a necessidade de ser calendarizado.
Na Figura 6.4 é apresentado o campo de entradas Schedule: DaySchedule onde são definidos os valores de
Schedule de cada dia, hora a hora.
Figura 6.4 – Campo de entrada Schedule: DaySchedule.
No estudo realizado, os campos que apresentam uma ligação directa ao Schedule são:
Surface:Shading:Attached (associado ao dispositivo de sombreamento);
Space Gains (ganhos internos);
AirFlow:Infiltration (renovações de ar);
Zone Control:Thermostatic (sistema de climatização fictício – Purchase air);
Zone Controls and Thermostats:SingleHeatinSetpoint (set points de temperatura);
Zone Controls and Thermostats:SingleCoolingSetPoint (set points de temperatura).
6.2.4. Surface construction elements
Neste grupo do IDF Editor é possível caracterizar a envolvente do edifício, nomeadamente definir os materiais e
as diversas soluções construtivas existentes em toda a envolvente exterior e interior do edifício.
Este processo inicia-se com o preenchimento do campo de entrada Material:Regular referente apenas aos
materiais existentes na envolvente opaca. Para cada material, as especificidades a definir são:
rugosidade. É possível definir de entre as opções: “VeryRough”, “Rough”, “MediumRough”,
“MediumSmooth”, “Smooth” e “VerySmooth”;
espessura (m);
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
63
condutibilidade térmica (W/m.K);
massa volúmica (kg/m3);
calor específico (J/kg.K);
coeficientes de absorção térmica, absorção solar e absorção do visível.
No Quadro 6.1 são apresentados os valores considerados na caracterização dos diferentes materiais
constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo.
Quadro 6.1 - Materiais constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo. Preenchimento do campo de entrada Material:Regular.
Recorreu-se às peças desenhadas do pavilhão de civil [45] e às tabelas do ITE-50 do LNEC para definir os
materiais do modelo de estudo e as respectivas propriedades que se apresentam no Quadro 6.1. Para o
estabelecimento da absortância solar de cada material, recorreu-se aos valores propostos no RCCTE [14]. Já
para a absortância térmica e para a absortância luminosa, optou-se por adoptar os valores por defeito do
programa.
Na definição dos restantes materiais, nos campos Material:Air, Material:WindowGlass e Material:WindowBlind
é possível definir-se caixas-de-ar, vidros e dispositivos de sombreamento dos vãos envidraçados,
respectivamente.
No presente estudo, recorreu-se ao preenchimento destes campos de entrada para a definição das janelas e
das portas interiores, elementos importantes apenas para o cálculo da inércia térmica, uma vez que por estes
elementos não se consideram trocas térmicas.
Embora o Energyplus permita a definição em separado, para o estudo do vão envidraçado principal (fachada
exterior), a definição dos seus elementos constituintes (vidros, caixilhos e gás existente na caixa de ar dos
vidros duplos) foi conseguida com recurso ao software Window 7 [21]. De uma forma expedita, este software
Name Roughness Thickness
[m] Conductivity
[W/m-K] Density [kg/m3]
Specific Heat
[J/kg-K]
Absorptance: Thermal
Absorptance: solar
Absorptance: Visible
Tijolo 7 Rough 0.07 0.38 1643 1100 0.90 0.76 0.76
Tijolo 11 Rough 0.11 0.44 1409 1100 0.90 0.76 0.76
B.a. pilar Rough 0.55 1.75 2300 653 0.90 0.75 0.75
Laje coco B.a. Rough 0.40 1.75 1800 1000 0.90 0.75 0.75
Estuque Projectado
Medium Smooth
0.01 0.50 1200 1090 0.90 0.20 0.20
Reboco e pintura
Rough 0.02 1.15 2000 800 0.90 0.20 0.20
B.a. painel pré-fabricado
Medium Rough
0.08 0.31 700 1000 0.90 0.32 0.32
Pladur Medium Rough
0.01 0.18 800 837 0.90 0.32 0.32
Forra com lajetas
Medium Rough
0.04 1.75 600 1000 0.90 0.65 0.65
Cortiça pavimento
Smooth 0.01 0.05 150 1250 0.90 0.60 0.60
Madeira Medium Rough
0.01 0.14 600 1200 0.90 0.60 0.60
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
64
permite a exportação para o EnergyPlus de um ficheiro de extensão (.dat), que agrupa as várias soluções que se
pretendem estudar, simplificando neste caso, o processo de cálculo das necessidades energéticas do gabinete
com as diferentes soluções de vãos envidraçados. Para que este ficheiro seja lido pelo EnergyPlus, é necessário
indicar, no campo de entrada Construction From Window5 Data File o mesmo nome do sistema de vão
envidraçado pretendido e atribuído no Window 7.
Em anexo, ANEXO II - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada, é apresentada uma breve
descrição da metodologia seguida na definição dessas soluções no programa Window 7.
Definidos os materiais, no campo de entrada Constrution dever-se-ão definir as diferentes camadas que
constituem os elementos construtivos da envolvente, paredes interiores e exteriores, pavimentos, tectos,
coberturas e pilares, sempre do sentido do exterior para o interior. Na Figura 6.5 é apresentada, como
exemplo, a definição de três elementos construtivos da envolvente.
Figura 6.5 – Campo de entrada Construction com a definição dos elementos construtivos da envolvente.
6.2.5. Thermal zone description/geometry
Neste grupo do IDF Editor do EnergyPlus, o utilizador define as diferentes zonas térmicas (Zones) e superfícies
que as separam (BuildingSurface). Para isso, o software permite descrever as características térmicas de cada
zona, assim como a geometria e os detalhes de cada superfície que a delimita, recorrendo a um sistema de
coordenadas (x,y,z).
Para o EnergyPlus, o conceito “Zone” define-se como um conjunto de espaços que se encontram submetidos
ao mesmo controlo térmico. As diferentes zonas de um determinado edifício podem interagir entre si, por
fluxos de calor através das superfícies adjacentes.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
65
No campo de entrada Zone é possível definir as várias zonas térmicas que se pretendem implementar/simular.
A definição destas zonas térmicas é realizada consoante o uso de cada espaço e o sistema de climatização
existente no respectivo local.
No presente trabalho definiu-se somente uma zona térmica, pois este estudo incide apenas sobre um gabinete,
e além disso, por simplificação, considerou-se que as áreas adjacentes tinham um comportamento térmico
semelhante. O preenchimento do campo Zone é apresentado na Figura 6.6.
Figura 6.6 - Campo de entrada Zone na definição da zona térmica.
Para o total reconhecimento da zona por parte do software do EnergyPlus, é necessário ainda definir as
coordenadas dos vértices das várias paredes e pavimentos que a delimitam, nos campos intitulados de Surface.
Para a definição das superfícies, o software exige o estabelecimento prévio dos critérios/regras de introdução
das coordenadas cartesianas no campo de entrada SurfaceGeometry. Neste estudo, estabeleceu-se a regra de
introduzir primeiro o vértice do canto superior esquerdo de cada superfície e os seguintes seriam introduzidos
segundo uma ordem determinada a partir do primeiro, seguindo o sentido dos ponteiros do relógio. Contudo,
todas estas indicações podem ser interpretadas de maneiras diferentes, dependendo do sentido de orientação
do observador. Assim é importante esclarecer que a posição do observador deve ser sempre do lado exterior
ao elemento a construir.
Definidos os critérios, proceder-se-á à definição da geometria do edifício indicando detalhadamente:
o tipo de superfície que se trata (chão, tecto, parede ou cobertura);
o tipo de solução construtiva, anteriormente introduzida no campo Construction;
as zonas que separa;
a sua exposição ao sol e ao vento;
as suas coordenadas cartesianas seguindo as regras estabelecidas.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
66
Importa referir que na definição de superfícies adiabáticas, isto é, que dividem zonas térmicas de
comportamento semelhante e que não processam trocas de calor, é necessário colocar no campo de entrada
OutsideFaceEnvrioment a opcção “OtherZoneSurface” e no campo OutsideFaceEnvrioment Object colocar o
nome da superfície que se está caracterizar (mesmo nome). Esta é uma forma expedita de indicar ao software
do EnergyPlus que a superfície em causa se trata de uma superfície adiabática.
A Figura 6.7 apresenta as superfícies introduzidas no caso de estudo, bem como os parâmetros que as
caracterizam.
Figura 6.7 - Campo de entrada SurfaceGeometry na definição das superfícies que delimitam a zona térmica (ZONA 1).
Os envidraçados são inseridos, exactamente da mesma forma, no campo de entrada Surface:HeatTransfer:Sub,
através da introdução das coordenadas dos vértices em relação à origem do sistema de coordenadas.
A geometria das palas que providenciam sombreamento sobre as janelas deverá ser inserida neste grupo
através da introdução das coordenadas de cada vértice que as constituem, no campo de entrada
Surface:Shading:Attached.
Neste grupo é também possível definir as propriedades das caixilharias. No presente estudo, como já foi
referido, o sistema de vão envidraçado (vidro e caixilho) é definido através do programa Window 7 [21], onde é
permitido caracterizar não apenas o vidro, mas também a caixilharia. Assim, no IDF do EnergyPlus não foi
definido nada referente às caixilharias.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
67
6.2.6. Space gains (people, lights, other internal zone equipment)
Os ganhos internos que ocorrem dentro de uma determinada zona são resultado da ocupação humana, da
iluminação artificial e dos equipamentos existentes no seu interior.
A sua definição no IDF-Editor do EnergyPlus é realizada no campo Space Gains (Peolple, Lights, Other internal
zone equipment). Neste estudo, e embora fosse possível introduzir os ganhos internos de variadas formas,
optou por se considerar um valor constante de 7 W/m2 que corresponde ao valor indicado pelo RCCTE [14]
para edifícios de serviço. Este valor, multiplicado pela área do gabinete, foi introduzido no campo de entrada
Lights, definindo-se a zona associada e o seu Schedule de funcionamento.
Figura 6.8 - Campo de entrada Space Gains na definição dos ganhos internos.
6.2.7. AirFlow
A ventilação natural desempenha um papel muito importante no balanço energético dos edifícios,
contribuindo decisivamente para as condições ambientais no seu interior. No período de Verão, poderá ser
favorável quando utilizada para a redução das necessidades de arrefecimento. Geralmente, a ventilação
natural é conseguida através das aberturas das janelas nos vãos em contacto com o exterior, melhorando
desde modo, não só a qualidade do ar interior como também a temperatura interior (no Verão). Por outro
lado, na estação de Inverno, a ventilação poderá ser desfavorável contribuindo significativamente para as
perdas de calor. Assim, para garantir condições de salubridade e de conforto, com um mínimo de gastos
energéticos por perdas de calor, é estabelecido no RCCTE [14] um valor mínimo da taxa de renovação horária
de 0.6 ren/h (0.6 RPH).
No IDF Editor do EnergyPlus, no campo de entrada AirFlow:Infiltration é possível definir taxas de infiltração do
ar variáveis ao longo do ano, sendo suficiente alocar um Shedule, indicar a zona e especificar o valor do volume
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
68
de ar renovado por hora [m3/h], calculado através do volume do gabinete e do valor de RPH. Neste estudo foi
considerado o valor de 1 RPH (renovação de ar por hora) na estação de Inverno e de 1.5 RPH na de Verão, por
se ter verificado que existiu uma maior ventilação natural do gabinete durante o Verão.
6.2.8. Zone controls and thermostats
Nos campos de entrada anteriormente definidos, foram introduzidos todos os dados que caracterizam o
gabinete do DECivil em estudo, ficando apenas a faltar definir as temperaturas no espaço interior pretendidas,
permitindo ao EnergyPlus calcular as necessidades energéticas para que estas sejam atingidas no gabinete.
Este cálculo é conseguido através da definição de um sistema de climatização fictício (Purchase air), que
introduz as cargas necessárias para que a temperatura ambiente interior se mantenha entre os valores pré-
estabelecidos, quando tal não é possível naturalmente.
No campo de entrada Zone Control:Thermostatic é possível definir um termóstato que regule este sistema de
climatização fictício, associar um Shedule que defina o seu horário de funcionamento, especificar a zona a que
se refere o termóstato e definir a temperatura de setpoint a partir da qual o aparelho entra em funcionamento.
No caso particular deste estudo foram definidos dois setpoints, um Single Heating Setpoint de 20oC e um Single
Cooling Setpoint de 25oC, para as estações de Inverno e Verão, respectivamente.
Uma vez alocado este tipo de setpoint ao termóstato, é suficiente associar o termóstato ao sistema de
climatização fictício (Purchase air) para que o programa mantenha sempre o edifício dentro das condições de
conforto descritas.
6.2.9. Report
Para finalizar, falta apenas preencher o grupo referente aos resultados Report Variable, onde são definidos
quais os outputs pretendidos e a frequência do seu registo. O software do EnergyPlus permite uma vasta lista
de variáveis possíveis, apresentada no documento Input Output Reference [50].
No presente estudo foram solicitadas as seguintes variáveis como outputs:
Outdoor Dry Bulb [°C]: Temperatura ambiente exterior;
Mean Air Temperature[°C]: Temperatura ambiente interior;
Purchased Air Total Cooling Rate [W]: Permite calcular a energia necessária para o arrefecimento da
fracção autónoma (Nvc);
Purchased Air Heating Rate [W]: Permite calcular a energia necessária para o aquecimento da fracção
autónoma (Nic);
Para comparação com os valores obtidos pelo RCCTE (subcapítulo 6.3.2) foram solicitados os dados relativos
aos ganhos e perdas por condução, que ocorrem através envolvente opaca e pelos envidraçados, cujas
designações são:
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
69
Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Gain [W]: ganhos de calor por condução que ocorrem
pela envolvente opaca;
Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Loss [W]: perdas de calor por condução que ocorrem
pela envolvente opaca;
Window Heat Gain [W]: Ganhos de calor que ocorrem pelos vãos envidraçados;
Window Heat Loss [W]: Perdas de calor que ocorrem pelos vãos envidraçados;
Window Transmitted solar [W]: Quantidade de radiação directa e difusa a entrar na fracção autónoma
através de uma janela exterior.
6.3. Calibração do modelo de simulação
6.3.1. Comparação com dados obtidos na campanha experimental
Neste capítulo serão apresentados os resultados das simulações energéticas do gabinete do DECivil para os
Dias Tipos definidos no capítulo 5, com recurso ao software de modelação energética de edifícios EnergyPlus,
de forma a obter as seguintes temperaturas médias horárias ao longo do dia:
temperatura ambiente interior;
temperatura superficial interior do pano de vidro do vão envidraçado;
temperatura superficial exterior do pano de vidro do vão envidraçado;
temperatura superficial interior do pano da parede;
temperatura superficial exterior do pano da parede.
Os inputs do software EnergyPlus para a modelação e respectiva simulação foram introduzidos conforme
descrito no subcapítulo anterior 6.2.
O objectivo principal deste processo é a calibração do modelo simplificado na simulação computacional do
desempenho térmico e energético do gabinete, utilizando o programa EnergyPlus. Para isso, é realizada a
comparação entre os valores de temperatura interior calculados pelo EnergyPlus com os medidos durante a
campanha experimental, para todos os Dias Tipo definidos. Pretende-se que a diferença entre estes valores
seja mínima. O sucesso deste processo irá permitir estimar o consumo real do gabinete para diferentes
soluções de envidraçados com um maior grau de segurança nos resultados.
Para a simulação do desempenho energético no EnergyPlus é necessário associar um ficheiro que contenha
dados das solicitações climáticas na zona em estudo. Este ficheiro designa-se por weather file e contém
informação acerca dos mais variados factores climáticos, importantes para uma correcta simulação energética
de um edifício, como por exemplo, temperatura exterior, temperatura de ponto de orvalho (Dew Point
Temperature), humidade relativa do ar exterior, pressão atmosférica, as diferentes componentes de radiação
solar e de iluminância, direcção e velocidade do vento, precipitação, entre outros. Para um estudo mais
rigoroso, foram substituídos alguns dados climáticos do ficheiro weather file original por dados medidos
experimentalmente, enquanto os restantes, não medidos experimentalmente, foram mantidos com os valores
padrão contidos no ficheiro weather original disponibilizado pelo LNEG (antigo INETI) para Lisboa.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
70
Os valores de humidade relativa do ar exterior, pressão atmosférica, direcção e velocidade do vento foram
registados, precisamente nesses dias, numa estação meteorológica situada na Torre de Química do Instituto
Superior Técnico, uma vez que não foram medidos durante a campanha experimental realizada no gabinete.
Para a temperatura exterior foram considerados os valores obtidos pelos termopares (T7e) durante a
campanha de monitorização, apresentados no capítulo 5.
Para a caracterização da radiação solar, foi necessário efectuar alguns cálculos, já que o EnergyPlus considera
como inputs valores não obtidos directamente durante a campanha. De facto, os inputs do ficheiro climático do
EnergyPlus para a caracterização da radiação solar são:
radiação difusa em plano horizontal;
radiação directa normal.
Durante as campanhas de monitorização térmica, como já foi referido, apenas foi medida experimentalmente a
radiação global no plano horizontal, que representa a soma da radiação directa no plano horizontal com a
radiação difusa no plano horizontal (equação 6.1).
(6.1)
Para a obtenção da radiação directa normal, um dos inputs requeridos no ficheiro climático, calculou-se numa
primeira fase, a radiação directa em plano horizontal através da equação 6.2.
(6.2)
Importa referir que foram utilizados os valores padronizados do ficheiro climático de Lisboa gerado pelo LNEG
(antigo INETI) para a radiação difusa em plano horizontal, uma vez que estes valores não foram obtidos
experimentalmente.
Com os valores de radiação directa em plano horizontal e da altura solar (α), facilmente se calcula a radiação
directa normal, pela seguinte expressão:
( ) (6.3)
Para isso, será apenas necessário obter os valores da altura solar (α) que representa o ângulo entre o plano
horizontal sobre a Terra e os raios solares, tal como ilustrado na Figura 6.9.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
71
Figura 6.9 - Altura solar (α)
Para o cálculo da altura solar, recorreu-se aos valores padrão de radiação solar do ficheiro climático de Lisboa
gerado pelo LNEG, através da expressão 6.4:
(
) (
) (6.4)
Estes valores obtidos para a altura solar, foram também confirmados com os de output do programa
EnergyPlus, solar Altitude Angle.
Desta forma, os valores de radiação directa normal foram obtidos a partir do valor da altura solar (α) e dos
valores de radiação global em plano horizontal medidos durante a campanha experimental e de radiação difusa
normal do ficheiro climático gerado pelo LNEG. Os valores de radiação directa normal obtidos foram
introduzidos no ficheiro weather file com recurso ao programa weather converter do EnergyPlus, permitindo
que a simulação energética fosse a mais fidedigna possível e a mais próxima da situação real.
Seguidamente serão apresentados os valores de temperatura interior medidos experimentalmente durante as
campanhas e os obtidos nas simulações do EnergyPlus, para os Dias Tipo anteriormente definidos (capítulo 5).
6.3.1.1. Dia Maior Radiação – Estação Arrefecimento
O Dia de Maior Radiação, 12 de Junho de 2011, corresponde a um Domingo, pelo que, para a modelação do
gabinete, neste dia, foram considerados os seguintes aspectos:
gabinete sem ocupação, considerando-se nulos os ganhos internos com equipamentos ou pessoas;
estore interior sempre fechado, isto é, associando o Schedule “On” e com ângulo de lamela de 10°,
próximo do fecho total das lamelas;
1 RPH (renovação de ar por hora), superior ao mínimo de 0.6 RPH exigido pelo RCCTE.
Na Figura 6.10 são apresentadas as temperaturas medidas durante a campanha de monitorização térmica
realizada no gabinete e as obtidas pelo programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas
temperaturas ao longo do dia foi de 1.22°C.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
72
Figura 6.10 – Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Maior Radiação (Verão).
Importa referir que as Figuras neste capítulo 6.3 apresentam as temperaturas médias horárias, ao contrário das
apresentadas no capítulo anterior, que registavam as temperaturas medidas de 10 em 10 minutos. Este facto
explica as curvas menos angulosas, verificadas nas Figuras deste capítulo, comparativamente às apresentadas
no capítulo 5.
6.3.1.2. Dia Mais Quente – Estação Arrefecimento
O dia com média diária de temperatura exterior mais elevada, 26 de Junho de 2011, corresponde também a
um Domingo, tendo sido tomadas as mesmas considerações do Dia Maior Radiação.
Na Figura 6.11 estão representadas as temperaturas medidas durante a campanha monitorização térmica e as
obtidas pelo programa informático EnergyPlus. A diferença média calculada para essas temperaturas, ao longo
deste dia, foi de 0.648°C.
Figura 6.11 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Quente (Verão).
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
73
6.3.1.3. Dia Climatizado Verão – Estação Arrefecimento
O Dia Climatizado de Verão, 24 de Junho de 2011, corresponde a uma sexta-feira, ou seja, um dia de semana
com ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia, foram tidas as seguintes considerações:
o valor adoptado para os ganhos internos de calor do gabinete (com ocupação) foi de 7 W/m2, que
corresponde ao valor proposto no RCCTE [14] para os ganhos internos de edifícios de serviços;
estore veneziano interior com um ângulo de abertura do estore de 10° accionado nas horas de maior
calor. Para isso foi associado um Schedule que o accionava nas horas em que a temperatura exterior
fosse superior a 25 C. Nos restantes períodos do dia, o estore é considerado inactivo, isto é,
completamente aberto (subido);
taxa de renovação de ar de 1.5 RPH (renovações de ar por hora). No Verão há uma maior tendência
de abrir as janelas e portas, permitindo refrescar o ambiente. Por isso, foi considerado um valor de
1.5 RPH superior à taxa de renovação de ar na estação de Inverno e no período de fim-de-semana.
Com este aumento da taxa de renovação do ar melhorou o ajuste entre os resultados numéricos e
experimentais;
ar condicionado ligado com temperatura de setpoint de 21°C, nas horas de efectivo funcionamento,
registadas nesse dia (8h20-18h00).
Na Figura 6.12 apresentam-se as temperaturas medidas durante a campanha experimental e as obtidas pelo
programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de 0.465°C.
Figura 6.12 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado Verão.
6.3.1.4. Dia Menor Radiação – Estação de Aquecimento
O dia de menor radiação corresponde já à campanha de Inverno, mais precisamente a 24 de Janeiro de 2011 e,
sendo uma segunda-feira, é um dia de semana com ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia foram
tidas as seguintes considerações:
foi considerado o valor de ganhos internos de 7 W/m2 [14];
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
74
Estore interior completamente aberto, associando o Schedule “Off”;
1RPH (renovação de ar por hora) superior ao mínimo de 0.6 h-1 exigido pelo RCCTE;
Ar condicionado com bomba de calor accionado com temperatura de request de 25°C, nas horas
de registo para esse dia (10h00-11h50 e 12h50-14h20).
Na Figura 6.13 apresentam-se as temperaturas medidas durante a campanha experimental e as obtidas pelo
programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de 0.663°C.
Figura 6.13 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Menor Radiação (Inverno).
6.3.1.5. Dia Mais Frio – Estação de Aquecimento
O dia em que foi registada uma temperatura média diária mais reduzida, 23 de Junho de 2011, corresponde a
um Domingo, pelo que, para a modelação do gabinete neste dia foram tidas as seguintes considerações:
gabinete sem ocupação, pelo que se consideraram nulos os ganhos internos com equipamentos ou
ocupação;
estore interior sempre aberto, associando-se o Schedule “Off”;
1 RPH (uma renovação de ar por hora, superior ao mínimo de 0,6 h-1 exigido pelo RCCTE [14]).
Na Figura 6.14 apresentam-se as temperaturas medidas durante a campanha experimental e as obtidas pelo
programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de -0.781°C.
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
75
Figura 6.14 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Frio (Inverno).
6.3.1.6. Dia Climatizado Inverno – Estação de Aquecimento
O dia climatizado de Inverno, 27 de Janeiro de 2011, corresponde a uma quinta-feira, um dia de semana com
ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia foi considerado que:
gabinete com ocupação, com um valor de ganhos internos de 7 W/m2;
estore veneziano interior sempre aberto, associando ao Schedule “Off”;
taxa de renovação de ar unitária (superior ao mínimo de 0.6 h-1 exigido pelo RCCTE [14]);
ar condicionado com bomba de calor ligado com temperatura de setpoint de 30°C, nas horas de registo
para esse dia (9h20-15h20 e 16h10-19h30).
Na Figura 6.15 apresentam-se as temperaturas medidas durante a campanha experimental e as obtidas pelo
programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de 0.808°C.
Figura 6.15 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado Inverno.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
76
6.3.1.7. Todos os Dias Tipo: Quadro Resumo
Como já foi referido, para além da temperatura ambiente interior, foram também obtidas através do
EnergyPlus as seguintes temperaturas:
temperatura superficial interior do pano de vidro do vão envidraçado;
temperatura superficial exterior do pano de vidro do vão envidraçado;
temperatura superficial interior do pano da parede;
temperatura superficial exterior do pano da parede.
No Quadro 6.2 estão apresentadas os valores médios diários das diferenças de temperaturas obtidas pelo
EnergyPlus e medidas experimentalmente, para os diferentes Dias Tipo estudados.
Quadro 6.2 – Diferenças médias diárias das temperaturas obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus, para os diferentes Dias Tipo estudados.
Média da diferença das Temperaturas [°C]
Temperatura Parede
(Sup. Interior)
Temperatura Parede
(Sup. Exterior)
Temperatura Vidro
(Sup. Interior)
Temperatura Vidro
(Sup. Exterior)
Temperatura Ambiente
Interior
Dia Mais Frio 1.877 1.446 0.640 1.158 -0.781
Dia Menor Radiação 3.393 1.640 1.042 1.521 0.663
Dia Climatizado Inverno 5.439 -0.021 -0.157 0.383 0.808
Dia Maior Radiação 3.046 0.085 2.456 1.549 1.224
Dia Climatizado Verão 2.635 0.513 2.806 0.542 0.465
Dia Mais Quente 1.749 -0.557 1.464 0.350 -0.648
6.3.1.8. Discussão de resultados
Pela comparação dos valores das temperaturas de ambiente interior, obtidas experimentalmente durante as
campanhas experimentais de Inverno e Verão e numericamente pelo software de simulação energética
EnergyPlus, verifica-se que estas são relativamente semelhantes, apresentando ainda assim algumas diferenças
nas horas de maior radiação, principalmente nos Dias Tipo da estação de Verão.
As possíveis causas para a ocorrência destas diferenças de temperaturas são essencialmente de dois tipos:
1. Erros de medição durante a campanha de experimental:
exposição à radiação solar: Apesar dos termopares utilizados na medição das temperaturas
apresentarem uma espessura bastante reduzida (0.2 mm), quando são sujeitos à incidência directa
de radiação solar, aquecem podendo sobrestimar os valores de temperatura medidos;
limitações dos aparelhos de medição: Todos os valores obtidos experimentalmente estão afectos a
algum grau de erro experimental, devido a erros de precisão associados a cada aparelho de
medição.
2. Erros numéricos associados ao Programa EnergyPlus:
dados de input de solicitações climáticas: nas solicitações climáticas, como já foi referido
anteriormente, nem todos os valores utilizados na caracterização dos diversos parâmetros foram
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
77
obtidos experimentalmente na campanha de monitorização térmica. Por exemplo, os valores de
radiação difusa introduzidos, foram obtidos através do ficheiro original do weather file de Lisboa
gerado pelo LNEG (antigo INETI). Este facto faz com que os dados introduzidos no programa
informático, possivelmente, não sejam exactamente iguais aos que se verificaram na realidade
naqueles dias específicos do ano de 2011, uma vez que se tratam de dados característicos da zona
climática, também para aqueles dias. Apesar de tudo, estima-se que este erro não deva ser muito
elevado, uma vez que a radiação difusa não tem um grande peso nos ganhos térmicos de um
edifício comparativamente com a radiação directa, que obtida através da radiação em plano
horizontal medida experimentalmente;
dados de input dos materiais da envolvente: os dados introduzidos para as propriedades dos
materiais constituintes da envolvente do gabinete correspondem aos tabelados para aqueles
materiais que se prevêem terem sido os utilizados nas soluções de envolvente. Apesar de se ter
realizado algum trabalho de pesquisa, existe a possibilidade de não se estar a utilizar as
propriedades reais dos materiais. Para além disso, os próprios materiais com o tempo, podem
alterar as suas propriedades iniciais;
dados de input de infiltrações: foram considerados valores de uma renovação de ar por hora (1
RPH) no Inverno, que representa um valor ligeiramente acima do mínimo exigido pelo RCCTE (0.6
h-1) [14]. No Verão, foram consideradas duas renovações de ar por hora (2 RPH), uma vez que o
arejamento do ambiente por via da abertura de janela é nesta estação geralmente mais frequente.
Nos dias sem ocupação, independentemente da estação do ano, foi considerada a taxa de uma
renovação de volume de ar horária (1 RPH), pela mesma razão, isto é, o não arejamento do
ambiente pela abertura de portas ou janelas. Estes valores não foram medidos
experimentalmente, podendo estar sujeitos a alguns erros.
Apesar de tudo, de um modo geral, as diferenças entre os resultados experimentais e numéricos de
temperatura ambiente obtidos para os diferentes Dias Tipo foram bastante razoáveis, pelo que se considerou
aceitável a modelação do gabinete. Assim, é possível realizar a análise dos consumos energéticos para
diferentes soluções de envidraçados e dispositivos de sombreamento (capítulo 7), com uma maior segurança
nos resultados de simulação.
De uma forma complementar, foi ainda realizado um outro estudo comparativo entre os resultados das
simulações energéticas do EnergyPlus e os obtidos numa análise em regime estático baseada na metodologia
indicada pelo RCCTE, o qual é apresentado no subcapítulo seguinte.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
78
6.3.1. Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE
O estudo do comportamento térmico desenvolvido nesta dissertação com o recurso ao software EnergyPlus
baseia-se numa metodologia de cálculo dinâmico. Com o intuito de reforçar a correcta modelação do caso de
estudo e garantir o máximo de rigor nos resultados obtidos, realizou-se uma análise em regime estático
baseada na metodologia indicada pelo RCCTE [14]. Neste subcapítulo é realizada uma comparação entre os
resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE, para os períodos de Verão e Inverno.
Nas Figuras 6.16 e 6.17 são apresentados os resultados de ganhos e perdas do gabinete e respectivas
necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) e arrefecimento (Nvc), obtidos com os
dois métodos de análise. Importa salientar que o cálculo de Nic e Nvc foi realizado segundo Decreto-Lei nº
80/2006 de 4 de Abril (RCCTE) [14].
Figura 6.16 - Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Aquecimento
Figura 6.17 – Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Arrefecimento
Analisando os resultados obtidos com ambas as metodologias, verifica-se que as necessidades energéticas do
gabinete são maiores com a metodologia do EnergyPlus do que com a do RCCTE. No Inverno, os valores obtidos
para as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) são praticamente idênticos,
quando calculados pelos dois sistemas. Já no Verão, os resultados obtidos apresentam valores de necessidades
nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) diferentes. Em ambos os sistemas, verifica-se que as
Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus
79
necessidades energéticas são superiores na estação de arrefecimento (Verão), relativamente à de aquecimento
(Inverno).
Analisando os ganhos e perdas pelos elementos opacos, no período de Inverno, verifica-se que estes são
maiores na análise efectuada com o EnergyPlus mas, o facto de este considerar também ganhos solares através
destes elementos, torna a diferença total mais próxima da obtida pelo RCCTE.
No Verão, tanto o RCCTE como o EnergyPlus apresentam valores de ganhos e perdas de calor pela superfície
opaca semelhantes, embora os valores obtidos pelas duas metodologias sejam consideravelmente diferentes.
Analisando as trocas de calor pelos envidraçados, verificam-se que os valores obtidos são relativamente
semelhantes, embora o EnergyPlus apresente valores mais elevados.
A radiação solar incidente no envidraçado apresenta valores na mesma ordem de grandeza.
Relativamente aos ganhos internos, estes são praticamente idênticos em ambos os métodos.
Do ponto de vista geral, as diferenças de resultados verificadas pelos dois métodos de análise devem-se
essencialmente às diferentes metodologias de cálculo adoptadas e aos dados climatéricos associados. O RCCTE
baseia-se numa análise estática, em que as trocas de calor são determinadas em regime permanente para os
dois períodos de referência (Inverno e Verão). Em contrapartida, o EnergyPlus, através de uma análise
dinâmica, permite determinar as trocas de calor em cada instante da simulação.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
80
Cap. 7 – Resultados
81
CAPÍTULO 7 – RESULTADOS
Com o objectivo de estudar o impacto do vão envidraçado no desempenho energético de um gabinete do
DECivil, foram realizados, em separado, vários estudos do desempenho dos diferentes elementos que
constituem um sistema de vão envidraçado. Assim, foram calculadas as necessidades energéticas de
climatização do gabinete com diferentes soluções de vão envidraçado, ao longo de todo o ano. Foram
estabelecidas temperaturas de conforto de 20oC e de 25oC, para as estações de Inverno e Verão,
respectivamente. Os consumos energéticos apresentados serão os necessários para manter essas
temperaturas de conforto durante os dias úteis, no horário de expediente (8h-19h).
7.1. Impacto do tipo de vidro
No estudo de impacto do tipo de vidro foram simuladas 12 soluções de vidro simples e duplo, previamente
escolhidas e indicadas para o caso de estudo, das quais resultaram cinco soluções de vidro simples e sete de
vidro duplo [38].
Dos vidros simples, foi escolhido um simples incolor (1), por ser o existente no gabinete, um vidro simples claro
(2), por transmitir maior quantidade de luz, um simples com capa de controlo solar (5), por ter a capacidade de
“filtrar” a luz solar, e ainda, um colorido (3) e um reflectante (4), por serem soluções particulares a nível
estético.
As soluções definidas para vidro duplo apresentam propriedades de baixa emissividade, com excepção da
solução de vidro duplo incolor (6), que é uma solução bastante comum na construção em Portugal. Assim
resultaram, além deste, um baixo emissivo (7), três baixos emissivos com controlo solar (8, 9 e 10), um baixo
emissivo reflectante (11) e um baixo emissivo colorido (12). O estudo não envolveu uma maior diversidade de
soluções de vidro, uma vez que os definidos são os que melhor se adequam ao clima e gabinete em estudo.
Antes da apresentação e descrição detalhada de todas as soluções de vidro estudadas, é importante explicar a
nomenclatura utilizada na referência às várias faces dos vidros de um vidro duplo. Assim, partindo do exterior
para o interior:
Face 1: face exterior do vidro exterior, única face em contacto com o ambiente exterior;
Face 2: face interior do vidro exterior, em contacto com a câmara de preenchimento;
Face 3: face exterior do vidro interior, em contacto com a câmara de preenchimento;
Face 4: face interior do vidro interior, única face em contacto com o ambiente interior do edifico.
No Quadro 7.1 estão apresentadas as principais características técnicas e vidros constituintes, de todas as
soluções de vidro estudadas.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
82
Quadro 7.1 - Caracterização dos vidros constituintes das várias soluções estudadas [38].
Nº solução de envidraçado Vidros constituintes Espessura Tvis g⊥ U
[W/m2.◦C] 1 Simples incolor SGG Planilux 6mm 0.89 0.83 5.23
2 Simples claro SGG Diamant 8mm 0.91 0.89 5.17 3 Simples colorido SGG Parsol Bronze 8mm 0.40 0.58 5.17 4 Simples reflectante SGG Reflectasol (capa face 2) 8mm 0.31 0.50 5.17 5 Simples com capa controlo solar SGG Cool-lite ST 120 8mm 0.20 0.33 4.59
6 Duplo incolor SGG Planilux 6mm
0.79 0.72 2.73 Ar 16mm SGG Planilux 6mm
7 Duplo baixo emissivo
SGG Planilux 6mm
0.78 0.57 1.35 Ar 16mm SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm
8 Duplo baixo emissivo e com controlo solar
SGG Planistar (face 2) 6mm
0.69 0.38 1.35 Ar 16mm SGG Planilux 6mm
9 Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento
SGG Cool-lite SKN 154 (face2) 6mm 0.50 0.29 1.27 Ar 16mm
SGG Planilux 6mm
10 Duplo baixo emissivo com controlo solar por selectividade espectral
SGG Cool-lite Xtreme (face2) 6mm 0.59 0.29 1.27 Ar 16mm
SGG Planilux 6mm
11 Duplo baixo emissivo e reflectante
SGG Antelio Emerald (face2) 6mm 0.47 0.30 1.35 Ar 16mm
SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm
12 Duplo baixo emissivo e colorido SGG Parsol Grey 6mm
0.38 0.36 1.35 Ar 16mm SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm
No Quadro 7.2 são apresentadas as descrições técnicas e as principais vantagens de cada uma das soluções de
vidro estudadas.
Quadro 7.2 - Descrição técnica e principais vantagens das várias soluções estudadas [38].
Nº
solução de
Envidraçado
-Nome Comercial
(SGG)
Descrição técnica Principais Vantagens
1 Simples incolor
- Planilux
Vidro incolor fabricado pelo processo float4.
Este processo permite obter um vidro com
faces perfeitamente planas e paralelas.
Disponível numa vasta gama de espessuras.
Vidro incolor de multiusos.
2
Simples claro
-Diamant Extra
Claro
Vidro fabricado também pelo processo float,
mas apresenta um reduzido teor em óxidos de
ferro que lhe confere uma elevada
transparência. É vidro claro, extremamente
transparente e que apresenta uma coloração
residual muito ténue, sendo por isso, um vidro
com propriedades estéticas e ópticas muito
particulares.
Elevada transparência.
Grande neutralidade em transmissão:
optimização da percepção das cores e do
contraste.
Brilho e profundidade: ausência de reflexo
verde sobre o vidro.
Ideal para vitrinas de museus, de jóias, etc.
4 Float: Processo definido em (Saint Gobain Glass, 2008) [38].
Cap. 7 – Resultados
83
3
Simples colorido
- Parsol Colorido
bronze
Vidro colorido na massa, fabricado segundo o
mesmo processo float. Para além do seu
aspecto colorido, apresenta também
propriedades de controlo solar.
Múltiplas aplicações onde quer que seja
determinante a estética e importante o
controlo solar.
4
Simples
reflectante
- Reflectasol
Vidro com uma capa de controlo solar. Esta
capa transparente é um depósito de origem
metálica e aplicada sobre um vidro SGG
Planilux, durante a fabricação. Por razões
estéticas, a capa deve ser colocada na face 2.
Elevada reflexão luminosa e aspecto estético
exclusivo;
Reduzida transmissão luminosa;
Conforto visual em condições de grande
exposição solar.
5
Simples com
capa controlo
solar
- Cool-Lite
Vidro incolor Planilux sobre o qual é
depositada uma capa transparente de origem
metálica. Esta capa confere características de
controlo solar, mantendo o seu aspecto
estético original. A deposição desta capa,
sempre na face 2, é realizada por pulverização
catódica sob vácuo.
Limitação da entrada de raios solares.
Melhoria do conforto visual.
Facilidade de combinação com outros
materiais.
Associação de desempenho energético com
estética.
6
Duplo incolor
– Climalit
Vidro duplo tradicional fabricado segundo o
processo Climalit 5 . É constituído por dois
vidros incolores simples (Planilux) separados
por um espaço hermeticamente preenchido
com ar tratado.
Isolamento térmico: Redução dos custos de
aquecimento e melhoria do conforto junto
de superfícies envidraçadas.
Passagem de luz natural: Elevado nível de
transmissão luminosa.
7
Duplo baixo
emissivo
- ClimaPlus Ultra
N
Vidro duplo cujo vidro interior está revestido
com uma capa (face 3) de baixa emissividade
(Planitherm) que lhe confere a função de
elevado rendimento que permite uma
performance de isolamento térmico superior
à de um vidro duplo incolor. Durante os
períodos frios, reduz fortemente as perdas
térmicas por radiação através do vidro. Assim,
é caracterizado por ser um vidro duplo de
isolamento térmico reforçado, especialmente
concebido para isolar contra o frio,
participando activamente no conforto do
edifício, durante a estação de Inverno.
Diminuição significativa dos encargos com o
aquecimento.
Melhoria do conforto: quase supressão da
zona fria na proximidade de superfícies
envidraçadas, utilização maximizada do
espaço disponível e redução dos riscos de
condensação no vidro interior.
Permite projectar grandes superfícies
envidraçadas respeitando as limitações
impostas pela legislação em vigor.
Elevado nível de transmissão luminosa;
Aspecto neutro em reflexão e em
transmissão.
8
Duplo baixo
emissivo e de
controlo solar
– ClimaPlus 4S
Vidro apelidado de "Conforto 4 estações".
Vidro duplo cujo vidro exterior, um Planistar,
tem a propriedade de ser simultaneamente
de baixa emissividade e de controlo solar.
Este vidro é revestido por uma capa
transparente de óxidos metálicos nobres,
conferindo ao vidro duplo as funções
simultâneas de elevado rendimento no
Inverno e de protecção solar no Verão.
A Capa deverá ser depositada na face 2.
No Inverno (Isolamento térmico 3 vezes
superior ao de um vidro duplo incolor):
Reduz o desperdício de calor.
Explora ao máximo a área das janelas;
Reduz a formação de condensação no lado
interior do vidro.
Possibilidade de grandes superfícies de
envidraçado respeitando as exigências da
regulação térmica em vigor.
No Verão (Reduz para metade a transmissão
directa de calor solar através do vidro):
Melhoria do conforto pela manutenção de
uma temperatura interior agradável:
Diminuição da transmissão de raios UV.
5 Climalit: Processo definido em (Saint Gobain Glass, 2008) [38].
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
84
9
Duplo baixo
emissivo de
controlo solar de
elevado
rendimento
– ClimaPlus solar
Control: Cool-Lite
SK
Vidro duplo de elevado rendimento concebido
para assegurar uma função complementar de
controlo solar, em particular, a redução dos
efeitos solares e a limitação mais ou menos
intensa da transmissão luminosa. Bloqueia
74% da energia solar deixando passar 50% da
luz. O vidro exterior é um vidro de controlo
solar de elevada performance e é obtido por
depósito catódico da capa metálica nobre,
Cool-lite SKN 154, sobre um vidro incolor
(Planilux). A capa é colocada em face 2.
Redução da entrada de raios solares.
É um vidro bastante neutro em transmissão.
Permite beneficiar do calor e da luz do sol,
sem excesso.
Limitação do sobreaquecimento interior de
assoalhadas não climatizadas.
Melhoria do conforto visual, atenuando a luz;
Evita a formação de condensação sob os
vidros em zonas húmidas.
10
Duplo baixo
emissivo de
controlo solar
por selectividade
espectral
- ClimaPlus solar
Control Cool-Lite
Xtreme
Vidro duplo de controlo solar de altíssima
selectividade (relação entre a transmissão
luminosa e energia solar). O vidro exterior é
revestido por uma capa magnetónica, Cool-lite
Xtreme, colocada sob condições de vácuo num
vidro float, em face 2. É um vidro que obtém
elevadas performances ao nível do controlo
solar e do isolamento térmico, para além de
ser extremamente neutro a nível estético.
Transparente: Transmissão de luz solar muito
elevada, criando um bom espaço de luz.
Dispensa o recurso ao sombreamento
tradicional, permitindo a entrada de luz
durante todo ano.
Vidro "fresco": o seu reduzido factor solar e
reduzido coeficiente de sombreamento,
permitem um bom desempenho em edifícios
de escritório.
Estético e neutralidade: A reduzida reflexão e
o aspecto neutro facilitam o seu uso na
arquitectura moderna.
11
Duplo baixo
emissivo e
reflectante
- ClimaPlus Ultra
N Reflectasol
Associação de um vidro de controlo solar com
outro de baixa emissividade (Planitherm).
O vidro exterior, Antelio Emerald, é um vidro
com uma capa de natureza metálica aplicada
sobre um vidro colorido (Parsol) durante a
fabricação na linha float. Esta capa ao ser
aplicada na face 1 (face exterior) confere ao
vidro um aspecto uniforme e reflectante.
O vidro interior, Planitherm, está revestido
com uma capa de baixa emissividade (face 3)
conferindo ao vidro a sua função de elevado
rendimento. Esta capa reflecte os raios
infravermelhos de longo comprimento de
onda, responsáveis pelo aquecimento. Durante
os períodos frios, reduz fortemente as perdas
térmicas por radiação através do vidro.
Combinação das vantagens de um vidro
baixo emissivo com as de um vidro
reflectante:
Diminuição significativa dos encargos com o
aquecimento.
Melhoria do conforto: quase supressão da
zona fria na proximidade de superfícies
envidraçadas, utilização maximizada do
espaço disponível e redução dos riscos de
condensação no vidro interior.
Permite projectar grandes superfícies
envidraçadas respeitando as limitações
impostas pela legislação em vigor.
Limitação da entrada dos raios solares.
Uniformidade estética das fachadas.
Conforto visual em condições de grande
exposição solar.
12
Duplo baixo
emissivo e
colorido
- ClimaPlus Ultra
N Parsol
Vidro duplo de isolamento térmico reforçado e
de controlo solar. Associação de um vidro com
propriedades controlo solar com outro de
baixa emissividade. O vidro exterior, Parsol, é
um vidro colorido em massa com propriedades
de controlo solar. O vidro interior, Planitherm,
está revestido com uma capa de baixa
emissividade conferindo ao vidro a sua função
de elevado rendimento. Esta capa reflecte os
raios infravermelhos de longo comprimento de
onda, responsáveis pelo aquecimento.
Combinação das vantagens de vidro baixo
emissivo com as de um vidro colorido:
Diminuição significativa dos encargos com o
aquecimento.
Melhoria do conforto: quase supressão da
zona fria na proximidade de superfícies
envidraçadas, utilização maximizada do
espaço disponível e redução dos riscos de
condensação no vidro interior.
Cap. 7 – Resultados
85
Para cada uma das soluções apresentadas foram realizadas duas simulações energéticas para dois períodos
diferentes do ano, permitindo o cálculo das necessidades de aquecimento e de arrefecimento do gabinete do
DECivil, durante o Inverno e o Verão, respectivamente. Neste processo de cálculo das necessidades energéticas
de climatização, foram consideradas as seguintes condições:
estação de aquecimento: de 1 de Novembro a 10 de Maio;
estação de arrefecimento: de 1 de Junho a 30 de Setembro;
gabinete com dispositivos de sombreamento inactiva (estores venezianos);
caixilharia com corte térmico (U=5.680 W/m2.°C), excepto na solução 1, onde foi considerado
caixilharia sem corte térmico, por se tratar da solução existente.
Na Figura 7.1 são apresentadas as necessidades anuais de aquecimento do gabinete para as diferentes
soluções de vidro estudadas, bem como os ganhos e as perdas de calor pelo envidraçado.
Figura 7.1 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) do gabinete do DECivil (estação de Inverno).
Da análise da Figura 7.1 conclui-se que:
o vidro com melhor desempenho energético durante a estação de Inverno, menores necessidades de
aquecimento, é o vidro duplo baixo emissivo (7). Este vidro, Climaplus Ultra N, é concebido
principalmente para os períodos frios e é caracterizado por reduzir fortemente as perdas térmicas
pelo envidraçado. Os ganhos solares são cerca do triplo das suas perdas, o que nesta estação se pode
tornar bastante benéfico. Apresenta um dos coeficientes de transmissão térmica mais reduzidos de
todas as soluções estudadas (U=1,35 W/m2.°C), deixando ainda assim, passar cerca de 78% da luz
visível (Tvis=0,78) e cerca de 57% da energia solar (g=0.57), tal como apresentado no Quadro 7.1. A
solução (6), vidro duplo incolor, apresenta um comportamento semelhante, com valores de
necessidades anuais de aquecimento (Nic) ligeiramente superiores;
a solução de envidraçado que apresenta piores resultados de desempenho energético, na estação de
aquecimento, é a de vidro simples com capa de controlo solar (5). Este vidro, Cool-lite ST120,
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
86
apresenta um factor solar relativamente reduzido (g=0.33) fazendo com que os ganhos solares pelo
envidraçado sejam reduzidos. Por outro lado, como tem um coeficiente de transmissão térmica
relativamente elevado (U=5.17 W/m2.°C), apresentam perdas energéticas significativas, quando
comparadas com os ganhos de calor. Assim, com reduzidos ganhos solares e elevadas perdas de calor,
esta solução apresenta elevadas necessidades energéticas de aquecimento;
o vidro simples reflectante (4) apresenta também um fraco desempenho energético na estação de
aquecimento. As razões são exactamente as mesmas, reduzidos ganhos solares e consideráveis perdas
de calor pelo envidraçado;
os vidros simples incolor e simples claro (1 e 2, respectivamente) são as soluções que apresentam
maiores ganhos solares pelo envidraçado, mas em contrapartida, o facto de apresentarem
simultaneamente perdas de calor consideráveis, o desempenho energético nesta estação não é dos
melhor. Estas soluções são caracterizadas por elevados valores de coeficiente de transmissão térmica
e por permitem a transmissão de grande parte da luz visível e da energia solar para o espaço interior;
concluindo, para que uma solução de vidro contribua para um bom desempenho energético do
gabinete do DECivil, durante a estação de aquecimento, é necessário que permita ganhos solares
consideráveis, elevado coeficientes de Tvis e g, e em simultâneo, que não apresente elevadas perdas
de calor pelo envidraçado, ou seja, que apresente um reduzido coeficiente de transmissão térmica (U).
Na Figura 7.2 são apresentadas necessidades anuais de arrefecimento do gabinete do DECivil, bem como os
ganhos e as perdas de calor pelo envidraçado das diferentes soluções de vidro estudadas.
Figura 7.2 - Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) gabinete do DECivil (estação de Verão).
Da análise da Figura 7.2 pode concluir-se que:
Com desempenhos energéticos muito semelhantes, os vidros duplos com controlo solar selectivo (9) e
de elevado rendimento (10), são os vidros que apresentam as necessidades energéticas de
arrefecimento mais reduzidas. Estes vidros (ClimaPlus solar Control) apresentam uma capa metálica na
face 2 (face interior do vidro exterior) que permite uma redução dos efeitos solares no interior.
Cap. 7 – Resultados
87
Apresentam os menores valores de coeficiente de transmissão térmica e de factor solar de todas as
soluções estudadas (U= 1.27 W/m2.°C e g=0.29), permitindo reduzir os ganhos e as perdas de calor
pelo envidraçado. Por outro lado, são soluções que permitem uma elevada transmissão de luz solar,
aumentando o conforto visual no interior do edifício. Por exemplo, a solução de vidro duplo de
controlo solar selectivo (10) apresenta um bom desempenho energético e, em simultâneo, permite a
passagem de 59% da luz solar. Já a solução 9, permite a passagem de 50% da luz solar.
as soluções com pior desempenho energético são as de vidro simples claro (2), de vidro simples
incolor (1) e de vidro duplo incolor (6), com necessidades de arrefecimento de 80.97, 78.43 e 78.80
kWh/m2.ano, respectivamente. Estas soluções apresentam um elevado factor solar (g> 0.70),
permitindo ganhos solares elevados. Na estação de arrefecimento, esta característica torna-se
bastante penalizadora para o desempenho energético do gabinete.
Concluindo, para que uma solução de vidro contribua para um bom desempenho energético do gabinete do
DECivil, durante a estação de arrefecimento, é necessário que apresente um reduzido factor solar, não
permitindo elevados ganhos de calor. Em simultâneo, é aconselhável que apresente um elevado factor de
transmissão de luz visível, aumentando o conforto visual no interior do gabinete.
Realizados os estudos para as diferentes estações, falta apenas compreender qual das soluções de envidraçado
estudadas permite um melhor desempenho energético do gabinete ao longo de todo o ano, isto é, menores
necessidades energéticas anuais de climatização. Assim, foi realizado o cálculo das necessidades nominais
globais de energia primária (Ntc) de cada solução, ao longo de todo o ano, permitindo o posterior cálculo das
emissões de C02 e do custo de energia. As necessidades nominais globais de energia primária (Ntc) não
traduzem simplesmente a soma das necessidades energéticas do gabinete durante duas estações. Este
parâmetro exprime a quantidade de energia primária correspondente à soma ponderada das necessidades
nominais de aquecimento (Nic), de arrefecimento (Nvc) e de preparação de águas quentes sanitárias (Nac), tendo
em consideração os sistemas adoptados ou, na ausência da sua definição, sistemas convencionais de
referência, e os padrões correntes de utilização desses sistemas [14]. A equação 8 traduz o cálculo deste
parâmetro.
[kgep/m2.ano] (7.1)
Onde,
Ntc - Necessidades nominais globais de energia primária [kgep/m2.ano];
Nic - Necessidades nominais de aquecimento [kWh/m2.ano];
Nvc - Necessidades nominais de arrefecimento [kWh/m2.ano];
Nac - Necessidades nominais de preparação de águas quentes sanitárias [kWh/m2.ano];
- Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para o aquecimento (= 0,3);
- Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para arrefecimento (= 0,4);
Fpui - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de aquecimento;
Fpuv - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de arrefecimento;
Fpua - Factor de conversão de energia útil em energia primária na preparação de AQS.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
88
Importa referir, que neste estudo aplicado ao gabinete do DECivil, não foram consideradas necessidades
nominais de preparação de águas quentes sanitárias, pelo que, o parâmetro Nac foi considerado nulo.
Na Figura 7.3 são apresentadas graficamente as necessidades nominais globais de energia primária para cada
solução de vidro estudada, e respectivos ganhos e perdas de calor pelo envidraçado.
Figura 7.3 – Desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro.
Pela análise do gráfico da Figura 7.3 verifica-se que as soluções de vidro 9 e 10 são as que apresentam
melhores desempenhos energéticos. Neste primeiro estudo e comparando apenas o elemento vidro, verifica-
se que estas soluções permitem uma redução de cerca de 52% das necessidades energéticas anuais do
gabinete com a solução actual de vidro simples incolor (1). Estas soluções, de vidro duplo baixo emissivo com
controlo solar de elevado rendimento (9) e com controlo solar selectivo (10) são também as que apresentaram
os melhores desempenhos energéticos na estação de arrefecimento, como mostra a Figura 7.2. Para além das
soluções 9 e 10, a solução com melhor desempenho é a solução de vidro duplo baixo emissivo reflectante (11),
com uma redução das necessidades na ordem dos 48%. A solução de vidro simples claro (2), com o pior
desempenho energético de todas as soluções estudadas, apresenta necessidades energéticas superiores às da
solução base, cerca de 102%.
Pela análise das figuras anteriores (Figura 7.1-7.3), é possível concluir que a estação de arrefecimento é a
estação mais condicionante para o desempenho energético anual do gabinete do DECivil, uma vez que se
verifica que os vidros que apresentam os melhores e piores desempenhos nesta estação são precisamente os
mesmos que apresentam os melhores e piores desempenhos energéticos globais, respectivamente. Para o caso
específico do gabinete em estudo, uma solução de envidraçado que tenha um bom desempenho na estação de
arrefecimento, terá maior probabilidade de ter um bom desempenho ao longo do ano, já que as necessidades
da estação de aquecimento são de cerca de 1/5 das de arrefecimento, tal como apresentado nos gráficos das
Figuras 7.1 e 7.2.
No Quadro 7.3, e em forma de resumo, são apresentados os valores numéricos do desempenho energético das
várias soluções estudadas e as suas principais características técnicas responsáveis por esses mesmos
desempenhos.
Cap. 7 – Resultados
89
Quadro 7.3 - Caracterização técnica e desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro.
Nº solução de envidraçado U
[W/m2.◦C] Tvis g
Ganhos Calor [kWh/m2.ano]
Perdas Calor [kWh/m2.ano]
Ntc [kgep/m2.ano]
1 Simples incolor 5.23 0.89 0.83 140.13 52.73 0.8446
2 Simples claro 5.17 0.91 0.89 145.55 53.71 0.8645
3 Simples colorido 5.17 0.40 0.58 111.83 47.45 0.7655
4 Simples reflectante 5.17 0.31 0.50 92.40 43.66 0.6068
5 Simples com capa controlo solar 4.59 0.20 0.33 71.97 38.16 0.6002
6 Duplo incolor 2.73 0.79 0.72 130.23 36.25 0.8045
7 Duplo baixo emissivo 1.35 0.78 0.57 112.67 24.66 0.7062
8 Duplo baixo emissivo e com controlo solar
1.35 0.69 0.38 81.88 21.40 0.5201
9 Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento
1.27 0.50 0.29 57.99 18.77 0.4042
10 Duplo baixo emissivo com controlo solar por selectividade espectral
1.27 0.59 0.29 58.37 18.80 0.4043
11 Duplo baixo emissivo e reflectante 1.35 0.47 0.23 63.06 19.72 0.4378
12 Duplo baixo emissivo e colorido 1.35 0.38 0.36 78.93 21.25 0.5218
Pela análise do Quadro 7.3, é o factor solar, responsável pela transmissão da energia solar para o interior do
edifício, que é o parâmetro do vidro com maior influência no desempenho energético do gabinete do DECivil.
Durante a estação de Verão, é muito importante controlar a entrada de calor e, sendo esta estação a mais
condicionante para o caso de estudo, um factor solar reduzido irá traduzir menores necessidades energéticas
anuais de climatização. É também importante que coeficiente de transmissão térmica (U) seja reduzido, uma
vez que permite reduzir as perdas de calor no Inverno. Neste estudo, e uma vez que esta estação apresenta ter
menor peso, este parâmetro não é tão influente como o factor solar. O coeficiente de transmissão da luz visível
é fundamental no conforto visual no interior do gabinete, permitindo poupanças energéticas na iluminação do
mesmo.
Para concluir, as soluções que apresentaram melhores desempenhos energéticos do gabinete do DECivil, são
precisamente soluções que apresentam simultaneamente reduzidos ganhos e perdas de calor, isto é, reduzido
factor solar combinado com reduzido U.
7.1.1. Tipo de gás da câmara de preenchimento
Para demonstrar a influência do tipo de gás da câmara de preenchimento, foi realizado um estudo comparativo
do desempenho energético de todos os vidros duplos estudados, preenchidos com ar ou árgon. Na Figura 7.4
são apresentados os resultados obtidos nesse estudo.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
90
Figura 7.4 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de energia primária do gabinete do DECivil, recorrendo às soluções de vidro duplo com a câmara de preenchimento de ar ou árgon.
Pela análise da Figura 7.4, é possível concluir que o tipo de ar introduzido na câmara de preenchimento dos
vidros duplos estudados permite desempenhos energéticos diferentes consoante a estação do ano e a solução
de vidro.
Na estação de aquecimento, a inclusão de árgon na câmara de preenchimento melhora o desempenho
energético de todos os vidros duplos estudados, reduzindo as necessidades energéticas de aquecimento. Por
outro lado, na estação de arrefecimento, existem soluções de vidro duplo que apresentam piores
Cap. 7 – Resultados
91
desempenhos energéticos com a inclusão de árgon, como são o caso do vidro duplo incolor (6), baixo emissivo
(7) e baixo emissivo de controlo solar (8).
Em geral, e após o cálculo das necessidades nominais de energia primária, verifica-se que a opção pelo
preenchimento da câmara do vidro duplo com árgon melhora o desempenho energético de quase todas as
soluções estudadas, com excepção das soluções vidro duplo incolor (6) e baixo emissivo (7), que apresentam
um aumento das necessidades energéticas face à solução com ar tratado, inicialmente estudado.
Para uma melhor percepção dos efeitos da inclusão de árgon na câmara de preenchimento, no Quadro 7.4 são
apresentadas as características técnicas dos vidros (obtidos pelo Window) e os resultados numéricos dos
desempenhos de cada solução de vidro duplo estudada, com os dois tipos de gás na câmara de preenchimento
(obtidos pelo EnergyPlus).
Quadro 7.4 – Desempenho energético e características técnicas das várias soluções de vidro duplo estudadas, com ar de preenchimento árgon ou ar tratado.
Nº Solução de envidraçado U
[W/m2.◦C] Tvis g
Ntc [kgep/m2.ano]
6 Duplo incolor 2.726 2.613 0.789 0.789 0.717 0.717 0.805 0.808
7 Duplo baixo emissivo 1.348 1.052 0.777 0.777 0.571 0.572 0.706 0.716
8 Duplo baixo emissivo e com controlo solar
1.348 1.052 0.693 0.693 0.382 0.379 0.520 0.515
9 Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento
1.270 0.961 0.496 0.496 0.285 0.280 0.404 0.391
10 Duplo baixo emissivo com controlo solar selectivo
1.270 0.961 0.594 0.594 0.287 0.282 0.404 0.393
11 Duplo baixo emissivo e reflectante 1.348 1.052 0.468 0.468 0.295 0.289 0.438 0.423
12 Duplo baixo emissivo e colorido 1.348 1.052 0.378 0.378 0.361 0.352 0.522 0.509
AR ÁRGON AR ÁRGON AR ÁRGON AR ÁRGON
Pela análise do Quadro 7.4, é possível efectuar a comparação das principais características técnicas e
desempenho energético das diferentes soluções de vidro duplo com ar tratado ou árgon na câmara de
preenchimento. Assim, a opção pelo árgon em detrimento de ar tratado representa:
uma diminuição de cerca de 20% do coeficiente de transmissão térmica do envidraçado; nas soluções
9 e 10 essa diminuição é de cerca de 24.5%;
a manutenção do coeficiente de transmissão de luz visível; com a inclusão de árgon na câmara de
preenchimento o envidraçado permite a passagem da mesma quantidade de luz visível para o interior;
uma ligeira diminuição, cerca de 1.2%, do factor solar na maior parte dos vidros duplos estudados; na
solução 6 verifica-se que o factor solar se mantém igual, pelo que, a inclusão de árgon não altera a
capacidade de bloquear a entrada de energia solar; na solução 7 verifica-se um ligeiro aumento deste
parâmetro, de valor quase insignificante;
uma diminuição média em cerca de 1.6% nas necessidades nominais de energia primária; embora se
verifique nas soluções 6 e 7, um ligeiro aumento dessas necessidades, provocado também pelo ligeiro
aumento do factor solar; para a solução 11, duplo baixo emissivo e reflectante, essa diminuição é de
cerca de 3.4%.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
92
Importa salientar que os valores apresentados são para as soluções estudadas e aplicadas ao caso de estudo
específico, pelo que, outras soluções aplicadas a outros edifícios poderão registar diferentes desempenhos
energéticos.
Nos estudos seguintes, serão apenas apresentadas as soluções com os quatro melhores desempenhos
energéticos no estudo do vidro e as duas soluções base, ou seja:
Simples incolor (1);
Duplo incolor (6);
Duplo baixo emissivo e com controlo solar (8);
Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento (9);
Duplo baixo emissivo com controlo solar selectivo (10);
Duplo baixo emissivo e reflectante (11).
As soluções de vidro duplo serão consideradas com câmara de preenchimento de ar tratado.
7.2. Impacto dos dispositivos de sombreamento
Para o estudo da influência dos dispositivos de sombreamento será unicamente considerada a estação de
arrefecimento, uma vez que estes dispositivos apenas irão contribuir para um melhor desempenho energético
do gabinete nesta estação. No Inverno, o recurso a um dispositivo deste tipo geralmente penaliza o
desempenho energético do edifício, limitando a entrada de energia solar. No estudo do impacto dos
dispositivos de sombreamento no desempenho energético do gabinete, foram realizadas simulações com
recurso ao software EnergyPlus, considerado apenas o funcionamento dos dispositivos activos quando se
verificavam temperaturas ambientes exteriores superiores a 25°C. Nestas simulações foram estudados os dois
estores venezianos existentes no gabinete – estore veneziano com lamelas horizontais no exterior e com
lamelas verticais no interior, a influência da sua reflectância solar e localização (interior ou exterior) de cada
estore no desempenho final do sistema.
Na Figura 7.5 são apresentadas as necessidades energéticas do gabinete, recorrendo-se à protecção do vão
envidraçado com um estore interior, exterior ou sem recurso a nenhum estore.
As características dos estores existentes no gabinete, interior de lamelas verticais e exterior de lamelas
horizontais, podem ser observadas no Quadro 4.1 (apresentado em 4.3.1).
Cap. 7 – Resultados
93
Figura 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete com recurso aos estores existentes, interior e exterior, ou sem estore.
Analisando a Figura 7.5, verifica-se que o recurso ao estore localizado no exterior permite obter, em todas as
soluções de envidraçado estudadas, um melhor desempenho energético, mais precisamente, uma diminuição
em cerca de 24% das necessidades energéticas em relação à situação sem estores, e de 23.3% em relação à
utilização do estore interior.
O recurso ao estore interior permite melhores desempenhos energéticos apenas para os vidros simples (1) e
duplo incolor (6). Para os restantes vidros, que são caracterizados por menores coeficientes de transmissão
térmicas e factores solares, o recurso ao estore interior prejudica ligeiramente o desempenho energético do
gabinete do DECivil. Efectivamente, parte da radiação solar incidente e que é transmitida para o interior, é
absorvida pelo estore e posteriormente transferida por fenómenos de convecção e de reemissão em forma de
radiação de onda longa para o espaço interior, podendo provocar situações de sobreaquecimento. No caso de
vidros com menor transmissão térmica e com propriedades baixas-emissivas, esse mesmo calor tende a ter
maior dificuldade em se transmitir para o exterior, aumentando a temperatura interior do gabinete. Daí a
maior necessidade de energia na estação de arrefecimento para os vidros 8,9,10 e 11, que têm propriedades
baixas emissivas, quando se recorre ao estore interior.
Nas Figuras 7.6 e 7.7 são apresentadas as necessidades energéticas do gabinete quando é utilizado o estore
interior e o exterior, respectivamente. Ambos os estores são testados com diferentes reflectâncias, permitindo
analisar a influência da reflectância solar no desempenho energético dos estores.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
94
Figura 7.6 – – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com estore interior de diferentes reflectâncias solares.
Figura 7.7 - – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com estore exterior de diferentes reflectâncias solares.
Pela análise das Figuras 7.6 e 7.7, é possível concluir que, independentemente da localização do estore, este
apresenta melhores resultados para reflectâncias solares maiores. No caso do estore interior, uma reflectância
reduzida provoca, em alguns tipos de vidro, desempenhos energéticos piores que a situação de não utilização
de qualquer tipo de sombreamento. Por exemplo, o estore interior actual, com reflectância de 0.5, apresenta
melhorias no desempenho apenas para os vidros simples e duplo incolor. Nos restantes vidros estudados, um
estore aplicado pelo interior do gabinete, com essas características, iria provocar um aumento das
necessidades energéticas de arrefecimento. Já para os estores aplicados pelo exterior, verifica-se para todas as
Cap. 7 – Resultados
95
reflectâncias estudadas, uma melhoria do desempenho energético do gabinete em comparação à situação de
inexistência de sombreamento.
No Quadro 7.5 são apresentados todos os valores numéricos das necessidades energéticas de arrefecimento
para o gabinete do DECivil, com o recurso aos vários estores estudados.
Quadro 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com os diferentes estores estudados.
Nº
Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) [kWh/m2.ano]
Sem Estore
Estore interior Estore Exterior
Pouco Reflectante: Reflectância solar = 0,33
Existente: Reflectância solar = 0,5
Muito Reflectante: Reflectância solar = 0,87
Existente: Reflectância
solar=0,4
Muito Reflectante: Reflectância solar=0,87
1 78.437 79.681 75.188 67.699 59.845 56.666
6 78.804 79.943 77.509 72.353 59.615 57.466
8 47.777 49.161 47.830 45.778 36.030 34.681
9 32.218 33.275 32.601 31.408 24.599 23.316
10 32.211 33.333 32.876 31.560 24.610 23.323
11 36.749 37.763 37.228 35.882 27.830 26.492
100.0% 102.3% 99.0% 93.0% 75.9% 72.5%
Pela análise do Quadro 7.5, verifica-se que o estore com melhor desempenho é o estore que apresenta maior
reflectância (0.87) e aplicado pelo exterior, apresentando necessidades energéticas de arrefecimento cerca de
72.4% em relação à situação sem estore. Por outro lado, verifica-se que um estore aplicado pelo exterior
apresenta sempre melhores resultados energéticos, uma poupança de 25 a 30 % em relação à situação sem
sombreamento. O aumento da reflectância solar do estore traduz melhorias de desempenho na ordem dos 3 a
10 %.
Para concluir, um estore aplicado pelo exterior é mais eficaz, e quanto maior for a sua reflectância solar melhor
será o seu desempenho energético.
7.3. Impacto dos caixilhos
No estudo da influência do caixilho foram analisadas as mesmas seis soluções de vidro definidas, aplicando
diferentes tipos de caixilhos ao sistema de envidraçado, mais precisamente, caixilhos de alumínio com e sem
corte térmico, de madeira e de PVC. O estudo foi realizado apenas para estes tipos de caixilhos, por serem os
mais comuns na construção em Portugal e por apresentam, geralmente, os melhores resultados. O caixilho sem
corte térmico é o que normalmente apresenta pior desempenho, tendo caído já em desuso. A sua inclusão
neste estudo deve-se ao facto de ser o caixilho existente no vão envidraçado do gabinete do DECivil. Na Figura
7.8 são apresentadas as Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e
nominais de energia primária do gabinete do DECivil, aplicando os diferentes tipos de caixilho ao sistema de
vão de envidraçado, permitindo assim, estudar a influência deste elemento no desempenho energético global
do gabinete. Importa referir que, nas simulações numéricas realizadas neste estudo (caixilho), não foram
considerados quaisquer dispositivos de sombreamento.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
96
Influência do tipo de caixilho no desempenho energético do gabinete do DECivil
Figura 7.8 – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de energia primária do gabinete do DECivil, aplicando diferentes tipos de caixilho ao sistema de vão de envidraçado.
Cap. 7 – Resultados
97
Pela análise da Figura 7.8 é possível concluir que, tal como nos estores, os caixilhos apresentam diferentes
resultados consoante a estação do ano e consoante o tipo de vidro a que estão associados. Para uma melhor
análise do desempenho dos caixilhos na estação de aquecimento, consideram-se dois grupos de soluções de
vidro, os vidros base (1 e 6) e os vidros baixo-emissivos (8,9,10 e 11). Nesta estação, para os vidros base, o
caixilho que apresenta os melhores desempenhos energéticos é o PVC. Por sua vez, os vidros baixo-emissivos
apresentam todos resultados muito semelhantes.
Na estação de arrefecimento, o caixilho de PVC é o que apresenta, em todos os vidros estudados, os melhores
desempenhos energéticos. Por outro lado, o alumínio sem corte térmico apresenta os piores resultados
energéticos.
Numa análise global (Ntcs), os resultados são semelhantes aos da estação de arrefecimento, confirmando a
forte influência desta no desempenho global do gabinete do DECivil.
No Quadro 5 são apresentadas as necessidades globais de energia primária do gabinete, com os diferentes
caixilhos aplicados no vão envidraçado.
Quadro 7.6 - Necessidades nominais globais de energia primária do gabinete do DECivil, com diferentes caixilhos no vão envidraçado
Nº
Ntc [kgep/m2.ano]
Alumínio sem corte térmico
Alumínio com corte térmico
Madeira PVC
1 0.8456 0.8446 0.8258 0.8241
6 0.8058 0.8045 0.7833 0.7811
8 0.5215 0.5201 0.5039 0.5015
9 0.4055 0.4042 0.3911 0.3888
10 0.4055 0.4043 0.3913 0.3890
11 0.4393 0.4378 0.4232 0.4207
100.0% 99.8% 96.9% 96.6%
Pela análise do Quadro 7.6, verifica-se que o caixilho de PVC é o que apresenta menores necessidades globais
de energia primária, embora a diferença para a situação actual de alumínio sem corte térmico, é de cerca de
3.4%. Segue-se o caixilho de madeira com uma redução de 3.1% e o de alumínio com corte térmico de 0.2%.
Estas reduzidas melhorias no desempenho energético do gabinete por alteração do caixilho é justificada, neste
caso específico, pela reduzida área de caixilho relativamente à área total do vão envidraçado.
7.4. Análise de custo-benefício das soluções de vidro
Neste subcapítulo será realizado o estudo económico das várias soluções de vidro estudadas, através do
cálculo do período de retorno e da poupança nos gastos que cada solução permite, em relação à solução de
vidro simples existente, ao fim de 15 anos, considerando dois cenários, um de substituição e um de uma
implementação de raiz.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
98
Para um estudo deste tipo, depois de calculadas as necessidades energéticas do gabinete do DECivil com as
diferentes soluções de vidros, será necessário calcular o custo real de energia necessária (custo de exploração)
e calcular o custo inicial da implementação de cada solução de vidro (custo de investimento). No Quadro 7.7
são apresentados os custos inicias das várias soluções de vidro, segundo orçamento apresentado pela empresa
Saint Gobain Glass – Portugal. A área de vidro considerada neste cálculo, menor que a total do vão
envidraçado, foi de 5.78 m2.
Quadro 7.7 – Custos iniciais das soluções de vidro, por cada vão envidraçado. (segundo orçamento da Saint Gobain Glass, Portugal)
Nº Tipo Custo inicial [€/m2] Custo inicial [€]6
1 Simples incolor 15.00 86.75
2 Simples claro 27.50 159.04
3 Simples colorido 27.50 159.04
4 Simples reflectante 35.00 202.42
5 Simples de controlo solar 37.50 216.88
6 Duplo incolor 35.00 202.42
7 Duplo low-e 42.50 245.79
8 Duplo low-e de controlo solar 60.00 347.00
9 Duplo low-e de controlo solar de elevado rendimento 67.50 390.38
10 Duplo low-e de controlo solar selectivo 70.00 404.84
11 Duplo low-e reflectante 72.50 419.30
12 Duplo low-e colorido 57.50 332.55
Para o cálculo do custo de energia, considerou-se o valor do custo de electricidade actual (Ce,i=0.1424 €/kWh)
[51] e com base numa taxa de inflação do custo de energia (α’), obtida segundo projecções macroeconómicas
para a área do euro elaboradas por especialistas do Banco Central Europeu (BCE) [52] foram calculados os seus
valores para os primeiros 15 anos de exploração. Através de uma taxa de actualização (α), obtida com base na
taxa das obrigações do tesouro a 10 anos [52], esses valores de custo de energia para os vários anos foram
actualizados ao ano 0, tal como traduz a equação 7.2.
Ce,n = ( )
( ) (7.2)
Onde,
n – Ano n;
– Custo da energia no ano n actualizado ao ano 0 [€/kWh]
– Custo actual de energia (0.1424 €/kWh) [51].
α' – Taxa de inflação do custo de energia (α'=2.5%) [52].
α – Taxa de actualização (α=4%) [52].
6 Possível redução de 30 % numa a encomenda em grande escala. Por exemplo, para todos os gabinetes de DECivil.
Cap. 7 – Resultados
99
Através da equação 7.2, foram calculados os custos de energia (electricidade) nos vários anos, actualizados ao
ano 0.
Quadro 7. 8 – Custo de energia (electricidade) actualizados ao ano 0, até ao ano 10.
Ano 0 1 2 3 4 5 6 7
Custo (€/kWh) 0.1424 0.1403 0.1383 0.1363 0.1344 0.1324 0.1305 0.1286
Ano 8 9 10 11 12 13 14 15
Custo (€/kWh) 0.1268 0.1249 0.1231 0.1214 0.1196 0.1179 0.1162 0.1145
Com os custos de energia actualizados ao ano 0 e com as necessidades energéticas do gabinete do DECivil com
as várias soluções de envidraçado, é possível calcular os seus custos de exploração para os anos considerados
na análise (até ao ano 15).
No presente estudo económico foram calculados os custos globais acumulados associados a cada solução, que
correspondem à soma do custo de investimento inicial mais os custos de exploração dos vários anos. Pela
análise destes custos globais acumulados é possível estimar os custos associados a cada solução ao longo do
tempo, e perceber qual é a solução mais vantajosa economicamente.
Outra forma de realizar esta análise é através do cálculo do período de retorno de cada solução de
envidraçado, considerando como solução base existente (vidro simples incolor). Neste caso específico, o
período de retorno de uma solução, que inicialmente exige um investimento, representa um intervalo de
tempo estimado para que esta solução passe a ser economicamente mais vantajosa que a existente de vidro
simples incolor. Assim, e embora o investimento inicial seja mais elevado, estas soluções permitem custos de
exploração do gabinete mais reduzidos, uma vez que apresentam menores necessidades nominais de energia,
permitindo vantagens económicas ao fim de alguns anos.
Assim, serão analisados dois cenários, um de substituição, onde não é considerado o custo de investimento
inicial da solução existente (vidro simples incolor) e um outro, onde esse custo já é tido em conta, simulando a
situação de uma implementação de raiz. Com estes diferentes cenários, pretende-se demostrar que uma boa
escolha de solução de vidro, tanto em reabilitação (substituição de um existente) como em construção nova
(implementação de raiz) tem um impacto económico significativo.
7.4.1. Cenário 1 - Substituição
O primeiro cenário, o de substituição, não é considerado o custo inicial (investimento) da solução (1), por ser
existente. Assim, os custos globais acumulados associados a cada solução, serão a soma do custo de
investimento inicial mais os custos de exploração dos vários anos, exceptuando o da solução (1), que
corresponde apenas ao somatório do custo das necessidades nominais de energia (custo exploração) ao longo
dos anos. Assim é possível calcular a poupança económica de cada solução em relação à solução existente (1)
Quanto ao período de retorno foi calculado através da equação 7.3, que traduz matematicamente o processo
de cálculo utilizado. Para este cenário de substituição, o custo de investimento inicial da solução 1 não é
considerado.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
100
PR =
(7.3)
Onde,
PR – Período de retorno [Ano];
– Variação do custo de investimento. Neste caso, custo inicial da solução [€];
– Variação do custo de exploração. Diferença entre o custo de exploração médio anual da solução em
estudo e o da solução existente (vidro simples incolor), nos primeiros 10 anos7 [€/ano].
No Quadro 7.10 são apresentados os valores do custo de exploração acumulado no ano 15, respectiva
poupança em relação a solução existente (1) e ainda, o período de retorno do investimento (payback) obtido
para as várias soluções de vidro, no cenário de substituição.
Quadro 7.9 – Estudo económico das várias soluções de vidro estudadas: Cenário 1 - Substituição
Nº Ntc
[kgep/ m2.ano]
Nic [kWh/
m2.ano]
Nvc [kWh/
m2.ano]
Custo Inicial
[€]
Custo Exploração Anual (valor
médio até ao ano 15) [€/ano]
Custo Exploração Acumulado (ano 15) [€]
Poupança em relação à solução
(1) [€]
Payback [Anos]
1 0.8446 11.944 78.515 60.7 52.48 839.64 - -
2 0.8645 11.273 80.974 111.3 53.65 969.75 -130.11 -91.6
3 0.7655 14.810 68.082 111.3 47.51 871.47 -31.82 21.6
4 0.6068 21.196 46.875 141.7 37.66 744.24 95.40 9.2
5 0.6002 21.585 45.897 151.8 37.25 747.77 91.87 9.6
6 0.8045 5.896 78.804 141.7 49.93 940.57 -100.93 53.7
7 0.7062 3.849 70.170 172.1 43.83 873.32 -33.68 19.2
8 0.5201 8.038 47.777 242.9 32.28 759.38 80.26 11.6
9 0.4042 12.795 32.218 273.3 25.09 674.64 165.01 9.6
10 0.4043 12.811 32.211 283.4 25.09 684.81 154.83 10.0
11 0.4378 11.387 36.749 293.5 27.17 728.23 111.41 11.2
12 0.5218 7.937 48.026 232.8 32.38 750.92 88.72 11.2
Pela análise do Quadro 7.10, verifica-se que a solução de vidro simples incolor (1) apresenta um dos custos de
exploração mais elevados, superada apenas pela solução 2 (vidro simples claro) que apresenta valores de
payback negativos, isto é, nunca irá ser economicamente mais vantajosa que a solução (1) (vidro simples
incolor). De facto, a solução 2 não é economicamente viável, uma vez que seria estar a investir numa solução,
com custo de investimento inicial, e que por outro lado iria provocar um aumento no custo de exploração do
gabinete. No final do ano 15, a opção por esta solução iria ter um custo global superior de 130.11€, em relação
a opção de não “fazer nada” (solução 1- existente).
Quanto às restantes, a solução que apresenta um período de retorno mais reduzido é a solução 4 (vidro
simples reflectante) que permite “pagar” o seu investimento inicial ao fim de 9.2 anos. Embora não seja a
solução que apresenta menores custos de exploração, apresenta um custo inicial relativamente baixo,
7 Pelo calculo dos custos acumulados, verificou-se que ao fim do ano 9, já existiam soluções com um custo acumulado
inferior ao da solução 1 (período de retorno atingido). Assim, para o cálculo dos períodos de retorno foi considerado o ∆Cexp médio dos primeiros 10 anos.
Cap. 7 – Resultados
101
permitindo o valor de payback mais reduzido. Por outro lado, pela análise dos custos acumulados ao fim do
ano 15, verifica-se que esta solução, que apresenta uma poupança de 95.40 € em relação à existente, não é a
solução com menores custos acumulados.
Assim, e conforme análise do Quadro 7.10, a solução que apresenta uma maior poupança em relação à
existente (menores custos acumulados) é a solução 9 (vidro duplo baixo-emissivo com controlo solar de
elevado rendimento). Apresenta um payback de 9.6 anos, valor ainda assim reduzido quando comparado com
os restantes. Esta solução permite reduzir os custos acumulados ao fim do ano 15, em 165.01 €, representando
60.4 % do valor inicial de investimento (custo inicial da solução 9). Assim, numa reabilitação a grande escala,
por exemplo, considerando todos os gabinetes do Pavilhão do Civil do IST, o valor da poupança obtida seria
bastante mais significativo.
Por fim, e excluindo a solução 2, a solução de envidraçado que apresenta um período de retorno mais elevado,
é a de vidro duplo incolor (solução 6), apresentado um período de retorno de 53.7 anos e um custo acumulado
superior em 100.3 €, em relação ao da solução existente (ao fim do ano 15). Esta solução de envidraçado,
frequentemente utilizada na Construção Civil em Portugal, nem sempre representa a melhor escolha.
7.4.2. Cenário 2 - Implementação de raiz
Neste cenário, foi considerado que a realização deste estudo seria antes da implementação do vidro existente,
isto é, na altura de construção do edifício. Assim, o custo inicial da solução 1 (vidro simples incolor) já será
considerado, pelo que, no ao custo de investimento inicial das restantes soluções é subtraído o custo de
implementação da solução 1.
Importa salientar que no cálculo do payback neste cenário, a variação do custo de investimento (∆Cinv),
apresentado na equação 7.3, corresponde à diferença do custo inicial de cada solução e o custo da solução 1
(vidro simples incolor). Já a variação do custo de exploração (∆Cexp), mantém-se igual ao à do cenário 1
(diferença entre o custo de exploração médio anual de cada solução e o da solução existente). Assim, e
segundo a mesma equação (7.3), foram calculados os paybacks para cada solução.
No Quadro 7.10 são apresentados os valores do custo de exploração acumulados no ano 15, respectiva
poupança em relação a solução existente (1) e ainda, o período de retorno do investimento (payback) obtido
para as várias soluções de vidro, no cenário de implementação de raiz.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
102
Quadro 7.10 – Estudo económico das vária soluções de vidro estudadas: Cenário 2 – Implementação Nova
Nº Ntc
[kgep/ m2.ano]
Nic [kWh/
m2.ano]
Nvc [kWh/
m2.ano]
Custo Inicial
[€]
Custo Exploração Anual (média nos 16 anos) [€/ano]
Custo Exploração Acumulado (ano 15) [€]
Poupança em relação à solução
(1) [€]
Payback em relação à
solução (1) [Anos]
1 0.8446 11.944 78.515 60.7 52.48 900.37 0.00 0.0
2 0.8645 11.273 80.974 111.3 53.65 969.75 -69.39 -41.6
3 0.7655 14.810 68.082 111.3 47.51 871.47 28.90 9.8
4 0.6068 21.196 46.875 141.7 37.66 744.24 156.13 5.3
5 0.6002 21.585 45.897 151.8 37.25 747.77 152.59 5.8
6 0.8045 5.896 78.804 141.7 49.93 940.57 -40.20 30.7
7 0.7062 3.849 70.170 172.1 43.83 873.32 27.04 12.4
8 0.5201 8.038 47.777 242.9 32.28 759.38 140.99 8.7
9 0.4042 12.795 32.218 273.3 25.09 674.64 225.73 7.5
10 0.4043 12.811 32.211 283.4 25.09 684.81 215.56 7.8
11 0.4378 11.387 36.749 293.5 27.17 728.23 172.13 8.9
12 0.5218 7.937 48.026 232.8 32.38 750.92 149.45 8.3
Pela análise do Quadro 7.11, verifica-se que, neste cenário, os períodos de retorno calculados são mais
reduzidos, comparativamente ao cenário anterior. De facto, e como única diferença no cálculo dos paybacks, é
a variação do custo de investimento, uma vez que neste cenário é considerado o custo inicial da solução 1.
Quanto à análise de custos acumulados, a diferença em relação à do cenário 1 resume-se à consideração do
custo inicial da solução 1 nos custos acumulados dessa mesma solução.
Assim, para este cenário o melhor período de retorno obtido é, mais uma vez, o associado à solução 4 (vidro
simples de controlo solar) com o valor de 5.3 anos. Novamente, embora reduzido, esta solução não é a que
apresenta o menor custo acumulado ao fim do ano 15.
Apresentando um período de retorno 7.5 anos e o custo acumulado de 674.64€, permitindo a maior poupança
económica de entre todas a estudadas (225.73€), aparece a solução 9 (vidro duplo baixo-emissivo com
controlo solar de elevado rendimento). Assim, esta é a solução mais vantajosa economicamente, apresentando
um payback razoável considerando o tempo de vida útil de uma solução deste tipo. Quanto à poupança
acumulada no ano 15, representa 83 % do valor inicial investido. Isto significa que, ao fim do ano 15, além de se
recuperar o investimento inicial, ainda se consegue poupar mais 83% do seu valor. Numa reabilitação a grande
escala, por exemplo considerando todos os gabinetes do Pavilhão do Civil do IST, este valor de poupança
poderá tornar-se bastante mais significativo.
Cap. 8 – Conclusões e Desenvolvimentos Futuros
103
CAPÍTULO 8 - CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
8.1. Conclusões
Neste Capítulo, serão apresentadas as conclusões obtidas na campanha experimental de monitorização
térmica do gabinete do DECivil, realizada para avaliar o seu comportamento térmico em condições reais de
funcionamento, e as obtidas pelas simulações energéticas em EnergyPlus para avaliar o impacto do vão
envidraçado, e seus elementos, no desempenho térmico e energético do gabinete.
A campanha de monitorização térmica do gabinete do DECivil, realizada durante as estações de arrefecimento
e aquecimento, permitiram avaliar o comportamento térmico em condições reais de funcionamento. Esse
estudo, que consistiu numa análise exaustiva realizada aos valores medidos in-situ no gabinete, permitiu
concluir que:
em condições normais, e na maior parte dos dias do ano, a temperatura ambiente interior do gabinete
é sempre superior à medida no exterior, uma vez que se verifica a ocorrência de ganhos solares e de
ganhos internos. No entanto, verificam-se excepções nos dias em que se recorre a climatização (AC)
para arrefecimento, reduzindo a temperatura interior (estação de Verão), e nos dias onde, mesmo
sem recurso ao AC, a temperatura exterior atinge valores muito elevados. Nestes dias, o facto de o
gabinete estar orientado a Este, permite nas horas de maior calor, sensivelmente à tarde, estar sem
incidência directa de radiação solar, permitindo obter valores de temperaturas do ambiente interior
inferiores à exterior. As temperaturas médias interiores medidas (em todas as horas), na estação de
Inverno e de Verão, foram de 18.95°C e de 24.68°C, respectivamente (Quadros 5.1 e 5.2 apresentados
em 5.3);
os fluxos de calor, medidos na parede e no vidro, ocorrem sempre no sentido da superfície de maior
para a de menor temperatura. Portanto, como a temperatura ambiente interior do gabinete é
geralmente superior à exterior, o fluxo de calor tenderá a apresentar o sentido do interior para o
exterior (sentido positivo). Este sentido do fluxo de calor traduz-se em perdas de calor para o
gabinete, pelo envidraçado e parede;
a intensidade do fluxo de calor é tanto maior, quanto maior for a diferença entre temperatura
ambiente interior e ambiente exterior;
em termos de valores absolutos, verifica-se que o fluxo de calor no vidro geralmente é bastante
superior ao fluxo registado na parede. Este facto permite concluir a reduzida capacidade de
isolamento térmico e inércia térmica do vidro (simples incolor) relativamente ao elemento de parede;
mesmo verificando-se valores de temperatura de ambiente interior superiores aos da exterior, a
incidência directa de radiação solar no vidro provoca um aumento rápido da temperatura deste
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
104
elemento, para valores superiores à temperatura ambiente interior, provocando uma inversão no
sentido do fluxo de calor do vidro, do exterior para o interior do gabinete. No elemento parede, este
fenómeno já não se verifica, devido à maior inércia térmica deste elemento. De facto, o vidro por ter
uma menor massa e logo menor inércia térmica, reage muito rapidamente a variações de
temperatura, enquanto a parede que tem maior massa, apresenta um desfasamento temporal e um
amortecimento na transmissão de calor.
Um correcto dimensionamento do vão envidraçado, tendo em consideração a função do edifício e as condições
climáticas em que está inserido, é fundamental para optimizar o comportamento térmico do edifício,
nomeadamente no controlo dos ganhos solares e perdas pela envolvente. Um vão envidraçado bem projectado
permite não só a redução das necessidades energéticas de um edifício, contribuindo de forma muito
significativa no balanço energético deste, como também a melhoria das condições de conforto, através do
controlo da transmissão de luz natural e da qualidade do ar no seu interior.
De um modo geral, pelas simulações energéticas do gabinete do DECivil, conclui-se que este gabinete
apresenta necessidades energéticas de arrefecimento muito superiores às de aquecimento, fazendo com que a
estação de Verão seja a estação mais condicionante para o desempenho energético anual do gabinete do
DECivil. Isto é, uma solução que permita um bom desempenho do gabinete nesta estação, terá grandes
probabilidades de ter um bom desempenho global ao longo do ano.
Os estudos de avaliação da influência dos diversos elementos do vão envidraçado (vidro, ar de preenchimento,
caixilho e dispositivos de sombreamento), permitiram concluir que é possível reduzir as necessidades
energéticas em climatização em cerca de 50 % do consumo total, intervindo apenas ao nível do vão
envidraçado, mantendo como temperaturas de conforto de referência 20°C e 25°C, respectivamente nas
estações de Inverno e Verão. O desempenho de um sistema de envidraçado depende das características
técnicas de todos os seus elementos constituintes. Embora com influências diferentes, para se conseguir um
sistema de envidraçado com um bom desempenho energético, não é suficiente a escolha de uma boa solução
de vidro, é necessário também a escolha de um bom caixilho e de um dispositivo de sombreamento eficaz, de
modo não a comprometer o comportamento de todo o sistema.
Para o caso particular do gabinete em estudo, é possível concluir que o vidro é o elemento que permite maior
redução das necessidades energéticas anuais do gabinete, comparativamente com o caixilho e com o
dispositivo de sombreamento. Por exemplo, optando-se pelo vidro baixo-emissivo de controlo solar selectivo
(10) consegue-se uma poupança anual de energia primária de 52.1%, relativamente à solução inicial de vidro
simples incolor. Um vidro baixo-emissivo de controlo solar selectivo, com capa magnetónica aplicada em face 2
permite reduzir as perdas de calor no Inverno, mas também reduzir os ganhos de calor no Verão, mantendo
uma boa transmissão de luz visível, para a mesma quantidade de redução de calor solar.
Com este estudo da influência do vidro é possível também concluir que o factor solar, indicador da transmissão
(directa e indirecta) da energia solar para o interior do edifício, é o parâmetro do vidro com maior influência no
Cap. 8 – Conclusões e Desenvolvimentos Futuros
105
desempenho energético do gabinete do DECivil. Durante a estação de Verão, é muito importante controlar os
ganhos de calor e, sendo esta estação a mais condicionante em termos energéticos para o caso de estudo, um
factor solar reduzido irá traduzir menores necessidades energéticas anuais de climatização. O coeficiente de
transmissão térmica (U) do vidro, que permite reduzir as trocas de calor pelo envidraçado, apresenta uma
menor influência relativamente ao factor solar. O coeficiente de transmissão da luz visível é fundamental no
conforto visual no interior do gabinete e permitindo poupanças energéticas na iluminação artificial do mesmo.
No estudo da influência do gás da câmara de preenchimento, concluiu-se que a opção por Árgon permite uma
diminuição média em cerca de 1.6% nas necessidades nominais de energia primária das soluções de vidro
duplo estudadas, relativamente à opção de inclusão de ar tratado na câmara de preenchimento.
Em síntese, as soluções de vidro que apresentaram melhores desempenhos energéticos do gabinete do DECivil,
são precisamente soluções que apresentam simultaneamente reduzidos ganhos e perdas de calor, isto é, um
reduzido factor solar combinado com um reduzido coeficiente de transmissão térmica (U).
O estore veneziano que apresenta melhor desempenho é o estore exterior muito reflectante, que permite
poupanças energéticas anuais na estação de arrefecimento de 37.6%, relativamente à situação sem estore.
Não é aconselhável a utilização de um estore interior pouco reflectante, uma vez que apresenta pior
desempenho do que na ausência de qualquer estore. Por outro lado, verifica-se que um estore aplicado pelo
exterior apresenta sempre melhores resultados energéticos, com uma poupança de 25 a 30 % em relação à
situação sem sombreamento. O aumento da reflectância solar do estore traduz melhorias de desempenho na
ordem dos 3 a 10 %. Concluindo um estore aplicado pelo exterior é mais eficaz, e quanto maior for a sua
reflectância solar melhor será o seu desempenho energético.
No estudo da influência do caixilho, conclui-se que o de PVC apresenta o melhor desempenho, com uma
poupança anual de energia primária de 3.4%, relativamente à solução inicial de caixilho de alumínio sem corte
térmico. Estas reduzidas melhorias no desempenho energético do gabinete por alteração do caixilho é
justificada, neste caso específico, pela reduzida área de caixilho relativamente à área total do vão envidraçado.
No estudo económico foi possível concluir que, a solução de vidro duplo baixo-emissivo com controlo solar de
elevado rendimento, é a solução economicamente mais vantajosa, apresentando um valor de custo de
exploração acumulado de 674.64€, ao fim do intervalo de tempo considerado em análise (15 anos), permitindo
uma poupança económica em relação à solução existente de vidro simples incolor, e um período de retorno de
investimento (payback) de 7.5 anos, para o cenário 2 (implementação de raiz). Este valor de payback é
bastante razoável considerando o tempo de vida útil de um elemento deste tipo (envidraçado). Por outro lado,
a solução vidro duplo incolor, muito frequente na Construção Civil em Portugal, é uma das soluções que piores
resultados apresenta, com valores de custos acumulados sempre superiores aos da solução existente de vidro
simples, para o intervalo de tempo em análise, e ainda, com períodos de retorno de investimento (payback) de
cerca de 53.7 e 30.7 anos para o cenário 1 e 2, respectivamente.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
106
8.2. Desenvolvimentos futuros
Como desenvolvimento futuro do trabalho propõe-se a realização de uma análise do comportamento térmico
do gabinete do DECivil, considerando outras orientações do mesmo (Norte, Sul e Oeste), uma vez que se
verifica a existência de gabinetes similares ao estudado com essas orientações no Pavilhão de Civil do IST.
Propõe-se ainda a realização dessa mesma análise do comportamento térmico para zonas climáticas
diferentes, como por exemplo, para o Norte e o Sul do País.
Por fim, propõe-se ainda o cálculo dos períodos de retorno dos restantes elementos do vão envidraçado
estudados (caixilho e estore). Por outro lado, realça-se que um estudo deste tipo, meramente económico, pode
de algum modo ser redutor, não reflectindo a totalidade dos benefícios e desencorajar a aposta na qualificação
do meio edificado. É possível afirmar que o conforto gerado com recurso a um ar condicionado, não é igual ao
conforto conseguido apenas pelo bom uso da envolvente (conforto “mais saudável”). Este é um valor não
quantificável e que não entra nos estudos económicos. Do mesmo modo, é difícil a quantificação, num estudo
deste tipo, da melhoria da qualidade de vida das gerações futuras consequente da redução da emissão CO2 do
presente.
Cap. 9 – Referências Bibliográficas
107
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC. Relatório Sintese (IV): Alterações Climáticas, 2007.
[2] Instituto de Metereologia, IP Portugal. Boletim Climatológico Anual, Ministério da Ciência, Tecnologia e
Ensino Superior, Lisboa, Portugal, 2010.
[3] Agência para a Energia – ADENE. Guia da Eficiência Energética, ADENE, Lisboa, Portugal, Novembro de
2010.
[4] Agência para a Energia – ADENE. Eficiência energética nos edifícios residenciais: Guia informativo, ADENE,
Lisboa, Portugal, Maio 2008.
[5] Direcção Geral de Energia e Geologia – DGEG (2011). Balanço Energético 2011, DGEG, disponíveis online
em www.dgeg.pt, acedido 15 Março de 2012.
[6] Vilão, R. et al. Relatório do Estado do Ambiente 2009, Agência Portuguesa do Ambiente, Lisboa, Portugal,
Dezembro 2010.
[7] Direcção Geral de Energia e Geologia – DGEG (2011). A Fatura energética portuguesa, DGEG, disponíveis
online em www.dgeg.pt, acedido 15 Março de 2012.
[8] Pinho, M. A new energy ERA : efficiency, renewables and clean thermal generation and advanced grid and
storage infrastructure: vision paper for the EU strategic energy technology plan, Ministério da Economia e
da Inovação, Portugal, 2009.
[9] Green Savers Portugal já atingiu 25% da meta para aumentar a eficiência energética até 2015 – site da
internet, disponivel online em http://greensavers.sapo.pt/2011/02/25/portugal-ja-atingiu-25-da-meta-
para-aumentar-a-eficiencia-energetica-ate-2015/, acedido pela última vez em 7 Dezembro 2011.
[10] Internacional Council for Research and Innovation in Buiolding and Constrution. Agenda 21 on Sustainable
Constuction, CIB Report Publication No. 237, Roterdão, 1999.
[11] Iniciativa Costrução Sustentável Lisboa – Reabilitação Sustentável, Workshop realizado a 29 de Setembro
de 2011, Auditório do Metropolitano de Lisboa, Alto Dos Moinhos, Lisboa, Portugal, 2011.
[12] Tirone, L. e Nunes, K. Construção Sustentável, Tirone Nunes S.A., Sintra, Portugal, 2007.
[13] Barroso, J. Energia: prioridades para a Europa; apresentação ao Conselho Europeu de 9 de Dezembro de
2011, Bruxelas, Bélgica, 2011.
[14] Legislação Portuguesa. Decreto-Lei nº 80/2006 de 4 de Abril – Regulamento das Características de
Comportamento Térmico dos Edifícios - RCCTE, Diário da República I – Série B, Portugal, 2006.
[15] Directiva 2010/31/UE do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 relativa ao
desempenho energético dos edifícios (reformulação). Jornal Oficial das Comunidades Europeias, 2010.
[16] Pinheiro, M.. Ambiente e Construção Sustentável, Instituto do Ambiente, Portugal, 2006.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
108
[17]
Lanham A.; Gama, P. e Braz, R. Arquitectura Bioclimática, Perspectivas de inovação e futuro -
Seminários de Inovação, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Junho de 2004.
[18] Rocheta, V. e Farinha F. Práticas de projecto e construtivas para a construção sustentável, 3º Congresso de
construção, Coimbra, 2007.
[19] Agência para a Energia – ADENE. Reabilitação energética da envolvente de edifícios residenciais, DGEG,
Lisboa, Novembro de 2004.
[20] US Department of Energy. EnergyPlus Energy Simulation Software, disponivel online em
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus, acedido pela última vez em 10 Dezembro 2011.
[21] Lawrence Berkeley National Laboratory. LBNL Window & Daylighting Software, disponível online em
http://windows.lbl.gov/software/default.htm, acedido pela última vez em 12 de Março de 2012.
[22] Saint Gobain Glass. CALUMEN II, disponível online em http://pt.saint-gobain-glass.com/tools/register.asp,
acedido em 23 de Fevereiro de 2012.
[23] Mateus, R. e Bragança, L. Tecnologias construtivas para a sustentabilidade da construção, Edições Ecopy,
Porto, Setembro de 2006.
[24] U. G. B. Council, Sustainable building technical manual: Green building design, construction, and
operations, p. 292, 1996.
[25] Mendonça, P. Habitar sob uma segunda pele: estratégias para a redução do impacto ambiental das
construções solares passivas em climas temperados, Tese de Doutoramento, Universidade do Minho,
Guimarães, Portugal, 2005.
[26] Cunha, M. Geometria de Insolação – Optimização do dimensionamento de elementos de protecção solar,
Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto , Porto, 2005.
[27] Ordem dos Arquitectos. A Green Vitruvius, Princípios e Práticas de Projecto para uma Arquitectura
Sustentável; Ordem dos Arquitectos, Lisboa, 2001.
[28] Moita, F. Energia Solar Passiva, 2ª Edição, Lisboa:Argumentum, 2010.
[29] Afonso, J. Estudo do Comportamento Térmico de Edifícios Antigos, Tese de Mestrado em Eng. Civil,
Universidade Nova de lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Monte da Caparica,2009.
[30] Rodrigues, A.; Canha da Piedade, A.; Braga, A. M. Térmica de Edificios, Lisboa: Edições Orion, Lisboa,
Março de 2009.
[31] Sirgado, J.F. Análise do impacte dos vãos envidraçados no desempenho térmico dos edificios, Tese de
Mestrado em Eng. Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, 2010.
[32] Arasteh, D. et al. Residential Windows:A Guide to New Technologies and Energy Performance, W. W.
Norton & Company, USA, 2007.
[33] Ramalheira, F. Manual de boas práticas de escolha de vãos envidraçados – Exigências funcionais de vãos
envidraçados, Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia do Porto, Porto, Portugal, 2005.
Cap. 9 – Referências Bibliográficas
109
[34] Rebelo, A. Optimização e dimensionamento de vãos envidraçados, Tese de Mestrado - Departamento de
Eng. Mecânica, Universidade de Aveiro , Aveiro, 2009.
[35] Saint Gobain Glass (SGG). O Vidro em História: da descoberta ao futuro, Saint-Gobain, Dezembro 2007.
[36] Pereira, A. Desenvolvimento de Novos Produtos em Vidro utilizando tecnologias de prototipagem rápida,
Tese de Mestrado, Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, Faculdade de Engenharia
da Universidade do Porto, 2006.
[37] Marques, E. GEOLAB - Oficina Ciencia Viva: Reciclgadem do vidro – site da internet, disponível online em
http://oficina.cienciaviva.pt/, acedido em 16 Dezembro 2011.
[38] Saint Gobain Glass (SGG). Manual do vidro, Saint-Gobain Glass Portugal, Vidro Plano, S.A., 2008.
[39] Efficiente Windows Collaborative – site da internet.. Window Technologies: Glazing Types, disponivel
online em http://www.efficientwindows.org/gtypes.cfm, acedido em 10 Dezembro 2011.
[40] Gomes, M. G. Comportamento térmico de fachadas de dupla pele: Modelação numérica e análise
experimental, Dissertação para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, Instituto Superiro
Técnico , Lisboa, 2010.
[41] Alcoforado, M. J. et al. Orientações climáticas para o ordenamento em Lisboa, Centro de Estudos
Geográficos da Universidade de Lisboa: Área de Investigação de Geo-Ecologia, Lisboa, 2006.
[42] Plano Director Municipal de Lisboa (PDM) Relatório síntese de Caracterização Biofísica de Lisboa, Revisão
do Plano Director Municipal de Lisboa, CM Lisboa, 2010.
[43] Baltazar, S. C. Mapas Bioclimáticos de lisboa, Tese de Mestrado em Geografia Física e Ordenamento do
Território, Universidade de Lisboa, Instituto de Geologia e Ordenamento do Território (IGOT), Lisboa,
2010.
[44] Alcoforado, M. J. O clima da região de Lisboa. Contrastes e ritmos térmicos, Memórias do Centro de
Estudos Geográficos, vol.15, Lisboa, 1992.
[45] Pardal Monteiro Arquitectos. Listagem de trabalhos da 2ª fase do projecto de execução: Pavilhao de Civil
do Instituto Superior Técnico, Lisboa, 1989.
[46] Google Maps – site da internet, disponivel online em: https://maps.google.pt/, acedido em 27 de
Setembro de 2011.
[47] Pardal Monteiro Arquitectos, 2ª fase do projecto de execução do Pavilhão de Engenharia Civil: Memória
descritiva e justificativa , Lisboa, 1989.
[48] Cype Inginieros – site da internet: disponível online em www.cype.pt, acedido pela última vez em 5 de
Abrilde 2012.
[49] Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. Energyplus Engineering Reference, US Department
of Energy, EUA, 2009.
[50] Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. Input Output Reference, US Department of Energy,
EUA, 2009.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
110
[51] EDP Serviço Universal – EDPSU (2012). Dados sobre tarifas da electricidade comercializada, disponíveis
online em: http://www.edpsu.pt/pt/particulares/tarifasehorarios/BTN/Pages/TarifasBTNate20.7kVA.aspx.
acedido em 20 de Julho de 2012.
[52] Banco Central Europeu. Banco de Portugal, disponivel online em http://www.bportugal.pt/pt-
PT/PublicacoeseIntervencoes/BCE/Publicacoesnaoregulares/Documents/ecbstaffprojections201209pt.pdf,
acedido a 9 de Outubro de 201].
111
ANEXOS
112
113
ANEXOS
Lista de anexos
Anexo I – Campanha Experimental – Gabinete do DECivil: Resultados experimentais
Anexo II – Programa informático Window 7: Metodologia utilizada
Anexo III – Gabinete do DECivil: Cortes em vista
ANEXO I
Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
A.I.1
ANEXO I
Quadro A.I.1 – Valores médios diários de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos
experimentalmente durante a campanha de monitorização de Inverno, ano de 2011.
Radiação Solar
[W/m2]
Temperatura vidro lado
esquerdo (°C)
Temperatura vidro lado direito (°C)
Temperatura parede lado
esquerdo (°C)
Temperatura parede lado direito (°C)
Temperatura caixilho
esquerdo (°C)
Temperatura estore (°C)
Temperatura Ambiente (°C)
Fluxo vidro
Fluxo parede
Rad T1si (int)
T1se (ext)
T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se T6si T6se T7i
(TAI) T7e
(TAE) FV FP
JAN
EIR
O
21 - - - - - - - - - - - - - - -
22 23.29 8.55 7.70 8.65 7.80 11.37 6.50 11.49 6.52 8.42 7.98 11.71 7.71 13.62 6.66 16.27 2.97
23 25.20 7.70 7.02 7.75 7.06 9.82 6.01 9.83 6.01 7.69 7.36 10.13 6.88 11.86 6.01 12.28 3.22
24* 8.21 9.91 9.25 10.05 9.36 11.19 7.78 10.99 7.76 9.67 9.30 12.05 8.91 14.25 8.14 15.33 5.17
25* 35.40 12.70 11.65 12.75 11.72 13.73 9.77 13.53 9.79 12.84 12.30 15.97 11.19 18.84 9.67 23.68 5.85
26* 60.54 13.22 12.15 13.02 12.05 14.93 10.38 14.48 10.46 14.47 14.01 16.98 11.87 18.76 10.14 18.66 4.21
27* 31.78 14.99 14.08 14.97 14.02 15.59 10.69 15.15 10.71 15.19 14.69 18.17 13.55 20.98 10.45 19.17 6.01
28* 32.47 15.48 14.54 15.48 14.50 16.59 11.52 15.95 11.58 15.91 15.39 18.58 14.35 21.24 11.02 19.18 5.28
29 56.57 13.50 12.71 13.38 12.69 15.44 11.54 15.24 11.64 14.85 14.60 16.62 12.93 17.46 10.50 9.57 2.26
30 65.90 13.14 12.33 12.81 12.07 14.72 10.97 14.45 11.11 14.71 14.46 16.53 12.39 16.97 10.00 8.24 2.88
31* 64.98 13.37 12.47 13.39 12.48 15.52 10.80 14.97 10.91 15.18 14.84 17.24 12.95 18.53 10.50 13.00 3.88
FEV
EREI
RO
1 58.35 11.91 11.09 12.20 11.30 13.92 9.17 13.86 9.24 13.04 12.71 15.12 11.84 17.13 9.54 15.53 4.15 2 - - - - - - - - - - - - - - -
4 - - - - - - - - - - - - - - -
5 64.80 14.64 13.98 14.46 13.79 15.97 12.77 15.99 12.88 16.28 16.08 17.70 14.33 18.27 12.25 9.88 1.96
6 65.70 14.94 14.33 14.69 14.09 15.90 13.18 15.97 13.31 16.42 16.27 17.79 14.46 18.19 12.72 8.42 2.00
7* 62.38 15.63 14.91 15.33 14.57 17.08 13.27 16.54 13.28 16.36 16.11 18.38 13.89 19.68 12.16 11.10 3.57
8* 20.91 15.16 14.52 15.57 14.78 17.24 12.73 16.56 12.69 14.31 13.99 16.43 13.76 20.20 12.41 14.42 4.54
9* 27.72 16.40 15.92 16.55 15.99 18.27 15.09 17.61 15.03 16.06 15.83 17.42 15.17 19.92 14.43 8.56 3.27
10 60.89 15.68 15.11 15.67 15.06 17.96 14.46 17.28 14.46 16.56 16.39 17.86 14.85 19.14 13.53 8.36 2.13
11* 50.27 16.40 15.59 16.41 15.57 17.59 13.86 17.48 13.92 16.37 16.05 18.36 14.33 21.26 12.74 13.64 3.29
12 70.62 16.15 15.54 15.89 15.26 17.44 14.96 17.52 15.12 17.41 17.24 18.69 15.08 19.31 13.22 7.23 1.09
13 16.21 14.07 13.59 14.37 13.81 16.03 12.44 16.03 12.51 13.98 13.72 15.42 13.53 17.79 12.45 10.69 1.78
14* 23.31 15.06 14.29 15.27 14.41 16.26 11.42 15.89 11.45 14.34 13.91 16.68 13.37 20.71 11.68 17.35 5.89
15* 36.73 15.96 15.29 16.21 15.48 17.74 13.77 17.31 13.81 16.05 15.73 17.86 14.97 20.64 13.18 13.42 3.76 16* 52.67 15.16 14.41 15.17 14.38 17.49 13.03 16.86 13.03 15.63 15.29 17.43 13.70 19.77 12.31 12.49 3.63
17* 40.50 15.71 14.93 15.79 14.98 17.45 13.08 16.93 13.17 16.31 15.94 18.13 14.65 20.53 12.70 13.65 4.53
18 24.47 16.26 15.64 16.39 15.70 17.24 13.79 17.30 13.83 15.69 15.40 17.45 13.22 20.48 13.35 12.27 3.55
19 11.45 15.97 15.62 16.17 15.76 17.32 14.92 17.32 14.95 15.69 15.52 16.75 13.00 18.69 14.45 7.01 1.51
20 76.60 17.20 16.70 16.52 16.04 17.77 15.85 17.74 16.06 18.56 18.44 19.61 13.00 19.51 14.30 2.59 0.95
21 59.32 17.26 16.78 16.83 16.36 18.53 15.82 18.00 15.98 18.49 18.33 19.54 15.99 19.77 14.86 4.34 2.24
22 32.01 15.97 15.45 16.18 15.63 18.74 14.68 17.78 14.76 16.54 16.29 17.87 15.82 19.46 14.46 8.57 3.17
23 85.61 17.60 16.90 17.40 16.43 19.15 15.79 18.25 16.07 19.68 19.49 20.62 16.94 20.46 15.08 4.99 3.20
24 82.42 17.98 17.31 17.89 16.84 19.25 16.36 18.69 16.61 19.93 19.76 20.95 17.55 20.65 15.64 5.28 2.60
25 79.99 18.24 17.67 17.56 17.10 19.87 17.09 18.93 17.35 20.37 20.23 21.04 17.93 20.42 15.94 1.09 1.53
26 80.37 17.07 16.31 16.63 16.01 18.62 15.39 18.55 15.65 19.13 18.89 20.35 16.24 20.41 14.82 6.44 1.33
27 70.71 16.72 16.05 16.34 15.80 18.14 15.20 18.11 15.47 18.43 18.22 19.51 16.07 19.83 14.92 6.76 1.22
28 87.74 15.79 14.84 15.37 14.59 17.87 13.08 17.43 13.70 17.82 17.49 19.52 14.85 20.05 13.04 10.91 2.84
MA
RÇ
O
1 87.96 14.88 13.87 14.46 13.65 17.39 12.02 16.65 12.57 16.45 16.11 18.38 14.02 19.14 12.17 12.01 3.71 2 - - - - - - - - - - - - - - -
5 - - - - - - - - - - - - - - -
6 52.52 14.62 14.03 14.44 13.91 15.66 12.24 15.65 13.18 14.80 14.57 16.18 13.52 17.68 12.35 6.95 2.71
7 78.94 15.78 15.12 15.27 14.74 16.57 12.98 16.65 14.42 16.78 16.57 17.95 14.22 18.44 13.20 5.11 1.31
8 23.03 13.83 13.35 13.97 13.46 15.58 12.13 15.61 12.71 13.48 13.26 14.82 13.06 17.02 12.25 8.06 1.26
9 64.40 15.19 14.58 14.93 14.43 16.79 13.09 16.13 13.81 16.08 15.87 17.32 14.35 18.06 13.36 5.80 3.21
10* 74.04 16.53 15.92 16.21 15.71 17.88 14.43 17.39 15.50 17.67 17.48 18.83 15.77 19.26 14.62 6.00 2.38
11* 36.22 15.81 15.21 15.96 15.35 18.11 13.09 17.39 14.39 15.89 15.64 17.44 15.22 19.64 13.45 9.99 3.08
12 53.51 16.45 15.96 16.14 15.67 17.53 13.58 17.52 15.34 17.05 16.90 18.26 15.19 19.02 13.68 4.70 1.26
13 35.95 15.31 14.82 15.31 14.83 16.78 13.00 16.78 14.22 15.13 14.93 16.40 14.36 18.19 13.10 6.72 1.47
14* 32.46 15.06 14.32 15.29 14.52 17.65 11.64 16.81 12.95 15.17 14.79 17.13 14.36 19.94 12.05 14.54 4.24
15 86.60 16.46 15.71 15.73 15.06 18.44 12.61 17.51 14.47 17.36 17.11 19.09 14.49 19.87 12.59 5.47 3.27
16 - - - - - - - - - - - - - - -
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.I.2
Quadro A.I.2 - Valores médios diários de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos
experimentalmente durante a campanha de monitorização de Verão, ano de 2011.
Radiação Solar
[W/m2]
Temperatura vidro lado esquerdo
(°C)
Temperatura vidro lado direito (°C)
Temperatura parede lado
esquerdo (°C)
Temperatura parede lado direito (°C)
Temperatura caixilho
esquerdo (°C)
Temperatura estore (°C)
Temperatura Ambiente (°C)
Fluxo vidro
Fluxo parede
T1si (int)
T1se (ext)
T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se T6si T6se T7i
(TAI) T7e
(TAE) FV FP
JUN
HO
9 - - - - - - - - - - - - - - -
10 127.68 22.47 22.47 22.41 21.86 23.80 23.54 23.71 23.18 24.29 24.21 25.83 21.35 24.84 19.77 -8.64 -0.91
11 120.47 22.34 22.20 22.33 21.77 23.89 23.11 23.81 22.89 24.99 24.88 26.04 22.17 25.01 20.33 -4.91 -0.61
12 129.62 23.16 23.10 23.14 22.58 24.69 24.36 24.62 24.04 25.48 25.42 26.74 22.68 25.71 20.76 -7.28 -1.35
13 46.02 22.46 22.24 22.57 22.14 23.81 22.59 23.67 22.61 23.68 23.55 24.49 22.55 24.58 20.90 1.17 0.15
14 - - - - - - - - - - - - - - -
16 - - - - - - - - - - - - - - -
17* 102.81 22.84 22.61 22.44 22.04 23.95 23.62 23.43 23.44 24.77 24.73 24.96 22.54 23.99 20.93 -2.11 -1.82
18 128.35 22.69 22.29 22.40 21.78 24.18 23.28 24.28 23.11 24.92 24.80 25.72 21.94 25.33 20.29 -1.02 -1.68
19 126.93 24.90 24.76 24.30 23.89 24.47 25.52 24.69 25.33 26.79 26.77 27.32 24.03 26.06 22.65 -6.70 -1.72
20* 123.28 25.31 25.40 24.54 24.37 25.03 27.24 24.97 27.05 27.23 27.35 26.62 25.03 24.73 23.72 -12.15 -6.22
21* 122.99 24.91 24.84 24.19 23.92 25.08 26.28 24.72 26.10 27.12 27.18 26.94 24.80 25.08 23.33 -8.44 -3.84
22* 107.83 23.65 23.48 23.19 22.82 24.97 24.62 24.32 24.41 25.71 25.68 25.92 23.33 24.73 22.07 -3.79 -3.40
23* 125.75 21.81 21.56 21.33 20.88 22.57 22.52 22.51 22.34 23.96 23.96 23.98 21.51 22.83 20.14 -4.17 -3.06
24* 123.03 25.70 25.94 24.64 24.68 23.42 26.82 23.58 26.65 27.55 27.79 26.02 25.98 23.67 25.17 -16.65 -4.22
25 119.93 29.53 29.87 28.53 28.56 27.38 31.36 27.64 31.21 31.39 31.56 30.80 29.22 28.11 28.40 -17.57 -5.50
26 97.02 29.05 29.10 28.51 28.38 28.33 30.55 28.57 30.46 30.34 30.43 30.31 28.67 28.71 27.80 -8.75 -4.22
27 - - - - - - - - - - - - - - -
2 - - - - - - - - - - - - - - -
JULH
O
3 29.10 21.09 20.62 21.65 20.98 23.68 20.42 23.63 20.41 21.75 21.51 22.90 20.96 24.96 19.19 9.10 0.83
4 113.21 23.61 23.25 23.46 22.83 25.58 23.88 24.19 23.79 25.96 25.82 26.68 23.21 26.34 21.32 1.64 0.89
5 118.40 24.18 23.84 24.07 23.47 25.94 24.49 24.73 24.48 26.33 26.21 27.03 23.63 26.84 21.84 0.25 -0.12
6* 93.91 23.05 22.81 22.84 22.42 24.50 23.67 24.04 23.54 24.47 24.45 24.56 22.78 24.32 21.42 -1.79 -2.70
7* 98.32 22.18 21.80 21.84 21.25 23.40 22.07 22.84 21.95 23.84 23.73 24.39 21.41 24.02 19.95 -1.33 -1.17
8* 84.35 22.65 22.49 22.29 21.94 23.22 22.79 22.42 22.77 23.81 23.81 23.67 22.38 23.37 20.97 -3.02 -0.36
9 29.38 23.03 22.83 23.03 22.72 23.78 23.24 23.47 23.28 23.60 23.54 23.94 23.15 24.41 21.74 0.97 -0.69
10 79.97 23.45 23.19 23.28 22.86 24.25 23.84 23.86 23.89 24.64 24.60 25.05 23.07 25.11 21.74 -0.87 -1.36
11* 117.13 24.05 24.10 23.28 22.99 24.18 25.23 23.22 25.13 26.03 26.17 25.24 23.23 23.65 22.02 -12.36 -3.35
12* 34.14 21.64 21.36 21.60 21.22 23.27 21.58 22.68 21.58 22.36 22.27 22.77 21.62 23.16 20.38 2.46 -1.33
13* 124.75 22.63 22.36 22.16 21.67 23.20 22.65 22.52 22.83 24.77 24.75 24.98 21.98 24.00 20.88 -4.29 -1.14
14* 118.65 23.46 23.30 22.91 22.58 23.62 23.92 22.94 24.14 25.52 25.57 25.49 22.95 23.93 22.09 -7.47 -2.58
15* 116.74 24.01 23.90 23.43 23.11 23.71 24.58 23.42 24.86 26.12 26.18 26.03 23.56 24.51 22.52 -8.69 -3.01
16 76.51 22.44 22.18 22.50 22.09 23.78 22.70 23.48 23.01 23.73 23.66 24.22 22.35 24.46 21.16 2.25 -0.29
17 47.88 21.42 21.06 21.50 20.97 23.19 20.93 22.96 21.16 22.23 22.07 23.05 21.20 23.98 19.96 3.41 0.10
18* 92.53 21.65 21.41 21.38 20.96 22.42 21.51 21.85 21.79 23.15 23.13 23.37 21.27 22.95 20.08 -1.78 -0.07
19* 89.06 21.55 21.30 21.38 21.01 23.00 21.94 22.36 22.32 23.14 23.11 23.43 21.31 22.94 20.23 0.88 -2.24
20* - - - - - - - - - - - - - - -
ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
A.I.3
Quadros A.I.3 - Definição dos Dias Tipo de climatização: Diferenças médias diárias das temperaturas
ambiente (TAI-TAE) durante as campanhas de monitorização, de Inverno e de Verão, ano de 2011
Temperatura Ambiente (°C) Diferen
-ça
T7i (TAI)
T7e (TAE)
JAN
EIR
O
21 - - - 22 13.62 6.66 6.96 23 11.86 6.01 5.85
24* 14.25 8.14 6.11 25* 18.84 9.67 9.17 26* 18.76 10.14 8.62
27* 20.98 10.45 10.53 Dia climatizado 28* 21.24 11.02 10.22
29 17.46 10.50 6.96 30 16.97 10.00 6.97
31* 18.53 10.50 8.03
FEV
EREI
RO
1 17.13 9.54 7.59 2 - - - 4 - - - 5 18.27 12.25 6.02
6 18.19 12.72 5.47 7* 19.68 12.16 7.52 8* 20.20 12.41 7.79 9* 19.92 14.43 5.49 10 19.14 13.53 5.61
11* 21.26 12.74 8.52 12 19.31 13.22 6.09 13 17.79 12.45 5.34
14* 20.71 11.68 9.03 15* 20.64 13.18 7.46
16* 19.77 12.31 7.46 17* 20.53 12.70 7.83 18 20.48 13.35 7.13 19 18.69 14.45 4.24 20 19.51 14.30 5.21 21 19.77 14.86 4.91 22 19.46 14.46 5 23 20.46 15.08 5.38 24 20.65 15.64 5.01 25 20.42 15.94 4.48
26 20.41 14.82 5.59 27 19.83 14.92 4.91 28 20.05 13.04 7.01
MA
RÇ
O
1 19.14 12.17 6.97 2 - - - 5 - - - 6 17.68 12.35 5.33 7 18.44 13.20 5.24 8 17.02 12.25 4.77 9 18.06 13.36 4.7
10* 19.26 14.62 4.64 11* 19.64 13.45 6.19 12 19.02 13.68 5.34 13 18.19 13.10 5.09
14* 19.94 12.05 7.89 15 19.87 12.59 7.28 16 - - -
Temperatura Ambiente (°C) Diferen
-ça
T7i (TAI)
T7e (TAE)
JUN
HO
9 - - -
10 24.84 19.77 5.07
11 25.01 20.33 4.68
12 25.71 20.76 4.95
13 24.58 20.90 3.68
14 - - -
16 - - -
17* 23.99 20.93 3.06
18 25.33 20.29 5.04
19 26.06 22.65 3.41
20* 24.73 23.72 1.01
21* 25.08 23.33 1.75
22* 24.73 22.07 2.66
23* 22.83 20.14 2.69
24* 23.67 25.17 -1.50 Dia climatizado 25 28.11 28.40 -0.29
26 28.71 27.80 0.92
27 - - -
2 - - -
JULH
O
3 24.96 19.19 5.78
4 26.34 21.32 5.02
5 26.84 21.84 5.00
6* 24.32 21.42 2.90
7* 24.02 19.95 4.08
8* 23.37 20.97 2.40
9 24.41 21.74 2.67
10 25.11 21.74 3.37
11* 23.65 22.02 1.63
12* 23.16 20.38 2.77
13* 24.00 20.88 3.12
14* 23.93 22.09 1.84
15* 24.51 22.52 1.99
16 24.46 21.16 3.30
17 23.98 19.96 4.02
18* 22.95 20.08 2.87
19* 22.94 20.23 2.71
20* - - -
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.I.4
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
13
h5
01
8h
00
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
0
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Janeiro
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares
Temp Rad
[W/𝑚2] Temp
Rad [W/𝑚2]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
01
8h
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
11
h5
0
1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Fevereiro Fevereiro
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares
Temp Rad
[W/𝑚2] Temp
Rad [W/𝑚2]
Temp Rad
[W/𝑚2] Temp
Rad [W/𝑚2]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
0
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Fevereiro
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares
Temp Rad
[W/𝒎𝟐]
Figuras A.I.1 – Caracterização comportamento térmico do gabinete DECivil: Radiação Solar, TAI e TAE obtidos durante a campanha de monitorização de Inverno, ano 2011
ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
A.I.5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
18
h0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
11
h5
0
23 24 25 26 27 28 1 2 5 6
Fevereiro Março
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares
Temp Rad
[W/𝑚2]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
01
6h
20
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Março
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares
Temp Rad
[W/𝑚2]
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.I.6
01002003004005006007008009001000
10 °C
20 °C
30 °C
40 °C
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
02
3h
50
9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22
Junho
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Temperatura Exterior (termopares) Temperatura Interior (termopares)
Rad [W/𝑚2] Temp
01002003004005006007008009001000
10 °C
20 °C
30 °C
40 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
15
h5
01
8h
00
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
11
h5
0
23 24 25 26 27 2 3 4 5 6 7 8 9
Junho Julho
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Temperatura Exterior (termopares) Temperatura Interior (termopares)
Rad [W/𝑚2] Temp
01002003004005006007008009001000
10 °C
20 °C
30 °C
40 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
01
7h
30
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Julho
Radiação solar | Temperaturas interior e exterior
Radiação Temperatura Exterior (termopares) Temperatura Interior (termopares)
Rad [W/𝑚2] Temp
Figuras A.I.2 - Caracterização comportamento térmico do gabinete DECivil: Radiação Solar, TAI e TAE obtidos durante a campanha de monitorização de Verão, ano 2011
ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
A.I.7
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
13
h5
01
8h
00
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
0
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Janeiro
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini
Temp Rad
[W/𝑚2]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
01
8h
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
00
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
11
h5
0
1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Fevereiro Fevereiro
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini
Temp Rad
[W/𝑚2]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
23
h5
0
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Fevereiro
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini
Temp Rad
[W/𝑚2]
Figuras A.I.3 – Comparação dos valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos termopares e termohigrómetros (geminis), durante a campanha de monitorização de Inverno, ano 2011.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.I.8
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
18
h0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
11
h5
0
23 24 25 26 27 28 1 2 5 6
Fevereiro Março
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini
Temp Rad
[W/𝑚2]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 °C
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
0h
00
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
01
6h
20
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Março
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini
Temp Rad
[W/𝑚2]
ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais
A.I.9
0200400600800100012001400160018002000
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
02
3h
50
9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22
Junho
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAE: Gemini TAI: Gemini
Rad [W/𝑚2] Temp
0200400600800100012001400160018002000
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
15
h5
01
8h
00
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
01
1h
50
23 24 25 26 27 2 3 4 5 6 7 8 9
Junho Julho
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAE: Gemini TAI: Gemini
Rad [W/𝑚2] Temp
0200400600800100012001400160018002000
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
00
h0
0
6h
00
12
h0
0
18
h0
0
0h
00
6h
00
12
h0
01
7h
30
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Julho
Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação
Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAI: Gemini TAE: Gemini
Rad [W/𝑚2] Temp
Figuras A.I.4 - Comparação dos valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos termopares e termohigrómetros (geminis), durante a campanha de monitorização de Verão, ano 2011.
ANEXO II
Programa informático Window 7: Metodologia utilizada
ANEXO II - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada
A.II.1
ANEXO II
Neste estudo, a definição dos sistemas de envidraçado estudados (com diferentes tipos de vidro,
caixilho e gás existente na câmara de preenchimento dos vidros duplos) foi realizada no software
informático WINDOW 7 , que permite definir e, posteriormente, exportar a informação para o programa
de simulação energética EnergyPlus, através de um ficheiro com extensão (.dat).
O WINDOW é um programa de software desenvolvido no Lawrence Berkeley National Laboratory
(LBNL), principalmente para uso de fabricantes, engenheiros, arquitectos e académicos, que pretendam
estudar e determinar as propriedade térmicas e ópticas de vidros e de sistemas envidraçados. Este
programa realiza o cálculo de índices de desempenho térmico de envidraçados, permitindo um versátil
método de análise versátil da transferência de calor de acordo com o procedimento de classificação
desenvolvido pela Fenestration Nacional Rating Council (NFRC). O programa pode ser usado para
projectar e desenvolver novos produtos, bem como para avaliar e comparar as características de
desempenho de todos os tipos de elementos de um sistema envidraçado.
Metodologia utilizada
De um modo muito simples e intuitivo, o WINDOW permite a definição de um sistema de envidraçado
(caixilho, vidro e gás existente na câmara de preenchimento dos vidros duplos) seguindo uma sequência
lógica. Em primeiro lugar, será necessário definir individualmente todos os elementos constituintes, e só
por fim, acopla-los num sistema final.
Assim numa primeira fase, será necessário definir individualmente as características de cada elemento
do vão envidraçado, recorrendo a uma base de dados com inúmeros tipos de vidro, caixilhos e misturas
gasosas, existentes no mercado, ou introduzindo uma nova solução. Esta definição de elementos é
sempre realizada do elemento mais simples para os mais complexo. Por exemplo, na definição de um
vidro duplo, primeiramente será necessário definir individualmente, os vidros e o gás de
preenchimento, e só depois, emparelha-los no sistema.
1. Definição do elemento vidro:
O WINDOW dispõe de uma base de dados de vidros muito completa (Glass Library), apresentando
soluções de vários tipos e de diversos fornecedores. Esta base de dados, que possui toda a
caracterização óptica e térmica do vidro, pode ser actualizada, desde que estejam disponíveis novas
versões da mesma. Na Figura A.II.1 é apresentada uma parte dessa base de dados disponível. Se esta
não contemplar o vidro pretendido, será necessário introduzi-lo manualmente através do separador
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.II.2
lateral New. No presente estudo, os vidros pretendidos (da Saint Gobain Glass) estavam todos
disponíveis na base de dados.
2. Definição do gás existente na caixa-de-ar dos vidros duplos:
O WINDOW possui uma base de dados Gap Library, muito semelhante à do vidro, com várias soluções
de mercado. Sempre que se pretenda um gás diferente, será necessário introduzi-lo manualmente. Na
Figura A.II.2 é apresentada a base de dados de gás de preenchimento Gap Library.
Este programa, também desenvolvido pelo US Department of Energy, como aplicação complementar do Energyplus, permite desenhar geometricamente cada janela (figura A.II-5) e Figura A.II-4 – Exemplo de introdução de uma solução construtiva no Energyplus Figura A.II-5 – Ambiente de trabalho do WINDOW 5 A-IX A partir dos materiais escolhidos para cada componente da janela, o próprio programa calcula o valor do coeficiente U da solução e o valor do factor solar da mesma (SHGC). Ao exportar o ficheiro em extensão .dat para o Energyplus, basta chamar cada janela realizada no WINDOW 5 recorrendo ao ponto Construction: WINDOWDataFile.
Figura A.II.1 – Definição do elemento vidro: Glass Library.
Figura A.II.2 - Definição do gás existente na caixa-de-ar: Gap Library.
ANEXO III - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada
A.II.3
Figura A.II.3 – Definição de um vidro duplo: Glazing System Library.
3. Definição do sistema de vidro, simples ou duplo:
No separador central Glazing System Library é possível definir o sistema de vidro, simples ou duplo, tal
como é apresentado nas Figuras A.II.3 e A.II.4, respectivamente. Sempre que o sistema de vidro não está
no separador lateral List, será possível introduzir um novo em New. Na definição de um novo sistema de
vidro será necessário definir as características: nome; número de vidros (layers); ângulo em relação ao
pavimento (tilt); tipos de vidros (depois de definidos no ponto 1), suas espessuras e ar de
preenchimento (no caso de vidro duplo). Se o vidro pretendido possuir uma capa solar, será também
necessário indicar a face onde esta será aplicada (Flip). No Center of Glass Results são apresentados os
parâmetros térmicos do vidro tal como o coeficiente transmissão térmica U, factor solar SHGC (g) e o
coeficiente de transmissão visível Tv (Tvis).
Figura A.II.4 - Definição de um vidro simples: Glazing System Library.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.II.4
Figura A.II.5 – Definição do sistema de caixilho: Frame Library.
4. Definição do sistema de caixilho:
Muito semelhante aos restantes, o WINDOW possui uma base de dados (Frame Library) com várias
soluções de mercado. Sempre que se pretenda um caixilho diferente, será necessário introduzi-lo
manualmente, através do separador lateral New, definindo todas as características do caixilho. Na figura
A.II.5 é apresentado o layout da base de dados (Frame Library).
5. Definição de um sistema Vão de envidraçado:
Por fim, neste separador central Window Library, são agrupados os elementos constituintes do sistema
de envidraçado. Assim, e de um modo semelhante aos anteriores, no separador lateral List estão
apresentados todos os sistemas já definidos. Na definição de um não existente, no separador lateral
New, é possível caracterizar um novo sistema de envidraçado, alocando os sistemas de vidro e de
caixilho, anteriormente definidos. Será também necessário introduzir o nome desse sistema, o tipo de
janela, suas dimensões e ângulo com o pavimento. Na Figura A.II.6 é apresentado um exemplo da
definição de um sistema de envidraçado. Importa salientar, que para alocar os sistemas de caixilho e
vidro, anteriormente definidos, é suficiente seleccionar o vidro ou caixilho, clicando na imagem
apresentada em modelo, tal como mostra a Figura A.II.6.
ANEXO III - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada
A.II.5
Figura A.II.6 – Definição de um sistema de envidraçado no WINDOW Library
6. Exportar dados para EnergyPlus:
Concluída a definição dos sistemas de envidraçados, no separador lateral List será possível a visualização
de todos os sistemas já definidos. Para exportar os dados referentes a esses sistemas de envidraçados
para o Energyplus, é possível criar um ficheiro de extensão (.txt) no separador lateral Report, tal como se
ilustra na Figura A.II.7. Para que esse ficheiro seja reconhecido pelo EnergyPlus, será necessário abri-lo e
na opção “guardar como”, introduzir o directório da pasta principal do EnergyPlus (neste caso, em
EnergyPlusV1-2-0), gravando-o com o nome “Window5DataFile.dat”, mudando a sua extensão inicial de
(.txt) para (.dat).
Por fim, para que o programa EnergyPlus considere estes dados, será necessário introduzir o nome do
sistema de envidraçado pretendido, pertencente à lista exportada, tal como descrito no capítulo 6 do
presente trabalho.
INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST
A.II.6
Figura A.II.7 – Exportação dos dados para EnergyPlus, através do Report.
ANEXO III
Gabinete do DECivil: Cortes em vista
M M
O O
SECTION M-M
SECTION O-O
SECTION Q-Q SCALE 1 : 40
AssemEscritorio Anexo
WEIGHT:
A3
SHEET 1 OF 2SCALE:1:50
DWG NO.
TITLE:
Instituto Superior Técnico
MATERIAL:
DATESIGNATURENAME
DEBUR AND BREAK SHARP EDGES
FINISH:UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
Q.A
MFG
APPV'D
CHK'D
DRAWN
Vistas Gabinete DECivil, Fachada Sul e Este
In�uência dos vãos envidraçados no desempenho energético de edifícios
Outubro, 2012
J J
SECTION J-J
K K
SECTION K-K
R R
SECTION R-R SCALE 1 : 40
AssemEscritorio Anexo
WEIGHT:
A3
SHEET 2 OF 2SCALE:1:50
DWG NO.
TITLE:
Vistas Gabinete DECivil, Fachada Norte e Oeste
Instituto Superior Técnico
MATERIAL:
DATESIGNATURENAME
DEBUR AND BREAK SHARP EDGES
FINISH:UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
Q.A
MFG
APPV'D
CHK'D
DRAWN
In�uência dos vãos envidraçados no desempenho energético de edifícios
Outubro, 2012