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Desempenho Térmico de edificações Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E
PROFESSOR
RobertoLamberts
ECV 5161UFSCFLORIANÓPOLIS
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estru
tura
2Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E
introdução
+ Definição+ Objetivos + Interação dinâmica+ Adoção em projeto+ Indicadores de desempenho
IBPSA
+ Mundo+ USA+ BR
simulação em projeto Programas
+ BIM+ Simulação termo-energética
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+ Impacto das decisões+ Função simulador+ Processo integrado+ Procedimento modelagem+ Fundamentos modelagem
Regulamento BR
+ RTQ-C+ S3E+ Exemplos
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33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Definição (adaptada from wikipedia)
INTR
OD
UÇ
ÃO
+
+ Definição+ Objetivos + Interação dinâmica+ Adoção em projeto+ Indicadores de desempenho
Simulação é a imitação da operação de um processo ou
sistema real ao longo do tempo. A ação de simular requer,
primeiramente, o desenvolvimento de um modelo que
represente as características e o comportamento do
processo ou sistema real em análise. Em outras palavras, o
modelo representa o próprio sistema e a simulação representa,ou reproduz, o funcionamento do sistema ao longo do tempo.
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4Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Definição
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-CO edifício virtual
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5Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Objetivos da simulação de desempenho energético em edificações
• Projeto: otimizar (high performance) , cumprir requisitos, normas, prever o uso futuro (mudanças climáticas)
• Analisar a satisfação dos requisitos do usuário, conforto, bem estar.
• Entender o comportamento do edifício frente a dinâmica do clima
• Operação (entender problemas, prever estoque de energia térmica)
• Retrofit
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6Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Interação dinâmica
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7Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Adoção da simulação em projeto
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8Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Indicadores de desempenho
• Temperatura (8760 valores), TBS, TBU, TRM, TOP
• Graus hora (acima ou abaixo de uma Tbase)
• Consumo de energia (kWh/m2) ano, mês, dia, hora
• Fluxo de calor por uma superfície
• Cargas térmicas (envoltória, internas)
• Velocidade do ar
• Iluminação natural
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99Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
IBPSA – Mundo (ibpsa.org)
+ Mundo+ USA+ BR
Associação internacional de desempenho de edificações que reúne pesquisadores, desenvolvedores, projetistas dedicados a melhorar o ambiente construído
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10Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
IBPSA – Mundo
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http://www.aia.org/aiaucmp/groups/aia/documents/pdf/aiab096060.pdf
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http://www.rmi.org/cms/Download.aspx?id=10834&file=2013-17_BEMFOANDM.pdf&title=Building+Energy+Modeling+for+Owners+and+Managers%3a+A+guide+to+Specifying+and+Securing+Services
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Modelagem energética
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2121Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Impacto das decisões de projeto+ Impacto das decisões+ Função simulador+ Processo integrado+ Procedimento modelagem+ Fundamentos modelagem
Inspirado em material da IBPSA-USA
TempoInício do Projeto
Fim do projeto
Alto
Baixo
Nív
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sfo
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22Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
A função do simulador
• Analisar o uso de energia no edifício
• Garantir que o projeto minimiza o uso de energia, maximiza o conforto e assegura o atendimento aos códigos
• Auditar o projeto e apontar áreas de preocupação para o time de projeto
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23Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Processo integrado de projeto
• Informar a equipe sobre as metas definidas
• Fazer recomendações o mais cedo possível para maximizar o ganho
• Identificar onde os esforços devem ser focados para maximizar as economias de energia e redução de carga térmica para redução do tamanho do equipamento de condicionamento
• Maximizar oportunidades de eficiência energética
Definir metasPotencial Técnico
Passos da modelagem
Atividades
Objetivos da modelagem
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24Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Quantificar as metas de energia com a equipe de projeto
Types of Goals
Metas absolutas
• Consumo < 90kWh/m2
• ZEB
• Demanda < 40W/m2
Comparativas
• 55% menos que a ASHRAE 90.1
• Nível A
Certificações
• LEED Platinum
• Selo PROCEL
• ASHRAE BuildingEnergy Quotient
Uso final
• 80% redução no consumo de iluminação através de iluminação natural
• 100% do aquecimento através de calor rejeitado ou energia solar
kWh/m2 ano% redução (90.1,
RTQ, Benchmark)
Uso finalQual certificação
Processo integrado de projeto
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25Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Improved u-values
Reduced loads
Different HVAC
Option
ControlsCurrent Design
Theoretical Minimum
Ener
gy U
sage
Efficiency
savings
Processo integrado de projeto
Como determina-se o potencial técnico
• Inicie com uma baseline ou o projeto como está
• Remova perdas e ineficiências com a melhor tecnologia disponível
Porque é importante?
• Muda a maneira convencional de pensar
• Não fica limitado a benchmarks e normas
• Pode levar a metas de projeto mais agressivas
O que é o potencial técnico?
O Nível mínimo de consumo de energia possível em um edifício com as tecnologias existentes (excluindo geração local de energia)
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26Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
(1) Defina necessidades
(2) Identifique medidas apropriadas
(3) Reduza cargas térmicas
(4) Selecione tecnologias apropriadas e eficientes
(5) Planeje o sistema de condicionamento
(6) Otimize a operação
(7) Procure sinergias
(8) Explore energias alternativas
Processo integrado de projeto
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27Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Otimize as estratégias de
redução de carga
Redimensione o sistema de
condicionamento
Compare os indicadores com
benchmarks
Utilize analise de custo no ciclo de
vida
Processo integrado de projeto
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28Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Procedimento de modelagem
Pré Projeto
Projeto esquemático
Desenvolvimento do projeto
Especificações construtivas
Pós Construção
Ocupação e operação
Como a modelagem pode ser utilizada durante o ciclo de vida do edifício?
Quais os principais passos em cada fase?
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29Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Alinhamento com a equipe para definir metas de economia de energia
Modelagem para definir o potencial técnico do edifício
Modelagem para informar o efeito da decisões de projeto
Pré-Projeto – a equipe de projeto define os primeiros conceitos do edifício, estrutura, sistemas e layout
Reunião com a equipe para o entendimento se o projeto adotado funciona/ atende as metas
Procedimento de modelagem
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30Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Pré-Projeto – Confirmar hipóteses adotadas e fazer uma analise “big picture” :
1. Baseado no que se tem disponível (planta baixa, tipologia, etc.) construir um modelo base (por exemplo Standard 90.1)
2. Documentar as hipóteses a anotar valores a serem validados.
3. Avaliar o uso final para descobrir áreas com oportunidade de maiores economias
4. Avaliar picos de carga térmica de aquecimento e refrigeração para identificar formas de reduzir o tamanho das maquinas.
5. Analisar os possíveis conflitos entre aquecimento e refrigeração
6. Analisar principalmente as decisões que devem ser tomadas no inicio do projeto e que depois são muito difíceis de reintroduzir.
7. Determinar o potencial técnico de eficiência para apresentar para a equipe de projeto.
Procedimento de modelagem
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31Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Seja pontual
O Processo de decisão pode acontecer rápido. Se o tempo é curto considerar simplificar padrões de uso, zoneamento geometria das janelas.
Se dedicar aos componentes que são decididos no projeto esquemático
Pé direito para maximizar o potencial de uso da luz natural
Sistemas integrados: UFAD, ventilação natural, operação em modo misto.
Responder e aproveitar as especificidades do projeto
Motivações do cliente
Informações requeridas pela equipe de projeto
Histórico do projeto
Procedimento de modelagem
Projeto esquemático
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32Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
1. Revisar os documentos disponíveis (requisitos do proprietário, narrativas, desenhos).
2. Compilar os padrões de uso, DPI, DPE e dados de projeto para a equipe revisar
3. Avaliar o que não pode ser modelado por métodos alternativos (planilhas etc.)
4. Avaliar o impacto de mudar de “referência” para “potencial técnico”
5. Definir alternativas de sistemas HVAC
6. Definir e estudar MEEs
7. Simular MEEs uma por vez
8. Definir pacotes de MEEs para atingir metas
9. Verificar os resultados e confronte com métricas (HVAC, uso final) e metas
Procedimento de modelagem
Projeto esquemático
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33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Dimensionamento apropriado do sistemaAjustar a especificação do sistema para a carga térmica
Superdimensionamento (tipicamente para sistemas com VRF) : permite expansão e beneficia de melhores eficiência em cargas parciais
Ajudar nas decisões de engenharia
Mostrando o efeito cumulativo da medidas de eficiência
Analisando o impacto nos custos
Ajudar no ajuste das estratégias de eficiência
Controles: delta T / resets / VAV mínimo / etc.
Dispositivos de sombreamento– horizontais/ verticais, etc.
Procedimento de modelagem
Desenvolvimento do projeto
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34Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
1. Atualizar os inputs do modelo com o projeto atualizado e documente hipóteses
2. Identificar diferenças entre projeto e especificações e solicitar atualizações (propriedades dos vidros, ventiladores, sequencia de operação )
3. Para analises de custo no ciclo de vida, identificar as medidas de eficiência já incorporadas no projeto e fazer analises paramétricas para mostrar o efeito de não usar estas estratégias.
4. Identificar e analisar novas medidas de eficiência ainda não analisadas em etapas anteriores
5. Ajuste fino das medidas de eficiência no projeto:• Parâmetros de Controle• Dispositivos de sombreamento exterior• Seleção do chiller (curvas em carga parcial)
6. Verificar se as capacidades do HVAC permitem conforto sem prejudicar a eficiência energética
Procedimento de modelagem
Desenvolvimento do projeto
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35Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
• Assegurar que as estratégias de eficiência estejam registradas no projeto
• Finalizar as estimativas de desempenho e de economia de energia
• Documentar as economias para LEED / Etiquetagem / etc.
• Verificar mudanças na forma do edifício, orientação e zonas térmicas
• Verificar os parâmetros da envoltória (U, FS)
• Identificar alterações de DPI, DPE e padrões de uso
Procedimento de modelagem
Documentos para construção
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36Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
• Identificar mudanças em ventiladores, vazões ou outros do HVAC
• Identificar mudanças nos controles
• Revisar o modelo para refletir o projeto atual
• Assegurar que a documentação atende ao solicitado pelas autoridades/certificadoras
• Justificar todas as economias
• Descrever todos as entradas não padronizadas
Procedimento de modelagem
Documentos para construção
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37Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Fundamentos de modelagem
Geometria
• Termodinamicamente 3 informações são importantes para transferência de calor
– Área
– Orientação
– Inclinação
• E para infiltração
– Volume
– Com iluminação natural a forma também é importante
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38Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Uso• Todas salas com mesmo ganho interno e uso
Temperatura de Controle• Todas salas com o mesmo controle de termostato
Ganho Solares• Zonas perimetrais com janelas, pelo menos uma zona por orientação
• Zonas para o exterior sem janelas podem ser agrupadas
• Considerar os sombreamentos
Perímetro ou Interior • Zonas perimetrais de 5 metros geralmente requerem aquecimento
• Zonas de Core podem precisar apenas refrigeração
Tipos de sistema de distribuição• Combine salas servidas pelo mesmo sistema
Zoneamento do modelo
Fundamentos de modelagem
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39Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Condicionada
• Espaço refrigerado ou aquecido
Não Condicionada
• Nem refrigerada nem aquecida
• Forros não suados como pleno, porões, áticos, garagens
Plenos
• Retorno de ar
• Átrios usados como retorno
Tipos de zonas
Fundamentos de modelagem
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40Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Componentes construtivos
• Paredes externas e internas
• Paredes enterradas
• Contato com o solo
• Janelas
Fundamentos de modelagem
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41Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Cargas internas
• Iluminação
• Cargas de tomadas
• Ocupação
• Padrões de uso
Fundamentos de modelagem
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4242Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM – Building Information Modeling+ BIM+ Simulação termo-energética
Autodesk
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43Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
Bentley
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44Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
FLUX
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45Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
FLUX
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46Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
Grasshopper
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47Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
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48Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
Dynamo
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49Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
BIM
Grasshopper
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50Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
IBPSA – USA
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51Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
https://energyplus.net/
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52Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Arquivos climáticos
Simulação termo-energética de edificações
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53Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Arquivos climáticos
Simulação termo-energética de edificações
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54Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Arquivos climáticos
Simulação termo-energética de edificações
Formatos- TRY- TMY
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55Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
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57Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
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59Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
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62Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
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63Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
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64Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
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65Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
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66Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
Autodesk Insight 360
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67Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Simulação termo-energética de edificações
Autodesk Insight 360
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6868Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
RTQ-C – Método de Simulação+ RTQ-C+ S3E+ Exemplos
Características mínimas necessárias ao programa desimulação a ser utilizado
Características mínimas exigidas para o arquivo climático.
Pré-requisitos específicos
Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E
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69Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
RTQ-C – Método de Simulação
O método compara o desempenho do edifício proposto (real) com umedifício similar (de referência), cujas características devem estar de acordocom o nível de eficiência pretendido.
Dois modelos devem ser construídos: o modelo representando o edifícioreal (de acordo com o projeto proposto) e o modelo de referência (de acordocom o nível de eficiência pretendido).
Consumo de energia do projeto proposto deve ser igual ou menor do que oconsumo do edifício de referência para que seja concedida a classificação nonível de eficiência energética pretendido.
Procedimentos para simulação
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70Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
RTQ-C – Método de Simulação
Para etiquetas parciais, o modelo real deve conter as seguintes alterações:
Etiqueta Parcial da Envoltória: Simular com os sistemas de iluminação e com osistema de condicionamento de ar especificados para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido;
Etiquetas Parciais da Envoltória e do Sistema de Iluminação: Simular com osistema de condicionamento de ar especificado para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido;
Etiquetas Parciais da Envoltória e do Sistema de Condicionamento de ar:Simular com o sistema de iluminação especificado para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido.
Procedimentos para simulação
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71Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
RTQ-C – Método de Simulação
Edifícios condicionados avaliados completamentepelo método da simulação poderão receber a ENCEGeral e o ponto de bonificação apenas quando esta nãoestiver presente na simulação.
A Pontuação Total é calculada pelo equivalentenumérico obtido da simulação de acordo com o nívelde eficiência atendido mais as bonificações. Aclassificação final é obtida pela tabela de classificaçãogeral, como no método prescritivo.
Pontuação Total (PT) de edifícios totalmente simulados
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72Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
RTQ-C – Método de Simulação
É obrigatório comprovar por simulação que o ambiente interno das áreas nãocondicionadas proporciona temperaturas dentro da zona de conforto durante umpercentual das horas ocupadas.
O equivalente numérico obtido, de acordo com POC, é usado na equação para ocálculo do número de pontos para classificação geral.
Ambientes naturalmente ventilados ou não condicionados
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73Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
S3E – Simulador de Eficiência Energética em Edificação
Ferramenta WEB gratuita.
Desenvolvimento convênio Ministério de Minas e Energia/LabEEE.
Auxiliar no processo de obtenção da Etiqueta Nacional de Conservação deEnergia através do método de simulação.
Auxiliar arquitetos, engenheiros e projetistas no desenvolvimento deedificações mais eficientes.
Disponível em: http://www.s3e.ufsc.br/
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74Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
S3E
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Criação do modelo
Arquivo climático
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75Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
S3E
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Envoltória
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76Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
S3E
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Envoltória
Aberturas - PAF
Edição avançada: PAF diferentes por fachada
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77Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
S3E
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-CEnvoltória
Componentes construtivos:
Janela Parede externa Cobertura Piso entre andares Piso térreo Parede interna Abertura zenital
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Absortância das superfícies externas
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79Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
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Envoltória
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Envoltória
Componentes construtivos
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Padrão de uso Iluminação
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Iluminação e ganhos
Padrão de uso Ocupação
Domingo e feriados: desocupado
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Condicionamento de ar
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Características principais refrigeração e aquecimento
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Condicionamento de ar
Edição avançada:Tipos de sistemas de climatização
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