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Emissões de Carbono - Estudo Comparativo entre
Sistemas AVAC em Ambiente Hospitalar
Vigas Arrefecidas e Ventiloconvectores
Filipe Miguel Fernandes Ventura
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Júri
Presidente: Professor Mário Manuel Gonçalves da Costa
Orientador: Professor Tiago Morais Delgado Domingos
Co-Orientador: Professor Jorge Alberto Gil Saraiva
Vogal: Professor Miguel José Pereira Sales Cavique Santos
Outubro de 2011
ii
AGRADECIMENTOS
Dedico os meus agradecimentos:
� à empresa Teixeira Duarte Engenharia e Construções, S.A. por tornar possível a realização
do presente trabalho, assim como à equipa de trabalho em que estou inserido pelo apoio e
incentivo;
� ao Investigador Doutor Jorge Saraiva e ao Professor Doutor Tiago Domingos pela importante
orientação na elaboração deste trabalho;
� aos Engenheiros António Sampaio, José Amaral e Rui Pedro Nunes pela colaboração e for-
necimento de documentação essencial à execução deste trabalho;
� ao Engenheiro Daniel Cabrita pela informação e documentação disponibilizada;
� à Vanessa pela paciência e apoio incondicional.
iii
RESUMO
As alterações climáticas são actualmente uma ameaça séria para o ambiente a nível global. O
clima é influenciado por mudanças nas concentrações atmosféricas dos Gases de Efeito de Estufa
(GEE) que capturam a radiação infravermelha da superfície da Terra. Os compromissos internacio-
nais a nível de emissões de GEE para a União Europeia tiveram a sua base no Protocolo de Quioto,
com o objectivo de redução de 8%, seguindo-se o objectivo de 20% com o Pacote Energia-Clima e o
objectivo de longo prazo, definido na conferência do G8, em Itália, de redução de 80% das emissões
de GEE em 2050 (sempre face ao ano de referência de 1990).
Com a elaboração deste trabalho, pretendeu-se desenvolver ferramentas de cálculo expeditas
para a determinação de emissões de carbono de sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condi-
cionado (AVAC), de forma a efectuar uma análise comparativa entre sistemas e aferir sobre a possibi-
lidade de redução de emissões.
A aplicação destas ferramentas recaiu sobre um bloco de internamentos de um edifício hospita-
lar a ser construído em Faro pelo que, face ao que parece ser a actual expansão do mercado de
AVAC na Saúde, foram considerados dois sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como
casos de estudo. Face ao contributo dos consumos energéticos dos equipamentos dos sistemas
AVAC, que correspondem a cerca de 95% das emissões de carbono globais, realça-se a importância
do desenvolvimento de uma ferramenta expedita de cálculo para estimar as necessidades térmicas
anuais e os consumos energéticos dos equipamentos, em termos de electricidade e de gás. A este
facto não pode ficar alheia a introdução do conceito original de Humidade-dia, que permite estimar,
em paralelo e de forma similar ao Grau-dia, as necessidades anuais de desumidificação e humidifica-
ção.
Comparando os resultados obtidos, verifica-se que a opção pelo sistema de vigas arrefecidas,
em vez do sistema de ventiloconvectores, permite a redução anual de 18,5% no consumo eléctrico e
de 19,3% no consumo de gás, a redução anual de 18,6% no consumo de energia primária, e a redu-
ção de emissões de carbono em cerca de 20% durante o período analisado de 30 anos.
Palavras-Chave: Potencial de Aquecimento Global, Emissões de Carbono, Consumos de Ener-
gia Primária, Ventiloconvectores, Vigas Arrefecidas
iv
ABSTRACT
Climate change is a serious threat to the global environment. Climate is influenced by changes in
atmospheric concentrations of greenhouse gases (GHGs) that trap infrared radiation from the Earth's
surface. The international commitments regarding GHG emission levels for the European Union are
based on the Kyoto Protocol, aimed at a reduction of 8%, followed by the 20% reduction goal pro-
posed by the Climate and Energy Package and the long-term goal, set in the G8 summit in Italy, of
80% reduction of GHG emissions in 2050 (compared to the reference year 1990).
This dissertation aims to develop simple tools which, in an expedite way, allows the determination
of carbon emissions of Heat, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems in order to make a
comparative analysis of systems and assess the possibility of reducing emissions.
These tools were applied to the project for an inpatient ward of a hospital to be built in Faro so,
considering what seems to be the current expansion of the HVAC market in healthcare, two systems
were considered, fan coils and chilled beams, as case studies. Given the contribution of the HVAC
equipment’s energy consumption, equal to about 95% of global carbon emissions, the importance of
developing an expedite tool to estimate the annual thermal needs and equipment’s electricity and gas
energy consumption should be emphasized. It is also worth noting the introduction in this dissertation
of the Humidity-Day original concept, that estimates, alongside and in analogy to the Degree-Day, the
dehumidification and humidification annual needs.
Comparing the results, it was found that the choice of a chilled beam system instead of a fan coil
system allows a reduction in annual electricity consumption by 18,5% and 19,3% in gas consumption,
the annual reduction of 18,6% in primary energy consumption, and the reduction in carbon emissions
by 20% during the analyzed period of 30 years.
Keywords: Global Warming Potential, Carbon Emissions, Primary Energy Consumption, Fan
coil, Chilled Beam
v
SIGLAS E ACRÓNIMOS
ACSS Administração Central do Sistema de Saúde
ADEME Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (Agência Francesa)
ADENE Agência para a Energia
APA Agência Portuguesa do Ambiente
APME Association of Plastics Manufacturers in Europe
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
AVAC Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado
CE Certificado Energético
DCR Declaração de Conformidade Regulamentar
DGEG Direcção Geral de Energia e Geologia
EDP Energias de Portugal
EEA European Enviroment Agency
EPA Environment Protection Agency (Agência Americana)
EPBD Energy Performance of Buildings Directive
ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos
ESEER European Seasonal Energy Efficiency Ratio
FER Fontes de Energia Renovável
GD Grau-dia
GEE Gases de Efeito de Estufa
GN Gás Natural
GNL Gás Natural Liquefeito
GWP Global Warming Potential
HD Humidade-dia
IEA International Energy Agency
IFP Institut Français du Pétrole
INERPA Inventários Nacionais de Emissões de Poluentes Atmosféricos
INMG Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica
IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change
ISO Organização Internacional de Normalização
LCA Life Cycle Assessment
LEED Leadership in Energy and Environmental Design
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil
MEDD Ministère de l'Écologie, du Développement Durable (Ministério Francês)
n-ZEB Nearly Zero Energy Building
QAI Qualidade do Ar Interior
RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios
REN Redes Energéticas Nacionais
RNT Rede Nacional de Transporte
vi
RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
RSU Resíduos Sólidos Urbanos
SCE Sistema Nacional Certificação Energética e Qualidade do Ar Interior dos Edifícios
SNGN Sistema Nacional de Gás Natural
U Coeficiente de Transmissão Térmica
UE União Europeia
UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change
UTA Unidade de Tratamento de Ar
UTAN Unidade de Tratamento de Ar Novo
UTAN-VA UTAN interligada a Vigas Arrefecidas
UTAN-VC UTAN interligada a Ventiloconvectores
VA Viga arrefecida
VAC Volume de Ar Constante
VAV Volume de Ar Variável
VC Ventiloconvector
VRV Volume de Refrigerante Variável
vii
ÍNDICE
AGRADECIMENTOS...................................................................................................................ii
RESUMO .................................................................................................................................... iii
ABSTRACT.................................................................................................................................iv
SIGLAS E ACRÓNIMOS ............................................................................................................ v
ÍNDICE.......................................................................................................................................vii
CAPÍTULO 1 : Introdução........................................................................................................... 1
1.1. Objectivos ................................................................................................................... 1
1.2. Enquadramento do tema ............................................................................................ 1
1.3. Plano de trabalho ........................................................................................................ 2
CAPÍTULO 2 : Estado da arte .................................................................................................... 3
2.1. Protocolo de Quioto e redução dos GEE.................................................................... 3
2.2. Situação energética em Portugal................................................................................ 6
2.3. Directiva comunitária de desempenho energético de edifícios .................................. 8
2.3.1. RSECE ........................................................................................................... 10
2.3.2. RCCTE ........................................................................................................... 12
CAPÍTULO 3 : Metodologia de cálculo ..................................................................................... 14
3.1. Sistemas AVAC......................................................................................................... 14
3.1.1. Classificação dos sistemas por área servida ................................................. 14
3.1.2. Classificação dos sistemas por fluido térmico ............................................... 15
3.1.3. Equipamentos terminais................................................................................. 17
3.2. Metodologia de cálculo de potências........................................................................ 20
3.2.1. Potência térmica............................................................................................. 20
3.2.2. Correcção da potência térmica ...................................................................... 21
3.3. Metodologia de cálculo de consumos....................................................................... 22
3.3.1. Necessidades térmicas anuais ...................................................................... 22
3.3.2. Correcção das necessidades térmicas anuais............................................... 24
3.3.3. Consumo eléctrico e de gás........................................................................... 25
3.3.4. Grau-dia e Humidade-dia ............................................................................... 27
3.3.5. Energia primária ............................................................................................. 31
3.4. Metodologia de cálculo de emissões de carbono..................................................... 32
3.4.1. Materiais ......................................................................................................... 33
3.4.2. Transporte ...................................................................................................... 35
3.4.3. Energia ........................................................................................................... 37
3.4.4. Desperdícios de fim de vida ........................................................................... 44
CAPÍTULO 4 : Aplicação .......................................................................................................... 48
4.1. Caracterização do edifício ........................................................................................ 48
4.2. Caracterização do sistema AVAC............................................................................. 49
4.3. Parâmetros de cálculo .............................................................................................. 50
viii
4.3.1. Potências........................................................................................................ 50
4.3.2. Consumos ...................................................................................................... 52
4.3.3. Emissões de carbono..................................................................................... 59
CAPÍTULO 5 : Resultados........................................................................................................ 63
5.1. Potência térmica ....................................................................................................... 63
5.2. Necessidades térmicas anuais ................................................................................. 66
5.3. Consumo eléctrico e de gás ..................................................................................... 68
5.4. Energia primária........................................................................................................ 71
5.5. Emissões de carbono ............................................................................................... 73
5.6. Comparativo de emissões de carbono ..................................................................... 80
CAPÍTULO 6 : Comentários e conclusões ............................................................................... 84
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................... 87
APÊNDICES ................................................................................................................................ I
Apêndice A - Metodologia de cálculo de potências térmicas................................................. II
Apêndice B - Metodologia de cálculo de necessidades térmicas anuais ..............................X
Apêndice C - Parâmetros geométricos das zonas a climatizar.......................................... XIX
Apêndice D - Características da envolvente ....................................................................... XX
Apêndice E - Especificações técnicas dos equipamentos................................................. XXI
Apêndice F - Dados dos fornecedores.............................................................................XXIV
Apêndice G – Dados climáticos .......................................................................................XXIX
Apêndice H – Emissões de carbono detalhadas ..............................................................XXX
Apêndice I – Comparativo de emissões de carbono........................................................XXXI
Apêndice J – Consumos.xls: folha de cálculo.................................................................XXXII
Apêndice K – Carbono.xls: folha de cálculo...................................................................XXXVI
ix
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 – Potencial de aquecimento global GWP100 [fonte: IPCC, 2001] .......................................... 4
Tabela 3.1 – Potência térmica de arrefecimento local e de ar novo, em W ......................................... 21
Tabela 3.2 – Potência térmica de aquecimento local e de ar novo, em W........................................... 21
Tabela 3.3 – Correcção da potência térmica pelo ar primário .............................................................. 22
Tabela 3.4 – Necessidades térmicas de arrefecimento local e de ar novo, em kWh/ano .................... 23
Tabela 3.5 – Necessidades térmicas de aquecimento local e de ar novo, em kWh/ ano ................... 23
Tabela 3.6 – Correcção das necessidades térmicas pelo ar primário .................................................. 24
Tabela 3.7 – Consumo eléctrico de equipamentos do sistema AVAC ................................................. 25
Tabela 3.8 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento ...................... 28
Tabela 3.9 – Definição do Grau-dia relativo à temperatura local e de insuflação da UTAN ................ 29
Tabela 3.10 – Definição da Humidade-dia relativa às condições locais e de insuflação da UTAN...... 31
Tabela 3.11 – Factores de conversão para energia primária, em kgep/ kWh [fonte: D.L. 79/2006] .... 31
Tabela 3.12 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes materiais ............................ 33
Tabela 3.13 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes plásticos [fonte: ADEME] ... 35
Tabela 3.14 – Factores de emissão associados ao transporte de passageiros [fonte: ADEME] ......... 36
Tabela 3.15 – Factores de emissão associados ao transporte de mercadorias [fonte: ADEME]......... 37
Tabela 3.16 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica e gás natural........ 37
Tabela 3.17 – Factores de emissão associados aos processos a montante da combustão de gás
natural [fonte: IFP] ................................................................................................................................. 38
Tabela 3.18 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural [fonte: ADEME] ............ 39
Tabela 3.19 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural, adaptado à realidade
nacional ................................................................................................................................................. 41
Tabela 3.20 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica, ano de 2004 [fonte:
IEA] ........................................................................................................................................................ 42
Tabela 3.21 – Factores de emissão associados a desperdício em fim de vida.................................... 45
Tabela 3.22 – Factores de emissão associados aos tratamentos do plástico em fim de vida ............. 46
Tabela 3.23 – Factores de emissão associados ao fim de vida do plástico, balanço nacional em 2005
............................................................................................................................................................... 47
Tabela 4.1 – Equipamentos dos sistemas AVAC a analisar................................................................. 49
Tabela 4.2 – Condições higro-térmicas dos sistemas AVAC................................................................ 50
Tabela 4.3 – Condições hidráulicas dos sistemas AVAC ..................................................................... 52
Tabela 4.4 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento ...................... 53
Tabela 4.5 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC .............. 61
Tabela 4.6 – Tempo médio de vida útil dos equipamentos do sistema AVAC ..................................... 61
Tabela 5.1 – Carga térmica local e de ar novo ..................................................................................... 63
Tabela 5.2 – Potência térmica local corrigida e de ar novo .................................................................. 64
Tabela 5.3 – Necessidade térmica anual do local e de ar novo dos sistemas ..................................... 66
x
Tabela 5.4 – Consumo anual de electricidade e de gás dos equipamentos de produção de frio e calor
............................................................................................................................................................... 68
Tabela 5.5 – Consumo eléctrico anual de ventilação dos sistemas VC e VA ...................................... 69
Tabela 5.6 – Consumo eléctrico anual das bombas de circulação dos sistemas VC e VA.................. 69
Tabela 5.7 – Consumo eléctrico anual do humidificador dos sistemas VC e VA ................................. 69
Tabela 5.8 – Resumo dos consumos eléctricos anuais dos equipamentos dos sistemas VC e VA .... 70
Tabela 5.9 – Consumo de gás anual da caldeira para os sistemas VC e VA ...................................... 70
Tabela 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por equipamento............ 72
Tabela 5.11 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por utilização.................. 72
Tabela 5.12 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA, por fase do ciclo de vida....................... 74
Tabela 5.13 – Emissões de carbono determinadas pelo metodologia proposta (MP) e pelo Bilan
Produit (BP) ........................................................................................................................................... 80
Tabela 5.14 – Parâmetros considerados no comparativo de emissões ............................................... 80
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Consumo referido à emissão no sistema eléctrico nacional [fonte: DGEG, REN] .............. 6
Figura 2.2 – Potência instalada e energia eléctrica produzida em fontes de energia renovável, em
2009 [fonte: DGEG] ................................................................................................................................. 7
Figura 2.3 - Consumo de energia final por sector em 2009 [fonte: DGEG] ............................................ 7
Figura 3.1 – Ventiloconvector do tipo conduta ...................................................................................... 18
Figura 3.2 – Viga arrefecida passiva..................................................................................................... 18
Figura 3.3 – Viga arrefecida activa........................................................................................................ 18
Figura 3.4 – Representação do Grau-dia de arrefecimento e de aquecimento relativo à temperatura
local ....................................................................................................................................................... 30
Figura 3.5 – Representação do Grau-dia de arrefecimento relativo a temperaturas de insuflação da
UTAN..................................................................................................................................................... 30
Figura 3.6 – Fluxos de energia no SNGN em 2009/2010 [fonte: ERSE] .............................................. 39
Figura 3.7 – Taxa de perdas de energia eléctrica na RNT [fonte: REN] e nas redes de transporte
[fonte: EDP e EDP Distribuição] ............................................................................................................ 43
Figura 3.8 – Evolução das emissões de CO2 equivalente associadas ao consumo de energia eléctrica
[fonte: APA] ........................................................................................................................................... 44
Figura 4.1 – Modelo do edifício hospitalar, perspectiva Sudeste ......................................................... 48
Figura 4.2 – Localização do bloco de internamentos Sul-Este no piso 3 ............................................. 48
Figura 4.3 – Esquema de funcionamento do sistema AVAC................................................................ 49
Figura 4.4 – Localização do ventiloconvector (VC) e da viga arrefecida (VA) em quarto de
internamento individual.......................................................................................................................... 51
Figura 4.5 – Representação dos períodos de arrefecimento e aquecimento durante o ano................ 53
Figura 4.6 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura interior........ 54
Figura 4.7 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura de insuflação
da UTAN-VC.......................................................................................................................................... 55
Figura 4.8 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura de insuflação
da UTAN-VA.......................................................................................................................................... 55
Figura 4.9 – Intervalo de humidade absoluta admissível para as temperaturas interiores de 20ºC e
25ºC....................................................................................................................................................... 56
Figura 4.10 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade interior ............. 57
Figura 4.11 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade do ar de
insuflação UTAN-VC ............................................................................................................................. 58
Figura 4.12 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade do ar de
insuflação UTAN-VA.............................................................................................................................. 58
Figura 4.13 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos terminais (VC e VA) ......................... 60
Figura 5.1 – Potências térmicas de arrefecimento local e de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)........... 64
Figura 5.2 – Potências térmicas de aquecimento local e de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA) ............ 64
Figura 5.3 – Potência térmica de arrefecimento dos sistemas VC e VA ............................................. 65
xii
Figura 5.4 – Potência térmica de aquecimento dos sistemas VC e VA............................................... 65
Figura 5.5 – Necessidades térmicas anuais de arrefecimento dos sistemas VC e VA ........................ 67
Figura 5.6 – Necessidades térmicas anuais de aquecimento dos sistemas VC e VA ......................... 68
Figura 5.7 – Consumo eléctrico anual dos sistemas VC e VA.............................................................. 71
Figura 5.8 – Consumo de gás anual dos sistemas VC e VA ................................................................ 71
Figura 5.9 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por
equipamento.......................................................................................................................................... 72
Figura 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por utilização
............................................................................................................................................................... 73
Figura 5.11 – Distribuição das emissões de carbono no período de 30 anos ...................................... 74
Figura 5.12 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de ventiloconvectores, em % ......... 75
Figura 5.13 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de vigas arrefecidas, em %............ 76
Figura 5.14 – Emissões de carbono associadas ao fabrico do equipamento dos sistemas VC e VA,
por equipamento terminal...................................................................................................................... 76
Figura 5.15 – Emissões de carbono associadas ao transporte do equipamento dos sistemas VC e VA,
por equipamento terminal...................................................................................................................... 77
Figura 5.16 – Emissões de carbono associadas à energia consumida pelos sistemas VC e VA, por
equipamento terminal ............................................................................................................................ 77
Figura 5.17 – Emissões de carbono associadas a actividades de manutenção sobre os sistemas VC e
VA, por equipamento terminal .............................................................................................................. 78
Figura 5.18 – Emissões de carbono associadas a desperdícios em fim de vida gerados pelos
sistemas VC e VA, por equipamento terminal....................................................................................... 78
Figura 5.19 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA no período de 30 anos, por equipamento
terminal .................................................................................................................................................. 79
Figura 5.20 – Variação das emissões de carbono função do ESEER do chiller .................................. 82
Figura 5.21 – Variação das emissões de carbono função do rendimento da caldeira ......................... 82
Figura 5.22 – Variação das emissões de carbono função da eficiência de recuperação de calor....... 83
Figura 5.23 – Variação das emissões de carbono função da eficiência de ventilação ........................ 83
Figura 5.24 – Variação das emissões de carbono função da temperatura interior na estação de
aquecimento .......................................................................................................................................... 83
1
CAPÍTULO 1 : INTRODUÇÃO
Neste capítulo é feita uma introdução aos temas relacionados com o presente trabalho. Apresen-
tam-se os objectivos a alcançar e a respectiva planificação de trabalhos.
1.1. Objectivos
Com a elaboração deste trabalho, pretendeu-se desenvolver ferramentas de cálculo expeditas
para a determinação de emissões de carbono associadas ao ciclo de vida de sistemas de Aquecimen-
to, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC), por forma a efectuar uma análise comparativa entre sistemas
e aferir sobre a possibilidade de redução de emissões, procurando ainda avaliar quais os factores com
maior contributo na redução de emissões de carbono.
A aplicação destas ferramentas recaiu sobre um edifício hospitalar, pelo que, face ao que parece
ser a actual expansão do mercado de AVAC na Saúde (ACSS, 2010), foram considerados dois
sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como casos de estudo. Pretende-se que as
ferramentas de cálculo obtidas sejam passíveis de aplicação a outros sistemas de AVAC, para o
desenvolvimento de futuros trabalhos.
1.2. Enquadramento do tema
O Protocolo de Quioto, celebrado em 1997, é um dos instrumentos jurídicos internacionais mais
importantes na luta contra as alterações climáticas, que marcou o início de um conjunto de compromis-
sos internacionais para a redução de emissões de Gases de Efeito de Estufa (GEE), nomeadamente
com a criação de directivas comunitárias, como a Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético
de Edifícios (EPDB), Directiva 2002/91/CE, ou a sua recente reformulação na forma da Directiva
2010/31/CE, no seguimento do Pacote Energia-Clima.
Para comparar os impactes de diferentes GEE utiliza-se como referência o potencial de aqueci-
mento global GWP (Global Warming Potential) relativamente ao CO2, adoptando-se a designação de
CO2 equivalente, que pode ainda ser convertido em termos de carbono equivalente.
Verifica-se que a redução de emissões de carbono e o mercado de emissões são questões emer-
gentes que implicarão no futuro penalizações em caso de incumprimento de determinadas metas pelos
Estados Membros. Neste sentido, surge a necessidade crescente, por parte de todos os sectores de
actividade, de aferição e avaliação das emissões de carbono de sistemas ou produtos.
A determinação das emissões de carbono directas e indirectas de um sistema ou produto suben-
tende a decomposição nas diferentes fases do seu ciclo de vida, em termos de fabrico de materiais e
consumíveis, incluindo extracção de matéria prima e seu processamento, transporte de carga e pes-
soas, energia consumida em fase de exploração, desperdícios em fim de vida, entre outros.
No caso particular dos edifícios, é importante avaliar quais os sistemas que garantem as melhores
condições ambientais e, também, proceder ao balanço entre as melhorias ambientais e os seus custos
2
globais, pelo que a sua avaliação através de uma ferramenta de cálculo de emissões de carbono é
uma vantagem competitiva para o decisor. A par do balanço de emissões de carbono, a estimativa de
energia primária consumida pode também ser uma ferramenta válida para avaliar o seu efeito para o
ambiente.
1.3. Plano de trabalho
Para alcançar os objectivos enunciados no ponto anterior, procedeu-se à adaptação dos factores
de emissão e incertezas associadas publicadas pela Agência Francesa para a Energia (ADEME1), e
desenvolveu-se um procedimento de cálculo baseado no método Bilan Carbone. Foi ainda desenvolvi-
do um método expedito de cálculo estimativo de potências térmicas e necessidades térmicas anuais
dos sistemas de climatização, baseado no Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE2) e no Decreto-Lei n.º
40/90 (antigo RCCTE3), respectivamente, sujeito a adaptações para dar resposta a algumas exigências
regulamentares e para estimar parâmetros de funcionamento reais. Por forma a obter elementos sobre
todos os processos do ciclo de vida dos equipamentos constituintes dos sistemas AVAC dimensiona-
dos no presente trabalho, procedeu-se à consulta de fornecedores e equipas de manutenção. O caso
de aplicação recaiu sobre um bloco de internamentos num edifício hospitalar a ser construído em Faro.
A presente dissertação tem a estrutura apresentada de seguida:
O primeiro capítulo inclui os objectivos e o enquadramento geral do trabalho.
No segundo capítulo é realizada uma revisão da literatura sobre os compromissos internacionais
de redução de emissões de GEE, o balanço energético no panorama nacional e a legislação nacional
aplicável a sistemas de climatização em edifícios.
No terceiro capítulo procede-se à caracterização dos sistemas AVAC e são introduzidos os méto-
dos de cálculo de potências, de consumos e de emissões de carbono.
No quarto capítulo é apresentada a caracterização do edifício e dos sistemas AVAC a analisar,
assim como os parâmetros de cálculo utilizados para a determinação de potências, consumos e de
emissões de carbono.
No quinto capítulo apresentam-se os resultados estimados das potências térmicas dos equipa-
mentos dos sistemas AVAC, as estimativas das necessidades térmicas anuais e de consumos eléctri-
cos e de gás dos equipamentos de climatização, e finalmente as emissões de carbono associadas ao
ciclo de vida dos sistemas e a sua incerteza. Também são apresentados os consumos de energia pri-
mária referentes ao funcionamento dos sistemas e um comparativo das emissões de carbono em fun-
ção da variação de alguns parâmetros, com vista à redução de emissões.
Por fim, no sexto capitulo apresentam-se as conclusões do trabalho e as sugestões para desen-
volvimento de trabalhos futuros.
1 Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie 2 Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios 3 Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios
3
CAPÍTULO 2 : ESTADO DA ARTE
Neste capítulo apresenta-se uma breve descrição de alguns acordos internacionais realizados
com o objectivo de redução dos Gases de Efeito de Estufa e a consequente adopção de Directivas
Comunitárias ao nível dos edifícios e respectiva transposição para os Regulamentos Nacionais.
2.1. Protocolo de Quioto e redução dos GEE
As alterações climáticas são actualmente uma ameaça séria para o ambiente a nível global. O cli-
ma é influenciado por mudanças nas concentrações atmosféricas de diversos gases que capturam a
radiação infravermelha da superfície da Terra, através do fenómeno denominado de efeito de estufa.
As nuvens e os gases de efeito de estufa (GEEs) presentes na atmosfera, como o vapor de água e o
dióxido de carbono (CO2), originam um efeito de estufa natural, sem o qual a temperatura da superfície
da Terra seria inferior em 33ºC (IPCC, 2007). Outros gases que contribuem para o efeito de estufa são
o metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e compostos halogenados tais como os CFC’s, HFC’s e PFC’s. Ao
longo do último século, as actividades humanas têm originado subidas na concentração de GEEs.
Durante o mesmo período observou-se um aumento significativo na temperatura média global. Embora
haja incerteza acerca de quanto deste aumento pode ser imputado aos GEEs, existe evidência de que
as actividades humanas estão a causar um aumento no efeito de estufa ou aquecimento global (IPCC,
1996). A queima de combustíveis fósseis que origina emissões de CO2 é a principal causa do efeito de
estufa. Outras actividades que contribuem para este problema são a agricultura e as alterações no uso
do solo (incluindo a desflorestação), determinadas actividades industriais tais como a produção de
cimento, a deposição de resíduos em aterro, a refrigeração, propulsão de espumas e utilização de sol-
ventes (EEA, 1998, 1999).
As mudanças climáticas podem ter diversas consequências negativas tais como:
� Aumento do nível do mar e possível inundação de zonas baixas;
� Fusão dos glaciares e gelo marítimo;
� Mudanças nos padrões pluviométricos, com implicações em termos de cheias e secas;
� Variações na incidência de extremos climáticos, especialmente extremos de temperaturas ele-
vadas.
Estes efeitos podem causar impactes negativos significativos nos ecossistemas, saúde, sectores
económicos chave, como a agricultura, e nos recursos hídricos. A magnitude dos potenciais impactes
ambientais é ainda incerta, embora nos últimos anos a comunidade científica internacional, nomeada-
mente no âmbito do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC), tenha feito pro-
gressos significativos no estudo das relações entre as emissões de GEEs, concentrações atmosféri-
cas, temperaturas e custos económicos das mudanças climáticas.
Para comparar os impactes de diferentes GEEs utiliza-se como referência o potencial de aqueci-
mento global GWP (Global Warming Potential) relativamente ao CO2, adoptando-se a designação de
CO2 equivalente. Em termos físicos, o GWP de um gás é definido como sendo o efeito de aquecimento
de uma emissão de 1 kg desse gás relativamente a 1 kg de CO2. Para os gases constantes no Proto-
4
colo de Quioto, os valores de GWP, calculados numa base temporal de 100 anos (GWP100), são os
apresentados na Tabela 2.1.
Compostos GWP100
CO2 1
CH4 23
N2O 310
HFC 140-11700
PFC 6500-9200
SF6 23900
Tabela 2.1 – Potencial de aquecimento global GWP100 [fonte: IPCC, 2001]
Com base no GWP100, é possível determinar a quantidade de GEE em termos de CO2 eq (CO2
equivalente) multiplicando a quantidade de cada composto pelo respectivo GWP100. Outra forma de
contabilização consiste na determinação das emissões em termos de carbono equivalente Ceq, consi-
derando a relação da massa molar entre o carbono e o dióxido de carbono para conversão entre as
duas bases de medida4. Desta forma, o carbono equivalente Ceq é obtido através da multiplicação da
emissão de CO2 eq pelo coeficiente 12/44.
Os compromissos internacionais a nível de emissões de GEE para a União Europeia tiveram a
sua base no Protocolo de Quioto, com o objectivo de redução de 8%, seguindo-se o objectivo de 20%
com o Pacote Energia-Clima e o objectivo de longo prazo, definido na conferência do G8, em Itália, de
redução de 80% das emissões de GEE em 2050 (face ao ano de referência de 1990).
Protocolo de Quioto
O Protocolo de Quioto assinado em 1997 e ratificado em 1999, que sucede à Convenção-Quadro
das Nações Unidas sobre as Alterações Climáticas de 1992 (UNFCCC), é um dos instrumentos jurídi-
cos internacionais mais importantes na luta contra as alterações climáticas. Integra os compromissos
assumidos por alguns países industrializados5 de reduzirem as suas emissões de determinados gases
com efeito de estufa principais responsáveis pelo aquecimento planetário. As emissões totais dos paí-
ses desenvolvidos deveriam ser reduzidas em, pelo menos, 5,2% em relação aos níveis de 1990,
durante o período de 2008-2012.
A União Europeia acordou numa redução global de 8% (definindo, ao abrigo do compromisso
comunitário de partilha de responsabilidades, metas distintas para cada um dos seus Estados-
Membros), ambicionando reduzir as emissões de GEE, em mais de 1% ao ano, desde 2012 a 2020.
Portugal comprometeu-se em limitar o aumento das suas emissões de GEE em 27%, no período entre
2008-2012, em relação às emissões de 1990.
O Protocolo estimula os países signatários a cooperarem entre si, de modo a cumprir estas metas,
através de algumas acções:
4 A massa molar do Carbono (C) é de 12 g/mol e a massa molar do Dióxido de Carbono (CO2) é de 44g/mol,
sendo obtida a partir do balanço estequiométrico da massa molar do Carbono e do Oxigénio (12 + 2 x 16 = 44). 5 Alguns países industrializados como os Estados Unidos da América ou o Canadá negaram-se a assinar o
acordo.
5
� Reformar os sectores de energia e transportes;
� Promover o uso de fontes energéticas renováveis;
� Eliminar mecanismos financeiros e de mercado que coloquem entraves aos objectivos do Pro-
tocolo;
� Limitar as emissões de metano no tratamento de resíduos e dos sistemas energéticos;
� Proteger as florestas.
No contexto das obrigações resultantes do Protocolo de Quioto, foi desenvolvida, entre outras, a
Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético de Edifícios (EPDB), que se abordará mais adian-
te.
Pacote energia-clima
Numa perspectiva pós-Protocolo de Quioto, que expira no final de 2012, a União Europeia através
do Pacote "Energia-Clima 20-20-20", aprovado pelo Parlamento Europeu em 17 de Dezembro de 2008,
definiu três grandes metas a alcançar até 2020:
� Reduzir as emissões de gases de efeito de estufa (GEE) em 20%, face aos níveis de 1990,
podendo esta meta passar a 30%, no caso de novo acordo global sobre as alterações climáti-
cas;
� Alcançar 20% de quota global de energia proveniente de fontes de energia renovável no con-
sumo final bruto de energia;
� Redução de 20% no consumo de energia primária, através da melhoria da eficiência energéti-
ca;
� O pacote fixa também uma meta de 10% de energias renováveis no sector dos transportes até
2020.
O Pacote Energia-Clima é constituído pelas seguintes propostas:
� Proposta relativa à revisão do regime europeu de comércio de licenças de emissão (ETS), que
propõe o reforço do mercado único do carbono à escala da União Europeia, incluindo mais
gases com efeito de estufa como o óxido nitroso (fertilizantes) e os perfluorocarbonos (alumí-
nio) e a participação de todos os principais emissores industriais;
� Proposta relativa à quantificação de metas por país para a redução das emissões (10% face a
2005) dos sectores não cobertos pelo ETS (transportes terrestres e marítimos, agricultura, ser-
viços e energia dos edifícios). A quantificação foi ponderada em função do PIB por habitante
em cada Estado Membro;
� Proposta relativa ao desenvolvimento de tecnologias para a captura, transporte e armazena-
gem geológico de carbono;
� Proposta relativa à promoção da utilização das energias renováveis de forma a aumentar para
20% a parte destas fontes de energia até 2020, fixando metas vinculativas para a quota global
de energia proveniente de fontes renováveis no consumo total de energia e para a quota de
energia proveniente de fontes renováveis consumida nos transportes.
6
2.2. Situação energética em Portugal
Portugal é um país com escassos recursos energéticos endógenos, nomeadamente, daqueles que
asseguram a generalidade das necessidades energéticas da maioria dos países desenvolvidos, como
o petróleo, o carvão e o gás. A escassez de recursos fósseis conduz a uma elevada dependência ener-
gética do exterior, nomeadamente das importações de fontes primárias de origem fóssil. Importa assim
aumentar a contribuição das energias renováveis endógenas: hídrica, eólica, solar, geotérmica, bio-
massa.
Segundo dados da Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG), verifica-se o seguinte panora-
ma nacional:
� O petróleo mantém um papel essencial na estrutura de abastecimento, representando 48,7%
do consumo total de energia primária em 2009, contra 51,6% em 2008;
� O gás natural contribuiu, no último decénio, para diversificar a estrutura da oferta de energia e
reduzir a dependência exterior em relação ao petróleo. Manifestou uma evolução positiva no
mix energético, representando este combustível, em 2009, 17,5% do total do consumo em
energia primária contra 17,0% em 2008;
� O consumo de carvão representou, em 2009, 11,8% do total do consumo de energia primária.
Prevê-se uma redução progressiva do peso do carvão na produção de electricidade, devido ao
seu impacto nas emissões de CO2.
� Em 2009 o contributo das energias renováveis no consumo total de energia primária foi de
20% contra 17,7% em 2008.
-10
0
10
20
30
40
50
60
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Co
nsu
mo
(T
Wh
)
Carvão nacional Hidrica, inferior a 10 MW Cogeração
Eólica, Fotovoltaica, Marés RSU Carvão importado
Gás natural Fuel Gasóleo
Hidrica, superior a 30 MW Hidrica, entre 10 a 30 MW Importações líquidas
Figura 2.1 - Consumo referido à emissão no sistema eléctrico nacional [fonte: DGEG, REN]
É manifesto o crescimento da potência instalada em fontes de energia renovável (FER) nos últi-
mos anos para produção de energia eléctrica. Atingiu-se em 2009, 9207 MW de potência instalada
sendo 4876 MW em hídrica, 578 MW em biomassa, 3608 MW em eólica, 30 MW em geotérmica e
115,2 MW em fotovoltaica (ver Figura 2.2). Em 2009 foram produzidos 19316 GWh de energia eléctrica
a partir de FER.
7
Potência instalada das centrais de produção de energia eléctrica a partir de FER em 2009
39.2%
6.3%
52.9%
1.3%0.3%
Eólica Biomassa Geotérmica
Fotovoltaica Hídrica
Energia eléctrica produzida a partir de FERem 2009
39.2%
12.3%
46.6%
0.8% 1.0%
Eólica Biomassa Geotérmica
Fotovoltaica Hídrica
Figura 2.2 – Potência instalada e energia eléctrica produzida em fontes de energia renovável, em 2009 [fonte: DGEG]
Atendendo à importância da hídrica na produção de energia eléctrica com base renovável (cerca
de 47% em 2009), salienta-se a influência da variação anual do índice de hidraulicidade, que represen-
ta o nível de pluviosidade anual. Por exemplo, o ano de 2003 foi um ano de excelência no que diz res-
peito à produção de energia hidroeléctrica, fruto do elevado índice de hidraulicidade pois tratou-se de
um ano húmido. Contudo, a redução da produção de energia eléctrica observada em 2004 e 2005
deve-se em grande parte ao momento difícil de seca, pelo qual o País passou (ver Figura 2.1).
Energia final
Em termos de energia final, em 2009, foi atingido o valor de 17499 ktep, tendo-se verificado uma
redução de 3% face a 2008. Registou-se uma diminuição do consumo de 2,8% de petróleo, de 0,9%
em electricidade e de 8,4% de gás natural.
Consumo de energia final em 2009
27.5%
38.4%
12.2%3.6%
18.3%
Indústria Transportes Doméstico Outros Serviços
Figura 2.3 - Consumo de energia final por sector em 2009 [fonte: DGEG]
De acordo com a Figura 2.3 o peso do consumo dos principais sectores de actividade económica
relativamente ao consumo de energia final, para 2009, foi de 27,5% na Indústria, 38,4% nos Transpor-
tes, 18,3% no Doméstico, 12,2% nos Serviços e 3,6% nos outros sectores (onde se inclui a Agricultura,
Pescas, Construção e Obras Públicas). Constata-se assim uma forte incidência dos sectores de Indús-
tria e Transportes no consumo de energia final. Ainda assim, os edifícios apresentam um peso conside-
rável no consumo de energia final (sector doméstico e de serviços representa cerca de 31%), pelo que
devem ser tomadas medidas para a sua redução, e consequentemente para a redução de emissão de
8
GEE, o que vai ao encontro das metas definidas pela Directiva Europeia sobre o Desempenho Energé-
tico de Edifícios (EPDB).
2.3. Directiva comunitária de desempenho energético de edifícios
A Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético de Edifícios (EPDB) foi publicada com o
intuito de limitar os consumos energéticos em edifícios e garanti-los através da certificação energética.
A Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro de 2002, publicada em 4 de Janeiro de 2003, teve um
impacto decisivo na regulação do sistema energético no sector dos edifícios de todos os países per-
tencentes à UE, definindo claramente as bases que teriam que ser implementadas. Abrange quatro
pontos principais:
� A introdução de uma metodologia integrada para a medição de desempenho energético de edi-
fícios;
� A definição e aplicação de requisitos mínimos de desempenho energético em edifícios novos e
sujeitos a reabilitações com mais de 1000 m2, e actualização regular destes critérios;
� A introdução de um sistema de certificação energética e de recomendações para edifícios
novos e existentes, e para edifícios públicos, onde os certificados devem ser exibidos em local
visível;
� A inspecção e verificação regular de caldeiras e sistemas de aquecimento e ar condicionado.
A directiva refere-se a edifícios no sector doméstico e terciário com áreas superiores a 1000m2,
sendo excluídos alguns tipos de edifícios, como edifícios históricos ou zonas industriais. Os certificados
energéticos devem ser disponibilizados quando os edifícios são construídos, vendidos ou alugados.
Apesar do prazo limite de implementação dos principais pontos da directiva EPBD até 2006, vários
países pediram o alargamento dos prazos devido à falta de peritos nacionais para efectuar as certifica-
ções energéticas, pelo que o novo prazo foi fixado para Janeiro de 2009.
Durante a transposição e implementação da directiva, a Comunidade Europeia tomou consciência
que algumas das disposições e requisitos estabelecidos deveriam ser clarificados e que os requisitos
de desempenho energético deveriam ser reforçados. Neste contexto, uma nova versão da directiva, a
EPBD reformulada (EPBD recast) ou directiva 2010/31/UE foi adoptada em Maio de 2010, também no
seguimento das metas propostas pelo Pacote Energia-Clima 20-20-20.
Reformulação da Directiva
A reformulação da Directiva 2010/31/EU assenta nos seguintes pontos principais e diferenças em
relação à Directiva 2002/91/CE:
� A partir de 31 de Dezembro de 2020 todos os edifícios novos deverão ter balanços energéticos
quase nulos e a energia consumida, em grande medida, terá que ser originada a partir de Fon-
tes de Energia Renováveis (FER). O edifício de energia quase-nula n-ZEB (nearly Zero Energy
Building) é um edifício com desempenho energético muito elevado e a reduzida quantidade de
9
energia necessária para o seu funcionamento é fornecida por fontes renováveis, sendo esta
energia renovável produzida pelo edifício ou nas suas imediações;
� Os edifícios públicos devem dar o exemplo, garantido que serão n-ZEB a partir de 31 de
Dezembro de 2018;
� O limite de 1000m2 para grandes reabilitações foi eliminado, devendo tomar efeito aquando da
transposição para as legislações nacionais;
� Os Estados-Membros são obrigados a elaborar planos nacionais para aumentar o número de
edifícios de energia quase-nula, devendo, até meados de 2011, fazer uma lista de incentivos
financeiros e outros para a transição, tais como assistência técnica, subsídios, programas de
empréstimos e empréstimos a juros baixos;
� Uma metodologia de cálculo harmonizada dos requisitos mínimos de desempenho é definida
na Directiva, e os Estados-Membros têm de justificar se a diferença entre os níveis óptimos de
rentabilidade calculados para os requisitos mínimos de desempenho energético exceder 15%;
� Um procedimento mais detalhado e rigoroso para a emissão de certificados de desempenho
energético será requerido nos Estados-Membros, e deve ser introduzindo um sistema de con-
trolo e verificação dos certificados;
� Os Estados-Membros terão de garantir que os certificados de desempenho energético são
emitidos para todos os edifícios construídos, vendidos ou alugados, e também para os edifícios
onde mais de 500 m2 são ocupados por um organismo público. Cinco anos após a legislação
entrar em vigor, esse limite será reduzido para 250 m2.
� Os Estados-Membros terão que reforçar a qualidade da inspecção das caldeiras e de sistemas
de calor e ar condicionado;
� Os Estados-Membros podem estabelecer metas para estimular investimentos de elevada efi-
ciência energética em edifícios de baixo consumo energético;
� Os Estados-Membros podem penalizar o não-cumprimento destas metas.
A transposição da EPBD reformulada deve ser efectuada a partir de Julho de 2012.
Transposição para a legislação nacional
Em Portugal encontram-se em vigor os Regulamentos energéticos para edifícios promulgados em
2006, que asseguraram a transposição da directiva 2002/91/CE para a legislação nacional, sendo que
estes deverão ser actualizados ou revistos com base na reformulação da EPBD, a directiva
2010/31/CE. Os referidos Regulamentos são os seguintes:
� Decreto-Lei n.º 78/2006 de 4 de Abril - Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qua-
lidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE);
� Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril - Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatiza-
ção dos Edifícios (RSECE);
� Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril - Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios (RCCTE).
10
O SCE é gerido pela Agência para a Energia (ADENE) e supervisionado pela DGEG nas questões
energéticas, e pela Agência Portuguesa do Ambiente (APA) nas questões relacionadas com a qualida-
de do ar. A verificação dos Regulamentos é efectuada por Peritos Qualificados, através da preparação
da Declaração de Conformidade Regulamentar (DCR), exigida para a emissão da licença de constru-
ção, e de Certificados Energéticos (CE) exigidos para a emissão da licença de utilização. Os certifica-
dos energéticos dos edifícios permitem que compradores e donos de obra tomem consciência dos
custos energéticos associados à utilização dos edifícios, criando novos padrões de exigência, o que
ajudará ao desenvolvimento e implementação de novos processos construtivos que permitam não só a
poupança energética ao longo da vida útil do edifício mas, também, a utilização de materiais que mini-
mizem os impactes ambientais, ao longo do seu ciclo de vida. Os edifícios existentes apenas deverão
ter um certificado energético válido aquando de uma transacção comercial (venda ou aluguer), sem
obrigatoriedade de cumprir qualquer requisito.
2.3.1. RSECE
Em 1998 entrou em vigor o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
(RSECE), Decreto-Lei n.º180/98 de 7 de Maio. Nesta versão foi adoptada uma estratégia de redução
do consumo energético nos edifícios através da limitação de potência dos sistemas de climatização a
instalar nos edifícios ou zonas independentes, não sendo, no entanto, imposta qualquer limitação ao
consumo energético.
Neste Regulamento foram impostas medidas de racionalização energética em função da potência
dos sistemas, nomeadamente, através da limitação da potência eléctrica para aquecimento por efeito
de Joule, limitação do reaquecimento terminal para os sistemas destinados apenas a arrefecimento,
recuperação de energia, arrefecimento gratuito, eficiência mínima dos equipamentos, entre outros.
Foram também definidos procedimentos de ensaio, de recepção das instalações e de manutenção
durante o funcionamento.
A ausência de uma entidade que assegurasse o cumprimento regulamentar e o aumento efectivo
das necessidades de conforto pela população provocaram um aumento acentuado dos consumos
energéticos dos edifícios.
Em 2002 surge a Directiva 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho que, tal como refe-
rido anteriormente, originou a criação do Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril – RSECE (actualmente
em vigor). O novo Regulamento passa a ser aplicado no projecto, em fase de obra, e durante a utiliza-
ção do edifício, prevendo-se assim uma estimativa de consumos durante a fase de projecto, e uma
verificação dos consumos do edifício durante a sua utilização. Deste modo, este Regulamento provou
ser muito mais abrangente que o anterior, uma vez que, para além de limitar a potência instalada,
impõe também limitações para os consumos de energia. Propõe ainda o cumprimento dos seguintes
objectivos:
11
� Assegurar a Qualidade do Ar Interior (QAI) e o conforto térmico, ficando todos os edifícios de
serviços sujeitos a auditorias da QAI, e os grandes edifícios6 também a auditorias energéticas;
� Reforçar e melhorar a prática de manutenção dos sistemas de climatização;
� Colocar uma maior exigência para os grandes edifícios, obrigando a uma demonstração, atra-
vés de simulação dinâmica detalhada, dos limites de consumos especificados antes do licen-
ciamento;
� Exigir habilitações dos técnicos responsáveis pela auditoria, projecto, instalação e manutenção
dos sistemas de climatização, em termos da eficiência energética e da QAI.
Qualidade do Ar Interior
Ao nível da QAI, os requisitos regulamentares consistem no cumprimento dos caudais de ar novo
mínimos tabelados em função da utilização de cada espaço, e dos máximos das concentrações de
algumas substâncias poluentes do ar interior. Nas auditorias periódicas, realizadas nos edifícios, são
verificadas as concentrações de diferentes poluentes, não podendo estas exceder os valores tabelados
no Regulamento.
Conforto Térmico
Os requisitos de conforto térmico considerados para o cálculo das necessidades energéticas são,
em termos de temperatura do ar e humidade relativa, os seguintes:
� Estação de aquecimento: 20 ºC;
� Estação de arrefecimento: 25 ºC e 50% de humidade relativa.
O RSECE preconiza ainda velocidades do ar inferiores a 0,2 m/s na zona ocupada e a compensa-
ção de eventuais desequilíbrios térmicos.
Requisitos Energéticos
Os requisitos energéticos são fixados através de indicadores de consumo baseados em padrões
nominais de utilização e através de uma envolvente que, no caso dos novos edifícios e nos existentes
sujeitos a grandes reabilitações7, tem de cumprir os requisitos mínimos do RCCTE (coeficiente de
transmissão térmica U, pontes térmicas planas e factor solar dos envidraçados g┴).
Os indicadores de consumo designados por Indicadores de Eficiência Energética (IEE), em
kgep/m2.ano, são calculados a partir dos consumos efectivos de energia do edifício durante um ano, ou
média de três anos, e convertidos para uma base de energia primária através de factores de conversão
obtidos com base na informação sobre o mix energético nacional de um ano de referência publicados
anualmente pela DGEG.
6 Área útil de pavimento (Ap) superior a 1000 m2, sendo que para os centros comerciais, hipermercados,
supermercados e piscinas cobertas são considerados grandes edifícios os que apresentam áreas úteis de pavi-mento superiores a 500 m2.
7 As grandes reabilitações, foram definidas como intervenções no edifício e/ou nos seus sistemas energéticos cujo custo seja superior a 25% do custo do edifício, calculado a 630 €/m2.
12
O Regulamento impõe ainda outros requisitos complementares ao nível da limitação de potência
instalada e da eficiência energética dos sistemas, alguns dos quais já eram impostos no anterior Regu-
lamento, destacando-se os seguintes:
� Obrigatoriedade da recuperação de energia no ar de rejeição, na estação de aquecimento,
com uma eficiência mínima de 50%, ou recuperação de calor equivalente, quando a potência
térmica de rejeição for superior a 80kW;
� Nos sistemas do tipo «tudo ar», com caudal de insuflação superior a 10000 m3/h, é obrigatório
o recurso a arrefecimento gratuito (free-cooling);
� Obrigatoriedade de recurso a sistemas de climatização que utilizem fontes renováveis;
� Obrigatoriedade de ligação a sistemas de redes urbanas de distribuição de calor e frio se exis-
tirem no local ou nas proximidades;
� Para alguns edifícios com áreas superiores a 10000 m2, é obrigatório a instalação de sistemas
próprios de co-geração.
É possível, contudo, justificar a não implementação de alguns requisitos, caso seja apresentado
estudo de não viabilidade económica.
2.3.2. RCCTE
Em 1990 entrou em vigor o Regulamento das Características de Comportamento Térmico em Edi-
fícios (RCCTE) , Decreto-Lei n.º 40/90 de 6 de Fevereiro, que constituiu o primeiro passo para a melho-
ria da qualidade de conforto sem aumento do consumo energético, através da introdução de requisitos
mínimos para a envolvente. Na sua formulação, o RCCTE estabeleceu limites para as necessidades
nominais de energia nas estações de aquecimento e de arrefecimento, sendo estas calculadas para
cada edifício através de parâmetros de referência tabelados no Regulamento, definindo-se assim um
edifício de referência.
Apesar da evolução do mercado e da consciencialização que melhorias nas soluções construtivas
representam edifícios com maior conforto térmico, mais eficientes e menos consumidores de energia,
alguns edifícios construídos são energeticamente ineficientes, uma vez que os projectos não eram
sujeitos a verificação.
Em 2002 surge a Directiva 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, que tal como refe-
rido anteriormente, originou a criação do Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril – RCCTE (actualmente
em vigor).O actual RCCTE não se aplica a grandes edifícios, nem a edifícios que tenham mais de 25
kW de potência instalada qualquer que seja a sua área útil, passando os edifícios com estas caracterís-
ticas a ser do âmbito exclusivo do RSECE.
Embora, no essencial, a forma do novo RCCTE seja muito semelhante à versão de 1990, deixa de
existir o conceito de edifício de referência, passando o Regulamento a impor limites às necessidades
anuais de consumos energéticos dos edifícios. Para cumprimento do actual RSECE devem ser cum-
pridos os requisitos mínimos do RCCTE.
13
Requisitos mínimos
Com a introdução deste novo Regulamento, são impostos uma série de requisitos mínimos com o
objectivo de promover uma melhor qualidade de construção aliada a um maior conforto térmico. Desta
forma, todos os novos edifícios, bem como os existentes sujeitos a grandes intervenções terão que
cumprir os seguintes requisitos:
� Limites máximos dos coeficientes de transmissão térmica da envolvente opaca (U);
� Limites dos factores solares dos vãos envidraçados horizontais e verticais (g┴);
� Nenhuma zona de qualquer elemento opaco da envolvente, incluindo zonas de ponte térmica
plana, podem ter valor de U superior ao dobro dos elementos homólogos em zona corrente.
14
CAPÍTULO 3 : METODOLOGIA DE CÁLCULO
Neste capítulo apresenta-se uma descrição dos diferentes sistemas AVAC, em particular dos
equipamentos terminais que constituem os casos de estudo, por forma a enquadrar as metodologias
de cálculo de potências e de consumos dos equipamentos de climatização. Para aferir sobre as princi-
pais fontes emissoras de GEE e proceder a uma avaliação comparativa entre diferentes soluções de
sistemas é apresentado o método de cálculo de emissões de carbono, com a indicação detalhada dos
factores de emissão.
3.1. Sistemas AVAC
O termo AVAC, vulgarmente utilizado na designação dos sistemas de climatização, refere-se a
sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado. Uma instalação de AVAC deve ser capaz de
manter ao longo de todo o ano e nos ambientes condicionados a temperatura desejada e humidade
relativa aceitável. Para assegurar a Qualidade do Ar Interior (QAI) e proporcionar condições de confor-
to aos ocupantes através da correcta difusão do ar é necessário estabelecer adequadamente o caudal
de ar exterior que deve ser introduzido, seleccionar o tipo de filtros a adoptar e estudar o sistema de
distribuição de ar no local a climatizar.
No caso de sistemas com caudal de ar insuflado variável deve ser tido em conta que, em determi-
nados períodos, nomeadamente sob condições de carga térmica reduzida, a distribuição do ar na zona
ocupada pode ser deficiente devido ao caudal do ar em contacto com os ocupantes ser reduzido, o que
afecta a diluição dos contaminantes e eventualmente o ruído.
Um problema importante que também se coloca nas instalações de AVAC é o de conseguir man-
ter as temperaturas dos diferentes ambientes dentro dos limites definidos no projecto, sendo especial-
mente complexo nos edifícios em que existam simultaneamente determinadas zonas que necessitam
de ser aquecidas e outras que necessitam de ser arrefecidas, devido à influência de diversos factores,
como a exposição solar em fachadas diferentes ou cargas internas distintas, sendo esta situação agra-
vada, sobretudo, nos períodos de estação intermédia.
É neste âmbito que devem ser definidas as características e limitações dos diferentes tipos de sis-
temas de AVAC, para determinar a adequação de um determinado sistema a cada caso particular de
projecto.
3.1.1. Classificação dos sistemas por área servida
Os sistemas AVAC podem ser classificados segundo a área servida e a localização dos equipa-
mentos de produção de calor e de frio nas seguintes categorias: sistemas centralizados e individuais,
podendo ainda ser considerado um grupo adicional, o dos sistemas modulares (Roriz, 2006).
Sistemas centralizados - Os equipamentos de produção de frio e de calor estão situados em
local técnico distinto dos locais a climatizar. Estes sistemas podem servir vários locais através da dis-
15
tribuição do fluido de transferência de energia (ar, água ou fluido refrigerante) pelos equipamentos ter-
minais em contacto directo com o ambiente dos locais a climatizar.
Sistemas individuais - Os equipamentos de produção de calor ou de frio são compactos, e utili-
zam o sistema de expansão directa de um fluido refrigerante, servindo apenas um local e instalados na
proximidade dos ambientes a climatizar. Estão incluídos neste grupo os aparelhos de janela e os
“splits”.
Sistemas modulares - Estão incluídos neste grupo os sistemas de volume de refrigerante variá-
vel (VRV), apenas existindo um circuito que corresponde ao refrigerante (primário) que é conduzido até
aos locais a climatizar (de dois ou três tubos). Estes sistemas não podem ser classificados como cen-
tralizados pois estão confinados a um conjunto de zonas de um edifício, devido ao número limitado de
unidades interiores associadas a cada unidade exterior de produção de frio e calor.
Face ao actual RSECE, o facto de um determinado sistema pertencer a um ou outro grande grupo
tem implicações, uma vez que o Regulamento impõe restrições ao uso de sistemas individuais. Não
refere, contudo, requisitos para sistemas modulares, como é o caso dos sistemas VRV ou ainda dos
multi-splits.
3.1.2. Classificação dos sistemas por fluido térmico
Os sistemas de AVAC podem também ser classificados segundo o tipo de fluidos utilizados nos
equipamentos terminais existentes nas zonas a climatizar em sistemas tudo-ar, tudo-água, ar-água ou
expansão directa (Roriz, 2006).
Sistemas Tudo-Ar - A remoção da carga térmica das diferentes zonas de um edifício é efectuada
apenas através da distribuição de ar que foi tratado nos equipamentos dos sistemas individuais ou nos
sistemas centralizados. Nos locais técnicos centralizados existem normalmente unidades produtoras
de água refrigerada (chillers) e de água quente (caldeiras) que asseguram a produção primária de frio
e de calor, utilizando fluidos refrigerantes e água, necessária nas Unidades de Tratamento de Ar
(UTA's).
O ar tratado é distribuído até aos locais condicionados onde, ao ser insuflado no ambiente pelos
dispositivos terminais (grelhas ou difusores) deve promover a sua difusão adequada na zona ocupada,
para que o efeito da carga térmica local seja eliminado.
Estes sistemas podem ainda ser agrupados em sistemas de Volume de Ar Constante (VAC) ou
sistemas de Volume de Ar Variável (VAV), sendo que os sistemas VAC têm vindo a cair em desuso
devido aos elevados consumos de ventilação e cargas térmicas.
Sistemas Tudo-Água - Estes sistemas consistem na distribuição pelos equipamentos terminais
existentes em cada local de unicamente água fria ou água quente em função das necessidades de
16
arrefecimento ou de aquecimento. Apresentam a vantagem de necessitarem dum espaço reduzido
para o circuito da tubagem de distribuição de água aos diferentes locais. O processo de produção da
água quente e da água fria é assegurado respectivamente pelas unidades produtoras de água quente
(caldeiras) e de água refrigerada (chillers), geralmente localizadas num espaço técnico centralizado.
Nestes sistemas não existe um circuito de distribuição de ar novo pelos espaços, sendo o processo de
renovação do ar assegurado por ventilação natural.
Os equipamentos terminais mais utilizados são os ventiloconvectores que asseguram apenas a
recirculação do ar. Contudo, existem outros sistemas a água que também conseguem fazer as funções
de arrefecimento e de aquecimento, nomeadamente, os sistemas de pavimentos aquecidos, tectos
arrefecidos ou radiadores.
Este tipo de sistemas pode ainda ser classificado em função do tipo da configuração da alimenta-
ção e do retorno da água quente e fria, como circuitos de dois, três ou quatro tubos8.
Sistemas Água-Ar - Nestes sistemas a climatização dos diferentes locais é alcançada através da
utilização, em simultâneo, da distribuição de água e de ar. O ar introduzido mecanicamente nos locais,
designado por ar primário, é constituído normalmente apenas por ar novo, tratado centralmente numa
Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN). A função principal do ar primário consiste em assegurar
as necessidades mínimas de ventilação e de controlo da humidade relativa dos diferentes locais.
A parcela da carga térmica local que este escoamento de ar consegue eliminar depende das con-
dições definidas para a insuflação. A solução mais frequente é a de remover aproximadamente a carga
térmica no interior do local através do circuito de água e remover ou fornecer a energia necessária ao
ar exterior para o colocar nas condições interiores antes de o insuflar na sala9. Na prática, a solução
mais usual é colocar o ar a insuflar ligeiramente mais frio do que as condições pretendidas (≈2ºC)
quando se está em regime de arrefecimento ou ligeiramente mais quente quando se está em regime de
aquecimento.
Os equipamentos terminais mais usuais são os ventiloconvectores, painéis radiantes ou unidades
de indução.
Tal como no sistema Tudo-Água, o circuito de distribuição da água quente e fria pode ser efectua-
do a dois, três ou quatro tubos. O ar primário que alimenta cada um dos locais pode ser introduzido
directamente no ambiente, através de grelhas ou difusores, ou ser canalizado para os equipamentos
terminais onde se mistura com o ar recirculado, para posteriormente ser introduzido no ambiente.
8 A classificação dos sistemas em função do tipo de configuração da alimentação e do retorno da água quente
e fria é efectuada da seguinte forma:
� Sistema a dois tubos - apenas se processa a ida e o retorno de água quente ou de água fria, consoante as necessidades sejam de aquecimento ou de arrefecimento, respectivamente;
� Sistema a três tubos - o circuito apresenta duas idas, água quente e água fria, e um único retorno comum à água quente e água fria (este sistema praticamente não é utilizado);
� Sistema a quatro tubos - estas instalações permitem satisfazer as necessidades simultâneas de aqueci-mento e de arrefecimento em diferentes locais, através de 2 circuitos fechados de ida e retorno, de água fria e de água quente, respectivamente.
9 A esta solução costuma designar-se por utilização de “ar neutro”.
17
Uma vantagem dos sistemas Ar-Água relativamente aos sistemas Tudo-Ar consiste na necessida-
de de menor espaço para a passagem de condutas uma vez que o caudal em jogo é inferior.
Sistemas de Expansão Directa - O aquecimento ou o arrefecimento dum escoamento de ar pode
também ser obtido através do contacto com a superfície de baterias alimentadas directamente por um
fluido refrigerante. Estes sistemas são designados por sistemas de expansão directa dum fluido refrige-
rante em que os elementos principais que compõem o ciclo frigorífico são o evaporador, o compressor,
o condensador e o dispositivo de expansão. O compressor é normalmente accionado por motor eléctri-
co, embora também estejam disponíveis no mercado sistemas com compressão mecânica accionada
por motor a gás.
Nesta categoria de sistemas de expansão directa também podem ser enquadrados os sistemas
autónomos de condicionamento de ar, caracterizados por possuírem produção própria de frio ou de frio
e calor e servirem um único espaço. O equipamento pode estar todo concentrado numa unidade com-
pacta ou então apresentar-se separado em unidades exteriores e unidades interiores. Como exemplos
de sistemas autónomos podem citar-se as unidades do tipo “split”.
3.1.3. Equipamentos terminais
Após esta breve introdução às diferentes categorias de sistemas AVAC, interessa descrever as
soluções abordadas no âmbito do presente trabalho que dizem respeito, sobretudo, à aplicação de
diferentes equipamentos terminais, nomeadamente, os ventiloconvectores e as vigas arrefecidas. Os
equipamentos terminais analisados fazem parte de um sistema AVAC do tipo centralizado, com produ-
ção de água fria por chiller e água quente por caldeira, e do tipo ar-água, em que o ar primário é intro-
duzido nos equipamentos terminais por uma UTAN.
3.1.3.1. Ventiloconvector
Os ventiloconvectores são unidades compactas com elevado desempenho de transferência térmi-
ca constituídos por um ventilador e respectivo motor, filtro, uma ou duas baterias de água (para arrefe-
cimento e aquecimento) e tabuleiro de recolha de condensados.
Nas situações em que o ventiloconvector permite a admissão directa de ar primário (ar novo da
UTAN), este é misturado com o ar de recirculação, no pleno de mistura. O ventilador é responsável
pela movimentação desta mistura de ar através das baterias, pela distribuição do ar de insuflação no
espaço e ainda pela recirculação do ar ambiente. Quando o ar primário não é introduzido directamente
no ventiloconvector, o ventilador apenas movimenta um escoamento de ar de recirculação.
O arrefecimento e aquecimento do espaço a climatizar é garantido pela passagem do ar através
das baterias de água fria, usualmente à temperatura de ida de 7ºC, e das baterias de água quente,
com temperaturas superiores a 45ºC.
Face à baixa temperatura da água no processo de arrefecimento (7ºC) e às condições interiores
de conforto (o RSECE impõe como condições nominais 25ºC e 50% de humidade relativa), o processo
18
de arrefecimento é acompanhado de desumidificação, de onde resulta condensação10 da água com
aparecimento de gotículas na superfície das alhetas da serpentina da bateria de água fria. Desta for-
ma, aquando da passagem do ar ambiente pela serpentina de água fria, formam-se na sua superfície
depósitos das partículas sólidas em suspensão no ar, provocando perda de eficiência da bateria, e
posteriormente a sua acumulação no fundo do tabuleiro de recolha de condensados, criando assim
condições para se desenvolverem colónias patogénicas (por exemplo da legionella). Para evitar esta
situação, os ventiloconvectores estão munidos de filtro de ar na grelha de retorno, que não se destina a
purificar o ar ambiente, mas tão somente protege as baterias de acumulação de partículas.
No âmbito do presente trabalho, consideram-se ventiloconvectores do tipo conduta, como repre-
sentado na Figura 3.1, instalados no tecto falso, em que o ar é insuflado através de grelha instalada em
sanca ou difusor no tecto falso, e a grelha de retorno é colocada ao nível do tecto falso.
Figura 3.1 – Ventiloconvector do tipo conduta
3.1.3.2. Vigas arrefecidas
As vigas arrefecidas podem ser agrupadas em vigas arrefecidas passivas e vigas arrefecidas acti-
vas (REHVA, 2006), tal como se apresenta nas figuras seguintes.
Figura 3.2 – Viga arrefecida passiva Figura 3.3 – Viga arrefecida activa
10 Quando um escoamento de ar húmido é arrefecido abaixo do seu ponto de orvalho, parte do vapor de água con-densa e o escoamento de ar é desumidificado.
Este processo de desumidificação pode ocorrer numa bateria de arrefecimento, desde que a sua temperatura média esteja abaixo do ponto de orvalho do ar. A evolução deste processo está representada no diagrama psicrométrico, sen-do que T2s corresponde à temperatura média da bateria (Ruivo, 2010).
19
As vigas arrefecidas passivas são compostas por um permutador de calor, sendo o processo de
climatização efectuado por convecção natural, através da troca de calor entre o ar do espaço e o refe-
rido permutador.
As vigas arrefecidas activas, que são objecto do presente trabalho, são unidades de indução,
ligadas ao sistema de insuflação de ar novo e ao sistema hidráulico, através da inclusão de baterias de
água fria (14 a 18ºC) e de baterias de água quente (máximo 60ºC).
Nestas unidades, o ar primário introduzido no pleno de admissão é injectado através de várias
tubeiras na câmara de distribuição, de modo que os jactos de ar se encarregam da movimentação e
recirculação do ar provocando o efeito de indução (ver Figura 3.3). O ar recirculado ao entrar na unida-
de contacta directamente com as baterias, sendo, de seguida, misturado com o ar primário na câmara
de distribuição. Consegue-se insuflar ar numa relação de 1 para 5, ou seja, com 20% de ar primário,
induzir 80% de ar ambiente.
O funcionamento dos injectores exige que os valores de pressão estática no pleno de admissão
do ar primário sejam mais elevados que no sistema de ventiloconvectores, pela que a UTAN deverá
disponibilizar uma pressão adicional de cerca de 125 Pa. O ar é movimentado pelo espaço ambiente
sem recurso a ventilador local, sendo que a pressão estática do ar de insuflação constitui o motor des-
ta movimentação.
O funcionamento a temperaturas de água fria mais elevadas (quando comparado com sistemas
convencionais como os ventiloconvectores), entre 14ºC a 18ºC (de onde resulta uma bateria de arrefe-
cimento seca), permite que estas unidades não necessitem de filtro de ar nem de tabuleiro de recolha
de condensados, uma vez que, desta forma, é evitado o risco de condensações e, consequentemente,
de acumulação de partículas nas baterias. O facto das baterias apresentarem maior espaçamento
entre alhetas é também um factor que evita a acumulação de partículas nas baterias.
Apresentam-se de seguida as principais vantagens e desvantagens face aos ventiloconvectores:
Vantagens
� Maior longevidade do equipamento, por não conter componentes móveis;
� Melhor distribuição do ar interior, conseguindo ventilar espaços com elevada carga térmica,
sem provocar estratificações;
� Menor risco de contaminação bacteriana/virulógica, sobretudo relativamente à Legionella
(ASHRAE, 2000), pela ausência de condensados e de acumulação de partículas;
� Maior eficiência energética, pois não há consumo nos motores dos ventiladores;
� Menor nível de ruído, por não haver ventilador (desde que os jactos estejam adequadamente
regulados);
� Redução dos custos de manutenção, pela ausência de filtros e de motores.
Desvantagens
� Alteração das temperaturas convencionais de distribuição de água;
� Necessidade de pressão adicional na UTAN;
20
� Necessidade de controlo mais rigoroso da humidade ambiente, através do controlo da tempe-
ratura da água e do aumento da capacidade de desumidificação da UTAN;
� Custos de investimento inicial mais elevados.
3.2. Metodologia de cálculo de potências
3.2.1. Potência térmica
O método utilizado para o cálculo das potências de aquecimento e arrefecimento foi o adoptado
no Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE), com adaptações referentes ao Decreto-Lei n.º 79/2006
(actual RSECE), por forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares.
Foram ainda introduzidos alguns parâmetros para estimativa do funcionamento real de uma insta-
lação AVAC, como sejam, por exemplo, a eficiência de recuperação de calor ou a temperatura e humi-
dade do ar novo insuflado no interior do espaço a climatizar (distintas das condições nominais). Optou-
se por esta solução, em preterição da simulação dinâmica detalhada imposta pelo actual RSECE11, por
se pretender obter uma ferramenta de cálculo expedita de potências, que permita comparar dois siste-
mas, como é o objectivo do presente trabalho. Com este método não se pretende obter valores preci-
sos de potência térmica, mas apenas uma ordem de grandeza comparável que permita o dimensiona-
mento de equipamentos de climatização, nas suas condições de máxima potência. O método de cálcu-
lo utilizado para a determinação de potências térmicas está descrito no Apêndice A.
Dimensionamento de equipamentos
Descreve-se na Tabela 3.1 e Tabela 3.2 a composição das potências térmicas locais e de ar novo,
em termos do balanço térmico dos ganhos e perdas de calor (descritos no Apêndice A), para proceder
posteriormente ao dimensionamento do equipamento. De uma forma geral o dimensionamento e selec-
ção dos equipamentos pode ser efectuado da seguinte forma:
� Equipamento terminal - A selecção do equipamento terminal é efectuada a partir das cargas
térmicas locais (componentes sensível e latente). Devido a eventuais cargas internas não pre-
vistas nos dados iniciais de projecto, esta potência térmica local poderá ainda ser sujeita a cor-
recção através da consideração de um factor de segurança. Despreza-se o efeito da carga
latente local na estação de aquecimento;
� Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN) - A selecção de equipamento do tipo UTAN, a
interligar ao equipamento terminal para proceder à renovação do ar novo e assegurar as con-
dições de QAI, é efectuada a partir da potência térmica associada ao ar novo (componentes
sensível e latente);
11 Verifica-se, de acordo com Yuan (2008), que os programas de simulação dinâmica acreditados pela norma ASHRAE 140-2004, exigidos pelo actual RSECE, podem representar diferenças (Max-Min)/Min de 33% para o consumo anual de aquecimento, 30% para o consumo anual de arrefecimento, 24% para a potência de pico de aquecimento e 14% para a potência de pico de arrefecimento.
21
� Unidade de Tratamento de Ar (UTA) - A selecção de equipamento do tipo UTA, a interligar
directamente a equipamentos de difusão que não estejam dotados da capacidade de arrefeci-
mento ou aquecimento (difusores, grelhas, injectores, etc), é efectuada a partir da potência
total calculada considerando quer a potência térmica local quer a potência térmica associada
ao ar novo (componentes sensível e latente).
Potência Térmica de Arrefecimento Descrição e referências
Local:
� Sensível 4A3A2A1A
localsens
PPPPP +++= (3.1)
� Latente B
locallat PP = (3.2)
PA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados
PA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento
PA3 – ganhos de calor pela envolvente interior PA4 – ganhos internos sensíveis resultantes da ocupa-
ção, iluminação e de equipamentos PB – ganhos internos latentes resultantes da ocupação e
de equipamentos
Ar Novo:
� Sensível sensC
ANsens
PP = (3.3)
� Latente latC
ANlat
PP = (3.4)
PCsens – ganhos sensíveis por admissão do ar exterior PClat – ganhos latentes por admissão do ar exterior
Tabela 3.1 – Potência térmica de arrefecimento local e de ar novo, em W
Potência Térmica de Aquecimento Descrição e referências
Local:
� Sensível 2A1A
localsens
PPP += (3.5)
� Latente 0Plocallat ≈ (3.6)
PA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento PA2 – perdas de calor pela envolvente interior
Ar Novo:
� Sensível sensC
ANsens
PP = (3.7)
� Latente latC
ANlat
PP = (3.8)
PCsens – perdas sensíveis por admissão do ar exterior PClat – perdas latentes por admissão do ar exterior
Tabela 3.2 – Potência térmica de aquecimento local e de ar novo, em W
3.2.2. Correcção da potência térmica
Adicionalmente ao cálculo de potências térmicas abordado no capítulo anterior, deverá ser avalia-
da a necessidade de correcção da potência global dos equipamentos face às temperaturas de insufla-
ção da UTAN e respectiva humidade absoluta do ar. O ar novo da UTAN poderá introduzir perdas ou
ganhos na carga térmica local de arrefecimento e aquecimento e, assim alterar as potências térmicas
do equipamento terminal a instalar. As correcções de potência devido ao ar novo da UTAN podem ser
traduzidas nas expressões indicadas na Tabela 3.3.
22
Correcção da potência térmica Descrição e referências
Potência de ar novo introduzida no local pela UTAN, em W: � Arrefecimento
−⋅⋅=−
UTANinsintAN
localANsens TT34.0QP (3.9)
−⋅⋅=−
UTANinsintAN
localANlat XX85.0QP (3.10)
� Aquecimento
−⋅⋅=−
intUTANinsAN
localANsens TT34.0QP (3.11)
−⋅⋅=−
intUTANinsAN
localANlat XX85.0QP (3.12)
QAN – Caudal de ar novo exterior12, em m3/h
Tins_UTAN – temperatura do ar de insuflação da UTAN, em ºC
Tint – temperatura do ar no interior do local, em ºC
Xins_UTAN – humidade absoluta no ar de insuflação da UTAN, em gagua / kgar seco
Xint – humidade absoluta no ar no interior do local, em gagua / kgar seco
Potência do equipamento terminal corrigida, em W
� Sensível localAN
senslocalsens
ETsens PPP −−= (3.13)
� Latente localAN
latlocallat
ETlat PPP −−= (3.14)
localsensP , local
sensP – potência térmica local do
espaço a climatizar, sensível e latente
Tabela 3.3 – Correcção da potência térmica pelo ar primário
3.3. Metodologia de cálculo de consumos
3.3.1. Necessidades térmicas anuais
O método utilizado para o cálculo das necessidades térmicas anuais de aquecimento e arrefeci-
mento foi o adoptado no Decreto-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE), com a introdução de alguns parâme-
tros de cálculo do Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) e adaptações referentes ao Decreto-Lei n.º
79/2006 (actual RSECE), por forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares. As adapta-
ções principais referentes ao actual RSECE referem-se à consideração dos perfis anuais de ocupação,
de iluminação e de equipamentos.
Foram ainda introduzidos alguns parâmetros para estimativa do funcionamento real de uma insta-
lação, como sejam, a eficiência de recuperação de calor, condições higro-térmicas de insuflação do ar
novo no espaço a climatizar (distintas das condições nominais), o Grau-dia para a estação de arrefeci-
mento e de aquecimento e ainda o conceito de Humidade-dia (abordado no capítulo 3.3.4) para estimar
os consumos associados às necessidades de desumidificação e humidificação. Optou-se por esta
solução, em preterição da simulação dinâmica detalhada imposta pelo actual RSECE, por se pretender
obter uma ferramenta expedita de cálculo de necessidades térmicas anuais, que permita comparar dois
sistemas, como é o objectivo do presente trabalho. Com este método não se pretende obter valores
12 O caudal de ar novo QAN considerado na correcção da potência térmica corresponde ao caudal que, de fac-
to, é insuflado na zona ocupada do espaço e a climatiza, pelo que, segundo a definição de eficiência de ventilação do D.L. 79/2006 (RSECE), este caudal de ar novo não deverá ser afectado desta mesma eficiência.
23
precisos de necessidades térmicas anuais, mas apenas uma ordem de grandeza comparável. O méto-
do de cálculo utilizado para a determinação das necessidades térmicas anuais está descrito no Apên-
dice B.
Necessidades térmicas anuais por equipamento
Em paralelo com o método descrito para o dimensionamento dos equipamentos indicado no capí-
tulo anterior, é possível estimar as necessidades térmicas anuais associadas a cada equipamento, de
acordo com a Tabela 3.4 e Tabela 3.5.
Necessidade térmica de arrefecimento Descrição e referências
Local:
� Sensível 4A3A2A1A
local
sensCCCCC +++= (3.15)
� Latente B
locallat CC = (3.16)
CA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados
CA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento
CA3 – ganhos de calor pela envolvente interior CA4 – ganhos internos sensível resultantes da ocu-
pação, iluminação e de equipamentos CB – ganhos internos latente resultantes da ocupa-
ção, iluminação e de equipamentos
Ar Novo:
� Sensível sensC
AN
sensCC = (3.17)
� Latente latC
AN
latCC = (3.18)
CCsens – ganhos de calor sensível por admissão do ar exterior
CClat – ganhos de calor latente por admissão do ar exterior
Tabela 3.4 – Necessidades térmicas de arrefecimento local e de ar novo, em kWh/ano
Necessidade térmica de aquecimento Descrição e referências
Local:
� Sensível 4A3A2A1A
local
sensCCCCC +++= (3.19)
� Latente 0Clocallat ≈ (3.20)
CA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento
CA2 – perdas de calor pela envolvente interior CA3 – ganhos de calor úteis provocados pela inci-
dência da radiação solar nos envidraçados CA4 – ganhos internos úteis resultantes da ocupa-
ção, iluminação e do funcionamento de equi-pamentos
Ar Novo:
� Sensível sensC
AN
sensCC = (3.21)
� Latente latC
AN
latCC = (3.22)
CCsens4 – perdas de calor sensível por admissão do
ar exterior CClat – perdas de calor latente por admissão do ar
exterior
Tabela 3.5 – Necessidades térmicas de aquecimento local e de ar novo, em kWh/ ano
De uma forma geral a necessidade térmica anual associada a cada equipamento pode ser efec-
tuada da seguinte forma:
� Equipamento terminal – as necessidades térmicas do equipamento terminal resultam das
necessidades térmicas locais. Despreza-se o efeito da carga latente interna na estação de
aquecimento;
24
� Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN) – as necessidades térmicas de equipamento do
tipo UTAN, a interligar ao equipamento terminal para proceder à renovação do ar novo e asse-
gurar a QAI, resultam das necessidades térmicas associadas ao ar novo (componentes sensí-
vel e latente);
� Unidade de Tratamento de Ar (UTA) – as necessidades térmicas de equipamento do tipo UTA,
a interligar directamente a equipamentos de difusão que não estejam dotados da capacidade
de arrefecimento ou aquecimento (difusores, grelhas, injectores, etc), resultam das necessida-
des térmicas totais estimadas considerando quer as necessidades térmicas locais quer as
necessidades térmicas associada ao ar novo (componentes sensível e latente).
3.3.2. Correcção das necessidades térmicas anuais
Após estimativa das necessidades térmicas dos espaços, deve ser avaliada a necessidade de cor-
recção das mesmas, função dos parâmetros de funcionamento e exploração do sistema AVAC. Nos
casos de estudo, em que são analisados sistemas constituídos por uma UTAN interligada a equipa-
mentos terminais, os parâmetros de funcionamento da UTAN, nomeadamente a temperatura de insu-
flação do ar novo e a humidade absoluta associada poderão introduzir ganhos ou perdas nas cargas
térmicas locais de arrefecimento e aquecimento. As correcções das necessidades térmicas dos equi-
pamentos terminais resultantes do ar novo da UTAN podem ser traduzidas nas expressões indicadas
na Tabela 3.6.
Correcção das necessidades térmicas Descrição e referências
Energia térmica do ar novo introduzida no local pela UTAN, em kWh/ano
� Arrefecimento
( ) 024.0GDGD34.0QC intUTAN_insANlocalAN
sens ⋅−⋅⋅=− (3.23)
( ) 024.0HDHD85.0QC intUTAN_insANlocalAN
lat ⋅−⋅⋅=− (3.24)
� Aquecimento
( ) 024.0GDGD34.0QC intUTAN_insANlocalAN
sens ⋅−⋅⋅=− (3.25)
( ) 024.0HDHD85.0QC intUTAN_insANlocalAN
lat ⋅−⋅⋅=− (3.26)
QAN – Caudal de ar novo exterior13, em m3/h GDins_UTAN – Graus-dia na base de tempera-
tura Tins_UTAN (ºC.dia/ ano) GDint – Graus-dia na base de temperatura
Tint, em ºC.dia/ano HDins UTAN – Humidade-dia na base de humi-
dade absoluta Xins_UTAN, em(gagua/kgar
seco).dia)/ano HDint – Humidade-dia na base de humidade
absoluta Xint, em (gagua/kgar seco).dia)/ano
Necessidade térmica do equipamento terminal corrigida, em kWh/ano
� Sensível localAN
senslocalsens
ETsens CCC −−= (3.27)
� Latente localAN
latlocallat
ETlat CCC −−= (3.28)
localsensC ,
locallatC – necessidade térmica local do
espaço a climatizar, sensível e latente
Tabela 3.6 – Correcção das necessidades térmicas pelo ar primário
13 O caudal de ar novo QAN considerado na correcção das necessidades térmicas anuais corresponde ao cau-
dal que, de facto, é insuflado na zona ocupada do espaço e a climatiza, pelo que, segundo a definição de eficiên-cia de ventilação do D.L. 79/2006 (RSECE), este caudal de ar novo não deverá ser afectado desta mesma eficiên-cia.
25
As expressões de cálculo para a determinação da energia térmica adicional fornecida pelo ar novo
da UTAN foram baseadas nas expressões para a potência de ar novo introduzida no local, indicadas
no Capítulo 3.2.2, substituindo na componente sensível, a diferença de temperaturas pelo termo inte-
grativo relativo ao tempo (GDins_UTAN – GDint), e da mesma forma, substituindo na componente latente, a
diferença de humidades absolutas pelo termo (HDins_UTAN – HDint). A definição e cálculo de GD e HD é
desenvolvido no capítulo 3.3.4.
3.3.3. Consumo eléctrico e de gás
Os consumos eléctricos dos equipamentos de um sistema AVAC convencional de funcionamento
a água (fluído térmico), com produção de água refrigerada através de chiller e produção de água quen-
te através de caldeira a gás, podem ser determinados a partir das expressões indicadas na Tabela 3.7.
Consumo eléctrico dos equipamentos Descrição e referências
� Chiller
ESEER
CC chiller_term
chiller = (3.29)
Cchiller – consumo eléctrico anual do chiller, em Wh/ano Cterm_chiller – necessidade térmica anual de arrefecimento, a ser
fornecida pelo chiller, em Wh/ano ESEER – rácio de eficiência energética sazonal europeu
� Electrobomba de circulação
( ) tfPCi
itibombabomba ∆⋅
⋅= ∑ (3.30)
η
∆⋅=
PQP bomba
bomba (3.31)
Cbomba – consumo eléctrico anual da electrobomba, em Wh/ano
Pbomba – potência eléctrica da electrobomba para diferentes cargas parciais i, em W
ft – fracção do período de funcionamento total ∆t da electro-bomba, à carga parcial i
Qbomba – caudal volúmico de água da electrobomba para dife-rentes cargas parciais i, em m3/s.
∆P – pressão a disponibilizar pela bomba, em Pa η – eficiência global da conjunto bomba-motor, para diferentes
cargas parciais i
� Ventilador
( ) tfPCi
itiventiladorventilador ∆⋅
⋅= ∑ (3.32)
η
∆⋅=
PQP ventilador
ventilador (3.33)
Cventilador – consumo eléctrico anual do ventilador, em Wh/ano Pventilador – potência eléctrica do ventilador para diferentes
cargas parciais i, em W ft – fracção do período de funcionamento total ∆t do ventilador,
à carga parcial i Q ventilador – caudal volúmico de ar do ventilador para diferentes
cargas parciais i, em m3/s. ∆P – pressão a disponibilizar pelo ventilador, em Pa η – eficiência global do conjunto ventilador-motor , para dife-
rentes cargas parciais i
� Humidificador
η=
hum_term
dorhumidifica
CC (3.34)
Chumidificador – consumo eléctrico anual do humidificador, em Wh/ano
Cterm_hum – necessidades anuais de humidificação do sistema, em Wh/ano
η – eficiência do humidificador
Tabela 3.7 – Consumo eléctrico de equipamentos do sistema AVAC
26
Apresenta-se um conjunto de considerações relativas à aplicação das expressões apresentadas:
� O consumo eléctrico anual do chiller corresponde a um valor médio anual, obtido a partir das
necessidades térmicas de arrefecimento dos sistemas servidos pelo chiller e através do coefi-
ciente ESEER indicado pelo fabricante do equipamento seleccionado14. Este parâmetro repre-
senta a média ponderada da eficiência EER15 de sistemas frigoríficos para diferentes cargas
parciais;
� Para a determinação do consumo eléctrico de bombas e ventiladores é considerada a média
ponderada das potências eléctricas a diferentes cargas parciais (100%, 75%, 50% e 25%)
afectadas dos respectivos períodos de funcionamento;
� Para obter a potência eléctrica das electrobombas de circulação de água refrigerada e de água
quente, será necessário determinar o caudal de água transportado16, a pressão a disponibilizar
e a eficiência global do equipamento seleccionado, indicado pelo fabricante. A pressão a dis-
ponibilizar corresponde às perdas de carga do circuito hidráulico, e pode ser determinada de
forma aproximada a partir das perdas de carga em linha e perdas decorrentes da passagem
através de equipamentos como sejam baterias de arrefecimento e aquecimento, colectores,
entre outros;
� O cálculo da potência eléctrica nominal dos ventiladores dos equipamentos terminais (caso
tenham) e das UTA’s é similar ao das electrobombas. A pressão a disponíbilizar no ventilador
corresponde às perdas de carga do circuito aerólico e pode ser determinado, de forma aproxi-
mada, a partir das perdas de carga em linha e perdas decorrentes da passagem através de
equipamentos como sejam filtros, baterias de arrefecimento e aquecimento, recuperadores de
calor, atenuadores acústicos, registos, grelhas, difusores, entre outros;
� A determinação do caudal de ar de insuflação do equipamento de climatização pode ser efec-
tuado a partir das necessidades térmicas dos espaços a climatizar e das temperaturas do ar
14 O parâmetro ESEER é obtido através da média ponderada das eficiências (EER) de unidades produtoras de
frio com condensação a ar em diferentes cargas parciais (25%, 50%, 75% e 100%) sendo definido pela expressão:
%25%50%75%100 EERDEERCEERBEERAESEER ⋅+⋅+⋅+⋅=
As temperaturas do ar ambiente que representam a utilização real destas unidades para diferentes cargas par-ciais e respectivos coeficientes associados às eficiências EER, estão indicados na tabela seguinte:
Parâmetros ESEER
Carga Parcial Temperatura ar (ºC)
Coeficientes
100% 35 A = 3% 75% 30 B = 33% 50% 25 C = 41% 25% 20 D = 23%
15 O EER é um parâmetro adimensional que mede a eficiência de sistemas frigoríficos e obtém-se a partir da
razão entre a potência útil produzida (térmica), em kW, e a potência aplicada (eléctrica), em kW. Quanto maior for o EER, maior é a eficiência do sistema. Regra geral os valores de EER são superiores em funcionamento a cargas parciais.
16 O caudal volúmico de água de uma bomba Qbomba, em m3/h, pode ser obtido a partir da expressão:
T
P86.0Q bomba_term
bomba∆
⋅= Pterm_bomba – potência térmica dos equipamentos servidos pelo circuito da bomba, em kW
∆T - diferença de temperatura da água no circuito hidráulico, entre a ida e o retorno, em ºC
27
seleccionadas para o funcionamento do equipamento (em específico, a temperatura interior e a
temperatura de insuflação)17. O caudal de insuflação do equipamento poderá ainda ser impos-
to, como no caso das UTAN’s, devendo respeitar, para cada espaço servido pela rede aerólica,
os valores tabelados actualmente no Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) relativos aos caudais
mínimos de ar novo, afectado da eficiência de ventilação do sistema de difusão de ar previsto;
� Os processos de humidificação podem ser conseguidos à custa de injecção de água no estado
líquido ou então sob a forma de vapor. Optou-se por considerar a solução mais usual que con-
siste na aplicação de humidificadores com gerador de vapor eléctrico (por exemplo, por eléc-
trodos submersos) – nestes equipamentos a troca energética é aproximadamente isotérmica e
a potência térmica deste equipamento envolve sobretudo a componente latente. Tendo em
conta que o processo de vaporização desenvolvido pelo gerador de vapor eléctrico consiste
em aquecimento e evaporação de água a partir de resistência eléctrica, por efeito Joule, admi-
te-se que a eficiência é unitária.
Para a determinação do consumo de gás da caldeira (do tipo convencional) são consideradas as
necessidades térmicas de aquecimento, afectada do seu rendimento η, indexado ao Poder Calorífico
Inferior (P.C.I.)18.
3.3.4. Grau-dia e Humidade-dia
Para determinar as necessidades térmicas de um edifício é necessário considerar um conjunto de
dados climáticos representativos da região onde o edifício será construído, pelo que se pode recorrer a
estações meteorológicas específicas da zona climática ou, na falta destas, a dados estatísticos publi-
cados por instituições como o Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica (INMG). Para proceder ao
cálculo expedito de necessidades térmicas anuais, foi considerada a base de dados do programa Sol-
term, reconhecida pela ADENE, enquanto fonte de dados climáticos de Portugal.
Dado que não faz parte do âmbito do presente trabalho o cálculo das necessidades térmicas atra-
vés de simulação dinâmica detalhada horária, pretendendo-se um método de cálculo expedito, proce-
deu-se ao desenvolvimento de cálculo através do conceito de Grau-dia, presente nos métodos de cál-
culo do RCCTE, quer no antigo Decreto-Lei n.º 40/90 quer no Decreto-Lei n.º 80/2006 em vigor. Uma
17 O caudal de insuflação Qins de um equipamento de climatização, em m3/h, pode ser obtido a partir da expressão:
T34.0QP inssens ∆⋅⋅= Psens – necessidade térmica sensível do espaço a climatizar, em W
∆T – diferença de temperatura interior e de insuflação do ar no espaço a climatizar, em ºC
18 A quantidade de calor libertada na combustão completa do combustível denomina-se poder calorífico. Nos
combustíveis cujos produtos da combustão contêm vapor de água distingue-se entre o Poder Calorífico Inferior (P.C.I.) e o Poder Calorífico Superior (P.C.S.). O P.C.I. é a quantidade de calor que se liberta numa combustão completa quando a água originada está presente na forma de vapor. O P.C.S. é a quantidade de calor libertada na combustão completa, incluindo a entalpia de condensação do vapor de água contido nos fumos. No caso do gás natural a diferença entre o P.C.I. e o P.C.S., a que se chama o calor de condensação é de 11%. Ao contrário de uma caldeira convencional, uma caldeira de condensação com o aproveitamento adicional deste calor permite que se possa obter um rendimento sazonal superior a 100% (quando indexado ao P.C.I.).
28
vez que este conceito apenas pemite estimar as necessidades térmicas decorrentes da diferença de
temperaturas, tornou-se necessário introduzir um conceito similar que pudesse estimar as necessida-
des térmicas decorrentes da diferença de humidades absolutas - sobretudo, porque os casos de estu-
do que se pretendem comparar neste trabalho, poderão apresentar diferenças significativas devido ao
controlo de humidade dos equipamentos. A este conceito introduzido no sentido de estimar as neces-
sidades anuais de desumidificação e humidificação designou-se por Humidade-dia.
3.3.4.1. Grau-dia
O Grau-dia é definido da seguinte forma, de acordo com o INMG e LNEC (1989):
Grau-dia de Arrefecimento
( )
≤
>−
=∑
bj
jbj
bj
arref
TT,0
TT,24
TT
GD (3.35) Sendo:
Tb – temperatura de base, em ºC
Tj – temperatura do ar exterior à hora j, em ºC
Grau-dia de Aquecimento
( )
≥
<−
=∑
bj
jbj
jb
aquec
TT,0
TT,24
TT
GD (3.36) Sendo:
Tb – temperatura de base, em ºC
Tj – temperatura do ar exterior à hora j, em ºC
Tendo por base os dados climáticos do Solterm no período de 8760 horas anuais, nomeadamente,
a temperatura, é possível definir o número de Graus-dia, respectivamente, para as estações de arrefe-
cimento e aquecimento. É ainda necessário estabelecer o período de arrefecimento e o período de
aquecimento, consoante a região a analisar. Propõe-se o seguinte método para determinação das
estações “convencionais” de arrefecimento e aquecimento, através das condições definidas na Tabela
3.8.
Definição do período Descrição e referências
� Arrefecimento
<
≥=
arrefmedia
arrefmediaarref
jp TTse,0
TTse,1f (3.37)
� Aquecimento
>
≤=
aquecmedia
aquecmediaaquec
jp TTse,0
TTse,1f (3.38)
fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, res-pectivamente, para cada hora j
Tmedia – média diária das temperaturas exteriores retiradas da base de dados do Solterm, em ºC, entre a hora (j - 24) e a hora (j – 1)
Tarref – temperatura mínima do ar exterior na estação de arrefecimento, em ºC Taquec – temperatura máxima do ar exterior na estação de
aquecimento, em ºC
Tabela 3.8 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento
A definição do período de arrefecimento e aquecimento, depende, desta forma, dos valores selec-
cionados para Tarref e Taquec, que serão indicados no capítulo 4.3.2.
Por forma a determinar as necessidades térmicas (componente sensível) dos equipamentos ter-
minais e dos equipamentos que introduzem ar novo no local (UTAN), apresentam-se as expressões de
cálculo para os Graus-dia relativos ao local e para os Graus-dia relativos ao ar novo, na Tabela 3.9.
29
Definição do Grau-dia Descrição e referências
� Local - Arrefecimento
( )
≤
>−
⋅=∑
intj
jintj
intjarref
jpint
TT,0
TT,24
TTf
GD (3.39)
� Local - Aquecimento
( )
≥
<−
⋅=∑
intj
jintj
jintaquec
jpint
TT,0
TT,24
TTf
GD (3.40)
� UTAN - Arrefecimento
<∨≤
>
−
⋅=
−
∑
UTANintposetj
UTANinsj
j UTANinsj
UTANinsj
arref
jpf
UTANins
TTTT,0
TT,24
TT
GD (3.41)
� UTAN - Aquecimento
>∨≥
<
−
⋅=
−
∑
UTANintposetj
UTANinsj
j UTANinsj
jUTANins
aquec
jpUTANins
TTTT,0
TT,24
TT
fGD (3.42)
Tint – temperatura base do GD local, correspon-dente à temperatura interior pretendida, em ºC
Tins_UTAN – temperatura base do GD da UTAN, correspondente à temperatura de insuflação do ar novo, em ºC
Tj – temperatura exterior à hora j definida na base de dados do Solterm, em ºC
Tset-point – temperatura de set-point da UTAN, em ºC.
fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, para cada hora j.
Tabela 3.9 – Definição do Grau-dia relativo à temperatura local e de insuflação da UTAN
Temperaturas de funcionamento
� De acordo com o Decreto-Lei n.º 80/2006 (RCCTE), a temperatura interior de conforto de refe-
rência na estação de arrefecimento é de 25ºC, com 50% de humidade relativa e na estação de
aquecimento é de 20ºC;
� As temperaturas de insuflação do ar novo em sistemas convencionais como é a solução UTAN
com ventiloconvectores verificam-se para valores de temperatura entre 20ºC a 22ºC. Contudo,
em sistemas específicos como é o caso da solução de UTAN com vigas arrefecidas, as tempe-
raturas de insuflação do ar novo poderão ser de 15ºC;
� A temperatura de set-point da UTAN, indicada na Tabela 3.9, corresponde à temperatura exte-
rior a partir da qual o sistema procede ao arrefecimento ou aquecimento do ar novo da UTAN.
Por exemplo, a UTAN poderá funcionar em modo de arrefecimento a partir de temperaturas
exteriores superiores a 22ºC e em modo de aquecimento a partir de temperaturas inferiores a
20ºC. No intervalo entre 20ºC a 22ºC poderá funcionar em modo de arrefecimento gratuito
(free-cooling).
Num esquema exemplificativo, representa-se na Figura 3.4 os Graus-dia de arrefecimento e de
aquecimento do local, na base de temperatura interior de 25ºC para a estação de arrefecimento e na
base de temperatura interior de 20ºC para a estação de aquecimento.
30
Figura 3.4 – Representação do Grau-dia de arrefecimento e de aquecimento relativo à temperatura local
Da mesma forma, representa-se na Figura 3.5 os Graus-dia de arrefecimento da UTAN para duas
soluções distintas, com temperatura de insuflação do ar novo a 22ºC (solução A) e temperatura de
insuflação do ar novo a 15ºC (solução B), e com set-point da UTAN a 22ºC..
Figura 3.5 – Representação do Grau-dia de arrefecimento relativo a temperaturas de insuflação da UTAN
3.3.4.2. Humidade-dia
O conceito de Humidade-dia que se propõe no presente trabalho foi definido de forma análoga ao
conceito de Grau-dia. Assumiu-se que na estação de arrefecimento as necessidades térmicas latentes
se devem sobretudo a necessidades de desumidificação, e que na estação de aquecimento se devem
a necessidades de humidificação, o que deriva das expressões de potência térmica latente de ar novo
indicadas no Apêndice A. Deste modo, a Humidade-dia é definida da seguinte forma:
Humidade-dia na estação de Arrefecimento - Desumidificação
( )
≤
>−
=∑
bj
jbj
bj
desum
XX,0
XX,24
XX
HD (3.43) Sendo:
Xb – humidade absoluta de base, em gagua/kgar seco
Xj – humidade absoluta do ar à hora j, em gagua/kgar seco
Humidade-dia na estação de Aquecimento - Humidificação
( )
≥
<−
=∑
bj
jbj
jb
hum
XX,0
XX,24
XX
HD (3.44) Sendo:
Xb – humidade absoluta de base, em gagua/kgar seco
Xj – humidade absoluta do ar à hora j, em gagua/kgar seco
31
Por forma a determinar o consumo energético, na sua componente latente, dos equipamentos
terminais e dos equipamentos que introduzem ar novo no local (UTAN), apresentam-se as expressões
de cálculos para a Humidade-dia relativa ao local e para a Humidade-dia relativa ao ar novo, na Tabela
3.10.
Definição da Humidade-dia Descrição e referências
� Local – Desumidifcação (arrefecimento)
( )
∨≤
>−
⋅=∑
intintj
jintj
intj
jpint
GD_condXX,0
XX,24
XXf
HD (3.45)
� Local – Humidificação (aquecimento)
( )
∨≥
<−
⋅=∑
intintj
jintj
jint
jpint
GD_condXX,0
XX,24
XXf
HD (3.46)
� UTAN – Desumidificação (arrefecimento)
∨≤
>
−
⋅= ∑
UTANins
UTANinsj
j UTANinsj
UTANinsj
jp
UTANins
GD_condXX,0
XX,24
XXfHD (3.47)
� UTAN – Humidificação (aquecimento)
∨≥
<
−
⋅= ∑
UTANins
UTANinsj
j UTANinsj
jUTANins
jp
UTANins
GD_condXX,0
XX,24
XXfHD (3.48)
Xint – humidade absoluta base da HD local, correspondente à humidade absoluta interior pretendida, em gagua/kgar seco.
Xj – humidade absoluta exterior à hora j, convertida da humidade relativa definida na base de dados do Solterm, em gagua/kgar seco.
Xins_UTAN – humidade absoluta base da HD da UTAN, correspondente à humidade absoluta do ar novo insuflado, em gagua/kgar seco.
fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, para cada hora j.
cond_GDint – condições definidas no subcapítulo anterior para GDint=0
cond_GDins_UTAN – condições definidas no subcapítulo anterior para GDins_UTAN=0
Tabela 3.10 – Definição da Humidade-dia relativa às condições locais e de insuflação da UTAN
As condições de temperatura cond_GD indicadas nas expressões representam os intervalos horá-
rios em que não se procede a arrefecimento ou aquecimento sensível através das baterias dos equi-
pamentos de climatização – nestes períodos não se considerou correcção da carga térmica latente.
Realça-se que a humidade do ar interior não necessita de um controlo rigoroso, sendo aceitável em
termos de conforto a gama entre 30% a 70% de humidade relativa, e em casos pontuais poderá mes-
mo ultrapassar estes limites.
3.3.5. Energia primária
Tendo em conta os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos do sistema AVAC, é possível
converter os mesmos em energia primária, através dos factores de conversão definidos no Decreto-Lei
n.º 79/2006 (RSECE), indicados na Tabela 3.11:
Electricidade 0,290
Combustiveis sólidos, liquidos, gasosos 0,086
Tabela 3.11 – Factores de conversão para energia primária, em kgep/ kWh [fonte: D.L. 79/2006]
32
3.4. Metodologia de cálculo de emissões de carbono
Neste trabalho pretendeu-se efectuar uma análise ao ciclo de vida de um sistema AVAC (LCA19 -
Life Cycle Assessment), tendo por base as emissões de carbono libertadas para o meio ambiente. Esta
análise compreende a determinação e avaliação das emissões de carbono dos equipamentos que
compõem o sistema AVAC nas seguintes fases:
1. Fabrico dos equipamentos, incluindo a extracção de matéria prima e seu processamento;
2. Transporte e distribuição dos equipamentos;
3. Energia consumida pelo sistema AVAC em fase de exploração;
4. Actividades de Manutenção, incluindo o fabrico de consumíveis e o seu transporte;
5. Desperdícios de fim de vida do equipamento e consumíveis das actividades de manutenção.
A metodologia de cálculo adoptada no presente trabalho, nomeadamente, os factores de emissão
utilizados, foram baseados nos manuais disponibilizados gratuitamente pela ADEME, relativos ao
método Bilan Carbone, sendo ainda alvo de alguns ajustes de modo a adaptá-los à realidade nacional.
O método Bilan Carbone é um método de cálculo de emissões de GEE, que permite avaliar as emis-
sões directas ou indirectas produzidas por uma determinada actividade ou território. Aplica-se a todos
os sectores de actividades: industrial ou terciário, administrações, autoridades locais e inclusive territó-
rios administrados por organismos locais. Esta avaliação é o primeiro passo na realização de um diag-
nóstico do efeito estufa para uma determinada actividade ou território. Permite efectuar uma listagem
das fontes de emissões de acordo com o seu contributo e desta forma estabelecer mais facilmente
quais as acções com maior influência na redução de emissões. Este método é compatível com a nor-
ma ISO 14064, a iniciativa do Protocolo de Gases de Efeito de Estufa (GHG Protocol) e com os termos
da Directiva n.º 2003/87/CE relativa ao comércio de licenças de emissão.
A ferramenta de cálculo Bilan Carbone consiste de um conjunto de folhas de cálculo e respectivos
manuais de utilização apenas acessíveis após frequência dos cursos de formação da ADEME. A
ADEME, contudo, disponibiliza gratuitamente os seguintes documentos (que, como indicado, constitui-
ram a base da metodologia desenvolvida para o presente trabalho):
19 A avaliação do ciclo de vida LCA (Life Cycle Assessment), também denominada como análise do ciclo de
vida ou ecobalanço, é uma técnica que permite avaliar os impactos ambientais associados a todas as fases da vida de um produto ou serviço desde a sua origem até ao fim de vida, isto é, desde a extracção de matéria prima, passando pelo processamento de materiais, fabrico, distribuição, utilização, manutenção e finalmente a sua elimi-nação ou reciclagem. A Organização Internacional de Normalização (ISO) fornece as directrizes para a realização de um LCA através das normas ISO14040 e 14044. As principais fases são:
� Definição dos objectivos - o produto ou serviço a ser analisado é definido, sendo escolhida uma base funcional para comparação e definidos os níveis de detalhe requeridos;
� Inventário de inputs e outputs - Uma lista de dados de entrada e saída é definida, contendo as matérias primas utilizadas e os produtos libertados para o meio ambiente durante o ciclo de vida do produto ou ser-viço;
� Avaliação do impacto - os efeitos da utilização dos recursos ambientais e emissões geradas são agrupa-dos e quantificados num número limitado de categorias de impacto, a que podem ser atribuídas pondera-ções;
� Interpretação - os resultados são relatados e avaliadas as necessidades e oportunidades para reduzir o impacto do produto ou serviço no meio ambiente.
33
� Um guia metodológico (ADEME, 2007b) que descreve o desenvolvimento do método para
todas as actividades do sector industrial ou terciário, de autoridades locais e de todos os terri-
tórios;
� Um documento que apresenta a forma de determinação dos factores de emissão (ADEME,
2007a), explicando, em particular, como os valores padrão utilizados nas folhas de cálculo da
ferramenta Bilan Carbone foram seleccionados e as respectivas fontes de dados utilizadas.
Em particular, a metodologia descrita no Bilan Carbone consiste na utilização de factores de emis-
são médios e uma incerteza associada, sendo que as emissões calculadas permitem, acima de tudo,
determinar ordens de grandeza, no sentido de proceder a uma análise comparativa entre diferentes
soluções e alcançar a melhor forma de actuar nas principais fontes de emissão para proceder à sua
redução.
A ADEME disponibiliza ainda o software “Bilan Produit” desenvolvido pela Universidade de Cergy-
Pontoise e pelo Centro Ecoinvent, destinado sobretudo a PME’s e estudantes, que se trata de uma
ferramenta simplificada que permite a quantificação dos impactos ambientais de um produto (ou servi-
ço) durante todo seu ciclo de vida, do fabrico até à eliminação em fim da vida. A estimativa dos impac-
tos foca oito indicadores e permite comparar situações diferentes para o mesmo produto. Este software
foi utilizado para comparar com os resultados obtidos pelo método desenvolvido no presente trabalho.
3.4.1. Materiais
Os GEE’s emitidos na produção de materiais têm origem essencialmente nos combustíveis fósseis
utilizados nos processos industriais de fabrico. A Tabela 3.12 sintetiza os factores de emissão conside-
rados resultantes do fabrico dos materiais que mais vulgarmente se encontram nos equipamentos que
compõem os sistemas AVAC, nomeadamente, o aço, o alumínio, o cobre e o plástico.
Materiais Factor de Emissão
[kgC / ton]
Incerteza
[%]
Aço / Ferro Fundido 870 10
Alumínio 2890 30
Cobre 800 50
Plástico (médio) 640 20
Poliéster (filme de PET) 1600 30
Tabela 3.12 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes materiais
Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção destes valores.
3.4.1.1. Aço
A produção de aço origina GEE’s principalmente devido à emissão de CO2 do carvão utilizado
para a redução de minério de ferro e das emissões de combustão de gás de coque. Os factores de
emissão do aço e incerteza associada apresentados no Bilan Carbone baseiam-se em dados da Revis-
34
ta Suíça “Cahiers de l’environment” e da Agência Americana para o Ambiente (EPA). As emissões,
dependendo da origem do aço, são as seguintes:
� Aço produzido de minério ferro: 870 kgC/ton
� Aço reprocessado (proveniente de sucata): 300 kgC/ton
Se a proporção de aço reciclado/sucata (X em %) for conhecida, pode ser utilizada a seguinte
expressão para estimar o kg de carbono equivalente por tonelada de aço:
kgC / ton = 300 . X + 870 . (1–X) (3.49)
O Bilan Carbon indica ainda a incerteza de 10% associada a estes valores.
De uma forma conservativa, considerou-se a emissão de carbono para a produção de aço “novo”,
sem reprocessamento de sucata, correspondendo a 870 kC/ton, e uma incerteza de 10%.
3.4.1.2. Alumínio
A produção de alumínio é uma fonte de GEE’s devido à energia utilizada e libertação de perfluoro-
carbono, durante a electrólise da alumina. As emissões apresentadas pelo Bilan Carbone baseiam-se
na Revista Suíça “Cahiers de l’environment”, apresentando os seguintes valores, consoante a origem
do alumínio:
� Alumínio produzido de bauxite: 2890 kgC/ton
� Alumínio reprocessado: 670 kgC/ton
Se a proporção de alumínio reprocessado (X em %) for conhecida, pode ser utilizada a seguinte
expressão para estimar o kg de carbono equivalente por tonelada de alumínio:
kgC / ton = 670 . X + 2890 . (1–X) (3.50)
Dado que a produção de alumínio requer grandes consumos de electricidade e os factores de
emissão relativos à electricidade variam significativamente de país para país, os factores de emissão
do alumínio deverão igualmente variar conforme o país onde é produzido.
Face aos dados apresentados pela EPA, de 3900 kgC/ton para alumínio produzido de bauxite e
700 kgC/ton para alumínio reciclado, e sabendo que os factores de emissão da electricidade nos Esta-
dos Unidos da América (EUA) são 30% superiores à média europeia, os valores apresentados pelo
“Cahiers de l’environment” parecem admissíveis, sendo assim considerado, de modo a cobrir esta dife-
rença, a incerteza de 30%.
Tal como na situação anterior do aço, considerou-se neste trabalho a emissão de carbono para a
produção de alumínio “novo”, sem reprocessamento – 2890 kgC/ton e uma incerteza de 30%.
3.4.1.3. Cobre
Para o cobre, as emissões de GEE resultam dos processos de extracção, transporte, consumo de
combustível e de electricidade. Considera-se o valor sugerido pelo Bilan Carbone de 800 kgC/ton e
uma incerteza de 50%.
35
3.4.1.4. Plásticos
A Association of Plastics Manufacturers in Europe (APME) tem publicado análises de ciclo de vida
facultando dados sobre as libertações atmosféricas de CO2, metano, N2O, entre outros, associados à
produção de plásticos. O Bilan Carbone indica os factores de emissão do carbono apresentados pela
APME para diferentes tipos de plástico: poliestireno (PE), policloreto de vinil (PVC), polietileno de alta
densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno tereftalato (PET). A Tabela 3.13
contém os valores indicados pelo Bilan Carbone.
Materiais Factor de Emissão
[kgC / ton]
PE 770
PVC 520
PEAD 500
PEBD 550
PET – valor médio 1200
PET – filme de PET 1600
Tabela 3.13 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes plásticos [fonte: ADEME]
Considera-se o valor médio proposto pela Mission Interministérielle de l’Effet de Serre (MIES,
1999), de 640 kgC/ ton. A incerteza associada ao valor médio do plástico pode ser determinada tendo
em conta a diferença com o PEAD (onde a diferença com a média é superior, excluindo o PET), que é
de 20%. Se o plástico em análise for conhecido, dever-se-á recorrer aos valores apresentados na tabe-
la por forma a aumentar o grau de precisão.
Relativamente ao filme de PET (poliéster), considera-se o valor indicado de 1600 kgC/ ton e uma
incerteza associada de 30%, tendo em conta o valor médio do PET e do filme de PET.
3.4.2. Transporte
O transporte, quer seja rodoviário, ferroviário, aéreo ou marítimo, é uma fonte de GEE, nas
seguintes formas:
� Dióxido de carbono durante o processo de combustão;
� Fugas de refrigerante dos sistemas de ar condicionado que provocam emissões de halocarbo-
no;
� Vários poluentes pontuais (óxido de azoto) ou componentes criadores de ozono.
Com excepção das fugas de refrigerante dos sistemas de ar condicionado (para as quais existe
regulamentação específica), o balanço das emissões é uma consequência directa da utilização do
combustível dos motores. Prever as emissões geradas requer informação acerca de características
mensuráveis, nomeadamente, potência dos motores, combustível utilizado, peso, entre outras caracte-
rísticas que poderão ser mais difíceis de quantificar.
36
No presente trabalho vão ser abordados os transportes rodoviários, em particular veículos do tipo
ligeiro de passageiros e de mercadorias. Para a determinação das emissões de GEE por veículo, o
Bilan Carbone considera dados recolhidos em França acerca da energia primária por veículo, e coefi-
cientes europeus para a electricidade.
3.4.2.1. Transporte de passageiros
As emissões de carbono de veículos utilizados para transporte de passageiros têm em conta o
peso em vazio do veículo, as emissões de fabrico do veículo e as emissões de consumo por tipo de
itinerário (que depende sobretudo do combustível utilizado e o tempo de vida útil em km). Na Tabela
3.14, apresentam-se os valores médios de emissão de carbono para veículos a gasolina e a diesel,
indicados pelo Bilan Carbone.
Emissões globais por tipo de itinerário
[gC / km] Veículo Peso vazio
[kg] Não Urbano Misto Urbano
Incerteza
[%]
935 55,3 64,1 79,7 10
1205 61,0 73,8 96,1 15 Gasolina
1454 71,1 90,0 122,9 20
1169 53,7 62,6 78,2 10
1399 58,2 68,1 85,5 15 Diesel
1895 83,0 99,4 128,0 20
Tabela 3.14 – Factores de emissão associados ao transporte de passageiros [fonte: ADEME]
3.4.2.2. Transporte de mercadorias
Na determinação das emissões de veículos de transporte de mercadorias consideram-se as emis-
sões no fabrico dos veículos (amortização) e do consumo de combustível, para obter as emissões
médias por veículo.km, apresentadas na Tabela 3.15, em função da classe GVW20. Estes factores de
emissão correspondem a uma média para cada classe GVW, onde são integrados todos os tipos de
itinerários, factores de carga e percentagem de viagens sem carga.
Uma vez que, no presente trabalho, as características dos veículos de mercadorias utilizados não
são conhecidas, considerou-se o valor médio dos factores de emissões indicados, e uma incerteza que
permita abranger as várias classes. Desta forma, o factor de emissão para uma camião de mercadorias
20 Os veículos podem ser definidos pelo seu peso bruto, através da classe GVW (Gross Vehicle Weight). As classes GVW
são definidas da seguinte forma:
Classe GVW Peso médio (ton)
Peso médio vazio (ton)
Carga máxima útil (ton)
5,1 – 6 ton 5,67 2,84 2,84 6,1 – 10,9 ton 8,80 4,11 4,69 11 – 19 ton 16,32 6,53 9,79 19,1 – 21 ton 19,37 7,75 11,62 21,1 – 32,6 ton 26,87 10,21 16,66 Articulado 40,00 15,00 25,00
37
genérico é de 0,252 kgC/veiculo.km com uma incerteza de 50%. Verifica-se que este factor de emis-
são está enquadrado num veículo de classe GVW 11 – 19 ton, que corresponde a uma carga máxima
útil de 9,79 ton21.
Classe GVW Emissões globais
[gC / veículo.km]
Incerteza
[%]
5,1 – 6 ton 132,2 12
6,1 – 10,9 ton 194,5 10
11 – 19 ton 261,3 10
19,1 – 21 ton 299,5 10
21,1 – 32,6 ton 372,0 9
Articulado 332,0 11
Tabela 3.15 – Factores de emissão associados ao transporte de mercadorias [fonte: ADEME]
Existem outros métodos mais precisos para o cálculo de emissões de transportes de mercadorias,
que têm em conta a carga variável do veículo durante a viagem (à carga máxima, em vazio, factor de
carga médio) e que introduzem a grandeza ton.km. Contudo, uma vez que estes dados são desconhe-
cidos, considerou-se o valor médio por classe GVW.
3.4.3. Energia
A utilização de energia é uma fonte de GEE’s, das seguintes formas:
� Dióxido de carbono emitido durante a combustão de combustíveis fósseis (petróleo, gás, car-
vão);
� Vários poluentes pontuais que podem ser GEE’s ou seus precursores (é o caso do ozono ou
óxidos de azoto);
� Na produção de electricidade com recurso a combustíveis fósseis;
� Fugas de gás natural durante as operações de perfuração, sendo o metano o principal compo-
nente do gás natural.
Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção dos facto-
res de emissão de gás natural e de electricidade, apresentados na Tabela 3.16.
Energia Factor de Emissão
[kgC / kWh]
Incerteza
[%]
Perdas linha
[%]
Gás Natural 0,068 7 -
Electricidade 0,116 15 10
Tabela 3.16 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica e gás natural
21 A carga máxima útil de 9,79 ton é superior ao valor determinado para a carga máxima de equipamento a ser transportado, como se pode verificar no Apêndice F.
38
3.4.3.1. Gás Natural
Dados publicados em 2005, pela ADEME e pelo Ministère de l’Ecologie et du Développement
Durable (MEDD) indicam o valor de 0,056 kgC/ kWh ou de 771 kgC/ ton para as emissões resultantes
da combustão do gás natural, indexado ao PCI.
As emissões a montante, na forma de combustível líquido, podem ser estimadas para os proces-
sos de extracção, transporte e armazenamento do gás natural. O Institut Français du Pétrole (IFP)
publicou em 2001 um documento que indica os resultados de cálculos de emissões associadas às
seguintes fases do ciclo de vida do gás natural (Tabela 3.17).
Processos a montante
da combustão do
gás natural
Emissões por energia final
[g CO2 / MJ ]
Extracção 1,9
Processamento 1,6
Transporte 2,2
Total 5,7
Tabela 3.17 – Factores de emissão associados aos processos a montante da combustão de gás natural [fonte: IFP]
O IFP indica ainda que as perdas de gás pelas redes de transporte e distribuição na Europa são
de 0,35% do gás vendido. Para determinar a emissão das referidas perdas, o Bilan Carbone considera
as emissões “não-energéticas” sugeridas pelo IPCC em 2001 que, para o metano, principal componen-
te do gás natural, representam 6,27 kg de carbono equivalente por kg de gás metano (para um GWP22
de 23). Desta forma, as perdas de 0,35% do gás correspondem a cerca de 21,95 kgC/ ton (0,35% x
6,27 kgC/ kg metano) ou de outra forma a 0,0016 kgC/ kWh (considerando o PCI do Gás Natural apre-
sentado pela ADEME (2005) 23 de 49,6 GJ/ton).
Apresentam-se na Tabela 3.18 os valores das emissões resultantes da combustão, extracção,
processo, transporte e perdas nas redes de transporte e distribuição. A incerteza indicada pelo Bilan
Carbone é de 5%.
22 O GWP (Global Warming Potential) representa o Potencial de Aquecimento Global que mede quanto uma
determinada quantidade de GEE contribui para o aquecimento global. O GWP é uma medida relativa que compara o gás em questão com a mesma quantidade de dióxido de carbono, cujo potencial é definido como 1. O Potencial de Aquecimento Global é calculado sobre um intervalo de tempo específico de 20, 100 ou 500 anos.
O IPCC em 2001 indicou que o GWP do metano numa base de 100 anos é de 23, o que significa que se o mesmo peso de metano e do dióxido de carbono forem introduzidos na atmosfera, o metano contribuiria 23 vezes mais para o aquecimento global durante os próximos 100 anos. Considerando o coeficiente de conversão de 12/44 para carbono equivalente, obtém-se para o metano o valor de 6,27 kgC/kg metano
23 Contem em anexo lista de coeficientes disponibilizada pela MEDD.
39
Fases do ciclo de vida do
gás natural
Emissões de Carbono
[kgC / kWh ]
Combustão 0,056
Extracção 0,0019
Processo 0,0016
Transporte 0,0022
Perdas rede 0,0016
Total 0,063
Tabela 3.18 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural [fonte: ADEME]
Adaptações efectuadas para a realidade nacional
Procedeu-se a adaptações e ajustes necessários para melhor adequar a análise das emissões de
carbono do Gás Natural à realidade portuguesa.
O Sistema Nacional de Gás Natural (SNGN) recebe Gás Natural nas proporções de 58% do Ter-
minal de Gás Natural de Sines e 42% pelo Gasoduto de interligação com Campo Maior, de acordo com
os fluxos de energia de 2009/ 2010, indicados na Figura 3.6.
Figura 3.6 – Fluxos de energia no SNGN em 2009/2010 [fonte: ERSE]
O terminal de Sines trabalha como instalação de regaseificação em regime de carga na base do
diagrama de consumo, complementando as importações de gás natural argelino por gasoduto Magre-
be-Europa através de Marrocos e Espanha, permitindo que o país diversifique a sua procura desta
fonte de energia, com origem em países como a Nigéria. Segundo dados das Redes Energéticas
Nacionais (REN), o terminal compreende instalações portuárias de recepção e descarga de navios
metaneiros, dois tanques de armazenagem de Gás Natural Liquefeito (GNL), instalações de processa-
mento de GNL e de despacho de gás natural para um gasoduto, ligando Sines à rede de gás natural
40
em Setúbal. Está igualmente dotado de equipamento de carregamento de GNL em camiões cisterna de
forma a abastecer unidades autónomas de regaseificação (Unidades Autónomas de Gás, UAG) desen-
volvidas pela Transgás em zonas de Portugal que não são servidas pela rede de alta pressão (Algarve,
por exemplo).
No presente trabalho, será considerada alimentação do edifício através de UAG, sendo o seu
abastecimento efectuado por camiões-cisterna do terminal de Sines. Para proceder ao cálculo ajustado
das emissões de carbono do Gás Natural é necessário conhecer as emissões resultantes das seguin-
tes actividades:
� Extracção, processo e transporte de Gás Natural Liquefeito (GNL) por navio metaneiro;
� Terminal de Sines - Perdas e autoconsumos;
� Distribuição para a UAG - Camião Cisterna (capacidade 45 m3);
� UAG - Perdas e autoconsumos.
Dado que são desconhecidas as emissões de extracção, processo e transporte de GNL do país
fornecedor, consideram-se os valores indicados pelo IFP de 5,7 gCO2 /MJ (ou 0,0056 kgC/ kWh). Con-
sidera-se que as emissões do processo, quer no terminal de Sines, quer na UAG se devem sobretudo
a perdas e autoconsumos, tendo sido considerado os factores de ajustamento publicados pela
ERSE (2009a):
� Terminal de Sines 0%
� UAG 1,30%
Deste modo, as perdas pelas redes de transporte e distribuição são corrigidas para 1,30%, de
onde resulta 0,006 kgC/kWh. Realça-se que o factor de ajustamento para as UAG é o valor mais ele-
vado apresentado pela ERSE em termos de perdas e autoconsumos24, e de facto a média dos restan-
tes valores parece estar em consonância com o proposto pelo IFP de 0,35% para perdas das redes de
transporte e distribuição.
O transporte de GNL é efectuado por camião cisterna com capacidade para 45 m3, correspon-
dendo a cerca de 23 toneladas transportadas (para uma massa volúmica do GN de 0,84 kg/m3 e consi-
derando que o GNL corresponde a cerca de 600 vezes o seu volume em GN). Como verificado ante-
riormente, a emissão de carbono para um camião com esta carga útil (aproximadamente 25 ton cor-
respondente a classe GVW de camião articulado) é de 0,332 kgC/veículo.km, sendo que, para uma
24 Os factores de ajustamento para perdas e autoconsumos para o ano gás de 2009-2010 apresentados pela
ERSE são os seguintes:
Infra-estrutura Factor de ajustamento
[%]
Rede Nacional Transporte Gás Natural (RNTGN) 0,11
Terminal de GNL de Sines 0,00
Armazenamento subterrâneo 0,85
Rede de Distribuição em média pressão 0,07
Rede de Distribuição em baixa pressão 0,34
Unidades Autónomas de Gás natural (UAG) 1,30
41
distância de ida e retorno de 440 km (entre Sines e Faro onde está o edifício em estudo), resulta 146
kgC/ 23 ton ou 0,0005 kgC/kWh.
Os resultados apresentam-se compilados na Tabela 3.19, sendo que os contributos para a emis-
são de carbono das várias fases do ciclo de vida do gás natural desde a sua extracção até ao utiliza-
ção final correspondem a 9% para as fases de extracção, processo e transporte, 9% para perdas na
rede e cerca de 82% devido à combustão.
Fases do ciclo de vida do
gás natural
Emissões de Carbono
[kgC / kWh ]
Combustão 0,056
Extracção 0,0019
Processo 0,0016
Transporte 0,0022
Transporte camião-cisterna 0,0005
Perdas rede (UAG) 0,0059
Total 0,068
Tabela 3.19 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural, adaptado à realidade nacional
Atendendo às emissões apresentadas pelo Bilan Carbone que correspondem a 0,063 kgC/kWh,
admitindo perdas nas redes de 0,35%, e os valores nacionais que correspondem a 0,068 kgC/kWh
para perdas nas redes de 1,30% (para o caso particular das UAG), verifica-se uma diferença de 7%, ao
qual se atribui a incerteza do factor de emissão. Desta forma, o factor de emissão considerado para o
gás é de 0,068 kgC/kWh e uma incerteza de 7%.
3.4.3.2. Electricidade
Para a determinação da emissão de carbono equivalente num kWh de electricidade fornecida ao
consumidor, é necessário considerar os seguintes pontos:
� Energia primária utilizada para gerar um kWh da central eléctrica;
� Emissões a montante para tornar a energia primária disponível para utilização na central eléc-
trica;
� Emissões resultantes da construção do equipamento produtor;
� Perdas em linha.
A electricidade é gerada a partir de diversas fontes de energia primária, que variam significativa-
mente de país para país, assim como, em consequência, a média de GEE associada a um kWh da
energia produzida numa central eléctrica. Acresce ainda que poderão existir vários produtores do
mesmo país que utilizam diferentes fontes de energia primária, fornecendo electricidade com diferentes
valores de GEE. O Reino Unido, por exemplo, em função do produtor, tem emissões praticamente
nulas por kWh de energia produzida (produtor com centrais nucleares) ou das mais elevadas da Euro-
pa (produtor com centrais de carvão). Uma vez que diferentes produtores de energia eléctrica estão
42
todos ligados à mesma rede eléctrica, não é simples determinar a origem do kWh da rede. Desta for-
ma, os factores de emissão associados à rede eléctrica de um determinado país reflectem o tipo de
energia primária utilizada para produzir a energia da rede, contabilizando a energia primária utilizada
pelos produtores no mix energético nacional, corrigida pelas importações e exportações.
Na Tabela 3.20 apresentam-se valores do Protocolo de Gases com Efeito de Estufa (GHG Proto-
col), que se referem a dados publicados pela International Energy Agency (IEA), para o ano de refe-
rência de 2004. Como se pode verificar, Portugal apresenta para o ano de referência de 2004 o valor
de 0,137 kgC/ kWh.
País Emissões em kgC / kWh
França 0,023 Alemanha 0,141 Áustria 0,056 Bélgica 0,073 Dinamarca 0,091 Espanha 0,117 Finlândia 0,069 Grécia 0,222 Irlanda 0,176 Itália 0,139 Luxemburgo 0,083 Holanda 0,120 Portugal 0,137 Reino Unido 0,124 Suécia 0,012
Média Europeia 0,096 Estados Unidos América 0,158 Japão 0,115
Tabela 3.20 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica, ano de 2004 [fonte: IEA]
O Bilan Carbone estabelece para estes valores uma incerteza de 15%, tendo em conta as fortes
variações das potências de pico de ano para ano, a construção lenta de novas centrais eléctricas, e o
facto de se referirem ao ano de 2004.
Relativamente a perdas em linha, o transporte e a distribuição de electricidade da central eléctrica
para o consumidor conduz a perdas de energia devido ao efeito de Joule. Para um consumidor de
energia em baixa tensão (220 V) estas perdas quantificam-se, em média, em 10% da consumo final de
electricidade. Por outras palavras por 1 kWh consumido da rede, o sistema gerador terá de injectar 1,1
kWh. Os factores de emissão indicados pelos produtores, regra geral, referem-se a GEE relativos à
energia que sai da central eléctrica. Se estes factores de emissão forem aplicados directamente aos
valores de consumo de electricidade, as perdas em linha não são consideradas.
De acordo com o Bilan Carbone, para obter uma boa estimativa das emissões reais, deverá ser
adicionado 10% às emissões calculadas com base no consumo final e nos factores de emissão dos
produtores.
43
Adaptações efectuadas para a realidade nacional
A energia produzida nas centrais eléctricas é entregue à rede de transporte, que a canaliza para
as redes de distribuição, sendo veiculada até às instalações dos consumidores. Uma parte da energia
produzida, nomeadamente, a proveniente de energias renováveis, é injectada directamente nas redes
de distribuição de média e alta tensão.
Dados publicados na ERSE acerca da taxa de perdas de energia eléctrica na Rede Nacional de
Transporte (RNT) e da taxa de perdas de energia eléctrica nas redes de distribuição, foram transpostos
para a Figura 3.7. Como se observa, apesar das variações, verifica-se uma tendência de redução das
perdas desde 1997 até 2009, sendo que no ano de 2009 é cerca de 9%. Por forma a compensar varia-
ções, considera-se o valor de 10% apresentado pelo Bilan Carbone.
0
2
4
6
8
10
12
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Ano
%
Distribuição
Transporte
Figura 3.7 – Taxa de perdas de energia eléctrica na RNT [fonte: REN] e nas redes de transporte [fonte: EDP e EDP Distri-
buição]
A Agência Portuguesa do Ambiente (APA), enquanto entidade responsável pela realização anual
dos Inventários Nacionais de Emissões de Poluentes Atmosféricos (INERPA), publicou os Factores de
Emissão associados ao Consumo de Energia Eléctrica, cujos resultados foram obtidos das estimativas
realizadas no âmbito do Sistema Nacional de Inventário de Emissões por Fontes e Remoções por
Sumidouros de Poluentes Atmosféricos (SNIERPA), sendo que o valor total de electricidade disponível
teve origem no balanço energético da DGEG. O valor total de electricidade utilizado na construção
destes factores de emissões é calculado da seguinte forma:
Produção em
Termoeléctricas +
Produção em
Renováveis + Importação – Exportações -
Consumo no
Sector Energético
As emissões contabilizadas incluem a produção de electricidade em:
� centrais termoeléctricas;
� equipamentos de co-geração no sector industrial e refinarias.
As emissões da co-geração foram corrigidas para a produção de electricidade através dos dados
do balanço energético (para remoção das emissões associadas à produção de calor). Apresenta-se no
Figura 3.8 os resultados do SNIERPA que representam a evolução das emissões de CO2 equiva-
lente, desde 1990 a 2008 (APA, 2010).
44
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Ano
ton
CO
2 /
GW
h
Figura 3.8 – Evolução das emissões de CO2 equivalente associadas ao consumo de energia eléctrica [fonte: APA]
Tendo em conta o actual mix energético, e atendendo à tendência de redução das emissões,
devido às metas impostas pelo Protocolo de Quioto aos Estados-Membros, através do recurso a ener-
gias renováveis e melhoria de eficiência das centrais produtoras, foi considerada a média nos últimos 3
anos, que corresponde a 382 ton CO2/ GWh, equivalente a 0,104 kgC/ kWh. Atendendo à importância
da hídrica na produção de energia eléctrica com base renovável, salienta-se a influência do índice de
hidraulicidade na variação da produção de energia nacional, que poderá justificar algumas das flutua-
ções de emissões verificadas na Figura 3.8.
Realça-se, contudo, que estas emissões, para além de não contabilizarem as emissões decorren-
tes das operações de produção de electricidade por fontes renováveis (hídrica, eólica, fotovoltaica),
que deverão ser desprezáveis comparativamente com as outras fontes, não têm em conta as emissões
associadas às restantes fases do ciclo de vida dos equipamentos produtores, nomeadamente, constru-
ção, fabrico, transportes e demolições.
Desta forma, atendendo aos dados publicados pela IEA para Portugal em 2004, de 0,137 kgC/
kWh e aos dados da APA (valores do SNIERPA) para o mesmo ano de 2004, de 0,122 kgC/kWh, veri-
fica-se uma diferença de 12%, entendida como a diferença associada ao factor de emissão correspon-
dente à construção, fabrico, transportes e demolições. Sendo assim, atribuiu-se para o factor de emis-
são global da electricidade em Portugal o valor de 0,116 kgC/kWh, em que se consideram os resulta-
dos da APA, de 0,104 kgC/kWh, e o acréscimo de 12% devido a emissões indirectas. Considera-se a
incerteza de 15% indicada pelo Bilan Carbone como razoável.
3.4.4. Desperdícios de fim de vida
Os desperdícios de fim de vida dos equipamentos e consumíveis devem ser contabilizados em
função do tratamento a que será sujeito: aterro, incineração, reciclagem/ reprocessamento. No presen-
te trabalho pretende-se determinar os factores de emissão de metais e de plásticos em fim de vida.
Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção dos facto-
res de emissão para materiais em fim de vida apresentados na Tabela 3.21.
45
Energia Factor de Emissão
[kgC / ton]
Incerteza
[%]
Metal 4 20
Plástico 23 20
Tabela 3.21 – Factores de emissão associados a desperdício em fim de vida
3.4.4.1. Desperdícios inertes
O desperdício inerte é um desperdício não sujeito a alterações físicas, químicas ou biológicas sig-
nificativas, que não se decompõe, não queima e não inicia nenhuma reacção física ou química. Na
prática esta categoria inclui todos os materiais que não contêm compostos orgânicos, nomeadamente,
metais e outros minerais.
Os desperdícios inertes não causam GEE’s, quer sejam depositados em aterro ou sujeitos a inci-
neração. De acordo com o Bilan Carbone, as emissões relativas aos desperdícios inertes devem ser
enquadradas da seguinte forma:
� No caso de deposição em aterro, as únicas emissões associadas a materiais inertes corres-
pondem às emissões do transporte de desperdício até ao aterro, e respectiva manutenção do
aterro. A quantidade de energia necessária no processo é negligenciável quando comparada
com a energia requerida para a produção dos materiais. Para evitar valores nulos, é proposto o
valor de 4 kgC/ ton, que corresponde ao percurso médio de transporte em camião de 80 km;
� Relativamente à incineração, uma determinada percentagem do material é recuperada após a
combustão e reutilizada. Contudo, dado que os materiais recuperados se encontram num ciclo
fechado de reciclagem (por exemplo, a sucata é recuperada para a produção de aço), não são
tidos em conta em termos da análise de fim de vida.
Desta forma, considera-se, por convenção, as emissões em fim de vida dos desperdícios inertes,
nomeadamente dos metais, limitadas ao transporte, ou seja, 4 kgC/ ton e uma incerteza de 20%.
3.4.4.2. Plásticos
Os plásticos podem ser sujeitos a diferentes tratamentos em fim de vida: aterro, incineração sem
recuperação de energia, incineração com recuperação de energia e reciclagem.
Aterro - O plástico depositado em aterros não é sujeito a qualquer reacção química, pelo que,
como indicado anteriormente, a emissão de deposição em fim de vida está associada por convenção
apenas ao seu transporte, correspondente a 4 kgC/ ton.
Incineração sem recuperação de energia - Quando os plásticos são incinerados, o seu carbono
fóssil é libertado por combustão. A emissão devido à combustão do plástico, segundo dados publica-
dos em 2005 pela ADEME, é de 470 kgC/ ton. O transporte implica uma soma adicional de 4 kgC/ton,
pelo que a emissão de reciclagem sem recuperação de energia representa 474 kgC/ ton.
46
Incineração com recuperação de energia - A recuperação de energia consiste na utilização da
energia da combustão da incineração para produzir electricidade ou vapor (utilizado para aquecimen-
to). O método convencional para contabilizar a recuperação de energia consiste na estimativa de CO2
que seria emitida para gerar a mesma quantidade de electricidade ou vapor a partir do gás natural, e
subtrair esta quantidade de CO2 das emissões globais da combustão, para obter as emissões líquidas
correspondentes à incineração com recuperação de energia. Nesta estimativa assume-se que a maio-
ria das instalações de recuperação de energia geram electricidade, e que as emissões de carbono
fóssil evitadas são estimadas numa base de emissão média anual da produção eléctrica de cada país.
Tendo em conta estas considerações, a EPA publicou em 1998 os valores das emissões evitadas pela
recuperação de energia na incineração de plásticos nos EUA, sendo o valor médio de -510 kgC/ ton.
Ajustando os valores para a realidade nacional, as emissões evitadas terão uma quantidade de
carbono inferior, uma vez que a produção de electricidade em Portugal gera cerca de 116 gC/ kWh,
como visto anteriormente, e nos EUA, para o ano do estudo da EPA, é de 167g/ kWh. Assumindo que
a eficiência energética da electricidade gerada pela combustão da incineração é aproximadamente
igual entre Portugal e os EUA, o valor médio de emissões evitadas deve ser multiplicado pela fracção
116/167. Desta forma, as emissões evitadas para o plástico em Portugal são de -354 kgC/ ton de mate-
rial incinerado (116 / 167 x 510), pelo que o valor líquido de emissão dos materiais incinerados com
recuperação é de 120 kgC/ ton (obtido da diferença entre as emissões sem recuperação, 474 kgC/
ton, e das emissões evitadas na recuperação, 354 kgC/ ton).
Reciclagem - As poupanças relativas a reciclagem não estão incluídas nas emissões em fim de
vida, uma vez que a reciclagem está em circuito fechado. Desta forma, a emissão de plástico reciclado
corresponde ao valor convencionado associado ao transporte dos materiais até à instalação de repro-
cessamento, de 4 kgC/ ton.
Resume-se na Tabela 3.22, os factores de emissão dos plásticos em fim de vida, em função do
tratamento.
Tratamento do plástico em fim de vida Emissões de Carbono
[kgC / ton ]
Aterro 4
Incineração sem recuperação de energia 474
Incineração com recuperação de energia 120
Reciclagem 4
Tabela 3.22 – Factores de emissão associados aos tratamentos do plástico em fim de vida
47
Adaptações efectuadas para a realidade nacional
A situação em Portugal relativamente a reciclagem e valorização energética (incineração com
recuperação de energia) está disponível nos “dados estatísticos de embalagens e resíduos de
embalagens” apresentados pela APA, para o período de 1998 a 2005 (APA, 2011). Para o ano de
2005, as taxas de reciclagem e de valorização energética25 dos plásticos foram, respectivamente, 16%
e 13%, sendo a valorização total de 29%. Uma vez que estes dados estatísticos não referem incinera-
ção sem recuperação de energia, considerou-se que esta é negligenciável, pelo que a proporção de
plásticos encaminhados para aterros é aproximadamente 71%.
A Tabela 3.23 sintetiza estes valores e indica a média nacional estimada para as emissões de car-
bono libertadas pelo tratamento dos plásticos em fim de vida. As incertezas apresentadas derivam do
facto do Bilan Carbone associar a incerteza de 20% para incineração de plásticos e a incerteza de 20%
para o transporte de materiais em camião (correspondente aos 4 kgC/ton convencionados).
Tratamento do plástico em fim de vida Proporção em
2005 kgC / ton
Incerteza
[%]
Aterro 0,71 4 20
Incineração sem recuperação de energia 0 474 20
Incineração com recuperação de energia 0,16 120 20
Reciclagem 0,13 4 20
Média 1,00 23 20
Tabela 3.23 – Factores de emissão associados ao fim de vida do plástico, balanço nacional em 2005
As emissões de carbono consideradas para o plástico em fim de vida correspondem assim a 23
kgC/ ton e uma incerteza de 20%.
25 A valorização ou recuperação energética dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em Portugal, é realizada por duas unidades de incineração de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no Continente, localizadas na região de Lisboa e do Porto, na Valorsul e Lipor, respectivamente, e uma na Madeira.
48
CAPÍTULO 4 : APLICAÇÃO
Pretende-se neste capítulo apresentar o modo de aplicação dos métodos de cálculo descritos no
capítulo 3, para a determinação das potências, consumos e emissões de carbono dos equipamentos
de dois sistemas de AVAC com equipamentos terminais distintos: ventiloconvectores e vigas arrefeci-
das.
4.1. Caracterização do edifício
O presente trabalho é aplicado a um sistema de AVAC integrado num edifício do tipo hospitalar, a
ser construído no Algarve, na região de Faro (ver modelo do hospital na Figura 4.1). O edifício é consti-
tuído por vários pisos, os quais integram serviços hospitalares, zonas sociais, zonas de serviços de
apoio, estacionamento coberto e áreas técnicas de acesso exclusivo às equipas de manutenção.
Figura 4.1 – Modelo do edifício hospitalar, perspectiva Sudeste
Os equipamentos terminais a analisar no presente trabalho localizam-se nos internamentos, nos
pisos superiores (pisos 3, 4 e 5), em particular, no Bloco Sul-Este, como se mostra na Figura 4.2. A
UTAN que permite a renovação do ar novo dos espaços a climatizar está localizada na área técnica do
piso 2, e as electrobombas de circulação de água fria e água quente para o sistema hidráulico de cli-
matização situam-se na área técnica do piso -2.
Figura 4.2 – Localização do bloco de internamentos Sul-Este no piso 3
49
4.2. Caracterização do sistema AVAC
O sistema de climatização dos internamentos é representado na Figura 4.3. Os equipamentos
produtores, chiller e caldeira (que abrangem as bombas do circuito primário), fornecem água fria e
água quente, respectivamente, que é encaminhada através do circuito hidráulico primário até aos
colectores do circuito secundário. A partir destes colectores desenvolve-se o circuito hidráulico secun-
dário, que através das electrobombas conduz água fria e água quente (sistema a 4 tubos) até à UTAN
e aos equipamentos terminais, quer sejam ventiloconvectores ou vigas arrefecidas. Por sua vez, a
UTAN fornece ar novo aos equipamentos terminais de climatização. O ar de extracção das Instalações
Sanitárias é reencaminhado para o circuito de extracção da UTAN (fisicamente separado do circuito de
insuflação) atravessando o recuperador de calor, por forma a reduzir as necessidades energéticas das
baterias de arrefecimento e aquecimento da UTAN.
Figura 4.3 – Esquema de funcionamento do sistema AVAC
No comparativo dos dois sistemas AVAC, em termos de emissões de carbono, procurou-se englo-
bar os equipamentos que directamente são influenciados pelos parâmetros de funcionamento dos
equipamentos terminais. Desta forma, na determinação das emissões de carbono, foram analisados os
equipamentos apresentados na Tabela 4.1. Os equipamentos produtores, chiller e caldeira, uma vez
que servem todo o edifício hospitalar e não contribuem exclusivamente para as emissões associadas
aos equipamentos terminais analisados, não foram englobados na análise. Também as tubagens do
circuito hidráulico e as condutas do circuito aerólico não são consideradas, dado que representam
grandezas idênticas em ambas as soluções.
Equipamentos analisados Sistema VC Sistema VA
Equipamento terminal de climatização VC VA
Unidade de Tratamento de Ar Novo
(incluindo humidificador) UTAN-VC UTAN-VA
Electrobombas:
Circuito equip. terminal – arrefecimento B.AF.VC B.AF.VA
Circuito equip. terminal – aquecimento B.AQ.VC B.AQ.VA
Circuito UTAN – arrefecimento B.AF.UTAN-VC B.AF.UTAN-VA
Circuito UTAN - aquecimento B.AQ.UTAN-VC B.AQ.UTAN-VA
Tabela 4.1 – Equipamentos dos sistemas AVAC a analisar
50
4.3. Parâmetros de cálculo
4.3.1. Potências
Para a determinação das potências térmicas e eléctricas, considerou-se o método de cálculo
apresentado no capítulo 3.2, e ainda os dados construtivos, funcionais e higro-térmicos do projecto,
assim como as características técnicas dos equipamentos facultadas pelos fornecedores.
Os espaços foram agrupados em zonas tipo, descritas no Apêndice C, em função das suas
necessidades específicas, nomeadamente os aspectos construtivos (a orientação da envolvente exte-
rior por exemplo) e dos aspectos funcionais, tendo em conta a ocupação e o tipo de utilização. Os coe-
ficientes de transmissão de calor das envolventes exterior e interior, inércia térmica e factor solar dos
envidraçados são indicados no Apêndice D.
As condições higro-térmicas do ar exterior, do ar interior e do ar de insuflação das UTAN-VC e
UTAN-VA apresentam-se na Tabela 4.2.
Condições higro-térmicas Arrefecimento Aquecimento
EXTERIOR
Temperatura exterior [ºC] 32 4
Humidade exterior [g agua / kg ar seco ] 11,9 (HR 40%) 4,0 (HR 80%)
INTERIOR
Temperatura interior [ºC] 25 20
Humidade interior [g agua / kg ar seco ] 9,9 (HR 50%) 7,3 (HR 50%)
UTAN-VC
Temperatura insuflação [ºC] 22 20
Humidade insuflação [g agua / kg ar seco ] 9,9 (HR 60%) 7,3 (HR 50%)
UTAN-VA
Temperatura insuflação [ºC] 15 20
Humidade insuflação [g agua / kg ar seco ] 8,4 (HR 80%) 7,3 (HR 50%)
Tabela 4.2 – Condições higro-térmicas dos sistemas AVAC
As condições higro-térmicas consideradas obedeceram aos seguintes critérios:
� As condições exteriores correspondem ao dia de projecto, baseados nos dados de publicação
do INMG/LNEC (1995);
� A temperatura e humidade do ar interior dizem respeito aos valores apresentados pelo Decre-
to-Lei n.º 80/2006 (RCCTE) como requisitos exigenciais de conforto térmico de referência;
� Relativamente às temperaturas do ar de insuflação da UTAN, apresentam-se as condições de
projecto, sendo de realçar o caso particular da UTAN-VA que insufla na estação de arrefeci-
mento a uma temperatura de 15ºC, por forma a permitir uma potência de arrefecimento do ar
primário (ar novo) mais elevada e consequentemente potência da bateria da viga arrefecida
(VA) mais reduzida. A opção pela redução da potência da bateria da VA deve-se ao facto das
características especificas do seu funcionamento exigirem maior área de passagem do ar atra-
vés da bateria, pelo que a insuflação do ar da UTAN a uma temperatura de 22ºC (como no
caso do ventiloconvector) resultaria num comprimento excessivo e indesejável nos espaços a
51
climatizar e em particular nos quartos de internamento. As humidades relativas de insuflação
admitidas no cálculo, correspondem à humidade absoluta interior pretendida (de 9,9 g/kg na
estação de arrefecimento e 7,3 g/kg na estação de aquecimento). Como indicado no Capítulo
3.1.3, a temperatura da água fria da viga arrefecida (entre 14 a 18ºC) não permite desumidifi-
cação do ar, pelo que este tipo de equipamento terminal não consegue vencer cargas latentes
(de desumidificação). Desta forma, para desumidificar o ar no interior dos espaços, e assim
evitar condensações, a UTAN-VA deverá proporcionar uma potência latente adicional de
desumidificação, pelo que a insuflação do ar deve ser efectuada para humidades absolutas
inferiores a 9,9 gagua/kgar seco. A diferença de humidade adicional obtida é de 1,5 gagua/kgar seco26,
correspondendo a uma humidade do ar de insuflação.de 8,4 gagua/kgar seco (humidade relativa de
80% para uma temperatura de insuflação de 15ºC).
Figura 4.4 – Localização do ventiloconvector (VC) e da viga arrefecida (VA) em quarto de internamento individual
Face à localização dos equipamentos terminais nos espaços, apresentada na Figura 4.4 e às con-
dições de difusão do ar, admitiu-se uma eficiência de ventilação de 100% para a viga arrefecida e
de 80% para o ventiloconvector.
Dado que as condições operacionais de um ventiloconvector e de uma viga arrefecida são distin-
tas, apresenta-se na Tabela 4.3 os pontos de funcionamento considerados para o sistema hidráulico,
nomeadamente as temperaturas de distribuição da água do circuito de arrefecimento e aquecimento.
26 Neste caso específico, a UTAN-VA deve garantir a desumidificação do ar exterior, e ainda a desumidificação
adicional do espaço, para qual a bateria de uma viga arrefecida não tem capacidade. A potência latente adicional da UTAN, para a desumidificação do interior do espaço, é dada por:
adicANUTAN
adicionallat
X85.0QP ∆⋅⋅= QAN – caudal de ar novo a insuflar no espaço a climatizar, em m3/h
∆Xadic – diferença de humidade adicional, correspondente às cargas internas do espaço a climatizar, em gagua/kgar seco
Pretende-se obter a seguinte relação para cada espaço i que disponha de uma viga arrefecida:
0PPi
latUTAN
adicionallat
=
− Plat – carga térmica latente local do espaço i, correspondente às cargas internas, em W
Considerando as expressões anteriores, a diferença de humidade adicional a fornecer pela UTAN é dada por:
iAN
latadic Q85.0
PmáxX
⋅=∆
que corresponde a cerca de 1,5 gagua/kgar seco, de acordo com as cargas latentes obtidas pelo método de cálcu-lo de potências apresentado no capítulo 3.2 e pelos caudais de ar novo considerados para cada espaço i (que obedecem aos caudais de ar novo mínimos definidos no Decreto-Lei n.º 79/2006 – RSECE).
52
Condições hidráulicas
Arrefecimento
Temperatura
[ºC]
Aquecimento
Temperatura
[ºC]
VC e UTAN
Circuito de ida 7 80
Circuito de retorno 12 60
VA
Circuito de ida 14 60
Circuito de retorno 19 40
Tabela 4.3 – Condições hidráulicas dos sistemas AVAC
A eficiência dos equipamentos do sistema AVAC, nomeadamente, dos ventiloconvectores,
UTANs, electrobombas, e ainda dos equipamentos produtores, chiller e caldeira são indicados no
Apêndice F. O chiller apresenta um EER de 3.1 e a caldeira, de alta eficiência, tem um rendimento de
92% (PCI). Destaca-se ainda que o recuperador de calor considerado para a UTAN é do tipo hidráulico
(run-around-coil) dado ser a solução preferencial para edifícios hospitalares onde é imperativo assegu-
rar condições de controlo de infecção. Este tipo de recuperadores de calor é composto por baterias
instaladas nas secção do ar exterior da UTAN e na secção do ar de rejeição da UTAN (ou fora das
UTAN, nas condutas), interligadas por um sistema de tubagem. O fluído de refrigeração circula no sis-
tema hidráulico através de uma bomba, recuperando, na estação de aquecimento, o calor do ar de
rejeição para aquecer o ar exterior e na estação de arrefecimento, arrefecendo o ar exterior através da
recuperação de calor do ar de rejeição. Apenas recupera calor sensível, sendo que o recuperador de
calor considerado apresenta uma eficiência de 40% (sensível). Existem outros sistemas mais eficien-
tes como é o caso da roda térmica, que recupera energia sensível e latente. A sua principal desvanta-
gem consiste na mistura do ar de rejeição com o ar exterior que propicia a contaminação cruzada e
potencia problemas no controlo de infecção.
4.3.2. Consumos
Na determinação dos consumos térmicos pelo método apresentado no capítulo 3.3, a variação
das condições higro-térmicas do ambiente exterior é representada pelos conceitos de Grau-dia e
Humidade-dia, pelo que é fundamental explicitar os parâmetros considerados na obtenção dos respec-
tivos valores. As temperaturas e humidades relativas exteriores foram retiradas dos dados climáticos
do programa Solterm, para a região de Faro.
Por forma a determinar os períodos de arrefecimento e de aquecimento anuais, definiu-se um cri-
tério com base na média diária das temperaturas exteriores (ver Tabela 4.4). Admitiu-se que a estação
de arrefecimento pode ser definida por uma temperatura exterior média diária superior ou igual a 20ºC
ao passo que a estação de aquecimento pode ser definida por uma temperatura exterior média diária
inferior ou igual a 15ºC. De facto, considerando as cargas internas do interior dos espaços e o efeito da
radiação solar, as temperaturas interiores poderão sofrer um acréscimo entre 2ºC a 3ºC, o que corres-
ponde, para as temperaturas médias exteriores de aquecimento e arrefecimento, de 15ºC e 20ºC, res-
53
pectivamente, a temperaturas interiores entre 18ºC a 23ºC, que são condições de temperatura de con-
forto aceitáveis.
Definição período Condição diária
Arrefecimento Tmédia ≥ 20 ºC
Aquecimento Tmédia ≤ 15ºC
Tabela 4.4 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento
Representa-se na Figura 4.5 os períodos de arrefecimento e aquecimento considerados. Pode-se
constatar que o período de arrefecimento situa-se predominantemente nos meses consecutivos de
Junho a Setembro, com alguns dias nos meses de Maio e Outubro, e o período de aquecimento inicia-
se a meados de Novembro e termina em Abril. Em rigor, os períodos obtidos pelo critério da média
diária das temperaturas exteriores correspondem para a estação de arrefecimento a 3,9 meses e
para a estação de aquecimento a 4,5 meses, o que está de acordo com o definido no Decreto-Lei n.º
80/2006 – RSECE, que indica que a estação convencional de arrefecimento é o “conjunto dos quatro
meses de Verão (Junho, Julho, Agosto e Setembro) em que é maior a probabilidade de ocorrência de
temperaturas exteriores elevadas” e que a estação convencional de aquecimento é o “período do ano
com início no primeiro decendio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura
média diária é inferior a 15°C e com termo no último decendio anterior a 31 de Maio em que a referida
temperatura ainda é inferior a 15°C”. Observando ainda o quadro III.1 do Decreto-Lei n.º 80/2006 para
a região de Faro, correspondente à zona climática I1-V2, os dados apresentados são consonantes
com os resultados obtidos, uma vez que o número de Graus-dia (base de 20ºC) indicado é de 1060
ºC.dia, o que está de acordo com o valor calculado, indicado no subcapítulo 4.3.2.1, de 1008 ºC.dia
(erro de 5%) e a duração da estação de aquecimento é de 4,3 meses, pelo que se adequa o valor cal-
culado de 4,5 meses (erro de 5%).
Período arrefecimento
Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.
Período aquecimento
Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.
Figura 4.5 – Representação dos períodos de arrefecimento e aquecimento durante o ano
54
4.3.2.1. Grau-dia
Considerando as temperaturas exteriores do Solterm para a região de Faro (ver Apêndice G) , as
temperaturas interiores definidas no Decreto-Lei n.º 80/2006 - RCCTE, e as expressões de cálculo
indicadas no capítulo 3.3.4, procede-se ao cálculo dos Graus-dia de arrefecimento e de aquecimento,
na base de 25ºC e 20ºC, respectivamente, de onde resulta.
GDarrefecimento, base 25ºC = 120 ºC.dia
GDaquecimento, base 20ºC = 1008 ºC.dia
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Te
mp
era
tura
[ºC
]
Temperatura exterior ARREF: Text - TinteriorAQUEC: Tinterior - Text ARREF: TbaseAQUEC: Tbase
Figura 4.6 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura interior
Na Figura 4.6 está representada a evolução temporal da temperatura exterior e a sua linha de
valor médio (a preto) e as diferenças de temperaturas consideradas no cálculo de Graus-dia de arrefe-
cimento (a azul) e de Graus-dia de aquecimento (a laranja). As linhas de valor constante representam
as temperaturas base para a determinação dos Graus-dia de arrefecimento (25ºC) e de aquecimento
(20ºC). Estes valores são utilizados na estimativa das necessidades térmicas sensíveis locais.
Para proceder ao cálculo das necessidades térmicas associadas ao ar novo, considera-se como
temperatura base dos Graus-dia a temperatura de insuflação da UTAN, na estação de arrefecimento e
de aquecimento, respectivamente. Contudo, deve ser efectuada uma restrição na expressão de cálculo
dos Graus-dia, no que concerne ao “set-point” da UTAN (ver capítulo 3.3.4). Assim, admitiu-se que a
UTAN procede ao arrefecimento para temperaturas exteriores superiores a 22ºC e aquecimento para
temperaturas exteriores inferiores a 20ºC, sendo o processo de arrefecimento gratuito (freecooling)
efectuado para temperaturas entre 20 a 22ºC. A título de exemplo, no caso particular da UTAN-VA que
deverá insuflar ar para as vigas arrefecidas a 15ºC, os Graus-dia de arrefecimento para a temperatura
base de 15ºC, só serão avaliados para temperaturas exteriores superiores a 22ºC.
Representa-se na Figura 4.7 e Figura 4.8 a evolução temporal da diferença de temperatura do ar
novo (temperatura exterior e temperatura de insuflação da UTAN) das UTAN-VC e UTAN-VA, sendo
que as linhas de valor constante representam as temperaturas base dos Graus-dia, que correspondem
às temperaturas de insuflação das UTAN’s. O Grau-dia de aquecimento nas duas situações, UTAN-VC
e UTAN-VA, é igual uma vez que a temperatura de insuflação é de 20ºC, ao passo que o Grau-dia de
arrefecimento da UTAN-VA é superior, devido à maior diferença térmica resultante de uma temperatura
de insuflação de 15ºC em vez da temperatura de 22ºC da UTAN-VC.
55
UTAN - VC
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Te
mpe
ratu
ra [º
C]
Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN
AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase
AQUEC: Tbase
UTAN - VA
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Tem
per
atu
ra [º
C]
Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN
AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase
AQUEC: Tbase
Figura 4.7 – Evolução anual da temperatura exterior e da
diferença com a temperatura de insuflação da UTAN-VC
Figura 4.8 – Evolução anual da temperatura exterior e da
diferença com a temperatura de insuflação da UTAN-VA
Resultam dos parâmetros de funcionamento das UTAN, os seguintes valores de Grau-dia de arre-
fecimento e aquecimento:
UTAN-VC
GDarrefecimento, base 22ºC = 268 ºC.dia
GDaquecimento, base 20ºC = 1008 ºC.dia
UTAN-VA
GDarrefecimento, base 15ºC = 700 ºC.dia
GDaquecimento, base 20ºC = 1008 ºC.dia
4.3.2.2. Humidade-dia
Para a determinação das necessidades térmicas latentes anuais, optou-se por considerar uma
gama de humidade interior admissível entre 40% a 60%, que está dentro dos valores de conforto
para o corpo humano. Acresce ainda que a energia para promover o controlo de humidade de um
espaço, sobretudo, na humidificação é muito elevado, pelo que não é usual considerar um controlo de
humidade muito rigoroso.
Procedendo a uma análise simplificada, admite-se que no período de arrefecimento é necessário,
sobretudo, desumidificar o ar exterior e no período de aquecimento é necessário humidificar o ar exte-
rior. Desta forma, para promover o controlo de humidade do ar, considera-se o seguinte critério para
definir a humidade do ar no interior do espaço a climatizar:
Período de arrefecimento - desumidificação
Para a temperatura Tint = 25ºC, tem-se:
Hint (40%) = 7,9 gagua/kgar seco,
Hint (60%) = 11,9 gagua/kgar seco,
56
pelo que se considera para o controlo de humidade (desumidificação) o limite superior da gama
de valores de 11,9 gagua/kgar seco.
Período de aquecimento - humidificação:
Para a temperatura Tint = 20ºC, tem-se:
Hint (40%) = 5,8 gagua/kgar seco,
Hint (60%) = 8,7 gagua/kgar seco,
pelo que se considera para o controlo de humidade (humidificação) o limite inferior da gama de
5,8 gagua/kgar seco.
Figura 4.9 – Intervalo de humidade absoluta admissível para as temperaturas interiores de 20ºC e 25ºC
Considerando as humidades absolutas exteriores obtidas a partir das humidades relativas do
Solterm para a região de Faro (ver Apêndice G), as humidades interiores definidas anteriormente, e as
expressões de cálculo indicados no capítulo 3.3.4, procede-se ao cálculo da Humidade-dia de desumi-
dificação (no período de arrefecimento) e de humidificação (no período de aquecimento), na base de
11,9 gagua/kgar seco e 5,8 gagua/kgar seco, respectivamente, de onde resulta:
HDdesumidificação, base 11,9 g/kg = 32 g/kg.dia
HDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia
Na Figura 4.10 está representada a evolução temporal da humidade absoluta do ar exterior e a
sua linha de valor médio (a roxo) e as diferenças de humidades absolutas consideradas no cálculo de
Humidade-dia de desumidificação (a azul) e de Humidade-dia de humidificação (a laranja). As linhas de
valor constante representam as humidades base para a determinação da Humidade-dia de desumidifi-
cação (11,9 gagua/kgar seco) e de humidificação (5,8 gagua/kgar seco).
57
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Hum
idad
e (g
/kg)
Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)
HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hint (arref.)
HUM: Hint - Hext (aquec.)
Figura 4.10 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade interior
Dado que as vigas arrefecidas não têm capacidade para vencer cargas latente, e por forma a evi-
tar condensações nos espaços, o ar de insuflação da UTAN deverá vencer a carga latente de ar novo e
ainda a carga latente gerada no interior da sala (devido a ocupação), que é aproximadamente 1.5
gagua/kgar seco para a situação de carga máxima (ver capítulo 4.3.1). Nestas condições, a UTAN-VA
deverá considerar para o controlo de humidade na estação de arrefecimento (desumificação) uma
humidade de insuflação que varia entre 6,4 gagua/kgar seco e 10,4 gagua/kgar seco (correspondente a 7,9 –
1,5 para Hins = 40%, e 11,9 – 1,5 para Hins = 60%).
Considerando as expressões de cálculo do capítulo 3.3.2 que permitem corrigir as necessidades
térmicas locais com base na energia cedida pelo ar primário para o interior dos locais a climatizar, veri-
fica-se que a humidade absoluta máxima do ar insuflado pela UTAN-VA que garante a desumidificação
do ar exterior e das cargas internas latentes é de 9,4 gagua/kgar seco 27 (valor admissível uma vez que se
encontra entre a gama referida de 6,4 a 10,4 gagua/kgar seco), com 88% de humidade relativa para a tem-
peratura de insuflação de 15ºC.
Representa-se, na Figura 4.11 e Figura 4.12, a evolução temporal da diferença de humidade
absoluta do ar novo (humidade exterior e humidade do ar de insuflação da UTAN) das UTAN-VC e
UTAN-VA, sendo que as linhas de valor constante representam as humidades absolutas base da
Humidade-dia, que correspondem às humidades do ar de insuflação das UTAN’s. A Humidade-dia de
aquecimento, que representa a necessidade de humidificação nos meses de Novembro a Abril (7300 a
8760h, 0 a 2920 h) para ambas as situações (UTAN-VC e UTAN-VA) é igual, uma vez que a tempera-
27 Considerando as expressões de cálculo do capítulo 3.3.2, para uma situação em que o equipamento termi-
nal (VA) não tem capacidade térmica latente, temos que:
( ) locallatintUTAN_insAN
locallat
localANlat
localANlat
locallat
ETlat C024.0HDHD85.0QCC0CCC =⋅−⋅⋅⇔=⇒=−= −−
Sendo conhecido a humidade-dia de desumidificação do local HDint, o caudal de ar novo QAN e as necessida-des térmicas latentes do local, consegue-se obter a humidade-dia de desumidificação da UTAN-VA HDins_UTAN e desta forma, determinar em processo iterativo a humidade absoluta de insuflação do ar interior Hins_UTAN.
Nestas condições, a humidade absoluta do ar de insuflação resultante é de 9,4 g/kg, para 149 g/kg.dia
58
tura de insuflação considerada é de 20ºC e a humidade do ar de insuflação (humidade base) é de 5.8
g/kg. No que concerne a Humidade-dia de arrefecimento, que representa a necessidade de desumidifi-
cação nos meses de Maio a Outubro (2920h a 7300h), verifica-se que a solução de vigas arrefecidas
apresenta valores superiores, de modo a garantir a desumidificação do ar exterior acrescida da energia
necessária para vencer a carga latente interna.
UTAN - VC
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Hum
idad
e (g
/kg)
Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)
HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)
HUM: Hins - Hext (aquec.)
UTAN - VA
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760Tempo [h]
Hu
mid
ade
(g
/kg
)
Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)
HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)
HUM: Hins - Hext (aquec.)
Figura 4.11 – Evolução anual da humidade exterior e da
diferença com a humidade do ar de insuflação UTAN-VC
Figura 4.12 – Evolução anual da humidade exterior e da
diferença com a humidade do ar de insuflação UTAN-VA
Realça-se ainda que se considerou apenas controlo de humidade nos períodos em que os equi-
pamentos de climatização funcionam em modo de arrefecimento ou aquecimento, isto é, nos períodos
sem necessidade de correcção de temperatura (local ou do ar novo) os módulos de controlo de humi-
dade encontram-se desligados.
Nestas condições, resultam os seguintes valores de Humidade-dia de arrefecimento e aquecimen-
to para as UTAN’s:
UTAN-VC
HDdesumidificação, base 11,9 g/kg = 55 g/kg.dia
HDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia
UTAN-VA
GDdesumidificação, base 9,4 g/kg = 149 g/kg.dia
GDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia
4.3.2.3. Perfis de carga dos equipamentos
Para determinar o consumo eléctrico dos equipamentos do sistema AVAC é necessário estimar os
perfis de carga dos equipamentos. As expressões de cálculo propostas são indicadas no Capítulo
3.3.3, sendo que os parâmetros de funcionamento dos equipamentos estão definidos no Apêndice F:
� O chiller de condensação a ar apresenta um ESEER de 4.2;
� A caldeira de alta eficiência tem um rendimento sazonal de 96%;
59
� Para as electrobombas de circulação foram consideradas diferentes eficiências a cargas par-
ciais (25%, 50%, 75% e 100%) e respectivo período de funcionamento;
� Para garantir a qualidade do ar interior (QAI), pela diluição dos contaminantes através da insu-
flação de ar novo, os equipamentos terminais que servem espaços com ocupação nocturna
(quartos de internamento, por exemplo), assim como a UTAN a que estão interligados, funcio-
nam 365 dias por ano, 24/24h. Nos espaços sem ocupação nocturna, os equipamentos termi-
nais estão em funcionamento apenas durante a sua ocupação, tendo sido considerado o factor
de ocupação anual de 71% (considerou-se desocupado entre as 0h e as 7h, sendo o factor de
ocupação dado por (24-7)/24). Admite-se que os equipamentos terminais (neste caso, o venti-
loconvector) funcionam sempre na velocidade média, pelo que a eficiência global do ventilador
é constante;
� No que concerne as unidades do tipo UTAN, ao longo do ano, o caudal de ar novo é sujeito a
variações provocadas pelo perfil de ocupação dos espaços servidos28, tendo sido consideradas
para cada zona29 as densidades de ocupação resultante dos perfis horários de utilização diário
baseados no Anexo XV do Decreto-Lei n.º 79/2006 – RSECE, para “Estabelecimento de saúde
com internamento”.
4.3.3. Emissões de carbono
A determinação das emissões de carbono de um determinado sistema ou produto pressupõe o
trabalho numa equipa multidisciplinar, dado que implica a recolha de vários dados associados ao ciclo
de vida do sistema/ produto, quer sejam, as características do edifício, necessidades térmicas e de
qualidade do ar interior, assim como os parâmetros de funcionamento dos equipamentos e as activida-
des decorrentes da exploração, como por exemplo, a substituição de equipamento ou a sua manuten-
ção. No presente trabalho foi recolhida informação junto do projectista, de fornecedores de equipamen-
to e de equipas de manutenção. Foram determinadas as emissões de carbono de dois sistemas de
climatização, solução com equipamento terminal do tipo ventiloconvector (VC) e do tipo viga arrefecida
(VA) para um período de exploração de 30 anos.
4.3.3.1. Materiais utilizados no fabrico de equipamento
As emissões de carbono resultantes do fabrico dos equipamentos são determinadas a partir dos
factores de emissão indicados no capítulo 3.4.1, em kgC/ ton, e dos pesos dos materiais que consti-
tuem cada equipamento AVAC, em ton. Desta forma, foram recolhidos elementos sobre a constituição
dos equipamentos dos sistemas AVAC, decompostos em aço, cobre, alumínio e filme de PET, que se
encontram tabelados no Apêndice F.
28 A ocupação de um espaço pode ser monitorizada, por exemplo, através da leitura de sensores CO2 instala-
dos nesse espaço. 29 As zonas de climatização encontram-se definidas no Apêndice C.
60
Apresenta-se na Figura 4.13 a constituição e peso dos equipamentos terminais: ventiloconvecto-
res e vigas arrefecidas.
0
10
20
30
40
50
Ventiloconvector Viga Arrefecida
Pes
o [k
g]
Aço Cobre Alumínio Filme de PET
Figura 4.13 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos terminais (VC e VA)
4.3.3.2. Transporte de equipamento
Para a determinação das emissões de carbono resultantes do transporte de equipamentos, consi-
derou-se que o transporte é efectuado por camião entre a fábrica onde são produzidos e o edifício
hospitalar em Faro onde serão instalados, e respectivo regresso. No Apêndice F são indicados para
cada equipamento o local de origem (fábrica), o percurso percorrido (entre a fábrica e o edifício hospi-
talar) e a carga de equipamento transportado para o edifício hospitalar. O cálculo das emissões de
carbono é efectuado a partir da distância percorrida, em veículo.km, e do factor de emissão indicado no
Subcapítulo 3.4.2.2, em kgC/ veiculo.km. Durante o período de exploração do edifício de 30 anos, as
emissões resultantes do transporte do equipamento são contabilizadas após a finalização da fase de
obra (no 1º ano), e aquando da substituição por equipamentos novos, findo o seu tempo de vida útil.
4.3.3.3. Energia consumida em exploração
A energia consumida pelo sistema AVAC em fase de exploração é decomposta nas suas compo-
nentes eléctrica e de gás natural. A componente eléctrica engloba a energia consumida pelos seguin-
tes equipamentos:
� chiller - para produzir energia térmica para os circuitos hidráulicos de arrefecimento que ser-
vem os equipamentos terminais e da UTAN;
� electrobombas – para a circulação de água fria e quente nos circuitos hidráulicos de arrefeci-
mento e aquecimento, respectivamente;
� humidificador da UTAN – na produção de vapor de água para os períodos com necessidade
de humidificação do ar interior.
A componente de gás engloba a energia consumida pela caldeira, para produção de energia tér-
mica para os circuitos hidráulicos de aquecimento que servem os equipamentos terminais e a UTAN.
Considerando os factores de emissão apresentados no Capítulo 3.4.3, em kgC/ kWh, e o consumo
de energia estimado a partir do método de cálculo proposto no Capítulo 3.3, em kWh, é possível deter-
61
minar as emissões de carbono resultantes da energia consumida em fase de exploração. Os consumos
eléctricos e de gás são indicados no capítulo 5.3.
4.3.3.4. Actividades de manutenção
As actividades de manutenção preventiva30 dos equipamentos dos sistemas AVAC e as periodici-
dades expectáveis ao longo do período em análise de 30 anos são indicadas no Apêndice F. As princi-
pais actividades de manutenção consideradas são apresentadas na Tabela 4.5.
Manutenção de Equipamentos Mensal Trimestral Semestral Anual > 1 ano
Ventiloconvector (VC)
Limpeza de filtro G4 x
Substituição de filtro G4 5
Rebobinagem de motor 3
Viga Arrefecida (VA)
Limpeza de alhetas x
UTAN
Substituição de filtro G4 x
Substituição de filtro F5 x
Substituição de filtro F7 X
Substituição de baterias 20
Substituição de motores 5
Tabela 4.5 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC
Durante o período referido, para além da substituição dos consumíveis (filtros, baterias, motores,
etc), os equipamentos são substituídos por equipamentos novos, pelo que é relevante definir os tem-
pos médios de vida útil (Tabela 4.6), por forma a planear as periodicidades de manutenção efectivas
(indicados no Apêndice F).
Equipamentos
Tempo médio de
vida útil
[anos]
Ventiloconvector 15
Viga Arrefecida 30
UTAN 15
Electrobomba 10
Tabela 4.6 – Tempo médio de vida útil dos equipamentos do sistema AVAC
Consideram-se associadas às actividades de manutenção as emissões resultantes do fabrico de
consumíveis e seu respectivo transporte até ao local de instalação, assim como as emissões resultan-
30 À manutenção preventiva correspondem um conjunto de acções criteriosas e sistemáticas e/ou condiciona-
das que se desenvolvem independentemente da ocorrência de qualquer avaria, falha ou ruptura de um equipa-mento ou sistema, que têm como objectivo prolongar a respectiva vida útil, reduzir as ocorrências e a duração dos períodos de indisponibilidade e garantir as condições de serviço em operação. Este conjunto de acções consiste na execução dos trabalhos necessários sobre o equipamento ou sistema, de modo a eliminar falhas ou avarias ou a manter essas falhas ou avarias dentro de determinados limites económicos, salvaguardando e garantindo a operacionalidade necessária à função, através, essencialmente, da execução programada de inspecções, reposi-ções de consumíveis e substituições de componentes de desgaste rápido, evitando assim a realização de acções de maior envergadura e com maiores repercussões negativas no serviço.
62
tes da deslocação periódica das equipas de manutenção para assegurar estas operações. O método
de cálculo das emissões resultantes do fabrico de consumíveis e do seu transporte foi indicada ante-
riormente nos subcapítulos 4.3.3.1 e 4.3.3.2, respectivamente. Admitiu-se que as emissões de trans-
porte associadas à deslocação casa-trabalho das equipas de manutenção resultam de uma distância
média diária de 25 km (entre casa e trabalho) e do factor de emissão de 0.074 kgC/km (e uma incerte-
za de 15%) correspondente a um veículo a gasolina, com peso médio de 1205 kg, sobre um percurso
misto (ver capítulo 3.4.2.1).
Por uma questão de simplicidade de análise, e porque não faz parte do âmbito deste trabalho, não
foi estudada a possibilidade de gestão de stocks dos consumíveis, embora esta seja uma questão com
relevância para uma abordagem futura.
4.3.3.5. Desperdícios de fim de vida
As emissões de carbono resultantes do fim de vida dos equipamentos e consumíveis são determi-
nadas a partir dos factores de emissão indicados no capítulo 3.4.4, em kgC/ ton, e dos pesos dos
materiais, agrupados nas categoria de metais ou de plásticos, em ton.
63
CAPÍTULO 5 : RESULTADOS
Neste capítulo são apresentadas as potências térmicas dos equipamentos dos sistemas AVAC
analisados, de modo a proceder ao dimensionamento e selecção dos equipamentos, e ainda as neces-
sidades térmicas anuais e respectivos consumos eléctricos e de gás, de modo a proceder à determina-
ção da energia primária consumida em fase de exploração e das emissões de carbono resultantes. As
emissões de carbono dos sistemas são decompostas nas várias fases do ciclo de vida, sendo efectua-
da uma análise comparativa para aferir sobre a possibilidade de redução de emissões.
5.1. Potência térmica
Considerando o método de cálculo de potências térmicas apresentada em detalhe no Apêndice A,
obtém-se as cargas térmicas de arrefecimento e aquecimento locais e de ar novo, para a totalidade
dos espaços analisados (106 espaços), apresentadas na Tabela 5.1.
Carga térmica
(em kW) Local UTAN-VC UTAN-VA
ARREFECIMENTO
Sensível 128,0 51,5 79,8
Latente 16,8 34,5 48,3
Total 144,8 86,0 128,1
AQUECIMENTO
Sensível 43,4 70,3 56,2
Latente - 56,9 45,6
Total 43,4 127,2 101,8
Tabela 5.1 – Carga térmica local e de ar novo
Como referido no capítulo 3.2.1, as potências locais de arrefecimento dizem respeito ao balanço
dos ganhos de calor pela envolvente exterior e interior, radiação solar e fontes de calor internas, e as
potências locais de aquecimento contabilizam as perdas de calor pela envolvente. Os resultados refe-
rentes a UTAN-VC e UTAN-VA contabilizam a potência térmica associada ao ar novo sob condições de
funcionamento real, sendo representado na Figura 5.1 e a Figura 5.2 as potências de ar novo envolvi-
das nos dois sistemas.
64
ARREFECIMENTO
128
5180
17
35
48
0
50
100
150
200
Local UTAN-VC UTAN-VA
Pot
ênci
a [k
W]
Sensível Latente
AQUECIMENTO
4370
56
57
46
0
50
100
150
200
Local UTAN-VC UTAN-VA
Pot
ênci
a [k
W]
Sensível Latente
Figura 5.1 – Potências térmicas de arrefecimento local e
de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)
Figura 5.2 – Potências térmicas de aquecimento local e de
ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)
Dado que as condições de funcionamento das UTAN’s, nomeadamente, a temperatura e humida-
de absoluta do ar novo insuflado no equipamento terminal, são diferentes das condições pretendidas
para o interior dos espaços, em particular no período de arrefecimento31, procedeu-se à correcção das
potências térmicas locais à custa da potência adicional de ar novo introduzida pelas UTAN’s nas zonas
a climatizar (de acordo com o indicado no capítulo 3.2.2). Deste modo, apresentam-se na Tabela 5.2
as potências térmicas locais corrigidas (potência dos equipamentos terminais), assim como as potên-
cias térmicas de ar novo (potência térmica das UTAN’s).
Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Potência térmica
(em kW) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total
Diferença32
VC
VCVA
SSS −
ARREFECIMENTO
Sensível 111,4 51,5 162,9 72,8 79,8 152,6 (-) 6,7%
Latente 16,8 34,5 51,3 - 48,3 48,3 (-) 5,8%
Total 128,2 86,0 214,2 72,8 128,1 200,9 (-) 6,2%
AQUECIMENTO
Sensível 43,4 70,3 113,7 43,4 56,2 99,6 (-) 12,4%
Latente - 56,9 56,9 - 45,6 45,6 (-) 20,0%
Total 43,4 127,.2 170,6 43,4 101,8 145,2 (-) 14,9%
Tabela 5.2 – Potência térmica local corrigida e de ar novo
Dos resultados obtidos, realçam-se os seguintes pontos:
� Verifica-se uma redução significativa da potência de arrefecimento sensível local no sistema
com vigas arrefecidas, devido à elevada diferença de temperatura entre o ar insuflado pela
UTAN-VA (15ºC) e a temperatura interior pretendida (25ºC) - a potência térmica sensível local
da totalidade das zonas é de 128 kW, enquanto que a respectiva potência corrigida das vigas
31 Ver condições higrotérmicas do capítulo 4.3.1 32 Pretende-se saber qual a redução ou aumento de potência do sistema, quando se substitui o equipamento
terminal do tipo ventiloconvector (VC) pela viga arrefecida (VA), pelo que se considera a diferença relativa entre o sistema com o equipamento terminal “novo” SVA e o sistema com o equipamento terminal a substituir SVC, relati-vamente ao sistema com o equipamento substituido SVC.
65
arrefecidas é de 73 kW – o que representa uma redução de 40%. Para o sistema de ventilo-
convectores a redução da potência térmica sensível de arrefecimento local é de 15%, uma vez
que a diferença de temperatura entre o ar de insuflação da UTAN (22ºC) e a temperatura inte-
rior (25ºC) é inferior (potência local de 128 kW e respectiva potência corrigida dos ventilocon-
vectores de 111 kW);
� Como referido, a correcção das potências dos equipamentos terminais é obtida à custa da
potência adicional de ar novo introduzida no espaço, sendo que a potência térmica sensível da
UTAN-VC é de 52 kW ao passo que a potência térmica sensível da UTAN-VA é de 80 kW, cer-
ca de 55% superior;
� Constata-se ainda que a potência térmica latente de ar novo da UTAN-VA é superior à potên-
cia latente da UTAN-VC, cerca de 40% (UTAN-VC com 35 kW e UTAN-VA com 48 kW) por
forma a proceder não só à desumidificação do ar exterior, como também à desumidificação do
interior dos espaços, uma vez que as vigas arrefecidas não têm capacidade térmica latente.
Nestas condições, verificou-se a necessidade da UTAN-VA proceder a desumidificação do ar
exterior numa diferença adicional de 1,5 gagua/kgar seco relativamente à UTAN-VC (como indica-
do no Capítulo 4.3.1).
ARREFECIMENTO
111
73
51
80
17
35
48
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida
Pot
ênci
a [k
W]
Sens. terminal Sens. UTAN Lat. terminal Lat. UTAN
AQUECIMENTO
43 43
7056
57
46
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida
Pot
ênci
a [k
W]
Sens. terminal Sens. UTAN Lat. terminal Lat. UTAN
Figura 5.3 – Potência térmica de arrefecimento dos
sistemas VC e VA
Figura 5.4 – Potência térmica de aquecimento dos
sistemas VC e VA
Representam-se nas Figura 5.3 e Figura 5.4 as potências térmicas de arrefecimento e aquecimen-
to dos dois sistemas. As potências térmicas globais de arrefecimento sensível e latente do sistema de
vigas arrefecidas são cerca de 6% inferiores às correspondentes potências do sistema de ventilocon-
vectores. Da mesma forma, constata-se que a potência térmica global de aquecimento do sistema de
vigas arrefecidas é inferior à correspondente potência do sistema de ventiloconvectores, cerca de 15%,
representando uma diferença de 12% na componente sensível e 20% na componente latente. Este
facto é uma consequência directa da eficiência de ventilação considerada para os dois sistemas (100%
para as vigas arrefecidas face a 80% para os ventiloconvectores), que permite caudais de ar novo mais
reduzidos na UTAN-VA. De facto, as potências térmicas locais dependem, em ambos os sistemas, de
factores externos do meio, quer seja a radiação solar, envolvente ou cargas internas e como tal afec-
tam os sistemas da mesma forma. Contudo, as cargas associadas ao ar novo estão intimamente liga-
66
das à distribuição e difusão do ar, que se trata de uma propriedade intrínseca do sistema de climatiza-
ção. Desta forma, distintos modos de difusão do ar (com diferentes eficiências de ventilação) poderão
afectar as necessidades térmicas globais dos sistemas.
5.2. Necessidades térmicas anuais
Na Tabela 5.3 apresenta-se o resumo das necessidades térmicas anuais de arrefecimento e
aquecimento para os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas, após correcção das neces-
sidades locais pela energia adicional fornecida pelo ar novo das UTANs.
Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Necessidade térmica
(em MWh / ano) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total
Diferença
VC
VCVA
SSS −
ARREFECIMENTO
Sensível 140,6 37,1 177,8 83,3 87,0 170,3 (-) 4,2%
Latente - desumidificação 21,9 22,9 44,8 - 49,4 49,4 (+)10,2%
Total 162,5 60,1 222,6 83,3 136,4 219,8 (-) 1,3%
AQUECIMENTO
Sensível 4,0 106,2 110,2 4,0 85,0 89,0 (-) 19,3%
Latente - humidificação - 3,7 3,7 - 3,0 3,0 (-) 20,0%
Total 4,0 110,0 113,9 4,0 88,0 91,9 (-) 19,3%
Tabela 5.3 – Necessidade térmica anual do local e de ar novo dos sistemas
Dos resultados obtidos, realçam-se os seguintes pontos:
� A diferença de temperatura garantida pela UTAN-VA33 na estação de arrefecimento implica
que a energia térmica transportada pelo ar novo no sistema de vigas arrefecidas seja superior
à do sistema de ventiloconvectores, o que representa maior consumo de energia térmica pela
UTAN-VA, mas também proporciona um decréscimo das necessidades térmicas anuais de
arrefecimento (sensível) local das vigas arrefecidas, correspondendo a cerca de 60% das
necessidades térmicas anuais dos ventiloconvectores (VA com 83 MWh/ano e VC com 141
MWh/ano). Para garantir as mesmas condições de temperatura interior (25ºC), as necessida-
des térmicas globais de arrefecimento sensível do sistema de vigas arrefecidas, atendendo às
cargas locais e de ar novo, são ligeiramente inferiores às necessidades dos ventiloconvecto-
res, com uma diferença relativa de 4% (sistema VA com 170 MWh/ano e sistema VC com 178
MWh/ano);
� Como referido anteriormente, as vigas arrefecidas não permitem proceder à remoção de carga
latente, pelo que a UTAN-VA, para evitar condições que propiciem condensação nos espaços
a climatizar, deve garantir desumidificação adicional, contribuindo não só para a carga latente
do ar novo, como também para a carga latente interna do espaço a climatizar. Desta forma, a
33 O ar novo admitido no espaço a climatizar através da UTAN é parametrizado com temperaturas de insufla-
ção do ar distintas nos sistemas de ventiloconvectores e de vigas arrefecidas, pelos motivos indicados no capítulo 4.3.1. A temperatura de insuflação do ar considerada na estação de arrefecimento para a UTAN-VA é de 15ºC, enquanto que para a UTAN-VC é de 22ºC, sendo a temperatura interior de 25ºC.
67
UTAN-VA ao longo do ano necessita de cerca de duas vezes mais energia para desumidifica-
ção do que a UTAN-VC (UTAN-VA com 49 MWh/ano e UTAN-VC com 23 MWh/ano);
� Verifica-se que, no período de aquecimento, as necessidades térmicas locais não são impor-
tantes, apresentando um valor quase residual de 4% das necessidades globais, o que pode ser
consequência das ganhos de calor resultantes da radiação solar, mas sobretudo devido às
cargas internas que são significativas em locais com ocupação permanente como é o caso de
uma unidade de internamento hospitalar;
� Relativamente às necessidades de humidificação, verifica-se também que, apesar da elevada
potência a disponibilizar pelo humidificador da UTAN, em termos das necessidades térmicas
anuais representa um peso pouco significativo, de cerca de 4% das necessidades térmicas glo-
bais de aquecimento.
ARREFECIMENTO
140.6
83.3
37.1
87.0
21.9 49.4
22.9
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida
MW
h / a
no
Sens. terminal Sens. UTAN Lat. terminal Lat. UTAN
Figura 5.5 – Necessidades térmicas anuais de arrefecimento dos sistemas VC e VA
Constata-se que a diferença entre as necessidades térmicas totais de arrefecimento (sensível e
latente) do sistema de vigas arrefecidas e do sistema de ventiloconvectores não é significativa, repre-
sentando cerca de 1% (VA com 220 MWh/ano e VC com 223 MWh/ano).
As necessidades térmicas de aquecimento são claramente inferiores no sistema de vigas arrefeci-
das, com uma diferença relativa de cerca de 19% (sistema VA com 92 MWh/ano e sistema VC com
114 MWh/ano). Dado que o peso fundamental reside nas necessidades térmicas sensíveis da UTAN,
uma vez que a energia térmica a disponibilizar pela UTAN corresponde a mais de 95% das necessida-
des globais de aquecimento (UTAN-VA com 85 MWh/ano e UTAN-VC com 106 MWh/ano), não é de
estranhar que a diferença relativa entre os dois sistemas de climatização corresponda aproximadamen-
te à diferença relativa entre os caudais de ar novo em jogo34, e às respectivas eficiências de ventilação
consideradas.
34 Em ambos os sistemas foi considerado para o ar de insuflação da UTAN, na estação de aquecimento, a tem-
peratura de 20ºC.
68
AQUECIMENTO
106.285.0
4.0 4.0
3.7
3.0
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida
MW
h / a
no
Sens. terminal Sens. UTAN Lat. terminal Lat. UTAN
Figura 5.6 – Necessidades térmicas anuais de aquecimento dos sistemas VC e VA
5.3. Consumo eléctrico e de gás
Apresenta-se na Tabela 5.4 o resumo dos consumos eléctricos e de gás dos equipamentos produ-
tores, chiller e caldeira, respectivamente, imputado a ambos os sistemas de ventiloconvectores e vigas
arrefecidas.
Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Equip. produtor
(em MWh / ano) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Chiller 38,9 14,4 53,3 19,9 32,6 52,6 (-) 1,3%
Caldeira 4,1 110,7 114,8 4,1 88,5 92,7 (-) 19,3%
Tabela 5.4 – Consumo anual de electricidade e de gás dos equipamentos de produção de frio e calor
Verifica-se, de acordo com o indicado no Capítulo 5.2, que apesar da UTAN-VA apresentar maio-
res necessidades térmicas de arrefecimento do que a UTAN-VC, a potência adicional de ar novo intro-
duzida nos espaços a climatizar contribui para a redução das necessidades térmicas locais (dos equi-
pamentos terminais). No balanço global, as necessidades térmicas de arrefecimento (sensível e laten-
te), considerando o contributo das cargas locais e de ar novo, são aproximadamente iguais para os
dois sistemas, o que representa consumos eléctricos idênticos do chiller, com uma diferença relativa de
cerca de 1%. No que concerne ao consumo de gás da caldeira, a diferença entre o sistema de vigas
arrefecidas e de ventiloconvectores é cerca de 19%, consequência da diferença relativa das necessi-
dades térmicas de aquecimento (sensível).
Nas tabelas seguintes são apresentados os consumos eléctricos dos ventiladores, das electro-
bombas e do humidificador.
69
Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Ventiladores
(em MWh / ano) Insuflação Extracção Total Insuflação Extracção Total
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Equip. terminal 20,8 - 20,8 - - - (-) 100,0%
UTAN 38,6 30,8 69,3 38,2 24,6 62,8 (-) 9,4%
Total 59,4 30,8 90,2 38,2 24,6 62,8 (-) 30,3%
Tabela 5.5 – Consumo eléctrico anual de ventilação dos sistemas VC e VA
Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Electrobombas
(em MWh / ano) Água
Fria
Água
Quente Total
Água
Fria
Água
Quente Total
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Equip. terminal (ET) 3,9 1,5 5,3 2,6 1,5 4,1 (-) 23,3%
UTAN 2,4 1,3 3,8 3,6 1,3 4,9 (+) 29,7%
Total 6,3 2,8 9,1 6,2 2,8 9,0 (-) 1,4%
Tabela 5.6 – Consumo eléctrico anual das bombas de circulação dos sistemas VC e VA
Humidificador
(em MWh / ano)
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas Arrefecidas
Diferença
VC
VCVA
SSS −
UTAN 3,7 3,0 (-) 20,0%
Tabela 5.7 – Consumo eléctrico anual do humidificador dos sistemas VC e VA
Interessa realçar as seguintes observações face aos resultados obtidos:
� Quando se opta pelo sistema de vigas arrefecidas é notória a redução do consumo eléctrico
associado aos ventiladores, de 30%, pelo que a ausência de motores nas vigas arrefecidas
contribui significativamente para o seu decréscimo. No que se refere aos ventiladores das
UTAN’s, apesar do caudal de ar novo da UTAN-VA representar 80% do caudal de ar novo da
UTAN-VC (devido à eficiência de ventilação), os consumos eléctricos associados aos ventila-
dores de insuflação (de ar novo) são aproximadamente iguais, cerca de 38 MWh/ano – isto
deve-se ao facto da pressão a disponibilizar pela UTAN-VA ser superior, por forma a vencer a
perda de carga adicional na viga arrefecida (cerca de 125 Pa) e também, ainda que com um
peso menos importante, devido às maiores dimensões da bateria de arrefecimento35 que intro-
duz maior perda de carga. O consumo eléctrico dos ventiladores de extracção da UTAN-VA
apresenta uma redução de 80%, face ao valor correspondente da UTAN-VC (UTAN-VA com 31
MWh/ano e UTAN-VC com 25 MWh/ano), consequência da eficiência de ventilação36;
� A diferença entre o consumo eléctrico global das electrobombas dos dois sistemas é pouco
significativa, cerca de 1%. Verifica-se que a electrobomba do circuito que alimenta os equipa-
35 Como visto anteriormente, a potência da bateria de arrefecimento da UTAN-VA é superior à da UTAN-VC,
por forma a garantir desumidificação adicional do espaço a climatizar e assim evitar potenciais condensações. 36 Para manter a depressão nos espaços a climatizar, optou-se por considerar que o caudal de extracção é
10% superior ao caudal de insuflação, pelo que o caudal de extracção das UTAN’s é directamente proporcional ao caudal de insuflação.
70
mentos terminais apresenta maior consumo eléctrico no sistema de ventiloconvectores, conse-
quência sobretudo das maiores necessidades térmicas de arrefecimento destes. A electro-
bomba do circuito de arrefecimento que alimenta a UTAN-VA tem maior consumo eléctrico, o
que se deve ao facto da UTAN-VA apresentar temperatura de insuflação na estação de arrefe-
cimento inferior (a temperatura de insuflação da UTAN-VA é 15ºC face aos 22ºC da UTAN-VC)
e consequentemente maior diferença de temperatura e necessidades térmicas de arrefecimen-
to superiores. O consumo eléctrico das electrobombas do circuito de aquecimento é aproxima-
damente igual, o que é expectável para o circuito dos equipamentos terminais, uma vez que as
condições térmicas são iguais nos dois sistemas37. Realça-se que, apesar da potência térmica
de aquecimento da UTAN-VA ser inferior à potência térmica da UTAN-VC (80% da potência da
UTAN-VC, devido aos caudais de ar novo), as eficiências do conjunto motor-bomba a diferen-
tes cargas parciais, podem contribuir para que, no balanço global no período de funcionamen-
to, os consumos eléctricos sejam aproximadamente iguais;
� O humidificador da UTAN-VA apresenta uma redução de 20% no consumo eléctrico face à
UTAN-VC, devido aos caudais de ar novo em jogo nos dois sistemas.
Apresenta-se na Tabela 5.8 e na Tabela 5.9 o resumo dos consumos eléctricos e de gás anuais
dos equipamentos dos sistemas AVAC analisados.
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecidas Consumo eléctrico
MWh/ano Proporção MWh/ano Proporção
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Chiller 53,3 34,1% 52,6 41,3% (-) 1,3%
Ventiladores equip. terminal 20,8 13,3% - - (-) 100,0%
Ventiladores UTAN 69,3 44,4% 62,8 49,3% (-) 9,4%
Bombas arrefecimento 6,3 4,0% 6,2 4,9% (-) 1,5%
Bombas aquecimento 2,8 1,8% 2,8 2,2% (-) 1,0%
Humidificador 3,7 2,4% 3,0 2,3% (-) 20,0%
Total 156,2 100,0% 127,3 100,0% (-) 18,5%
Tabela 5.8 – Resumo dos consumos eléctricos anuais dos equipamentos dos sistemas VC e VA
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecidas Consumo eléctrico
MWh/ano MWh/ano
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Caldeira 114,8 92,7 (-) 19,3%
Tabela 5.9 – Consumo de gás anual da caldeira para os sistemas VC e VA
O sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,5% no consumo eléctrico e de
19,3% no consumo de gás.
37 Em qualquer um dos sistemas analisados, ventiloconvectores ou vigas arrefecidas, não se verifica correcção
da carga térmica local de aquecimento pelo ar novo da UTAN, uma vez que temperatura de insuflação do ar é efectuada à temperatura interior pretendida de 20ºC.
71
CONSUMO ELÉCTRICO
53.3 52.6
6.3 6.2
20.8
69.3
62.8
3.7
3.0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
Ventiloconvector Viga Arrefecida
MW
h / a
no
Chiller Bombas Arref.Bombas Aquec. Ventiladores TerminalVentiladores UTAN Humidificador
Figura 5.7 – Consumo eléctrico anual dos sistemas VC e VA
CONSUMO GÁS
114.892.7
0
50
100
150
200
Ventiloconvector Viga Arrefecida
MW
h / a
no
Figura 5.8 – Consumo de gás anual dos sistemas VC e VA
5.4. Energia primária
Tendo em conta os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos do sistema AVAC, é possível
converter os mesmos em energia primária, através dos factores de conversão definidos no Decreto-Lei
n.º 79/2006 (RSECE), sendo os resultados apresentados na Tabela 5.10.
72
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecodas Consumo energia primária
tep/ ano Proporção tep/ ano Proporção
Diferença
VA
VCVA
SSS −
Chiller 15,4 28,0% 15,2 34,0% (-) 1,3%
Caldeira 9,9 17,9% 8,0 17,8% (-) 19,3%
Ventiladores equip. terminal 6,0 10,9% - 0,0% (-) 100,0%
Ventiladores UTAN 20,1 36,4% 18,2 40,6% (-) 9,4%
Bombas arrefecimento 1,8 3,3% 1,8 4,0% (-) 1,5%
Bombas aquecimento 0,8 1,5% 0,8 1,8% (-) 1,0%
Humidificador 1,1 2,0% 0,9 1,9% (-) 20,0%
Total 55,2 100,0% 44,9 100,0% (-) 18,6%
Tabela 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por equipamento
15.4 15.2
9.9 8.0
1.81.8
6.0
20.1
18.2
1.1
0.9
0
10
20
30
40
50
60
Ventiloconvector Viga Arrefecida
tep
/ ano
Chiller Caldeira Bombas Arref.
Bombas Aquec. Ventiladores Terminal Ventiladores UTAN
Humidificador
Figura 5.9 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por equipamento
A Tabela 5.11 apresenta o consumo de ambos os sistemas AVAC agrupados em arrefecimento,
aquecimento e humidificação e, por fim, ventilação. Os consumos das electrobombas estão incluídas
nas necessidades de arrefecimento e aquecimento, respectivamente.
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecodas Consumo energia primária
tep/ ano Proporção tep/ano Proporção
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Arrefecimento 17,3 31,3% 17,0 38,0% (-) 1,3%
Aquecimento e Humidificação 11,8 21,3% 9,6 21,5% (-) 18,1%
Ventilação 26,1 47,4% 18,2 40,6% (-) 30,3%
Total 55,2 100,0% 44,9 100,0% (-) 18,6%
Tabela 5.11 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por utilização
O sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,6% no consumo de energia pri-
mária.
73
17.3 17.0
11.8 9.6
26.1
18.2
0
10
20
30
40
50
60
Ventiloconvector Viga Arrefecida
tep
/ ano
Arrefecimento Aquecimento e Humidificação Ventilação
Figura 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por utilização
Atendendo à quantidade de equipamentos terminais, 106 unidades, pode-se ainda exprimir o con-
sumo global dos sistemas por unidade:
• Ventiloconvector: 520 kgep/ un
• Viga arrefecida: 423 kgep/ un
5.5. Emissões de carbono
Considerando os factores de emissão de carbono apresentados no Capítulo 3.4, os dados relati-
vos às diferentes fases do ciclo de vida dos sistemas AVAC a analisar - tempo médio de vida útil dos
equipamentos, materiais utilizados no fabrico de equipamentos e consumíveis, informação sobre o
transporte de equipamentos e consumíveis e periodicidade das actividades de manutenção (indicados
no Apêndice F) - e ainda os consumos anuais estimados de electricidade e de gás, obtidos no capítulo
5.3, determinam-se as emissões de carbono dos sistemas AVAC. Os resultados obtidos permitirão
aferir sobre a eventual redução ou aumento de emissões de carbono entre dois sistemas AVAC com
diferentes equipamentos terminais de climatização, nomeadamente, ventiloconvectores e vigas arrefe-
cidas.
Os resultados são agrupados nas categorias de emissões de carbono associadas a: materiais uti-
lizados no fabrico dos equipamentos, transporte dos equipamentos entre a fábrica e o local da instala-
ção (e respectivo regresso), energia consumida em fase de exploração durante o funcionamento do
sistema, actividades de manutenção (incluindo fabrico e transporte de consumíveis e transporte de
equipas de manutenção), desperdícios de fim de vida (dos equipamentos e dos consumíveis). A análi-
se de cada sistema AVAC foi efectuada para um conjunto de 106 equipamentos terminais, 4 electro-
bombas de circulação e 1 UTAN, num período de exploração de 30 anos. Os resultados apresentam-
se na Tabela 5.12.
74
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecidas Emissões de carbono
Ton C eq Proporção Ton C eq Proporção
Diferença
VC
VCVA
SSS −
Material equipamento 17,7 ± 15% 2,0% 14,9 ± 17% 2,1% (-) 15,5%
Transporte equipamento 5,8 ± 50% 0,7% 5,8 ± 50% 0,8% (-) 1,0%
Energia consumida 832,2 ± 13% 94,7% 676,4 ± 12% 95,7% (-) 18,7%
Actividades manutenção 23,3 ± 44% 2,6% 9,9 ± 42% 1,4% (-) 57,6%
Desperdícios fim de vida < 0,1 ± 20% < 0,1% < 0,1 ± 20% < 0,1% (-) 39,8%
Total: 879,0 ± 14% 100,0% 707,0 ± 13% 100,0% (-) 19,6%
Mínimo 757,1 - 614,8 - (-) 18,8%
Máximo 1000,9 - 799,2 - (-) 20,2%
Tabela 5.12 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA, por fase do ciclo de vida
Verifica-se a redução de emissões de carbono quando se opta pela substituição do sistema
com ventiloconvectores pelo sistema com vigas arrefecidas, em cerca de 20%.
Observando as proporções das categorias analisadas, constata-se que o peso principal para as
emissões reside na energia consumida em fase de exploração, correspondente aos consumos de elec-
tricidade e de gás, afectando cerca de 95% do valor de emissões globais no balanço de ambos os sis-
temas no período analisado. O material utilizado no fabrico dos equipamentos do sistema tem um peso
relativo de cerca de 2% em ambos os sistemas, o transporte de equipamentos tem um peso inferior a
1% e as emissões decorrentes das actividades de manutenção dos sistemas têm um peso mais rele-
vante nos ventiloconvectores (2,6%) do que nas vigas arrefecidas (1,4%), embora também pouco signi-
ficativo. As emissões associadas à deposição de materiais em fim de vida, quer seja dos equipamentos
do sistema ou dos consumíveis utilizados nas actividades de manutenção, têm um peso desprezável,
inferior a 0,1%. No Apêndice H são indicadas as emissões de carbono detalhadas, para cada ano, e a
proporção de cada contribuição (materiais, transporte, energia, manutenção e fim de vida).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30Anos
tonC
eq
Ventiloconvector
Viga Arrefecida
Figura 5.11 – Distribuição das emissões de carbono no período de 30 anos
Apresenta-se na Figura 5.11 a distribuição anual média de emissões de carbono dos dois siste-
mas, que permite verificar as seguintes situações:
75
� Os picos máximos de emissões de carbono verificam-se em ambos os sistemas para os anos 1
e 16, quando ocorre a instalação de novos equipamentos de climatização. Como pode ser veri-
ficado na Figura 5.12 (VC) e na Figura 5.13 (VA), no 1º ano, a proporção das emissões asso-
ciadas aos materiais utilizados no fabrico de equipamentos tem um peso superior nas emis-
sões globais, contribuindo para cerca de 22% das emissões dos ventiloconvectores e 27% das
emissões das vigas arrefecidas. Também a contribuição do transporte de equipamentos é
importante no 1º ano, com um peso entre 6% a 9% das emissões anuais (ver Apêndice H).
Verifica-se ainda que no 1º ano a contribuição dos materiais de fabrico é mais importante no
sistema de vigas arrefecidas do que no 16º ano, o que se deve ao facto da vida útil das vigas
arrefecidas ser cerca de 30 anos, e desta forma, no 16º ano apenas se procede à substituição
da UTAN (que tem uma vida útil média de 15 anos, tal como os ventiloconvectores);
� Nos anos 11 e 21 também se verificam picos nas emissões de carbono, embora menos signifi-
cativos, associados à substituição das electrobombas e seu respectivo transporte;
� De um modo geral, as emissões de carbono do sistema com vigas arrefecidas apresentam
menos flutuações ao longo do período em análise, o que se deve à menor carga de operações
de manutenção responsáveis por emissões, verificando-se a contribuição mais importante nos
anos 6, 11, 21 e 26, quando são substituídos os motores da UTAN. Relativamente ao sistema
com ventiloconvectores, a operação adicional de substituição do cobre para a rebobinagem
dos motores dos ventiloconvectores de 3 em 3 anos, contribui com um peso significativo nas
emissões associadas às operações de manutenção.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Anos
Material equipamento Transporte equipamento Energia consumida
Manutenção Desperdicios fim de vida
Figura 5.12 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de ventiloconvectores, em %
76
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30Anos
Material equipamento Transporte equipamento Energia consumida
Manutenção Desperdicios fim de vida
Figura 5.13 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de vigas arrefecidas, em %
Nas figuras seguintes são apresentadas as emissões de carbono globais, no período de 30 anos,
por unidade de equipamento terminal (ventiloconvector ou viga arrefecida), decompostas nas diferen-
tes categorias analisadas, assim como a incerteza associada.
Materiais de fabrico
0
50
100
150
200
Ventiloconvector Viga Arrefecida
kgC
eq
/ un
Aço Cobre
Alumínio Poliester (filme de PET)
Ferro Fundido
Figura 5.14 – Emissões de carbono associadas ao fabrico do equipamento dos sistemas VC e VA,
por equipamento terminal
Apesar das emissões de carbono associadas ao fabrico da totalidade dos equipamentos do siste-
ma com vigas arrefecidas serem superiores38, as emissões globais no balanço do período de 30 anos
são inferiores (diferença relativa de 15%), uma vez que as vigas arrefecidas não são substituídas
durante o período em análise, ao contrário dos ventiloconvectores que deverão ser trocados no final de
15 anos de funcionamento.
38 No 1ª ano em que a totalidade dos equipamentos do sistema são instalados, as emissões globais associa-
dos aos materiais utilizados no fabrico de equipamento correspondem para o sistema VC ao valor médio de 8.7 ton C e para o sistema VA a 9.6 ton C (ver Apêndice H).
77
Transporte equipamento
0
25
50
75
100
Ventiloconvector Viga Arrefecida
kgC
eq
/ un
Equipamento Terminal UTAN Electrobombas
Figura 5.15 – Emissões de carbono associadas ao transporte do equipamento dos sistemas VC e VA,
por equipamento terminal
No balanço global, as emissões associadas ao transporte de equipamentos é idêntica nos dois
cenários, com uma diferença pouco significativa de 1%. A incerteza associada corresponde a 50%,
contudo, uma vez que o contributo das emissões do transporte para a emissão global é pouco impor-
tante, inferior a 1%, não foi considerado relevante o estudo mais aprofundado das características de
transporte por forma a reduzir a incerteza.
Energia consumida
0
2000
4000
6000
8000
10000
Ventiloconvector Viga Arrefecida
kgC
eq
/ un
Electricidade Gás
Figura 5.16 – Emissões de carbono associadas à energia consumida pelos sistemas VC e VA,
por equipamento terminal
O termo da energia consumida em fase de exploração é o mais importante para as emissões glo-
bais, como referido anteriormente, cerca de 95% das emissões globais. Desta forma, para reduzir as
emissões de carbono deste tipo de sistemas, é importante seleccionar equipamentos com elevadas
eficiências energéticas, com recuperação de calor, capacidade de free-cooling e, em termos de explo-
ração, actuar sobre os parâmetros de funcionamento dos equipamentos, nomeadamente, modificar,
dentro dos limites de conforto, temperaturas e humidades interiores pretendidas.
Em termos médios a diferença relativa das emissões associadas à energia consumida é inferior no
sistema de vigas arrefecidas, cerca de 19%, o que é consonante com o facto deste sistema apresentar
consumos de electricidade e de gás mais baixos que o sistema de ventiloconvectores, numa diferença
78
relativa de 18.5% e 19.3%, respectivamente, e ainda com uma diferença relativa de 18.6% no que se
refere à energia primária.
Actividades de manutenção
0
50
100
150
200
250
300
350
Ventiloconvector Viga Arrefecida
kgC
eq
/ un
Consumiveis - Poliester Consumiveis - CobreConsumiveis - Aluminio Transporte consumiveisTransporte equipa
Figura 5.17 – Emissões de carbono associadas a actividades de manutenção sobre os sistemas VC e VA,
por equipamento terminal
A opção pelo sistema com vigas arrefecidas, em preterição do sistema com ventiloconvectores,
permite ainda reduzir as emissões libertadas para o ambiente associadas às actividades de manuten-
ção, sobretudo devido às características específicas do equipamento terminal. As vigas arrefecidas,
como não têm motor e filtro de ar, prescindem das operações de manutenção de rebobinagem dos
motores (com consumo de cobre como consumível) e da substituição de filtro, o que evita emissões
associadas ao fabrico de consumíveis (cobre e poliester para o filtro do ventiloconvector), transporte de
consumíveis e transporte de equipas para realizar estas operações. As emissões associadas às opera-
ções de manutenção da UTAN e de electrobombas são idênticas nos dois sistemas. A diferença das
emissões associadas à manutenção entre os dois sistemas é de 58%.
Desperdicios fim de vida
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Ventiloconvector Viga Arrefecida
kgC
eq
/ un
Consumiveis - Plástico Consumiveis - Metal
Equipamento - Plástico Equipamento - Metal
Figura 5.18 – Emissões de carbono associadas a desperdícios em fim de vida gerados pelos sistemas VC e VA, por
equipamento terminal
A diferença relativa de emissões de carbono médias associadas aos equipamentos em fim de
vida, equipamentos e consumíveis, é cerca de 40%. Contribuem para esta diferença, sobretudo os
seguintes factores: ao nível dos equipamentos, o facto dos ventiloconvectores serem substituídos ao
79
final de 15 anos e ao nível dos consumíveis, os filtros e o cobre dos motores dos ventiloconvectores
substituídos durante as operações de manutenção. O contributo dos desperdícios em fim de vida para
as emissões globais é desprezável (inferior a 0.1%).
0
2
4
6
8
10
Ventiloconvector Viga Arrefecida
tonC
eq
/ un
Materiais fabrico Transporte equipamento
Energia consumida Actividades manutenção
Desperdícios fim de vida
Figura 5.19 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA no período de 30 anos, por equipamento terminal
As emissões de carbono estimadas para o período de 30 anos, por unidade de equipamento ter-
minal são:
� Ventiloconvector: 8,3 tonCeq/ un ± 14% (ou 30,4 tonCO2 eq/ un ± 14%)
� Viga arrefecida: 6,7 tonCeq/ un ± 13% (ou 24,5 tonCO2 eq/ un ± 13%)
Procurou-se ainda determinar as emissões de carbono a partir do programa de cálculo Bilan Pro-
duit 2008 desenvolvido pela ADEME. Foram aplicados os mesmos parâmetros utilizados na método de
cálculo desenvolvido, com excepção dos factores de emissão que se encontram já pré-definidos pelo
software. Desta forma, será expectável um desvio entre os resultados obtidos, consequência da utiliza-
ção de diferentes factores de emissão. Os resultados obtidos pelo Bilan Produit 2008, por unidade de
equipamento terminal, são os seguintes:
� Ventiloconvector: 8,3 tonCeq/ un
� Viga arrefecida: 6,7 tonCeq/ un
A diferença relativa entre as emissões de carbono médias calculadas de acordo com a metodolo-
gia proposta e pelo Bilan Produit 2008, apresentadas na Tabela 5.13, correspondem a 0,2% para os
sistemas de ventiloconvectores e 1,1% para os sistemas de vigas arrefecidas, o que está dentro do
intervalo determinado pela ferramenta de cálculo desenvolvida, uma vez que a incerteza corresponde a
14% e 13%, respectivamente.
80
Sistema
Ventiloconvectores
Sistema
Vigas arrefecidas Emissões de carbono
(em ton C eq – por sistema) MP BP MP BP
Material equipamento 17,7 ± 15% 10,6 14,9 ± 17% 9,2
Transporte equipamento 5,8 ± 50% 2,1 5,8 ± 50% 2,3
Energia consumida 832,2 ± 13% 859,8 676,4 ± 12% 700,2
Actividades manutenção 23,3 ± 44% 4,9 9,9 ± 42% 3,3
Desperdícios fim de vida < 0,1 ± 20% 0,1 < 0,1 ± 20% 0,1
Total: 879,0 ± 14% 877,5 707,0 ± 13% 715,1
Mínimo 757,1 - 614,8 -
Máximo 1000,9 - 799,2 -
Tabela 5.13 – Emissões de carbono determinadas pelo metodologia proposta (MP) e pelo Bilan Produit (BP)
5.6. Comparativo de emissões de carbono
A energia consumida em fase de exploração, na forma de electricidade e de gás, representa a
principal fonte de emissões durante o período analisado (30 anos), cerca de 95% das emissões glo-
bais, desde o fabrico dos equipamentos até à sua deposição enquanto desperdício em fim de vida.
Desta forma, a redução das emissões passa, em primeiro lugar, pela selecção dos equipamentos mais
adequados com elevada eficiência energética e, em segundo lugar, por actuar directamente sobre os
parâmetros de funcionamento do sistema através de um sistema de gestão técnica centralizado eficaz,
capaz de controlar dinamicamente as condições higro-térmicas interiores e setpoints das máquinas,
entre outros factores.
De modo a evidenciar os principais factores que poderão contribuir para a eficiência energética
dos equipamentos, e uma exploração do sistema que contribua para a poupança energética e, conse-
quentemente, para a redução de emissões de carbono, procedeu-se à variação de alguns parâmetros
na ferramenta de cálculo desenvolvida para a estimativa dos consumos energéticos. Os resultados
obtidos são apenas indicativos das possíveis variações do consumo energético, sendo que, para uma
análise mais detalhada e precisa, deverá recorrer-se a um programa de simulação detalhada com evo-
luções horárias. Os parâmetros considerados são indicados na Tabela 5.14.
Eficiência energética do chiller ESEER
Rendimento da caldeira Propriedades dos equipamentos
Eficiência da recuperação de calor da UTAN
Parâmetros de funcionamento Temperatura interior na estação de aquecimento
Características da instalação Eficiência de ventilação
Tabela 5.14 – Parâmetros considerados no comparativo de emissões
Os resultados obtidos, em termos de consumo anual de energia eléctrica e gás, de energia primá-
ria, e emissões de carbono médias dos sistemas no período de 30 anos, encontram-se tabelados no
Apêndice I e permitem retirar as seguintes conclusões:
81
� A substituição de chillers com eficiências ESEER reduzidas, de 3.0, por chillers de elevada efi-
ciência como considerado na solução base do presente trabalho, com ESEER de 4.2, permite
reduções no consumo de energia eléctrica entre 12% e 14%, para o sistema de ventiloconvec-
tores e de vigas arrefecidas, respectivamente. Em consequência, as emissões de carbono dos
dois sistemas são reduzidas em 8% e 10%;
� A solução base compreende a utilização de uma caldeira de elevado rendimento sazonal, 96%
(indexado ao PCI), pelo que, quando comparada com uma caldeira de baixo rendimento, por
exemplo 80%, permite reduções no consumo de gás de 17% e consequentemente redução de
emissões na ordem dos 5%;
� A eficiência de recuperação de calor da UTAN apresenta-se como um factor fundamental para
a redução do consumo energético, sobretudo no período de aquecimento, onde os diferenciais
de temperatura são superiores, e com um contributo bastante significativo para a redução de
emissões de carbono. Constata-se, que a inclusão de um módulo de recuperação de calor na
UTAN, do tipo hidráulico (run-around-coil) com uma baixa eficiência de 40% (apenas sensível),
como se considerou na solução base, permite a redução do consumo energético de gás em
36% e de electricidade em 2%, em ambos os sistemas, quando comparado com uma UTAN
sem recuperação de calor - a redução de emissões é de 14%. Como indicado anteriormente,
a opção por este tipo de recuperador de calor foi tomada para evitar potenciais contaminações
cruzadas, uma vez que se trata de ambiente hospitalar. Contudo, considerando hipoteticamen-
te a possibilidade de recurso a recuperador de calor do tipo roda térmica (onde ocorre mistura
dos circuitos de insuflação e extracção de ar), com eficiência de recuperação sensível e latente
de 75%, a redução de emissões face à solução base é de 16%, sendo de 28% relativa-
mente a uma UTAN sem módulo de recuperação;
� Pretendeu-se determinar a influência da variação dos parâmetros de funcionamento do siste-
ma, nomeadamente, através do aumento da temperatura interior na estação de arrefecimento
(Verão) e da diminuição da temperatura interior na estação de aquecimento (Inverno). Dado
que o método de cálculo considerado para as necessidades térmicas anuais subentende a sua
determinação em condições de temperatura e humidade interiores nominais39, para efectuar
uma análise comparativa em rigor com base na variação da temperatura interior seria necessá-
rio recorrer a uma simulação dinâmica detalhada. Contudo, visto que, em particular, no período
de aquecimento o contributo principal para as necessidades térmicas reside na admissão de ar
novo (cerca de 96%, de acordo com capítulo 5.2), e consequentemente na diferença de tempe-
raturas exterior e interior, procedeu-se à variação da temperatura interior com respeito à com-
ponente de ar novo. Nestas condições, verificou-se que o efeito da diminuição da temperatura
interior na estação de aquecimento poderá ser considerável, representando, para uma diminui-
ção de 2ºC (temperatura interior de 18ºC) a redução do consumo de gás em 27% e em conse-
39 Alguns parâmetros de cálculo, nomeadamente, a diferença efectiva de temperatura ou a potência sensível
por ocupante, apresentam valores fixos com respeito às condições nominais de temperatura, pelo que não é pos-sível, pelo método de cálculo considerado (indicado no Apêndice B) determinar as necessidades térmicas anuais para temperaturas interiores distintas, em particular no período de arrefecimento.
82
quência a redução das emissões em 7% e 8%, respectivamente, para o sistema de ventilo-
convectores e de vigas arrefecidas;
� Como verificado em capítulos anteriores, a distribuição e difusão do ar pelos equipamentos
terminais pode ser fundamental para a redução ou aumento das cargas de ar novo, devido ao
efeito que a eficiência de ventilação tem sobre o caudal de ar novo a tratar na UTAN. Desta
forma, quanto maior for a eficiência de ventilação de uma instalação, menor o caudal de ar
novo a ser tratado o que conduz a consumos mais reduzidos. Uma vez que não há uma clara
definição da eficiência de ventilação para cada configuração de sistema, pretendeu-se verificar
como a sua variação pode influenciar as emissões de carbono do sistema. Admitindo que o
sistema de ventiloconvectores apresenta uma eficiência fixa de 80% (o que parece razoável),
os consumos e emissões foram calculados para eficiências de ventilação das vigas arrefecidas
de 90%, 95% e 100% (solução base). Verifica-se, entre as soluções com eficiência de ventila-
ção de 90% e de 100%, uma redução no consumo eléctrico de 8% e no gás de 10%, e conse-
quentemente uma redução de 8% nas emissões. A diferença relativa das emissões entre os
sistemas de vigas arrefecidas e ventiloconvectores também é afectada, sendo de 12%, 16% e
20% nas situações em que o sistema de vigas arrefecidas é considerado com uma eficiência
de ventilação de 90%, 95% e 100%, respectivamente.
Apresenta-se nas seguintes figuras o comparativo das emissões de carbono médias calculadas
para os parâmetros considerados.
959919
879
786746
707
0
200
400
600
800
1000
1200
3.0 3.5 4.2 (base)
ESEER do chiller
Em
issã
o C
arbo
no (t
onC
eq)
VentiloconvectorViga Arrefecida
926895 879
745 720 707
0
200
400
600
800
1000
1200
80% 90% 96% (base)
Rendimento da caldeira
Em
issã
o C
arbo
no (t
onC
eq)
VentiloconvectorViga Arrefecida
Figura 5.20 – Variação das emissões de carbono função
do ESEER do chiller
Figura 5.21 – Variação das emissões de carbono função
do rendimento da caldeira
83
1020
879
809 792736
820
707651 638
592
0
200
400
600
800
1000
1200
Semrecuperação
40% sens.(base)
60% sens. 60% sens.60% lat.
75% sens.75% lat.
Eficiência de recuperação de calor
Em
issã
o C
arbo
no (t
onC
eq)
VentiloconvectorViga Arrefecida
879 879 879
771737
707
0
200
400
600
800
1000
1200
80 - 90% 80 - 95% 80 - 100% (base)
Eficiência de ventilação
Em
issã
o C
arbo
no (t
onC
eq)
VentiloconvectorViga Arrefecida
Figura 5.22 – Variação das emissões de carbono função
da eficiência de recuperação de calor
Figura 5.23 – Variação das emissões de carbono função
da eficiência de ventilação
879846
814
707680
654
0
200
400
600
800
1000
1200
20 (base) 19 18
Tinterior (ºC) - estação de aquecimento
Em
issã
o C
arbo
no (t
onC
eq)
VentiloconvectorViga Arrefecida
Figura 5.24 – Variação das emissões de carbono função
da temperatura interior na estação de aquecimento
84
CAPÍTULO 6 : COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES
A nível internacional existe uma preocupação crescente na redução de emissões de carbono
associadas ao ciclo de vida de sistemas e instalações em edifícios, nomeadamente em sistemas
AVAC, o que é evidenciado por vários artigos científicos publicados nesse sentido (Prek, 2004; Wong,
2010 e Dec, 2011) e pela concepção de sistemas de certificação de edifícios eco-sustentáveis como o
LEED. Apesar de já terem sido desenvolvidos trabalhos em Portugal com respeito a metodologias para
cálculo das emissões de GEE associadas a edifícios (Henriques, 2008) e métodos expeditos de esti-
mativa de consumos energéticos em edifícios (Tico, 2009), a presente dissertação apresenta-se de
certa forma como um trabalho unificador destes dois campos de análise, introduzindo no panorama
nacional a temática das emissões de carbono aplicada a sistemas AVAC, preenchendo deste modo
uma lacuna em estudos comparativos deste género.
Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta expedita de cálculo de emissões de carbono,
baseada no método Bilan Carbone da ADEME. Foi também desenvolvido um método expedito de cál-
culo de potências térmicas (para dimensionamento e selecção dos equipamentos) e de necessidades
térmicas anuais (para estimar consumos eléctricos e de gás), baseado nos métodos descritos no
Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) e no Decreto-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE), sujeito a adapta-
ções para dar resposta a algumas exigências regulamentares e para estimar parâmetros de funciona-
mento reais.
Face ao que parece ser a actual expansão do mercado de AVAC na Saúde, foram considerados
dois sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como casos de estudo. Apresentam-se as prin-
cipais conclusões em termos de consumo de energia final, energia primária e de emissões de carbono.
Consumo de energia final
� Para garantir as mesmas condições de QAI no que se refere aos caudais mínimos de ar novo,
e face à localização dos equipamentos terminais e às condições de difusão do ar, considerou-
se que as vigas arrefecidas apresentam uma solução de difusão de ar mais eficiente, com uma
eficiência de ventilação de 100%, enquanto que os ventiloconvectores apresentam uma efi-
ciência de 80% - o que implica que a UTAN-VA necessita de um caudal de ar novo inferior;
� Apesar do caudal de ar novo inferior no sistema de vigas arrefecidas, a baixa temperatura do
ar primário na estação de arrefecimento (ar novo é insuflado a 15ºC) conduz a necessidades
térmicas de ar novo mais elevadas que no sistema de ventiloconvectores mas, também pro-
porciona o decréscimo das necessidades locais de arrefecimento sensível. Desta conjugação
de factores resultam necessidades térmicas sensíveis mais reduzidas no sistema de vigas
arrefecidas, com uma diferença relativa ao sistema de ventiloconvectores de cerca de 4%. Por
outro lado, a temperatura de funcionamento do fluido térmico (água) das baterias de arrefeci-
mento das vigas arrefecidas, superior a 14ºC, não permite efectuar a desumidificação do local,
pelo que a UTAN-VA deverá disponibilizar carga latente adicional para compensar as cargas
internas dos vários espaços climatizados e evitar condensações indesejadas – daqui resulta
que as necessidades de desumidificação no período de arrefecimento sejam mais elevadas no
sistema de vigas arrefecidas, com uma diferença relativa de 10%. Nestas condições, a diferen-
85
ça global entre as necessidades anuais de arrefecimento (sensível e latente) obtidas para os
dois sistemas é desprezável, representando cerca de 1%;
� No que diz respeito às necessidades térmicas de aquecimento, estas são claramente inferiores
no sistema de vigas arrefecidas, com uma diferença relativa de cerca de 19%. Dado que o
peso fundamental reside nas necessidades térmicas sensíveis da UTAN, não é de estranhar
que a diferença relativa entre os dois sistemas de climatização corresponda aproximadamente
à diferença relativa entre os caudais de ar novo, e às respectivas eficiências de ventilação;
� Relativamente ao consumo dos equipamentos, o sistema de vigas arrefecidas permite uma
redução, face ao sistema de ventiloconvectores, de 18,5% no consumo eléctrico e de 19,3% no
consumo de gás. Salienta-se que, quando se opta pelo sistema de vigas arrefecidas, é notória
a redução do consumo eléctrico associado aos ventiladores, em cerca de 30%, sendo que a
ausência de motores nas vigas arrefecidas contribui significativamente para o seu decréscimo.
No que se refere aos ventiladores das UTAN’s, apesar do caudal de ar novo da UTAN-VA
representar 80% do caudal de ar novo da UTAN-VC, os consumos eléctricos associados aos
ventiladores de insuflação são aproximadamente iguais, o que se deve, sobretudo, à pressão
adicional a disponibilizar pela UTAN, por forma a vencer a perda de carga nas vigas arrefeci-
das (cerca de 125 Pa);
� Desta forma constata-se que os principais contributos para a redução dos consumos de ener-
gia final residem na ausência de motores nas vigas arrefecidas (consumo eléctrico) e no cau-
dal de ar novo mais reduzido que influencia as necessidades térmicas de aquecimento e con-
sequentemente o consumo de gás.
Consumo de energia primária
� Aplicando os factores de conversão de energia primária aos consumos eléctricos e de gás,
verifica-se que o sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,6% no consumo de
energia primária face ao sistema de ventiloconvectores, apresentando por unidade de equipa-
mento terminal, 520 kgep/ un no sistema de ventiloconvectores e 423 kgep/ un no sistema de
vigas arrefecidas.
Emissões de Carbono
� Considerando as diferentes fases do ciclo de vida dos sistemas durante o período de 30 anos,
verifica-se a redução de emissões de carbono em cerca de 20% quando se opta pela substitui-
ção do sistema com ventiloconvectores pelo sistema com vigas arrefecidas, apresentando por
unidade de equipamento terminal, 8,3 tonCeq/ un ± 14% no sistema de ventiloconvectores e
6,7 tonCeq/ un ± 13% no sistema de vigas arrefecidas;
� Observando as proporções das categorias analisadas, constata-se que o peso principal para
as emissões reside na energia consumida em fase de exploração, correspondente aos consu-
mos de electricidade e de gás, afectando cerca de 95% do valor de emissões globais no
balanço de ambos os sistemas no período analisado. Desta forma, para reduzir as emissões
de carbono destes sistemas, é importante seleccionar equipamentos com eficiências energéti-
cas elevadas, com recuperação de calor, capacidade de free-cooling e em termos de explora-
ção, actuar sobre os parâmetros de funcionamento dos equipamentos, nomeadamente, modifi-
86
car, dentro dos limites de conforto, temperaturas e humidades interiores. Contudo, visto que os
casos de estudo estão inseridos em contexto hospitalar, particular atenção deve ser dada à
modificação das temperaturas e humidades interiores, uma vez que o estado debilitado dos
doentes exige condições de conforto especificas (ASHRAE, 2003 e ACSS, 2010);
� De modo a validar os resultados obtidos pelo método de cálculo desenvolvido, procedeu-se à
determinação de emissões de carbono a partir do software Bilan Produit disponibilizado pela
ADEME. A diferença relativa entre as emissões de carbono médias calculadas pela ferramenta
de cálculo desenvolvida e pelo Bilan Produit corresponde a 0,2% para os sistemas de ventilo-
convectores e 1,1% para os sistemas de vigas arrefecidas, que está dentro do intervalo de
incerteza obtido de 14% e 13%, respectivamente.
Conclui-se que o sistema com vigas arrefecidas apresenta um desempenho energético superior e,
permite, consequentemente, redução de emissões de carbono, face ao elevado contributo dos consu-
mos energéticos nas emissões globais. Neste sentido, deve ser realçada a importância do desenvolvi-
mento do método de cálculo para a estimativa das necessidades térmicas anuais e de consumos ener-
géticos dos equipamentos. A este facto não pode ficar alheia a introdução do conceito original de
Humidade-dia, que permite estimar, em paralelo e de forma similar ao Grau-dia, as necessidades
anuais de desumidificação e humidificação, e que os métodos de cálculo adoptados nos Regulamentos
(RCCTE) não prevêem, devido ao seu peso no balanço térmico global, considerado pouco importante.
Verifica-se, contudo, no intervalo admitido para controlo de humidade relativa interior (entre 40% a
60%) que, apesar do peso negligenciável das necessidades de humidificação no período de aqueci-
mento (cerca de 3% das necessidades de aquecimento anuais), na estação de arrefecimento o peso
da desumidificação não é de todo desprezável, representando cerca de 20% das necessidades de
arrefecimento anuais. O desenvolvimento deste conceito surgiu da necessidade de comparar as neces-
sidades anuais de desumidificação, uma vez que a incapacidade das vigas arrefecidas em tratar car-
gas latentes exige o aumento do consumo da UTAN-VA para fazer face às necessidades de desumidi-
ficação adicionais, sendo que se verificou, inclusive, que este factor pode ser penalizador para os sis-
temas de vigas arrefecidas, não influenciado, ainda assim, as conclusões acerca da melhor performan-
ce energética deste tipo de sistemas.
Outra vantagem da solução de vigas arrefecidas prende-se com a poupança económica associada
à factura energética, quer em termos de electricidade quer em termos de gás, permitindo assim uma
análise comparativa mais abrangente, que poderá ser explorada em trabalhos futuros. Deve ainda ser
considerada a redução de custos associados às operações de manutenção, pelo facto das vigas arre-
fecidas não disporem de filtro ou componentes móveis (como o conjunto motor-ventilador do ventilo-
convector), e ainda ao seu tempo médio de vida útil que garante o funcionamento durante o período de
30 anos, sem necessidade de substituição por equipamentos novos. A principal desvantagem das
vigas arrefecidas reside, sobretudo, no custo de investimento inicial mais elevado.
Em futuros trabalhos propõe-se a aplicação e validação das ferramentas de cálculo desenvolvidas
para outros sistemas, sendo que se revela particularmente interessante aprofundar o conceito de
Humidade-dia desenvolvido neste trabalho e procurar avaliar o seu erro através da aplicação a casos
de estudo de edifícios em funcionamento com consumos reais.
87
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88
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II
Apêndice A - Metodologia de cálculo de potências térmicas
O método de cálculo de potências térmicas de arrefecimento e aquecimento proposto no presen-
te trabalho baseia-se no método de verificação da potência máxima definido no Decreto-Lei n.º
118/98, que integra o antigo Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
(RSECE), e ainda pelo método de cálculo de cargas térmicas definido pela CARRIER (1970). Em
situações pontuais foram adaptados os parâmetros do actual Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) por
forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares.
A.1 - Potência térmica nominal de arrefecimento
A potência térmica nominal de arrefecimento é a potência útil que é necessário extrair para man-
ter no seu interior as condições nominais de temperatura e humidade. O cálculo da potência térmica
nominal de arrefecimento contabiliza as seguintes trocas de calor:
� Ganhos de calor por radiação através dos envidraçados;
� Ganhos de calor por condução através da envolvente exterior;
� Ganhos de calor por condução através da envolvente interior;
� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos;
� Ganhos de calor associados à admissão de ar exterior.
Apresenta-se na tabela A.1 o resumo das expressões de cálculo consideradas para a potência
nominal de arrefecimento.
Adaptações efectuadas às expressões de cálculo do RSECE – D.L. nº 118/98:
Apresentam-se os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RSECE – Decreto-Lei
n.º 118/98, que tiveram como objectivo adaptar as mesmas aos novos Regulamentos e a condições
de funcionamento real:
� Na expressão de cálculo da potência de ganhos por radiação através dos envidraçados do
RSECE (D.L. 118/98), é considerado um coeficiente de 0,7 correspondente ao factor de obs-
trução Φ, resultante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstá-
culos exteriores. Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obs-
trução Φ está implícito no cálculo do factor solar s, sendo a expressão definida no RCCTE
(D.L. 40/90) ajustada da seguinte forma:
85.0s's
s v⋅⋅Φ= (A.1) s’ – factor solar da protecção solar, obtido do quadro VI.8 do RCCTE (D.L. n.º 40/90)
sv – factor solar do vidro, obtido do quadro VI.9 (D.L. n.º 40/90) Φ – factor de obstrução, que pode apresentar o valor típico de 0,7
Desta forma, é possível considerar diferentes cenários em que o factor de obstrução é dife-
rente de 0,7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise.
� O método de cálculo do RSECE (D.L. n.º 118/98) impõe que no cálculo da potência térmica
nominal de aquecimento, em edifícios novos, as potências de ganho pela envolvente (PA2 e
PA3) sejam multiplicadas por 0,8, o que é equivalente a exigir uma envolvente com valores do
III
coeficiente de transmissão térmica mais exigentes, ou seja, 80% dos valores de referência
exigidos no RCCTE (D.L. 40/90). Como actualmente os edifícios têm envolventes projectadas
e construídas com requisitos mais exigentes que os do RCCTE de 1990, o factor 0,8 não tem
assim significado, pelo que não foi considerado nas expressões de cálculo apresentadas.
Realça-se ainda que os valores do coeficiente de transmissão térmica U a utilizar deverão ser
retirados do ITE50 – LNEC que apresenta dados actualizados referentes às envolventes
actuais, face ao antigo ITE38 – LNEC referido no RSECE (D.L. 118/98).
� A potência de perdas térmicas pela envolvente interior deve-se à diferença de temperatura
entre o ar interior e o ar dos espaços não úteis, bem como de outras fracções autónomas
adjacentes de edifícios vizinhos. Por forma a estimar a diferença de temperatura (Ta – Tint),
onde Ta é a temperatura do espaço não útil, o RSECE (D.L. 118/98) procede à simplificação
de cálculo considerado o factor 0.75 no cálculo da potência de modo que:
)TT(AU75,0P intéxteriorint_env −⋅⋅×= (A.2)
Por outro lado o actual RCCTE (D.L. 80/2006) propõe um método mais detalhado para o cál-
culo das perdas/ ganhos relativos a espaços não úteis, através da variável τ. Desta forma, a
expressão de cálculo considerada adapta a expressão de cálculo do D.L. n.º 118/98, conside-
rando a variável fint que poderá tomar os valores definidos no actual RCCTE (D.L. 80/2006),
ou simplesmente considerar o valor de 0,75 do RSECE (D.L. 118/98).
� Relativamente ao cálculo da potência total por admissão do ar exterior (sensível e latente) o
RSECE (D.L. 118/98) indica que não devem ser somados os termos correspondentes às infil-
trações e ao ar novo. As situações de referências consideradas são as seguintes:
o No caso de não existir insuflação mecânica de ar novo para o interior do edifício,
deve ser considerado apenas o termo relativo à infiltrações;
o No caso de existir ventilação mecânica, deve ser considerado o maior dos dois ter-
mos (infiltrações ou ar insuflado mecanicamente)
De acordo com o manual de aplicação do RSECE (Maldonado, 2001) só faz sentido contabili-
zar o termo relativo às infiltrações de ar quando o espaço em questão não estiver em sobre-
pressão ou o edifício não for pressurizado. Para as condições nominais considera-se:
o Edifício pressurizado: 0,5 ren/h
o Edifício não pressurizado: 1,0 ren/h
Desta forma, na expressão de cálculo da potência de ganhos por admissão do ar exterior, a
variável caudal de ar novo exterior QAN deve ter em conta estas considerações.
Nos espaços com exigências regulamentares ao nível do ar novo, para proceder à renovação
do ar do local com fins de higiene e saúde, e garantir assim a Qualidade de Ar Interior (QAI),
o caudal de ar novo deve ser retirado do Anexo VI do actual RSECE (D.L. 79/2006). A tabela
constante do Anexo VI do D.L. 79/2006 apresenta os caudais mínimos de ar novo (por pes-
soa, Qocup em m3/(h.ocup), e por área, Qarea em m3/(h.m2)) que estão de acordo com as
actuais exigências de QAI, pelo que se considerou que os valores do antigo D.L. 118/98
devem ser preteridos. No seguimento das exigências regulamentares do actual RSECE, con-
sidera-se ainda a eficiência de ventilação εv, cuja definição do RSECE foi corrigida pela ADE-
IV
NE (2011) como a “razão entre o caudal de ar novo que efectivamente chega à zona ocupada
de um dado espaço e o caudal de ar novo insuflado no mesmo. De acordo com o disposto na
norma Europeia EN13779:2007, entende-se como zona ocupada o volume de um espaço
onde pode ocorrer ocupação humana, compreendido entre o nível do pavimento até uma altu-
ra de 2m.”. O caudal de ar novo mínimo a considerar é obtido a partir da seguinte expressão:
⋅⋅⋅ε⋅⋅ε
⋅⋅=
contráriocaso,)Vol5.0,AQ,NQ(max
apenasnaturalventilação,PA1Q
areavpocupv
dpAN
(A.3)
� A expressão de cálculo da potência total por admissão do ar exterior do RSECE, foi ainda
ajustada de modo a considerar a eficiência de recuperação de calor do sistema, caso seja
disponibilizado no sistema equipamento com esse fim. Para tal, é necessário obter junto do
fabricante a eficiência do recuperador40 e ter ainda em conta a relação dos caudais envolvi-
dos na transmissão de calor. Foi considerada na expressão de cálculo a temperatura de insu-
flação do ar, por forma a estimar as potências dos equipamentos em condições normais de
funcionamento, em que, regra geral, a temperatura do ar insuflado para o espaço é distinta da
temperatura interior nominal.
A potência térmica por condução através da envolvente exterior corresponde aos ganhos de
calor através das paredes, de envidraçados, da cobertura e do pavimento. No Verão, devido à acção
combinada da diferença de temperaturas entre o exterior e o interior e da radiação solar incidente
sobre as superfícies exteriores dos elementos da envolvente, a transferência de calor através dessas
zonas não pode ser quantificada em regime permanente, ao contrário do que sucede no Inverno, uma
vez que tanto a radiação solar como a temperatura exterior variam continuamente ao longo do dia.
40 A eficiência de um recuperador de calor, sensível e latente, é determinada a partir das seguintes expres-
sões:
13
12
sensrec TT
TT−
−=ε
T1 – Temperatura do ar exterior a montante do recuperador, em ºC - cor-
responde à temperatura exterior Text
T2 – Temperatura do ar exterior a jusante do recuperador, em ºC - corres-
ponde a uma temperatura Trec_in
T3 – Temperatura do ar interior a montante do recuperador, em ºC - corres-
ponde à temperatura interior Tint
13
12
latrec XX
XX−
−=ε
X1 – humidade absoluta do ar exterior a montante do recuperador, em g/kg
X2 – humidade absoluta do ar exterior a jusante do recuperador, em g/kg
X3 – humidade absoluta do ar interior a montante do recuperador, em g/kg
Num equipamento de climatização do tipo UTA, as baterias de arrefecimento localizadas a jusante do ponto
2, apresentam a seguinte potência sensível:
( )insin_recANsensTTQ34.0P −⋅⋅= QAN – caudal de ar novo que atravessa a bateria de arrefecimento, em m3/h
Trec_in – temperatura do ar exterior a jusante do recuperador de calor, em ºC
Tins – temperatura do ar insuflado para o espaço a climatizar, em ºC
Considerando a expressão da eficiência do recuperador, obtém-se:
( ) ( )
−ε−−⋅⋅=⇒
−
−=ε intext
sensrecinsextANsens
extint
extin_rec
sensrec TTTTQ34.0P
TT
TT
Procede-se da mesma forma para a determinação da potência latente da bateria.
V
Assim para se proceder ao cálculo da potência térmica de arrefecimento de uma forma mais rigorosa
do que em regime permanente, o RSECE (D.L. 118/98) recorre à noção de Diferença Efectiva de
temperatura – ∆Te que se define como sendo a diferença de temperaturas entre o exterior e o interior
que deveria existir em cada instante para que, em regime permanente, o ganho de calor fosse igual
ao ganho de calor real. Deste modo, a componente instantânea da potência térmica por condução
através da envolvente dos edifícios pode ser calculada através de uma equação simples, semelhante
à do regime permanente, com a seguinte forma:
)t(TAU)t(P e∆⋅⋅= (A.4)
sendo ∆Te (t) o valor instantâneo das Diferenças Efectivas de Temperatura correspondentes ao ele-
mento da envolventes. Os valores apresentados no RSECE para os períodos da manhã (PM), da
tarde (PT) e fim da tarde (FT) foram obtidos dos valores instantâneos para as 10h, 12h e 15h, respec-
tivamente, horas solares (11h30, 13h30 e 16h30 horas legais, respectivamente).
VI
Tipo de ganho de calor
Expressão de cálculo
Descrição e referências
Potência de ganhos por radiação através dos envidraçados
( )∑ ⋅⋅⋅=j
jjjj1A FIGVsGAP (A.5) PA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (W)
A – área de cada tipo de envidraçado (m2) G – ganhos solares mensais máximos em períodos de sol descoberto, para cada orientação, para um factor solar de 100%
(W/m2). Os valores típicos de G considerados são obtidos do Quadro IV.8 do RSECE – DL118/98 s – factor solar de cada tipo de envidraçado. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE – DL40/90), do tipo e cor da
protecção exterior e interior (Quadro VI.8 do RCCTE – DL40/90) e ainda do factor de obstrução (valor típico de 0.7) FIGV – factor inercial de ganho solar do envidraçado. É função da orientação, do tipo de construção, da hora e da existência ou
não de sombreamento interior. Os valores típicos de FIGV estão listados no Quadro IV.9 do RSECE – DL118/98. As clas-ses de inércia estão listadas no quadro IV.10 do RSECE – DL118/98.
Potência de ganhos por condução através da envolvente exterior
( )( )∑ ∆⋅⋅⋅=j
jejjc2A TUAfP (A.6) PA2 – ganhos pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (W).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no
cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do
coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste factor
encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE - DL40/90. Para cumprimento do RSECE – DL118/98, o valor de fc
para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0. A – área do elemento da envolvente medida pelo exterior (m2)
∆Te – diferença efectiva de temperatura através de cada tipo de elemento da envolvente (ºC). É função do tipo de elemento,
orientação, latitude, mês, hora e condições de projecto: ∆Te para paredes – indicado no Quadro IV.3 do RSECE – DL118/98 em função do tipo de parede. Classificação da paredes no
Quadro IV.4 do RSECE – DL118/98. ∆Te para coberturas – indicado no Quadro IV.6 do RSECE – DL 118/98 em função do tipo de cobertura. ∆Te para envidraçados e pavimentos – indicado no Quadro IV.7 do RSECE – DL118/98.
As correcções de ∆Te para as zonas climáticas são indicadas no Quadro IV.5 do RSECE – DL118/98.
Potência de calor por condução através da envolvente interior
( )( )∑ −⋅⋅⋅=j
intextjjint3A TTUAfP (A.7) PA3 – ganhos de calor pela envolvente interior (W).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo do U
estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)
Text – temperatura do ar exterior (ºC)
Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC) fint – factor da envolvente interior
Potência de calor por ganhos internos
� Sensível
� Latente
equip4Atrab
ilum4Aamb
ilum4Aocup4A4A PPPPP−−−−
+++= (A.8)
equipBocupBB PPP += (A.9)
PA4 , PB – ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (W) – componente
sensível e latente, respectivamente. PA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (W)
Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista para o
edifício. sensocupP , lat
ocupP - potência relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente, por cada ocupante e por tipo de activida-
de, cujos valores se encontram tabelados no Quadro IV.11 do RSECE – DL 118/98 (W/ocup). PA4-ilum_amb, PA4-ilum_trab – potência dos ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (W).
VII
Potência de calor resultante de:
� Ocupação
� Iluminação:
- Ambiente
- Trabalho
� Equipamentos
latocupp
)lat(
ocupBsensocupp
)sens(
ocup4A PNP,PNP ⋅=⋅=−
(A.10)
ilumambambamb_ilum4A fFIGIPAP ⋅⋅⋅=−
(A.11)
ilumtrabtrabtrab_ilum4A fPAP ⋅⋅=−
(A.12)
latequip
)lat(
equipBsensequip
)sens(
equip4A PAP,PAP ⋅=⋅=−
(A.13)
Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado, respecti-
vamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho, respectivamente (m2) FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada no
local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3 classes de
inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98. filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de 1.25.
Nos restantes casos será unitário. PA4-equip, PBequip – potência dos ganhos resultantes do equipamento, relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamen-
te (W). Deverá ser considerado o valor da potência térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor de
simultaneidade aplicável.
Potência de ganhos por admissão do ar exterior
� Sensível
� Latente
Eficiência de recuperação calor
( ) ( )
−ε−−⋅⋅= intext
sensrecinsextANsensC TTTTQ34.0P (A.14)
( ) ( )
−ε−−⋅⋅= intext
latrecinsextANlatC XXXXQ85.0P (A.15)
( )( )ANrejeição
ANrejeiçãorrecuperadorec Q,Qmax
Q,Qmin⋅ε=ε
PCsens , PClat – ganhos de calor por admissão do ar exterior (W) – componente sensível e latente, respectivamente.
QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h) Text – temperatura do ar exterior (ºC)
Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC)
Xext – humidade absoluta no ar exterior (gagua / kgar seco)
Xint – humidade absoluta no ar no interior do local (gagua / kgar seco)
Tins – temperatura do ar de insuflação (ºC)
Xins – humidade absoluta do ar de insuflação (gagua / kgar seco) εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os caudais
envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN
Potência total arrefecimento
� Sensível
� Latente
sensC4A3A2A1AsensPPPPPP ++++= (A.16)
latCBlat PPP += (A.17)
Tabela A. 1 – Resumo das expressões de cálculo da potência nominal de arrefecimento
VIII
A.2 - Potência térmica nominal de aquecimento
A potência térmica nominal de aquecimento é a potência resultante do balanço das perdas tér-
micas nas condições nominais e corresponde à potência útil que seria necessário fornecer para man-
ter as condições de temperatura e humidade nominais pretendidas no seu interior na ausência de
quaisquer ganhos. O cálculo da potência térmica nominal de aquecimento contabiliza as seguintes
trocas de calor:
� Perdas de calor através da envolvente exterior;
� Perdas de calor através da envolvente interior;
� Perdas de calor associados à admissão de ar exterior.
Apresenta-se na tabela A.2 o resumo das expressões de cálculo consideradas para a potência
nominal de aquecimento.
Adaptações efectuadas às expressões de cálculo do RSECE – D.L. n.º118/98:
Foram efectuados os ajustes a algumas expressões de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º
118/98, tal como indicado anteriormente relativamente ao cálculo da potência térmica de arrefecimen-
to, que tiveram como objectivo adaptar as mesmas aos novos Regulamentos e a condições de fun-
cionamento real.
Realça-se que, uma vez pretendido calcular a potência térmica nominal de aquecimento, pode-
se admitir que esta potência será necessária para satisfazer as necessidades de ponta, que certa-
mente ocorrerá após uma sequência mais ou menos prolongada de dias frios, sem radiação solar
significativa e sem ganhos de calor internos, ou seja, em condições semelhantes às do regime per-
manente, em que as temperaturas são constantes.
IX
Tipo de perda de calor
Expressão de cálculo
Descrição e referências
Potência de perdas pela envolvente exterior
( )( )∑ −⋅⋅⋅=j
jintextjjc1A TTUAfP (A.18) PA1 – potência de perdas pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (W).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no
cálculo do U estão indicados no ITE 50. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do
coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste factor
encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE - DL40/90. Para cumprimento do RSECE – DL118/98, o valor de fc
para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0. A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2) Text – temperatura do ar exterior (ºC)
Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC)
Potência de perdas pela envolvente interior
( )( )∑ −⋅⋅⋅=j
intextjjint2A TTUAfP (A.19) PA2 – potência de perdas de calor pela envolvente interior (W).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo do U
estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)
Text – temperatura do ar exterior (ºC)
Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC) fint – factor da envolvente interior
Potência de perdas por admissão do ar exterior
� Sensível
� Latente
Eficiência recuperação de calor
( ) ( )
−ε−−⋅⋅= extint
sensrecextinsANsensC TTTTQ34.0P (A.20)
( ) ( )
−ε−−⋅⋅= extint
latrecextinsANlatC XXXXQ85.0P (A.21)
( )( )ANrejeição
ANrejeição
rrecuperadorec Q,Qmax
Q,Qmin⋅ε=ε
PCsens , PClat – potência de perdas por admissão do ar exterior (W) – componente sensível e latente, respectivamente.
QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h)
Text – temperatura do ar exterior (ºC)
Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC)
Xext – humidade absoluta no ar exterior (gagua / kgar seco)
Xint – humidade absoluta no ar no interior do local (gagua / kgar seco) Tins – temperatura do ar de insuflação (ºC)
Xins – humidade absoluta do ar de insuflação (gagua / kgar seco)
εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os caudais
envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN
Potência total aquecimento
� Sensível
� Latente
sensC2A1AsensPPPP ++= (A.22)
latClat PP = (A.23)
Tabela A. 2 – Resumo das expressões de cálculo da potência nominal de aquecimento
X
Apêndice B - Metodologia de cálculo de necessidades térmicas anuais
O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento e aquecimento pro-
posto no presente trabalho baseia-se no método de cálculo descrito no Decreto-Lei n.º 40/90, que
integra o antigo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE)
e ainda em alguns parâmetros de cálculo do Decreto-Lei n.º 118/98, que definia o antigo Regulamen-
to dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE). Em situações pontuais foram
adaptados os parâmetros do actual Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) por forma a dar resposta a
algumas exigências regulamentares.
B.1 – Necessidades térmicas de arrefecimento
O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento contabiliza o balan-
ço das seguintes componentes:
� Ganhos de calor por radiação através dos envidraçados;
� Ganhos de calor por condução através da envolvente exterior;
� Ganhos de calor por condução através da envolvente interior;
� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos;
� Ganhos de calor associados à admissão de ar exterior.
Apresenta-se na tabela B.1 o resumo das expressões de cálculo consideradas para as necessi-
dades térmicas de arrefecimento, com as adaptações descritas de seguida.
Adaptações efectuadas às expressões de cálculo:
O RCCTE - Decreto-Lei n.º 40/90 apenas considera para as necessidades térmicas de arrefeci-
mento, as componentes térmicas relativas a ganhos por condução através da envolvente exterior e
ganhos solares através do envidraçado. Realça-se que este Regulamento “apenas visa o edifício
propriamente dito, não tratando das instalações energéticas para o conforto, que serão objecto de
regulamentação separada”.
De acordo com a filosofia do RCCTE os ganhos internos não são considerados, uma vez que
“não são uma consequência directa da envolvente”. Da mesma forma, este Regulamento considera
desprezável a contribuição da renovação de ar para as necessidades de arrefecimento, dado que “a
diferença entre as temperaturas interior e exterior é geralmente, e em média, pequena”. Contudo,
uma vez que se pretende um cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento para um
edifício genérico com instalações de climatização, interessa considerar todas as componentes térmi-
cas, tal como definidos no RSECE (D.L.n.º 118/98) – especial enfâse pode ser atribuído às cargas
internas que são uma componente térmica importante em edifícios de serviços, assim como à contri-
buição da admissão de ar novo no edifício, face às exigentes necessidades actuais de renovação de
ar e de Qualidade do Ar Interior (QAI). Desta forma, optou-se por incluir e adaptar as expressões de
cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98 relativos a:
XI
� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equi-
pamentos;
� Ganhos de calor associados à admissão do ar;
� Ganhos de calor por condução através da envolvente interior;
Apresentam-se, desta forma, os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RCCTE
– Decreto-Lei n.º 40/90 e a introdução de parâmetros de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98
que tiveram como objectivo adaptar o método de cálculo às novas exigências regulamentares e a
condições de funcionamento real:
� Na expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados do RCCTE (D.L. n.º
40/90), é considerado um coeficiente de 0.7 correspondente ao factor de obstrução Φ, resul-
tante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstáculos exteriores.
Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obstrução Φ está
implícito no cálculo do factor solar s, sendo a expressão definida no RCCTE (D.L. n.º 40/90)
ajustada da seguinte forma:
85.0
s'ss v⋅
⋅Φ= (B.1) s’ – factor solar da protecção solar, obtido do quadro VI.8 do RCCTE (D.L. n.º 40/90) sv – factor solar do vidro, obtido do quadro VI.9 (D.L. n.º 40/90) Φ – factor de obstrução, que pode apresentar o valor típico de 0.7
Desta forma, é possível considerar diferentes cenários em que o factor de obstrução é dife-
rente de 0.7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise.
� Na expressão de cálculo dos ganhos através da envolvente exterior, o termo relativo à dife-
rença de temperatura efectiva ∆Te, engloba os efeitos de temperatura ambiente e da radiação
solar incidente, tal como indicado no Apêndice A. Dado que os parâmetros tabelados no
RCCTE consideram que a temperatura interior é 22ºC e não 25ºC (sendo que a diferença de
3ºC poderá ser justificada pelos ganhos internos, não considerados explicitamente no método
descrito no RCCTE), optou-se por considerar a diferença de temperatura efectiva ∆Te tabela-
da no RSECE que considera a temperatura interior de 25ºC;
� Dado que a expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados descrita no
método do RCCTE já considera a componente de radiação dos envidraçados, introduziu-se
no método de cálculo proposto, relativamente aos ganhos através da envolvente exterior, a
componente de condução dos envidraçados. A expressão do RSECE para a potência térmica
de condução da envolvente exterior foi adaptada, por forma a obter um consumo energético,
considerando o conceito de Grau-dia de arrefecimento, GD. A definição e cálculo de GD é
desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2;
� De modo a contabilizar os ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e equipa-
mento, foram consideradas as expressões para a potência térmica de arrefecimento definidas
no RSECE – D.L. n.º 118/2006, adaptadas de modo a obter um consumo energético, consi-
derando os conceitos de dias da estação de arrefecimento, darref, e de densidades de utili-
zação, Docup, Dilum, Dequip , em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectiva-
mente. As densidades de utilização medidas em percentagem média anual resultam dos per-
fis horários de utilização por dia de cada espaço a climatizar, sendo que os valores típicos
podem ser retirados do Anexo XV do actual RSECE – D.L. n.º 79/2006. Deste modo, é possí-
XII
vel estimar de uma forma expedita a utilização do edifício num ano típico. A definição e cálcu-
lo de darref é desenvolvida no capítulo 4.3.2;
� Para a determinação do consumo de energia térmica relativa à admissão de ar novo, foram
consideradas as expressões para o cálculo da potência térmica de ar novo, substituindo a
diferença de temperatura (Text – Tins), em ºC, pelo Grau-dia de arrefecimento GDins, em
ºC.dia/ano, e a diferença de humidade absoluta (Xext – Xins), em gagua /kgar seco, pelo conceito
Humidade-dia de desumidificação HDins, em (gagua /kgar seco).dia) / ano. Procedeu-se da
mesma forma para a componente de recuperação de calor, substituindo a diferença de tem-
peraturas (Text – Tint) por GDint e a diferença de humidade absoluta (Xext – Xint) por HDint. A
definição e cálculo de GD é desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2.
XIII
Tipo de ganho de calor
Expressão de cálculo
Descrição e referências
Ganhos por radiação através dos envidraçados
( ) MIsGACj
jjj1A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.2) CA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (kWh/ano)
A – área de cada tipo de envidraçado (m2) G – ganhos solares mensais máximos em períodos de sol descoberto durante a estação de arrefecimento, para cada orienta-
ção, para um factor solar de 100% (kWh/(m2.mês)). Os valores típicos de G considerados são obtidos do Quadro V.4 do
RCCTE – DL40/90. s – factor solar de cada tipo de envidraçado. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE), do tipo e cor da protecção
exterior e interior (Quadro VI.8 do RCCTE) e ainda do factor de obstrução (valor típico de 0.7) I – factor de inércia do edifício – indicado no Quadro V.5 do RCCTE – DL40/90
M – duração média de insolação durante a estação de arrefecimento, função das zonas climáticas (meses) – indicado no
Anexo III, alínea 2.2 b) do RCCTE – DL40/90
Ganhos por condução e radiação através da envolvente exterior
Condução e radiação
(paredes, coberturas e pavimentos)
( )( ) 36.0MITUAfCj
jejjc1.2A ⋅⋅⋅∆⋅⋅⋅=∑ (B.3)
Condução
(envidraçados)
( ) 024.0GDUAfCj
jjc2.2A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.4)
CA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (kWh/ano).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no
cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do
coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste factor
encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE (DL40/90). Para cumprimento do RSECE, o valor de fc para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0.
A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2)
∆Te – diferença efectiva de temperatura através de cada tipo de elemento da envolvente (ºC). É função do tipo de elemento,
orientação, latitude, mês, hora e condições de projecto: ∆Te para paredes – indicado no Quadro IV.3 do RSECE em função do tipo de parede. Classificação da paredes no Quadro
IV.4 do RSECE – DL118/98. ∆Te para coberturas – indicado no Quadro IV.6 do RSECE em função do tipo de cobertura. ∆Te para pavimentos – indicado no Quadro IV.7 do RSECE - DL118/98.
As correcções de ∆Te para as zonas climáticas são indicadas no Quadro IV.5 do RSECE – DL118/98. GD – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).
Ganhos de calor por condução através da envolvente interior
( ) 024.0GDUAfCj
jjint3A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.5) CA3 – ganhos de calor pela envolvente interior (kWh/ano).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo do U
estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2) GD – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).
fint – factor da envolvente interior
Ganhos internos
� Sensível
� Latente
equip4Atrab_ilum4Aamb_ilum4Aocup4A4A CCCCC−−−−
+++= (B.6)
equipBocupBB CCC +=
CA4 , CB – ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (kWh/ano) – compo-
nente sensível e latente, respectivamente. CA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (kWh/ano)
Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista para o
edifício. sensocupP , lat
ocupP - potência relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente, por cada ocupante e por tipo de activida-
de, cujos valores se encontram tabelados no Quadro IV.11 do RSECE – DL118/98 (W/ocup).
XIV
Potência de calor resultante de:
� Ocupação
� Iluminação:
- Ambiente
- Trabalho
� Equipamentos
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅=−
024.0DdPNC
024.0DdPNC
ocuparreflatocupp
)lat(
ocupB
ocuparrefsensocupp
)sens(
ocup4A (B.8)
024.0DdfFIGIPAC ilumarrefilumambambamb_ilum4A ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=−
(B.9)
024.0DdfPAC ilumarrefilumtrabtrabtrab_ilum4A ⋅⋅⋅⋅⋅=−
(B.10)
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅=−
024.0DdPAC
024.0DdPAC
equiparreflatequip
)lat(
equipB
equiparrefsensequip
)sens(
equip4A (B.11)
CA4-ilum_amb, CA4-ilum_trab – ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (kWh/ano).
Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado, respec-
tivamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho, respectivamente (m2)
FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada no
local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3 classes de
inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98. filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de 1.25.
Nos restantes casos será unitário. CA4-equip, CBequip – ganhos resultantes do equipamento, relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente
(kWh/ano). Deverá ser considerado o valor da potência térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor
de simultaneidade aplicável. darref – duração da estação de arrefecimento (dias).
Docup, Dilum, Dequip – densidades de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectivamente, em %,
resultante dos perfis horários de utilização por dia. Os valores típicos podem ser retirados do Anexo XV do RSECE –
DL79/2006
Ganhos por admissão do ar exterior
� Sensível
� Latente
Eficiência recuperação de calor
024.0GDGDQ34.0C intsensrecinsANsensC ⋅
⋅ε−⋅⋅= (B.12)
024.0HDHDQ85.0C intlatrecinsANlatC ⋅
⋅ε−⋅⋅= (B.13)
( )( )ANrejeição
ANrejeição
rrecuperadorec Q,Qmax
Q,Qmin⋅ε=ε
CCsens , CClat – ganhos de calor por admissão do ar exterior (kWh/ano) – componente sensível e latente, respectivamente.
QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h) GDins, GDint – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura de insuflação Tins e na base de temperatura interior Tint,
respectivamente (ºC.dia/ ano). HDins, HDint – Humidade-dia de desumidificação na base de humidade absoluta do ar de insuflação Hins e na base de humida-
de absoluta do ar interior Hint, respectivamente ((gagua/kgar seco).dia) / ano). εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os cau-
dais envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN
Necessidades térmicas totais de arrefecimento
� Sensível
� Latente
sensC4A3A2A1AsensCCCCCC ++++= (B.14)
latCBlat CCC += (B.15)
Tabela B. 1 – Resumo das expressões de cálculo das necessidades térmicas de arrefecimento
XV
B.2 – Necessidades térmicas de aquecimento
O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de aquecimento contabiliza o balan-
ço das seguintes componentes:
� Perdas de calor por condução através da envolvente exterior;
� Perdas de calor por condução através da envolvente interior;
� Perdas de calor associados à admissão de ar exterior.
� Ganhos de calor úteis por radiação através dos envidraçados a Sul;
� Ganhos de calor internos úteis resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos.
Apresenta-se na tabela B.2 o resumo das expressões de cálculo consideradas para as necessi-
dades térmicas de aquecimento.
Adaptações efectuadas às expressões de cálculo:
O RCCTE - Decreto-Lei n.º 40/90 considera para as necessidades térmicas de aquecimento, as
componentes térmicas relativas a perdas pela envolvente exterior e interior, perdas de calor pela
admissão de ar novo exterior e ganhos úteis solares. A contribuição dos ganhos internos está implíci-
ta no método do Regulamento, uma vez que a temperatura interior considerada é de 18ºC e o número
médio de Graus-dia de aquecimento se encontra na base de temperatura de 15ºC (admite-se que os
ganhos internos se traduzem num aumento de 2 a 3º C).
No método de cálculo estimativo proposto, por forma a cumprir com as exigências regulamenta-
res a nível da temperatura interior, procede-se ao cálculo dos Graus-dia de aquecimento na base de
temperatura 20ºC, pelo que faz sentido considerar a componente de ganhos internos.
Apresentam-se os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RCCTE – Decreto-Lei
n.º 40/90 e a introdução de parâmetros de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98 que tiveram
como objectivo adaptar o método de cálculo às novas exigências regulamentares e a condições de
funcionamento real:
� Na expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados do RCCTE (D.L. n.º
40/90), é considerado um coeficiente de 0,7 correspondente ao factor de obstrução Φ, resul-
tante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstáculos exteriores.
Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obstrução Φ está
implícito no cálculo do factor solar do vidro sv, sendo )(RCCTEvv
ss ⋅Φ= .
Desta forma, é possível considerar diferentes cenários em que o factor de obstrução é dife-
rente de 0,7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise;
� De modo a contabilizar os ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e equipa-
mento, foram consideradas as expressões para a potência térmica de arrefecimento definidas
no RSECE – D.L. n.º 118/2006, adaptadas de modo a obter um consumo energético, consi-
derando os conceitos de dias da estação de aquecimento, daquec, e de densidades de utili-
zação, Docup, Dilum, Dequip , em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectiva-
mente. As densidades de utilização medidas em percentagem média anual resultam dos per-
fis horários de utilização por dia de cada espaço a climatizar, sendo que os valores típicos
XVI
podem ser retirados do Anexo XV do actual RSECE – D.L. n.º 79/2006. Deste modo, é possí-
vel estimar de uma forma expedita a utilização do edifício num ano típico. A definição e cálcu-
lo de daquec é desenvolvido no capítulos 4.3.2.
� Dado que a contribuição da componente latente nos ganhos internos durante a estação de
aquecimento é usualmente desprezável, apenas se considerou a componente sensível para
definir as necessidades energéticas internas;
� Para a determinação do consumo de energia térmica relativa à admissão de ar novo, foram
consideradas as expressões para o cálculo da potência térmica de ar novo, substituindo a
diferença de temperatura (Tins – Text), em ºC, pelo Grau-dia de aquecimento GDins, em
ºC.dia/ano, e a diferença de humidade absoluta (Xins – Xext), em gagua /kgar seco, pelo conceito
Humidade-dia de humidificação HDins, em (gagua /kgar seco).dia) / ano. Procedeu-se da mes-
ma forma para a componente de recuperação de calor, substituindo a diferença de tempera-
turas (Tint – Text) por GDint e a diferença de humidade absoluta (Xint – Xext) por HDint. A defini-
ção e cálculo de GD é desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2.
� Os ganhos de calor brutos por radiação através dos envidraçados e das fontes internas resul-
tantes de ocupação, iluminação e equipamentos, devem ainda ser afectados de um factor de
utilização dos ganhos térmicos, uma vez que nem toda a energia térmica ganha é utilizável
em termos de conforto, traduzindo-se por vezes em sobreaquecimento do ar interior. Desta
forma, para a determinação dos ganhos de calor úteis nas componentes de radiação solar
através dos envidraçados e dos ganhos internos, considera-se o factor de utilização dos
ganhos térmicos definido pela expressão indicada no novo RCCTE – Decreto-Lei n.º 80/2006:
oaquecimentdebrutasesNecessidadbrutoscostérmiGanhos
1se,1a
a
1se,1
11a
a
=γ
=γ+
≠γγ−
γ−
=η+
(B.17),
sendo a variável a função da inércia térmica do edifício. Optou-se por considerar esta expres-
são de cálculo, uma vez que a expressão do factor de utilização do RCCTE - Decreto-Lei n.º
40/90 apenas tem em conta os ganhos solares brutos, não contabilizando os ganhos internos.
XVII
Tipo de troca de calor
Expressão de cálculo
Descrição e referências
Perdas de calor por condução através da envolvente exterior
( ) 024.0GDUAfCj
jjc1A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.18)
CA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (kWh/ano).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar
no cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo
do coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste
factor encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE (DL40/90). Para cumprimento do RSECE, o valor de fc
para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a
1,0. A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2)
GD – Graus dias de aquecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).
Perdas de calor por condução através da envolvente interior
( ) 024.0GDUAfCj
jjint2A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.19)
CA2 – perdas de calor pela envolvente interior (kWh/ano).
U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo
do U estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)
GD – Graus dias de aquecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).
fint – factor da envolvente interior
Ganhos por radiação através dos envidraçados
( ) η⋅⋅⋅⋅−= ∑ sulj
jojvj3A EfsAC (B.20)
CA3 – ganhos de calor úteis provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (kWh/ano) A – área de cada tipo de envidraçado no quadrante sul (m2)
Esul – Energia solar média incidente numa superfície vertical orientada a Sul na estação de aquecimento, em função da
zona climatica, em (kWh/m2). Os valores típicos de Esul considerados são obtidos do Quadro III.2 do RCCTE –
DL40/90. Sv – factor solar do vidro. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE – DL40/90), e ainda do factor de obstrução
(valor típico de 0.7). fo – factor de orientação, sendo para a orientação SE: 0.70, S: 1.00, SW: 0.70, Hor: 0.85.
η – factor de utilização dos ganhos térmicos. É função da inércia térmica do edifício e da relação entre os ganhos totais
brutos (internos e solares) e as perdas térmicas totais, conforme indicado no ponto 4.4 do anexo IV do RCCTE -
DL80/2006.
Ganhos internos:
(Sensível)
Potência de calor resultante de:
� Ocupação
� Iluminação:
- Ambiente
- Trabalho
equip4Atrab_ilum4Aamb_ilum4Aocup4A4A CCCCC−−−−
+++= (B.21)
η⋅⋅⋅⋅⋅−=−
024.0DdPNC ocupaquecsensocuppocup4A
(B.22)
η⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅−=−
024.0DdfFIGIPAC ilumaquecilumambambamb_ilum4A (B.23)
η⋅⋅⋅⋅⋅⋅−=−
024.0DdfPAC ilumaquecilumtrabtrabtrab_ilum4A (B.24)
CA4 – ganhos internos úteis resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (kWh/ano).
CA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (kWh/ano)
Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista
para o edifício. sensocupP - potência relativa ao calor sensível por cada ocupante e por tipo de actividade, cujos valores se encontram tabela-
dos no Quadro IV.11 do RSECE - DL118/98 (W/ocup). CA4-ilum_amb, CA4-ilum_trab – ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (kWh/ano).
Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado,
respectivamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho (m2)
FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada
no local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3
XVIII
� Equipamentos
η⋅⋅⋅⋅⋅−=−
024.0DdPAC equipaquecsensequipequip4A
(B.25) classes de inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98.
filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de
1.25. Nos restantes casos será unitário. CA4-equip, – ganhos resultantes do funcionamento do equipamento (kWh/ano). Deverá ser considerado o valor da potên-
cia térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor de simultaneidade aplicável. daquec – duração da estação de aquecimento (dias).
Docup, Dilum, Dequip – densidades de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectivamente, em
%, resultante dos perfis horários de utilização por dia. Os valores típicos podem ser retirados do Anexo XV do RSE-
CE – DL79/2006 η – factor de utilização dos ganhos térmicos. É função da inércia térmica do edifício e da relação entre os ganhos totais
brutos (internos e solares) e as perdas térmicas totais, conforme indicado no ponto 4.4 do anexo IV do RCCTE -
DL80/2006.
Perdas de calor por admissão do ar exterior
� Sensível
� Latente
Eficiência recuperação de calor
024.0GDGDQ34.0C intsensrecinsANsensC ⋅
⋅ε−⋅⋅= (B.26)
024.0HDHDQ85.0C intlatrecinsANlatC ⋅
⋅ε−⋅⋅= (B.27)
( )( )ANrejeição
ANrejeição
rrecuperadorec Q,Qmax
Q,Qmin⋅ε=ε
CCsens , CClat – perdas de calor por admissão do ar exterior (kWh/ano) – componente sensível e latente, respectivamente. QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h)
GDins, GDint – Graus dias de aquecimento na base de temperatura de insuflação Tins e na base de temperatura interior
Tint, respectivamente (ºC.dia/ ano). HDins, HDint – Humidade-dia de humidificação na base de humidade absoluta do ar de insuflação Hins e na base de
humidade absoluta do ar interior Hint, respectivamente ((gagua/kgar seco).dia) / ano). εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os
caudais envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exte-
rior, QAN
Necessidades térmicas totais de aquecimento
� Sensível
� Latente
sensC4A3A2A1AsensCCCCCC ++++= (B.28)
latClat CC = (B.29)
Tabela B. 2 – Resumo das expressões de cálculo das necessidades térmicas de aquecimento
XIX
Apêndice C - Parâmetros geométricos das zonas a climatizar
As zonas a climatizar para os 3 pisos de internamento do Bloco Sul-Este apresentam-se no
seguinte quadro, subdivididas nas zonas Z1 a Z10.
Area (m2)Número
SalasFachada Pavimento
Envidraçado Interior
ParedeInterior
Contacto Ainterior
E SE 2.8 SE 2.6 28.4 5.4 courette
NE 0.0 NE 8.1
W W 3.6 W 6.9 25.5 5.4 courette
E SE 2.8 SE 2.6 28.4 5.4 courette
NE 0.0 NE 8.1
interior 21.0 27.6 ATMF+M.Limp.
interior 9.0 1.7 6.6 I.S.
interior 35.0 15.0 I.S.
interior 14.5 14.1 courette
4.3
W W 3.6 W 6.9 25.5 5.4 courette
E SE 2.8 SE 2.6 28.2 5.4 courette
NE NE 8.1
S - W S 7.2 S 14.4 24.7 5.4 courette
W 3.6 W 6.6
11.0
24.7 3.0
6.0
14.5 6.0
25.5 3.0
14.0
21.0 3.0
9.0 10.0
Z9
Z10
28.4
25.5
28.4
35.0
28.2
Z5
Z6
Z7
Z8
Sala Espera/ Estar E
Sala Espera/ Estar S - W
Quarto Individual
Quarto Duplo W
Quarto Duplo E
Sala Descanso/ Supervisor/ Preparação
Posto Vigilância/ Gab. Informações
Trab. Admnistrativo/ Copa
Sala Espera/ Estar W
Salas TipoEnvidraçado
ExteriorParedeExterior
Sala Tratamentos
Z1
Z2
Z3
Z4
16.0
34.0
Tabela C. 1 – Parâmetros geométricos das zonas-tipo a climatizar
XX
Apêndice D - Características da envolvente
O edifício será construído na região de Faro, que corresponde à zona climática I1-V2. De acordo
com os elementos do projecto do Hospital, a classe de inércia térmica do edifício é Média
(150 ≤ It ≤ 400 kg/m2) e os coeficientes de transmissão térmica são indicados na Tabela D. 1.
Elementos da envolvente
Coeficientes
transmissão térmica
[W/m2.ºC]
Parede exterior 0,37
Envidraçado exterior 1,60
Cobertura exterior 0,35
Parede interior 1,28
Envidraçado interior 3,70
Tabela D. 1 – Coeficientes de transmissão térmica dos elementos da envolvente
Para a determinação dos factores solares, calculados de acordo com as expressões definidas no
Apêndice A, considerou-se:
� Vidro duplo: incolor + incolor (5mm + 5mm);
� Protecção interior: Cortinas ligeiramente transparentes;
� Factor de obstrução Φ de 0,7.
Factor solar Sem obstrução Com obstrução Φ
Factor solar do vidro sv 0,75 0,53
Factor solar do vão envidraçado s 0,48 0,33
Tabela D. 2 – Factor solar do vidro e do vão envidraçado
XXI
Apêndice E - Especificações técnicas dos equipamentos
Para seleccionar o equipamento do sistema de climatização foram determinadas as cargas tér-
micas de arrefecimento e aquecimento para cada local a climatizar e as cargas relativas ao ar novo.
Na tabela E.1 são apresentadas as cargas térmicas locais das zonas Z1 a Z10 e as cargas térmicas
associadas ao ar novo, relativas às UTAN do sistema com ventiloconvectores, UTAN-VC, e do siste-
ma com vigas arrefecidas, UTAN-VA. As cargas térmicas locais foram calculadas para o período do
fim da tarde, onde se verificou o máximo diário das potências.
CARGA TÉRMICA Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Ar Novo Ar Novo
Designação da zonaQuarto
IndividualQuarto
Duplo WQuarto Duplo E
Sala Tratamento
Sala Descanso
Posto Vigilância
Trabalho Admin.
Sala Espera W
Sala Espera E
Sala Espera S-W
UTAN-VC UTAN-VA
ARREFECIMENTO
Sensível (kW) 0.8 1.5 0.9 1.3 0.4 1.5 1.3 1.8 1.3 2.2 51.5 79.8
Latente (kW) 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 0.1 0.3 0.3 0.3 34.5 48.3
Total (kW) 0.9 1.6 1.1 1.5 0.5 1.6 1.4 2.1 1.6 2.5 86.0 128.1
AQUECIMENTO
Sensível (kW) 0.4 0.4 0.4 0.6 0.2 0.4 0.5 0.4 0.4 0.7 70.3 56.2
Latente (kW) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 56.9 45.6
Total (kW) 0.4 0.4 0.4 0.6 0.2 0.4 0.5 0.4 0.4 0.7 127.2 101.8
Tabela E. 1 – Cargas térmicas das zonas-tipo a climatizar
Apesar das zonas Z1 a Z10 apresentarem diferentes cargas térmicas, optou-se por considerar
um equipamento terminal médio representativo da globalidade das zonas. Uma vez que os quartos de
internamento representam as principais necessidades de climatização, foi considerado a selecção do
equipamento para o quarto com a carga térmica mais elevada – Quarto duplo com orientação a Oes-
te. Na Tabela E.2 apresentam-se as principais especificações técnicas dos equipamentos terminais.
Potência41 Caudal ar novo Temp. ar novo Temp. água
Arref. Aquec. Caudal Arref. Aquec. Fria Quente Equipamento
terminal [kW] [kW] [m3/h]
Eficiência
Ventilação [ºC] [ºC] [ºC] [ºC]
VC Sensível 1,5
Latente 0,2 0,5 180 80% 22 20 7 / 12 80 / 60
VA Sensível 1,5
Latente 0,2 0,5 180 100% 15 20 14 / 19 60 / 40
Tabela E. 2 – Especificações técnicas dos equipamentos terminais VC e VA
Apresenta-se na tabela E.3 para cada solução VC e VA, as principais especificações técnicas da
UTAN que alimenta as várias zonas do bloco de internamentos Sul-Este.
41 Potência térmica local do espaço – na selecção do equipamento deve ser tido em conta a temperatura do ar primário (ar novo), que permite obter potência das baterias dos equipamentos terminais distintas em função da potência introduzida pelo ar primário.
XXII
Potência42 Temp. água Temp. ar novo
Arref. Aquec
Recup.
calor
Caudal
ar novo
Pressão
estática Filtragem
Fria Quente Arref. Aquec. UTAN
[kW] [kW] (mín.) [m3/h] [Pa] [ºC] [ºC] [ºC] [ºC]
UTAN-VC Sens. 55
Lat. 30
Sens. 75
Lat. 50
Sens. 40%
Lat. 0%
Ins. 20300
Ext. 22300
Ins. 250
Ext. 300
G4
F5+F7 7 / 12 80 / 60 22 20
UTAN-VA Sens. 80
Lat. 45
Sens. 60
Lat. 40
Sens. 40%
Lat. 0%
Ins. 16300
Ext. 17900
Ins. 350
Ext. 300
G4
F5+F7 7 / 12 80 / 60 15 20
Tabela E. 3 – Especificações técnicas das UTAN-VC e UTAN-VA
As electrobombas de circulação dos circuitos hidráulicos secundários, que alimentam os equi-
pamentos terminais (VC ou VA) e a UTAN, em sistema a 4 tubos (ida e retorno para o arrefecimento
e para o aquecimento), têm as especificações técnicas principais indicadas na tabela E.4.
Caudal de
água
Pressão
estática Electrobomba de circulação
[m3/h] [kPa]
Sistema VC - Circuito equip. terminal
B.AF.VC 22,1 202,1
B.AQ.VC 1,9 192,1
Sistema VC - Circuito UTAN-VC
B.AF.UTAN-VC 14,8 176,0
B.AQ.UTAN-VC 3,0 166,0
Sistema VA - Circuito equip. terminal
B.AF.VA 12,5 207,1
B.AQ.VA 1,9 197,1
Sistema VA - Circuito UTAN-VA
B.AF.UTAN-VA 22,0 186,0
B.AQ.UTAN-VA 2,4 166,0
Tabela E. 4 – Especificações técnicas das electrobombas de circulação
Com base nas especificações técnicas apresentadas, os equipamentos de climatização foram
seleccionados. Os elementos utilizados no presente trabalho, nomeadamente, os materiais utilizados
no fabrico dos equipamentos e consumíveis, a localização das fábricas onde são produzidos e as
eficiências dos equipamentos, foram baseados nos modelos indicados na Tabela E. 5. As actividades
de manutenção usualmente praticadas para cada equipamento foram indicadas pelos mesmos forne-
cedores ou por equipas de manutenção.
42 Potência da UTAN já tem em conta a eficiência de recuperação de calor.
XXIII
Equipamento Marca Modelo
Ventiloconvector (VC) Wesper AHN 7021
Viga Arrefecida (VA) Airwell AquaBeam 4W2-12
UTAN-VC Wesper Premi@ir 300
UTAN-VA Wesper Premi@ir 300
Electrobombas:
B.AF.VC Grundfos TPED 50-290/2
B.AF.UTAN-VC Grundfos TPED 40-270/2
B.AQ.VC Grundfos TPED 32-230/2
B.AQ.UTAN-VC Grundfos TPED 32-230/2
B.AF.VA Grundfos TPED 40-270/2
B.AF.UTAN-VA Grundfos TPED 50-240/2
B.AQ.VA Grundfos TPED 32-230/2
B.AQ.UTAN-VA Grundfos TPED 32-230/2
Chiller Trane RTAC 400 SE
Caldeira Buderus S825 L
Tabela E. 5 – Marcas e modelos dos equipamentos dos sistemas AVAC
XXIV
Apêndice F - Dados dos fornecedores
F.1 - Tempo médio de vida útil
Equipamento
Tempo médio de
vida útil
[anos]
Ventiloconvector 15
Viga Arrefecida 30
UTAN 15
Electrobomba 10
Tabela F. 1 – Tempo média de vida útil dos equipamentos dos sistemas AVAC
F.2 - Materiais utilizados
Peso dos materiais utilizados em cada equipamento unitário, em kg Equipamento
Aço / F.F. Cobre Alumínio Plástico Filme de PET Total
Ventiloconvector (VC) 29,7 3,3 1,0 - 0,2 34,2
Viga Arrefecida (VA) 35,0 8,0 2,0 - - 45,0
UTAN-VC 4476,0 436,0 215,0 - 2,5 5165,50
UTAN-VA 4006,0 556,0 272,0 - 2,5 4836,50
Electrobombas:
B.AF.VC 136,0 - - - - 136,0
B.AF.UTAN-VC 86,9 - - - - 86,9
B.AQ.VC 83,3 - - - - 83,3
B.AQ.UTAN-VC 83,3 - - - - 83,3
B.AF.VA 86,9 - - - - 86,9
B.AF.UTAN-VA 123,0 - - - - 123,0
B.AQ.VA 83,3 - - - - 83,3
B.AQ.UTAN-VA 83,3 - - - - 83,3
Tabela F. 2 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos dos sistemas AVAC
Peso dos materiais utilizados para cada “consumível” unitário, em kg Consumíveis
Aço / F.F. Cobre Alumínio Plástico Filme de PET Total
Filtro G4 para VC - - - - 0,2 0,2
Filtro G4 para UTAN - - - - 0,5 0,5
Filtro F5 para UTAN - - - - 1,0 1,0
Filtro F7 para UTAN - - - - 1,0 1,0
Cobre - rebobinagem
do motor do VC - 0,3 - - - 0,3
Baterias da UTAN-VC - 402,0 71,0 - - 473,0
Baterias da UTAN-VA - 522,0 92,0 - - 614,0
Motores da UTAN-VC - 34,0 180,0 - - 214,0
Motores da UTAN-VA - 34,0 180,0 - - 214,0
Tabela F. 3 – Materiais utilizados no fabrico dos consumíveis dos equipamentos dos sistemas AVAC
XXV
F.3 - Transporte
Origem Destino Distância Tipo de
transporte
Carga
equip. Equipamentos
(Fábrica) (Hospital) [km] [ton]
Ventiloconvector (VC) França 1630 Camião 3,6
Viga Arrefecida (VA) Hungria 3150 Camião 4,8
UTAN-VC 5,2
UTAN-VA França 1450 Camião
4,8
Electrobombas França
Portugal
(Faro)
1800 Camião 0,4
Tabela F. 4 – Transporte de equipamentos dos sistemas AVAC
Origem Destino Distância Tipo de
transporte
Carga
equip. Consumíveis
(Fábrica) (Hospital) [km] [ton]
Filtros: VCs e UTAN-VC 0,05
Filtros: UTAN-VA França 1800 Camião
0,03
Cobre - rebobinagem do
motores dos VCs Alemanha 2800 Camião 0,03
Baterias da UTAN-VC 0,47
Motores da UTAN-VC 0,21
Baterias da UTAN-VA 0,61
Motores da UTAN-VA
França
Portugal
(Faro)
1450 Camião
0,21
Tabela F. 5 – Transporte de consumíveis dos equipamentos dos sistemas AVAC
Admitindo os tempos médios de vida útil dos equipamentos, e a sua subsequente substituição,
as periodicidades de transporte de equipamentos das fábricas são indicadas na Tabela F. 6.
SISTEMA VC Frequência de transporte de equipamentos
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Ventiloconvector 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
Electrobomba 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 SISTEMA VA Frequência de transporte de equipamentos
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Viga arrefecida 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
Electrobomba 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3
Tabela F. 6 – Frequência de transporte de equipamentos no período de 30 anos
Considerando ainda as actividades de manutenção, as periodicidades de transporte de consumí-
veis das fábricas são indicadas na Tabela F. 7.
XXVI
SISTEMA VC Frequência de transporte de consumíveis
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Filtros: VC + UTAN 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4
VC: Cobre motores 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 8
UTAN: Baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
UTAN: Motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 SISTEMA VA Frequência de transporte de consumíveis
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Filtros: UTAN 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4
UTAN: Baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
UTAN: Motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4
Tabela F. 7 – Frequência de transporte de consumíveis dos equipamentos no período de 30 anos
NOTA: Durante os primeiros cinco anos assume-se que os filtros da UTAN (a serem substituídos trimestral,
semestral ou anualmente) provêm de um stock de reserva, reabastecido de 5 em 5 anos.
F.4 - Eficiências
Equipamentos Eficiência
Ventiloconvector – motor + ventilador 45%
UTAN – motor + ventilador Insuflação – 70%
Extracção – 70%
UTAN – recuperador de calor hidráulico Sensível – 40%
Latente – 0%
Electrobomba – motor + bomba:
B.AF.VC
B.AF.UTAN-VC
B.AQ.VC
B.AQ.UTAN-VC
B.AF.VA
B.AF.UTAN-VA
B.AQ.VA
B.AQ.UTAN-VA
45%
41%
11%
16%
38%
44%
11%
14%
Tabela F. 8 – Eficiências dos equipamentos dos sistemas AVAC
Equipamentos produtores Eficiência
Chillers condensação a ar EER – 3.1
ESEER – 4.2
Caldeira de alta eficiência η100% – 92%
η sazonal 43– 96%
Tabela F. 9 – Eficiências dos equipamentos de produção de frio e calor
43 O rendimento sazonal da caldeira, de acordo com a norma DIN 4702, é medido a partir das eficiências à
carga parcial, da seguinte forma:
∑= ϕη
=η5
1ii
N 15
ηN – rendimento sazonal da caldeira (de acordo com a DIN 4702)
φi – potência da caldeira à carga parcial i
XXVII
Eficiência a carga parcial44 Electrobomba – motor + bomba
100% 75% 50% 25%
B.AF.VC
B.AF.UTAN-VC
B.AQ.VC
B.AQ.UTAN-VC
B.AF.VA
B.AF.UTAN-VA
B.AQ.VA
B.AQ.UTAN-VA
54%
45%
19%
27%
46%
53%
19%
23%
53%
45%
15%
22%
44%
51%
15%
19%
45%
41%
11%
16%
38%
44%
11%
14%
28%
29%
6%
10%
26%
28%
6%
8%
Período de funcionamento 6% 15% 35% 44%
Tabela F. 10 – Eficiências das electrobombas a carga parcial
F.5 - Actividades de manutenção
Na Tabela F. 11 são indicadas as actividades de manutenção e as periodicidades expectáveis ao
longo do período em análise.
Manutenção de Equipamentos Mensal Trimestral Semestral Anual > 1 ano
Ventiloconvector (VC)
Limpeza de filtro G4 x
Substituição de filtro G4 5
Rebobinagem de motor 3
Viga Arrefecida (VA)
Limpeza de alhetas x
UTAN
Substituição de filtro G4 x
Substituição de filtro F5 x
Substituição de filtro F7 x
Substituição de baterias 20
Substituição de motores 5
Tabela F. 11 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC
Admitindo os tempos médios de vida útil dos equipamentos, e a sua subsequente substituição
(Tabela F. 12), as periodicidades de manutenção ficam desfasadas das indicadas anteriormente, pelo
que se apresenta a periodicidade das operações de manutenção resultantes na Tabela F. 13.
EQUIPAMENTOS Substituição de equipamento
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Ventiloconvector (VC) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
Viga Arrefecida (VA) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
Electrobombas 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3
Tabela F. 12 – Frequência de substituição de equipamentos no período de 30 anos
44 Para as cargas parciais das electrobombas, considera-se constante a altura manométrica e variável o cau-dal de água, a 100%, 75%, 50% e 25%. Para os períodos de funcionamento relativos a cada carga parcial, foi considerado o perfil de carga normal indicado pelo software de selecção da Grundfos para circuladores do circui-to secundário.
XXVIII
SISTEMA VC Frequência de operações de manutenção anuais
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
VC - Limpeza filtro 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 360
VC - Substituição filtro 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4
VC - Rebobinagem motor 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 8
UTAN - Substituição filtro:
Filtro G4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120
Filtro F5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 60
Filtro F7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 28
UTAN - Substituição baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
UTAN - Substituição motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 SISTEMA VA Frequência de operações de manutenção anuais
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
VC - Limpeza alhetas 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120
UTAN - Substituição filtro:
Filtro G4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120
Filtro F5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 60
Filtro F7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 28
UTAN - Substituição baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
UTAN - Substituição motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4
Tabela F. 13 – Frequência de operações de manutenção anuais no período de 30 anos
XXIX
Apêndice G – Dados climáticos
Os dados climáticos de um ano típico foram retirados do programa Solterm, para a região de
Faro (região climática I1-V2). Apresenta-se na Figura G. 1 e Figura G. 2 a evolução ao longo do ano
das temperaturas e humidades.
Condições exteriores - Temperatura e Humidade
0
20
40
60
80
100
120
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Humidade Relativa (%) Humidade Absoluta (g/kg) Temperatura (ºC)
Figura G. 1 – Temperatura e humidade exterior [fonte: Solterm]
Temperatura e Humidade Exterior
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Humidade Absoluta (g/kg) Temperatura (ºC)
Figura G. 2 – Temperatura e humidade absoluta exterior [fonte: Solterm]
XXX
Apêndice H – Emissões de carbono detalhadas
Apresentam-se na Tabela H. 1 e Tabela H. 2 os resultados anuais detalhados das emissões de
carbono, em toneladas de carbono equivalente e a proporção anual de cada contribuição.
SISTEMA VC Emissões de carbono em ton C equiv.
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Material equipamento 8.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 8.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17.7
Transporte equipamento 2.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 1.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.8
Energia consumida 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 832.2
Actividades manutenção 0.1 0.1 0.1 1.5 0.1 2.3 1.5 0.1 0.1 1.5 2.3 0.1 1.5 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 1.5 0.1 2.3 1.5 0.1 0.1 1.5 2.3 0.1 1.5 0.1 0.1 23.3
Desperdícios fim de vida 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total 39.0 27.8 27.8 29.3 27.8 30.1 29.3 27.8 27.8 29.3 31.3 27.8 29.3 27.8 27.8 37.8 27.8 27.8 29.3 27.8 31.3 29.3 27.8 27.8 29.3 30.1 27.8 29.3 27.8 27.8 879.0
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Material equipamento 22.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 22.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.0%
Transporte equipamento 6.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.9% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 4.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.9% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.7%
Energia consumida 71.2% 99.7% 99.7% 94.8% 99.7% 92.3% 94.8% 99.7% 99.7% 94.8% 88.6% 99.7% 94.8% 99.7% 99.7% 73.5% 99.7% 99.7% 94.8% 99.7% 88.6% 94.8% 99.7% 99.7% 94.8% 92.3% 99.7% 94.8% 99.7% 99.7% 94.7%
Actividades manutenção 0.2% 0.3% 0.3% 5.2% 0.3% 7.7% 5.2% 0.3% 0.3% 5.2% 7.4% 0.3% 5.2% 0.3% 0.3% 0.3% 0.3% 0.3% 5.2% 0.3% 7.4% 5.2% 0.3% 0.3% 5.2% 7.7% 0.3% 5.2% 0.3% 0.3% 2.6%
Desperdícios fim de vida 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%
Total 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Tabela H. 1 – Emissões de carbono detalhadas do sistema de ventiloconvectores no período de 30 anos
SISTEMA VA Emissões de carbono em ton C equiv.
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Material equipamento 9.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 4.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 14.9
Transporte equipamento 3.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.8
Energia consumida 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 676.4
Actividades manutenção 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 9.9
Desperdícios fim de vida 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Total 35.4 22.6 22.6 22.6 22.6 24.8 22.6 22.6 22.6 22.6 26.0 22.6 22.6 22.6 22.6 28.1 22.6 22.6 22.6 22.6 26.0 22.6 22.6 22.6 22.6 24.8 22.6 22.6 22.6 22.6 707.0
Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL
Material equipamento 27.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 16.8% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.1%
Transporte equipamento 9.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 3.5% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.6% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 3.5% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.8%
Energia consumida 63.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 91.0% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 86.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 80.4% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 86.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 91.0% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 95.7%
Actividades manutenção 0.1% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 9.0% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 8.6% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 0.1% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 8.6% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 9.0% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 1.4%
Desperdícios fim de vida 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%
Total 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%
Tabela H. 2 – Emissões de carbono detalhadas do sistema de vigas arrefecidas no período de 30 anos
XXXI
Apêndice I – Comparativo de emissões de carbono
Na Tabela I. 1 são apresentados, para os sistemas de ventiloconvectores (VC) e de vigas arrefe-
cidas (VA), os consumos anuais de energia eléctrica e de gás, o seu correspondente em energia pri-
mária e as emissões de carbono dos sistemas no período de 30 anos. Os resultados foram obtidos
para diferentes parâmetros do sistema e do seu funcionamento.
(em MWh/ ano) (em tep/ ano) (em tonC)
VA - VC
Eléctrica Gás Eléctrica Gás VC
CHILLER
ESEER 3.0 177 115 148 93 61 51 959 786 -18%
ESEER 3.5 167 115 138 93 58 48 919 746 -19%
ESEER 4.2 - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%
CALDEIRA
rendimento 80% 156 138 127 111 57 46 926 745 -20%
rendimento 90% 156 122 127 99 56 45 895 720 -20%
rendimento 96% - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%
RECUPERAÇÃO DE CALOR
Sem recuperação 159 178 130 143 61 50 1,020 820 -20%
ε = 40% (sens) - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%
ε = 60% (sens) 155 83 126 67 52 42 809 651 -20%
ε = 60% (sens + lat) 150 83 123 67 51 41 792 638 -20%
ε = 75% (sens + lat) 148 59 121 48 48 39 736 592 -20%
TEMPERATURA INTERIOR - ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO
20ºC - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%
19ºC 156 99 127 80 54 44 846 680 -20%
18ºC 156 84 127 67 52 43 814 654 -20%
EFICIÊNCIA DE VENTILAÇÃO (VC - VA)
80% - 80% 156 115 153 115 55 54 879 851 -3%
80% - 90% 156 115 139 103 55 49 879 771 -12%
80% - 95% 156 115 133 97 55 47 879 737 -16%
80% - 100% - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%
EMISSÃO CARBONO(30 ANOS)
VC VAVC VA VC VA
ENERGIA CONSUMIDA ENERGIA PRIMÁRIA
Tabela I. 1 – Resumo de resultados obtidos de consumo eléctrico e gás, energia primária e emissões de carbono,
para os sistemas VC e VA, em função da variação de diferentes parâmetros
As linhas marcadas a amarelo correspondem aos resultados calculados para a solução base
analisada no presente trabalho.
XXXII
Apêndice J – Consumos.xls: folha de cálculo
A folha de cálculo [consumos.xls], desenvolvida em Excel, permite determinar uma estimativa
das potências térmicas de sistemas de climatização em condições nominais de temperatura e humi-
dade interior, potências eléctricas dos equipamentos e em termos de consumos, permite determinar
uma estimativa das necessidades térmicas anuais dos mesmos sistemas e dos consumos eléctricos
e de gás dos equipamentos. Também permite determinar a estimativa da energia primária consumi-
da.
Os separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q, que calculam as potências térmicas nominais e neces-
sidades térmicas anuais, podem ser aplicados a qualquer tipo de sistema AVAC, sendo que a correc-
ção das cargas térmicas pelo ar primário (ar novo), efectuada pelos separadores POT_VC, POT_VA,
CONS_VC e CONS_VA, está, sobretudo, dedicada aos sistemas analisados de venticonvectores
(VC) e vigas arrefecidas (VA), para condições higro-térmicas do ar novo insuflado pela UTAN distinto
das condições nominais.
A folha de cálculo é composta pelos separadores que de seguida se descrevem:
EQ_DADOS - Este separador compreende os seguintes dados de entrada, saída e resultados:
Dados de entrada
� Eficiência dos equipamentos de produção (chiller, caldeira e humidificador)
� Eficiência de recuperação de calor da UTAN
� Eficiência dos motores em carga máxima (VC, UTAN, Bombas)
� Condições higro-térmicas exteriores e interiores: temperatura e humidade
� Condições higro-térmicas UTAN: temperatura e humidade
� Condições de funcionamento hidráulico (VC, VA e UTAN): temperatura de ida e retorno
� Parâmetros do equipamento terminal: eficiência ventilação, temp. de insuflação e de retorno
� Condições para equilibro de caudais (depressão, extracção de I.S. para compensação de ar)
� Factores de conversão de energia primária
Dados de saída (do separador GD)
� Período de arrefecimento e aquecimento
� Graus-dia de arrefecimento e aquecimento
� Humidade-dia de desumidificação e humidificação
Resultados dos sistemas VC e VA
� Consumo anual eléctrico e de gás
� Consumo anual de energia primária
GD - Este separador determina o Grau-dia de arrefecimento e aquecimento e a Humidade-dia de desumidi-
ficação e humidificação, a partir da base de dados climática do Solterm. Compreende os seguintes dados de
entrada e saída:
Dados de entrada
� Temperatura exterior para definição do período de arrefecimento e de aquecimento
� Temperatura de set-point da UTAN
� Intervalo de humidade relativa para controlo de humidade
XXXIII
Dados de saída
� Grau-dia de arrefecimento e aquecimento (local, UTAN-VC e UTAN-VA)
� Humidade-dia de desumidificação e humidificação (local, UTAN-VC e UTAN-VA)
POT_VC - Este separador determina a potência térmica corrigida dos equipamentos terminais do tipo VC
tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do separador
CT. Calcula ainda a potência eléctrica global de todos os VCs.
POT_VA - Este separador determina a potência térmica corrigida dos equipamentos terminais do tipo viga
arrefecida VA tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados
do separador CT. Verifica e apresenta nota de aviso para a correcção da potência térmica latente da VA se esta
for superior a zero (uma vez que estes equipamentos não têm capacidade de desumidificação).
CONS_VC - Este separador determina a necessidade térmica anual corrigida dos equipamentos terminais
do tipo VC tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do
separador CONS. Calcula ainda o consumo eléctrico global de todos os VCs.
CONS_VA - Este separador determina a necessidade térmica anual corrigida dos equipamentos terminais
do tipo VA tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do
separador CONS. Verifica e apresenta nota de aviso para a correcção da necessidade térmica latente da VA se
esta for superior a zero (uma vez que estes equipamentos não têm capacidade de desumidificação)
POT_EQ - Este separador apresenta as potências térmicas corrigidas (pelo ar novo das UTAN’s) dos sis-
temas de VCs e de VAs, e calcula as potências eléctricas dos equipamentos (chillers, bombas, ventiladores de
UTAN’s e humidificador das UTAN’s), a partir dos dados de entrada de EQ_DADOS e dos resultados de
POT_VC e POT_VA. A potência eléctrica dos ventiladores dos VCs é calculada em POT_VC. Neste separador
também são calculadas as perdas de carga das electrobombas e dos ventiladores das UTAN’s.
CONS_EQ - Este separador apresenta as necessidades térmicas anuais corrigidas (pelo ar novo das
UTAN’s) dos sistemas de VCs e de VAs e calcula os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos dos siste-
mas (chiller, caldeira, ventiladores de UTAN’s e humidificador das UTAN’s), a partir dos dados de entrada de
EQ_DADOS e dos resultados de POT_EQ, CONS_VC e CONS_VA. Os consumos globais dos ventiladores dos
VCs são calculados em CONS_VC e os consumos globais das electrobombas são calculados em
CONS_Bombas.
CONS_Bombas - Este separador determina os consumos eléctricos globais das electrobombas a partir
das diferentes cargas parciais estimadas para um ano e dos resultados de POT_EQ.
RESUMO - Este separador apresenta os resultados determinados para ambos os sistemas de VCs e VAs,
na forma de tabelas, relativos à potência térmica dos sistemas AVAC, potência eléctrica dos respectivos equipa-
mentos, necessidades térmicas anuais dos sistemas AVAC, consumos anuais eléctricos e de gás dos respecti-
vos equipamentos AVAC e consumo de energia primária (por equipamento e por utilização). Reúne os resultados
dos separadores POT_EQ e CONS_EQ.
CT - Este separador apresenta os resultados determinados para as cargas térmicas locais e do ar novo da
UTAN, obtidos a partir dos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e Z1q a Z12q (aquecimento). As cargas tér-
micas locais apresentadas correspondem às cargas determinadas para condições nominais de temperatura e
humidade, sem correcção pela carga adicional introduzida pelo ar novo da UTAN. Permite ainda fazer corres-
ponder a potência ao equipamento pretendido - Equipamento terminal: potência local, UTAN: potência de ar
novo, UTA: potência local + ar novo.
CONS - Este separador apresenta os resultados determinados para as necessidades térmicas anuais
locais e do ar novo da UTAN, obtidos a partir dos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e Z1q a Z12q (aqueci-
mento). As necessidades térmicas locais apresentadas correspondem às cargas determinadas para condições
XXXIV
nominais de temperatura e humidade, sem correcção pela carga adicional introduzida pelo ar novo da UTAN.
Permite ainda fazer corresponder a necessidade térmica ao equipamento pretendido - Equipamento terminal:
consumo local, UTAN: consumo associado ao ar novo, UTA: consumo local + ar novo.
ZONA - Este separador permite introduzir os dados de entrada para a determinação das potências térmi-
cas e necessidades térmicas de cada zona Z1 a Z12, calculadas nos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e
Z1q a Z12q (aquecimento), segundo a metodologia de cálculo apresentada no Apêndice A (potências) e no
Apêndice B (necessidades térmicas anuais). No presente trabalho, as zonas Z1 a Z10 correspondem a cargas
térmicas locais e as zonas Z11 a Z12 correspondem a cargas térmicas relativas ao ar novo da UTAN-VC e
UTAN-VA.
Dados de entrada
� Dados genéricos:
- zona climática
- classe de inércia
- factor concentração de perdas
� Condições higro-térmicas exteriores e interiores (do separador EQ_DADOS)
� Parâmetros geométricos de cada zona:
- área de implantação e pé-direito
- área da envolvente exterior e interior (paredes, envidraçados, cobertura,…)
- factor de correcção solar dos envidraçados (do separador FSolar40_90)
� Coeficientes de transmissão de calor (envolvente exterior e interior)
� Parâmetros de funcionamento por cada zona:
- Número de pessoas e respectivos ganhos de calor sensível e latente
- Potência da iluminação ambiente e de trabalho (e área de trabalho)
- Potência sensível e latente dos ganhos de calor dos equipamentos
- Possibilidade de ventilação natural ou mecânica
� Eficiência de ventilação dos equipamentos terminais (do separador EQ_DADOS)
� Eficiência de recuperação de calor de UTA/UTAN (do separador EQ_DADOS)
� Perfis de utilização anual relativo a ocupação, iluminação e equipamento (do separador DENS)
� Grau-dia de arrefecimento e aquecimento (do separador EQ_DADOS)
� Humidade-dia de desumidificação e humidificação (do separador EQ_DADOS)
FSolar40_90 - Este separador determina o factor solar do vidro e do vão envidraçado, de acordo com o
indicado no Apêndice A.
Z1f a Z12f - Estes separadores permitem determinar para cada zona Z1 a Z12 as potências térmicas de
arrefecimento e as necessidades térmicas anuais de arrefecimento, segundo a metodologia de cálculo apresen-
tada no Apêndice A (potências térmicas) e no Apêndice B (necessidades térmicas anuais).
Z1q a Z12q - Estes separadores permitem determinar para cada zona Z1 a Z12 as potências térmicas de
aquecimento e as necessidades térmicas anuais de aquecimento, segundo a metodologia de cálculo apresenta-
da no Apêndice A (potências térmicas) e no Apêndice B (necessidades térmicas anuais).
RSECE - Este separador contém os parâmetros de cálculo indicados no Apêndice A e no Apêndice B,
relativos ao Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) a serem utilizados nos separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q,
nomeadamente, diferenças efectivas de temperatura, ganhos solares mensais médios, factores inerciais de
ganhos solares (FIGV), factores inerciais dos ganhos de iluminação (FIGI), ganhos derivados da ocupação, entre
outros.
XXXV
RCCTE - Este separador contém os parâmetros de cálculo indicados no Apêndice B, relativos ao Decre-
to-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE) a serem utilizados nos separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q, nomeadamente,
duração média da insolação na estação de arrefecimento (M), energia solar incidente em superficie vertical orien-
tada a Sul na estação de aquecimento (Esul), ganhos solares mensais médios por estação de arrefecimento (G),
factor de inércia do edifício, entre outros.
DENS - Este separador contém os padrões de referência de utilização dos edifícios definidos no Decreto-
Lei n.º 79/2006 (RSECE) relativos à densidade de ocupação, iluminação e equipamento. Com base nos “Estabe-
lecimentos de saúde com internamento” são definidos os perfis de utilização anual utilizados nos dados de
entrada do separador ZONA.
Grafico-Resumo - Este separador apresenta em forma gráfica os resultados do separador RESUMO.
Grafico-CT - Este separador apresenta em forma gráfica os resultados do separador CT.
Figura J.1 – Diagrama de fluxos de informação de [consumos.xls]
Z1f Z1q
Z2f Z2q
. .
. .
. .
Z11f Z11q
Z12f Z12q
ZONA
RSECE
RCCTE
DENS
CT
CONS
POT_VC
POT_VC
CONS_VC
CONS_VA
POT_EQ
CONS_EQ
RESUMO
EQ_DADOS GD
CONS_bombas POT_EQ
XXXVI
Apêndice K – Carbono.xls: folha de cálculo
A folha de cálculo [carbono.xls], desenvolvida em Excel, permite determinar uma estimativa das
emissões de carbono médias e incerteza associada do ciclo de vida de sistemas ou produtos, durante
um período de 30 anos. O seu desenvolvimento foi, sobretudo, orientado para sistemas de climatiza-
ção, em particular para sistemas AVAC com equipamentos terminais do tipo ventiloconvector e do
tipo viga arrefecida.
A folha de cálculo é composta pelos separadores que de seguida se descrevem:
VC – Este separador permite calcular as emissões de carbono nas diferentes fases do ciclo de vida do sis-
tema com ventiloconvectores, de acordo com a metodologia indicada no capítulo 3.4 e com os parâmetros de
cálculo apresentados no capítulo 4.3.3.
VA – Este separador permite calcular as emissões de carbono nas diferentes fases do ciclo de vida do sis-
tema com vigas arrefecidas, de acordo com a metodologia indicada no capítulo 3.4 e com os parâmetros de
cálculo apresentados no capítulo 4.3.3.
RESUMO_VC – Este separador apresenta o resumo das emissões de carbono anuais médias do sistema
com ventiloconvectores, durante o período de 30 anos.
RESUMO_VA– Este separador apresenta o resumo das emissões de carbono anuais médias do sistema
com vigas arrefecidas, durante o período de 30 anos.
Ciclo_C – Este separador apresenta o comparativo de emissões de carbono anuais médias, durante o
período de 30 anos, entre os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas.
Analise_30anos – Este separador apresenta o comparativo de emissões de carbono globais e incerteza
associada para o período de 30 anos, entre os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas.