Nuno AC Fernandes - Analise Ees do software EnergyPlus · Dissertação para obtenção do Grau de...
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Nuno Alexandre Cerejo Fernandes
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Modelo de simulação dinâmica multizona à luz do
RSECE-Energia
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientador: Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho
Júri:
Presidente:
Prof. Doutor José Manuel Paixão Conde
Vogais:
Prof. Doutor Daniel Aelenei
Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho
Setembro de 2011
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Indicação de direitos de cópia / Copyright
A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito,
perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de
exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro
meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de repositórios
científicos e de admitir a sua cópia e distribuição com objectivos educacionais ou de
investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor e editor.
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Dedicatória e Agradecimentos
Gostaria de agradecer ao Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho por toda a ajuda e
acompanhamento que prestou ao longo da elaboração desta dissertação, sem os quais esta não teria
sido possível.
Um muito obrigado ao Prof. Doutor Daniel C. Vaz por ter apostado em mim durante o meu percurso
na FCT-UNL.
A special thank you to Professor Dr. Li, Yuan-Lu, retired Chair of Electrical Engineering at University
of Malaya, Malaysia, for all the time and help given in EnergyPlus.
Dedico esta dissertação a toda a minha família, por todo o apoio incondicional que me deu ao longo
de toda a vida, sem o qual nunca teria conseguido frequentar e concluir um curso superior.
À Maria, ao André Cunha, ao João, ao Hugo, à família Capote e à família Portela, ao Henri, à
Cristina, ao André Timóteo, ao Miguel, ao Flávio, à Patrícia, à Silvana, à Lúcia, ao Queiró, ao Simas, a
todos os amigos e amigas com quem tive o prazer de conviver em Eng. Física, em Eng. Mecânica e na
SCDEEC do Instituto Superior Técnico, e a todos os meus outros amigos, um enorme obrigado por todo
o apoio, por me terem feito aguentar os longos e duros anos de curso e por me terem proporcionado os
melhores momentos da minha vida. Todos eles valem mais que ouro.
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Resumo
Nesta dissertação expõe-se o estudo da eficiência energética de um dos quatro corpos que
constituem o edifício do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial, inserido no Campus da
Caparica da Universidade Nova de Lisboa.
A análise foi feita recorrendo a uma simulação dinâmica multizona, através do software EnergyPlus.
É feita uma descrição e uma análise crítica dos dados inseridos na simulação, em particular os
referentes à arquitectura e aos elementos construtivos do edifício; às unidades de climatização e
ventilação; e aos perfis de ocupação, iluminação e de utilização dos equipamentos.
Todo este processo teve como base os regulamentos do SCE, para lhe conferirem uma maior
fiabilidade e exactidão. O estudo terá maior incidência na aplicação do RSECE-Energia, já que se trata
de um grande edifício de serviços existente, com uma potência de climatização superior a 25 kW. O
RSECE-QAI é utilizado na análise dos caudais de ar novo. O RCCTE é aplicado nos pontos interligados
com o RSECE e também aplicado na íntegra, mas neste caso apenas como exercício académico.
Após o estudo dos consumos de energia primária simulados e do funcionamento simulado dos
sistemas de climatização, são propostas algumas soluções para o aumento da eficiência energética do
corpo do edifício.
Palavras-Chave: Eficiência Energética; EnergyPlus; RCCTE; RSECE.
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Abstract
The objective of this dissertation is to analyze the thermal performance of one of the four blocks of
the department building of mechanical and industrial engineering, which is located in the Campus of the
Universidade Nova de Lisboa, in Caparica, Portugal.
The analysis was performed using a multizone dynamic simulation through the software EnergyPlus.
A description and critical analysis of the data entered in the simulation was made, in particular those
related to architecture and construction elements of the building, the air conditioning and ventilation units,
and the occupancy profiles, lighting and equipment utilization.
All this process was made with the Portuguese regulations for building’s energy efficiency – SCE,
RSECE and RCCTE – in mind. The RSECE-Energia regulation applies to buildings which are climatized
with systems with power in excess of 25 kW. The RSECE-QAI is used to analyze the outdoor air
necessities. The RCCTE gives instructions to calculate the heat transfer between the outside and the
interior of the building.
Solutions to increase the module’s energetic efficiency are suggested, after the analysis of the
results of the building’s energy consumption.
Keywords: Energy Efficiency; EnergyPlus, RCCTE, RSECE.
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Índice de Matérias
1. Introdução à análise energética realizada .................................................................................... 1
1.1. Objectivos do trabalho .......................................................................................................... 1
1.2. Enquadramento da análise energética do corpo central do DEMI-UNL ............................... 2
1.3. Aplicabilidade da regulamentação ao corpo central do DEMI-UNL ...................................... 3
1.4. Localização do edifício .......................................................................................................... 6
1.5. Descrição breve do edifício ................................................................................................... 8
1.6. Descrição breve dos sistemas de climatização e componentes associados ..................... 16
1.7. Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica .................................................. 18
1.8. Estado actual das instalações de climatização ................................................................... 19
1.9. Breve descrição do software EnergyPlus ........................................................................... 23
2. Parâmetros para a simulação do corpo central do DEMI-UNL ................................................... 29
2.1. Parâmetros iniciais necessários para o EnergyPlus ........................................................... 29
2.2. Localização do edifício e ficheiro climático utilizado ........................................................... 32
2.3. Períodos de simulação ........................................................................................................ 32
2.4. Temperaturas no solo em contacto com o edifício ............................................................. 33
2.5. Schedules ............................................................................................................................ 34
2.6. Materiais de construção ...................................................................................................... 38
2.7. Materiais dos vãos envidraçados ........................................................................................ 39
2.8. Elementos construtivos do edifício...................................................................................... 41
2.9. Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas ............................ 42
3. Simulação dos sistemas de climatização ................................................................................... 53
3.1. Introdução à simulação realizada e dados relevantes dos sistemas .................................. 53
3.2. Definição dos perfis das zonas climatizadas ...................................................................... 55
3.3. Definição das zonas climatizadas ....................................................................................... 59
3.4. Parâmetros correspondentes aos ganhos internos ............................................................ 60
3.5. Trocas de ar entre zonas .................................................................................................... 63
3.6. Definição dos sistemas de climatização e do seu circuito de água quente ........................ 64
3.7. Definição dos componentes das UTV ................................................................................. 65
3.8. Definição dos componentes do circuito de água quente e das caldeiras ........................... 67
3.9. Definição de arrefecimento teórico para o corpo do edifício .............................................. 69
3.10. Produção de águas quentes sanitárias (AQS) .................................................................... 70
3.11. Análise dos resultados da simulação .................................................................................. 70
3.12. Cálculo e análise dos IEE e da classificação energética do corpo central ......................... 77
4. Breve estudo de soluções para o aumento da eficiência e conforto do edifício ......................... 81
5. Comentários finais ...................................................................................................................... 87
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6. Bibliografia ................................................................................................................................... 89
7. Anexos ........................................................................................................................................ 91
Anexo A – Telas finais da arquitectura do corpo central do DEMI ................................................. 91
Anexo B – Elementos construtivos das envolventes do edifício ..................................................... 95
Anexo C – Aplicação do RCCTE ao corpo central do DEMI-UNL ................................................ 105
Introdução .................................................................................................................................. 105
Localização e zoneamento climático do edifício do DEMI ........................................................ 106
Levantamento dos Espaços Não Úteis ..................................................................................... 106
Levantamento da Envolvente Exterior e Interior ....................................................................... 109
Paredes e pavimentos em contacto com o solo ........................................................................ 111
Pontes térmicas lineares (PTL) ................................................................................................. 113
Vãos envidraçados .................................................................................................................... 118
Ventilação .................................................................................................................................. 121
Inércia térmica ........................................................................................................................... 122
Ganhos internos ........................................................................................................................ 123
Resultados e análise das necessidades nominais de energia útil ............................................ 123
Utilização do software STE ....................................................................................................... 126
Resultados: Folhas de Cálculo do RCCTE ............................................................................... 127
Anexo D – Crítica aos programas utilizados ................................................................................. 151
Anexo E – Testes realizados no EnergyPlus ................................................................................ 157
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Índice de Figuras
Figura 1.1 – Diagrama explicativo dos passos a seguir numa análise energética segundo o RSECE. Retirado do ponto F.2 do documento [5]. ..................................................................................................... 4
Figura 1.2 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE .............................................................................. 6
Figura 1.3 – A menor distância do edifício ao litoral, segundo o site GoogleMaps.............................. 7
Figura 1.4 – Localização do edifício no terreno envolvente, segundo o site GoogleMaps. A imagem encontra-se alinhada segundo o eixo Norte-Sul, com a direcção Norte para cima. .................................... 7
Figura 1.5 – Pormenor da figura anterior, com a localização do edifício do DEMI realçada. .............. 8
Figura 1.6 – Desenho simplificado da composição do edifício do DEMI ............................................. 9
Figura 1.7 – Pormenor do corpo central do edifício do DEMI, em fotografia de satélite. Imagem retirada de GoogleMaps ................................................................................................................................ 9
Figura 1.8 – Pormenor das fachadas Oeste e Sul ............................................................................. 10
Figura 1.9 – Pormenor da fachada Este ............................................................................................. 10
Figura 1.10 – Pormenor da fachada Este ........................................................................................... 10
Figura 1.11 – Identificação de alguns elementos da envolvente exterior. ......................................... 11
Figura 1.12 – Localização dos passadiços no edifício ....................................................................... 12
Figura 1.13 – Passadiço “A” ............................................................................................................... 12
Figura 1.14 – Passadiço “B” ............................................................................................................... 12
Figura 1.15 – Passadiço “C” ............................................................................................................... 12
Figura 1.16 – Localização das zonas consideradas no Piso 1 do corpo do edifício analisado. ........ 14
Figura 1.17 – Localização das zonas consideradas no Piso 2 do corpo do edifício analisado. ........ 15
Figura 1.18 – Localização das zonas consideradas no Piso 3 do corpo do edifício analisado. ........ 15
Figura 1.19 – Localização das zonas consideradas no Piso 4 do corpo do edifício analisado. ........ 15
Figura 1.20 – Filtros usados retirados das UTV. ................................................................................ 21
Figura 1.21 – Filtros danificados retirados das UTV. ......................................................................... 21
Figura 1.22 – Cotovelo de tubagem danificado, com isolamento térmico exposto ao exterior. ......... 21
Figura 1.23 – Chaminé do ventilador VE6, com a UTV4 e a central térmica atrás. ........................... 21
Figura 1.24 – Ferrugem nas portas de acesso a uma UTV. .............................................................. 22
Figura 1.25 – Componentes das UTV danificados. ............................................................................ 22
Figura 1.26 – Vespas encontradas nas UTV. ..................................................................................... 22
Figura 1.27 – Componente cuja protecção está danificada. As ligações eléctricas ficaram então expostas ao exterior. ................................................................................................................................... 22
Figura 1.28 – Esquema simplificado do funcionamento modular do EnergyPlus. ............................. 24
Figura 1.29 – Loops considerados no EnergyPlus. ............................................................................ 25
Figura 1.30 – Aspecto da interface EP-Launch. ................................................................................. 26
Figura 1.31 – Programa IDF Editor ..................................................................................................... 27
Figura 2.1 – Parâmetros da classe Simulation Parameters e pormenor do parâmetro SimulationControl ........................................................................................................................................ 29
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Figura 2.2 - Formas de edifícios que o EnergyPlus considera como de geometria convexa (lado esquerdo) e não convexa (lado direito). ..................................................................................................... 31
Figura 2.3 – Parâmetros disponíveis da classe Location and Climate ............................................... 33
Figura 2.4 – Valores introduzidos no parâmetro Schedule:TypeLimits. ............................................. 34
Figura 2.5 – Exemplos de horários em Schedule:Compact. .............................................................. 37
Figura 2.6 – Fluxograma com os passos necessários para a criação de um horário em Schedule:Compact. ..................................................................................................................................... 37
Figura 2.7 – Vários campos preenchidos no parâmetro Material. ...................................................... 38
Figura 2.8 – Visualização de vários ângulos para lâminas de estores. À esquerda encontra-se sempre o ambiente exterior e à direita o vidro............................................................................................ 40
Figura 2.9 – Alguns elementos construtivos definidos no parâmetro Construction. .......................... 41
Figura 2.10 – Desenho do corpo do edifício em estudo e dos edifícios que lhe provocam sombreamento, em formato dxf, quando visualizado no programa gratuito DraftSight. ............................ 43
Figura 2.11 – Ordem de definição de pontos escolhida. .................................................................... 44
Figura 2.12 – Diferença da definição de pontos para duas zonas com referenciais distintos, usando um sistema de coordenadas absoluto (esquerda) ou dois sistemas relativos (direita). ............................. 44
Figura 2.13 – Parâmetros disponíveis na classe Thermal Zones and Surfaces. ............................... 45
Figura 2.14 – Imagens retiradas do documento Getting Started [14]. À esquerda vemos o edifício com todas as suas paredes exteriores e interiores definidas. À direita temos o mesmo edifício, apenas com as paredes exteriores e com elementos internos com uma dada massa interna equivalente à soma de todas as paredes interiores. ................................................................................................................... 47
Figura 2.15 – Imagem retirada do documento Getting Started [14]. Uma outra definição das zonas do edifício, intermédia entre as duas definições da figura anterior. ........................................................... 47
Figura 3.1 – Alguns dos valores introduzidos no parâmetro Sizing:Zone. ......................................... 60
Figura 3.2 – Reprodução da Tabela 13 e respectiva figura explicativa da referência [15]. ............... 61
Figura 3.3 – Excerto da Tabela 10 da referência [15]. ....................................................................... 62
Figura 3.4 - Exemplificação da situação real e da situação simulada para a ventilação dos corredores. .................................................................................................................................................. 63
Figura 3.5 – Valores inseridos no parâmetro Sizing:System. ............................................................. 64
Figura 3.6 – Valores inseridos no parâmetro Coil:Heating:Water. ..................................................... 66
Figura 3.7 – Valores introduzidos no parâmetro HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate. ........................ 67
Figura 3.8 – Valores inseridos no parâmetro Boiler:HotWater. .......................................................... 68
Figura 3.9 – Evolução das temperaturas do corredor do Piso 2 (P2 ENU) e dos seus espaços adjacentes, ao longo das 24 horas de um dia de Inverno. ......................................................................... 73
Figura 3.10 – Necessidades de aquecimento máximas, em W, para as zonas climatizadas do corpo central do edifício. ....................................................................................................................................... 73
Figura 3.11 – Evolução das temperaturas das zonas climatizadas pela UTV4, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro. ................................................................................................................................... 74
Figura 3.12 – Exigência máxima de energia (em J) para as várias baterias de aquecimento das UTV, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro. .................................................................................... 74
Figura 3.13 – Evolução anual da potência de consumo das caldeiras. ............................................. 76
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Figura 3.14 – Evolução das temperaturas de duas zonas – climatizadas apenas com free-cooling – e do ar exterior para o dia 23 de Julho. ...................................................................................................... 77
Figura 4.1 – Várias unidades individuais de arrefecimento ligadas às condutas da UTV6, possivelmente para colmatar as necessidades de arrefecimento da zona P3 Sala Computadores, que possuí ganhos internos de calor consideráveis. ......................................................................................... 82
Figura 4.2 – Uma das várias áreas da cobertura do edifício com potencial para a instalação de painéis solares e para aproveitamento de energia eólica. ......................................................................... 84
Figura 7.1 – Elementos mais comuns da envolvente exterior ............................................................ 95
Figura 7.2 – Pormenor da fachada do edifício.................................................................................... 95
Figura 7.3 – “Pavimentos Exteriores Ve37” ........................................................................................ 96
Figura 7.4 – Tipos de Pontes Térmicas Planas presentes no corpo central do edifício. ................... 96
Figura 7.5 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE .......................................................................... 106
Figura 7.6 – Pormenor do Quadro III.9 do RCCTE .......................................................................... 106
Figura 7.7 – Legenda para as figuras seguintes .............................................................................. 109
Figura 7.8 – Envolvente do Piso 1 .................................................................................................... 109
Figura 7.9 – Envolvente do Piso 2 .................................................................................................... 110
Figura 7.10 – Envolvente do Piso 3 .................................................................................................. 110
Figura 7.11 – Envolvente do Piso 4 .................................................................................................. 110
Figura 7.12 - «Tabela IV.2.2 – Valores de ψ de pavimentos em contacto com o terreno, com isolante térmico (W/m˚C)» ...................................................................................................................................... 112
Figura 7.13 – Localização dos vários tipos de pavimento em contacto com o solo ........................ 112
Figura 7.14 – Ponte Térmica Linear de Tipo A, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 114
Figura 7.15 – Exemplificação da PTL de locais aquecidos sobre não aquecidos. .......................... 115
Figura 7.16 – Ponte Térmica Linear de Tipo C, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 116
Figura 7.17 – Ponte Térmica Linear de Tipo D, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 116
Figura 7.18 – Ponte Térmica Linear de Tipo F, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 117
Figura 7.19 – Extracto do Quadro III.2 A do ITE 50 [10]. ................................................................. 119
Figura 7.20 – Exemplo de transferência de calor previamente armazenado num elemento construtivo. ................................................................................................................................................ 122
Figura 7.21 – Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia útil. ................................................................................................................................................ 125
Figura 7.22 - Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia primária. ....................................................................................................................................... 125
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Índice de Tabelas
Tabela 1.1 – Lista das Zonas, do corpo central do edifício, consideradas nesta dissertação. .......... 14
Tabela 3.1 – Breve descrição das zonas consideradas na simulação. .............................................. 54
Tabela 3.2 – Valores das UTV relevantes para a simulação. ............................................................ 54
Tabela 3.3 – Diferenças entre os perfis utilizados na simulação e os nominais do RSECE. ............ 58
Tabela 3.4 – Resultados da simulação para os vários consumos energéticos do corpo estudado... 71
Tabela 3.5 – Valores das áreas, utilizações e IEE de referência para as várias zonas do corpo estudado...................................................................................................................................................... 78
Tabela 7.1 - Tabela resumo com a descrição das ENU consideradas para o corpo central do edifício. ...................................................................................................................................................... 108
Tabela 7.2 – Tipos de paredes e pavimentos em contacto com o solo e respectivas cotas Z. ....... 112
Tabela 7.3 – Valores das perdas de calor pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo .. 113
Tabela 7.4 – Tabela com os valores das perdas associadas às PTL. ............................................. 118
Tabela 7.5 – Necessidades globais de energia útil e primária segundo a metodologia do RCCTE. .................................................................................................................................................................. 124
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Lista de Abreviaturas, Siglas e Símbolos
η – eficiência nominal de um sistema
Ψ – coeficiente de transmissão térmica linear [W/(m.ºC)]
Aext – área da superfície envolvente exterior [m2]
Ai – área de elemento que separa um espaço útil de um espaço não útil [m2]
Aint – área da superfície envolvente interior [m2]
Ap – área útil de pavimento [m2]
Au – área de elemento que separa um espaço não útil do exterior [m2]
ep – espessura entre panos de uma parede dupla [m]
Eren – contribuição de energias renováveis (excepto solar térmica) para a preparação de AQS [kWh/ano]
Esolar – contribuição de sistemas de colectores solares para a preparação de AQS [kWh/ano]
Fp – factor de conversão de energia útil para energia primária [kgep/kWh]
GD – número de graus-dia [ºC.dias]
IEE – Indicador de Eficiência Energética [kgep/(m2.ano)]
kgep – quilograma equivalente de petróleo
Nac – necessidades nominais de energia para preparação de AQS [kWh/(m2.ano)]
NI1 – valor máximo das necessidades de aquecimento para a zona de referência I1 [kWh/(m2.ano)]
Nic – necessidades nominais de aquecimento [kWh/(m2.ano)]
NIi ou Ni – valor máximo das necessidades de aquecimento para a zona do edifício [kWh/(m2.ano)]
Nt – valor máximo das necessidades nominais globais de energia primária [kgep/(m2.ano)]
Ntc –necessidades nominais globais de energia primária [kgep/(m2.ano)]
NV1 – valor máximo das necessidades de arrefecimento para a zona V1Norte [kWh/(m2.ano)]
NVc – necessidades nominais de arrefecimento [kWh/(m2.ano)]
NVi ou Nv – valor máximo das necessidades de arrefecimento para a zona do edifício [kWh/(m2.ano)]
Qa – consumo de energia útil para o aquecimento de AQS [kWh/ano]
Qaq – consumo de energia primária dos sistemas de aquecimento [kgep/ano]
Qarr – consumo de energia primária dos sistemas de arrefecimento [kgep/ano]
Qoutros – consumo de energia primária dos sistemas de iluminação, equipamento, etc. [kgep/ano]
Rse – resistência térmica superficial exterior [(m2.ºC)/W]
Rsi – resistência térmica superficial interior [(m2.ºC)/W]
U – coeficiente de transmissão térmica de um elemento da envolvente [W/(m2.ºC)]
Uw – coeficiente de transmissão térmica para vãos envidraçados [W/(m2.ºC)]
Uwdn – coeficiente de transmissão térmica para vãos envidraçados com dispositivos de oclusão nocturna [W/(m2.ºC)]
V – volume útil interior [m3]
Z – cota do terreno exterior em relação aos pavimentos interiores [m]
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ADENE – Agência para a Energia
AQS – Águas Quentes Sanitárias
ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
COP – Coefficient Of Performance: eficiência nominal de uma bomba de calor
DEMI – Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial
EER – Energy Efficiency Ratio: eficiência energética nominal de um equipamento de climatização
FCT – Faculdade de Ciências e Tecnologia
FF – Factor de Forma
GPL – Gás de Petróleo Liquefeito
IDF – Input Data File (ficheiro de entrada do EnergyPlus)
PQ – Perito Qualificado
PRE – Plano de Racionalização dos consumos Energéticos
PTL – Pontes Térmicas Lineares
PTP – Pontes Térmicas Planas
QAI – Qualidade de Ar Interior
RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios
RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
SCE – Sistema nacional de Certificação Energética e da qualidade do ar interior nos edifícios
UNL – Universidade Nova de Lisboa
URE – Utilização Racional de Energia
UCA – Unidade Condicionadora Autónoma
UTA – Unidade de Tratamento de Ar
UTV – Unidade de TermoVentilação
VE – Ventilador de Extracção
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 1
1. Introdução à análise energética realizada
1.1. Objectivos do trabalho
Perante a actual conjuntura económica e social, o futuro próximo adivinha-se pobre em termos de
novos edifícios. Em contrapartida, o parque já edificado – quer o habitacional, quer o de serviços – tem
muito que caminhar, como se constata no presente estudo, no que toca a colmatar erros cometidos em
projecto, execução e manutenção, de forma a melhorar a performance térmica e a redução dos
consumos energéticos do sector.
O presente trabalho insere-se nesta temática, tendo como objectivo a análise da eficiência
energética do corpo central do edifício do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI),
que se situa no campus da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Nova de Lisboa
(UNL). Esta análise foi realizada com recurso a uma simulação dinâmica multizona, no software
EnergyPlus (Departamento de Energia dos Estados Unidos da América), com o objectivo de calcular os
consumos energéticos e propor soluções para a redução destes, sem sacrifício do conforto interior.
Os principais passos do trabalho foram, resumidamente, os seguintes:
· Visita ao edifício;
· Recolha de todas as informações disponíveis (telas finais, esquemas de AVAC, memórias
descritivas, entre outras);
· Análise da arquitectura e dos elementos construtivos;
· Análise e inspecção dos sistemas de climatização e de ventilação;
· Estudo dos perfis de ocupação, utilização de equipamentos e de iluminação;
· Construção do ficheiro de simulação em EnergyPlus;
· Análise e crítica aos resultados da simulação;
· Estudo breve sobre propostas de melhoria da eficiência energética.
Toda esta análise foi feita seguindo as recomendações feitas pelos regulamentos do SCE (Sistema
nacional de Certificação Energética e da qualidade do ar interior nos edifícios) [1]. Como exercício e
também para aumentar a relevância do trabalho, fez também parte dos objectivos do trabalho estudar
em pormenor o edifício à luz do RCCTE [3], estudo esse que se apresenta no Anexo C.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
2 Nuno A. Cerejo Fernandes
1.2. Enquadramento da análise energética do corpo central do DEMI-UNL
Hoje em dia já praticamente não se coloca em questão a necessidade de reduzir os consumos
energéticos e, subsequentemente, o consumo de energia primária – em particular do petróleo. Essa
necessidade tem-se tornado cada vez mais urgente nos países industrializados, em particular nos países
europeus. A Europa depende actualmente de tal forma do abastecimento de energias primárias oriundas
de países estrangeiros, que se está a tornar refém destes a nível energético. Em 2009 53,9% da energia
primária consumida na Europa foi importada1.
A Segurança de Abastecimento fica pois colocada em perigo, sendo um bom exemplo disso a
situação que ocorreu em Janeiro de 2006, quando o fornecimento de gás à Ucrânia por parte da Rússia
foi cortado, o que causou fortes perturbações ao gás fornecido à Europa. A Alemanha e Reino Unido
enfrentaram o risco de não poderem aquecer as suas habitações no Inverno2. Acrescente-se que, ao
longo da História recente, as relações entre a Europa e os países exploradores de crude (e.g. Rússia,
países árabes e sul-americanos) foram sempre muito tensas ou até mesmo de guerra, o que a coloca
numa situação muito sensível e desconfortável a nível político e económico.
Não é de admirar então que nos últimos anos tenham surgido medidas na União Europeia com o
objectivo de reduzir e controlar os consumos energéticos. Uma delas passou pela regulamentação dos
consumos energéticos dos edifícios, quer habitacionais quer de serviços, já que estes são responsáveis
por, sensivelmente, 40% do consumo de energia e de 36% das emissões de dióxido de carbono da
comunidade europeia3.
Portugal adaptou os regulamentos que possuía de encontro ao estipulado a nível europeu pela
Directiva 2002/91/CE, de 16 de Dezembro de 2002. É então criado, em 4 de Abril de 2006, o SCE [1] –
Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios. Este assegura a
aplicação de dois regulamentos: RSECE e RCCTE. O RSECE [2] – Regulamento dos Sistemas
Energéticos e de Climatização dos Edifícios –,é separado nas vertentes Energia e Qualidade do Ar
Interior (QAI). A primeira incide nos sistemas de climatização, no seu estado de manutenção e nos
consumos, enquanto a segunda incide na fiscalização das concentrações de partículas e agentes
patológicos e nocivos no ar interior, assim como do funcionamento e manutenção dos mecanismos de
remoção e eliminação destes.
O RCCTE [3] – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios –,
regulamenta a qualidade térmica da construção de edifícios.
1 Fonte: European Commission Eurostat (http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/
Energy_production_and_imports). 2 Fontes: Reuters (http://www.reuters.com/article/2009/01/07/uk-russia-ukraine-gas-factbox-
idUKTRE5062Q520090107?sp=true) BBC News (http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/8083511.stm ; http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/8179461.stm) 3 Fonte: European Commission (http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm)
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Nuno A. Cerejo Fernandes 3
A aplicação dos regulamentos, a fiscalização do cumprimento da certificação energética e a
formação de peritos qualificados que a vão realizar é assegurada pela ADENE (Agência para a Energia).
1.3. Aplicabilidade da regulamentação ao corpo central do DEMI-UNL
Refere-se novamente que toda a análise feita neste trabalho segue as recomendações feitas pelos
regulamentos RSECE e RCCTE. A aplicabilidade destes não é idêntica, sendo utilizados consoante o
edifício a ser analisado. Merece então ser analisada a aplicabilidade da regulamentação ao edifício em
estudo neste trabalho.
Antes de mais é necessário frisar que os regulamentos distinguem os edifícios novos e os
existentes, assim como os grandes edifícios de serviços, os pequenos e os de habitação. Estes
consideram que um edifício será existente caso a data de entrada do seu projecto de licenciamento seja
anterior a 4 de Julho de 2006. Consideram como grandes edifícios aqueles que não se destinem a
habitação e que tenham uma área superior a 1000 m2 (ou 500 m2 para centros comerciais,
hipermercados, supermercados e piscinas cobertas), ou que tenham uma potência dos sistemas de
climatização superior a 25 kW.
O corpo em estudo – o corpo central do edifício do DEMI – foi construído em 1997, possui mais de
2200 m2, possui uma potência de climatização superior a 25 kW e será tratado como uma fracção
autónoma do edifício, pelo que então é um edifício grande e existente, e o regulamento aplicável será o
RSECE (ao invés do RCCTE, que deve ser aplicado para edifícios pequenos e com potências de
climatização inferiores ao limite de 25 kW). Os requisitos exigidos ao edifício serão não só de consumo
energético como também de Qualidade de Ar Interior (QAI).
Para a análise à luz do RSECE é necessário encontrar o consumo energético do edifício, através da
consulta das facturas energéticas deste, caso seja existente e estas sejam fiáveis, ou através de
simulação, e compará-lo com o consumo teórico, considerado como aceitável pelo regulamento, para a
utilização específica desse edifício.
Caso não existam facturas, o edifício seja novo ou caso o limite considerado aceitável seja
ultrapassado, deve-se realizar um modelo de simulação detalhada para simular o edifício sob condições
reais ou nominais, de forma a obter os seus consumos energéticos. Se ainda assim o consumo
calculado se mantém superior aos níveis permitidos pelo RSECE, deverão ser propostas melhorias.
Todo este processo é esquematizado na Figura 1.1 (note-se que PRE, uma denominação utilizada nos
regulamentos, significa Plano de Racionalização dos consumos Energéticos, onde são apresentadas
propostas de melhorias da eficiência energética).
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Além disso deve-se também comprovar que a manutenção dos sistemas e instalações de
climatização está a ser devidamente realizada e que garante a QAI e propor, caso seja possível e/ou
necessário, melhorias com viabilidade económica4.
Para realizar esta comparação entre os consumos reais ou simulados e o consumo esperado
teórico estipulado nos regulamentos é necessário recorrer aos Indicadores de Eficiência Energética, ou
IEE. Estes são calculados com base em padrões de utilização, englobando a totalidade dos consumos
de energia final – iluminação, equipamentos, climatização, AQS, elevadores, etc. – e são convertidos
para unidades de energia primária – kgep/m2.ano –, utilizando para tal os factores de conversão (Fp),
definidos nos regulamentos, para a o mix de energia primária nacional. Estes são, à data de realização
desta dissertação5, 0,29 kgep/kWh para a electricidade e 0,086 kgep/kWh para combustíveis sólidos,
líquidos e gasosos. Quanto maior for o valor do IEE calculado, maior será o consumo energético e,
assim, menor será a eficiência energética do edifício em estudo.
Figura 1.1 – Diagrama explicativo dos passos a seguir numa análise energética segundo o RSECE.
4 A viabilidade económica é um ponto a que é dada muita importância nos regulamentos. Embora estes
tenham o objectivo de tornar todos os edifícios mais “ecológicos” e com menores consumos de energia, não o fazem cegamente, analisando sempre se as melhorias terão um retorno económico viável.
5 Note-se que estes valores podem ser alterados por portaria.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 5
Como se pode observar na Figura 1.1, existem 3 tipos de IEE:
- IEE real: retrata o consumo específico real do edifício, que é obtido através da análise de facturas
energéticas ou por recurso a simulação do seu consumo com perfis reais de utilização do edifício. Caso
seja obtido pelas facturas, o consumo de energia anual tem de ser calculado com base na média dos
consumos dos três anos anteriores à análise, para ter em conta as variações do clima que ocorrem.
- IEE nominal: retrata o consumo específico nominal do edifício, sendo obtido através de
simulação, utilizando os perfis nominais de utilização do edifício, definidos no Anexo XV do RSECE.
Note-se a diferença entre os perfis usados para a simulação do IEE real e para a simulação do IEE
nominal.
- IEE de referência: tal como o nome indica, servem de referência para comparação com os
valores de IEE reais e nominais. São definidos no RSECE, no Anexo X para edifícios existentes e no
Anexo XI para edifícios novos, e retratam qual o consumo considerado aceitável para a função ou
actividade especifica desenvolvida no edifício. Existem ainda valores alternativos para algumas tipologias
de edifícios no Anexo XII. Estes podem ser usados pelos projectistas sempre que lhes for mais favorável
para comparar e/ou para melhorar a classificação energética do edifício.
Para o cálculo do IEE real através de análise com simulação (e também do IEE nominal), utiliza-se
a seguinte fórmula6:
(1.1)
Onde Ap é a área útil de pavimento; Qaq, Qarr e QOutros são o consumo de energia primária dos
sistemas de aquecimento, arrefecimento e de outros sistemas – como a iluminação e o equipamento –,
respectivamente, em kgep/ano; NI1 e NV1 representam as necessidades máximas de aquecimento e de
arrefecimento, respectivamente, em kWh/m2.ano permitidas pelo RCCTE para o edifício em estudo, se
este se situasse na zona de referência I1-V1Norte (com 1000 graus-dia de aquecimento e 160 dias de
duração da estação de aquecimento); NIi e NVi são similares às variáveis anteriores, com a diferença de
agora serem respeitantes para o edifício em estudo para a zona em que ele de facto se encontra.
Estes últimos índices entram na equação para, como consta no Anexo IX do RSECE, ter «em conta
as diferenças de necessidades de aquecimento ou de arrefecimento derivadas da severidade do clima,
corrigidas pelo grau de exigência na qualidade da envolvente aplicável a cada zona climática, mesmo
que o edifício não esteja sujeito às exigências do RCCTE». Ou seja, fazem uma correcção para que os
edifícios que se situem em locais com clima mais exigente em termos de aquecimento e arrefecimento,
não sejam indevidamente penalizados por necessitarem de consumos mais elevados para a sua
6 cf. pág. 2440 do RSECE, referência [2].
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climatização. Relembre-se que quanto maior for o IEE do edifício, menor será a sua eficiência
energética.
Os índices Ni e Nv são calculados como consta no Capítulo V, Artigo 15º do RCCTE e serão
explicados em maior detalhe mais à frente. Os valores de Ni são calculados através de fórmulas que
dependem do factor de forma do edifício, ou seja, o quão este é compacto (e.g.: com muitos pisos de
área reduzida) ou esbelto (e.g.: um único piso de área elevada), e dependem da zona climática em que o
edifício se encontra (mais especificamente do número de Graus-Dia). Os valores possíveis de Nv
encontram-se tabelados e dependem apenas da zona climática.
1.4. Localização do edifício
O edifício em estudo situa-se no Monte da Caparica, no concelho de Almada, à altitude de
aproximadamente 98 m e a uma distância de cerca de 3,6 km do litoral (cf. Figura 1.3). Em termos da
exposição e da envolvente do local, considera-se que o edifício se encontra no limite de uma zona
urbana, já que se encontra inserido no que pode ser considerado como o último alinhamento de edifícios
da sua zona (cf. Figura 1.4). Além disso este encontra-se exposto em (pelo menos) uma das suas
fachadas (cf. Figura 1.5).
Como já se viu, é relevante saber qual é o zoneamento climático considerado nos regulamentos para
este local. Do artigo 1.1 do Anexo III do RCCTE sabemos que a zona climática de Inverno de Almada
será I1 e a de Verão será V1 Sul. Consultando o Quadro III.1 do RCCTE obtemos os dados climáticos
relevantes para o concelho de Almada:
Figura 1.2 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE
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Figura 1.3 – A menor distância do edifício ao litoral, segundo o site GoogleMaps
Figura 1.4 – Localização do edifício no terreno envolvente, segundo o site GoogleMaps. A imagem encontra-se alinhada segundo o eixo Norte-Sul, com a direcção Norte para cima.
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Figura 1.5 – Pormenor da figura anterior, com a localização do edifício do DEMI realçada.
1.5. Descrição breve do edifício
O edifício em estudo, um estabelecimento de ensino superior, está afecto ao Departamento de
Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI), no Campus da Caparica da Universidade Nova de Lisboa
(UNL). Trata-se então de um grande edifício de serviços, que possuí várias salas de aula e de estudo,
gabinetes, instalações sanitárias, salas de computadores, laboratórios e respectivas áreas técnicas e
arrumos e ainda um bar.
Além das telas finais relevantes foram também recolhidas e analisadas as memórias descritivas do
projecto de arquitectura do edifício e do sistema de climatização, em particular as correspondentes ao
corpo central do edifício. Foram também realizadas várias visitas ao local para confirmar as informações
que, como se verá mais à frente, se encontraram algumas vezes imprecisas, desactualizadas ou até
incorrectas.
Citando a Memória Descritiva do Projecto de Arquitectura deste, «o edifício é composto por 4
módulos que se articulam segundo uma ordem que obedece a um plano funcional interno». O módulo ou
corpo central do edifício, aquele ao qual se vai efectuar a análise energética, está assinalado na Figura
1.6. Este corpo tem uma área útil de cerca de 2237 m2. A área total ronda os 3045 m2.
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Figura 1.6 – Desenho simplificado da composição do edifício do DEMI
Figura 1.7 – Pormenor do corpo central do edifício do DEMI, em fotografia de satélite. Imagem retirada de GoogleMaps
Na Figura 1.7 observamos que o corpo se encontra alinhado segundo o eixo Este-Oeste, estando a
sua fachada principal virada para Este. Preste-se particular atenção à orientação do corpo nas figuras
anteriores, com a direcção Norte para a direita, já que vai ser esta a orientação por defeito nas
representações futuras deste nesta dissertação, dado que é a adoptada nos desenhos das telas finais do
edifício.
O corpo do edifício desenvolve-se em 4 pisos e uma cobertura onde se encontra a área técnica dos
sistemas de climatização e AQS, visíveis na fotografia de satélite. Como se pode ver nas figuras
seguintes, as paredes exteriores são na sua maioria revestidas com tijolo ou rebocadas com areia fina e
pintadas de cor branca. Encontram-se ainda vários vãos envidraçados exteriores.
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Figura 1.8 – Pormenor das fachadas Oeste e Sul
Figura 1.9 – Pormenor da fachada Este
Figura 1.10 – Pormenor da fachada Este
Embora o edifício do DEMI, e em especial o corpo central, tenha na sua envolvente exterior pelo
menos onze soluções construtivas diferentes (cf. Anexo B), as que representam a maior percentagem de
área, e assim as responsáveis por praticamente todas as trocas de calor com o exterior, são as
representadas nas figuras anteriores e que são classificadas na Figura 1.11. Algumas das soluções
construtivas apresentam pequenas diferenças, que não se repercutem significativamente no valor do
coeficiente de transmissão térmica, U. Assim fez-se um esforço por as agrupar no menor número
possível de grupos ou tipos.
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Figura 1.11 – Identificação de alguns elementos da envolvente exterior.
Segundo a definição do RCCTE, “«Coeficiente de transmissão térmica de um elemento da
envolvente» é a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária
desse elemento da envolvente por unidade de diferença de temperatura entre os ambientes que ele
separa”. Explicando de outra forma, note-se que a unidade deste coeficiente U é W/m2.ºC, ou seja, o
valor deste coeficiente indica-nos a quantidade de calor, em W, que é “trocada” entre o interior e o
exterior do edifício através de um dado elemento construtivo, por cada metro quadrado (m2) deste e por
cada diferença de um grau (ºC) entre a temperatura do ar interior e do ar exterior. Um elemento que
fosse um isolante ideal teria um valor nulo. Este coeficiente já tem em consideração os fenómenos
convectivos que ocorrem no contacto entre o ar interior e exterior com as faces periféricas dos elementos
construtivos.
O estudo da composição dos vários elementos construtivos das envolventes exterior e interior
encontra-se no Anexo B.
Como seria de esperar, os regulamentos estipulam7 que as análises energéticas são feitas sempre
para uma fracção autónoma, e não para uma parte desta apenas8, sendo que cada uma deverá ter
contador(es) de energia próprio e exclusivo. Surgem então dificuldades em analisar apenas um corpo
separado dos vários que constituem o edifício, já que essa situação não está prevista nos regulamentos.
No entanto, aquando da formulação do tema desta dissertação, foi considerado que não seria possível
conseguir no tempo útil para uma única dissertação realizar a análise energética para todo o edifício.
Esta dissertação trata então do corpo que possui, com diferença considerável, a maior área
7 cf. Capítulo I, Artigo 2º, pp. 2418-2419 do RSECE. 8 Excepto no caso de uma pequena intervenção de reabilitação num edifício existente - cf. Capítulo I, Artigo 2º,
nº4, pág. 2419 do RSECE.
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(aproximadamente metade de todo o edifício), o maior número de soluções construtivas e o que tem
maior número de tipos de utilização diferentes dos 4 corpos que constituem o edifício.
A separação do corpo central dos restantes corpos do edifício coincide sempre com passadiços
envidraçados (cf. figuras seguintes). Esta separação não pode ser levada à letra pois faria com que os
halls de cada piso conectassem directamente com o exterior, afastando bastante da realidade as
características térmicas do edifício. Não se pode considerar que as portas de acesso aos passadiços
estejam quase sempre fechadas porque na realidade acontece exactamente o contrário, além de que o
passadiço C (Figura 1.15) não as possui na ligação ao corpo central. Decidiu-se então substituir as
zonas de entrada de cada passadiço por um envidraçado idêntico aos presentes neste, ou seja, a
entrada do passadiço é como que bloqueada por um envidraçado, que por sua vez irá conectar com o
exterior. Pressupõe-se então que os ganhos solares e as trocas de calor por condução pelos
envidraçados dos passadiços são semelhantes aos que ocorrem através desse único envidraçado
introduzido, que as janelas dos passadiços se encontram sempre fechadas e que no geral estes não
provocam impacto significativo na temperatura interior dos corredores.
Figura 1.12 – Localização dos passadiços no edifício
Figura 1.13 – Passadiço “A”
Figura 1.14 – Passadiço “B”
Figura 1.15 – Passadiço “C”
As figuras e tabela que se seguem descrevem a divisão das zonas do corpo do edifício que foi
considerada para esta dissertação. As divisões foram feitas unindo as zonas que, tendo utilização,
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ganhos solares e cargas internas semelhantes, apenas são separadas por paredes interiores. Como se
verá mais à frente, esta simplificação não provoca erros consideráveis na simulação e é até
recomendada. Os espaços que têm a designação “ENU” são considerados como sendo Espaços Não-
Úteis e/ou espaços não climatizados. A definição do que é um espaço deste tipo é dada pelo RCCTE9:
“«Espaço não útil» é o conjunto dos locais fechados, fortemente ventilados ou não, que não se
encontram englobados na definição de área útil de pavimento e que não se destinam à ocupação
humana em termos permanentes e, portanto, em regra, não são climatizados. Incluem-se aqui
armazéns, garagens, sótãos e caves não habitados, circulações comuns a outras fracções autónomas
do mesmo edifício, etc. Consideram-se ainda como espaços não úteis as lojas não climatizadas com
porta aberta ao público.”
Como os corredores e as instalações sanitárias não são climatizados – as instalações sanitárias
possuem apenas extracção de ar, pelo que (caso as suas janelas estejam fechadas, tal como é
esperado em projecto) apenas receberão ar vindo dos corredores/hall de cada piso –, decidiu-se
simplificar a simulação destes espaços, unindo as instalações sanitárias aos corredores. Como o seu
comportamento, para efeitos de simulação, acaba por ser idêntico ao dos ENU, utilizou-se a mesma
denominação para os identificar.
No Anexo A encontram-se representações das telas finais do corpo central. É importante frisar que
o edifício não se encontra como foi projectado nestas. Na área onde se encontra a zona P3 Aulas,
existiam originalmente duas zonas, separadas por uma parede interior, idênticas às zonas P4 Aulas e P4
Lab. Existem também algumas palas de sombreamento e grelhas nas telas finais que não chegaram a
ser construídas. Outras incongruências vão ser referidas e analisadas ao longo desta dissertação.
Actualmente estão a ser construídas e/ou projectadas novas salas e novos gabinetes, com paredes
interiores divisórias dentro de algumas zonas do corpo do edifício. Como se desconhece e é difícil de
prever como estas salas e gabinetes irão funcionar, decidiu-se omitir estas zonas. Em análises
energéticas futuras ao edifício, estas novas zonas terão de ser analisadas com atenção.
9 cf. RCCTE, Anexo II, alínea z), pág. 2476
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Tabela 1.1 – Lista das Zonas, do corpo central do edifício, consideradas nesta dissertação.
Designação dada à Zona
Piso Denominação mais conhecida das salas que constituem a zona
Utilização
P1 C Telefonica 1 Central Telefónica Armazena os servidores telefónicos e informáticos do edifício
P1 Labs 1 Laboratório de Termodinâmica Aplicada Laboratório
P2 Bar 2 Bar Girassol Pronto-a-comer
P2 Gabs 2 Recepção e Enfermaria Gabinetes (com reduzida utilização)
P2 Labs Ala Direita 2 Laboratório de Tecnologia Mecânica (soldadura)
Laboratório onde se realizam, entre outros, trabalhos de soldadura
P2 Labs Ala Esquerda
2 Labotatório de Tecnologia Mecânica (maquinação)
Laboratório onde se realizam, entre outros, trabalhos de torneamento e fresagem
P3 Ala Esquerda 3 Sala de estudo do Piso 3 + Sala 3.8 Salas de aula
P3 Aulas 3 Sala 3.9 (Auditório) Sala de aula
P3 Gabs 3 Secretaria do Piso 3 + Reprografia + Direcção Gabinetes
P3 Sala Computadores
3 Laboratório de Desenho Assistido por Computador
Sala de aulas assistidas por computador
P4 Ala Esquerda 4 Sala de estudo do Piso 4 + Sala 4.8 + Sala 4.6 Salas de aula
P4 Aulas 4 Sala 4.7 Sala de aula
P4 Gabs 4 Secretaria do Piso 4 + Gabinetes de professores
Gabinetes
P4 Labs 4 Laboratório de Automação Industrial Laboratório
P4 Sala Computadores
4 Laboratório de Engenharia e Gestão Industrial Sala de aulas assistidas por computador
P1 ENU 1 Corredores e WC do piso 1 + Armazéns anexos
Espaço comum não climatizado
P2 ENU 2 Corredores e WC do piso 2 + Arrecadação de limpezas
Espaço comum não climatizado
P3 ENU 3 Corredores e WC do piso 3 Espaço comum não climatizado
P4 ENU 4 Corredores e WC do piso 4 Espaço comum não climatizado
Figura 1.16 – Localização das zonas consideradas no Piso 1 do corpo do edifício analisado.
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Figura 1.17 – Localização das zonas consideradas no Piso 2 do corpo do edifício analisado.
Figura 1.18 – Localização das zonas consideradas no Piso 3 do corpo do edifício analisado.
Figura 1.19 – Localização das zonas consideradas no Piso 4 do corpo do edifício analisado.
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1.6. Descrição breve dos sistemas de climatização e componentes associados
O projecto de climatização para o edifício, segundo a memória descritiva deste10, teve em conta «as
exigências técnicas das diversas especialidades envolvidas, características construtivas, condicionantes
internas e externas, exigências funcionais e de horário, e a intenção de obter instalações de bom
rendimento energético», assim como a facilidade de manutenção das instalações e uma preocupação
com os custos de investimento e de exploração.
Ainda segundo a memória descritiva, o rendimento energético esteve também em mente no
projecto de arquitectura: «A integração da arquitectura e das técnicas de construção, e de elementos
passivos, com destaque para o sombreamento e orientações, proporcionam a melhoria de condições de
conforto, sem aumentos de consumos energéticos».
As instalações térmicas foram projectadas de forma centralizada, para que seja menor o custo de
equipamentos centralizados de maior potência do que múltiplos equipamentos com menor capacidade.
Os sistemas de climatização encontram-se então na cobertura do edifício. A central térmica e todos os
seus sistemas adjacentes, incluindo os de armazenamento e envio de água quente, encontram-se
agrupados numa central térmica, por cima do corpo das escadas do edifício. Todas as unidades
responsáveis pelo aquecimento e ventilação do ar encontram-se distribuídas de forma organizada nas
coberturas dos corpos do edifício.
O sistema de climatização que serve o corpo central do edifício é constituído por cinco unidades de
termoventilação – UTV11 –, duas unidades de ar condicionado, denominadas por Unidades
Condicionadoras Autónomas – UCA –; e respectivas tubagens do circuito de água quente e do ar.
Cada uma das UTV é constituída por um ventilador de recirculação/extracção na sua entrada, uma
caixa de mistura com admissão, rejeição e recirculação de ar, uma secção de filtragem, uma bateria de
aquecimento a água quente e um outro ventilador de insuflação na saída.
As UTV têm uma estrutura em perfilado de aço, soldado, revestidas exteriormente com painéis de
chapa de aço galvanizado, com isolamento térmico e acústico a lã mineral, com espessura de 25mm e
dupla parede. As secções de filtragem são constituídas por pré-filtro e filtro de bolsas, com uma
eficiência de 90% gravimétrico e 65% opacimétrico (dados de projecto).
As baterias de aquecimento são de circulação forçada de água em tubo de cobre sem costura,
expandido em alhetas de alumínio com lâminas contínuas montadas em plenos paralelos.
10 Como consta nos projectos de arquitectura e de climatização do edificio do DEMI, efectuado pela empresa
GITAP. 11 Será usada a designação UTV em vez de UTA (Unidade de Tratamento de Ar) dado que as unidades
apenas têm aquecimento, não tendo arrefecimento nem controlo do nível de humidade do ar.
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As condutas de ar são em chapa de aço galvanizado. Estas podem ser de forma rectangular,
circular rígida ou circular flexível. Têm isolamento térmico com manta de lã mineral de 30 mm de
espessura e massa volúmica de 40 kg/m3 sempre que estas sejam de insuflação e tenham contacto
directo com o exterior ou contactem com o interior dos tectos falsos. As tubagens de extracção e
recirculação e as de insuflação que forneçam zonas sem tecto falso não terão isolamento térmico.
Para fornecer a água quente necessária para o funcionamento das baterias de aquecimento das
UTV, existe um circuito de água quente, que liga as baterias à central térmica. O aquecimento da água
na central térmica é realizado por duas caldeiras, que funcionam a queima de gás de tipo GPL. Estas
estão preparadas para receber gás natural, como era esperado no projecto que a Faculdade fosse mais
tarde abastecida, mas até hoje tal não aconteceu.
As caldeiras de produção de água quente são do tipo monobloco, com tubos de fumo horizontais,
de tripla passagem, construídas em chapa de aço, isoladas termicamente por mantas, com protecção
metálica desmontável em chapa galvanizada pintada. A exaustão de gases de queima é feita por
chaminé em aço inox, isolada termicamente e revestida, com secção e altura recomendada pelo
fabricante.
A central térmica irá abastecer de água quente todas as UTV de todos os corpos do edifício, pelo
que a potência das caldeiras considerada nesta dissertação não será o valor real destas, mas um valor
ponderado que represente a parte da potência que será utilizada apenas pelas unidades do corpo central
em estudo.
Os dados do sistema recolhidos indicam que a água será aquecida até 80ºC e é esperado que ela
retorne a 60ºC, pelo que, desprezando as perdas nas tubagens de água quente, é suposto que as
baterias de aquecimento recebam a água quente a 80ºC e a devolvam com uma redução de 20ºC.
No que toca à tubagem de água quente esta será em aço com costura (ferro preto), série média,
e construído de acordo com a Norma DIN 2440. Foi considerado em projecto que todas as tubagens e
acessórios de água quente são isolados termicamente, com esponja de borracha (espuma elastomérica),
de células fechadas e camada exterior endurecida, de modo a formar uma barreira de vapor. O
isolamento da tubagem terá entre 13 a 19 mm de espessura, dependendo do tipo de tubo.
Nas tubagens que são de montagem nas coberturas e na central térmica, o isolamento térmico é
protegido exteriormente por um revestimento em alumínio, ou chapa galvanizada pintada. As chapas de
aço têm uma espessura mínima de 0,5 mm e protegidas da corrosão, enquanto as chapas de alumínio
têm uma espessura mínima de 0,6 mm.
Uma nota importante de referir é que se irão desprezar as UCA, pois estas foram instaladas para
fornecer ar condicionado a espaços que serviriam de bibliotecas. Estas bibliotecas foram entretanto
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18 Nuno A. Cerejo Fernandes
deslocadas do edifício. Uma foi anexada a uma sala de aulas e outra passou a ser um laboratório. Não
só o motivo pelo qual estas foram instaladas deixou então de existir, como os técnicos do campus da
Faculdade responsáveis pela manutenção do edifício, referem que não se lembram de alguma vez as
UCA terem sequer sido utilizadas.
Regressando às UTV, note-se que estas se encontram providas apenas de bateria de aquecimento,
não existindo nenhum componente ou sistema (já que se excluíram as UCA) dedicado ao arrefecimento
do ar insuflado. A explicação é que durante a concepção dos sistemas se considerou que o edifício
apenas teria necessidades significativas de aquecimento e que – tendo em conta a zona climática em
que se encontra, a sua localização perto do mar e considerando que os ganhos internos de calor não
seriam exagerados – não existiriam necessidades relevantes de arrefecimento.
O arrefecimento no período de Verão é então garantido apenas por Free Cooling, ou seja, por
insuflação do ar exterior, sempre que a temperatura deste seja inferior à presente no interior do corpo do
edifício.
Foram incorporadas em algumas UTV permutadores de calor, quando em projecto foi considerado
que as potências e caudais de ar extraído atingiam valores significativos. No caso do corpo central em
estudo apenas uma das unidades – a UTV5 – possui permutador de calor, com rendimento de 60%.
Na caixa de mistura de cada UTV existem registos para regulação do caudal na admissão de ar
novo, rejeição de ar recirculado e insuflação de ar climatizado. Estes são motorizados e manipulados
pelos controladores do sistema, podendo ir desde totalmente abertos a fechados. A admissão e rejeição
de ar permitem o já mencionado funcionamento em modo Free Cooling.
Como está descrito no projecto, o comando e controlo do sistema de climatização é realizado por
um sistema SGC, que se encontra ligado permanentemente a um computador. Este último permite uma
rápida e acessível programação remota dos controladores de cada componente do sistema. Estes
controlam quando deve o sistema de climatização ligar ou desligar alguns dos seus componentes,
através da definição de horários e da análise das temperaturas do ar extraído das zonas e da água
quente que circula nos sistemas. Este sistema de controladores pode ser considerado como avançado
para a época em que foi instalado, em 1997.
1.7. Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica
Existem 4 ventiladores de extracção no corpo central do edifício, denominados VE e distinguidos
por numeração.
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Como consta no projecto de climatização do edifício, os ventiladores VE 7 e 6 são utilizados para
a extracção de gases nocivos ou com cheiros. Encontram-se ligados, o primeiro, à hotte do laboratório
da ala direita do piso 2, por cima da bancada onde se realizam trabalhos de soldadura; e o segundo
ligada ao exaustor da cozinha do Bar. Dado que o VE 7 será apenas esporadicamente utilizado, não
será considerado. O exaustor da cozinha VE 6 terá um caudal de extracção de 500 m3/h e irá ser
accionado durante o período de preparação de refeições, ou seja, entre as 11:30 e as 14 horas de cada
dia útil da semana.
De forma a evitar a propagação de cheiros da confecção de comida do Bar para os corredores e
restantes salas do edifício, o ventilador VE 4 – de extracção total de 3750 m3/h – irá extrair a maior parte
do ar interior do Bar e das suas zonas adjacentes, que assim sendo não será recirculado pela UTV 4 que
os climatiza. O ventilador é ainda encarregue de extrair o ar dos armazéns e do hall do Piso 1. No
entanto, segundo o projecto original de ventilação, a extracção desta zona será de 2500 m3/h e não
ocorrem infiltrações de ar de outras zonas suficientes sequer para compensar metade desta extracção.
Tal foi feito com o objectivo de retirar ar do corpo das escadas, que por sua vez irá entrar no edifício pelo
Piso 2. Na prática tal acaba por não acontecer, já que as portas que ligam o hall do Piso 1 ao corpo das
escadas encontram-se a maioria do tempo fechadas, já que o Piso 1 é de acesso limitado, algo que
deveria ser esperado no projecto inicial. De forma a não criar problemas na simulação, por
incongruências no balanço de ar, esta extracção do Piso 1 irá ter um valor reduzido, de forma a igualar
as insuflações e infiltrações de ar esperadas para esta zona. Sendo esta zona um espaço não
climatizado, não irá ter impacto significativo na simulação.
Por fim, o ventilador VE 3 realiza a extracção de ar das instalações sanitárias e de outros
espaços não climatizados. É de referir que embora estes locais (corredores, casas-de-banho e
armazéns) sejam considerados nesta dissertação como não sendo climatizados, a ventilação mecânica
do edifício foi projectada de forma a que o ar circule sempre das salas para os corredores, levando então
parte do ar aquecido para estes e assim aquecendo-os indirectamente (como consta na memória
descritiva do sistema de climatização). Este método tem um segundo objectivo que é evitar a
propagação de maus cheiros das instalações sanitárias para os corredores e outras zonas.
1.8. Estado actual das instalações de climatização
Antes de mais é de referir que dos componentes do sistema de climatização do edifício, apenas a
UTV8 e uma das caldeiras (e seus componentes de ligação e auxiliares) se encontram em
funcionamento regular. Os restantes encontram-se desligados há já alguns anos.
Assim o conforto térmico não tem sido garantido no interior do edifício. Dado não existirem formas
alternativas de aquecimento na maioria das zonas do edifício, torna-se assim inviável consultar as
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
20 Nuno A. Cerejo Fernandes
facturas energéticas do edifício, dado que estas não representarão o consumo do sistema a funcionar
devidamente.
As UTV encontram-se paradas porque a sua manutenção foi negligenciada ao ponto dos sistemas
terem ficado danificados. No relatório de uma auditoria que foi feita ao projecto inicial da empresa
GITAP, foi analisada a escolha dos sistemas de climatização. Nele pode-se ler que foi considerado, na
altura, que os equipamentos, embora algo dispendiosos, eram robustos e iriam funcionar durante um
longo período de tempo, desde que a manutenção fosse plenamente e regularmente cumprida. Esta
afirmação é salientada no relatório porque se considerava que, dado o local de instalação, os sistemas
iriam sofrer com a intempérie por estarem instalados numa zona muito exposta e relativamente próxima
ao mar.
Por falta de fundos e/ou por questão de prioridades, a reparação dos sistemas tem sido
constantemente adiada. Em Fevereiro de 2011 foi elaborado um plano de reparação, mas até à data não
foi executado. Mas neste ponto é de salientar que até os relatórios iniciais do edifício alertavam para o
facto de os custos de manutenção compensarem a longo prazo, pois dado o preço elevado dos
equipamentos instalados, os custos de reparação de avarias, provocadas por falta de manutenção,
seriam sempre muito superiores.
Fica aqui uma lista resumida de avarias do sistema:
· As correias dos motores dos ventiladores partiram-se há muito ou as usadas não são as
correctas para a forma e espessura das polias;
· Todos os filtros encontram-se danificados e foram retirados das UTV, pelo que, sendo
rigorosos, seria proibido ligar o sistema por não garantir a qualidade de QAI mínima
regulamentar (cf. Figuras 15 e 16);
· Algumas tubagens de água quente encontram-se danificadas ou amolgadas por terem sido
pisadas. Em alguns pontos a protecção do isolamento térmico foi danificada ao ponto de
ficar em contacto com o exterior e deteriorar-se (cf. Figura 1.22);
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 21
Figura 1.20 – Filtros usados retirados das UTV.
Figura 1.21 – Filtros danificados retirados das UTV.
· Os ventiladores de extracção directa de ar ou não funcionam ou, no caso do ventilador do
bar (VE6), tem a chaminé inclinada (incorrectamente aparafusada) (cf. Figura 1.23);
· As portas de acesso das UTV encontram-se danificadas, chegando a ter algumas zonas
desfeitas pela ferrugem (cf. Figura 1.24);
Figura 1.22 – Cotovelo de tubagem danificado, com isolamento térmico exposto ao exterior.
Figura 1.23 – Chaminé do ventilador VE6, com a UTV4 e a central térmica atrás.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
22 Nuno A. Cerejo Fernandes
Figura 1.24 – Ferrugem nas portas de acesso a uma UTV.
Figura 1.25 – Componentes das UTV danificados.
· Os termóstatos e fluxostatos das UTV encontram-se danificados e inoperacionais (cf. Figura
1.25);
· Verificou-se que existem colmeias com vespas em pelo menos uma conduta de ar e num
resguardo de uma das UTV (cf. Figura 1.26);
Figura 1.26 – Vespas encontradas nas UTV.
Figura 1.27 – Componente cuja protecção está danificada. As ligações eléctricas ficaram então expostas ao exterior.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 23
· Alguns componentes dispendiosos encontram-se em mau estado, podendo até já não ter
reparação e ser necessária a substituição. Alguns estão até a provocar curto-circuitos (cf.
Figura 1.27);
· O isolamento térmico interior das caldeiras começa a apresentar falhas;
· Entre outras.
Os quadros eléctricos dos ventiladores e das UTV encontram-se na cobertura, facto que foi muito
criticado no relatório de inspecção do projecto inicial, onde se refere que estes não têm protecção
suficiente para estarem tão expostos. Os curto-circuitos, que se verificam quando se ligam algumas UTV,
podem estar a ser provocados por alguns componentes danificados nestes quadros eléctricos. No
entanto, numa primeira inspecção visual do interior destes quadros, verificou-se que se encontravam
num estado aceitável, não aparentando à primeira vista avarias.
No que toca aos controladores, que se encontram no interior das caixas dos quadros eléctricos,
também estão obviamente desligados, mas aparentam estar em bom estado de conservação e podem
ter ainda as variáveis e programas de controlo ainda memorizados. Já o computador que monitorizava e
programava todo o sistema de controlo está danificado sem possibilidade de reparação ou recuperação.
1.9. Breve descrição do software EnergyPlus
Dada a área do edifício, terá de se efectuar uma simulação dinâmica multizona no âmbito do
RSECE, com um programa de cálculo que cumpra a norma ASHRAE 140-2004 12. Optou-se pela
utilização do programa EnergyPlus.
Trata-se de um programa de simulação integrada de edifícios e de sistemas de climatização,
desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América. Este resultou da união das
melhores potencialidades de dois programas – BLAST e DOE-2 – e ainda da introdução de novas
funcionalidades.
O EnergyPlus é constituído por vários módulos internos (cf. Figura 1.28), de forma a facilitar a
organização dos dados de entrada e também para permitir uma mais fácil introdução futura de mais
opções de cálculo. Este considera nos seus algoritmos de cálculo princípios de volumes de controlo e
conservação de massa e de energia; e de transmissão de calor por condução, convecção e radiação. O
programa calcula a condução de calor através dos elementos construtivos, em regime transiente, e
considera as suas inércias térmicas. Calcula igualmente a transferência de ar entre zonas, através de
12 ANSI/ASHRAE Standard 140-2001, Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis
Computer Programs (http://www.ashrae.org/File%20Library/docLib/Public/2004715124811_347.pdf).
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
24 Nuno A. Cerejo Fernandes
uma análise por nós; e ainda analisa em detalhe os circuitos de ar e de água dos sistemas de
climatização, assim como os seus consumos.
O input do programa é feito através de ficheiros de tipo IDF (Input Data Files), onde são colocados
vários valores nos inúmeros parâmetros possíveis de simulação. Os parâmetros são por sua vez
agrupados em grupos, ou classes, segundo a área da simulação que abordam, para permitir uma mais
fácil identificação destes. Por exemplo, todos os parâmetros que definem os materiais construtivos são
agrupados numa classe Materials e todos os que definem os ganhos internos do edifício são agrupados
numa classe Internal Gains.
Os outputs do programa são inúmeros e permitem inspeccionar a influência de praticamente todas
as variáveis na simulação. Embora este número seja uma mais valia é também uma desvantagem, dado
que nem sempre é fácil saber que outputs se devem escolher e a quantidade de informação presente
nos ficheiros de saída pode ser enorme, sendo necessários programas externos para efectuar a sua
análise.
Figura 1.28 – Esquema simplificado do funcionamento modular do EnergyPlus.
O EnergyPlus efectua os seus cálculos por etapas. Para um edifício que tenha zonas a
climatizar, sistemas de climatização e equipamentos auxiliares a estes (como caldeiras ou torres de
arrefecimento), o programa calcula em primeiro lugar as cargas térmicas que existem nas zonas do
edifício (zone sizing); de seguida analisa como o sistema de climatização irá funcionar para climatizar
essas zonas (system sizing); passando depois para a mesma análise para os equipamentos auxiliares
(plant sizing). No final as ligações entre estes três elementos são analisadas, através dos cálculos do
circuito de ar climatizado (air loop) e dos circuitos de fluídos de circulação dos sistemas de climatização
(water loop). Consulte-se a Figura 1.29.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 25
Figura 1.29 – Loops considerados no EnergyPlus.
Antes de se começar a trabalhar com este programa é fundamental ler os seus (muito úteis)
documentos de ajuda. O Getting Started [9] fornece uma introdução às bases do programa e dá
exemplos de simulações para treino. O Input-Output Reference [10] explica todos os parâmetros e
valores que podem ser introduzidos para as simulações e que tipos de resultados se podem obter. Estes
últimos são mais aprofundados no Output Details and Examples [11]. No Engineering Reference [12]
encontram-se explicados em detalhe os principais algoritmos do programa e todos os modelos físicos em
que estes se baseiam. Finalmente o Auxiliary Programs [13] explica o funcionamento dos programas
auxiliares, que são instalados com o pacote original do EnergyPlus.
Recomenda-se a leitura do Anexo D, onde é apresentada uma lista das vantagens que levaram
este programa a ser utilizado nesta dissertação, assim como uma lista das suas limitações.
Programas auxiliares do EnergyPlus
Sendo o EnergyPlus apenas o programa de simulação em si, é necessário utilizarem-se
programas exteriores para fazer o input e analisar os outputs deste. O arranque das simulações, a
escolha de ficheiros IDF e climáticos, a abertura dos ficheiros de output, as configurações do programa e
muitas outras opções são feitas na interface EP-Launch (cf. Figura 1.30), que se trata assim de uma
espécie de menu principal e inicial para o EnergyPlus.
Para a criação e edição dos ficheiros IDF necessários para efectuar as simulações, utiliza-se o
programa IDF Editor. Observem-se na Figura 1.31 os vários campos.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
26 Nuno A. Cerejo Fernandes
Figura 1.30 – Aspecto da interface EP-Launch.
Para a visualização de resultados existem vários programas, mas os mais usados nesta
dissertação foram o EP-Compare, que apresenta uma comparação entre várias simulações com gráficos
de barras de um número limitado de variáveis dos resultados; o Open Studio Results Viewer, que
necessita que o output dos resultados seja feito num ficheiro de tipo SQL, que pode atingir um tamanho
considerável; e o xEsoView, que necessita que utiliza os ficheiros de tipo ESO de output. Estes dois
últimos podem ilustrar graficamente vários resultados; embora não sejam instalados directamente com o
EnergyPlus, são gratuitos. Note-se que todos estes programas só analisam resultados que foram
pedidos no início da simulação, através do ficheiro IDF. Para se saber que tipo de resultados o programa
pode incluir no seu output, deve-se consultar o ficheiro de tipo RDD criado no final de cada simulação.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 27
Figura 1.31 – Programa IDF Editor
Notas finais
Esta dissertação não pretende de forma alguma ser um tutorial para o EnergyPlus. Para tal o
programa traz já de origem vários materiais de apoio e vários manuais de ajuda em formato digital.
Assim sendo esta dissertação não dispensa de forma alguma a consulta dos manuais do programa e
respectivas descrições pormenorizadas para cada parâmetro e campo introduzido.
As opções tomadas na simulação em EnergyPlus realizada nesta dissertação serão explicadas
dentro do possível, com o objectivo de esclarecer os leitores e de manter o seu espírito crítico. Isto
porque para uma mesma simulação, várias opções – dentro do enorme número destas que o EnergyPlus
permite editar – poderão ser tomadas, e no final o resultado acabar por ser semelhante.
Sempre que se omita nesta dissertação algum parâmetro ou campos e valores destes, deve-se
considerar que foram utilizados os valores por defeito do programa, ou que não foram utilizados de todo
por não serem relevantes para este estudo em particular. A descrição das ligações necessárias a fazer
para a modelação do edifício e dos sistemas de climatização (que são basicamente instruções de como
ligar cada componente, como se de um puzzle se tratasse) foi omitida pois teria tanto de fastidiosa e
exaustiva como de desnecessária e irrelevante para a compreensão da simulação.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
28 Nuno A. Cerejo Fernandes
Pondo de parte então a hipótese de ser um tutorial, esta dissertação pretende no entanto chamar
à atenção para vários problemas e dificuldades que surgem na utilização do EnergyPlus e para algumas
soluções e caminhos alternativos possíveis. Pretende também salientar e demonstrar algumas das
inúmeras potencialidades deste programa.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 29
2. Parâmetros para a simulação do corpo central do DEMI-UNL
Neste capítulo apresentam-se os vários parâmetros que são necessários introduzir no ficheiro de
simulação do EnergyPlus, de forma a garantir a correcta simulação das perdas e ganhos de calor pela
envolvente exterior do corpo central do edifício do DEMI, e assim conseguir simular correctamente as
suas necessidades de climatização para manter uma temperatura interior de conforto.
2.1. Parâmetros iniciais necessários para o EnergyPlus
Existem alguns parâmetros iniciais que são necessários para definir qualquer simulação
realizada no EnergyPlus. Estes encontram-se na primeira classe ou grupo que surge na Class List do
IDF-Editor, o Simulation Parameters.
Figura 2.1 – Parâmetros da classe Simulation Parameters e pormenor do parâmetro SimulationControl
O primeiro parâmetro a colocar é a versão do programa, no Version. Coloca-se apenas o número
da versão, neste caso a “6.0.0.023”.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
30 Nuno A. Cerejo Fernandes
O segundo parâmetro, o Simulation Control (cf. Figura 2.1) merece atenção especial. Caso o
campo Do Zone Sizing Calculation tenha o valor Yes, ou seja, o valor afirmativo, o programa calcula
quais serão as necessidades de aquecimento e arrefecimento para climatizar as zonas, a simular, do
edifício. O campo Do System Sizing Calculation utiliza os valores obtidos no campo anterior para as
zonas para determinar quais as potências e caudais necessários para os sistemas de climatização.
Finalmente o campo Do Plant Sizing Calculation utiliza os valores obtidos no campo anterior para os
sistemas para determinar quais as potências e caudais necessários para as plantas de climatização,
quer sejam de arrefecimento ou aquecimento, como torres de arrefecimento ou caldeiras.
Ainda neste parâmetro encontram-se os campos Run Simulation for Sizing Periods e Run
Simulation for Weather File Run Periods. Mais uma vez estes dependem do que se pretende simular.
Caso seja uma simulação para calcular as potências e caudais dos sistemas de climatização, durante
períodos de tempo relativamente pequenos – como o dia mais frio do ano ou um dia de projecto –, deve-
se colocar Yes no primeiro campo. No entanto se a simulação vai ser efectuada sem os campos Sizing
anteriores activados e para períodos de tempo mais longos – como um ano inteiro de simulação –, deve-
se colocar Yes no segundo campo. Note-se que estes campos são independentes um do outro e nada
impede uma simulação de correr para diferentes dias de projecto, e de seguida para um ano inteiro, tudo
numa única execução. Para mais informações, consulte-se a secção 2.3.Períodos de simulação.
No parâmetro Building inserem-se algumas informações gerais sobre o edifício, como o seu
nome, no campo Name. É também introduzido o ângulo entre o eixo norte principal, pelo qual o edifício
vai ser construído no programa, e o eixo norte real, no campo North Axis. Para o corpo central do edifício
do DEMI o valor será 0, pois ambos estão alinhados. O campo Terrain deverá reflectir a exposição ao
vento do terreno onde se situa o edifício. Dada a proximidade deste ao mar introduziu-se o valor
Ocean13. No que toca ao algoritmo utilizado para calcular a distribuição da luz solar e os sombreamentos
no interior do edifício – o campo Solar Distribution – foi introduzido o valor FullExterior. Este valor faz
com que se simulem os sombreamentos causados por elementos exteriores ao edifício e que a luz solar
que entra no seu interior irá incidir toda apenas no chão de cada zona, sem reflexões. Algoritmos mais
complexos neste campo não são possíveis por limitações do programa, dado que este só o consegue
fazer para edifícios com forma convexa, que não é o caso do corpo em estudo.
13 O valor Ocean, segundo a referência [10], considera que existe um corpo significativo de água, num raio
igual ou inferior a 5 km em torno do edifício a simular.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 31
Figura 2.2 - Formas de edifícios que o EnergyPlus considera como de geometria convexa (lado esquerdo) e não convexa (lado direito).
Os restantes campos deste parâmetro tratam-se de valores de convergência para os cálculos da
simulação e foram deixados com os seus valores por defeito.
O parâmetro ShadowCalculation foi deixado com os seus valores por defeito. Trata da frequência
com que os cálculos das sombras devem ser realizados (o valor por defeito é de 20 em 20 minutos) e
qual o número máximo de sombras sobrepostas que este considera.
Nos parâmetros SurfaceConvectionAlgorithm: Inside e Outside escolhem-se que algoritmos
serão utilizados para calcular as trocas de calor por convecção nas superfícies do edifício, quer no
contacto com o ar exterior, quer com o ar interior, respectivamente. Utilizam-se em ambos os algoritmos
por defeito por serem os que melhor conjugam precisão com rapidez de cálculo. No primeiro utiliza-se o
algoritmo TARP e no segundo o algoritmo que foi desenvolvido no programa DOE-2.
Com a mesma filosofia, utiliza-se o algoritmo ConductionTransferFunction, para o cálculo dos
balanços de calor nas superfícies, no parâmetro HeatBalanceAlgorithm, e o algoritmo
ThirdOrderBackwardDifference para o cálculo dos balanços de calor do ar no interior das zonas do
edifício, no parâmetro ZoneAirHeatBalanceAlgorithm.
O último parâmetro utilizado nesta classe é o Timestep e trata-se do passo da simulação.
Quanto maior este valor for maior precisão se vai obter nos resultados, mas à custa de um maior esforço
computacional necessário, sendo 1 o seu valor mínimo e 60 o seu valor máximo. Para o valor 1 teremos
apenas um cálculo por cada hora do ficheiro climático, enquanto que com 60 teremos um cálculo a cada
minuto (o que resultará num excesso de informação e em dificuldades no tratamento dos resultados)
Será utilizado o valor recomendado de 6.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
32 Nuno A. Cerejo Fernandes
2.2. Localização do edifício e ficheiro climático utilizado
A introdução da localização no EnergyPlus é feita, como já foi referido, no campo Terrain do
parâmetro Building. Dada a proximidade ao mar e como a rugosidade do terreno foi considerada como
de nível II em 3 possíveis, foi colocado o valor Ocean, dado ser o que mais se aproxima desta situação.
A introdução do zoneamento climático merece uma análise cuidada. Note-se que os ficheiros
climáticos de Portugal, disponíveis gratuitamente para o EnergyPlus, são escassos e limitam-se a um
número muito reduzido de cidades portuguesas. A cidade disponível mais próxima de Almada é a de
Lisboa. No entanto Lisboa é considerada nos regulamentos uma zona climática I1-V2Sul, enquanto a de
Almada é considerada I1-V1Sul. Embora exista esta diferença, ambas as zonas possuem um número de
graus-dias14 praticamente igual: Lisboa tem 1190 enquanto Almada tem 1160. Por este motivo decidiu-se
considerar que a utilização do ficheiro climático de Lisboa é válida para a simulação do corpo central do
DEMI. Note-se no entanto que nos cálculos presentes nos regulamentos em que seja necessário
considerar o zoneamento climático, continuará a ser considerada a zona climática de Almada.
O nome completo do ficheiro climático de Lisboa utilizado será “PRT_Lisboa.085360_
INETI.epw”. A localização do edifício será introduzida no parâmetro Site:Location, em que a latitude,
longitude e fuso horário irão corresponder aos patentes no interior do ficheiro climático.
2.3. Períodos de simulação
Será necessário definir os dias e/ou períodos do ficheiro climático nos quais a simulação será
desenvolvida. Caso se pretenda uma simulação para dias extremos, ou de projecto, para cálculo das
potências máximas dos equipamentos, estes devem ser definidos nos parâmetros SizingPeriod (que se
encontram na classe Location and Climate, cf. Figura 2.3).
Dentro dos parâmetros deste tipo é possível construir um dia de projecto, com variáveis como as
temperaturas, humidades, se chove ou se neva e qual o dia de semana, entre outras opções, no
parâmetro DesignDay.
Como a simulação efectuada nesta dissertação incide sobre os consumos energéticos ao longo
de um ano será utilizado o parâmetro RunPeriod, onde serão escolhidos o dia de início e de fim de ano.
No entanto, como o edifício não funciona o ano inteiro, outras variáveis terão de se ser inseridas. Estas
são analisadas mais à frente neste trabalho. 14 Segundo a definição do RCCTE, “«Graus-dias de aquecimento (base 20ºC)» é um número que caracteriza a
severidade de um clima durante a estação de aquecimento e que é igual ao somatório das diferenças positivas registadas entre uma dada temperatura de base (20ºC) e a temperatura do ar exterior durante a estação de aquecimento. As diferenças são calculadas com base nos valores horários da temperatura do ar (termómetro seco).”
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 33
Figura 2.3 – Parâmetros disponíveis da classe Location and Climate
2.4. Temperaturas no solo em contacto com o edifício
A influência das temperaturas do solo, ao longo do ano, em contacto com zonas de um edifício,
pode ser verificada no Anexo E. O ficheiro climático inclui informação acerca destas temperaturas mas o
manual do EnergyPlus desaconselha a utilização destas, dado que, regra geral, são exageradas. Assim
utiliza-se um dos programas auxiliares: o Slab Preprocessor.
O programa Slab calcula quais as temperaturas do solo para um dado ficheiro climático, neste
caso, o ficheiro climático utilizado para Lisboa. O seu output de temperaturas para cada um dos 12
meses do ano15 foi introduzido no ficheiro de simulação, no parâmetro Site:GroundTemperature:
BuildingSurface.
As zonas climatizadas que contactam com o solo são a P1 Labs, P1 C Telefonica e a P2 Gabs.
As duas primeiras zonas contactam com o solo também por algumas das suas paredes (consulte-se o
Anexo A). Considerou-se que as temperaturas do solo em contacto com as paredes iriam ter valores
idênticos aos em contacto pelo pavimento. É óbvio que tal não acontece na realidade, mas o programa
utilizado para o cálculo destas temperaturas, o Basement, está mais focado para situações com caves.
15 O EnergyPlus considera que estas temperaturas não irão variar consideravelmente em períodos inferiores a
um mês, daí apenas serem introduzidas temperaturas apenas para cada um dos meses.
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34 Nuno A. Cerejo Fernandes
Como não é propriamente o caso destas zonas, as temperaturas que o programa sugeria não faziam
sentido no contexto. Considera-se então que a diferença das temperaturas ao longo das paredes não irá
ser relevante em relação à dos pavimentos.
Existem outros parâmetros do tipo Site (cf. Figura 2.3), mas são de tal forma específicos e
necessitam de alguns dados que não foram possíveis de recolher, pelo que se optou por os omitir. De
qualquer forma, numa visão global da simulação, estes valores não alterariam significativamente os
resultados da simulação.
2.5. Schedules16
Uma classe muito importante do EnergyPlus é a Schedules. Aqui definem-se todos os horários e
calendários necessários a outros parâmetros da simulação, desde os que definem quando o sistema de
climatização se encontra ligado ou desligado, até aos que definem os termóstatos das salas.
Antes de se criar um horário, é necessário estipular que tipos de valores vão estar definidos nele
e quais os seus limites. Tal faz-se no parâmetro Schedule:TypeLimits. Primeiro deve-se definir o nome
da variável que vai ser controlada por um ou mais horários, por exemplo, se se trata de uma
temperatura, de um interruptor ligado/desligado (on/off), de uma fracção ou até de um nível de actividade
dos ocupantes do edifício.
Podem depois definir-se os limites mínimos e máximos de cada um deles (Upper e Lower Limit
Value). Por exemplo, para as temperaturas podemos utilizar -20 a 150ºC, e para o interruptor on/off os
valores 0 e 1, 0 para desligado, 1 para ligado. Note-se que estes limites são à escolha do utilizador.
Servem principalmente para evitar que se introduzam, mais tarde nos horários, valores para as variáveis
que não façam sentido no contexto da simulação e que possam comprometer a própria execução desta
e os seus resultados.
Figura 2.4 – Valores introduzidos no parâmetro Schedule:TypeLimits.
16 O mesmo que “Horários”.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 35
Por fim, no campo Numeric Type, introduz-se se o intervalo de valores é contínuo ou discreto.
Por exemplo, para a temperatura e para a fracção será contínuo, permitindo escolher qualquer número
real entre o limite máximo e mínimo inclusive. Mas para o interruptor o intervalo será discreto, pois um
sistema não pode ficar “meio ligado”; o seu valor terá de ser ou 0 ou 1, desligado ou ligado. Pode-se
ainda introduzir no campo Unit Type que tipo de unidade os valores terão, mas tal pode ser omitido.
O parâmetro que permite criar com maior versatilidade e liberdade os horários é o parâmetro
Schedule:Compact. No entanto, ao proporcionar maior liberdade, também acaba por ser mais difícil e
confuso de se usar. Este parâmetro apenas exige que se dê um nome ao horário e que tipo de limites
para a sua variável – definida no Schedule:TypeLimits – este irá conter.
A partir daqui todos os parâmetros são deixados em aberto para o utilizador colocar o que
entender. A consulta do manual Input-Output Reference [10] torna-se então indispensável neste ponto.
Explica-se de seguida, resumidamente, a forma como os horários no EnergyPlus são definidos (sempre
que a explicação se torne menos clara, consulte-se a Figura 2.5 e a ajuda do programa):
1. Primeiro é preciso definir para que dias do ano se está a definir o horário, usando para tal o
comando Through. O programa considera sempre que os horários são definidos a partir do dia 1
de Janeiro. Não é possível começar o horário a partir de outro dia ou arrancar com um período
de, por exemplo, 20 de Dezembro a 20 de Janeiro. É necessário dividi-lo em dois períodos, de 1
de Janeiro a 20 de Janeiro e, mais à frente, de 20 de Dezembro a 31 de Dezembro. Caso se
pretenda definir um horário para o ano inteiro, em que todos os dias são exactamente iguais,
basta colocar no primeiro campo o comando Through: 12/31, ou seja, dá a instrução para que o
horário seja considerado desde 1 de Janeiro até 31 de Dezembro. Chama-se a atenção para,
como se pôde ver, os dias terem de ser colocados com formatação americana: primeiro vem o
mês e só depois o dia.
2. Depois deve-se colocar que “tipo” de dias da semana são considerados, com o comando For. As
opções aqui são inúmeras. Podem-se escolher dias úteis, fins-de-semana, feriados e férias, um
dia específico da semana (como segunda-feira), dias de projecto ou, simplesmente, todos os
dias. Se quisermos, por exemplo, definir que queremos um sistema ligado aos dias úteis e
desligado nos restantes, devemos definir dois campos: For: WeekDays e mais tarde um campo
For: AllOtherDays. Note-se que ambos os campos se devem encontrar englobados pelo mesmo
campo Through. Caso o leitor esteja confuso com isto, note que este “aninhamento” faz lembrar
os que se usam na programação, com vários ciclos for uns dentro dos outros. Consulte a Figura
2.6 para um melhor visualização.
3. Definidos os dias do ano e da semana, passamos agora para a definição dos intervalos de horas
do dia, usando para tal o campo Until. Tal como o programa considera sempre que o horário
começa a ser sempre definido a 1 de Janeiro, para as horas considera sempre que o dia começa
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36 Nuno A. Cerejo Fernandes
às 0:00 horas e vai até às 24:00 horas. Note que esta última será exclusive. Assim, se se
pretende definir um valor desde a meia-noite até ao meio-dia, e depois outro valor até à meia-
noite, devem-se criar dois campos: Until: 12:00 e mais tarde Until: 24:00.
4. Resta então agora definir o valor que deverá ser aplicado para essa hora, que poderá ser
qualquer valor, dentro do intervalo definido para a variável. Basta simplesmente introduzir o
número.
5. Definido então o valor para um certo período horário, deve-se repetir o passo 3 até se atingirem
as 24:00 horas. Depois deve-se repetir o passo 2 até se atingir todos os dias da semana
desejados e finalmente repetir o passo 1 até se completar a definição do dia 31 de Dezembro
(12/31). O horário ficará então totalmente definido e concluído.
Note-se que a liberdade desta definição de horários acaba por torná-la muito desorganizada.
Imagine-se que, por algum motivo, se quer acrescentar um intervalo de horas numa schedule já
completamente definida. Para tal, usando o IDF-Editor, seria necessário eliminar todos os campos
abaixo do intervalo pretendido e voltar a introduzi-los mais abaixo. Recomenda-se então que numa
primeira definição se use o IDF-Editor, mas que sempre que seja necessário efectuar uma alteração, se
abra o ficheiro com um editor de texto17, já que aqui é simples eliminar ou acrescentar linhas, bastando
apenas respeitar a notação do EnergyPlus18.
17 Recomenda-se que no IDF-Editor, em File -> Save Options, se coloque a opção Saved Order of Objects
com o valor Sorted, de forma a tornar a leitura do ficheiro de texto consideravelmente mais fácil. 18 Basicamente a notação é utilizar uma vírgula ( , ) a separar os campos e valores de cada parâmetro e um
ponto e vírgula ( ; ) após o último valor de um parâmetro. Consulte-se a ajuda do programa para mais detalhes.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 37
Figura 2.5 – Exemplos de horários em Schedule:Compact.
Figura 2.6 – Fluxograma com os passos necessários para a criação de um horário em Schedule:Compact.
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38 Nuno A. Cerejo Fernandes
2.6. Materiais de construção
No parâmetro Material são introduzidos todos os materiais de construção utilizados para definir o
edifício, à excepção dos utilizados nos vãos envidraçados.
O EnergyPlus traz de origem uma base de dados19 extremamente útil com centenas de materiais
de construção. No entanto, o facto de o programa se focar na realidade norte-americana e nas normas
ASHRAE, torna problemática a localização para Portugal. Isto porque a tradução dos materiais de
construção nem sempre é pacífica, tornando-se ainda mais difícil no que toca a materiais muito correntes
em Portugal mas quase desconhecidos na América do Norte, como o mosaico hidráulico. Mesmo assim
fez-se um esforço para conseguir traduzir o maior número de elementos, de forma a se utilizarem os
materiais guardados na base de dados, que têm informações bem mais completas do que as presentes
no ITE50 e no ITE12 [10 e 12].
A descrição dos vários materiais que constituem os diversos elementos construtivos do edifício
em estudo encontra-se no Anexo B.
Foram pesquisadas com o maior cuidado possível as propriedades dos elementos que não se
encontravam na base de dados nem nas referências, e analisou-se se os valores introduzidos faziam
sentido. A maioria dos campos a introduzir são simples e não requerem explicação, como o nome do
material (Name), a espessura em m (Thickness), a condutividade térmica em W/(m.K) (Conductivity), a
densidade em kg/m3 (Density) e o calor específico (Specific Heat).
Figura 2.7 – Vários campos preenchidos no parâmetro Material.
Outros campos, como a rugosidade do material (Roughness) já não são tão simples. A descrição
deste campo não é feita com valores mas com adjectivos que vão desde “muito polido” a “muito rugoso”
(“VerySmooth” a “VeryRough”). Como este valor é utilizado para o cálculo dos coeficientes de
convecção, em particular do ar exterior, a escolha destes valores para os materiais que contactam com o
19 Esta base de dados encontra-se sob a forma de alguns ficheiros individuais, que podem ser abertos no IDF-
Editor através do comando File-> Open DataSet
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Nuno A. Cerejo Fernandes 39
exterior foi mais cuidada e, sempre que possível, utilizaram-se os valores da base de dados do
EnergyPlus. O reboco exterior das paredes e a tijoleira de face à vista foram considerados como “algo
rugosos” (“MediumRough”) e a cobertura exterior de seixos brancos soltos como “muito rugosa”
(“VeryRough”).
No que toca às absorvências (em inglês Absorptance) dos materiais, o programa permite que se
introduzam três tipos: absorvência térmica (ou emissividade), de radiação solar e de radiação visível
(Thermal, Solar e Visible Absorptance). Recomenda-se a sua introdução, em especial destes dois
últimos, pois mesmo sendo esta facultativa, os seus valores por defeito podem ser diferentes dos valores
reais, e são valores que estes provocam algum impacto na simulação (cf. Anexo E). No que toca à
emissividade, é utilizado o valor por defeito de 0,9, pois os materiais mais utilizados no edifício simulado
– betão, tijolos e reboco – admitem valores no intervalo de 0,85 a 0,95. Estes são independentes da cor
do material, como consta no capítulo 4 da referência [15].
Devido à dificuldade de encontrar informações sobre as absorvências de radiação solar e de
radiação visível, ambos os valores foram considerados iguais e baseados na cor do material. Sempre
que o material é considerado como de cor clara, por exemplo os rebocos exteriores e a cobertura de
seixos brancos, é considerado o valor 0,2. Para a cor de tijolo foi considerado o valor 0,7. Finalmente
para os elementos em ferro, utilizou-se o valor 0,91.
Falta só referir que as caixas-de-ar do edifício são definidas no parâmetro Material:AirGap, onde
é apenas necessário introduzir o nome e a resistência térmica total do espaço de ar – que se encontra
no ITE50 – em m2.K/W.
2.7. Materiais dos vãos envidraçados
Todos os vãos envidraçados apresentam caixilharia de alumínio e a maioria destes são
constituídos por um vidro simples laminado incolor de 10 mm de espessura. Os que estão em contacto
com a zona do Bar e dos Gabinetes, na face Este do Piso 2 ao 4, são vidros duplos constituídos por um
vidro exterior simples laminado incolor com 6 mm de espessura e um vidro interior idêntico ao exterior,
mas com 5 mm de espessura. No meio destes encontra-se uma camada de ar de 12 mm.
Os vãos envidraçados que se encontram em contacto com espaços climatizados possuem
estores venezianos exteriores de lâminas metálicas.
Para a definição dos tipos de vãos envidraçados presentes no edifício, são necessários três
parâmetros do tipo WindowMaterial: Glazing, Gas e Blind. Lamentavelmente as informações presentes
no ITE 50 apenas indicam os valores do coeficiente U para os envidraçados contando já com os seus
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
40 Nuno A. Cerejo Fernandes
vidros (simples ou duplos), caixa de ar (com diversos gases), caixilharia (de diversos materiais) e
dispositivos de oclusão nocturna, caso estes existam. Não foi então possível obter os valores de
resistência de cada um dos elementos isolados – à excepção do vidro, cuja condutibilidade térmica20 é
assinalada no ITE 50 como sendo de 1,00 W/(m.K) –, apenas em conjunto, e para os simular é
necessário colocar cada um dos elementos individualmente. Optou-se então por utilizar para a simulação
os valores por defeito do EnergyPlus sempre que necessário, como para a condutibilidade térmica da
caixilharia de alumínio. Sempre que foi necessário alterar as espessuras por defeito dos materiais,
interpolaram-se os restantes valores em falta.
No parâmetro Glazing são introduzidas várias informações sobre cada folha de vidro em si, seja
ela parte de um vidro simples ou duplo, em particular a sua espessura, condutividade térmica e inúmeras
emissividades e reflectividades. O vidro utilizado da base de dados foi o Clear, ou seja, vidro simples
transparente.
O parâmetro Gas é necessário para definir o tipo de gás que se encontra no interior dos vidros
duplos, que neste caso é ar. Assim utilizaram-se os dados do tipo de gás Air da base de dados.
Falta só o parâmetro Blind, onde se define a protecção solar utilizada, que se trata, relembre-se,
de estores venezianos de lâminas metálicas, de cor média. Utilizaram-se como base os valores do
elemento Blind with Medium Reflectivity Slats, retirado da base de dados do programa. Foram inseridos
os valores de 8,5 cm para a largura das lâminas, 7 cm de espaçamento entre elas, e 1º para o ângulo
destas, ou seja, totalmente fechadas.
O valor do ângulo das lâminas varia no máximo entre 0º, estando a sua face de cima paralela ao
exterior, até 180º, ficando essa face paralela ao envidraçado (cf. Figura 2.8). Um ângulo de 90º significa
então que esta lâmina se encontra perpendicular ao envidraçado. Muitas vezes estes ângulos extremos
não podem ser atingidos, dado que os valores limite dependem de espessura, largura e espaçamento
das lâminas dos estores.
Figura 2.8 – Visualização de vários ângulos para lâminas de estores. À esquerda encontra-se sempre o ambiente exterior e à direita o vidro.
20 Citando a pág. 2 do ITE 50 [5], «A condutibilidade térmica (…) é uma propriedade que caracteriza os
materiais ou produtos termicamente homogéneos, e que representa a quantidade de calor (…) que atravessa uma espessura unitária de um material, quando entre duas faces planas e paralelas se estabelece uma diferença unitária de temperatura.»
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 41
A alteração do valor do ângulo é muito relevante para a simulação e mereceu uma análise
cuidada, que se encontra resumida na secção Vãos envidraçados e dispositivos de protecção solar, em
2.9.Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas.
2.8. Elementos construtivos do edifício
Após a definição dos materiais no ponto anterior, faz-se no parâmetro Construction a sua
“montagem”. Neste é obrigatório colocar o nome de cada tipo de elemento de construção e a primeira
camada de cada um, que terá de ser sempre a mais exterior (Outside Layer). Nos campos seguintes
colocam-se os restantes elementos, pela ordem do mais exterior para o mais interior.
O preenchimento deste parâmetro é simples e directo, sendo apenas necessário chamar a
atenção para a definição dos tipos de vãos envidraçados. Quando estes têm dispositivos de protecção
solar, será necessário definir, por imposição do programa, duas vezes cada tipo de vão: uma vez sem o
dispositivo e outra vez com. Veja-se na Figura 2.9 como foram definidos os envidraçados de vidros
duplos, com e sem estores, e como foram definidos outros tipos de elementos.
Figura 2.9 – Alguns elementos construtivos definidos no parâmetro Construction.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
42 Nuno A. Cerejo Fernandes
2.9. Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas
A classe Thermal Zones and Surfaces inclui os parâmetros necessários para a definição
geométrica e construção do edifício, como paredes, pavimentos, coberturas, portas e envidraçados. É
também feita a associação de cada um destes aos materiais que os constituem, que foram definidos nos
pontos anteriores.
A construção do edifício, utilizando a interface base do EnergyPlus – o IDF-Editor –, é feita
definindo pontos geométricos do edifício e ligando-os com rectas, sendo depois o desenho gravado num
ficheiro do tipo dxf. Para este ser visualizado é necessário utilizar um programa, exterior ao EnergyPlus,
para o efeito. Para esta dissertação utilizou-se o programa gratuito DraftSight. Assim sendo o processo
de desenho do edifício é feito definindo cada ponto da construção no IDF-Editor, colocando as várias
coordenadas geométricas de cada um. Depois é necessário gravar o ficheiro e visualizá-lo neste
segundo programa, para ver o desenho do edifício em três dimensões. Este processo tem de ser
repetido inúmeras vezes ao longo do processo, de forma a detectar e corrigir prontamente erros na
introdução e definição da construção.
Este método de construção do edifício é bastante complexo. Pode levar a vários erros e demorar
várias semanas a realizar e corrigir, dado apresentar as desvantagens de seguida descritas:
· As linhas do edifício não apresentam espessura: no caso das paredes não é muito grave,
desde que se tenha em atenção as áreas de cada zona. Já no caso dos pavimentos intermédios
é bem mais complicado porque a espessura destes não é representada, e caso seja significativa,
leva a problemas com a definição das alturas.
Nesta situação encontraram-se duas soluções: unir os pavimentos mas não deixar o
programa calcular a altura das zonas e introduzir o valor manualmente, descontando a
espessura do pavimento; ou então não unir os pavimentos, mas tal deixa os pisos de um edifício
desconectados e com um vazio entre eles. Isto é bastante bizarro de se observar, mas na prática
não tem qualquer influência na simulação, desde que se definam bem os materiais constituintes
e as ligações entre os elementos construtivos. Relembre-se que o programa não considera que
em elementos deixados em aberto circule ar exterior.
· Para edifícios de dimensão considerável é bastante difícil verificar se este se encontra
bem desenhado: este ponto é tanto mais grave quanto menos elaborado for o programa externo
ao EnergyPlus que se use para visualizar o desenho do edifício (ficheiro .dxf) e quanto mais
complexa for a geometria do edifício e respectivas zonas. Não obstante o EnergyPlus mostrar
avisos quando uma zona não tem chão, tecto e quatro paredes, tal torna-se irrelevante para
zonas com mais do que quatro paredes. As ligações entre chão e tecto com as paredes também
são desprezadas, porque o EnergyPlus considera que estes não têm de coincidir em forma ou
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Nuno A. Cerejo Fernandes 43
posição para que os cálculos sejam exactos. Embora tal não deixe de ser verdade, torna o
desenho do edifício ainda mais difícil de compreender. Num programa de visualização que seja
limitado, rapidamente o desenho do edifício se torna simplesmente um emaranhado de linhas,
mesmo que estas tenham cores diferentes consoante o tipo de elemento construtivo que
representem. Veja-se como exemplo o corpo do edifício representado numa situação destas na
Figura 2.10.
· A definição no editor base do EnergyPlus da geometria dos elementos construtivos é
demorada, fastidiosa e muito propensa a erros de introdução: considerando o número total
de elementos a definir, que para o corpo do edifício em estudo ronda os 350, entre paredes,
pavimentos e tectos, portas e vidros, calcule-se então o número de pontos e das suas
respectivas posições nos eixos x, y e z que serão necessários definir. Tal faz com que o desenho
de um edifício de área considerável no programa, como é o caso neste estudo, se possa alongar
por vários dias ou até semanas. Além disso, como já se referiu, será necessário gravar e abrir
várias vezes o ficheiro de desenho para verificar se o desenho se está a desenrolar como
desejado, o que aumenta ainda mais o tempo despendido.
Figura 2.10 – Desenho do corpo do edifício em estudo e dos edifícios que lhe provocam sombreamento, em formato dxf, quando visualizado no programa gratuito DraftSight.
Mais uma vez, como se pode ver, as interfaces alternativas do EnergyPlus, em especial as em
3D, desenvolvidas por empresas externas, ganham importância e peso. No entanto, dentro destas, as
que são fornecidas gratuitamente apresentam ainda (à data de publicação desta dissertação) muitas
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
44 Nuno A. Cerejo Fernandes
limitações e erros. Assim sendo optou-se por preferir o rigor à poupança de tempo no desenho do
edifício nesta dissertação, utilizando-se então apenas o IDF Editor.
GlobalGeometryRules
Como a definição da geometria é feita ponto a ponto, primeiro será necessário definir com que
ordem estes são colocados, de forma ao EnergyPlus conseguir “compreender” como estes devem ser
ligados entre si e que face do elemento resultante se encontra virada para o exterior e para o interior21.
Assim, neste parâmetro, define-se qual o vértice do elemento que é sempre considerado como o
inicial (cf. Figura 2.11), tendo-se escolhido o canto inferior esquerdo (Starting Vertex Position ->
LowerLeftCorner). Depois é definida a ordem com que os restantes pontos são colocados, tendo sido
escolhido o sentido anti-horário (Vertex Entry Direction -> Counterclockwise). Definiu-se que os sistemas
de coordenadas para a construção do edifício serão relativos para cada zona ao invés de absolutos
(Coordinate System -> Relative), de forma a facilitar a introdução e correcção de coordenadas de pontos
(cf. Figura 2.12).
Figura 2.11 – Ordem de definição de pontos escolhida.
Figura 2.12 – Diferença da definição de pontos para duas zonas com referenciais distintos, usando um sistema de coordenadas absoluto
(esquerda) ou dois sistemas relativos (direita).
Zone, ZoneList e ZoneGroup
No parâmetro Zone definem-se as zonas: os seus nomes, a posição do sistema de coordenadas
relativo de cada uma em relação ao absoluto do edifício, introduzem-se os valores de altura e volume ou
se estes devem ser calculados a partir das posições dos pontos (autocalculate) e se a área dessa zona
conta para a área total do edifício ou não. Podem ser ainda escolhidos os algoritmos de convecção
usados na simulação, caso estes não tenham sido definidos nos parâmetros
SurfaceConvectionAlgorithm.
21 Felizmente o EnergyPlus, no início da simulação, cruza os dados deste parâmetro com os inseridos no
Construction e caso detecte que a face exterior da construção tenha sido definida, na geometria, como interior, ou vice-versa, cria um aviso.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 45
Podem ser criadas listas e grupos de zonas, para serem utilizadas por outros parâmetros,
agrupando-se assim, por exemplo, as zonas com utilizações/funções similares.
Definição das geometrias dos elementos construtivos
Para se definirem as geometrias dos elementos construtivos pode-se utilizar simplesmente o
parâmetro BuildingSurface:Detailed para todos eles. No entanto é necessário inserir muita informação, o
que demora muito tempo e é propenso a erros. Na versão 6.0 do EnergyPlus, já se encontram outros
parâmetros mais específicos para cada tipo de elemento, bem mais simples de preencher e com melhor
organização do ficheiro de simulação. Como tudo indica que essa forma de definir os elementos irá ser
continuada e desenvolvida nas próximas versões do programa, será a forma utilizada nesta simulação.
Na Figura 2.13 está representada a lista completa de parâmetros que se encontram na classe Thermal
Zones and Surfaces. Note-se que os parâmetros utilizados têm números à frente, correspondentes ao
número de elementos distintos que foram introduzidos. Os que não foram utilizados têm [- - -] à frente.
Figura 2.13 – Parâmetros disponíveis na classe Thermal Zones and Surfaces.
Assim as paredes são definidas nos parâmetros Wall. Estes têm vários sub-tipos:
– Wall:Exterior: paredes exteriores;
– Wall:Adiabatic: paredes interiores de separação de zonas com temperatura idêntica22;
– Wall:Underground: paredes abaixo do solo23;
22 Estando ambas as faces a temperatura idêntica, terá um comportamento, na prática, próximo a de um
elemento adiabático. Ao considerar uma parede deste tipo como adiabática, poupa-se esforço computacional na simulação sem sacrificar significativamente a sua exactidão.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
46 Nuno A. Cerejo Fernandes
– Wall:Interzone: paredes interiores de separação entre um espaço climatizado e um espaço
não-climatizado;
– Wall:Detailed: permite definir qualquer tipo de parede. Deve ser utilizado para casos especiais
que não sejam cobertos pelos parâmetros anteriores, por necessitar de maior quantidade de informação.
Algumas paredes interiores que existem no edifício não foram consideradas na simulação. Estas
dividem salas que têm a mesma utilização e que são climatizadas pela mesma unidade, como por
exemplo as paredes que separam salas de aula anexas ou as que dividem os espaços nos laboratórios.
Esta consideração é sugerida pelo EnergyPlus, na secção “A Methodology for Using EnergyPlus” no seu
manual de ajuda “Getting Started” [9]. Este refere que a diferença entre simular um edifício com todas as
suas paredes internas ou simular o mesmo edifício apenas com as suas paredes exteriores e
substituindo as paredes omissas por um corpo teórico interior – com uma determinada “massa interna”,
igual à soma das massas destas paredes – será de tal forma pequena que faz a simplificação
compensar. Verifique-se a Figura 2.14. Entre o edifício representado de forma exacta, à esquerda, ou de
forma simplificada à direita, os resultados não apresentam diferenças apreciáveis (desde que o edifício
seja todo climatizado por uma única unidade e não existam grandes discrepâncias nos ganhos solares e
na convecção do ar entre os vários espaços).
Caso as zonas sejam climatizadas por unidades distintas, tenham ganhos de calor discrepantes
ou utilizações diferentes, deve-se utilizar uma configuração intermédia entre as representadas na Figura
2.14, como a presente na Figura 2.15. Este será o método utilizado nesta dissertação.
Sendo assim, não se introduziram detalhadamente as paredes interiores das zonas definidas,
inserindo-se apenas a sua massa, no parâmetro InternalMass. O EnergyPlus simplifica a introdução
destes valores, sendo necessário inserir apenas a área e tipo de construção que é usado nas paredes
interiores omitidas. O cálculo da massa é depois realizado automaticamente pelo programa.
23 Caso uma parede tenha uma parte debaixo do solo e outra acima, a parede deve ser definida em duas
partes.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 47
Figura 2.14 – Imagens retiradas do documento Getting Started [9]. À esquerda vemos o edifício com todas as suas paredes exteriores e interiores definidas. À direita temos o mesmo edifício, apenas com as paredes exteriores e com elementos
internos com uma dada massa interna equivalente à soma de todas as paredes interiores.
Figura 2.15 – Imagem retirada do documento Getting Started [9]. Uma outra definição das zonas do edifício, intermédia entre as duas definições da figura anterior.
Por sua vez, os pavimentos em contacto com outras zonas são definidos no parâmetro
Floor:Detailed e os em contacto com o solo no parâmetro Floor:GroundContact. Deu-se prioridade à
utilização do Detailed em detrimento dos outros tipos de parâmetros por se ter considerado ser mais
simples de evitar erros na introdução. E, pelo mesmo motivo, os tectos e a cobertura do edifício foram
inseridos no parâmetro RoofCeiling:Detailed. As portas foram inseridas no parâmetro Door, onde é
necessário apenas colocar o seu tipo de construção, dimensões e em que parede se encontra embutida.
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48 Nuno A. Cerejo Fernandes
Vãos envidraçados e dispositivos de protecção solar
Por sua vez, para a definição dos vãos envidraçados, será necessário utilizar vários parâmetros.
Primeiro devem-se definir o caixilho dos envidraçados e os dispositivos de protecção solar. Os caixilhos
são definidos em WindowProperty: FrameAndDivider. Foi colocado como largura, da periferia para o
interior do vão, do caixilho 12,5 cm (Frame Width) e como coeficiente U o valor 25 W/(m2.K) (Frame
Conductance), dado que se considera que os caixilhos serão de alumínio. Não foram introduzidas
quadrículas nos envidraçados. Os restantes campos foram deixados com os valores por defeito.
No parâmetro Window, são inseridos o tipo de caixilho, o tipo de dispositivo de protecção solar
(se o tiver), que tipo de vão envidraçado – definido no parâmetro Construction – se trata e, finalmente,
em que elemento construtivo (neste caso parede) se encontra embutida.
Os dispositivos de protecção solar são definidos em WindowProperty: ShadingControl. Foi
necessário definir dois tipos de protecção, embora tendo as mesmas propriedades, um para os vãos
envidraçados com vidro simples e outra para vidros duplos. A associação aos tipos de vãos é feita no
campo Construction with Shading Name. Relembre-se que as protecções usadas são exteriores
(Shading Type -> ExteriorBlind).
É necessário também definir uma schedule para a activação dos estores. Esta schedule é
introduzida no campo Schedule Name e colocando a opção Yes no campo Shading Control is
Scheduled. Estudou-se a utilização de três schedules diferentes, uma primeira que se baseia nos
períodos de activação e desactivação das protecções solares estipulados no RCCTE, uma segunda
baseada na realidade do edifício, em que os estores são deixados estendidos e com as lâminas a 45º,
sendo raramente alterados ao longo do ano, e uma terceira baseada numa utilização mais activa e
sensata, em que os estores são accionados sempre e logo que se ache necessário e desactivados caso
contrário.
O RCCTE considera que na estação de aquecimento, durante o dia (solar), as protecções
solares nunca estão activadas; na estação de arrefecimento considera que estão accionadas 70% do dia
e desactivadas nos restantes 30%.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 49
Assim considerou-se que de 1 de Novembro a 9 de Abril24, os estores estão totalmente abertos
(ou seja, recolhidos) entre as 7:00 e as 17:30 e nas restantes horas estão accionados com um ângulo de
lâminas de 1º (ou seja, com as lâminas totalmente fechadas e sem intervalos entre si por onde entre luz
solar directamente). Entre 1 de Junho a 30 de Setembro os estores estarão totalmente abertos das 7:00
às 9:00 e das 18:00 às 20:00, perfazendo cerca de 30% do dia em que existe luz solar, e estarão
fechados nas restantes horas do dia.
Note-se que este horário não terá assim em conta a variação de horas diárias de sol ao longo do
ano, apontando para uma média deste valor para cada estação. Esta consideração não tem impacto
relevante nos resultados. Pequenos testes realizados onde, para a estação de aquecimento, se
comparou o horário criado com a opção de os estores abrirem sempre que existisse luz solar, mostraram
que os valores da simulação para as necessidades de aquecimento diferiam em apenas 1% entre as
duas opções.
Para a terceira schedule os estores estarão fechados em três situações: de noite; quando o
edifício se encontra muito quente e a necessitar de arrefecimento; ou quando a luz solar que entra nas
zonas é intensa ao ponto de provocar incómodo aos utilizadores. Felizmente o EnergyPlus considera
essa mesma opção, colocando-se no campo Shading Control Type o valor
OnNightAndOnDayIfCoolingAndHighSolarOnWindow. O valor de luz solar, a passar por uma certa área
de envidraçado, que se considera que ultrapassará o limite do conforto será de 95 W/m2, valor retirado
da referência [16]. Para evitar que os estores fossem operados logo que o sol nascesse, a horas ou dias
em que ninguém se encontra no edifício para os operar, foi também introduzida uma schedule que limita
que só possam ser operados das 7h às 20h e apenas em dias úteis.
Existe no entanto um problema com esta consideração. Quem utilize o edifício facilmente verifica
que a utilização dos estores por parte dos utilizadores é desleixada. Note-se que sendo o edifício um
estabelecimento de ensino é raro o mesmo grupo de pessoas permanecer muito tempo na mesma zona,
o que contribui para que isso aconteça. Na maior parte do tempo os estores permanecem semi-abertos,
com as lâminas num ângulo de aproximadamente 45º, e raramente são operados. E se são fechados ou
abertos a meio do dia, permanecem nessa posição durante o resto do dia ou até, por vezes, vários dias.
A segunda schedule vão então reflectir esta utilização, com as lâminas permanentemente a 45º.
Fizeram-se então simulações, com uma versão de teste do edifício para estas três situações (onde
existe apenas a envolvente exterior do edifício, com os seus envidraçados, e os sombreamentos
provocados pelos edifícios vizinhos e palas; ventilação, climatização, ganhos internos, ocupação e outros
24 Relembra-se que quer no local onde o edifício se encontra na realidade, quer no local considerado na
simulação (Almada e Lisboa respectivamente), o RCCTE estipula que a estação de aquecimento dura 5,3 meses e a de arrefecimento 4 meses.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
50 Nuno A. Cerejo Fernandes
elementos não foram considerados na simulação), e compararam-se as necessidades de aquecimento e
de arrefecimento.
Observou-se que diferenças nas interpretações sobre o uso das protecções solares, mesmo que
ligeiras, podem provocar diferenças significativas nos resultados, pelo que se justifica a atenção dada a
este ponto. Por exemplo, a diferença entre a situação com os estores sempre accionados, mesmo que
com as lâminas entreabertas, provoca um aumento nas necessidades de aquecimento em relação à
agenda do RCCTE de cerca de 44%. Este aumento não é compensado (quer em valor absoluto quer
relativo) pela redução de 29% nas necessidades de arrefecimento.
Sem surpresa constatou-se que as diferenças entre a agenda do RCCTE e a consideração de
estores fechados consoante a necessidade de conforto (terceira opção), na estação de aquecimento,
são desprezáveis. Como nesta estação dificilmente o edifício aquece demasiado (relembre-se que se
excluíram os ganhos internos), ou existe exposição solar excessiva nas zonas, os estores estarão
abertos praticamente o dia inteiro e fechados de noite, como considerado no RCCTE. Já a diferença na
estação de arrefecimento começa a ser visível, pois nas horas escolhidas para o fecho dos estores
durante o dia, na agenda RCCTE, podem existir horas em que os estores abertos permitam a entrada de
demasiada radiação solar, e estejam fechados quando um maior contacto com o exterior, a uma
temperatura inferior à interior, contribuiria para um maior arrefecimento das zonas.
Para a simulação realizada nesta dissertação foi então escolhida a terceira opção. Não se deve
esquecer o impacto que uma utilização diferente dos estores provocará nos resultados. Retira-se então
daqui que, na vida real, a regulação dos estores deve ser feita com um mínimo de cuidado. Parecendo
um gesto fútil, acaba por ter um peso importante na factura energética, algo similar ao cuidado que é
necessário ter com a utilização da iluminação eléctrica.
Sombreamento
O sombreamento causado pelos edifícios da faculdade vizinhos e pelos restantes corpos do
edifício do DEMI são tratados no parâmetro Shading:Building. Neste, tal como se definem os elementos
geométricos do corpo do edifício estudado, inserem-se as geometrias dos corpos e edifícios que
provocam sombreamento. Assim, como se pode observar na anterior Figura 2.10, irão aparecer os seus
contornos desenhados no ficheiro dxf, do desenho do edifício.
Já o sombreamento provocado por palas do próprio edifício é definido de forma similar no
parâmetro Shading:Zone:Detailed. Existem parâmetros onde as palas seriam mais fáceis de definir, mas
dada a forma geométrica algo peculiar das que se encontram no edifício, será necessário utilizar este.
Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus
Nuno A. Cerejo Fernandes 51
Pontos em comum
Os campos a preencher em comum à maioria dos parâmetros anteriores são o nome do
elemento, a que zona(s) a parede (ou elemento) pertence, que tipo de construção é utilizada nele, o seu
ângulo de inclinação (paredes: 90º, pavimentos: 180º, tectos: 0º) e, como seria de esperar, os seus
pontos geométricos, altura e comprimento.
Em alguns parâmetros é necessário referir se o elemento em causa está em contacto com vento
e se recebe luz solar directa. Relembre-se que o EnergyPlus não considera situações como óbvias. Se
um elemento é interior e tem obstáculos à luz solar e ao vento, o programa não considera esses dados
automaticamente.
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3. Simulação dos sistemas de climatização
3.1. Introdução à simulação realizada e dados relevantes dos sistemas
Como já foi referido, o edifício é suposto ser climatizado por cinco UTV (em que uma delas, a UTV5,
tem recuperação de calor), que possuem apenas bateria de aquecimento, sendo o arrefecimento limitado
a free-cooling. As baterias de aquecimento funcionam a água quente, sendo esta aquecida por caldeiras
alimentadas a GPL. Cada uma das UTV vai insuflar ar para determinadas zonas do edifício. Como este
ar insuflado terá de ter uma certa percentagem de ar novo, nem todo o ar poderá ser recirculado, sendo
parte dele expulso para o exterior nas UTV ou nas próprias zonas, sendo enviado para os corredores, de
forma a aquecê-los. Esta situação será analisada com maior pormenor mais à frente. Note-se então que
os caudais de ar insuflado e recirculado não serão idênticos.
Das 19 zonas definidas no corpo do edifício para simulação, 14 irão ser climatizadas pelas cinco
UTV presentes no edifício (cf. Tabela 3.1), ficando de parte os halls, corredores, instalações sanitárias e
armazéns (ou seja, as 4 ENU). Fica também de parte o laboratório do piso 4, cuja situação será
analisada mais à frente. Relembre-se que no projecto inicial este espaço seria uma biblioteca climatizada
pela unidade centralizada de ar condicionado UCA 1, que foi desactivada logo no início da utilização do
corpo do edifício.
Será relevante para a simulação obter dados de projecto das potências de aquecimento e dos
caudais de ar e água, para as UTV, caldeiras e zonas climatizadas. Infelizmente os dados do projecto
inicial são escassos, incongruentes com a realidade ou foram simplesmente omitidos. As telas finais, a
memória descritiva, as informações técnicas dos catálogos ou mesmo as informações que estão inscritas
nas instalações, raramente apresentam os mesmos valores para a mesma variável.
Tendo tudo isto em conta, os valores utilizados para as potências de aquecimento, caudais de água
e ar total insuflado, temperaturas de projecto e outras propriedades das UTV serão retirados dos dados
de projecto das suas descrições técnicas – que se aproximam das que constam nas placas de
informação das UTV –. As informações sobre as caldeiras serão retiradas da memória descritiva das
instalações. Por sua vez os valores para os caudais de ar insuflados nas salas, ar recirculado e ar
extraído pelos ventiladores serão retirados das telas finais da rede de distribuição de ar. Todas estas
fontes foram as mais fiáveis entre as que se conseguiram encontrar.
Apresentam-se nas tabelas seguintes os dados mais relevantes dos sistemas de climatização para
a simulação. Para os sistemas que servem também zonas de outros corpos do edifício, serão
considerados valores ponderados que consideram apenas o funcionamento para o corpo central.
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54 Nuno A. Cerejo Fernandes
Tabela 3.1 – Breve descrição das zonas consideradas na simulação.
* A área actual a que corresponde esta zona, mais vulgarmente conhecida por auditório ou sala 3.9, era, no projecto
inicial, em parte climatizada pela UCA 2, que foi desactivada.
Tabela 3.2 – Valores das UTV relevantes para a simulação.
* Valores ponderados, com base no caudal insuflado, após remoção das zonas que não fazem parte do corpo central.
Nos valores para as UTV encontramos a variável Factor UA da bateria de aquecimento (W/ºC). Esta
variável define a eficiência da troca de calor entre a água que circula no interior da bateria de
aquecimento e o ar a aquecer que passa através dela.
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No que toca às caldeiras, a sua potência total não será utilizada, dado que estas servem todo o
edifício e não apenas o corpo central. Tendo em conta que o caudal de água aquecida que é enviada
para o corpo central é cerca de 45% em relação ao caudal total que sai das caldeiras, a sua potência
será também reduzida nesta percentagem. Será considerada então uma potência de 90,9 kW com uma
eficiência de 0,83, um caudal de água aquecida igual à soma dos caudais fornecidos às UTV analisadas
e um aquecimento da água até aos 80ºC, utilizando GPL como combustível. Estes valores serão
analisados com maior atenção mais à frente.
Para calcular o IEE real de simulação, considera-se que todo o sistema de climatização e
equipamentos auxiliares ligam nos dias úteis, às 7 horas, uma hora antes de o edifício ter ocupação, de
forma a garantir que quando chegam os primeiros utilizadores do edifício, este já se encontra à
temperatura desejada. É desligado às 20 horas, quando o edifício volta a não ter ocupação relevante.
Nos fins-de-semana e períodos de férias escolares – que vão de 1 de Agosto a 14 de Setembro e de 21
de Dezembro a 1 de Janeiro – o edifício considera-se fechado e o sistema totalmente desligado. Todos
estes valores serão inseridos na simulação, em parâmetros que serão explicados ao longo deste
capítulo.
3.2. Definição dos perfis das zonas climatizadas
Para o projecto de climatização do edifício é fundamental conhecer para cada zona as cargas
internas provocadas pela ocupação, iluminação e utilização de equipamento. As densidades horárias de
cada um, inseridas na simulação, são baseadas nos perfis de referência que se encontram no Anexo XV
do RSECE, e depois adaptadas à realidade do edifício. Estes perfis variam consoante a utilização-tipo do
espaço analisado.
Os espaços do corpo do edifício que são climatizados têm 5 tipos principais de utilização –
Aulas, Salas de Computadores, Gabinetes, Laboratórios e Bar –. Consoante cada um será necessário
utilizar um perfil diferente, embora todos tenham pontos em comum por estarem presentes no mesmo
edifício, como se vai ver. As alterações feitas aos perfis nominais para adaptar à realidade do edifício
são descritas nos pontos seguintes, e resumidas na Tabela 3.3.
Espaços de Aulas
Incluem-se o auditório (P3 Aulas), as salas de aulas e salas de estudo (P4 Aulas, P3 e P4 Ala
Esquerda). O perfil base utilizado será o denominado Estabelecimentos de Ensino Superior.
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Pelo facto de nas salas não existirem equipamentos relevantes a serem utilizados, à excepção
da utilização esporádica de projectores, opta-se por excluir a utilização de equipamentos na simulação.
No que toca à iluminação a densidade será de 5,5 W/m2.
Como a ocupação das salas é reduzida em períodos de estudo sem aulas e elevada em épocas
de exame, considera-se que o valor padrão de 10 m2/ocupante irá fornecer um valor indicado de
utilização média para a simulação do consumo anual.
Salas de Computadores
Diferem apenas do perfil anterior das salas de aulas no que toca à densidade de ocupação e ao
equipamento. A ocupação mantém-se inalterada nos 10 m2/ocupante. Devido à utilização dos
computadores, cerca de um por cada dois alunos, vai ser utilizada a densidade padrão de equipamento
do perfil Estabelecimentos de Ensino Superior de 10 W/m2 para a simulação de consumo energético
anual.
Gabinetes
Consideram-se como gabinetes as secretarias e respectivas salas anexas, reprografia, posto
médico, portaria e gabinetes de professores (P2, P3 e P4 Gabs). Será utilizado o perfil Escritórios, com a
redução da densidade de ocupação para 32,3 m2/ocupante, que se irá repercutir também numa menor
utilização de equipamento, considerando-se que irão ser utilizados computadores e impressoras com um
total de calor sensível libertado de 200 W. A densidade de iluminação utilizada será de 5,5 W/m2.
Laboratórios
São os espaços do corpo do edifício cujos perfis são mais difíceis de definir. Primeiro porque no
RSECE não se encontra um perfil que se enquadre na sua função, e segundo porque a ocupação destes
é mínima. Os laboratórios não são significativamente utilizados excepto quando existe alguma, pouco
frequente, aula de laboratório. Os dois laboratórios do piso 2 têm dois funcionários contratados a tempo
inteiro, enquanto que os laboratórios dos pisos 1 e 4 normalmente encontram-se sem qualquer utilizador.
A utilização do equipamento é também difícil de definir porque varia entre a utilização de
computadores a trabalhos de soldadura, ou até a utilização esporádica de um túnel de vento ou de
máquinas de tecnologia mecânica com considerável consumo de electricidade.
Decidiu-se então considerar 1 utilizador para cada laboratório, cujo horário de trabalho se inicia
às 8 horas e termina às 17 horas. Considera-se um período de almoço das 12 às 14 horas, onde a
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ocupação é reduzida para metade. Este horário será também utilizado para os perfis de utilização de
equipamento e iluminação.
A potência do equipamento de cada laboratório será considerada como sendo idêntica ao perfil
“Estabelecimentos de Ensino Superior” patente no RSECE de 10 W/m2 e a densidade de iluminação
registada é de 3,5 W/m2.
Quanto ao laboratório do Piso 4, considera-se que este só é utilizado no máximo por uma única
pessoa e que a potência dos seus equipamentos é desprezável.
Bar
Para o Bar (P2 Bar), que serve refeições à hora do almoço, foi adoptado o perfil de Pronto-a-
Comer. No entanto é necessário alterar vários parâmetros, dado que este tem uma utilização atípica.
Relativamente aos horários, o Bar abre mais tarde e fecha mais cedo do que o indicado nos
perfis, considerando-se que o Bar funciona das 7 horas às 19 horas. Fecha mais cedo por já não ter
ocupação relevante.
A densidade do equipamento mantém-se nos 30 W/m2 mas a sua utilização entre as 14 e as 19
horas fica fixa em 75%, dado não se servirem jantares e por a ocupação pelos alunos ser reduzida
nestas horas. Note-se ainda que se considera que a comida é sempre trazida no início de cada dia e que
a sua quantidade é controlada, para que não se tenha de utilizar arca frigorífica ou outro armazenamento
de comida, durante a noite e os fins-de-semana. Tal é possível porque a logística do Bar é relativamente
simples, por este ser de pequena dimensão e não fazer um grande número de refeições.
A densidade de iluminação registada é de 4 W/m2.
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Tabela 3.3 – Diferenças entre os perfis utilizados na simulação e os nominais do RSECE.
Pontos em Comum
Independentemente das funções de cada área, o edifício rege-se pelos calendários lectivos da
faculdade, pelo que se encontra praticamente sem utilização nos períodos em que não ocorrem aulas,
salvo algumas excepções pouco significativas. Assim sendo considera-se que o sistema de climatização
está totalmente desligado nos períodos de férias escolares (1 de Agosto a 14 de Setembro e de 21 de
Dezembro a 1 de Janeiro) e aos fins-de-semana. Como tal, todos os perfis têm ocupação, iluminação e
equipamento nula nestes períodos.
Não se consideram as restantes férias e feriados porque não só variam de ano para ano como
também acabam por servir para compensar os períodos excepcionais não considerados em que a
faculdade funciona, como quando são realizadas provas de avaliação ao Sábado. Ignora-se o facto de
nas quartas-feiras de tarde não existirem aulas marcadas porque por vezes realizam-se provas de
avaliação ou aulas extraordinárias.
Sempre que foi necessário estimar ou calcular valores, em especial para as perdas por radiação
e as potências dos equipamentos, que não se encontravam descritos nos regulamentos e nos manuais
do EnergyPlus, consultou-se a referência [6].
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Excepções
Para os espaços não climatizados (ENU) considera-se a densidade de iluminação como sendo
nula nos dias úteis, enquanto há luz solar, e com o valor de 5,1 W/m2 nos dias úteis de noite, nos fins-de-
semana e nos períodos de férias.
A central telefónica do Piso 1 (P1 C Telefonica) é aquecida mas não tem qualquer ocupação e a
sua função é actualmente diferente do que foi inicialmente projectado. Serve agora para guardar os
servidores e sistemas anexos, pelo que actualmente necessita de ser arrefecida e não aquecida como foi
inicialmente projectado. É provável que o registo da entrada de ar aquecido nesta zona tenha sido
fechado, pelo que se considera, para fins de simulação, que embora entre ar aquecido como inicialmente
projectado, esta zona não irá ter qualquer controlo de temperatura. Em termos de equipamento,
considera-se que este funciona 24 horas por dia, o ano inteiro.
Ar Novo
As necessidades de ar novo dependem não só da densidade de ocupação como também da
actividade física que aí se realiza. Para decidir qual a necessidade de ar novo requerida para cada zona,
consultou-se o Anexo VI do RSECE. Por coincidência, para todas as utilizações irá ser utilizado o caudal
mínimo de 35 m3/(h.ocupante), à excepção das salas de aulas que terão 30 m3/(h.ocupante). Em caso de
dúvida ou na presença de vários valores possíveis, é imposto que se escolha o que pede maior
exigência de caudal de ar novo. É de referir que estes caudais de ar novo são elevados, levando por
vezes a mais de quatro renovações de ar por hora em cada sala.
Note-se que os caudais de ar novo mínimos só afectam a simulação caso os caudais de ar novo
de projecto sejam inferiores a estes primeiros. Caso tal aconteça, a simulação irá considerar que as UTV
aumentam os caudais de ar novo insuflado até atingirem o valor regulamentar.
3.3. Definição das zonas climatizadas
Para que cada uma das zonas seja simulada no EnergyPlus, será necessário definir cada uma
delas no parâmetro Sizing:Zone (cf. Figura 3.1). Neste foram introduzidos o nome de cada zona, a
temperatura de projecto do ar aquecido insuflado na zona e o rácio de humidade contida neste.
A temperatura de projecto do ar aquecido insuflado nas zonas foi considerada igual à
temperatura de projecto do ar aquecido proveniente da respectiva UTV que as serve.
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As necessidades de ar novo serão introduzidas, colocando-se o valor de ar novo necessário, em
m3/s, por cada utilizador. O caudal total de ar novo necessário será calculado a cada timestep pelo
programa, proporcionalmente à densidade de ocupação horária.
A temperatura das salas será controlada por termóstatos, que serão definidos nos parâmetros
ZoneControl:Thermostat e ThermostatSetpoint:DualSetpoint. No primeiro colocam-se schedules
previamente definidas, que contêm as temperaturas de aquecimento ou de arrefecimento desejadas para
cada hora. Como será necessário criar termóstatos para o aquecimento (aquecer a zona até 20ºC) e
para o arrefecimento (arrefecer a zona desde 25ºC), estes depois são “unidos” num único termóstato de
tipo DualSetpoint, tentando manter a temperatura do ar das zonas no intervalo imposto pelos
regulamentos de 20 a 25ºC. O termóstato é depois associado às zonas no parâmetro ZoneControl.
Figura 3.1 – Alguns dos valores introduzidos no parâmetro Sizing:Zone.
3.4. Parâmetros correspondentes aos ganhos internos
Os ganhos internos (de calor latente e sensível) nas zonas dependerão, como já se sabe, da
iluminação, do equipamento, e da ocupação e actividade exercida pelos utilizadores.
A definição da iluminação é feita no parâmetro InternalGains:Lights; para o equipamento no
parâmetro InternalGains:ElectricEquipment; e para a ocupação do edifício no parâmetro
InternalGains:People. Todos eles serão associados a uma zona, ou lista de zonas com utilização
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Nuno A. Cerejo Fernandes 61
semelhante, e a um horário de funcionamento, com os valores das fracções/percentagens dos perfis
anteriormente referidos.
No que toca à iluminação, o programa necessita que se coloquem as densidades de consumo
energético para cada zona ou lista de zonas e qual a fracção dessa energia que é perdida em calor sob
as formas de radiação e convecção. A fracção de cada um deles depende da montagem da caixa onde
se encontram as lâmpadas, que no corpo do edifício serão todas do tipo fluorescente. Os valores podem
ser consultados na Tabela 13 do documento Input-Output Reference [10], que é reproduzida na figura
seguinte.
Figura 3.2 – Reprodução da Tabela 13 e respectiva figura explicativa da referência [10].
No que concerne aos equipamentos, é de referir novamente que se considera que todos eles
funcionam a electricidade – daí o parâmetro correspondente no programa ser apenas o InternalGains:
ElectricEquipment –. Este parâmetro necessita que se introduzam as densidades de consumo energético
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para cada zona ou lista de zonas, qual a fracção dessa energia que é perdida em calor sensível e em
calor latente, e sob que formas (radiação e convecção).
Considera-se que os equipamentos não produzem qualquer calor latente. A única excepção
seria a dos equipamentos do Bar, mas quando estes produzem calor latente significativo, durante o
período de almoço, está ligado o ventilador de extracção VE 6. Considera-se que este removerá toda
esta carga, por motivos de simplificação.
Os ganhos de calor sensível com origem nos equipamentos serão propagados em 70% por
radiação e em 30% por convecção. Estes valores foram retirados da referência [6].
Finalmente o calor produzido pelos utilizadores, é especificado no parâmetro
InternalGains:People. Neste insere-se uma schedule com os valores horários de cada tipo de actividade
desenvolvida nos espaços pelos utilizadores e densidade de ocupação.
Utilizam-se os valores definidos pela norma ASHRAE HOF, apresentados na Tabela 10 da
referência [10] (cf. Figura 3.3). Esta actividade vai-se também repercutir na libertação de calor latente,
que é automaticamente calculada pelo programa. É ainda definido que 60% do calor libertado pelos
utilizadores será sobre a forma de radiação, valor padrão para a perda de calor para pessoas que
realizem poucos movimentos, quando não expostas a vento.
Figura 3.3 – Excerto da Tabela 10 da referência [10].
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3.5. Trocas de ar entre zonas
Uma das vantagens das simulações multizona é poder simular o efeito não só da troca de calor
entre as várias zonas de um edifício por condução, entre as suas fronteiras, mas também por convecção,
pelas trocas de ar que ocorrem. Ora no projecto inicial de climatização e de ventilação do corpo do
edifício, estas trocas são projectadas de forma a que, como já foi referido, os corredores e instalações
sanitárias sejam aquecidas indirectamente por ar quente vindo das salas que são climatizadas. O ar
infiltrado nos corredores é depois enviado para o exterior, através dos ventiladores das instalações
sanitárias. Assim sendo, o caudal de recirculação ou de extracção de cada sala será inferior ao
insuflado, de forma a haver uma parte do caudal que irá sair das salas e infiltrar-se nos corredores.
Ao introduzir estes valores de caudais de infiltração das salas para os corredores, a simulação
apresenta vários erros graves por não conseguir encontrar convergência de valores no interior das salas.
Assim sendo é preciso dividir este efeito de infiltração em dois passos, esses passos que são feitos nos
parâmetros ZoneAirflow:ZoneMixing e Fan:ZoneExhaust.
No ZoneMixing são introduzidos os valores dos caudais de infiltração de ar nos corredores, vindo
das salas aquecidas. No entanto este campo apenas considera alterações no calor na zona de destino,
não afectando as zonas de origem. Ou seja, na simulação os corredores seriam aquecidos, mas os
balanços de ar e de calor no interior das salas ficariam inalterados. O parâmetro Fan:ZoneExhaust entra
para corrigir esta situação. Este considera a presença de ventoinhas de extracção, ligadas directamente
ao exterior, que terão um caudal igual ao de infiltração nos corredores para cada uma das salas. Assim o
balanço de ar e de calor no interior das salas sofrerão também alterações, como esperado. A Figura 3.4
exemplifica este processo. Estas trocas só serão relevantes no horário de funcionamento do sistema de
climatização, pelo que estes ventiladores de extracção terão um horário de funcionamento idêntico (dias
úteis entre as 7 e as 20 horas).
Figura 3.4 - Exemplificação da situação real e da situação simulada para a ventilação dos corredores de cada piso.
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Note-se que a opção de enviar este ar para o exterior fará com que não seja necessário simular
as extracções de ar pelas instalações sanitárias, efectuadas pelo ventilador VE3. O consumo de
electricidade deste irá ser calculado à mesma, sendo idêntico ao consumo total somado das ventoinhas
de extracção, inseridas nas zonas, anteriormente referidas.
Relembre-se ainda que assim sendo, dos 4 ventiladores presentes no corpo central, o VE 7 e o
VE3 (instalações sanitárias) não serão considerados, o exaustor da cozinha VE 6 irá ser accionado
durante o período de preparação de refeições – entre as 11:30 e as 14 horas de cada dia útil da semana
– e o VE 4 será incluído nas extracções de ar das salas a que se encontra ligado. Para mais informações
consulte-se o sub-capítulo 1.7.Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica.
3.6. Definição dos sistemas de climatização e do seu circuito de água quente
A definição dos sistemas de climatização é feita no parâmetro Sizing:System.
No campo Minimum System Air Flow Ratio coloca-se o valor 1, tornando assim o caudal de
insuflação dos sistemas constante e sempre igual ao seu valor máximo calculado, tal como acontece na
realidade.
Figura 3.5 – Valores inseridos no parâmetro Sizing:System.
A maior parte dos campos seguintes deste parâmetro serão deixados nos seus valores por
defeito, em particular os relacionados com a humidade, dado que os sistemas originais não a controlam.
Serão introduzidas as temperaturas de aquecimento de projecto (Central Heating Design Supply Air
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Nuno A. Cerejo Fernandes 65
Temperature) e a activação da opção de free-cooling durante o Verão, no campo 100% Outdoor Air in
Cooling.
Finalmente a definição do circuito de água quente, que liga as caldeiras às UTV, é feita em
Sizing:Plant, onde se indica que a água irá ser utilizada para aquecimento e que a temperatura máxima
desta será de 80ºC, como consta no projecto. Também no projecto consta que a água irá sair das
baterias de aquecimento das UTV a 60ºC, pelo que se insere também neste parâmetro que se espera
que a água sofra uma redução de temperatura de 20º entre a entrada e a saída do circuito.
3.7. Definição dos componentes das UTV
Relembre-se que as UTV do corpo do edifício são constituídas por um ventilador de recirculação de
ar, uma caixa de mistura de ar, uma bateria de aquecimento, filtros e um ventilador de insuflação de ar.
Após a definição na simulação de cada um dos seus componentes, estes são ligados por ordem no
parâmetro Branch. Neste definem-se as ligações entre os nós de entrada e de saída de cada
componente, como se de um puzzle se tratasse, e quais os componentes que são activos ou passivos.
Se são activos, quando são ligados ligam também a UTV e quando são desligados desligam a UTV. Se
são passivos, ligam ou desligam consoante o decidido pelos activos.
Ainda sobre este ponto é de referir que sempre que na definição de um componente seja pedido o
seu horário de funcionamento, este será o já referido período das 7 às 20 horas, nos dias úteis, excepto
nos períodos de férias. De resto encontra-se sempre desligado.
Os elementos da mistura de ar são definidos nos parâmetros OutdoorAir:Mixer,
AirLoopHVAC:OutdoorAirSystem e respectivo EquipmentList, entre outros parâmetros mais
pormenorizados. Em todos estes inserem-se, basicamente, as ligações dos vários nós e componentes.
O programa exige que a entrada de ar novo tenha um controlador, que se insere no
Controller:OutdoorAir. Como as necessidades de ar novo já foram inseridas e calculadas noutros pontos
já referidos, os caudais deste no controlador ficarão em autosize25. As suas opções de Economizer, de
LockOut Type e restantes opções avançadas foram desactivadas por não existirem no sistema real.
Os ventiladores das UTV serão definidos em Fan:ConstantVolume, já que os seus caudais
volúmicos serão sempre constantes. No entanto estes podem ser desligados e ligados consoante seja
necessário. Considera-se que os motores dos ventiladores estarão totalmente inseridos dentro das UTV,
no campo Motor in Airstream Fraction, que irá fazer com que o ar insuflado seja ligeiramente aquecido já
depois de este sair da bateria de aquecimento. Este ponto pode fazer às vezes com que a temperatura
25 Ou seja, são calculados automaticamente pelo programa.
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66 Nuno A. Cerejo Fernandes
de insuflação, ou a temperatura interior das zonas, seja ligeiramente superior ao esperado. O caudal
máximo de ar que o ventilador pode insuflar (Maximum Flow Rate) será deixado em autosize por já ser
calculado noutros pontos do programa.
As baterias de aquecimento, para cada uma das UTV, são definidas no parâmetro
Coil:Heating:Water (cf. Figura 3.6). É preciso um grande cuidado ao introduzir os valores deste
parâmetro dado que, juntamente com os parâmetros Sizing:System e Sizing:Zone, irão influenciar
consideravelmente os resultados da simulação.
Figura 3.6 – Valores inseridos no parâmetro Coil:Heating:Water.
Um campo importante neste parâmetro é o método que se utilizou para a simulação do
funcionamento das baterias de aquecimento. Seguindo o manual do programa, antes de mais é
necessário colocar o campo Performance Input Method com o valor RatedCapacity. Isto significa que o
programa vai considerar o valor da potência da bateria de aquecimento introduzida. Ao escolher-se este
método é necessário introduzir com cuidado as temperaturas de entrada e saída do ar e da água na
bateria, retirados da Tabela 3.2.
A variável U-Factor Times Area Value é colocada em autosize e no campo Rated Ratio for Air and
Water Convection, foi deixado o valor por defeito de 1. Estes valores devem ser sempre verificados no
final da simulação pois são decisivos no cálculo da eficiência das transferências de calor por convecção
entre o circuito de ar e o circuito de água quente na bateria de aquecimento, em condições nominais de
funcionamento.
Das baterias de aquecimento falta só referir que estas têm de ter um controlador para a
temperatura e caudal de entrada da água quente, definido no parâmetro Controller:WaterCoil. Neste
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Nuno A. Cerejo Fernandes 67
deve ser dada a hipótese de o caudal poder ser nulo, de forma a desligar o circuito de água quente
sempre que as baterias não sejam utilizadas.
O módulo de recuperação de calor da UTV5 foi introduzido no parâmetro Heat Recovery:
HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate. Dada a falta de informações sobre esta unidade, apenas se podem
introduzir com alguma segurança os valores dos seus caudais e do rendimento e que a unidade é de
fluxos cruzados. Os restantes valores foram calculados com o maior cuidado possível, mas não puderam
ser confirmados. Devem então ser analisados com espírito crítico. Os valores introduzidos encontram-se
na figura seguinte.
Figura 3.7 – Valores introduzidos no parâmetro HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate.
3.8. Definição dos componentes do circuito de água quente e das caldeiras
A definição do circuito de água é feita no parâmetro Sizing:Plant, e na definição dos seus
componentes e respectivas ligações. Assim será necessário definir os vários tubos que constituem o
circuito e a bomba que realiza a circulação de água. Para efeitos de simplificação, considera-se que os
tubos de transporte de água das caldeiras para as UTV serão adiabáticos. Assim serão introduzidos no
parâmetro Pipe:Adiabatic. Tendo em conta que na realidade estes são isolados termicamente, o erro
resultante desta consideração não deverá ser relevante.
Deve ser feita no entanto uma chamada de atenção: como o programa não considera quaisquer
trocas de calor no circuito de transporte, é necessário que na definição da bomba de água, no parâmetro
Pump:ConstantSpeed, o seu funcionamento seja considerado intermitente (campo Pump Control Type,
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68 Nuno A. Cerejo Fernandes
valor Intermittent), ou seja, que desligue sempre que a água quente não seja necessária. Caso contrário
a bomba ao funcionar continuamente irá fornecer algum calor à água, mesmo que tal não seja
necessário, pelo que na estação de arrefecimento a água dentro dos tubos de transporte pode atingir
valores de temperatura extremamente elevados; de tal forma que no início da estação de aquecimento,
as caldeiras não teriam de funcionar nos primeiros meses.
Não se irão referir as inúmeras ligações necessárias a realizar aos componentes, por tal não ser
relevante. Basta referir que a água quente irá sair das caldeiras e depois ramificar-se para os vários
tubos de transporte de água para as UTV. O retorno será feito da forma inversa. De notar então que
alguns componentes auxiliares do sistema real são omitidos por falta de informações e falta de
relevância para os cálculos da simulação.
O conjunto das caldeiras será definido em Boiler:HotWater. O tipo de combustível que as
alimenta é GPL (sendo o mais idêntico no programa o valor Fuel Type -> PropaneGas). A temperatura a
que a água deverá ser aquecida é de 80ºC e o seu caudal será de 0,003 m3/s (Design Water Outlet
Temperature e Design Water Flow Rate). Este caudal de água será considerado como constante (Boiler
Flow Mode -> ConstantFlow).
Figura 3.8 – Valores inseridos no parâmetro Boiler:HotWater.
Para introduzir a eficiência nominal do conjunto das caldeiras, foi consultada a Nota Técnica NT-
SCE-01 [4]. No quadro XII do seu Anexo VIII, encontramos os valores de eficiência de sistemas de
climatização e produção de águas quentes sanitárias. Como foram instaladas em 1997, à data de
realização desta dissertação estas tinham cerca de 14 anos, ficando no intervalo de 10 a 19 anos. Sendo
caldeiras a combustível gasoso, a sua eficiência será de 0,83. Este valor foi introduzido no campo
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Nuno A. Cerejo Fernandes 69
Nominal Thermal Efficiency. De salientar que na memória descritiva do sistema de climatização, o
modelo de caldeira é apontado como tendo uma eficiência, no início do seu funcionamento, superior a
0,90. Tal facto é contrariado neste quadro, onde se pode observar que logo nos primeiros anos de idade
é considerado que esse valor não pode ser superior a 0,87. Como a eficiência do conjunto será
considerada constante e independente da sua carga de funcionamento, não se insere nenhuma curva de
eficiência, deixando-se em branco o campo Normalized Boiler Efficiency Curve Name.
Os horários de funcionamento do circuito de água quente e das caldeiras serão os mesmos que os
das UTV: dias úteis, excepto períodos de férias, das 7 horas às 20. Como se referiu, sempre que não
seja necessário aquecimento do ar exterior, o circuito também será desligado.
3.9. Definição de arrefecimento teórico para o corpo do edifício
Como já se referiu, o sistema de climatização do edifício não possui arrefecimento. No entanto,este
tem de ser inserido na simulação, dado que, segundo os regulamentos, para a simulação e cálculo do
IEE, o edifício terá sempre de garantir as condições de conforto. Assim é necessário considerar a
utilização de sistemas de “default”, com base no disposto no n.º 6 do Art.º 15.º do RCCTE, ou seja, que o
«sistema de arrefecimento é uma máquina frigorífica com EER 3».
Assim sendo criaram-se sistemas de arrefecimento com este equipamento para todas as zonas
climatizadas, que garantem que a temperatura se encontre sempre balizada entre os 20 e os 25ºC
durante o horário de funcionamento.
A zona P4 Lab é um caso aparte. Esta, já se sabe, não só não tem arrefecimento como não é
climatizada de todo. Foi então climatizada na simulação por um sistema teórico com os equipamentos
acima exigidos, que garantem ainda a insuflação do caudal de ar novo mínimo necessário.
Como estes sistemas de arrefecimento são teóricos, o seu funcionamento em simultâneo com o
sistema real de aquecimento já projectado levantou dificuldades na sua introdução na simulação. Assim
recorreu-se ao auxílio do parâmetro HVACTemplate:Zone:PTAC, que facilita a introdução e configuração
de unidades de ar condicionado individuais para cada zona; criando automaticamente a maior parte dos
componentes e parâmetros necessários. Os maiores cuidados tomados na sua definição foram a
colocação de um EER igual a 3, como exigido; e garantir que estas unidades não iriam perturbar ou
alterar os caudais de ar insuflado, ar novo, ar recirculado e ar enviado para os corredores.
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70 Nuno A. Cerejo Fernandes
3.10. Produção de águas quentes sanitárias (AQS)
As águas quentes sanitárias (AQS) serão apenas necessárias para o Bar do edifício. Para o cálculo
das necessidades de produção de AQS, optou-se por utilizar a Folha de Cálculo do RCCTE, presente no
Anexo C.
Para o consumo médio diário de AQS irá ser utilizado o valor padrão regulamentar para edifícios de
serviços de 100 litros/dia. O sistema de AQS do edifício foi analisado na dissertação entitulada Estudo da
implementação de um sistema solar térmico no edifício do DEMI (cf. referência [8]), onde é descrito o
equipamento que é utilizado para efectuar o aquecimento: «No bar do edifício do DEMI está instalado um
termoacumulador de marca Termoventil, modelo Multi-F (...). Este equipamento funciona a electricidade
da rede e tem capacidade para 100 l de água.».
Para se obter o valor da eficiência do termoacumulador, o RCCTE remete para o ponto 3 do Anexo
VI. Como se desconhecem informações detalhadas sobre o isolamento térmico do termoacumulador,
deveria ser considerada a situação mais penalizadora presente neste ponto: a de Termoacumulador
eléctrico com menos de 50 mm de isolamento térmico. Assim sendo a eficiência considerada seria de
0,80. No entanto, tratando-se de um edifício existente, pode ser antes consultada a Nota Técnica NT-
SCE-01 [4], onde no seu Anexo VIII encontramos que para um termoacumulador eléctrico, com 10 a 19
anos, como é o caso, a sua eficiência deverá ser considerada como 0,70. Será utilizado este último
valor.
Para o aumento de temperatura necessário será considerado o valor por defeito de 45ºC. O número
anual de dias de consumo considerado é de 220 dias, descontando-se assim ao ano os dias em que o
bar não funciona, como nas férias escolares.
Os valores de Esolar e Eren dependem da utilização de energia solar e de outras energias renováveis,
quer para o aquecimento de AQS, quer para a produção de electricidade, e não foram abordados por
ultrapassarem o âmbito desta dissertação e por não existirem.
O consumo de energia para a preparação de AQS calculado é de 0,74 kWh/m2.ano, ou seja, 1667
kWh/ano. Para ajudar a quantificar este valor é de referir que o limite máximo no RCCTE, caso o
presente edifício fosse novo, seria de 0,80 kWh/m2.ano.
3.11. Análise dos resultados da simulação
Os resultados mais relevantes da simulação são os que se referem aos consumos do edifício.
Estes encontram-se resumidos na Tabela 3.4. Os valores de conversão de energia útil para energia
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Nuno A. Cerejo Fernandes 71
primária (Fp) podem ser encontrados no ponto 1 do Artigo 18º do RCCTE. Para electricidade toma o
valor 0,29 kgep/kWh e para combustíveis sólidos, líquidos e gasosos toma o valor 0,086 kgep/kWh.
Tabela 3.4 – Resultados da simulação para os vários consumos energéticos do corpo estudado.
Antes de mais refere-se que é de grande importância ter as facturas energéticas do edifício, para se
poder confirmar se os resultados de simulações dinâmicas deste são congruentes com a realidade; não
se afastando mais de 10% dos valores ou, idealmente, mais de 5%. Como já se referiu, estas não
puderam ser utilizadas, dado que os sistemas de climatização se encontram desactivados há já alguns
anos, pelo que não reflectiriam os seus consumos. Dada a quantidade enorme de variáveis a controlar e
valores a inserir, fica muito difícil ter certezas quanto à exactidão da simulação, sem ter uma linha por
onde guiar como as facturas energéticas. Tal levou a um esforço ainda maior para rever várias vezes os
parâmetros e valores inseridos, de forma a garantir uma simulação fiável dentro do possível.
O consumo do fogão do Bar foi estimado considerando que a potência nominal deste será de 16 kW
– valor retirado do Quadro 3.6 da referência [6], considerando que o tipo de comida mais confeccionado
no Bar são fritos e grelhados – e que será utilizado, em média, 3 horas por dia, durante 220 dias por ano.
A iluminação tem o maior peso nos consumos do edifício. Note-se ainda que mais de 60% da
energia consumida pelo edifício é para outros fins que não a climatização deste.
A decisão de colocar a recuperação de calor na UTV5 foi tomada numa altura do projecto já algo
avançada, de tal forma que as informações detalhadas sobre esta unidade não se encontraram nos
registos das informações das restantes UTV. Assim sendo a maioria dos seus valores não podem ser
facilmente confirmados, utilizando-se os valores presentes nas plantas e na memória descritiva (muitas
vezes discrepantes entre si), que são insuficientes. Os valores em falta foram calculados e estimados de
forma conservadora, comparando-os sempre com os valores das restantes UTV.
Por
componente
Por
utilização Total % do Total
Caldeira 42798 19,13Combustível
Gasoso3681
Ventiladores e
Bombas30132 13,47 Electricidade 8738
Sistema teórico 6244 2,79 Electricidade 1811
Ventiladores 627 0,28 Electricidade 182
Aquecimento de
AQS1667 0,75 Electricidade 483
Iluminação 46820 20,93 Electricidade 13578
Equipamento 26816 11,99 Electricidade 7777
Fogão do Bar 10560 4,72Combustível
Gasoso908
33,4%
5,4%
61,2%Outros
Consumo de Energia Primária [kgep/ano]
Aquecimento
Arrefecimento
12419
1993
Utilização ComponentesConsumo
[kWh/ano]
Tipo de
Energia
Primária
22746
37158
Consumo
[kWh/(ano.m2)]
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72 Nuno A. Cerejo Fernandes
Tendo isto em conta, a redução de consumo da UTV calculada ao utilizar recuperação de calor
será de cerca de 7,5%. Note-se que nos registos de compra das unidades verificou-se que o preço da
UTV com o módulo de recuperação era sensivelmente o dobro das restantes UTV normais. Caso os
valores utilizados na simulação para esta recuperação sejam confirmados, este maior custo inicial não
compensa, dada a redução tão ligeira no consumo. Um relatório de auditoria, que foi realizado ao
projecto inicial, critica esta opção por estes mesmos motivos.
As diferenças entre as temperaturas dos espaços não climatizados (corredores e afins) e as
zonas climatizadas são consideráveis, em particular na estação de aquecimento. O ar vindo dos locais
aquecidos contribui um pouco para o aumento da temperatura (observe-se no gráfico da Figura 3.9 a
evolução da linha preta), no máximo 1,5ºC, mas não é suficiente para atingir o patamar mínimo de
conforto de 20ºC. Fica então patente que se considerou no projecto inicial que os corredores e
instalações sanitárias não têm uma permanência de utilizadores que justifique o seu aquecimento,
ficando então numa temperatura intermédia entre o exterior e os locais aquecidos.
Há no entanto um outro ponto a considerar: não deve ser esquecido que apenas se está a
analisar um dos corpos do edifício, com cerca de metade da sua área total, e que os corredores têm de
ser necessariamente “cortados” nesta análise, como já foi referido no sub-capítulo 1.5. Ficam então de
fora zonas relevantes que poderiam auxiliar o aquecimento destes locais, através de ar aquecido dos
restantes corpos do edifício e de ganhos solares.
Veja-se agora na Figura 3.10 o gráfico ilustrativo das necessidades de aquecimento de cada
uma das zonas. Como esperado, as zonas com maior volume e menores cargas internas são as que
exigem maior potência de aquecimento às UTV. Repare-se que o Bar (P2 Bar) necessita de um
aquecimento muito reduzido, devido à densidade de cargas internas que possui em relação à sua
relativamente pequena área.
Agora relembre-se que a UTV que climatiza o Bar é a UTV4, que também fornece ar quente aos
gabinetes dos pisos 2, 3 e 4 (P2, P3 e P4 Gabs) e à central telefónica (P1 C Telefonica), e atente-se às
diferenças entre as suas necessidades de aquecimento. Tal cria, hipoteticamente, uma dificuldade ao
projecto desta UTV. Se se decidir dar prioridade à climatização do Bar, os gabinetes terão um
aquecimento deficiente. No entanto se se der prioridade à climatização dos gabinetes do piso 4, o Bar
ficará sobreaquecido. Além disso as necessidades de ar novo são bastante diferentes, sendo que o Bar
precisa de um caudal superior, e o ar extraído que não é recirculado também é bastante diferente,
chegando o ar recirculado a ser nulo no Bar à hora de almoço, por causa da utilização do exaustor. Por
este motivo a simulação da UTV4 não foi fácil e teve em conta um compromisso entre estas zonas,
sendo dada prioridade aos gabinetes. Para compreender melhor esta dificuldade, observe-se o gráfico
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Nuno A. Cerejo Fernandes 73
da Figura 3.11 que ilustra a evolução das temperaturas do ar interior destas zonas ao longo do dia mais
frio do ano.
Figura 3.9 – Evolução das temperaturas do corredor do Piso 2 (P2 ENU) e dos seus espaços adjacentes, ao longo das 24 horas de um dia de Inverno.
Figura 3.10 – Necessidades de aquecimento máximas, em W, para as zonas climatizadas do corpo central do edifício.
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74 Nuno A. Cerejo Fernandes
Figura 3.11 – Evolução das temperaturas das zonas climatizadas pela UTV4, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro.
Figura 3.12 – Exigência máxima de energia (em J) para as várias baterias de aquecimento das UTV, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 75
Como a climatização dará prioridade aos gabinetes do piso 4 – note-se a linha azul que
representa este espaço, praticamente recta, perto dos 20ºC –, as outras zonas irão apresentar algumas
incongruências. Como esperado o Bar (linha preta) irá aquecer mais do que qualquer outra zona.
Embora esteja neste dia sempre abaixo do limite de 25ºC, não se deve esquecer que está representado
o dia mais frio do ano. A central telefónica (linha azul clara), por tudo o que já foi referido, pode ser
desprezada dado que até é vantajoso que a sua temperatura seja o mais baixa possível. Dadas as
diferenças entre a evolução da temperatura da zona P2 Gabs (linha vermelha) com a P4 Gabs (a azul),
tem de se assumir o compromisso de permitir que a temperatura da primeira desça abaixo dos 20ºC nas
primeiras horas que se seguem ao arranque do sistema. Caso fosse dada prioridade à zona P2 Gabs, a
zona P4 Gabs ficaria com muito mais horas em que a temperatura ficaria abaixo do ideal. Uma solução
para alterar o aquecimento dos P2 Gabs seria aumentar a temperatura do termóstato dos P4 Gabs, mas
tal é indesejado pois aumentaria ainda mais a temperatura do P2 Bar. Percebem-se assim os problemas
que surgem.
Ao esta unidade climatizar zonas com utilizações, áreas e necessidades de climatização tão
diferentes, poderá estar mal dimensionada, e além disso poderá não deter a indesejada propagação de
cheiros da confecção de comida do Bar. Talvez em vez de no projecto inicial se ter decidido climatizar à
parte as zonas que iriam ser destinadas às bibliotecas, poderia ter-se tomado essa opção para o Bar.
A exigência máxima diária das baterias de aquecimento (cf. Figura 3.12), nos dias mais frios do
ano, verifica-se para o período do arranque do sistema de climatização, entre as 7 e as 8 horas. À
medida que a utilização do edifício aumenta, assim como as suas cargas internas e ganhos solares, a
exigência vai diminuindo, até por volta das 15 horas. Daí até à paragem do sistema às 20 horas, a
exigência volta a aumentar, provocada pela diminuição da ocupação e ganhos internos, assim como o
desaparecimento dos ganhos solares.
O consumo das caldeiras é máximo nos dias mais frios do ano, tal como esperado. Note-se na
Figura 3.13 o aumento gradual que se verifica de Novembro a Janeiro, reduzindo depois até meados de
Abril. Neste período, os espaços em branco que se verificam são os correspondentes aos fins-de-
semana e às férias de Natal, em que as caldeiras se encontram desligadas. Ficam também desligadas
no período que vai de Junho até finais de Outubro. O gráfico apresenta valores superiores à potência
nominal do conjunto das caldeiras por este representar a potência de consumo, ou seja, já considera o
seu rendimento.
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76 Nuno A. Cerejo Fernandes
Figura 3.13 – Evolução anual da potência de consumo das caldeiras.
Embora o sistema de climatização esteja projectado apenas para aquecimento, o sistema entra
em free-cooling, para garantir o arrefecimento do edifício. Como já foi referido, este método consiste em
introduzir uma insuflação de 100% de ar novo. No entanto a simulação para a estação de arrefecimento,
com os, já referidos, sistemas de arrefecimento teóricos desactivados, mostra que tal não é de todo
suficiente para garantir o arrefecimento. Observe-se o gráfico da Figura 3.14.
O primeiro facto, como se pode observar, é que as temperaturas das duas zonas climatizadas
representadas (as salas de aulas P3 Ala Esquerda e P4 Ala Esquerda) encontram-se sempre acima da
temperatura de conforto máxima, mesmo durante a noite. Note-se que as restantes zonas do corpo do
edifício não representadas apresentam um comportamento idêntico. Nas curvas é possível ver a
influência da insuflação de ar exterior, a uma temperatura abaixo da interior, nas primeiras e nas últimas
horas de funcionamento do sistema (entre as 7 e as 10 horas e entre as 19 e as 20 horas). Nos restantes
períodos o free-cooling não contribui significativamente para o arrefecimento ou até poderia aquecer
ainda mais os espaços, no período entre as 12h e as 16:30h, caso não fosse desligado (garantindo as
UTV apenas o caudal de ar novo mínimo).
Assim embora, como se viu mais atrás, as necessidades de arrefecimento do edifício sejam
muito menores que as necessidades de aquecimento, teria sido positivo que o projecto inicial tivesse
considerado um sistema de arrefecimento. Isto até porque travaria a tendência que se verifica
actualmente no edifício de se colocarem várias unidades de climatização individuais em cada zona, o
que não só é muito dispendioso como pouco eficiente. Note-se que o free-cooling ainda assim reduz os
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Nuno A. Cerejo Fernandes 77
consumos energéticos de climatização de forma significativa, mas este deve ser integrado num sistema
de arrefecimento.
Figura 3.14 – Evolução das temperaturas de duas zonas – climatizadas apenas com free-cooling – e do ar exterior para o dia 23 de Julho.
3.12. Cálculo e análise dos IEE e da classificação energética do corpo central
A relevância dos IEE é abordada no capítulo 1.3. Neste ponto, após a realização da simulação,
procede-se ao cálculo do IEE real simulado e à sua comparação com o IEE de referência. Os valores
destes, para os edifícios de serviços existentes, encontram-se no Anexo X do RSECE, e ainda valores
alternativos, para alguns tipos de utilização, no Anexo XII.
O corpo em estudo possui, como já se viu, várias zonas com utilizações distintas. Assim sendo,
será necessário encontrar um IEE ponderado, calculado proporcionalmente em função das áreas úteis
respectivas a cada uma das tipologias e dos valores de IEE de referência de cada uma delas.
Consideram-se as zonas de salas de aulas, de computadores e laboratórios com utilização de
Escolas26; os gabinetes, as secretarias e a central telefónica como Escritórios; e o bar do edifício como
26 Nos valores para edifícios de serviços existentes, todos os tipos de estabelecimentos de ensino são
englobados na categoria Escolas.
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78 Nuno A. Cerejo Fernandes
Pronto-a-Comer. As áreas e IEE de referência para cada uma das utilizações são os apresentados na
Tabela 3.5.
Serão evitados os valores alternativos para os IEE de referência, presentes no Quadro XII do
RSECE, pois não foram encontradas informações fiáveis necessárias para os calcular.
Tabela 3.5 – Valores das áreas, utilizações e IEE de referência para as várias zonas do corpo estudado.
O valor do IEE ponderado foi então calculado através da seguinte fórmula:
(3.1)
Para o cálculo do IEE real de simulação, deve-se utilizar a equação (1.1):
(1.1)
Onde Ap é a área útil de pavimento; Qaq, Qarr e QOutros são o consumo de energia primária dos
sistemas de aquecimento, arrefecimento e de outros sistemas – como a iluminação e o equipamento –,
respectivamente, em kgep/ano; NI1 e NIi representam as necessidades máximas de aquecimento
permitidas pelo RCCTE, para o primeiro calculadas para o edifício na zona de referência I1-V1Norte
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Nuno A. Cerejo Fernandes 79
(com 1000 GD) e para o segundo calculadas na zona onde está localizado o edifício (Almada, com 1160
GD), ambos em kWh/m2.ano; NV1 e NVi representam as necessidades máximas de arrefecimento
permitidas pelo RCCTE, para o primeiro calculadas para o edifício na zona de referência I1-V1Norte e
para o segundo calculadas na zona onde está localizado o edifício, ambos em kWh/m2.ano.
Para o cálculo de Ni será necessário calcular o factor de forma do corpo do edifício. O que no
RCCTE é considerado como factor de forma (FF). Os regulamentos consideram que o factor de forma
define-se como o quociente entre o somatório das superfícies da envolvente exterior (Aext) e da superfície
envolvente interior (Aint) (excluindo em ambos elementos que estejam enterrados), e o volume útil interior
(V). Cada elemento da envolvente interior deverá ser afectado do coeficiente τ correspondente ao
espaço não-útil adjacente. O cálculo dos valores de τ (tau) é analisado no Anexo C. A fórmula de cálculo
do FF será então:
(3.2)
O FF lembra então o Número de Biot, em que quanto maior for a área de superfície de um corpo em
relação ao seu volume, maior será o ganho ou perda de calor (através) dele. Assim, a um menor valor
deste quociente irá corresponder um menor ganho ou perda de calor. Não será de admirar então que o
mesmo documento refira que «Na prática, um factor de forma elevado (FF > 1) conduz a uma maior
dificuldade de verificação do RCCTE.».
O valor obtido (cujo cálculo se encontra na Folha de Cálculo FC IV.1f do Anexo C) é igual a 0,31, e
é inferior a 0,5. Este valor obtido para o FF indica então que este edifício é bastante compacto, ou seja,
possui uma área de envolvente exposta ao exterior e a espaços não climatizados proporcionalmente
reduzida quando comparado com o seu volume, o que lhe irá minimizar as trocas de calor.
Temos da alínea 1 do Artigo 15º do RCCTE, que:
Assim para calcular o valor do índice NIi utiliza-se como valor de GD os graus-dia de aquecimento
para a região de Almada de 1160 e obtém-se 50,32 kWh/m2.ano, enquanto para o cálculo do índice NI1
utilizam-se os já referidos 1000 graus-dia e obtém-se 44 kWh/m2.ano.
Os valores de Nvi e Nv1 obtêm-se directamente da alínea 2 do mesmo artigo, e vão corresponder à
zona V1 Sul e V1 Norte, respectivamente, tendo então os valores de 22 e 16 kWh/m2.ano.
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80 Nuno A. Cerejo Fernandes
Substituindo as variáveis pelos seus valores temos (consultem-se os resultados da simulação
para os consumos energéticos no capítulo 3.10):
(3.3)
Assim sendo, IEEreal, simulação < IEEref ponderado pois 15,67 < 21,98, pelo que o edifício não
necessitaria de PRE.
No entanto, o valor do IEE ponderado calculado merece uma crítica. Primeiro, o consumo do
sistema de arrefecimento é consideravelmente mais baixo que o de aquecimento. Embora, como já se
referiu diversas vezes, o edifício não tenha uma necessidade de arrefecimento muito considerável –
especialmente por o edifício estar praticamente sem utilização em Agosto e durante a primeira metade
do mês de Setembro, período esse que é particularmente exigente para o arrefecimento – este valor
poderá ser demasiado baixo. Este seria provavelmente superior caso o edifício tivesse de facto instalado
um sistema de arrefecimento integrado nas UTV, com a mesma idade que estas, ao invés do sistema
teórico utilizado na simulação.
Além disso, o IEE de referência utilizado para o Bar tem um peso muito importante no cálculo do IEE
ponderado. Não se pode esquecer que nos regulamentos se espera que um Pronto-a-Comer também
sirva jantares, que não acontece no edifício. Assim sendo, o contributo do Bar para o aumento do IEE de
referência ponderado é superior ao aumento do consumo, o que poderá estar a ocultar alguma
ineficiência do edifício. Uma situação similar, mas com menos peso, acontece para os Escritórios
considerados. De qualquer forma, a diferença entre os valores de IEE real simulado e de referência
ponderado é elevada.
O cálculo de um IEE alternativo é excluído não só pelo já referido motivo de não se terem
informações fiáveis para os calcular, como também por a prática corrente ser de utilizar estes valores
para aumentar o valor do IEE de referência, e não, como agora sugerido, para o reduzir.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 81
4. Comentários à eficiência e conforto do edifício e possíveis
melhorias
Tendo em conta o estado das instalações actuais (cf. 1.8.Estado actual das instalações de
climatização), a maior prioridade para o edifício será a reparação e posterior manutenção continuada das
instalações de climatização. Após a instalação dos novos filtros e da reactivação das UTV, será
necessária uma análise à qualidade de ar interior; mas tendo em conta o cuidado que se teve no projecto
inicial na escolha e projecto dos filtros de ar, certamente o edifício irá ser aprovado sem problemas de
maior.
Também deverá ser dada prioridade à reparação dos estores que foram danificados, ou até
arrancados, por um temporal. A sua utilização deve passar a ser mais cuidada e tal pode até ser feito de
forma simples. Será bastante positivo se se garantir que os estores, durante a estação de aquecimento,
são fechados ao final do dia, podendo essa verificação ser feita aquando da limpeza diária das salas; e
que são totalmente abertos quando a luz solar pode contribuir para o seu aquecimento. Durante a
estação de arrefecimento os estores poderiam ser deixados abertos durante a noite, de forma a auxiliar o
arrefecimento das salas, desde que tal não interfira com o trabalho dos seguranças.
A utilização da iluminação e dos equipamentos considerada na simulação é baseada numa
utilização racional, ou seja, quando uma zona não é utilizada, a sua iluminação e equipamento são
desligados. No entanto tal nem sempre acontece no edifício. Uma solução simples será alertar
professores e alunos que verifiquem quando saem das salas, nos horários destas, se a aula que
terminou é a última do dia ou se a próxima só irá ocorrer passadas algumas horas, e que nesses casos
apaguem as luzes.
Por motivos de segurança, as luzes dos corredores encontram-se ligadas todas as noites, o ano
inteiro, e por vezes durante todo o dia. Um ponto positivo é que todas elas foram mudadas para
lâmpadas economizadoras de energia.
Uma tendência que se verifica em todos os edifícios do campus da faculdade é a utilização cada
vez maior de unidades individuais de climatização para cada uma das salas, e principalmente gabinetes.
Tal faz com que se assistam a situações como vários sistemas de ar condicionado instalados em
paredes exteriores de edifícios ou instalados mesmo ao lado de unidades centralizadas, muitas vezes
deixadas sem qualquer manutenção, por vezes até a enferrujar.
Essa situação já tinha sido prevista, nos já referidos relatórios de inspecção inicial do projecto do
edifício do DEMI, que criticam a opção de, para reduzir os custos iniciais, não ter sido instalado um
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82 Nuno A. Cerejo Fernandes
sistema de arrefecimento de ar. O projecto inicial considerou que o free-cooling deveria colmatar uma
boa parte das necessidades de arrefecimento, mas, como se pôde ver nos resultados da simulação, o
sobreaquecimento das zonas é mais que visível, em especial em situações em que o ar exterior já se
encontra a uma temperatura superior a 25ºC. Além disso, o projecto inicial não contou de todo com a
presença das salas de computadores actuais, que necessitam de arrefecimento por vezes até durante a
estação de aquecimento.
Foram então instalados nos últimos anos vários equipamentos individuais, que não foram
analisados nesta dissertação, por não existirem dados suficientes sobre o seu funcionamento ou até
mesmo sobre que zonas climatizam e como. A Figura 4.1 fala por si só e mostra o quão incongruente
acabou por ser esta opção.
Esta tendência deve ser finalmente contrariada daqui em diante. Os custos de instalação de
baterias de frio nas UTV deverão ser analisados, e comparados com os custos a longo prazo da
utilização das várias unidades individuais.
Figura 4.1 – Várias unidades individuais de arrefecimento ligadas às condutas da UTV6, possivelmente para colmatar as necessidades de arrefecimento da zona P3 Sala Computadores, que possuí ganhos internos de calor consideráveis.
Dão-se de seguida exemplos de soluções que podem ser adoptadas para a redução dos consumos
energéticos do edifício e para o aumento do seu conforto. As reduções do consumo energético
apresentadas foram calculadas em simulação no EnergyPlus.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 83
Solução A: Desactivação das UTV7 e 8
Custo: Baixo ou até nulo, dependendo de se colocar ou não, unidades de climatização individuais
nos laboratórios para compensar a desactivação das UTV.
Redução do consumo: 4717 kgep/ano em aquecimento (sem contar com os consumos de
unidades de climatização individuais) – redução de 12% do IEEreal, simulação para 13,83 kgep/m2.ano
Descrição: A desactivação das UTV 7 e 8 – dados os grandes volumes das zonas (os laboratórios
dos Pisos 1 e 2) que têm de servir, para um número relativamente pequeno de ocupantes – pouparia
energia e ainda operações de manutenção.
Como estes laboratórios possuem no seu interior salas isoladas de área mais reduzida, que
servem de gabinetes, já seria mais compensador nesta situação utilizar uma unidade de ar condicionado
individual para garantir o conforto dos ocupantes. Tal já acontece no laboratório do Piso 4.
Note-se que quando estas UTV foram projectadas, era suposto que a utilização dos laboratórios
fosse muito superior ao que actualmente se verifica. Dado o considerável volume destas zonas para uma
tão reduzida utilização, além de que os laboratórios do piso 2 costumam ter sempre as portas abertas, as
infiltrações poderão ser suficientes para garantirem os caudais de ar novo exigidos. Relembre-se que as
extracções de gases nocivos são garantidas por um dos ventiladores, independente do funcionamento
das UTV. No entanto esta opção só é viável desde que a utilização e ocupação destas zonas não seja
significativamente alterada, como a criação de novos gabinetes ou salas de aula.
Uma alternativa será marcar com antecedência as semanas em que existem aulas de laboratório –
que, se bem agendadas, ocuparão poucos dias por ano – e ligar as UTV apenas para esses períodos.
Solução B: Utilização de caudais de ar e de água mais reduzidos nas UTV
Custo: Supostamente reduzido, dependendo da complexidade técnica
Redução do consumo: 7784 kgep/ano em aquecimento – redução de 24% do IEEreal, simulação para
12,63 kgep/m2.ano
Descrição: Uma simulação realizada com o dimensionamento automático das UTV ligado revelou
que poderiam ter sido utilizados caudais de ar muito inferiores aos instalados27. Não só teriam sido
poupados custos iniciais em equipamentos menores, como também em custos de consumo e
manutenção.
A análise do custo desta solução necessita de conhecimentos técnicos que ultrapassam o âmbito
desta dissertação. Esta talvez possa ser implementada com a regulação dos controladores ou registos
27 Os caudais minímos de ar novo projectados para as UTV são, na maioria das vezes, muito superiores ao
exigido pelo RSECE. Além disso uma simulação, em que se efectuou também o dimensionamento automático das potências das baterias de aquecimento, revelou que estas poderiam ser inferiores.
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84 Nuno A. Cerejo Fernandes
das UTV; ou com a redução das velocidades dos ventiladores das UTV, caso tal seja tecnicamente
simples e economicamente viável.
Solução C: Instalação de painéis solares térmicos ou fotovoltaicos na cobertura do corpo
Custo: Elevado, a viabilidade económica depende da instalação efectuada
Redução do consumo: Variável, depende da instalação efectuada
Descrição: A instalação de painéis solares térmicos ou fotovoltaicos, embora dispendiosa, é muito
recomendada para este edifício, já que possui uma área considerável livre na cobertura, com pouco ou
nenhum sombreamento (veja-se a Figura 4.2). O estudo pormenorizado da instalação de painéis solares
térmicos, para o aquecimento de AQS para o Bar, é efectuado na referência [8], cuja leitura se
recomenda.
O aproveitamento de energia eólica é também recomendado, dada a proximidade ao mar e a sua
exposição ao vento. Um outro edifício da faculdade (DEE) está já a realizar testes para analisar a sua
viabilidade na zona. Mas mais uma vez, para estas opções, é mais importante ter em conta qual o
retorno económico, dado tratarem-se de sistemas muito dispendiosos actualmente.
Figura 4.2 – Uma das várias áreas da cobertura do edifício com potencial para a instalação de painéis solares e para aproveitamento de energia eólica.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 85
Solução D: Melhoria do isolamento térmico da envolvente do corpo do edifício
Custo: Elevado
Redução do consumo: Desprezável
Descrição: A colocação de isolantes térmicos nas zonas com maiores coeficientes de transmissão
térmica28 e a substituição dos vidros simples por vidros duplos são medidas muito utilizadas em PRE
para habitações. No entanto, para edifícios de serviços – onde a ocupação nocturna é, regra geral, nula
ou desprezável; onde os ganhos internos prevalecem sobre todos os outros ganhos; onde a área
envidraçada é muito superior; e onde menores inércias térmicas costumam ser vantajosas – essas
medidas não são tão eficazes.
No corpo estudado a redução de consumo simulada para esta solução é praticamente desprezável,
pois reduz ligeiramente as necessidades de aquecimento mas por outro lado aumenta, numa
percentagem idêntica, as necessidades de arrefecimento. E note-se que esta solução tem custos
elevados.
Este ponto comprova a afirmação que é feita no projecto inicial, de terem existido preocupações
com o isolamento térmico do edifício, como já foi referido.
Outras soluções:
Existem ainda outras opções, de menor impacto e dimensão, cuja viabilidade necessitaria de um
estudo bem mais aprofundado mas que fica fora do âmbito desta dissertação. Uma delas é a reactivação
da UCA2. Siga-se este raciocínio: a zona P3 Aulas era antes, como já referido, duas salas distintas –
uma biblioteca e uma sala de aulas, em que a biblioteca era climatizada pela UCA2 –. Ao serem unidas,
e com desactivação da UCA2, ficamos com um espaço com utilização considerável e uma área
relativamente grande, que é climatizado pela UTV6 por uma única tubagem, que lhe dá menos de 20%
do ar insuflado que foi projectado receber. Assim sendo, a quase totalidade do ar que é recebido pela
tubagem terá de ser ar novo, de forma a garantir o seu caudal mínimo. Ora para tal acontecer, a UTV6,
por sua vez, terá de admitir a mesma percentagem considerável de ar novo, em relação ao caudal total
insuflado, exigindo então maiores necessidades de aquecimento no Inverno e subsequentes maiores
consumos de energia. Como a redefinição das condutas e caudais de ar para estas zonas poderá ser
bastante complexa e dispendiosa, justifica que se analise se a reactivação da UCA2 irá ser menos
dispendiosa a longo prazo do que o aumento de consumo da UTV629. Uma vantagem à partida é que a
zona passaria a ter arrefecimento disponível no Verão.
28 De forma a que estes fiquem dentro dos limites regulamentares, o seu valor de U terá de ser o menor
número entre 1,8 ou 2 x 0,58 = 1,16. Consulte-se o Anexo IX do RCCTE para uma melhor compreensão. 29 É ainda necessário analisar se ambos os equipamentos a funcionar em simultâneo não entram em conflito.
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86 Nuno A. Cerejo Fernandes
Além desta opção poderia também ser analisada a reactivação da UCA1 e deslocar as salas de
computadores para as salas arrefecidas por estas unidades. As várias salas de computadores do edifício
necessitam de sistemas de arrefecimento, pelos motivos já analisados, e teria sido positivo equacionar a
reactivação destas UCA, na altura em que foram instaladas as várias unidades de ar condicionado
individuais nestas salas. Mesmo que as UCA não conseguissem ter potência suficiente para garantir
uma correcta climatização, esta falta poderia ser colmatada com um menor número de unidades de ar
condicionado do que as instaladas actualmente. Além disso as UCA podem garantir um caudal de ar
novo que as unidades individuais instaladas não fornecem.
Já que se optou pela climatização das salas de computadores por várias unidades individuais de
ar condicionado, essa opção deveria ter sido estudada para o Bar do edifício. Neste caso essa opção já
seria positiva pois, como se observou no sub-capítulo 3.11, a climatização desta zona é bastante
complicada e acaba por aquecer demasiado, já que a UTV4 que a climatiza é responsável por várias
zonas de utilizações demasiado diferentes. Assim se esta zona tivesse um sistema de climatização
independente que lhe garantisse o caudal de ar novo regulamentar necessário e, ao mesmo tempo,
garantisse o seu aquecimento e, principalmente, o seu arrefecimento, os consumos energéticos
reduziriam (até porque, dados os ganhos internos verificados nesta zona, as suas necessidades de
aquecimento são reduzidas). A UTV4 teria também uma menor utilização e desgaste e uma muito maior
facilidade de controlar as temperaturas das restantes zonas a que se encontra ligada.
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5. Conclusões
Embora os resultados da simulação realizada apontem para que o corpo central do edifício do DEMI
cumpra os requisitos de consumo estipulados no RSECE, dado o IEE real simulado ser inferior ao IEE
ponderado, existe um grande potencial para melhorias da eficiência energética. No entanto, dada a
situação actual do edifício, a prioridade será garantir que os sistemas de climatização voltem a funcionar
e que garantam os requisitos de QAI e, em segundo lugar, estudar uma forma económica e
energeticamente eficiente de implementar um sistema de arrefecimento centralizado no edifício.
O edifício por ter, à data desta dissertação, as unidades desactivadas e, principalmente, sem filtros,
não pode ter o seu sistema de climatização a funcionar. Caso a manutenção volte a ser realizada
periodicamente, o conforto do edifício irá decerto aumentar, embora se deva ter em mente que no Verão
esse conforto será muito menor, ou então será feito à custa de um maior consumo de unidades
individuais de climatização.
Como o valor de IEE simulado do edifício é menor que o exigido, vê-se que o cuidado com o
isolamento térmico do edifício – à excepção de um ou outro detalhe – esteve patente. Assim pode-se
afirmar que o projecto inicial da envolvente do edifício está bem conseguido, principalmente tendo em
conta que teve os custos em mente e o ano em que foi realizado.
O mesmo não se poderá dizer do projecto dos sistemas de climatização, que parece bem menos
conseguido, como até os relatórios de auditoria a esse projecto alertaram logo na altura. A instalação de
recuperação de calor ao invés da instalação de sistemas de arrefecimento não parece fazer sentido, em
especial dado que as unidades com recuperação de calor custaram praticamente o dobro das unidades
normais. A instalação de unidades com menores caudais de ar e menores potências, e que considerasse
a instalação de um sistema de arrefecimento, poderia ter sido conseguido um maior conforto no interior e
ainda provavelmente um menor custo. Poderia ter ainda sido definido com maior cuidado, na altura do
projecto inicial, como iria ser de facto a utilização futura, talvez previsível, de várias zonas; tais como as
bibliotecas desactivadas, os laboratórios e as salas que iriam receber computadores.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 89
6. Bibliografia
[1] Decreto-Lei n.º 78/2006 de 4 de Abril – Aprova o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE).
[2] Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril – Aprova o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE).
[3] Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril – Aprova o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).
[4] Agência para a Energia (ADENE). Nota Técnica NT-SCE-01 – Método de cálculo simplificado para a certificação energética de edifícios existentes no âmbito do RCCTE, Abril de 2009.
[5] Santos, C.A. Pina dos; Matias, L., ITE 50 – Coeficientes de transmissão térmica de elementos da envolvente dos edifícios, Versão actualizada 2006, 16ª edição, LNEC, Lisboa, 2010.
[6] Rodrigues, António Moret; Piedade, António Canha da; Braga, Ana Marta, Térmica de Edifícios, 1ª edição, Edições Orion, Amadora, 2009.
[7] Santos, C.A. Pina dos; Paiva, José A. Vasconcelos, ITE 12 – Caracterização Térmica de Paredes de Alvenaria, Reimpressão de 1990, LNEC, Lisboa, 1986.
[8] Domingues, Pedro Miguel Malícia, Estudo da implementação de um sistema solar térmico no edifício do DEMI, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Monte da Caparica, 2010.
[9] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Getting Started, 12 de Outubro de 2010. [10] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Input/Output Reference, 11 de Outubro de 2010. [11] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Output Details and Examples, 12 de Outubro de
2010. [12] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Engineering Reference, 11 de Outubro de 2010. [13] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Auxiliary Programs, 12 de Outubro de 2010. [14] Roriz, Luis et al.; Climatização – Concepção, Instalação e Condução de Sistemas, 2ª
edição, Edições Orion, Amadora, 2007. [15] Lamberts, Roberto; Ghisi, Enedir; Abreu, Ana Lígia Papst de; Carlo, Joyce C.,
Desempenho Térmico de Edificações, 3ª edição, LabEEE, Florinópolis, Brasil, Fevereiro de 2005.
[16] Lee, E.S., Tavil, A., Energy and visual comfort performance of electrochromic windows with overhangs, Building and Environment, LBNL-59064, 3 de Novembro de 2005.
[17] Westphal, Fernando Simon; Lamberts, Roberto, Curso – Introdução ao EnergyPlus, Versão de Junho de 2006, LabEEE, Florinópolis, Brasil.
[18] Afonso, João Filipe dos Santos, Estudo do Comportamento Térmico de Edifícios Antigos – Um Caso de Estudo, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Monte da Caparica, 2009.
[19] Gonçalves, H.; Maldonado, E., Manual de apoio à aplicação do RCCTE, INETI, Lisboa, 2006.
Links Úteis (última actualização: Setembro de 2011)
http://www.adene.pt – Agência para a Energia;
http://www.ashrae.org/ – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers;
http://www.3ds.com/products/draftsight/free-cad-software - DraftSight, página do programa;
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/ – EnergyPlus, página principal do software;
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90 Nuno A. Cerejo Fernandes
http://www.engineeringtoolbox.com – Engineering Toolbox;
http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm – European Commission, Energy Efficiency in Buildings;
http://epp.eurostat.ec.europa.eu – Eurostat;
http://maps.google.com – Google Maps;
http://www.wolframalpha.com/ – Wolfram Alpha, computacional knowledge engine.
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7. Anexos
Anexo A – Telas finais da arquitectura do corpo central do DEMI
Piso 1
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Piso 2
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Piso 3
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Piso 4
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Anexo B – Elementos construtivos das envolventes do edifício
Envolvente Exterior
Os elementos mais comuns da envolvente exterior e que representam a maior percentagem da área
exterior do edifício apresentam-se na Figura 7.1.
Figura 7.1 – Elementos mais comuns da envolvente exterior
Figura 7.2 – Pormenor da fachada do edifício
Encontram-se também, com menor área, elementos como a denominada “Zona com grelhas do
Piso1”, ou o “Portão Ve49”, que se podem observar na Figura 7.2.
A cobertura do edifício é feita em terraço e engloba toda a área do edifício, ou seja, tem a forma
deste visto de cima. A área dos “Pavimentos Exteriores Ve37” refere-se à área que é saliente na sala
3.05 (consulte-se o Anexo A), onde se insere o vão envidraçado Ve37, que é visível na Figura 7.3. A
varanda do Bar é também analisada pois a central telefónica, que é considerada como um espaço
aquecido, contacta com o exterior através desta.
Note-se que os pavimentos e coberturas, tratando-se de elementos horizontais, vão sofrer
fenómenos convectivos diferentes dos observados nos elementos verticais. Assim sendo é necessário
calcular os seus valores de U para fluxo de transferência de calor ascendente e descendente. Na
estação de aquecimento o fluxo será ascendente para as coberturas e descendente para os pavimentos,
acontecendo o inverso na estação de arrefecimento – deslocando-se sempre o calor da fonte mais
quente para a mais fria –. Como o ar quente tem tendência a deslocar-se para cima, não é de estranhar
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96 Nuno A. Cerejo Fernandes
que a transferência de calor por fluxo ascendente seja maior do que por fluxo descendente, o que se
repercute em maiores valores de U.
Figura 7.3 – “Pavimentos Exteriores Ve37”
Além destes elementos, vale a pena referir os vários tipos de Pontes Térmicas Planas (PTP) que se
encontraram na envolvente exterior. Estes podem-se agrupar em 5 tipos diferentes, apresentados abaixo
na Figura 7.4.
Figura 7.4 – Tipos de Pontes Térmicas Planas presentes no corpo central do edifício.
As de tipo A tratam-se de vigas embutidas no pano interior, sem entrar em contacto com o pano
exterior ou com a caixa-de-ar entre panos. Quando uma viga de tipo A encontra um vão envidraçado,
torna-se de tipo C, em que a diferença é agora contactar com o exterior através de uma viga de ferro em
I, atravessando caixa-de-ar e pano exterior.
As de tipo B encontram-se nas paredes norte e sul do corpo do edifício. Estas têm uma área de
contacto com o exterior superior aos outros tipos e não se alongam para o interior do edifício, sendo a
sua espessura igual à soma dos panos de alvenaria e da caixa-de-ar.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 97
As de tipo D servem de apoio para os vãos envidraçados. Tratam-se apenas e só de vigas de
ferro em I. Finalmente as de tipo E só se encontram nos apoios do vão envidraçado Ve17. Tratam-se de
vigas de betão armado, cada uma com uma viga de ferro em I embutida na face exterior.
As composições detalhadas de cada um dos elementos apresenta-se de seguida. Note-se que
em nos cálculos para elementos verticais se considera o valor de Rsi de 0,13 m2.ºC/W e de Rse de 0,04
m2.ºC/W. São omitidos para simplificar a representação das composições dos elementos. Nas
excepções e para os elementos horizontais são apresentados os valores.
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Como estes valores do coeficiente U foram baseados nos valores de resistências térmicas
presentes na referência [5], ITE 50, os valores utilizados na simulação acabaram por ser ligeiramente
diferentes, já que foram calculados pelo EnergyPlus. De seguida apresentam-se um resumo dos valores
calculados segundo o ITE 50 e segundo o EnergyPlus e quais as suas áreas de superfície consideradas.
Deve-se notar que o EnergyPlus não separa os valores para fluxo ascendente e descendente nos
resultados, indicando um valor médio anual.
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102 Nuno A. Cerejo Fernandes
Note-se que não é só pelo contacto com o ar exterior que a envolvente do edifício recebe calor,
sendo também aquecida por radiação da luz solar. Para este tipo de transmissão de calor vai interessar
não só novamente o coeficiente de transmissão térmica U e a área dos elementos, como também a cor
da superfície exterior. Quanto mais escura esta for, maior é a quantidade de calor que a superfície irá
absorver.
O corpo do edifício em estudo tem como cores predominantes a cor branca e a cor da tijoleira,
vermelho-escuro. A primeira será considerada cor clara e a segunda cor média. De resto irão considerar-
se as cores acinzentadas, presentes em algumas zonas cuja superfície é metálica, como em algumas
PTP por exemplo, como sendo cores médias. A cobertura irá ser considerada como tendo cor clara por
ser coberta por seixos brancos.
Envolvente Interior
Como a lista de diferentes elementos construtivos da envolvente interior é bastante extensa
(veja-se a Folha de Cálculo FC IV.1b no Anexo C), e dada a sua reduzida influência nos resultados da
simulação, não se justifica a descrição pormenorizada de todos eles. Apresentam-se de seguida apenas
os elementos mais significativos.
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Anexo C – Aplicação do RCCTE ao corpo central do DEMI-UNL
Introdução
Antes de mais deve ser feita uma distinção breve entre o RSECE e o RCCTE. O RSECE
regulamenta a certificação energética para grandes edifícios e/ou com potência de climatização superior
a 25 kW. Este regulamenta os consumos e projecto de sistemas de climatização e seus componentes. O
RCCTE regulamenta a certificação energética para pequenos edifícios que tenham potência de
climatização inferior ou igual a 25 kW. Incide na análise da construção do edifício em si, na qualidade do
seu isolamento térmico, as perdas e ganhos de calor e no controlo e inspecção das suas necessidades
de climatização.
Dada a área do edifício em estudo, superior a 1000 m2 (grande edifício), a sua análise energética
deverá ser feita à luz do RSECE. Como ambos os regulamentos estão interligados, existem pontos do
RCCTE que já foram analisados neste trabalho. Os restantes pontos deste foram também analisados
num estudo que se apresenta de seguida, onde se realiza uma análise energética do edifício no âmbito
do RCCTE, na sua íntegra. Este estudo foi incluído nos objectivos desta dissertação já que foi
considerado que se trata de um exercício útil e que aumenta a relevância do presente trabalho.
Para a aplicação do RCCTE foram considerados como relevantes os seguintes pontos principais
(existem outros com menor impacto):
· Zoneamento climático;
· Perdas e ganhos de calor pela envolvente exterior do edifício;
· Perdas e ganhos de calor pela envolvente interior do edifício;
· Ganhos solares e perdas de calor pelos envidraçados;
· Perdas por ventilação e infiltração de ar;
· Ganhos internos;
· Inércia térmica e factor de forma;
· Necessidades de preparação de águas quentes sanitárias (AQS).
Alguns destes pontos são analisados em separado para os períodos de aquecimento (Inverno) e de
arrefecimento (Verão).
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106 Nuno A. Cerejo Fernandes
Localização e zoneamento climático do edifício do DEMI
O edifício em estudo situa-se no Monte da Caparica, no concelho de Almada, à altitude de
aproximadamente 98 m e a uma distância de cerca de 3,6 km do litoral (cf. Figura 1.3). Quanto à
rugosidade do local, considera-se que este se encontra no limite de uma zona urbana. Isto porque se
encontra inserido no que pode ser considerado como o último alinhamento de edifícios da sua zona (cf.
Figura 1.4), e considera-se como exposto em (pelo menos) uma das suas fachadas (cf. Figura 1.5).
Considera-se então que o local será de Rugosidade II.
Consultando o Quadro III.1 do RCCTE obtemos os dados climáticos para o concelho de Almada:
Figura 7.5 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE
Do artigo 1.1 do Anexo III do RCCTE sabemos que a zona climática de Inverno de Almada será
I1 e a de Verão será V1 Sul. Obtém-se então do Quadro III.9 os valores médios da temperatura do ar
exterior e da intensidade da radiação solar para a estação convencional de arrefecimento:
Figura 7.6 – Pormenor do Quadro III.9 do RCCTE
Não são necessárias correcções devidas à proximidade ao litoral – já que o concelho de Almada
está isento dessa correcção – e devidas à altitude – já que esta sendo de 98 m está abaixo do limite de
400 m –.
Levantamento dos Espaços Não Úteis
As propriedades e a identificação dos espaços não úteis já foi realizada no capítulo 1.5. No que toca
ao RCCTE é necessário fazer um reparo relevante no que toca às instalações sanitárias. Estas, segundo
o projecto de climatização, possuem apenas extracção de ar, pelo que apenas receberão (caso as
janelas estejam fechadas, tal como é esperado em projecto) ar vindo dos corredores/hall de cada piso,
que por sua vez são ENU, por não serem climatizados. Assim sendo as instalações sanitárias terão de
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Nuno A. Cerejo Fernandes 107
ser consideradas igualmente como sendo ENU, o que entra em conflito com o descrito no RCCTE, onde
se considera que estas são sempre espaços úteis. Note-se no entanto que o RCCTE foca
essencialmente as habitações familiares, onde de facto estas devem ser aquecidas, e não os edifícios de
serviços. Seria positivo e até esperado que o projecto tivesse em conta outro tipo de aquecimento para
as instalações sanitárias, dado que os corredores não são aquecidos directamente – algo que se “sente”
muito facilmente quando se visita o edifício na estação de aquecimento –. No entanto, não estando esta
preocupação presente, terá de ser esta a realidade a considerar.
Assim sendo, as instalações sanitárias de cada piso serão incluídas na ENU dos corredores/hall do
piso respectivo, pois recebendo estas o ar dos corredores irão então ter a mesma temperatura, o que faz
que tenham o mesmo valor de τ (tau)30. A instalação sanitária para deficientes do edifício, localizada no
Piso 2, irá também, pelo mesmo motivo, ser incluída na ENU do hall deste piso.
Quanto à sala de acesso à direcção e ao secretariado no Piso 3 (cf. Anexo A), não tem insuflação ou
extracção de ar, mas considera-se que a porta que liga esta ao secretariado – um local aquecido –
estará usualmente aberta, pelo que irá ser tratada como local aquecido e não como ENU.
Existe ainda no Piso 1 um compartimento que funciona como depósito de água de dimensão
considerável (cf. Anexo A). Este tem paredes de espessura considerável e encontra-se em contacto com
o solo (está enterrado) e com o ENU 1.4, por um pequeno espaço para manutenção do depósito, além
de ter por cima uma parte do ENU 2.2. Tendo estes factos em conta e considerando que não se
encontram elementos que permitam a sua caracterização nos regulamentos, dada a pouco usual
natureza deste espaço, exclui-se este espaço do estudo do edifício. Este teria de qualquer forma pouca
ou nenhuma influência nos cálculos.
Consideram-se então como ENU no corpo em estudo os compartimentos apresentados na Tabela
7.1. As suas localizações no edifício encontram-se representadas no próximo sub-capítulo. Para
encontrar os valores de τ, consultou-se a Tabela IV.1 do RCCTE. O primeiro algarismo que surge no
nome de cada ENU corresponde ao piso onde se encontra.
30 O valor de tau é dado pelo quociente entre a diferença da temperatura interior com a temperatura do local
não aquecido e a diferença da temperatura interior com a temperatura ambiente exterior.
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108 Nuno A. Cerejo Fernandes
Tabela 7.1 - Tabela resumo com a descrição das ENU consideradas para o corpo central do edifício.
Nome do
ENU Local na Planta Tipo de ENU Ai/Au
�
(tau) Obs.
ENU 1.1 Sala dos Ventiladore
do Túnel de Vento --- --- 1 a)
ENU 1.2 Bombagem de Esgotos Armazém ∞ 0,3 b)
ENU 1.3 Lixos Armazém ∞ 0,3 b)
ENU 1.4 Área Técnica Armazém ∞ 0,3 b)
ENU 1.5 Armazém Armazém 66,32/33,68 = 1,97 0,7
ENU 1.6 Hall + Instalações
Sanitárias
Circul ção comum s m abertur
directa para o exterior 48,49/20,52 = 2,4 0,3
ENU 2.1 Arrumos Limpeza Armazém 32,79/8,55 = 3,84 0,7
ENU 2.2
Hall + Instalações
Sanitárias (inc.
Deficientes)
Circulação comum com abertura
exterior <0,05 m2/m3 268,16/122,4 = 2,19 0,5
ENU 3.1 Hall + Instalações
Sanitárias
Circulação comum sem abertura
directa para o exterior 227,39/121,4 = 1,87 0,3
ENU 4.1 Hall + Instalações
Sanitárias
Circulação comum sem abertura
directa para o exterior 235,49/311,4 = 0,76 0,6 c)
Observações:
a) Considera-se a ENU 1.1 como espaço fortemente ventilado pois possui uma área considerável
em que a divisória para o espaço exterior é feita por venezianas fixas em alumínio, altamente
permeáveis ao ar, o que faz até com que dentro deste ENU se encontrem folhas de árvores e
outros detritos no chão.
Segundo o RCCTE, um espaço é considerado fortemente ventilado caso se verifique neste
um valor superior a 6 renovações horárias de ar. O volume de ar deste espaço é cerca de 113
m3, com uma área de contacto directo com o exterior de 17,5 m2. Considerando que o ar só vai
entrar no espaço por metade desta área e sair pela outra metade, será necessária uma
velocidade do vento, para realizar as 6 renovações de ar, de 0,02 m/s. Esta velocidade é
bastante reduzida e então facilmente alcançável, em particular na zona em questão,
relativamente exposta ao vento, pelo que se aceita a consideração feita como válida.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 109
b) Os ENU indicados não possuem qualquer contacto com o ar ambiente, pois as zonas de
contacto exterior estão enterradas no solo. Assim resulta Au = 0, o que faz com que Ai/Au = ∞,
ou seja, para consulta da tabela IV.1 do RCCTE, considera-se como maior que 10.
c) Todos os compartimentos situados no piso 4 têm contacto com o ambiente exterior pela
cobertura.
Levantamento da Envolvente Exterior e Interior
Figura 7.7 – Legenda para as figuras seguintes
Nota Importante: Para os desenhos não ficarem com demasiada informação e, assim, desnecessariamente confusos, não se representam os pavimentos e as coberturas sem requisitos.
Figura 7.8 – Envolvente do Piso 1
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Figura 7.9 – Envolvente do Piso 2
Figura 7.10 – Envolvente do Piso 3
Figura 7.11 – Envolvente do Piso 4
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Os vários elementos construtivos da envolvente exterior e o cálculos das suas resistências
térmicas e coeficientes de transmissão térmica U são analisados no Anexo B.
A diversidade de soluções construtivas para a envolvente interior é ainda maior que na
envolvente exterior. Os vários elementos encontram-se na Folha de cálculo FC IV.1b e a análise
detalhada dos elementos construtivos mais relevantes (com maior área) encontra-se no Anexo B. É de
salientar a presença de vários envidraçados – de vidro simples fixo, em caixilharia de madeira, sem
dispositivos de oclusão –, por cima das portas que ligam diversas salas aos corredores, sendo os seus
valores de U calculados segundo o método estipulado no Quadro III.4 do ITE50 [5] – Vãos verticais em
contacto com local não-aquecido. Analisam-se ainda as pontes térmicas para a ENU 1.1, dado este ter
um valor de tau superior a 0,7. Também por este motivo, os valores de U da sua envolvente são
calculados com os valores de resistência do ar para o exterior, como se se tratasse de envolvente
exterior, já que vai ter os mesmos requisitos térmicos (cf. Figura 7.8).
Paredes e pavimentos em contacto com o solo
As perdas de calor pelos pavimentos e paredes em contacto com o solo são calculadas a partir do
perímetro destas, medido pelo interior, e do coeficiente de transmissão térmica linear Ψ, que depende da
diferença de nível entre a face superior do pavimento e a cota do terreno exterior Z. Quando a cota do
pavimento é inferior à do terreno exterior, o valor de Z é negativo; por sua vez é positivo no caso
contrário.
Os pavimentos e paredes em contacto com o solo do corpo em estudo localizam-se nos Pisos 1 e 2.
No entanto os pavimentos pertencentes ao piso 2 (na zona P2 Gabs, cf. Figura 1.17) estão 1,5 m de
altura acima da cota do terreno exterior, pelo que não serão considerados.
Para encontrar os valores de Ψ para o pavimento, necessitamos de calcular a sua resistência
térmica. Todos os pavimentos em contacto com o solo têm isolamento térmico em aglomerado negro de
cortiça, com uma espessura de 0,02 m. Consultando o Quadro I.1 do ITE 50 e tendo em conta a falta de
informação adicional, opta-se por considerar o valor da condutibilidade térmica deste isolante mais
penalizador do seu intervalo, ou seja, 0,055 W/m.°C. Vai resultar uma resistência térmica R ≈ 0,36
m2.°C/W.
A tabela de valores de Ψ de pavimentos em contacto com o terreno com isolante térmico foi omitida
no RCCTE. Esta tabela, denominada de Tabela IV.2.2, encontra-se representada na figura seguinte.
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Figura 7.12 - «Tabela IV.2.2 – Valores de ψ de pavimentos em contacto com o terreno, com isolante térmico (W/m˚C)»
Os pavimentos em contacto com o solo do piso 1 apresentam para diferentes zonas, diferentes
valores de Z. Procedeu-se então à separação dessas zonas em vários tipos. Os valores de Z para cada
um encontram-se na Tabela 7.2 e as suas localizações na Figura 7.13.
Tabela 7.2 – Tipos de paredes e pavimentos em contacto com o solo e respectivas cotas Z.
Figura 7.13 – Localização dos vários tipos de pavimento em contacto com o solo
Quanto às paredes, considera-se que, em todo o perímetro, o valor do coeficiente de
transmissão térmica destas será constante e com valor U = 0,58 W/m2.°C. Consultando a tabela IV.2.3
do RCCTE encontram-se os valores de Ψ e as perdas de calor resultantes, apresentados de seguida na
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Tabela 7.3. Note-se que as paredes a Sul (linha laranja) não são consideradas, dado encontrarem-se ao
nível do terreno exterior.
Tabela 7.3 – Valores das perdas de calor pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo
Pontes térmicas lineares (PTL)
O corpo em estudo, além de apresentar, como se viu, uma grande variedade de elementos na
envolvente exterior, apresenta também uma quantidade considerável de pontes térmicas lineares. Como
algumas delas não estão consideradas no RCCTE, foi necessário criar outros tipos de PTL, cada uma
delas com o valor de coeficiente de transmissão térmica linear por defeito regulamentar de Ψ = 0,5
W/m.°C 31. O valor costuma ser “prejudicial” na medida em que, habitualmente, exagera na quantidade
de calor que é perdida para o exterior. Podem no entanto existir outras situações em que o contrário se
verifique e o valor seja visivelmente reduzido para a situação analisada. Por esse motivo vai ser
justificada cada decisão de adoptar este valor por defeito.
Os tipos de PTL que não são analisados não existem no corpo em estudo.
Note-se que em todas as PTL se considera que o isolamento é aplicado na caixa-de-ar de paredes
duplas.
31 Tabela IV.3 do RCCTE, página 2495: «Nos casos de pontes térmicas lineares não consideradas nesses
quadros [os que fornecem os valores de Ψ das pontes térmicas lineares] pode utilizar-se um valor convencional de Ψ = 0,5 W/m.°C.»
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Tipo A – Ligação da Fachada com Pavimentos Térreos
A figura ilustrativa da PTL Tipo A no RCCTE (cf. Figura 7.14), mostra visivelmente o isolamento
térmico do pavimento aplicado por baixo da laje e não por cima. No entanto, no edifício em estudo, o
isolamento encontra-se aplicado por cima das lajes dos pavimentos. Considera-se mesmo assim as
tabelas para este tipo de PTL, dado que os valores de Ψ serão idênticos.
Este tipo de ligação apenas se encontra num perímetro relativamente pequeno, na zona P2 Gabs, de
3,5 m.
Figura 7.14 – Ponte Térmica Linear de Tipo A, com isolante na caixa-de-ar.
Ligação da fachada com pavimentos sem isolamento sobre locais não-aquecidos
Os pavimentos que separam os vários pisos do edifício não têm nenhuma camada de isolante na
sua constituição, incluindo aqueles que separam locais aquecidos de não-aquecidos (ENU). Assim
estas zonas de contacto passam a ser incluídas nas perdas associadas à envolvente interior. Devido
à ausência de isolante, não existem PTL do «Tipo B – Ligação de Fachada com Pavimentos sobre
Locais Não-Aquecidos».
Há então agora uma perda de calor que deixou de ser contabilizada, a que é perdida pela
ligação da fachada com o pavimento sem isolamento (cf. Figura 7.15). Embora a perda de calor pelo
pavimento seja, certamente, de ordem consideravelmente superior à perda pela ligação da fachada,
esta deve, não obstante, ser também considerada. Assim sendo acrescenta-se um novo tipo de PTL,
uma Ligação de Fachada com Pavimentos sem Isolamento Térmico sobre Locais Não-Aquecidos,
com o valor de coeficiente de transmissão térmica linear por defeito de Ψ = 0,5 W/m.°C.
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Figura 7.15 – Exemplificação da PTL de locais aquecidos sobre não aquecidos.
Como já se referiu, este valor costuma ser “prejudicial”, na medida em que, habitualmente,
exagera na quantidade de calor que é perdida para o exterior. Neste caso, à primeira vista, parece
acontecer o contrário, pois considerando que temos um ep = 0,375 m > 0,35 m, os valores das
tabelas Br.1 e Br.2 do RCCTE (as paredes têm isolamento na caixa-de-ar) mostram valores de Ψ de
0,80 e 0,70, para a situação de pavimento com isolamento térmico. Mas recorde-se o que já foi
acima referido, que as perdas de calor pelo pavimento deverão ser predominantes e que, assim
sendo, menor será a quantidade de calor perdida pela ligação da fachada com o pavimento.
Considerando ambos os argumentos, torna-se difícil afirmar se este valor de Ψ adoptado é ou não
representativo da situação real, sem um estudo que ultrapassa o tema desta dissertação. Fica no
entanto a chamada de atenção.
Tipo C – Ligação da Fachada com Pavimentos Intermédios
Neste caso particular temos que Ψ = Ψsup + Ψinf, pois estamos a analisar um edifício em que
todos os pisos pertencem à mesma fracção autónoma. Será então igual a 0,6 W/m.ºC.
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Figura 7.16 – Ponte Térmica Linear de Tipo C, com isolante na caixa-de-ar.
Tipo D – Ligação da Fachada com Cobertura Inclinada ou Terraço
O corpo do edifício em estudo apresenta um terraço cujo desenho na zona periférica é um pouco
diferente do da figura apresentada no regulamento. No entanto considera-se que o mais importante é a
zona por onde passam os fluxos de calor, assinalados na Figura 7.17, e esta é idêntica, pelo que se vão
utilizar os valores estipulados no regulamento. Esta opção é apoiada por vários casos práticos
resolvidos, disponíveis no site da ADENE (cf. Bibliografia).
Figura 7.17 – Ponte Térmica Linear de Tipo D, com isolante na caixa-de-ar.
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Tipo F – Ligação entre duas Paredes Verticais
Figura 7.18 – Ponte Térmica Linear de Tipo F, com isolante na caixa-de-ar.
Tipo G – Ligação da fachada com caixa de estore
Considera-se que este tipo de ligação não existe, pois os estores presentes nos envidraçados do
corpo são fixados no exterior, sendo que as caixas dos estores, a existir, não têm contacto com o
interior. Infelizmente as plantas do edifício não permitem confirmar totalmente esta situação, mas a
observação exterior do edifício permite indicar, dentro do possível, que é de facto a solução adoptada.
Os estores são manipulados pelo interior por um torniquete metálico, também sem permitir contacto
directo com o ar exterior.
Tipo H – Ligação Fachada/Padieira ou Peitoril
Considera-se que o isolante térmico não está complanar com a caixilharia e que assim sendo não
existe contacto entre estes. Adopta-se então o valor de Ψ = 0,2 W/m.°C, como consta no RCCTE, na
página 2498, como comentário às tabelas da PTL Tipo H.
Ligações com vãos envidraçados
Dado o número considerável de vãos envidraçados presentes no corpo do edifício, existem várias
PTL onde em vez de fachada opaca se tem vãos envidraçados. Assim, estas não só ocorrem inúmeras
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vezes como são ainda de diversos tipos: Ligação de Vão Envidraçado com Vão Envidraçado entre Pisos
Intermédios, Ligação de Fachada com Vão Envidraçado, Ligação de Vão Envidraçado com Terraço,
Ligação de Vão Envidraçado com Pavimento e Ligação de Vão Envidraçado Vertical com Parede
Vertical. Como se pode ver, elas são variantes das PTL anteriormente apresentadas, mas com vãos
envidraçados em vez de elementos opacos.
Embora as suas naturezas sejam por vezes muito distintas, todas elas possuem o valor de Ψ = 0,5
W/m.°C por defeito, já que nenhuma destas situações consta dos regulamentos (o que não deixa de ser
estranho, pois encontram-se em inúmeros edifícios, especialmente de serviços). Assim sendo decide-se
agrupá-las todas num só tipo de PTL – Ligações com Vãos Envidraçados, pois esta simplificação não
causará qualquer alteração nos cálculos das perdas de calor. Note-se no entanto que em termos de
análise mais detalhada de fluxos de calor, todas elas são diferentes entre si.
Perdas resultantes associadas às PTL
Na tabela abaixo encontramos o resumo dos valores para as PTL.
Tabela 7.4 – Tabela com os valores das perdas associadas às PTL.
Vãos envidraçados
A área e o número de vãos envidraçados no corpo do edifício analisado são significativos,
contabilizando cerca de 16,4% da área útil de pavimento. O tipo de vão envidraçado mais usual é o de
uma janela, com caixilharia metálica (de alumínio) sem corte térmico, com vidros simples temperados e
fixos, de 10 mm de espessura. Os que estão em contacto com a zona do Bar e dos Gabinetes, na face
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Este do Piso 2 ao 4, são vidros duplos constituídos por um vidro exterior simples laminado incolor com 6
mm de espessura e um vidro interior idêntico ao exterior, mas com 5 mm de espessura. No meio destes
encontra-se uma camada de ar de 12 mm.
Os vãos envidraçados têm como dispositivos de oclusão estores venezianos, de lâminas
metálicas de cor média, com elevada permeabilidade ao ar, de montagem exterior e sem cortinas
interiores. Apenas os envidraçados das ENU não possuem dispositivos de oclusão.
Um ponto importante para os vãos envidraçados é decidir se deve ou não ser considerada a
presença de dispositivos de oclusão nocturna. No Anexo III do ITE50 [5], podemos verificar que existem
valores diferentes, para os coeficientes de transmissão térmica U dos envidraçados, consoante estes
tenham ou não ocupação nocturna e dispositivos de oclusão nocturna em simultâneo. Para os primeiros
utiliza-se os valores de Uwdn das tabelas, enquanto para os segundos usam-se os valores de Uw (cf.
Figura 7.19). O problema coloca-se porque o edifício possui dispositivos de oclusão que são aplicados
durante a noite, mas a sua ocupação nocturna não é significativa. Como os valores de Uw e de Uwdn são
significativamente diferentes – nesta análise os valores de Uwdn podem chegar a ser 25% menores que
os valores de Uw, o que representa uma menor troca de calor pelos envidraçados –, esta consideração é
importante.
Figura 7.19 – Extracto do Quadro III.2 A do ITE 50 [5].
Acaba-se por utilizar os valores de Uwdn pois, como termo de comparação, as trocas de calor
pelos envidraçados calculadas no âmbito do RCCTE – mesmo utilizando os valores de Uwdn inferiores
aos de Uw – são consideravelmente superiores às simuladas no EnergyPlus. Assim considera-se esta
opção como aceitável.
Note-se ainda que vários vãos envidraçados presentes no edifício, não têm sempre o mesmo
tipo de janela, ou seja, muitos deles possuem uma certa área de envidraçado que é fixa e a restante
área será giratória e/ou de correr. No entanto, não existe nenhuma situação em que existam vidros
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simples e duplos no mesmo envidraçado. Assim, no cálculo do U de cada um destes vãos, são tomadas
em conta as percentagens de área de cada tipo e qual o seu valor de U correspondente, segundo a
seguinte fórmula:
(7.1)
Não se estranhe então que se encontrem valores de U para os envidraçados nas folhas de
cálculo que não correspondam aos valores que se encontram no ITE50 [5], pois, nesses casos, o valor
resulta deste cálculo. Para evitar confusões optou-se por agrupar as áreas por tipo de vidro, ao invés de
as separar para cada vão envidraçado, na Folha de Cálculo FC IV.1c, com os respectivos valores de U
retirados directamente do ITE50 [5]. Depois nas folhas IV.1e e V.1d, onde se trata de cada vão
envidraçado individualmente, apresentam-se os valores calculados de U para cada um. Apresentam-se
assim ambos os valores, de uma forma que pretende facilitar a sua análise (cf. as Folhas de Cálculo do
RCCTE referidas anteriormente e daqui em diante podem ser consultadas no final deste Anexo C).
Quanto aos ganhos úteis na estação de aquecimento e ao preenchimento da Folha de Cálculo
FC IV.1e, interessam referir alguns pormenores. Um deles é o facto de não se considerar a presença de
cortinas interiores muito transparentes de cor clara, dado tratar-se de um edifício de serviços e não
residencial. Outro é que se considera o factor de orientação do Ve50 (que pertence à zona P1 Central
Telefónica) como Norte, apesar de este estar a Este, por este estar sombreado de tal forma que só
recebe radiação solar indirecta, tal como se considera que acontece com os envidraçados orientados a
Norte.
O cálculo dos factores de obstrução, de todos os envidraçados, teve em conta os diversos
sombreamentos provocados a Sul pelo corpo sul, a Oeste pelo corpo das escadas (que tem uma altura
mais elevada que o corpo central) e pelo edifício IX e a Este pelas duas alas do edifício VII, a duas
distâncias distintas. Este cálculo revelou-se assim bastante trabalhoso. Reveja-se a Figura 1.5 para se
compreender estes sombreamentos. Existem ainda alguns vãos envidraçados que possuem palas
horizontais e laterais, quer tenham estas sido colocadas de propósito para o efeito – como a colocada na
cobertura para fazer sombreamento ao Ve17 na zona P2 Bar –, quer resultem da própria forma do
edifício. Sempre que o envidraçado não dispunha de quaisquer palas de sombreamento, considerou-se o
valor como igual a 0,90. Teve-se ainda em atenção o facto de o produto entre o factor de obstrução e o
factor de orientação não poder ser inferior a 0,27.
Os valores de fracção envidraçada serão iguais a 0,70 para todos os vãos envidraçados, dado
serem todos de caixilharia metálica sem quadrícula. Também os valores do factor de correcção da
selectividade angular, para a situação de Inverno, serão iguais a 0,90, por todos os vãos conterem
apenas vidros correntes (simples e duplos).
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No preenchimento da Folha de Cálculo FC V.1d, considerou-se para o cálculo do factor solar que
o dispositivo de sombreamento (estores venezianos exteriores) estaria activado a 70%. Como se trata
nesta folha de cálculo da estação de arrefecimento, considera-se que o factor de sombreamento do
horizonte (que entra no cálculo do factor de obstrução) será sempre igual a 1. Desta vez os factores de
obstrução não terão limite máximo, à excepção dos envidraçados a Norte para os quais deverá ser
considerado o valor máximo de 0,90. As fracções envidraçadas permanecem iguais e o factor de
correcção da selectividade angular dos envidraçados pode ser consultado no Quadro V.3 do RCCTE.
Ventilação
Para os cálculos a efectuar pelo RCCTE, excluem-se por completo os sistemas de climatização
e de ventilação mecânica, dado que estes, ao ultrapassarem os 25 kW de potência, devem ser
analisados segundo a metodologia do RSECE. Assim sendo, para os cálculos da ventilação, será
considerado que existe apenas ventilação natural.
No RCCTE considera-se que a ventilação será apenas relevante para a estação de
aquecimento, causando perdas de calor por infiltração de ar exterior (relembre-se que se considera
apenas ventilação natural). Os valores necessários para os cálculos destas perdas e o seu resultado
encontram-se na Folha de Cálculo FC IV.1d. Nesta, serão apenas utilizados os campos que
correspondem à ventilação natural.
Pelas informações disponíveis para o edifício, não foi possível confirmar se este cumpre a norma
NP 1037-1, pelo que se parte do princípio que não a cumpre. Pelo mesmo motivo as caixilharias não
terão classificação. Estas opções são penalizadoras, na medida em que, ao que se pôde apurar, a
maioria das caixilharias presentes no corpo central do edifício são estanques à entrada de ar.
Para encontrar a classe de exposição, é necessário consultar o Quadro IV.2 do RCCTE. Note-se
que o edifício encontra-se na Região B, por se encontrar a uma distância inferior a 5 km da costa, e com
rugosidade II, por se situar na periferia de uma zona urbana. A altura média das fachadas do corpo do
edifício será de aproximadamente 8 m. Se se calcular a altura média dos envidraçados, tendo em conta
as suas áreas32, a altura ponderada será de 7,9 m, praticamente idêntica à primeira. Assim não restam
dúvidas que o intervalo a escolher será o de altura inferior a 10 m. Temos então que a classe de
exposição será de tipo 2.
O corpo do edifício não tem caixas de estore que conectem o interior com o exterior, não possui
aberturas auto-reguláveis na fachada, as portas exteriores são consideradas como bem vedadas (como
32 onde Ai e hi representam as alturas médias e as áreas de cada vão envidraçado.
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122 Nuno A. Cerejo Fernandes
se pode constatar no local, com excepção do portão do laboratório do Piso 1) e a área de envidraçados é
superior a 15% da área útil de pavimento. Com todas estas considerações, consultando o Quadro IV.1 e
as suas anotações, temos que a taxa de renovação nominal é igual a 1,05 renovações de ar horárias.
Inércia térmica
A inércia térmica refere-se à maior ou menor capacidade da massa de um elemento construtivo
armazenar calor. Esta depende principalmente da massa destes elementos mas também depende do
seu calor específico e da sua condutibilidade térmica. Devido ao fluxo de calor demorar mais tempo a
percorrer um elemento com maior inércia térmica, pode acontecer que, entretanto, o ambiente exterior
fique a uma temperatura inferior à registada no interior deste. Levará então a que parte do calor que o
elemento “armazenou” seja libertada pela sua face em contacto com o ambiente exterior, em vez de ser
toda direccionada para a sua outra extremidade, em contacto com interior do edifício (cf. Figura 7.20).
Assim sendo, a inércia térmica causa não só um atraso no tempo na propagação das ondas de calor,
através dos elementos construtivos, como também uma atenuação da sua intensidade. Uma explicação
detalhada sobre a inércia térmica pode ser encontrada no capítulo 3.2.5 do livro Térmica de Edifícios [6].
Figura 7.20 – Exemplo de transferência de calor previamente armazenado num elemento construtivo.
O cálculo da inércia térmica do corpo estudado foi dificultado pela omissão de várias
propriedades dos elementos construtivos nas telas finais do edifício e documentação auxiliar. Quando
em dúvida, utilizaram-se os valores de massa específica, que se encontraram no ITE50 e no ITE12 [7],
que melhor representavam o elemento em questão.
Os cálculos indicaram que o corpo do edifício tem inércia média.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 123
Ganhos internos
Retirou-se do Quadro IV.3 do RCCTE o valor para os ganhos internos de 7 W/m2, dado o edifício
estudado ser de serviços. Deve-se notar que este valor é muito simplista, como é facilmente observável
na análise de ganhos internos feita segundo a metodologia do RSECE.
Resultados e análise das necessidades nominais de energia útil
Antes de mais é preciso frisar um ponto importante: à luz do RCCTE, os edifícios existentes não
necessitam de cumprir os limites máximos das necessidades energéticas33. No entanto a sua
classificação energética é penalizada, além de que se torna necessário a aplicação de medidas,
economicamente viáveis, para a melhoria da sua eficiência energética.
No RCCTE existem três tipos de necessidades nominais de energia útil: a de aquecimento – Nic
– a de arrefecimento – Nvc – e a para produção de AQS – Nac –. Os factores relevantes para a
produção de AQS já foram abordados no texto principal e os resultados dos cálculos podem ser
consultados na folha de cálculo correspondente às AQS.
Os pontos 3, 4 ,5 e 6 do Artigo 15.º do RCCTE são importantes para realizar os cálculos
necessários para estas necessidades. Neles encontramos as seguintes fórmulas:
(7.2)
(7.3)
Os valores de Fp podem ser encontrados no ponto 1 do Artigo 18º do RCCTE e referem-se aos
factores de conversão entre energia útil e energia primária, seja esta electricidade ou combustíveis
sólidos, líquidos e gasosos. Os valores de η, que descrevem a eficiência nominal dos sistemas, podem
ser encontrados no ponto 2 deste mesmo artigo ou no Anexo VIII da Nota Técnica NT-SCE-01 [4], caso
se trate, como neste caso, de um edifício existente.
33 Citando o ponto 7 da Nota Técnica NT-SCE-01: «Para efeitos do cálculo da classe energética de edifícios
existentes, as necessidades nominais de energia útil de aquecimento (Nic), de arrefecimento (Nvc) e para preparação de águas quentes sanitárias (Nac), bem como as necessidades nominais globais de energia primária (Ntc) de cada fracção autónoma de um edifício existente, poderão exceder os respectivos valores máximos admissíveis.»
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124 Nuno A. Cerejo Fernandes
Note-se que o ponto 6 salvaguarda a situação em que o edifício não tem previsto,
especificamente, um dos sistemas de aquecimento ou arrefecimento ambiente ou de aquecimento de
AQS. Como no edifício em estudo não se encontram sistemas de arrefecimento, para os cálculos irá ser
considerado um sistema de arrefecimento, constituído por uma máquina frigorífica com eficiência (COP)
igual a 3.
Apresenta-se então de seguida uma tabela com o resumo dos resultados das necessidades de
climatização do edifício, calculadas segundo a metodologia do RCCTE, assim como os valores
considerados para os índices Fp e η. A última coluna representa a percentagem que o valor calculado é
em relação ao limite máximo. Assim, se ultrapassar os 100% significa que o valor limite máximo para
edifícios novos é ultrapassado. Os limites máximos foram calculados no texto principal no capítulo 3.12.
Tabela 7.5 – Necessidades globais de energia útil e primária segundo a metodologia do RCCTE.
Note-se que, como esperado após ler a memória descritiva do edifício e dos sistemas de
climatização deste, as exigências de aquecimento são consideravelmente superiores às de
arrefecimento.
Para ver que parcela da necessidade nominal total e da necessidade nominal global de energia
primária corresponde a cada uma das utilizações finais, apresentam-se os gráficos seguintes.
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Nuno A. Cerejo Fernandes 125
Figura 7.21 – Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia útil.
Figura 7.22 - Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia primária.
Como se pode observar, embora a necessidade nominal de energia útil específica para o
aquecimento das AQS represente uma parcela reduzida do total, no que toca às necessidades de
energia primária toma um valor praticamente idêntico ao das necessidades de aquecimento ambiente.
Este facto é explicado pela fórmula de cálculo do Ntc em si, anteriormente referida. Note-se que
reduz para 10% as parcelas dos valores das necessidades energéticas do aquecimento e arrefecimento
ambiente, mas mantém inalterado o valor para o aquecimento de AQS. Assim a fórmula dá sempre um
grande peso relativo a este último. Tal acontece porque o regulamento pretende que a implementação
de um sistema solar para aquecimento de AQS, ou outra utilização de energias renováveis, tenha um
grande impacto na eficiência energética do edifício e na sua respectiva classificação. Note-se que os
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valores das energias obtidas por fontes renováveis (os valores Esolar e Eren) são subtraídos
directamente ao valor da energia útil despendida para o aquecimento de AQS (Qa), reduzindo-o.
(7.4)
As variáveis ainda não referidas são ηa o rendimento do sistema e Ap a área útil de pavimento.
Estes valores mostram que o projecto do edifício teve preocupações com a eficiência energética,
mas que esta pode ser melhorada.
Utilização do software STE
No que toca a edifícios de serviços com área inferior a 1000 m2, os regulamentos permitem utilizar o
software RCCTE-STE, também conhecido por STE-2006, ou simplesmente STE, desenvolvido pelo
INETI, para realizar os cálculos necessários para o RCCTE e com preenchimento automático das folhas
de cálculo necessárias para realizar a certificação energética.
Lamentavelmente, devido a limitações do programa, a juntar ao facto da área do edifício estudado
ultrapassar o limite dos 1000 m2, não foi possível obter qualquer tipo de resultados após a introdução
correcta de todas as variáveis necessárias para a descrição do edifício e de posteriores alterações, na
tentativa de fazer o programa mostrar resultados.
No entanto aproveita-se o facto de se ter utilizado o software para descrever uma lista de vantagens
e limitações da versão 3 deste programa, apresentada no Anexo D.
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Resultados: Folhas de Cálculo do RCCTE
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Anexo D – Crítica aos programas utilizados
STE
Vantagens
· Indicado para quem necessita apenas de verificar se um pequeno edifício novo se
encontra regulamentar, sem necessidade de simulações e definições do edifício mais
avançadas;
· O preenchimento das folhas de cálculo dos regulamentos, necessárias para a certificação
energética, encontra-se automatizada e formatada correctamente.
- Assim basta ao Perito Qualificado imprimir as tabelas directamente do programa e entregá-las
à ADENE.
Limitações
· Preço;
- É a maior limitação. Isto porque o programa tem poucas funcionalidades e a quantidade de
software da concorrência que se encontra no mercado, aprovado pela ADENE, por preço
similar, são bem mais versáteis e intuitivos de usar.
· Não permite simulação multizona;
· Não é indicado para edifícios com mais de 500 m2 de área útil;
· Inúmeros bugs, especialmente na introdução de valores e sua posterior alteração;
- Muitas das vezes em que se introduziram elementos (paredes, pavimentos, etc), certos
campos para introdução dos seus valores correspondentes (resistências térmicas) estavam
desactivados e impossíveis de editar, mesmo com a alteração dos nomes e algumas
propriedades do elemento, tendo sido muitas vezes exasperante descobrir uma forma de os
activar. No que toca a alterações desses mesmos valores o problema subsistia.
- Por vezes na abertura de certas soluções construtivas anteriormente gravadas, os seus
campos apareciam com valor zero (quando antes não era esse o valor) e desactivados, sem
hipótese de edição. Após várias aberturas da solução o valor acabava mais tarde por aparecer.
- A eliminação ou alteração de certas soluções construtivas é por vezes (como exemplo os
pavimentos interiores) impossível, pois os botões para tal encontram-se desactivados. A
solução é bizarra e consiste em insistir na abertura e fecho do ficheiro e/ou do programa e em
insistir em carregar em vários campos da janela do programa até os botões ficarem
aleatoriamente activados.
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· A gravação e abertura de ficheiros é pouco intuitiva;
- Isto por o programa basear-se numa única base de dados em vez de ficheiros. É necessário
por vezes recorrer à eliminação de um edifício da base de dados e importar uma nova versão
deste, quando se altera as suas soluções construtivas, de forma a evitar confusões e conflitos
dentro da base de dados, quer da parte do utilizador, quer por vezes do próprio programa.
· O programa obriga a que todos os valores cumpram os requisitos para edifícios novos e
recusa-se a mostrar resultados enquanto estes não forem alterados;
- Depois do preço, é talvez a maior limitação do programa. Quando o edifício é existente, como
é o caso nesta dissertação, os regulamentos não exigem que os requisitos sejam cumpridos.
No entanto o programa exagera neste ponto e nem deixa sequer a simulação continuar quando
os requisitos para edifícios novos não são cumpridos, quer para o dimensionamento dos
sistemas de climatização, quer até para mostrar os resultados dos cálculos, que poderiam ser
bastante úteis na resolução de problemas e no estudo de várias soluções construtivas.
Por todas estas limitações e pela necessidade de recorrer demasiadas vezes a “truques” para
conseguir o programa funcionar, quando existem vários programas da concorrência mais versáteis,
intuitivos e aprovados pela ADENE por um preço similar, é desaconselhado o uso deste programa, em
especial para os casos de estudo similares ao desenvolvido nesta dissertação.
Para reforçar esta opinião é de referir que foi necessário mais de um mês para a introdução dos
valores necessários e posteriores alterações, que já se afastavam da solução original, na tentativa de
fazer o programa mostrar resultados. No final nem assim se conseguiram obter resultados para
apresentação nesta dissertação.
EnergyPlus
Vantagens
· Totalmente gratuito;
- Desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (U.S. Department
of Energy), o download e instalação do programa é muito simples, bastando fazer o registo
gratuito no seu site da internet (consultem-se os “links úteis” na bibliografia).
· O código do programa encontra-se em open-source;
- Como o programa é open-source, todo o seu código está disponível para consulta e edição,
permitindo a construção de várias ferramentas auxiliares e modificações do programa. Também
permite uma total compreensão e análise do funcionamento deste (reforçado pelo documento de
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ajuda Engineering Reference [12]), o que é muito útil, senão mesmo fundamental, para análises
detalhadas e/ou académicas de térmica de edifícios e sistemas de climatização34.
· Informação, assistência e tutoriais disponíveis gratuitamente;
- O programa traz de origem vários documentos de ajuda, alguns deles com milhares de páginas
(por exemplo, Input-Output Reference [10] tem mais de duas mil páginas, apenas para a
descrição das variáveis do programa) e ainda tutoriais e vários ficheiros de exemplo.
- Além disso, como o EnergyPlus partilha da mesma filosofia de outros programas gratuitos de
open-source, existe ainda inter-ajuda em comunidades da internet.
· Estão disponíveis vários tipos de interface;
- Embora facilitem e simplifiquem bastante as simulações pelo EnergyPlus, a maioria destas não
é gratuita nem open-source, pelo que o factor preço deixa de ser uma vantagem nestes casos,
além que a informação e tutoriais disponíveis podem ser limitados.
· Bastante versátil;
- Contendo inúmeras variáveis possíveis para simulação – que vão desde os efeitos da
iluminação solar, vento exterior e infiltrações de ar, até vários sistemas de climatização possíveis
de projectar, entre muitas outras – aliado ao facto de todas elas poderem ser alteradas da
maneira que o utilizador desejar, quase sem restrições, os casos de edifícios que se podem
simular são praticamente ilimitados.
· Fiável para a utilização na certificação energética e afins;
- Desde que o utilizador insira correctamente as variáveis para a simulação e tenha muita
atenção aos valores que são considerados por defeito pelo programa em algumas delas, o
programa é fiável o suficiente para se poder confiar nos seus resultados, dado o rigor com que
foi criado e desenvolvido. Por respeitar a norma ASHRAE 140-2004, está aprovado pela ADENE
para a simulação dinâmica multizona de grandes edifícios, para a aplicação do RCCTE e
RSECE.
Limitações
· Lista inúmera de variáveis; A enorme versatilidade deste programa cria uma desvantagem que
pode afastar logo à partida inúmeros utilizadores iniciados: a quantidade considerável de
variáveis possível. Muitas vezes são idênticas entre si, encontram-se “perdidas” no meio de
34 Para comprovar este facto basta fazer uma rápida pesquisa do número de dissertações que abordam a térmica de
edifícios e respectiva climatização, com recurso ao software EnergyPlus. Se se observarem os anos de publicação de cada uma, verifica-se facilmente que o número tem vindo a aumentar, o que mostra uma utilização do programa cada vez maior.
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tantas outras ou têm nomes que não são óbvios; o que contribui para que a curva de
aprendizagem seja elevada.
· É necessário um cuidado especial na introdução de variáveis e na utilização dos defaults;
- A omissão de certas variáveis pode levar a erros de simulação, podendo até impossibilitar esta.
No entanto também se deve evitar definir variáveis a mais, dado que pode reduzir a versatilidade
e a velocidade das simulações desnecessariamente.
- Neste ponto as situações mais grave são aquelas que influenciam a simulação sem que
provoquem erros ou avisos, sendo então muito difíceis de detectar.
- É necessário ser-se consciente na utilização dos valores por defeito do programa (defaults) e
não se deve esperar que o programa “compreenda” certas situações como óbvias. Uma parede
em falta não deixa entrar ar e um tecto em falta não deixa entrar luz solar, caso tal não seja
especificamente definido.
· Curva de aprendizagem elevada e muito demorada;
- Apesar de toda a ajuda disponível no programa e que se encontra na internet e em
comunidades de ajuda online, mesmo assim existem vários problemas que, embora parecendo
simples, acabam por nem assim ser de solução acessível. Seguir os tutoriais e elementos de
ajuda permitem a um utilizador mais ou menos especializado conseguir simular casos
relativamente simples, mas para se conseguir simular casos mais avançados e complexos será
necessário fazer cursos especializados e/ou despender meses no estudo do programa.
· Demasiado localizado para a América do Norte;
- Quer a nível de dados climáticos, quer no tipo de sistemas de climatização predefinidos,
disponíveis de base no programa, nota-se uma – embora compreensível – localização patente
ao território norte-americano. Acrescentando-se ainda o facto de o programa ter em mente as
normas ASHRAE, ao invés das Normas Europeias e ISO, nas quais o RCCTE e o RSECE se
baseiam. Tudo isto traz dificuldades à simulação de edifícios localizados em território português.
· Escassez de dados climáticos para o território português;
- Encontram-se disponíveis no site do EnergyPlus vários dados climáticos para cidades chave do
território português, que englobam os locais com maior população e os tipos de clima mais
usuais. Ainda assim o número de cidades disponível é muito reduzido e pode criar bastantes
dificuldades quando se pretende simular um edifício que se encontra num local distante destas.
É de salientar que a criação de novos dados climáticos é uma tarefa bastante complexa e
demorada e necessita de informações climáticas detalhadas que podem ser de difícil acesso.
· Dificuldade em simular soluções de climatização que se afastem dos templates do
programa;
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- Esta limitação é infelizmente partilhada por todos os programas de simulação dinâmica
detalhada multizona (recomenda-se a leitura do capítulo 5 da referência [14]) e relaciona-se com
a limitação já referida do EnergyPlus ser demasiado localizado para a América do Norte. Os
sistemas de climatização que o programa traz já definidos por defeito são pouco usuais no
território português e encontram-se mais indicados para um clima continental do que para o
clima marítimo típico do litoral português. Tal obriga muitas vezes a elaborar um sistema de
climatização quase do zero – o que aconteceu nesta dissertação – o que é uma tarefa nada fácil
e bastante demorada, dado o elevado número de componentes a definir, quer do sistema quer
os necessários para o controlo correcto do programa.
· É quase obrigatório ter de utilizar interfaces diferentes;
- Está frisado em vários pontos dos manuais do programa que – embora com a evolução das
versões do programa se consiga ver um esforço para minimizar esta limitação – o EnergyPlus foi
feito sem cuidados de criar uma interface amigável para o utilizador. Tal facto quase que obriga,
em especial para os utilizadores iniciados, à utilização de interfaces independentes que, como já
se referiu, na sua maioria não são gratuitos.
- Como exemplo para comprovar este ponto note-se que numa das interfaces mais conhecidas,
o DesignBuilder, a introdução de um valor e posterior correcção, que pode ser feita
automaticamente por esta interface – bastando carregar num único botão ou abrindo um
template já definido pela interface (como os perfis de utilização) –, pode levar dias ou até mesmo
semanas, a estudar manuais, a um utilizador iniciado que utiliza apenas a interface de base do
EnergyPlus. Neste aspecto o factor preço começa a pesar menos, dado que a redução de tempo
de projecto é mais que considerável. Note-se que todas as limitações do EnergyPlus acima
referidas são ultrapassadas, ou pelo menos reduzidas, nestas interfaces independentes.
- Esta dificuldade foi sentida vezes sem conta ao longo desta dissertação, já que não foi possível
encontrar na faculdade a interface DesignBuilder a tempo, o que poderia ter reduzir para pelo
menos um quarto o tempo necessário para elaborar a simulação.
- É no entanto também de referir que é bem mais indicado utilizar a interface base do EnergyPlus
para a elaboração de uma dissertação, dado que permite um controlo e compreensão das
variáveis e cálculos realizados indispensável para esta. Permite ainda a introdução e controlo de
mais factores, que podem fazer uma diferença considerável nos resultados.
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Anexo E – Testes realizados no EnergyPlus
A fim de compreender a influência de alguns parâmetros chave nas simulações realizadas no
EnergyPlus, e para verificar se estes estão a ser introduzidos de forma correcta, nos parâmetros certos,
para a simulação final desta dissertação.
Construiu-se então um edifício de teste, quadrado com 6 m de lado e área de 36 m2, com
apenas uma zona, a fim de se visualizarem melhor as influências de cada parâmetro na sua temperatura
interior. As 4 paredes serão de tijolo de 20 cm e o tecto e o chão serão feitos simplesmente de betão
armado com 20 cm, sem qualquer isolamento. A altura será de 3 m, que fará um volume de 108 m3. O
edifício de teste original não terá qualquer janela, porta ou outro tipo de abertura. As paredes e cobertura
serão pintadas de cor muito escura.
O edifício será colocado, por defeito, numa zona de subúrbios de uma cidade, à altura dada por
defeito pelo ficheiro climático.
Os testes são realizados para um dia representativo da estação de aquecimento – 31 de Janeiro
–, representado sempre à esquerda, e para um dia representativo da estação de arrefecimento – 23 de
Julho –, representado sempre à direita.
Os resultados são apresentados em gráficos. As linhas a preto representam sempre a
temperatura ambiente exterior, a vermelho a temperatura interior do edifício original e a verde a
temperatura interior do edifício após um determinado parâmetro de teste alterado. O eixo vertical
representa sempre as temperaturas em ºC e o eixo horizontal as horas ao longo dos dias de teste.
Note-se que estes testes não são exaustivos, são executados de forma simples, sem grande
rigor ou análises muito cuidadas, pelo que servem apenas para dar uma melhor ideia de como
funcionam alguns parâmetros, e daí serem colocados em anexo.
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Temperatura interior do edifício sem qualquer alteração
Influência das temperaturas do solo
Por defeito, o EP considera que as temperaturas do solo estão constantemente o ano inteiro a
18ºC. Por coincidência, as temperaturas do solo calculadas no programa Slab para os meses de Inverno,
rondam os 18,1ºC. Já para o mês de Julho essa temperatura é de 22,3ºC. Assim sendo, neste teste,
apenas se visualiza o teste para o dia mais quente.
Estando então agora o solo a uma temperatura 4ºC superior da inicial (a vermelho), nota-se um
aumento constante de 2ºC na temperatura interior da zona. Verifica-se assim que deve existir um
cuidado especial no cálculo das temperaturas do solo, dado que esta pode influenciar de forma visível as
temperaturas interiores de zonas em contacto com este, principalmente se tiverem um volume
relativamente reduzido.
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Colocação do edifício perto do mar
Relembre-se que o edifício original está colocado numa zona de subúrbios de uma cidade.
Colocando o edifício numa zona perto do mar, e assim mais exposta ao vento, é de esperar que as
novas temperaturas interiores do edifício (a verde) sejam sempre menores que as originais (a vermelho).
Edifício sem qualquer exposição ao vento
A total remoção da exposição ao vento do edifício resulta num aumento da temperatura interior
(a verde) em relação à original (a vermelho). As semelhanças com a deslocação do local do edifício para
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perto do mar são evidentes porque ambas são influenciadas pela alteração da mesma variável: a
exposição ao vento.
Sem qualquer radiação solar incidente no edifício
Considerando que nenhuma superfície do edifício se encontra exposta ao sol, a redução na
temperatura é bastante visível, em especial no dia de Verão.
Paredes e cobertura pintadas com cor clara
O edifício de teste foi originalmente pintado com cores muito escuras, de forma a serem mais
visíveis diferenças na temperatura interior. Ao pintar o edifício com cores claras, existe uma considerável
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redução na radiação absorvida pelas superfícies e, assim, num menor aumento da temperatura
provocado pela radiação solar. O efeito é teoricamente idêntico ao da redução da radiação solar sobre o
edifício, sendo este mais semelhante quanto mais clara a cor for.
Redução da emissividade dos elementos de construção
Ao reduzir a emissividade de todos os materiais de construção do edifício, do valor por defeito de
0,9 (a vermelho) para 0,2 (a verde), a influência na temperatura interior é visível. Os materiais, ao
passarem a absorver uma menor quantidade de calor, transmitem a diferença de calor que deixaram de
absorver para o interior da sala, aquecendo-a.
Colocação de isolamento térmico no interior das paredes e na cobertura
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Neste teste coloca-se uma camada de 3 mm de XPS, na face interior das paredes e da cobertura
do edifício. É visível que as novas temperaturas interiores (a verde) já não são tão influenciadas pela
temperatura exterior (a preto), atingindo temperaturas mais perto do desejado.
Aumento da massa dos materiais construtivos do edifício
Este teste tem como objectivo estudar a influência de um aumento na inércia térmica do edifício,
ao aumentar a massa específica dos materiais das paredes, da cobertura e do pavimento. O aumento da
inércia provoca dois efeitos: o primeiro é um “amortecimento” da variação da temperatura interior ao
longo do dia e o segundo é um “atraso” da influência da temperatura exterior na temperatura interior.
Verifique-se a diferença entre os picos da inércia original, a vermelho, e da inércia aumentada, a verde,
quer no que toca aos seus valores máximos e mínimos, como a hora em que estes ocorrem.
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Introdução de uma janela na parede sul do edifício
Neste teste colocou-se uma janela de vidro simples, com 8 m2 de área, no centro da parede sul
do edifício. O impacto que esta causa é mais visível no dia de Inverno, à esquerda. Como se pode ver,
dá-se um aumento de temperatura mal o sol nasce, pelas 7 h. Nota-se ainda uma espécie de degrau que
ocorre entre as 12 e as 13 h, causada pelo facto de o sol neste ponto não incidir directamente sobre a
janela.
Nas horas em que existe radiação solar incidente sobre a janela, as temperaturas interiores
atinge valores mais elevados que anteriormente. Já nas horas em que não existe radiação solar, a nova
temperatura do edifício (a verde) com a janela fica com valores ligeiramente menores do que
originalmente (a vermelho), dado que nestas horas a perda de calor pelo vidro é superior à perda que
ocorria para a mesma área de parede.
Introdução de uma janela a sul, com pala de sombreamento sobre esta
Foi introduzido no edifício anterior, com a janela a sul, uma pala horizontal de sombreamento
sobre a janela, com uma espessura de 1 m e um ângulo de 45º em relação ao horizonte. O edifício fica
então como representado na figura abaixo.
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Dada a natureza deste teste, é necessário comparar com o gráfico do teste anterior para se
notar a influência da pala. Assim sendo note-se que a temperatura exterior e a temperatura interior
original continuarão a ser representadas nos gráficos pelas linhas a preto e a vermelho, respectivamente.
A temperatura interior do edifício só com a janela a sul será representado pela linha verde e, finalmente,
a temperatura interior com a pala de sombreamento sobre a janela a sul será representada a azul.
Note-se então que a radiação solar já não aquece tanto a zona como no teste anterior, e o
arrefecimento terá um declive similar, como seria de esperar.