Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira
Orientação: Prof. Vítor LealProf. Eduardo de Oliveira Fernandes Prof. Manuel Dias de Castro
ESTUD
O EXPLO
RATÓRIO
SOBRE A U
TILIZAÇÃO D
O RCCTE N
A AVALIAÇÃO D
O
DESEM
PENH
O PASSIVO
DE ED
IFÍCIOS RESID
ENCIAIS
Objectivos
Estudar a relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado);
Estudar a relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado);
Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do ESP-r e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r);
Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do RCCTE e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r);
Clarificar que níveis de requisitos permitem prescindir sistemas mecânicos de arrefecimento;
2Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
ESTUD
O EXPLO
RATÓRIO
SOBRE A U
TILIZAÇÃO D
O RCCTE N
A AVALIAÇÃO D
O
DESEM
PENH
O PASSIVO
DE ED
IFÍCIOS RESID
ENCIAIS
Metodologia
Aplicar o RCCTE a cada caso de estudo, para determinar os principais índices térmicos:• Necessidades nominais de energia útil para aquecimento;• Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento;• Produção de águas quentes sanitárias;• Necessidades globais de energia primária;
Analisar cada edifício com o software de simulação dinâmica ESP-r;• Análise do edifício em regime condicionado;• Análise do edifício em regime de flutuação livre de temperaturas;
− Implementar uma rede de escoamento dinâmica de ar para permitir ventilação natural dinâmica;
− Aplicar a norma ASHRAE 55-2004;
Compilar os resultados de todos os casos de estudo com vista a estabelecer as relações pretendidas;
Concluir e discutir os resultados perante os objectivos definidos;
3Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
CASO DE ESTUDO Nº1: HABITAÇÃO UNIFAMILIAR
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 4
HABITAÇÃO
UN
IFAMILIAR
Breve Apresentação e Caracterização
Planta do rés-do-chão da habitação Planta do 1º andar da habitação
5Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Habitação unifamiliar de tipologia T3 Localização no concelho de Marco de Canaveses Zona climática I2-V2 Norte Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Área útil de pavimento – 150.5 m2
6Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
APLICAÇÃO D
O RCCTE: RESU
LTADO
S Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento
Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C;
Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g:
Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C;
Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2:
NIC
[kWh/m2.ano]NI
[kWh/m2.ano]
79.91 90.11
CUMPRE
NVC
[kWh/m2.ano]NV
[kWh/m2.ano]
2.25 18.0
CUMPRE
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r
7Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
8Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
RESULTAD
OS DA SIM
ULAÇÃO
Simulação em regime condicionado
Adoptado no modelo de simulação o valor da taxa de renovação horária nominal determinada na aplicação do RCCTE – rph = 1.10
Análise mensal das necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento:
Janeiro
Feve
reiro
Março Abril
Maio
JunhoJulho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento
Ener
gia
[kW
h]
9Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Simulação em free float com network flow
Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo a ventilação natural;
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Estudo das Infiltrações
Variação da área das aberturas e da espessura das frinchas - renovação mínima de 0,6 rph;
10Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Janeiro
Feve
reiro
Março Abril
Maio
JunhoJulho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0Abertura Janela Infitrações
Reno
vaçã
o de
Ar
[rph
]
Janeiro
Feve
reiro
Março Abril
Maio
JunhoJulho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
0.00.51.01.52.02.53.03.54.0
Abertura Janela Infitrações
Reno
vaçã
o de
Ar
[rph
]
Cozinha:
Quarto:Aberturas exteriores
activas durante o Verão
11Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
RESULTAD
OS DA SIM
ULAÇÃO
Temperaturas Interiores
Análise do comportamento do edifício em regime de free float:• Avaliar a evolução da temperatura interior
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 310%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
Cozinha Sala Quarto 2
Temperatura [°C]
% o
corr
ênci
a
Tméd =14.6 °C
NO
RMA ASH
RAE 55-2004Aplicação da Norma ASHRAE 55-2004
Calcular a % de horas da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento que cumprem os requisitos de conforto térmico:
12Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Cozinha Sala Quarto
T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx
51.9 % 96.6 % 25.4 % 100.0 % 26.3 % 99.5 %
CASO DE ESTUDO Nº2 – EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 13
EDIFÍCIO
DE APARTAM
ENTO
SBreve apresentação e caracterização
Caracterização:• Análise do piso 0;• Um piso constituído por 4 fracções autónomas:
− 2 de tipologia T1;− 2 de tipologia T2;
• Localizado em Lisboa (zona climática I1 – V2);
14Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
EDIFÍCIO
DE APARTAM
ENTO
SBreve apresentação e caracterização
Planta do piso do Edifício a analisar:
15Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r
16Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Simulação em free float com network flow
Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo ventilação natural dinâmica;
17Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Frincha
Abertura Controlada
Abertura Fixa
RESULTAD
OS DA SIM
ULAÇÃO
Temperaturas Interiores – Fracção Autónoma T1-A
Análise do comportamento do edifício em regime de free float:
18Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 330%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
Cozinha Sala Quarto
Temperatura [°C]
% o
corr
ênci
a
Cozinha Sala Quarto
T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx
66.2 % 83.2 % 28.0 % 99.8 % 22.3 % 99.9 %
Tméd = 16.0 °C
CASO DE ESTUDO Nº3 – MORADIA GEMINADA
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 19
MO
RADIA G
EMIN
ADABreve Apresentação e Caracterização
Moradia geminada de tipologia T3; Localização no concelho do Porto; Zona climática I2-V1 Norte Área útil de pavimento – 187.4 m2
Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos
Planta do rés-do-chão Planta do 1º andar
20Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
21Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
APLICAÇÃO D
O RCCTE: RESU
LTADO
S Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento
Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C;
Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g:
Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C;
Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2:
NIC
[kWh/m2.ano]NI
[kWh/m2.ano]
37.57 68.10
CUMPRE
NVC
[kWh/m2.ano]NV
[kWh/m2.ano]
1.98 16.0
CUMPRE
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r
22Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
23Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Simulação em free float com network flow
Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar;
Frincha
Abertura Controlada
Abertura Fixa
RESULTAD
OS DA SIM
ULAÇÃO
Temperaturas Interiores
Análise do comportamento do edifício em regime de free float:
24Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Cozinha Sala Quarto
T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx
53.5 % 97.6 % 20.6 % 100.0 % 27.9 % 100.0 %
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
Cozinha Sala Quarto
Temperatura [°C]
% o
corr
ênci
a
Tméd = 15.0 °C
CASO DE ESTUDO Nº4 – VARIANTE EFICIENTE DA MORADIA GEMINADA
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 25
MO
DELO
DE SIM
ULAÇÃO
EM ESP-R
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r
Alterações relativamente ao modelo do caso de estudo anterior:• Fachada principal da moradia geminada orientada a Sul;• Maximização da área envidraçada orientada a Sul;
26Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
RESULTAD
OS DA SIM
ULAÇÃO
Temperaturas Interiores
Análise do comportamento do edifício em regime de free float:
27Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Cozinha Sala Suite Quarto
T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx
68.3 % 98.6 % 88.6 % 100.0 % 89.9 % 99.7 % 20.0 % 100.0 %
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
20%
Cozinha Sala Suite Quarto
Temperatura [°C]
% o
corr
ênci
a
Tméd = 16.3 °C
ANÁLISE DE RESULTADOS & CONCLUSÕES
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 28
ANÁLISE D
E RESULTAD
OS
Estação de aquecimento em regime condicionado
Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• Relação linear significativa, com clara proporcionalidade directa;
Potenciais diferenças dos resultados:• Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos
internos;• Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior;
29Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Gem. Eficiente
Gem. NormalT2-DT1-B
T2-CT1-A
Unifamiliarf(x) = 1.16885327848682 xR² = 0.947433632022866
NIC ESP-r [kWh/m2]
NIC
RCC
TE [k
Wh/
m2]
RCCTE sobrestima as necessidades de
aquecimento ≈ 17 %
ANÁLISE D
E RESULTAD
OS
Estação de arrefecimento em regime condicionado
Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• Relação linear forte, com clara proporcionalidade directa;
Potenciais diferenças de resultados:• Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos
internos;• Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior;
30Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
2
4
6
8
10
12
14
16
Gem. Normal
Unifamiliar
Gem. Eficiente
T1-B
T2-DT2-CT1-A
f(x) = 1.72786138235124 xR² = 0.981135427164184
NVC ESP-r [kWh/m2]
NV
C RC
CTE
[kW
h/m
2]
RCCTE sobrestima as necessidades de
arrefecimento ≈ 73 %
ANÁLISE D
E RESULTAD
OS
% horas de conforto vs NIC do ESP-r % horas de conforto vs NIC do RCCTE
Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r.
Relação linear fraca; Recta de regressão com
proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 46 %;
31Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r.
Relação linear moderada; Recta de regressão com
proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 67 %;
0 10 20 30 40 50 60 70 800
10
20
30
40
50
60
70Gem. Eficiente
T2-D
T1-B
T2-C T1-A
Gem. Normal
Unifamiliar
f(x) = − 0.583635896961342 x + 61.1526763415195R² = 0.673965604130487
NIC [kWh/m2]
% ho
ras c
om T>
Tmin
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
10
20
30
40
50
60
70Gem. Eficiente
Gem. Normal
T2-D
T1-B
T2-CT1-A
Unifamiliar
f(x) = − 0.428062859420048 x + 58.8831104939622R² = 0.464769622987211
NIC [kWh/m2]
% h
oras
com
T>
Tmin
ANÁLISE D
E RESULTAD
OS
% horas de conforto vs NVC do ESP-r % horas de conforto vs NVC do RCCTE
Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r.
Recta de regressão com declive quase nulo;
Na prática verifica-se uma relativa independência entre o NVC do RCCTE e a % de horas de conforto ( > 96%);
Não existe relação linear estatisticamente significativa;
32Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r.
Relação linear relativamente moderada; Recta de regressão com
proporcionalidade inversa; Coeficiente de determinação de 61 %; Elevada % de horas que cumprem os
requisitos de conforto, sempre > 96 %;
0 2 4 6 8 10 1290919293949596979899
100 Gem. Normal
Unifamiliar
Gem. EficienteT1-B
T2-CT2-D
T1-A
f(x) = − 0.283072029995933 x + 100.14976538322R² = 0.606884537237137
NVC [kWh/m2]
% h
oras
com
T<
Tmáx
0 2 4 6 8 10 12 14 1690919293949596979899
100 Gem. Normal
Unifamiliar
Gem. Eficiente T1-B
T2-DT2-C
T1-A
f(x) = − 0.11870672489083 x + 99.7027505187773R² = 0.348207076177951
NVC [kWh/m2]
% h
oras
com
T<
Tmáx
ESTUD
O EXPLO
RATÓRIO
SOBRE A U
TILIZAÇÃO D
O RCCTE N
A AVALIAÇÃO D
O
DESEM
PENH
O PASSIVO
DE ED
IFÍCIOS RESID
ENCIAIS
Conclusões
Obteve-se uma relação linear significativa entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento em ≈ 17 %;
Obteve-se uma relação linear forte entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento em ≈ 73 %;
Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r);
Obteve-se uma relação linear relativamente fraca entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto;
Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r);
Estes casos de estudo não permitiram obter uma relação linear entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto (ESP-r);
Devido ao baixo nº de horas de conforto durante a estação de aquecimento conclui-se que nestes casos os sistemas de aquecimento são necessários para manter o edifício mais tempo com conforto térmico;
Durante a estação de arrefecimento, conclui-se que a abertura de janelas nos períodos correctos, tende a ser suficiente para promover o arrefecimento do edifício, sem recorrer a equipamentos de ar condicionado;
33Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
FIM
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
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