A PRESENTAÇÃO DE P ROGRAMAS DE S IMULAÇÃO D INÂMICA DE

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O apoio de um programa de simulação ou de uma folha de cálculo, torna-se indispensável para se alcançarem resultados com um intervalo temporal no mínimo horário. Para dar esse apoio, existe uma grande variedade de programas disponíveis, que utilizam na sua base as equações termodinâmicas e matemáticas necessárias para avaliar todo o desempenho energético do edifício num período anual. Dentro da variedade de programas disponíveis encontra-se o Green Building Studio® _{(GBS), o DesignBuilder}®_{, o DOE-2.2, o}

EnergyGauge®_{, o EnergyPlus}®_{, o EnergyPro, o eQUEST}®_{, o Hourly Analysis Program} (HAP), o Tas Engineering, o TRACE 700, o Integrated Environmental Solutions (IES), o

TRaNsient SYstems Simulation program (TRNSYS), entre outros. De modo a perceber-se

melhor a aplicabilidade destes programas, são apresentadas algumas caraterísticas do

eQUEST®_{, DesignBuilder}®_{, GBS, HAP, bem com do DOE-2.2 e do EnergyPlus}®_.

O programa eQUEST® _{é uma ferramenta com interface gráfica que apresenta} resultados bastante plausíveis, sem necessitar de elevado esforço, uma vez que a combinação entre o módulo de modelação de edifícios, o módulo de medidas de eficiência energética e o módulo de apresentação de resultados é bastante intuitiva, o que permite a um utilizador não muito experiente atingir com alguma facilidade os resultados do desempenho energético do edifício. Para tal, o utilizador terá de seguir alguns passos onde caracteriza todos os elementos que afetam o edifício energeticamente, tais como a arquitetura, os elementos construtivos, os sistemas de climatização, os equipamentos, a ocupação e o sistema de iluminação. Depois da caracterização dos elementos necessários, o programa utiliza os recursos do motor de cálculo DOE-2.2, um mecanismo de simulação comprovado e validado para fornecer o consumo de energia, acreditado pela norma ASHRAE 140 [21]. Os resultados são apresentados em vários formatos de gráficos permitindo ainda executar várias simulações e visualizar os seus resultados lado a lado [22]. Um dos seus potenciais foca-se na sua velocidade de execução que torna viável a análise de várias simulações de modelos complexos, destacando várias interações críticas entre os sistemas e o edifício [23].

O DesignBuilder® _{é uma interface gráfica bastante intuitiva de usar, que utiliza como} motor de cálculo o EnergyPlus®_{, possibilitando tirar um maior partido desta ferramenta com} grande potencial. O EnergyPlus® _{é um programa modular estruturado com base nas} melhores capacidades e características do Blast e do DOE-2.1E [22]. Este tem a

capacidade de resolver balanços energéticos nos intervalos de tempo definidos pelo utilizador, considerando os efeitos convectivos, radiativos e a transferência de calor e de massa entre zonas térmicas. Neste balanço entra-se com todos os ganhos e perdas que ocorrem dentro da zona térmica, fornecendo posteriormente relatórios detalhados dos resultados. Visto que a utilização do EnergyPlus®_{, é bastante complexa, com o}

DesignBuilder® _{torna-se tudo bastante mais acessível e intuitivo. Neste programa é} necessário definir um ficheiro climático do local do edifício, iniciar a modelação do edifício, incorporando todos os elementos que o constituem, e posteriormente, definir os elementos construtivos, os equipamentos, a iluminação, a ocupação e os sistemas AVAC, obtendo assim um modelo passível de ser simulado. Nesta fase, o DesignBuilder® _{codifica todos os} parâmetros introduzidos no modelo de modo a serem descodificados pelo EnergyPlus®_{, e} assim, obtém-se os resultados no formato que o utilizador definir. O DesignBuilder® _permite a construção de geometrias complexas, onde através dos vários módulos que o constituem, é possível fornecer uma análise aprofundada do uso de energia e dos consumos no edifício [23].

O programa Autodesk® _{Green Building Studio}® _{(GBS), é mais uma interface gráfica} que utiliza como motor de cálculo o DOE-2.2, como o eQUEST® _{anteriormente referido,} embora também possa converter os dados para um formato compatível com o

EnergyPlus®_{, o eQUEST}® _{entre outros. O GBS é uma ferramenta que permite uma análise} rápida e precisa dos modelos energéticos, possibilitando através da plataforma online recolher informação sobre os parâmetros mais adequados a utilizar para as soluções construtivas, os sistemas, os materiais mais apropriados, entre outros parâmetros, e tudo isto com a perceção da localização do edifício, do seu tamanho e tipo de uso. O elevado potencial deste programa permite a arquitetos, engenheiros, projetistas e a outros utilizadores, atingir rapidamente modelos energéticos para definirem posteriormente aspetos específicos da conceção do projeto, variando todos os constituintes que desejarem, e assim, poder-se analisar os resultados da pegada ecológica e do desempenho energético do edifício. Isto proporciona uma maior rapidez na avaliação da eficiência energética dos projetos, de modo a ir ao encontro de uma neutralização da pegada carbónica e da obtenção de modelos energeticamente autossustentáveis [24].

O Hourly Analysis Program (HAP) é um programa criado pela Carrier com o intuito de facilitar o dimensionamento de sistemas AVAC para edifícios. Embora seja esse o seu principal objetivo, é possível desenvolver toda a análise energética para um edifício, contendo todos os requisitos para a aplicação do RECS. O HAP não apresenta uma visualização gráfica do modelo energético, mas utiliza um explorador de acesso rápido para

se definirem todos os parâmetros térmicos e energéticos que afetam o desempenho do edifício, possibilitando economizar tempo na obtenção de resultados. Uma vez que não é necessária a fase de modelação do edifício, também se torna num recurso bastante útil para projetos preliminares e de seleção de soluções. Tendo todos os parâmetros definidos, como as paredes, as janelas, a iluminação, a ocupação, os equipamentos, entre outros, são apresentados resumos de todo o dimensionamento e um relatório de análise energética, onde se obtêm as necessidades do projeto [25].

Na generalidade, todos os programas permanecem em constante atualização, de modo a serem cada vez mais precisos e a representarem todo o desempenho energético dos edifícios com o mínimo erro possível. Para além disso, é importante que estes tipos de programas encaminhem os utilizadores para projetos sustentáveis, uma necessidade cada vez mais importante para a sociedade, visto que num futuro próximo será a base da construção dos edifícios em Portugal, na Europa e no Mundo. Por isso, a apresentação de indicadores de caráter sustentável é bastante relevante na fase de projeto, para se fornecer ao utilizador uma melhor perceção do desempenho térmico e energético do edifício.

Depois desta análise de programas, é de referenciar que, no seu global, todos são adequados à aplicação do caso de estudo, que será apresentado no Capítulo 4. Visto que existe a disponibilidade do programa DesignBuilder® _{e HAP, optou-se pela utilização do}

DesignBuilder®_{, pois em relação ao HAP, apresenta uma melhor interação com o utilizador,} possibilita a modelação CAD (Computer Aided Design) do modelo energético e utiliza uma potente ferramenta de cálculo, o EnergyPlus®_{. Para além disso, e visto que o caso de} estudo apresenta vários edifícios interligados ao mesmo contador energético, a utilização do DesignBuilder® _{leva a uma análise mais intuitiva, assim como uma análise mais} detalhada ao nível do zonamento térmico. Por sua vez o HAP, em comparação com o

DesignBuilder®_{, permite a obtenção de resultados mais rápido, uma vez que o tempo} computacional para o desenvolvimento do caso de estudo e para a obtenção de resultados no DesignBuilder® _{é maior.}

2.2.5 M

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“Graças à utilização de energia, temos acesso a um estilo de vida que seria impossível desfrutar caso não dispuséssemos de recursos energéticos” [26]. Note-se que a energia ultrapassa uma série de etapas até chegar aos seus utilizadores, como a sua extração, transformação e transporte, em que todas proporcionam a produção de resíduos que contaminam os lençóis freáticos, a atmosfera e os solos [26]. Como se pôde verificar

anteriormente, uma vez que os edifícios são grandes consumidores de energia, é necessário intervir e adotar métodos de reabilitação energética, para se minimizar o impacto que o aumento do consumo energético possa causar no ambiente.

Caso se pretenda intervir no edifício, deve-se ponderar a aplicação de medidas sustentáveis que beneficiem a redução de energia no edifício. Nesta lógica, existe sempre o conceito de viabilidade, o que em parte, influencia bastante o caminho a ser aplicado. A ponderação daquilo que o proprietário pensa ser necessário, do benefício que traz para si e do custo associado à implementação das medidas de eficiência energética, fazem parte da decisão de reabilitação de um edifício, sendo que a análise de viabilidade económica e funcional representam um papel de elevada importância.

“As atuais exigências do mercado da construção não deixam margem para dúvidas de que a aposta nas energias renováveis é incontornável para arquitetos, construtores e todos os envolvidos no processo da construção de edifícios. As normas europeias são claras e exigem um máximo respeito pelo meio ambiente, seja nas construções de raiz, seja na área da reabilitação, tendo em vista a sustentabilidade máxima dos edifícios” [27]. Neste contexto, a mudança de hábitos das populações e o recurso a fontes de energia renováveis são os meios mais favoráveis para atingir a utilização de energia eficaz e sustentável. O potencial deste tipo de energia converge para o facto de ter um impacto ambiental nulo na emissão de GEE. Os métodos para rentabilizar o consumo energético nos edifícios passam por melhorar os elementos construtivos, como por exemplo, a colocação de isolamento em paredes pelo exterior e nas coberturas, a incorporação de uma componente envidraçada mais eficiente, a substituição do sistema de iluminação por uma tecnologia mais eficiente, a incorporação de sistemas de eficiência hídrica, a substituição de equipamentos de climatização por outros com elevada eficiência, a substituição de equipamentos eletrónicos, entre outros [17], [26], [28]. Todas estas medidas devem ser avaliadas para o meio onde se inserem, visto que o seu contributo pode não justificar a sua implementação. Assim sendo, a análise deve incidir sobre os principais consumidores de energia, pois estes são os que podem oferecer maior viabilidade aos projetos. Quando se utiliza um programa de simulação dinâmica, a análise de medidas de eficiência energética torna-se mais simples, onde rapidamente se conseguem estimar as poupanças e o comportamento que essas medidas, individualmente ou em conjunto, têm no desempenho energético do edifício.

A escolha de medidas de eficiência energética não obedece a nenhuma regra, embora várias abordagens de apoio a métodos e ferramentas de otimização tenham ganho

destaque [29]. Vários estudos foram desenvolvidos neste sentido com o objetivo de validar metodologias de aplicação para a seleção de medidas de melhoria. Shao et al. estabeleceu um método baseado em modelos de apoio às tomadas de decisão, à casa da qualidade, à abordagem de funções objetivo e, em procedimentos computacionais de otimização numérica para a avaliação de medidas de racionalização energética [29]. Kaklauskas et al. desenvolveu um método de apoio à decisão da implementação de medidas de melhoria, apoiado na determinação de relevância, na prioridade e no benefício das alternativas, permitindo avaliar de maneira qualitativa o grau de cada medida [30]. Juan et al. efetuou um estudo baseado num algoritmo genérico de apoio à decisão para a avaliação do custo e da qualidade da implementação de medidas de melhoria [31].