7. Apresentação do caso de estudo
7.4 Cenários de oferta de energia
Na presente secção serão apresentados os diferentes cenários de oferta de energia que serão considerados na análise do desempenho energético do edifício em estudo.
Para cada cenário, consideram-se duas situações: uma em que o rendimento dos sistemas técnicos instalados no edifício corresponde ao requisito mínimo segundo a legislação portuguesa (cenário A) e outra em que a classe de eficiência energética dos sistemas técnicos é máxima (cenário B).
Na secção 7.4.6 é apresentada uma tabela com os sistemas técnicos instalados para suprir as necessidades de aquecimento, arrefecimento e AQS em cada um dos cenários e a respetiva eficiência energética.
Cenário sem sistemas de energia renovável
No primeiro cenário considerou-se que não existem sistemas de produção de energia renovável no edifício residencial. As necessidades de energia útil para aquecimento e para produção de AQS são supridas por uma caldeira a gás natural.
Segundo a Portaria nº 349-B/2013, o requisito mínimo de eficiência energética de caldeiras a combustível líquido ou gasoso, após 31 de Dezembro de 2015, é a classe de eficiência energética A, a qual corresponde a caldeiras com um rendimento nominal entre 89% (exclusive) e 92% (inclusive) (Tabela I.16 da Portaria nº 349-B/2013). Assim sendo, para o cenário A considerou-se que a caldeira utilizada para produção de energia térmica para aquecimento ambiente e produção de AQS tem um rendimento de 90%, de forma a cumprir o requisito mínimo de eficiência energética.
No cenário B considerou-se que os sistemas técnicos instalados nos edifícios pertencem à classe de eficiência energética máxima: considerou-se que a caldeira a gás natural tem um rendimento de 96% (classe A++).
Cenário com coletor solar
Neste cenário considera-se que são instalados dois coletores solares (Vulcano FCC-1S) para cobrir parte do consumo de energia para produção de AQS. O contributo dos coletores foi estimado recorrendo ao
software SOLTERM (desenvolvido pelo LNEG), definindo as obstruções do horizonte como 20º, a
inclinação dos coletores em 20º e a orientação Sul. Os coletores contribuem com 13,60 kWh/(m2ano), sendo a restante fração das necessidades de energia para produção de AQS cobertas pela caldeira. As necessidades de energia para aquecimento são supridas pela caldeira a gás natural, tal como no cenário apresentado na secção 7.4.1.
Também neste caso foram considerados dois cenários: o cenário A em que a caldeira tem um rendimento de 90% (requisito mínimo de eficiência energética) e o cenário B, em que a caldeira tem um rendimento de 96% (classe energética máxima).
Cenário com coletor solar e caldeira a biomassa
Neste cenário considera-se que a caldeira a gás natural é substituída por uma caldeira a biomassa. Assim sendo, as necessidades de energia para aquecimento são supridas pela caldeira a biomassa e parte das necessidades de energia para produção de AQS são supridas pelo coletor solar e o restante pela caldeira a biomassa.
Segundo a Portaria nº 349-B/2013, o requisito mínimo para caldeiras que utilizem biomassa como combustível sólido é uma eficiência de 0,75 no caso de lenha e 0,85 no caso de granulados. Relativamente às caldeiras a combustível sólido não existe uma escala de classificação energética, apenas a imposição do requisito mínimo para a eficiência das caldeiras. Assim sendo, para o cenário A considerou-se uma caldeira com uma eficiência de 0,75 (lenha) e para o cenário B considerou-se uma caldeira com uma eficiência de 0,85 (granulados).
Cenário com coletor solar e bomba de calor
Neste cenário considera-se a utilização de uma bomba de calor reversível. Esta bomba é utilizada na estação de aquecimento, substituindo a caldeira a biomassa. As necessidades de energia para produção de AQS são supridas pelo coletor solar e com o apoio da bomba de calor.
Para os sistemas de ar condicionado, bombas de calor com ciclo reversível e chillers de arrefecimento, o requisito mínimo de eficiência após 31 de Dezembro de 2015 é a classe energética B. No caso de unidades split, multissplit e VRF com permuta exterior a ar, tal corresponde a um COP entre 3,40 (exclusive) e 3,60 (inclusive) (Tabela I.11 da Portaria nº 349-B/2013). Assim sendo, para o cenário A considerou-se que a bomba de calor apresenta um COP igual a 3,41 de modo a cumprir o requisito mínimo de eficiência energética.
No cenário B considerou-se que a bomba de calor pertence à classe de eficiência energética máxima (classe A), apresentando um COP de 3,70.
Cenário com coletor solar, bomba de calor e painel solar fotovoltaico
Neste cenário considera-se que é instalado um painel solar fotovoltaico com uma potência de 3,68 kWh para suprir determinada fração das necessidades de energia elétrica (a qual varia com o tipo de balanço realizado). A energia produzida pelo painel fotovoltaico foi estimada recorrendo ao software PVGis, definindo uma tecnologia de silicone cristalino, uma inclinação de 35º, orientação Sul e perdas do sistema de 14% (utilizando as coordenadas geográficas apresentadas na Tabela 12). A produção anual de energia elétrica do painel fotovoltaico instalado no edifício é de 5750 kWh/ano, o que corresponde a 35,2 kWh/(m2ano) para o edifício alvo de estudo.
As necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento são supridas pela bomba de calor, tal como no cenário anterior (7.4.4). No entanto, neste cenário a energia elétrica utilizada pela bomba de calor é, sempre que possível, produzida pelo painel fotovoltaico. Apenas quando a produção do painel fotovoltaico não é suficiente para cobrir a procura de energia elétrica da bomba de calor, é que se recorre à importação de energia elétrica da infraestrutura energética. As necessidades de energia para produção de AQS são supridas pelo coletor solar e, quando necessário, com o apoio da bomba de calor, tal como no cenário anterior.
Resumo dos cenários de abastecimento energético considerados
Tabela 17 – Cenários de abastecimento energético
Aquecimento Produção de AQS
Cenário 1 A Caldeira a gás natural η = 90% Caldeira a gás natural η = 90% B η = 96% η = 96% Cenário 2 A Caldeira a gás natural η = 90% Coletor solar + caldeira a gás natural η = 90% B η = 96% η = 96% Cenário 3 A Caldeira a biomassa η = 75% Coletor solar + caldeira a biomassa η = 75% B η = 85% η = 85% Cenário 4 A Bomba de calor [1]
COP = 3,41 Coletor solar + bomba de calor [1] COP = 3,41 B COP = 3,70 COP = 3,70 Cenário 5 A Bomba de calor [2]
COP = 3,41 Coletor solar + bomba de calor
(+ PV) [2]
COP = 3,41
B COP = 3,70 COP = 3,70
[1] A energia elétrica produzida pela bomba é importada da rede
[2] A energia elétrica utilizada pela bomba de calor é, sempre que possível, produzida pelo painel fotovoltaico. Apenas nas alturas em que a produção do painel não é suficiente para cobrir a carga exigida pela bomba, recorre-se à importação de energia da rede para cobrir o défice de carga.