D ESIGN B UILDER V4.7.0.027

O Energy Plus é o programa de simulação dinâmica desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (United States Department of Energy) para avaliação do desempenho energético de edifícios. Este programa permite analisar sistemas de aquecimento, arrefecimento, iluminação, ventilação, entre outros, e proporciona também várias capacidades inovadoras de simulação, tais como simulações dos consumos energéticos numa base horária e sub-horária, simulação de zona ou multi- zona baseada no equilíbrio térmico, conforto térmico, entre outros. Contudo, o Energy Plus não apresenta uma interface “amigável”, o que dificulta a introdução de dados no programa. No entanto este programa permite o desenvolvimento independente de outras ferramentas, o que resulta na adoção do Design Builder como uma interface de maior facilidade de utilização.

No procedimento da simulação dinâmica no programa Design Builder, a implementação de dados do edifício em geral ou de uma zona é feita através de cinco separadores:

 Activity – dados referentes ao tipo de atividade realizada em determinada zona. Exemplo: horário e densidade de ocupação, densidade de iluminação, densidade de equipamentos, taxa de metabolismo, consumo de água quente sanitária, volume de ar novo insuflado, etc.;  Construction – dados referentes ao tipo de construção e material de todas as soluções

construtivas;

 Openings – dados referentes a aberturas no edifício. Exemplo: janelas, proteções opacas exteriores ou interiores, portas, tipo de vidro, etc.;

 Lighting – dados referentes à iluminação. Exemplos: tipo de iluminação, perfil de utilização de iluminação, etc.;

 HVAC – dados referentes aos equipamentos de climatização, aquecimento de águas sanitárias, ventilação natural e mecânica. Exemplos: energia auxiliar utilizada nos equipamentos de AVAC, tipo de energia utilizado em cada tipo de sistema, etc.

Iniciamos a inserção dos dados mediante um novo projeto, introduzindo desde logo os dados relativos à localização do edifício a analisar. O Design Builder dispõe de uma variada lista de templates correspondentes a diversas localizações de vários países, de onde podemos selecionar o template referente a Portugal. Desta forma o software assume automaticamente as características típicas da localização escolhida, nomeadamente temperaturas, condições climatéricas, período de duração das estações de aquecimento e arrefecimento, entre outras.

Os dados climáticos relativos à cidade de Vila Nova de Famalicão, foram conseguidos mediante software disponibilizado pelo LNEG (Laboratório Nacional de Energia e Geologia). O LNEG providencia dados e software para o SCE - Sistema Nacional de Certificação de Edifícios, Decreto-Lei n.º118/2013, de 20 de agosto, que transpõe para Portugal (com as Portarias e Despachos conexos) a Diretiva Europeia sobre o Desempenho Energético de Edifícios. A aplicação “CLIMAS-SCE”, representada na Figura 4.19, permite selecionar o município, especificar a altitude que se pretende, obtendo deste modo as estatísticas climatológicas e o Ano Meteorológico de Referência respetivos para executar simulações dinâmicas de sistemas e edifícios. Os dados vêm corrigidos com a altitude do lugar.

Os formatos dos ficheiros meteorológicos estão disponíveis em: ".EPW" para simulação dinâmica geral, e ".DAT" adequado a cálculo dinâmico simplificado, com temperatura e radiação solar na horizontal e em 8 superfícies verticais.

Figura 4.19 - Aplicação “CLIMAS-SCE” para o Município de Vila Nova de Famalicão e Altitude 98 m A Figura 4.20 apresenta a janela de abertura de um novo projeto no Design Builder.

Figura 4.20 - Design Builder - janela de novo projeto

Após a introdução do novo projeto e da respetiva localização, segue-se a conceção do modelo geométrico do edifício. Nesta fase foi introduzida toda a geometria do edifício a analisar recorrendo a ferramentas de desenho assistido por computador, criando assim o modelo que será a base de todo o projeto. A Figura 4.21 apresenta o modelo geométrico concluído, o qual representa toda a geometria do edifício, incluindo todas as divisões interiores e orientação.

Figura 4.21 – Design Builder - Modelo geométrico do projeto referente ao caso de estudo, moradia Portas do Sol

Com o modelo geométrico concluído, tornou-se necessário identificar cada zona e as atividades associadas. A identificação da atividade associada a cada zona é relevante pois tem grande influência na maior parte dos ganhos térmicos internos, influenciando deste modo os requisitos de aquecimento, arrefecimento e/ou ventilação. O Design Builder apresenta um separador destinado à seleção da atividade, onde é possível escolher e/ou definir os requisitos pretendidos para cada zona do edifício. Para este parâmetro o Design Builder dispõe também de uma variada lista de templates pré-definidos que referem as características gerais de uma dada atividade para uma determinada zona. Ao selecionar uma dada atividade, o Design Builder associa automaticamente fatores como a ocupação, requisitos de temperatura, renovação de ar, iluminação e equipamentos. Estes valores podem ainda ser editados e alterados quando necessário, de modo a adequá-los ao edifício em análise. Os dados utilizados para o presente caso de estudo, referentes à potência e horários de utilização dos equipamento e os horários de ocupação constam no Anexo D (Horários e perfis de utilização da moradia Portas do Sol), e constam nos templates do software. A Figura 4.22 apresenta a janela de seleção da atividade.

Figura 4.22 – Design Builder - janela de seleção do tipo de atividade

A fase seguinte consiste em definir o modelo de simulação consoante a caracterização construtiva do edifício. Tal como no caso da escolha da atividade mediante determinada zona, o Design Builder tem também um separador destinado à caracterização construtiva, onde podem ser definidas as principais propriedades de toda a envolvente opaca (exterior e interior) do edifício. A especificação das características construtivas dita o desempenho energético da envolvente opaca, tendo grande impacto nas necessidades de aquecimento e arrefecimento, bem como nas condições de conforto dos ocupantes. Para definir as características construtivas de um determinado elemento é possível utilizar modelos pré- definidos disponíveis na base de dados do software, ou criar uma nova caracterização específica. Os diferentes tipos de materiais de construção são também disponibilizados pelo Design Builder, sendo possível introduzir novos materiais e soluções construtivas. A caracterização construtiva relativa à envolvente opaca referente ao caso de estudo, teve por base o projeto de arquitetura, estando estes elementos presentes no Anexo B (Caracterização construtiva da moradia Portas do Sol). A Figura 4.23 representa o separador destinado à caracterização construtiva do modelo do edifício no software Design Builder.

A Figura 4.24 mostra a janela de edição da caracterização construtiva para o exemplo de uma parede exterior. Nesta figura é possível observar a definição das diferentes camadas do elemento e os respetivos materiais constituintes.

Figura 4.24 - Design Builder - janela de edição da caracterização construtiva para o exemplo de uma parede exterior

O Design Builder apresenta também as propriedades de cada material, nomeadamente o coeficiente de transmissão térmica, densidade, resistência térmica, entre outros. A caracterização de outros elementos construtivos, como pavimentos e coberturas, é realizada de forma análoga à apresentada na Figura 4.24. De seguida foi realizada a seleção do tipo de vãos envidraçados. Tal como nos parâmetros de atividade e caracterização construtiva, o Design Builder apresenta um separador destinado à caracterização dos vãos envidraçados. Neste separador é possível escolher o tipo de envidraçado a partir de uma lista disponibilizada pelo software que inclui diversos modelos pré-definidos, ou ainda criar um novo modelo de envidraçado consoante os requisitos pretendidos. Ainda dentro deste parâmetro é possível selecionar o tipo de sistema de sombreamento e um plano de utilização (caso este não seja um sistema fixo). A caracterização construtiva relativa à envolvente não opaca referente ao caso de estudo, teve por base o projeto de arquitetura, estando estes elementos presentes no Anexo B (Caracterização construtiva da moradia Portas do Sol). A Figura 4.25 apresenta o separador destinado à seleção do tipo de vão envidraçado.

Figura 4.25 - Design Builder - janela de selecção do tipo de vão envidraçado

Para completar a conceção do modelo do edifício no Design Builder é necessário fazer também referência à iluminação e sistemas AVAC. Quanto à iluminação, o Design Builder dispõe de templates pré-definidos que, tal como o parâmetro da atividade, podem ser selecionados consoante a zona a que se destinam. Desta forma o programa associa automaticamente o desempenho da iluminação e os respetivos consumos de energia dependendo da zona selecionada. Os dados referentes à potência e horários de iluminação constam no Anexo D (Horários e perfis de utilização da moradia Portas do Sol). A Figura 4.26 mostra a janela do programa onde é efetuada a seleção do template de iluminação para uma determinada zona.

Figura 4.26 - Design Builder - janela de seleção do modo de iluminação de uma determinada zona Quando se pretende definir um sistema AVAC, como será necessário no presente caso de estudo, o Design Builder apresenta um separador reservado aos sistemas AVAC onde podem ser definidos os principais parâmetros de ventilação, aquecimento, arrefecimento e preparação de águas quentes sanitárias (AQS). Mais uma vez o software dispõe de uma lista de templates de onde pode ser selecionado o modelo. Caso seja necessário, é possível selecionar e/ou alterar parâmetros como a utilização de ventilação mecânica e/ou natural, o tipo de fonte de energia para aquecimento e/ou arrefecimento (eletricidade, gás natural, etc), entre outros. Existem dois tipos de simulação de sistemas: Simple e Detailed. Na simulação Simple, são criados objetos de climatização “ideais” que asseguram que se mantenham as temperaturas nos intervalos escolhidos, fornecendo às zonas ar quente ou frio. Na simulação Detailed são utilizados os templates Compact HVAC do EnergyPlus que permitem, com a definição de poucos parâmetros, criar sistemas complexos com os vários elementos que os contem. Para o presente caso de estudo, foi implementado um sistema de climatização Simple, ou seja, em cada zona climatizada foi considerado um objeto Ideal Loads Air System. A simulação do edifício permitiu obter as necessidades energéticas de cada espaço, em cada hora do ano, para que sejam mantidas as

temperaturas de conforto pretendidas. Desta forma, foi possível determinar as necessidades de arrefecimento e de aquecimento das unidades terminais de cada zona. Foi implementado um termostato, associado ao Ideal Loads Air System de cada zona, indicando que as temperaturas interiores devem oscilar entre 18˚C e 25˚C (intervalo de conforto), quando os espaços estão ocupados (segundo horários de ocupação presentes no Anexo D). A Figura 4.27 representa o separador que diz respeito aos sistemas AVAC.

Figura 4.27 - Design Builder - janela de seleção de sistemas AVAC

Uma importante caraterística no cálculo de fluxos de calor é a ventilação, natural ou mecânica, do edifício/compartimentos, pois com a renovação do ar as necessidades de aquecimento ou arrefecimento sofrem variações. Deste modo, foi considerado o valor de 0.6 rph resultado das infiltrações externas. Contudo para os meses mais quentes (Junho, Julho, Agosto e Setembro) admitiu-se ventilação noturna, considerando para o efeito 4 rph.

Por fim, após a conceção do modelo estar completa, o desempenho energético do edifício pode ser determinado através de simulações dinâmicas para o período de tempo pretendido. No final de cada simulação o Design Builder proporcionou uma análise detalhada do desempenho do edifício em relação a diversos parâmetros, apresentando todos os resultados em forma de gráficos, tabelas e/ou grelhas. Contudo, para as simulações realizadas, optou-se pela exportação dos resultados para o Excel, de modo a facilitar o tratamento de dados.

4.3. SIMULAÇÕES E RESULTADOS