Metodologia seguida pelo EnergyPlus

Embora seja um programa informático de simulação energética bastante completo, o EnergyPlus requer alguma habituação quanto ao interface gráfico e à metodologia de avaliação. A elevada quantidade de campos para preenchimento de parâmetros pode parecer excessiva mas, no

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entanto, após o período de adaptação percebe-se que o interface gráfico está concebido de forma a disponibilizar a informação de forma simples e direta – Figura 16. Ao selecionar cada uma das opções do separador da esquerda é mostrado o conjunto de todos os parâmetros e/ou opções que é possível escolher ou introduzir nos separadores da direita. Por vezes, é também apresentada uma pequena descrição da opção selecionada e, no caso de opções com valores numéricos, são referidos os valores máximos e mínimos que o software permite escolher.

Figura 16 – Imagem exemplificativa do interface gráfico do EnergyPlus

No que toca à aprendizagem da metodologia de utilização, segundo o manual de utilização do EnergyPlus podem definir-se quatro etapas essenciais:

i. Planeamento antecipado – a construção de um modelo no EnergyPlus exige vários tipos

de informação que devem ser conjugados e apurados, o que pode consumir algum tempo. Por forma a facilitar a reunião de informação necessária ao desenvolvimento do modelo deve-se começar por obter a localização exata do edifício, bem como, se possível, um ficheiro climático correspondente a essa localização que seja disponibilizado pelo United States Department of Energy. De seguida, é aconselhável recolher informações sobre a construção do edifício para que seja possível especificar não só a sua geometria, como também as soluções construtivas adotadas para as paredes, lajes de pavimento, cobertura, janelas e portas. Além disso, é também aconselhável reunir informação sobre a iluminação interior, os equipamentos utilizados (se funcionam a gás, elétricos, etc.) e o número de ocupantes em cada compartimento do edifício. Por último, deve-se obter informação sobre o tipo de equipamento HVAC escolhido e o seu horário de funcionamento previsto.

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ii. Divisão do Edifício em zonas – para que o edifício seja corretamente dividido em zonas é

necessário distinguir a diferença entre superfícies de transferência de calor e superfícies de armazenamento de calor. Se se considerar uma superfície do edifício como o elemento fundamental de um modelo, podemos então definir uma superfície como sendo armazenadora de calor a não ser que seja definida como uma que transfere calor (EnergyPlus, 2013). Ou seja, uma superfície que separa dois espaços com temperaturas significativamente diferentes deve ser definida como sendo uma superfície de transferência de calor. Assim, pode-se assumir que as superfícies do edifício em contacto com o exterior (paredes exteriores, telhados e lajes de pavimento) são responsáveis por transferirem calor e são definidas como superfícies de transferência de calor. Da mesma forma, é possível definir as paredes interiores como sendo superfícies de armazenamento de calor se estas separarem espaços que estejam à mesma temperatura ou como superfícies de transferência de calor se separarem espaços que não estejam à mesma temperatura.

O conceito de zona adotado pelo EnergyPlus não é um conceito maioritariamente geométrico, mas sim térmico. Uma zona térmica pode ser definida como um volume de ar a uma determinada temperatura uniforme, para além de todas as superfícies de transferência e de armazenamento de calor que limitam ou estão contidas no interior desse mesmo volume (EnergyPlus, 2013). De uma forma expedita, define-se o número mínimo de zonas através da quantidade de sistemas de ventilação que servem o edifício, em detrimento do número de compartimentos. Desta forma, se dois ou mais compartimentos distintos forem climatizados pelo mesmo sistema de ventilação, estes podem ser considerados uma única zona térmica.

Esta definição de zonas deve ser o mais rigorosa possível, visto que o EnergyPlus simula o equilíbrio térmico nas superfícies que limitam cada zona e no volume de ar contido nestas. Para fins de cálculo de transferência de calor não é estritamente necessária uma correta definição geométrica das superfícies das zonas, até porque as superfícies não têm de estar em contacto entre si, visto que desde que o programa saiba quais as superfícies que transferem calor para as zonas, o equilíbrio térmico é corretamente calculado (EnergyPlus, 2013).

iii. Preparação da modelação do edifício – nesta fase é aconselhável que o utilizador faça

um esboço do edifício que contenha a definição de todas as zonas, conforme foi indicado no ponto anterior, e as dimensões espaciais de cada uma delas. Não obstante, é também

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aconselhável que o utilizador reúna informações adicionais sobre as soluções construtivas das superfícies do edifício antes de iniciar a modelação.

De uma forma simples, pode-se assumir que a modelação de um edifício deve apresentar os seguintes aspetos:

- Determinação das superfícies de transferência e de armazenamento de calor – estas

superfícies podem ser descritas sem nenhuma ordem específica, podem ser agrupadas por zonas e as características de cada uma delas podem ajudar à sua categorização, bem como identificar a informação da construção da superfície. Como se pode observar na Tabela 1, os tipos de superfícies admitidas pelo EnergyPlus são os seguintes:

Tabela 1 – Tipos de superfícies e respetiva categorização

Tipo de Superfície Aplicação

BuildingSurface:Detailed Paredes, Telhados, Tetos e Pavimentos

FenestrationSurface:Detailed Janelas, Portas Maciças e Portas de Vidro

InternalMass Superfícies inseridas numa zona (muretes, corrimões, etc.)

Shading:Site:Detailed Elementos de sombreamento externos ao edifício (outros

edifícios, muros, árvores, vegetação, etc.)

Shading:Zone:Detailed Elementos de sombreamento pertencentes ao edifício

(palas horizontais ou verticais, varandas, etc.)

- Definição de superfícies equivalentes – à semelhança da simplificação da quantidade de

zonas que foi referida anteriormente, também a definição das superfícies do edifício pode ser reduzida em termos de quantidade, recorrendo ao conceito de superfície equivalente. Ao partir-se do princípio que, por exemplo, todas as superfícies de armazenamento de calor, construídas da mesma forma e inseridas numa mesma zona, podem ser definidas como uma simples superfície retangular, então as dimensões da superfície de armazenamento equivalente serão iguais à soma das áreas das superfícies de armazenamento dessa zona. O objetivo desta simplificação é procurar um nível adequado de detalhe que caracterize a envolvente do edifício, sem desperdiçar muito tempo na descrição e computação de resultados para detalhes que sejam insignificantes (EnergyPlus, 2013) como se pode observar na Figura17.

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Figura 17 – Imagem exemplificativa da definição de superfícies equivalentes

Como possíveis definições de superfícies equivalentes, o manual do EnergyPlus sugere as seguintes simplificações:

- Definir todos os telhados e pavimentos com a forma retangular, independentemente da forma da zona. Assim, cada zona pode ter um telhado e um pavimento retangulares de uma determinada solução construtiva;

- Definir todas as superfícies de armazenamento de calor com a mesma solução construtiva e dentro da mesma zona como uma superfície equivalente. As dimensões da superfície equivalente são obtidas através da soma das áreas das superfícies individuais expostas à zona;

- Combinar todas as janelas de uma determinada superfície exterior numa única janela porque, de uma forma geral, cada superfície deve ter apenas uma janela de cada tipo. No que toca às palas, estas podem requerer que mais janelas sejam combinadas ou separadas, dependendo de cada caso.

- Definição dos elementos construtivos – no EnergyPlus é possível utilizar alguns dos

vários conjuntos de dados, disponibilizados na pasta DataSets, que representam algumas das soluções construtivas mais utilizadas e são disponibilizados juntamente com o programa em formato .*IDF. Estes conjuntos de dados foram criados a partir das soluções presentes nos capítulos 25 e 30 da publicação ASHRAE Handbook of Fundamentals (2005) e são apresentados vários exemplos de soluções construtivas de forma simples e para edifícios com inércia térmica fraca, média ou forte. Outra possibilidade de definição dos elementos construtivos pode ser a forma convencional, na qual definimos manualmente os parâmetros para cada tipo de material introduzido, como se pode observar na Figura 18.

33 Figura 18 – Imagem exemplificativa da introdução de materiais no EnergyPlus

iv. Preparação da modelação do edifício – nesta fase é aconselhável que o utilizador

estabeleça uma rotina de funcionamento da iluminação, equipamentos, atividades humanas (tarefas), infiltração do ar exterior e a ventilação dos edifícios, visto que todos eles constituem os ganhos internos para as zonas térmicas (EnergyPlus, 2013). Estes ganhos internos são introduzidos no EnergyPlus sob a forma de um nível de dimensionamento, também designado por nível de pico, com um horário de funcionamento detalhado que especifica uma fração desse nível para cada hora – Figura 19.

Figura 19 – Imagem exemplificativa da introdução de ganhos internos no EnergyPlus