A simulação dinâmica detalhada possibilita uma análise multizona do desempenho energético do edifício, por outras palavras, permite que sejam simuladas simultaneamente zonas diferentes do edifício. No âmbito do RSECE, este é o tipo de simulação que tem de se utilizar para grandes edifícios na determinação das necessidades energéticas e potências dos sistemas de climatização [5].
É nesta fase que é preciso escolher o programa, acreditado pela norma ASHRAE 140- 2004, que vai ser utilizado durante o trabalho para ser comparado com o programa de simulação simplificada RCCTE-STE. Após um estudo das inúmeras escolhas existentes no mercado, foi selecionado o programa Cypeterm que integra o Energyplus como motor de cálculo.
17
2.4.1
RCCTE-STE
Define-se como um programa de simulação dinâmica simplificada, desenvolvido pelo Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação (INETI) para verificação do RCCTE e RSECE. Permite calcular o consumo de energia de um edifício bem como simular a potência máxima requerida para um sistema de climatização.
Este programa baseia-se numa simulação horária anual de um espaço tipo monozona. No entanto, pode ser também considerado como simulação detalhada multizona desde que aplicado isoladamente a cada zona diferente de um edifício e os respetivos resultados sejam devidamente adicionados para obter o desempenho energético global do edifício [5].
Segundo o Decreto-Lei n.º 79/2006 o programa baseia-se num circuito de analogia reo- elétrica tal como representado no diagrama seguinte:
Este modelo incorpora uma base interna de dados climáticos para todos os concelhos de Portugal em consonância com a divisão climática do país para efeitos de aplicação do RCCTE e RSECE [10].
Os nós deste modelo representam: Te – temperatura exterior; Ti – temperatura interior;
Ts – temperatura média nas superfícies interiores da envolvente; Tm – temperatura média da massa térmica dos elementos do espaço.
As resistências indicam a transferência de calor correspondente a:
18
Hv – trocas de ar;
Hw– condução de calor através dos vãos envidraçados (elementos sem massa térmica); Hem – condução de calor através da envolvente opaca, sem ter em conta o efeito da
radiação solar incidente;
His – trocas radiativas e convectivas entre as superfícies da envolvente interior; Hms – transferência de calor entre a massa de armazenamento térmica e a superfície.
Este método realiza um balanço dinâmico do espaço contabilizando, em cada hora, as diferenças entre as perdas e os ganhos térmicos, pelos vãos envidraçados e pela envolvente opaca, bem como os ganhos internos, ventilação e energia armazenada na massa térmica em cada momento concentrada no nó Tm:
𝑄ℎ𝑐= 𝑄𝑣+ 𝑄𝑤+ 𝑄𝑒𝑚+ 𝑄𝑔 (𝑊)
No diagrama estes fluxos e resistências térmicas estão representados e têm o seguinte significado:
𝑸𝒉𝒄 - energia necessária para climatização (aquecimento e arrefecimento resultante do balanço horário do espaço);
𝑸𝒗 - ganhos ou perdas de calor correspondentes à renovação do ar;
𝑸𝒘 – ganho ou perda de calor correspondente às trocas de calor por condução através dos vãos envidraçados;
𝑸𝒆𝒎 – ganho ou perda de calor correspondente às trocas de calor por condução através da envolvente opaca;
𝑸𝒈 – ganhos internos instantâneos (ocupação, iluminação e equipamentos), ganhos solares através dos envidraçados e ganhos solares através da envolvente opaca, tendo em conta o efeito da inércia térmica do espaço.
2.4.2
Cypeterm
O Cypeterm é um programa desenvolvido para Portugal especificamente para dar resposta ao projeto de verificação das características de comportamento térmico dos edifícios de acordo com o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (Decreto-Lei nº80/2006), Nota Técnica NT-SCE-01 (Despacho n.º 11020/2009) e Perguntas e Respostas publicadas pela ADENE. Este programa realiza o cálculo com base na modelação tridimensional dos edifícios de forma gráfica. Fornece ainda as listagens e desenhos segundo o RCCTE e
19 indicações da ADENE que poderão ser impressos diretamente, exportados para ficheiros ou utilizados para o preenchimento de declarações de conformidade regulamentar (DCR) e certificados energéticos (CE) [11].
O Cypeterm tem como objetivo o cálculo e verificação de edifícios de modo a garantir condições de conforto térmico, isto sem necessidades excessivas de energia e com minimização das condensações superficiais no interior dos elementos da envolvente, tal como preconiza o regulamento.
Os elementos utilizados na construção dos edifícios, tais como paredes, pavimentos, envidraçados e coberturas, estão parametrizados no programa e podem ser configurados de acordo com o que o projetista necessita. O programa tem incorporado a publicação do LNEC designada por “Coeficientes de Transmissão Térmica em Edifícios” [12] que permite ao utilizador economizar bastante tempo na introdução de dados no programa [13].
Outra importante funcionalidade do Cypeterm é que permite exportar automaticamente os dados inseridos para o Energyplus. Por outras palavras, este programa pode ser usado como um interface do Energyplus, como por exemplo o conhecido DesignBuilder que já existe no mercado há vários anos [11] [13].
2.4.3
Energyplus
Trate-se de um programa de simulação integrada de edifícios e de sistemas de climatização, desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (U.S. Department of Energy). O Energyplus surgiu da união das melhores potencialidades de dois
20
programas existentes na altura, o BLAST e o DOE-2, e ainda houve introdução de novas funcionalidades.
Este programa é constituído por vários módulos internos, que permitem facilitar a organização dos dados de entrada bem como uma mais fácil introdução futura de mais opções de cálculo. A figura 2.4 apresenta a estrutura do Energyplus e os módulos utilizados na simulação do comportamento energético.
O EnergyPlus, embora tenha um ambiente gráfico pouco atrativo, possui diversas capacidades que o tornam bastante útil, de entre as quais se destacam o sistema modular que permite definir várias zonas e, de forma diferenciada, a infiltração ou os ganhos internos para cada zona. O programa oferece ainda a possibilidade de fornecer os dados resultantes da simulação hora a hora, no entanto, o utilizador pode optar por intervalos mais reduzidos. O cálculo das necessidades energéticas de um determinado edifício é realizado pelo EnergyPlus a partir dos dados inseridos pelo utilizador (materiais da envolvente, sistemas de climatização, dados relativos à geometria) recorrendo a um ficheiro de dados climáticos do local de implantação e gerando o balanço energético com recurso aos diferentes módulos que constituem o programa.
21