Proposta de métodos para avaliação da eficiência energética. Edificações residenciais

(1)

Proposta de métodos para

avaliação da eficiência energética

(2)

MÉTODO PRESCRITIVO

(3)

MÉTODO PRESCRITIVO - checklist

MÉTODO PRESCRITIVO

VANTAGENS

- Simplificação, agilidade e redução de custos

do processo de etiquetagem

- Possibilidade maior de

disseminação da etiquetagem e de edificações eficientes

ABRANGÊNCIA

(4)

MÉTODO PRESCRITIVO

Verificar grupo climático

(5)

MÉTODO PRESCRITIVO

Limites de aplicação em definição

Classificação

classe A

em eficiência energética

(6)

MÉTODO PRESCRITIVO - ENCE

Apenas classe A

Requisitos a serem cumpridos para obtenção da ENCE Informativos de geração de energia e uso racional de água Informação sobre a limitação do método

(7)

MÉTODO PRESCRITIVO - ENCE

Escopo do método

Limites de aplicação Descrição dos requisitos Limites das propriedades térmicas ou sistemas de cada requisito

Características da edificação real para cada requisito Descrição dos sistemas de geração de energia e uso racional de água

(8)

ENCE Residencial

(9)

ENCE Residencial – método simplificado e método de simulação

ENCE ATUAL

(10)

ENCE ATUAL

Bonificações excluídas do método proposto.

Sintetização das informações do cabeçalho.

Sistemas avaliados pelo consumo (kWh), incluídos no quadro principal.

Mudança do indicador.

(11)

NOVA ENCE

(12)

NOVA ENCE

Classificação final da edificação com base no consumo de energia primária

Percentual de horas ocupadas em conforto

Percentual de água economizada pelo uso racional

Percentual de energia gerada por fontes locais renováveis

INFORMATIVO Emissão de CO₂

(13)

NOVA ENCE

Páginas de informações complementares

Pág. 2 – Consumos

Pág. 3 – Condições de conforto

ENCE

(14)

NOVA ENCE – 2ª página

Consumo em energia primária

Parcial de consumo em energia elétrica

Parcial de consumo em gás

Percentual proveniente de geração local

Consumos e classificações parciais por sistema avaliado

Consumo médio estimado de equip. Descrição do sistema de

geração local de energia renovável

Descrição dos sistemas de uso racional de água da chuva

(15)

NOVA ENCE – 3ª página

Condições de conforto do método de avaliação

Condições de acionamento do cond. de ar

Considerações sobre o aquecimento de água (em desenvolvimento) Considerações sobre a emissão de CO₂(em desenvolvimento)

(16)

MÉTODO SIMPLIFICADO

(17)

MÉTODO PROPOSTO – Unidades Habitacionais Autônomas

MÉTODO ATUAL x MÉTODO PROPOSTO

MÉTODO ATUAL

MÉTODO PROPOSTO

Regressão linear múltipla Redes neurais – maior precisão!

EQUAÇÕES

Apenas informativo Incluso no consumo final aproximação com o consumo real!

CONDICIONAMENTO DE AR

Graus-hora [°C.ano]

refrigeração

Consumo relativo [kWh/m².ano]

aquecimento e refrigeração

Consumo total [kWh/ano] possibilita comparações e fácil entendimento

Percentual de horas ocupadas em conforto

indicador de conforto térmico

INDICADORES

RESULTADOS Equivalentes numéricos ponderados Somatório dos consumos finais em energia primária

GERAÇÃO DE ENERGIA E

USO RACIONAL DE ÁGUA Bonificações

Geração de energia descontada do consumo de energia elétrica Informações complementares MÉTODOS Simulação Prescritivo Simulação

Simplificado – nomenclatura correta

Prescritivo – checklist

Avaliação dos equipamentos Avaliação dos sistemas completos

AQUECIMENTO DE ÁGUA

(18)

MÉTODO PROPOSTO – Motivações, vantagens e premissas

 Indicador de desempenho de fácil entendimento e comparação:

kWh/ano

 Informação relacionada ao conforto térmico do usuário:

_{% horas ocupadas em conforto}

(19)

MÉTODO PROPOSTO – Motivações, vantagens e premissas

 Indicador de desempenho de fácil entendimento e comparação:

kWh/ano

 Informação relacionada ao conforto térmico do usuário:

_{% horas ocupadas em conforto}

Gráfico de conforto adaptativo com ajuste de clo para 18 o_C

Dormitórios: - Período noturno.

Salas:

- Período diurno com 50% da ocupação.

TEMPERATURAS PARA ACIONAMENTO DO CONDICIONAMENTO DE AR Temperatura ambiente Temperatura do termostato INVERNO 18 °C 21 °C

VERÃO Conforme gráfico do

conforto adaptativo.

(20)

MÉTODO PROPOSTO – Motivações, vantagens e premissas

 Indicador de desempenho de fácil entendimento e comparação:

kWh/ano

 Informação relacionada ao conforto térmico do usuário:

_{% horas ocupadas em conforto térmico}

 Representação do consumo de edificações condicionadas artificialmente

 Avaliação da eficiência do sistema de aquecimento de água completo

 Maior precisão nos resultados do método simplificado:

redes neurais

 Inclusão de geração local de energia no cálculo do consumo de energia elétrica:

Aproximação dos

resultados com o

consumo real.

(21)

MÉTODO SIMPLIFICADO

(22)

MÉTODO SIMPLIFICADO

EDIFICAÇÃO REAL

- características reais

EDIFICAÇÃO NA CONDIÇÃO DE REFERÊNCIA

- mesmas áreas, mesmo pé-direito - características construtivas classe C:

envoltória – NBR 15.575 aq. de água – em definição

(23)

(24)

MÉTODO SIMPLIFICADO – ENVOLTÓRIA

Ambientes avaliados:

todos os APPs

Pré-requisitos específicos:

excluídos

Resultados:

Consumo para refrigeração

Consumo para aquecimento

Percentual de horas ocupadas em conforto

térmico quando ventilada naturalmente

(25)

(26)

Passo 1

Levantamento de dados da

edificação real

(27)

MÉTODO PRESCRITIVO – ENVOLTÓRIA – EDIFICAÇÃO EXEMPLO

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

Residência unifamiliar térrea

Área útil: 63 m²

3 ambientes de permanência prolongada

(APP)

 sala: 21 m²

 dormitório 1: 15,05 m²

 dormitório 2: 12 m²

Localização: Florianópolis/SC – Zona bioclimática 3

Dorm. 2

Dorm. 1

Sala

Cozinha BWC

(28)

 Dimensões dos APPs

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

Área útil

21 m²

15,05 m²

12 m²

Áreas de paredes externas 5,81 m² - norte 14,70 m² - leste 12,04 m² - sul 5,83 m² - oeste 6,00 m² - norte 11,20 m² - oeste Área de abertura

2,94 m²

2,10 m²

Área de parede interna

20,37 m²

18,13 m²

Pé-direito

2,60 m

MÉTODO SIMPLIFICADO

(29)

 Características das aberturas

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

Área de vão

2,94 m²

2,10 m²

Percentual de área para

ventilação

50%

Sombreamento

100%

Fator solar do vidro

0,44

MÉTODO SIMPLIFICADO

(30)

 Propriedades térmicas das paredes

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

Capacidade térmica (CT)

161 kJ/m²K

Transmitância térmica (U)

1,85 W/m²K

Absortância (α)

0,30

161 kJ/m²K

MÉTODO SIMPLIFICADO

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

Paredes externas

(31)

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

185 kJ/m²K

1,79 W/m²K

Absortância (α)

0,35

 Propriedades térmicas da cobertura

MÉTODO SIMPLIFICADO

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Condição da cobertura

(32)

Passo 2

Caracterização da condição

de referência

(33)

Dorm. 2

Dorm. 1

Sala

Cozinha BWC

EDIFICAÇÃO EXEMPLO – Referência classe D



Mesmas áreas



Mesmo pé-direito



Mesma localização



Mesma orientação

Propriedades térmicas

diferentes – NBR 15.575

classe C

(34)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO – Referência classe D

 Características das aberturas

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

Área de vão

2,94 m²

2,10 m²

1,68 m²

Percentual de área para

ventilação

50%

Sombreamento

0%

(35)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO – Referência classe D

 Propriedades térmicas das paredes

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

158 kJ/m²K

3,65 W/m²K

Absortância (α)

0,60

158 kJ/m²K

Paredes externas

(36)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO – Referência classe D

_SALA

_{DORM. 1}

_{DORM. 2}

22,87 kJ/m²K

2,29 W/m²K

Absortância (α)

0,60

 Propriedades térmicas da cobertura

 Condição da cobertura

(37)

Passo 3

Inserção de dados na rede

e resultados

(38)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Inserem-se os parâmetros levantados na rede neural – uma linha por ambiente

 Extraem-se os resultados

*

de carga térmica para refrigeração e de carga térmica para

aquecimento

Continua...

Referência classe C

Características reais

Refrigeração Aquecimento Refrigeração Aquecimento Sala 1133,02 kWh 205,70 kWh 3233,02 kWh 125,83 kWh Dorm. 1 150,54 kWh 565,04 kWh 294,63 kWh 565,78 kWh Dorm. 2 79,63 kWh 469,77 kWh 323,47 kWh 495,04 kWh

TOTAL 1363,18 kWh 1240,51 kWh 3851,12 kWh 1186,64 kWh

Características reais

Referência classe C

*neste exemplo os resultados foram extraídos de uma rede em teste. Pode haver divergência entre estes resultados e os resultados da rede final.

(39)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Dividem-se as cargas térmicas extraídas das redes neurais pela eficiência do sistema de

condicionamento de ar (COP)

Refrigeração Aquecimento Refrigeração Aquecimento Sala 349,70 kWh 63,49 kWh 997,85 kWh 38,83 kWh Dorm. 1 46,46 kWh 174,40 kWh 90,94 kWh 174,62 kWh Dorm. 2 24,58 kWh 144,99 kWh 99,84 kWh 152,79 kWh

TOTAL 420,73 kWh 382,87 kWh 1188,62 kWh 366,25 kWh

Características reais

Referência classe C

𝐶𝑅 =

𝐶𝑔𝑇

𝑅

𝐶𝑂𝑃

_𝑅

𝐶𝐴 =

𝐶𝑔𝑇

𝐴

𝐶𝑂𝑃

_𝐴 Carga térmica Eficiência do sistema (3,24) Consumo para aquecimento

ou

(40)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Inserem-se os parâmetros levantados na rede neural – uma linha por ambiente

 Extraem-se, também, o

percentual de horas ocupadas em conforto térmico quando

ventilada naturalmente

*

Continua...

Referência classe C

Características reais

Sala 76,72% 53,57%

Dorm. 1 79,93% 74,99%

Dorm. 2 79,39% 72,70%

TOTAL 78,39% 65,06%

Características reais

Referência classe C

Média ponderada pela área útil

(41)

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Classificação parcial da envoltória:

> 1554,87 kWh ≤ 1554,87 kWh ≤ 1399,38 kWh ≤ 1119,51 kWh ≥ 1710,36 kWh 10%* 20%* Condição de referência

*percentuais de economia em definição

10%*

CONDIÇÃO REAL

Consumo para refrigeração: 420,73 kWh/ano

Consumo para aquecimento: 382,87 kWh/ano

Consumo total: 803,60 kWh/ano

CONDIÇÃO DE REFERÊNCIA

Consumo para refrigeração: 1188,62 kWh/ano

Consumo para aquecimento: 366,25 kWh/ano

Consumo total: 1554,87 kWh/ano

(42)

(43)

MÉTODO SIMPLIFICADO – SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

Metodologias

apresentadas

baseadas nas normas BS EN

15316 partes 1, 2 e 3, de 2007

(44)

MÉTODO SIMPLIFICADO – SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

DADOS DE ENTRADA



Consumo de água



Rendimento dos aparelhos



Comprimento das tubulações

ENERGIA NECESSÁRIA PARA O ATENDIMENTO

DA DEMANDA DE ÁGUA QUENTE

ENERGIA NECCESSÁRIA PARA SUPRIR AS

PERDAS TÉRMICAS

Eficiência do equipamento de aquecimento

CONSUMO TOTAL DE ENERGIA PARA

AQUECIMENTO DE ÁGUA [kWh/ano]

Fator de conversão

para energia primária

CONSUMO TOTAL DE ENERGIA PRIMÁRIA

PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA [kWh/ano]

ENERGIA GERADA POR ENERGIA SOLAR

TÉRMICA OU SISTEMAS RECUPERADORS DE

CALOR PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA

(45)

SISTEMAS COM ARMAZENAMENTO

Energia para atendimento da demanda de AQ (kWh/dia) 9,30 9,30

Energia para aquecimento de água de sistemas que recuperam

calor ou energia solar térmica (kWh/dia) 0,00 -2,79

Energia para suprir perdas na tubulação (kWh/dia) 2,75 1,40

Energia para suprir perdas no armazenamento (kWh/dia) 1,13 1,13

Energia para suprir perdas na recirculação (kWh/dia) 0,00 0,00

Eficiência do equipamento de aquecimento 0,85 0,81

Consumo de energia total (kWh/dia) 15,51 11,16

Dias de uso do sistema 365 365

Consumo de energia total considerado no aquecimento de água

[kWh/ano] 5659,41 4073,87

fator de conversão para energia primária 1,50 1,10

Consumo de energia primária (kWh/ano) 8489,12 4481,26

Percentual de economia de energia primária (%) Referência 47,21%

MÉTODO SIMPLIFICADO – SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA – EDIFICAÇÃO EXEMPLO

EXEMPLO – SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

CONDIÇÃO DE REFERÊNCIA

CONDIÇÃO REAL

CONSUMO TOTAL DE ENERGIA PRIMÁRIA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA [kWh/ano]

Condição real da edificação:

• Aquecimento termosolar atendendo 30% da demanda com complemento de aquecedor de passagem a gás classe A. • Com reservatório de 100 L • 10 metros de tubulação • 4 pessoas, 50 L/pessoa • Temperatura de armazenamento = 60°C

(46)

MÉTODO SIMPLIFICADO – SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA – EDIFICAÇÃO EXEMPLO

EDIFICAÇÃO EXEMPLO

 Classificação parcial de aquecimento de água em energia primária:

≤ 8489,12 kWh ≤ 7640,21kWh ≤ 6112,21 kWh ≤ 5942,38 kWh > 8489,12 kWh 10%* 20%* Condição de referência

30%*

CONDIÇÃO REAL

Consumo em energia térmica: 4073,87 kWh/ano

Fator de conversão para energia primária: 1,10

Consumo total: 4481,26 kWh/ano

CONDIÇÃO DE REFERÊNCIA

Consumo em energia elétrica: 5659,41 kWh/ano

Fator de conversão para energia primária: 1,50

Consumo total: 8489,12 kWh/ano

(47)

(48)

MÉTODO SIMPLIFICADO – AVALIAÇÕES INFORMATIVAS Edificação Forma Pavimentos Área da cobertura (m²) Retangular 1 50.02 Resultados Número de módulos

Irradiação adotada (kWh/m²/dia) Geração estimada (MWh/ano)

3 4.7 1.00

GERAÇÃO LOCAL DE ENERGIA RENOVÁVEL

Módulo solar fotovoltaico

Dimensões Orientação Solar (°) Área unitária (m²) Eficiência módulo (%) Potência nominal (Wp) 165 cm x 99 cm 0° 260 1.63 15.9

(49)

(50)

MÉTODO SIMPLIFICADO

Somatório dos consumos de

energia elétrica,

descontando a

geração local de energia limpa

[kWh/ano]

Consumo para refrigeração

C

_EE

= C

_R

+ C

_A

+ C

_AA

+ C

_EQ

- G

_EE

Consumo para aquecimento Consumo para aquecimento de água, quando elétrico Geração local de energia limpa Consumo médio estimado de equipamentos

Somatório dos consumos de

energia térmica [kWh/ano]

Consumo para aquecimento de

água

(51)

MÉTODO SIMPLIFICADO

Consumo total da edificação em

energia primária [kWh/ano]

Consumo de energia elétrica

C

_EP

= C

_EE

*fc

_E

+ C

_ET

*fc

_T

Consumo de energia

térmica _{Coeficientes de conversão}

para energia primária

Consumo condição de referência

Percentuais de economia em definição!

A _B C D E

Classificação baseada em

percentuais de economia

em relação à condição de referência

(52)

EXEMPLO DO CÁLCULO FINAL

Condição real

Condição de referência –

classe C

C

_EE

= 420,73 + 382,87 + 1021,32 - 1000

C

_EE

= 824,93 kWh/ano

C

_EE

= C

_R

+ C

_A

+ C

_EQ

+

C

_AA

- G

_EE

C

_ET

= C

_AA

Consumo para refrigeração Consumo para aquecimento Consumo médio estimado de equipamentos Geração local de energia limpa Consumo para aquecimento de água (quando térmico) Consumo de aquecimento de água (quando elétrico)

C

_ET

= 4073,87

kWh/ano

C

_EE

= 1100,32 + 339,04 + 1021,32 + 5659,41

C

_EE

= 8120,09 kWh/ano

(53)

EXEMPLO DO CÁLCULO FINAL

C

_EP

= 824,93*fc

_E

+ 4073,87*fc

_T C_EP = 8120,09*fc_E

C

_EP

**= 824,931,5 + 4073,871,1 = 5718,65 kWh**

C_EP = 8120,09*1,5 = 12180,14 kWh

Consumo total da edificação em

energia primária [kWh/ano]

C

_EP

= C

_EE

*fc

_E

+ C

_ET

*fc

_T

Consumo de energia

térmica _{Coeficientes de conversão}

para energia primária

(54)

EXEMPLO DO CÁLCULO FINAL

Verifica-se o percentual de economia em relação à referência

classe C

:

> 12180,14 kWh ≤ 12180,14 kWh ≤ 10962,12 kWh ≤ 9744,11 kWh ≥ 13398,15 kWh 10%* 20%* Condição de referência

10%*

Edificação real

5718,65 kWh

classe A

(55)

(56)

MÉTODO SIMPLIFICADO – INFORMATIVOS

PERCENTUA DE HORAS OCUPADAS EM CONFORTO

térmico quando ventilado naturalmente

78,39%

térmico quando

(57)

AVALIAÇÕES PARCIAIS DE CONSUMO

Aquecimento

Refrigeração

Aquecimento de água

Consumo de energia elétrica Ou consumo de energia térmica Consumo em energia primária Consumo em energia primária Consumo em energia primária

&

382,87 kWh/ano (31,91 kWh/mês) 420,73 kWh/ano (35,06 kWh/mês) 631,10 kWh/ano 574,31 kWh/ano 4481,26 kWh/ano _{398,24 m³/ano (33,18 m³/mês)}

(58)

PARCIAIS DE CONSUMO POR FONTE DE ENERGIA

Avaliações de caráter informativo:

Consumo de energia elétrica [kWh/ano]

Refrigeração + aquecimento + aquecimento de água + carga média estimada de equipamentos

Consumo de energia térmica [L/ano ou m³/ano]

Aquecimento de água

PAR

CIAIS

DE

C

ONSUM

O

Consumo médio per capita: 340,44 kWh/ano (28,37 kWh/mês) x nº de pessoas na residência

Considerando:

2 pessoas no 1º dormitório

(59)

PARCIAIS DE CONSUMO POR FONTE DE ENERGIA

Avaliações de caráter informativo:

Consumo de energia elétrica [kWh/ano]

Refrigeração + aquecimento + carga média estimada de equipamentos

Consumo de energia térmica [L/ano ou m³/ano]

Aquecimento de água

PAR

CIAIS

DE

C

ONSUM

O

x 3 pessoas Considerando: 2 pessoas no 1º dormitório

1 pessoa em cada um dos demais

803,60 kWh/ano

398,24 m³/ano

(60)

INFORMATIVOS COMPLEMENTARES

% redução de consumo de água

- uso da água da chuva

- equipamentos economizadores % de geração em relação ao consumo

Total de energia gerada

Geração local de energia renovável

Uso racional de água

Emissão anual estimada pelo consumo de energia t/ano

(61)