Energy Management :: 2008/2009
Class # T09
Energy in Buildings
SCE and RCCTE
(Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios)
João Parente
Energy consumption in Buildings:
90% of time spent indoors
72 % of electricity
50% of primary energy
50-100 year lifetime
Energy Demand in Portugal :
: Energy consumption by sector
Energy consumption by sector kTOE
(1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil. 1990
Energy Demand in Portugal :
: Electricity consumption by sector
Electricity consumption by sector kTOE
(1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil. 1990
The services of energy (end-uses) in buildings
•
Lightening
•
Refrigeration
•
Multimedia
•
Preparation of meals
•
Domestic hot water
•
Heating
•
Cooling
Energy in Buildings :
: The services of energy (end-uses) in buildings
Thermal Comfort is:
“That condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment”
(ASHRAE standard 55-2004)
Providing thermal comfort is one of the main goals of buildings and of HVAC systems, and one of the
main causes of energy consumption in buildings.
Energy in Buildings :
: Thermal balance to the building envelope
HVAC
Solar
radiation
Air exchange
Conduction*
Heating and cooling
Internal gains
* Conduction combined with convection and thermal radiation at the surfaces.
Internal gains:
•
Equipments (electric appliances and other
•
machines);
•
Lighting;
•
convective.
•
radiative.
•
Occupants
•
sensible heat.
•
convective.
•
radiative.
•
water vapour (latent heat).
It is the combination of these components that determines the thermal behaviour of the
building and the energy needs for heating and cooling.
Energy Demand :
: The Climate
The climatic conditions greatly influence the thermal behaviour of buildings
and, throughout history, also influenced its design.
Estimates for full energy saving potential in end-use sectors
(European Union 20% energy-savings target by 2020)
Source: Action Plan for Energy Efficiency: Realizing the Potential, EC Communication nº545 (2006)
Energy efficiency in buildings
Reducing
energy
demand
energy
Improving
efficiency
Passive measures
Active measures
•
Thermal insulation;
•
Solar gains;
•
Thermal inertia;
•
Windows shading devices;
•
Natural ventilation;
•
Daylighting.
•
Equipment efficiency;
•
Lighting efficiency;
•
HVAC efficiency;
•
Solar collectors;
•
Photovoltaics;
•
Biomass;
•
Cogeneration.
Energy Solution: Supply vs. Demand?
Renewable (PV) ~ 25-50 cents/kWh
Energy Efficiency ~ 0-7 cents/kWh
Framework
Objectivos:
metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios,
aplicação dos requisitos mínimos para o desempenho energético dos novos edifícios (e grandes edifícios existentes),
certificação energética dos edifícios e a inspecção regular de caldeiras e instalações de ar condicionado nos edifícios.
O sector dos edifícios é responsável pelo consumo de aproximadamente 40% da energia final* na
Europa.
*mais de 50% deste consumo pode ser reduzido através de medidas eficiência energética
(redução anual de 400 milhões de toneladas de CO2 ~ compromisso da UE no âmbito do Protocolo de Quioto).
Directiva nº 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho
SCE
Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios
1. DL 78/2006, Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE). 2. DL 79/2006, Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE).
3. DL 80/2006, Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).
Etapas da Certificação
A entrada em vigor do Sistema de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios
(SCE) decorre de acordo com a calendarização definida na Portaria 461/2007 de 5 de Junho.
Processo SCE
Licenciamento Arquitectura Pedido de Licença de Edificação ESTUDO PRÉVIO PROJECTOS LICENCIAMENTO
Certificação Energética Preliminar
Verificação RCCTE/RSECE
Declaração de Conformidade Regulamentar (PQ)
PROJECTOS EXECUÇÃO, CONSTRUÇÃO E ARRANQUE
Pedido de Licença de Utilização
Certificação Energética Definitiva
Fiscalização RCCTE/RSECE (PQ)
Emissão de Certificado (PQ)
UTILIZAÇÃO
PQ : : REGISTO ADENE PQ : : REGISTO ADENE
NOVOS
Processo SCE
AUDITORIA
Plano de Racionalização Energia (PRE)
Certificação Energética Definitiva
PQ : : REGISTO ADENE EXISTENTES SERVIÇOS Verifica Regulamento? SIM NÃO 3 MESES 3 ANOS Implementação Obrigatória Medidas em que PRS ≤ 8 anos
Válido 6 anos
Verifica? SIM
NÃO
RCCTE e RSECE
Residential buildings
1RCCTE
Annual energy demand
(heating, cooling and hot water)
Non-residential buildings
2RSECE
Energy efficiency index by category
(heating, cooling, ventilation,
lighting, equipments and hot water)
(1)
All residential buildings and non-residential with P ≤ 25 kW.
(2)
All buildings with P > 25 kW and non-residential buildings
with A > 1000 m
2 (for some building categories this threshold decreases to 500 m2).RCCTE
RCCTE - Enquadramento
Edifícios RCCTE
Novos
c/ Sistemas climatização Pnom < Pr* = 25 kW
Grandes intervenções de reabilitação (envolvente e/ou instalações de AQS) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m2) e Pclimatização < Pr* =
25 kW
s/ sistemas de climatização
Existentes
Pequenos Novos
c/ sistemas climatização Pnom < Pm* = 25 kW s/ sistemas de climatização
Pequenos Existentes Residenciais
Serviços
Grandes intervenções de reabilitação (envolvente e/ou instalações de AQS) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m2) e Pclimatização < Pm* =
25 kW
* Valores sujeitos a actualização por portaria
RCCTE : : Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios DL80/2006 (revoga DL40/1990). Entrada em vigor a 1 de Julho de 2006
RCCTE – Limitações às Características de Comportamento Térmico
Impõe Limitação às Necessidades Nominais de Energia
Nic Necessidades Nominais Anuais de Energia Útil para Aquecimento
Ni Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento
Nic ≤ Ni
Nvc Necessidades Nominais Anuais de Energia Útil para Arrefecimento
Nv Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento
Nvc≤ Nv
Nac Necessidades Nominais Anuais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias
Na Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias
Nac≤ Na
Ntc Necessidades Globais Anuais de Energia Primária
Nt Máximo Admissível de Necessidades Globais Anuais de Energia Primária
Ntc≤ Nt
U Coeficientes de Transmissão Térmica da Envolvente
Umax Máximo Admissível dos Coeficientes de Transmissão Térmica da Envolvente
Fs Factor Solar dos Vãos Envidraçados
Fsmax Máximo Admissível do Factor Solar dos Vãos Envidraçados Impõe Limitação às Características Térmicas da Envolvente
Limite das Necessidades Nominais de Energia - Inverno
Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento (Ni) [kWh/(m2.ano)]
FF ≤ 0.5 :: Ni = 4,5 + 0,0395 GD
0,5 < FF ≤ 1 :: Ni = 4,5 + (0,021+ 0,037FF) GD
1 < FF ≤ 1,5 :: Ni = [4,5 +(0,021+ 0,037FF) GD] (1,2 – 0,2 FF) FF > 1,5 :: Ni = 4,05 + 0,06885 GD
Factor de forma :: FF = (Σ (Aext) + Σ (τ Aint))/V GD :: Graus dia (ºC * dia)
Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento (Nic) [kWh/(m2.ano)]
Nic = (Qt + Qv – Qgu) / Ap
= ( 0.024 * GD * (Σ Aeq*Ueq) – Qgu) / Ap
Qt :: perdas de calor por condução através da envolvente Qv :: perdas de calor resultantes da renovação do ar Qgu :: ganhos totais úteis (solar + interno)
Nic < Ni
0 0,5 1 1,5 2 Ni [kWh/m 2.ano] FF [-]The heating degree-days
A quick & practical (although not complete) way to characterize the climate of a place is through the
concept of degree-days.
•
Given an outdoor base temperature Tb (usually the outdoor temperature below which it
becomes necessary to heat indoors), the heating degree-days for that base temperature are
defined as:
•
For instance if the temperature of a day were constant at 14ºC the 24hours... it would result in ...
•
... 2 HDD for a base temperature of 16ºC and 4HDD for a base temperature of 18ºC.
Limite das Necessidades Nominais de Energia - Verão
Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento (Nv) [kWh/(m2.ano)] V1 (Norte) :: Nv = 16 V1 (Sul) :: Nv = 22 V2 (Norte) :: Nv = 18 V2 (Sul) :: Nv = 32 V3 (Norte) :: Nv = 26 V3 (Sul) :: Nv = 32 Açores :: Nv = 21 Madeira :: Nv = 23
Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento (Nvc) [kWh/(m2.ano)] Nvc = Qg * (1 - η) / Ap (kWh/m2ano)
Qg :: ganhos totais brutos (solar + interno + renovação ar) η :: Factor de utilização dos ganhos
Limite das Necessidades Nominais de Energia - AQS
Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias [kWh/(m2.ano)] MAQS : : Consumo referência
nd : : Dias de AQS referência 1 m2colector por ocupante ou 50% Asol S
Na = 0,081 MAQS nd/Ap
Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias [kWh/(m2.ano)]
Nac = (Qa/ηa – Esolar – Eren)/Ap Qa : : Energia útil Sistemas Convencionais
ηa : : Eficiência Sistemas Convencionais Esolar : : Contribuição Energia ST para AQS Eren : : Contribuição Energia REN equivalente para AQS Qa :: (Maqs * 4187 * ΔT * nd) / (3 600 000) (kWh/ano) Maqs :: 40 l / ocupante por dia ΔT :: 45º (15ºc Æ 60ºc)
Valores Limite das Necessidades Nominais de Energia - Primária
Máximo Admissível de Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária [kgep/(m2.ano)]
Nt = 0,9 (0,01Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na)
Máximo Admissível de Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária [kgep/(m2.ano)]
Ntc = 0,1 (Nic/ηi)Fpui + 0,1 (Nvc/ηv)Fpuv + Nac Fpua Fpuv : : Factor conversão energia útil em energia primária
(electricidade)
Fpu :: 0.29 kgep / kwh
(comb. gasosos, líquidos ou sólidos)
Fpu :: 0.086 kgep / kwh
