DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRÁFICA, GEOFÍSICA E ENERGIA
Contributo para método simplificado
no âmbito do SCE:
grandes edifícios de serviços existentes
Rui de Almeida Reis
Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRÁFICA, GEOFÍSICA E ENERGIA
Contributo para método simplificado
no âmbito do SCE:
grandes edifícios de serviços existentes
Rui de Almeida Reis
Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente
Trabalho realizado sob a supervisão de
Álvaro Ferreira Ramalho (LNEG)
Marta João Nunes Oliveira Panão (FCUL)
A aplicação do Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
(RSECE, Decreto-Lei n.º 79/2006) a edifícios de serviços existentes e a consequente
atribuição de uma classe energética, no âmbito do Sistema Nacional de Certificação
Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE, Decreto-Lei n.º 78/2006), carece
de um estudo aprofundado onde se proponham medidas de melhoria e simplificação de
procedimentos, que visem contribuir positivamente numa futura revisão Regulamentar.
Actualmente, a classe energética de um grande edifício de serviços existente é determinada
por comparação do consumo de energia do edifício em condições nominais, obtido por
simulação dinâmica detalhada, com um valor tabelado por tipologia de edifício. O
levantamento dimensional e construtivo exaustivo que requerem a simulação térmica dos
edifícios, procedimentos do método exigido pela actual Regulamentação para efeitos da
classificação energética dos grandes edifícios de serviços existentes, associados a
divergências entre o consumo energético efectivo e a classe atribuída, poderão significar um
entrave ao processo de certificação dos edifícios.
A metodologia descrita e desenvolvida neste trabalho apresenta uma forma de apuramento da
classe energética de um edifício de serviços existente, através da comparação do consumo real
registado na facturação energética com o consumo estimado para esse mesmo edifício em
condições de referência, recorrendo a um método normalizado (método horário simplificado)
para calcular as necessidades de energia relativas ao aquecimento e arrefecimento. Este
método baseia-se num modelo de resistências e capacitâncias (5R1C) que simplifica os
fenómenos de transferência de calor que ocorrem num edifício, dividido em zonas térmicas.
Ambos os métodos são testados, por aplicação a um grande edifício de serviços existente,
onde se conclui não existirem disparidades significativas na classe energética atribuída ao
edifício.
Palavras-chave:
classificação energética de edifícios, grandes edifícios de serviços
existentes, método horário simplificado, modelo 5R1C, simulação térmica de edifícios.
The application of Portuguese Regulation for the assignment of an energy performance class
to the existing service buildings lacks a thorough study to propose measures for improvement
and simplification of procedures, that aims to contribute positively in a future Regulatory
review.
Currently, the energy class of a large existing service building is determined by comparing the
energy consumption of the building at nominal conditions (asset rating), which is obtained by
detailed dynamic simulation, with a tabulated value by type of building. The dimensional and
constructive comprehensive survey that require thermal simulation of buildings and which are
part of the regulation method for the energy rating of the large existing service buildings
associated with differences between the actual energy consumption and energy class assigned,
can turn into an obstacle for energy certification of buildings.
The methodology described and developed in this work presents a way of ascertaining the
energy class of an existing service building, by comparing the real energy consumption with
the estimated consumption of the same building at referenced conditions, using a standard
method (simple hourly method) to calculate energy needs for heating and cooling. This
method is based on a resistances and capacitances model (5R1C) which simplifies the heat
transfer phenomena that occur in a building partitioned into thermal zones.
Both methods are tested by application to a large existing service building, which shows there
are no significant disparities in the energy class assigned to the building.
Keywords:
5R1C model, building energy rating, building thermal simulation, large existing
service buildings, simple hourly method.
Agradecimentos
Os meus agradecimentos são sinceros e sucintos, vão para aqueles que mais directamente
estiveram relacionados com a realização desta dissertação de mestrado.
Estou muito agradecido à minha orientadora, Prof.ª Doutora Marta Oliveira Panão, pela
disponibilidade no esclarecimento e discussão de dúvidas, pelo apoio no desenvolvimento e
concretização deste trabalho, assim como pela fonte de inspiração traduzida no seu
conhecimento e forma de trabalhar.
Agradeço ao Eng. Álvaro Ramalho pela co-orientação na realização do estágio que serviu de
base à elaboração desta tese. Agradeço-lhe os reparos, sugestões e também pela maneira como
me fez sentir à vontade dentro da Unidade de Energia no Ambiente Construído do LNEG.
À Eng.ª Susana Camelo e à Arq.ª Márcia Tavares estou grato pelas palavras, pelo caloroso
acolhimento na Unidade do LNEG, bem como por se disporem também a ajudar.
Aos amigos, que nesta altura estiveram presentes, expresso o meu agradecimento pela força
transmitida.
Por último, dedico este trabalho aos meus pais, a quem agradeço a sorte que ditou o nosso
encontro, e à minha avó, que me motivou a conseguir dar-lhe esta felicidade.
1. Introdução ... 1
1.1 Contexto regulamentar ... 1
1.2 Objectivos e metodologia ... 2
1.3 Estrutura ... 4
1.4 Motivação e contribuição original ... 4
2. Caso de Estudo ... 5 2.1 Edifício ... 5 2.1.1 Descrição geral ... 5 2.1.2 Localização e clima ... 5 2.1.3 Modelo... 6 2.1.4 Soluções construtivas ... 9 2.1.5 Ocupação ... 10 2.1.6 Iluminação ... 11 2.1.7 Equipamento ... 12 2.1.8 AVAC ... 13
2.2 Simulação em condições reais ... 14
2.2.1 Calibração do modelo ... 14
2.2.2 Facturação e consumos de energia ... 14
2.2.3 Padrões reais de utilização: Cenário A ... 16
2.2.4 Padrões reais de utilização: Cenário B ... 18
2.2.5 Síntese ... 21
2.3 Simulação em condições nominais ... 21
2.3.1 Consumo nominal de energia ... 21
2.3.2 Padrões nominais de utilização ... 22
2.3.3 Caudais mínimos de ar novo ... 23
2.3.4 Determinação do nominal ... 25
2.4 Edifício face ao RSECE ... 26
2.4.1 de referência limite ... 26
2.4.2 Plano de racionalização energética ... 26
2.4.3 Classe energética ... 28
3. Método proposto para a classificação energética de edifícios existentes ... 33
3.1 Metodologia simplificada ... 33
3.2 Condições de referência ... 35
3.3 Método horário simplificado ... 37
3.4 Cálculo do ... 45
Anexo A Plantas do Edifício X ... 57
Anexo B Método de cálculo do ... 59
Anexo C Caudais de ar novo de referência ... 61
Anexo D Cálculo da intensidade de radiação solar incidente ... 63
Anexo E Procedimentos de cálculo das numa zona térmica ... 65
Simbologia ... 67
Fig. 1 – Imagem em vista de topo do Edifício X e arredores (Fonte: Google Earth) ... 5
Fig. 2 – Imagem do modelo geométrico, vista de norte (Fonte: DesignBuilder) ... 6
Fig. 3 – Zonamento térmico do Piso 1 (Fonte: DesignBuilder) ... 7
Fig. 4 – Zonamento térmico do R/C (Fonte: DesignBuilder) ... 7
Fig. 5 – Imagem do modelo após processo de rendering, vista de norte (Fonte: DesignBuilder) ... 10
Fig. 6 – Potência total e do sistema de climatização medidas em auditoria ... 15
Fig. 7 – Perfil real de ocupação: cenário A ... 16
Fig. 8 – Perfil real de iluminação: cenário A... 17
Fig. 9 – Perfil real de iluminação em circulações e IS: cenário A ... 17
Fig. 10 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário A ... 17
Fig. 11 – Perfil real de utilização da iluminação: cenário B ... 20
Fig. 12 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário B ... 20
Fig. 13 – Perfil nominal de ocupação ... 22
Fig. 14 – Perfil nominal de utilização da iluminação ... 23
Fig. 15 – Perfil nominal de utilização do equipamento ... 23
Fig. 16 – Método de verificação detalhada da necessidade de um PRE para os GES existentes (Fonte: ADENE,2008) ... 27
Fig. 17 – Comparação da desagregação dos valores de e ... 31
Fig. 18 – Comparação da desagregação dos valores de e ... 31
Fig. 19 – Modelo 5R1C e elementos físicos... 38
Fig. 20 – Modelo 3R1C e elementos físicos... 43
Fig. 21 – Zona térmica ventilada com uma fonte interna de humidade ... 44
Fig. 22 – Plantas do Piso 1 (em cima) e Piso térreo (em baixo) ... 57
Fig. 23 – Posição do Sol: azimute ( ) e altitude solar ( ). Superfície vertical orientada a : ângulo de incidência ( ) e azimute da superfície ( ) ... 63
Tabela 1 – As três formas de ... 2
Tabela 2 - Zonas e dados climáticos de referência ... 5
Tabela 3 – Caracterização das zonas térmicas ... 8
Tabela 4 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos verticais ... 9
Tabela 5 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos horizontais ... 9
Tabela 6 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos dos vãos ... 10
Tabela 7 - Constituição e propriedades termofísicas e ópticas dos elementos dos vidros ... 10
Tabela 8 - Distribuição das densidades de ocupação ... 11
Tabela 9 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação ... 12
Tabela 10 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento ... 13
Tabela 11 - Eficiência do sistema de climatização central ... 13
Tabela 12 – Consumos registados nas facturas de energia ... 14
Tabela 13 - Consumos de energia ao longo do dia 23 de Fevereiro de 2011 ... 18
Tabela 14 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação nos Cenários A e B ... 19
Tabela 15 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento nos Cenários A e B .. 19
Tabela 16 – Resultados de e ... 21
Tabela 17 – Consumos de energia obtidos pela calibração do modelo de simulação do Edifício X .... 21
Tabela 18 - Padrões nominais de utilização ... 22
Tabela 19 – Caudais mínimos de ar novo ... 24
Tabela 20 – Consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições nominais ... 25
Tabela 21 – Classes energéticas para os GES ... 29
Tabela 22 – Classificação energética do Edifício X ... 30
Tabela 23 – Classes energéticas para um GES existente... 33
Tabela 24 – Coeficientes de transmissão térmica de referência ... 35
Tabela 25 – Fracções de vãos envidraçados de referência ... 35
Tabela 26 – Factores solares dos vãos envidraçados de referência ... 36
Tabela 27 – Eficiências do sistema AVAC de referência ... 37
Tabela 28 – Parâmetros de inércia térmica ... 39
Tabela 29 – Dados das zonas térmicas ... 47
Tabela 30 – Orientação da envolvente exterior ... 47
Tabela 31 – Perfis de utilização ... 48
Tabela 32 – Caudais de ar novo ... 49
Tabela 33 – Parâmetros característicos e consumos de energia de referência ... 50
Tabela 34 – Classificação energética do Edifício X segundo a metodologia desenvolvida ... 51
Tabela 35 – Desagregação dos consumos de energia de referência para arrefecimento ... 52
1. Introdução
1.1 Contexto regulamentar
O Decreto-Lei n.º 79/2006, de 4 Abril, Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE) é uma reformulação do Decreto-Lei n.º 118/98, de 7 de Maio, o qual veio substituir o Decreto-Lei n.º 156/92, de 29 de Julho, que não chegou a ser aplicado e que visava regulamentar a instalação de sistemas de climatização em edifícios.
O RSECE integra um pacote legislativo composto ainda pelo Decreto-Lei n.º 78/2006, Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) e o Decreto-Lei n.º 80/2006, Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), todos publicados na mesma data. Estes três diplomas legais correspondem, na prática, à transposição para a legislação nacional da Directiva 2002/91/CE, de 16 de Dezembro (EPBD), que promove a melhoria do desempenho energético dos edifícios.
O âmbito de aplicação do RSECE diz respeito essencialmente aos grandes edifícios de serviços (GES), no entanto este aplica-se também a edifícios não residenciais ou a edifícios dotados de sistemas de climatização com potências térmicas superiores a 25 kW, conforme o previsto no artigo 27.º desse regulamento.
Os GES são todos os edifícios ou fracções autónomas destinadas a serviços, com ou sem sistemas de climatização, de área útil superior a 1000 m2 ou a 500 m2 no caso de centros comerciais, supermercados, hipermercados e piscinas aquecidas cobertas.
Para efeitos de aplicação do RSECE, consideram-se edifícios “existentes” aqueles cujo pedido de licenciamento ou autorização de edificação tenha dado entrada na entidade licenciadora até à data a partir da qual este regulamento vigora – 4 de Julho de 2006 –, prevista no artigo 5.º do mesmo.
Na óptica da sustentabilidade ambiental e mediante os princípios da utilização racional de energia, bem como da utilização de materiais, equipamentos e tecnologias adequados à sua organização em todos os sistemas energéticos do edifício, em consonância com as respectivas funções neste desempenhadas, os objectivos do RSECE passam por:
definir as condições de conforto térmico e de higiene nos diferentes espaços dos edifícios; melhorar a eficiência energética global dos edifícios promovendo a sua limitação efectiva para
padrões aceitáveis;
impor regras de eficiência aos sistemas de climatização que permitam melhorar o seu desempenho energético efectivo e garantir os meios para uma boa qualidade do ar interior (QAI).
Neste sentido, o RSECE estabelece:
requisitos em termos de conforto térmico, renovação e tratamento de ar, estipulando caudais mínimos de ar novo assim como concentrações máximas dos principais poluentes;
requisitos de formação profissional, a que devem obedecer os técnicos responsáveis pelo projecto, instalação e manutenção dos sistemas de climatização;
limites máximos dos consumos globais de energia do edifício e, em particular, para sistemas de climatização sob condições nominais de utilização;
condições e meios para garantir práticas regulares de monitorização, auditoria e manutenção assim como assegurar quer a qualidade quer a segurança – aos níveis do projecto, da instalação e durante o normal funcionamento dos edifícios, e em particular dos sistemas de climatização.
De acordo com o RSECE a caracterização energética de um edifício ou fracção autónoma é feita através de um indicador de consumo específico também designado por indicador de eficiência energética ( ), que deverá ser expresso em unidades de energia primária (quilogramas equivalentes de petróleo) por metro quadrado de área útil de pavimento, por ano – kgep m-2ano-1. O valor de
assume três formas distintas descritas na Tabela 1.
Tabela 1 – As três formas de
Tipo de Designação Como se determina?
real obtido pelas facturas
Por análise simples das facturas relativas ao consumo de energia (registos dos últimos três anos), sem correcção climática
real obtido por simulação
Por simulação dinâmica, considerando um modelo em condições
reais, após processo de “calibração1” em função dos valores de
consumos de energia facturados e dos obtidos por auditoria realizada no âmbito do SCE, com correcção climática
nominal Por simulação dinâmica, considerando um modelo nas condições nominais previstas no RSECE, com correcção climática
Os limites máximos do consumo de energia, para os GES, são definidos no RSECE sob a forma de valores de referência limite do consumo nominal específico por tipologia, para novos edifícios,
, e para os existentes, .
O valor do consumo nominal específico ( ) de um grande edifício de serviços existente, obtido por simulação em condições nominais, define se este cumpre com o valor limite aplicável,
, e determina a classificação do seu desempenho energético no âmbito do SCE.
1.2 Objectivos e metodologia
O presente trabalho visa sobretudo testar uma metodologia simplificada para atribuição de classes de desempenho energético aos edifícios existentes no âmbito do RSECE. Neste sentido, salientam-se os principais objectivos deste estudo:
pôr em prática os procedimentos que conduzem à classificação energética do Edifício X2 , pela aplicação da metodologia actualmente regulamentada;
desenvolvimento e descrição de uma metodologia simplificada, sem recurso à simulação dinâmica detalhada, para a classificação energética dos edifícios existentes abrangidos pelo RSECE;
implementar e testar a metodologia proposta, recorrendo à aplicação desta ao Edifício X. O RSECE estabelece que o consumo nominal específico ( ) de um grande edifício de serviços, seja avaliado periodicamente por auditoria realizada no âmbito do SCE, e seja determinado através de simulação dinâmica detalhada multi-zona do edifício em condições nominais de funcionamento, não podendo ultrapassar o valor definido, ou , aplicável por tipologia.
1 Embora os programas de simulação térmica tenham sido sujeitos a processos de verificação sistemática quanto à capacidade de reproduzir os fenómenos físicos, na aplicação a um edifício real torna-se necessário verificar adicionalmente se os pressupostos que estão na base da construção do seu modelo físico conduz a resultados numéricos próximos da realidade. A este processo designa-se por “calibração”.
2 Por questões de confidencialidade dos resultados apresentados neste trabalho, foi necessário omitir o nome, bem como imagens ou informações que identifiquem explicitamente o edifício em estudo.
Com vista a determinar o de um grande edifício de serviços existente (Edifício X), deve elaborar-se no âmbito do RSECE um modelo de simulação detalhada, tendo por base toda a informação recolhida durante a auditoria realizada, inserida num estudo de eficiência energética ao edifício realizado pelo LNEG. Para tal, recorre-se ao programa DesignBuilder v2.3.5.036 que é uma interface gráfica para o programa de simulação térmica dinâmica EnergyPlus 6.0, acreditado pela norma ASHRAE.
Destacam-se, sucintamente, as principais etapas da metodologia regulamentar que conduz à classificação energética dos GES:
Caracterização e modelação do edifício
- Caracterização do edifício e desenvolvimento do seu modelo de simulação dinâmica detalhada considerando elementos recolhidos em auditoria que respeitam às suas condições reais.
“Calibração” do modelo de simulação
- Aproximação dos resultados de consumos de energia obtidos por simulação dinâmica do edifício aos consumos observados nas facturas energéticas assim como aos obtidos por auditoria;
- Obtenção do consumo real de energia obtido por simulação ( ) e dos respectivos valores de consumos parciais para as diferentes utilizações finais, contemplando as respectivas formas de energia.
Simulação em condições nominais
- Aplicação das condições nominais definidas pelo RSECE, ao modelo de simulação do edifício depois de calibrado;
- Obtenção do valor de consumo nominal de energia ( ), assim como dos valores de consumos resultantes da sua desagregação por utilização final, referindo as respectivas formas de energia.
Determinação do nominal
- Aplicação do método de cálculo do consumo específico de energia ( ), de acordo com a metodologia preconizada pelo RSECE.
Aferição da necessidade de um PRE
- Cálculo dos consumos e , conforme o método de cálculo do previsto no RSECE;
- Verificação do cumprimento do edifício relativamente ao valor limite de referência imposto,
, para averiguar a necessidade de implementação de um Plano de Racionalização
de Energia (PRE). Classificação energética
- Determinação da classe energética do edifício no âmbito do SCE, por comparação do consumo nominal específico ( ) com os correspondentes consumos de referência para edifícios novos, estipulados por tipologia no RSECE.
Em alternativa a este método regulamentado, a metodologia simplificada de classificação energética que se propõe, baseia-se na comparação do consumo real de um edifício registado nas facturas energéticas com os consumos de referência para esse edifício calculados através de um método simplificado. A metodologia proposta recorre ao cálculo simplificado das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento ( ) de um edifício, descrito na norma EN ISO 13790:2008, que se baseia num modelo de simulação dinâmica que aproxima uma zona térmica a um conjunto cinco resistências e uma capacitância (5R1C).
1.3 Estrutura
A presente dissertação é constituída por quatro secções e cinco anexos, cujo conteúdo aqui resumidamente se descreve.
Esta secção (Secção 1) introduz o estudo desenvolvido traçando dados fundamentais sobre os quais se centra, resume a organização do presente texto e evidencia os fins, a causa e a contribuição original deste trabalho.
Na Secção 2 segue-se detalhadamente a metodologia prevista na Regulamentação Térmica de Edifícios que conduz à determinação da classe de desempenho energético do Edifício X.
Na Secção 3 é descrita a metodologia que foi desenvolvida para a classificação energética dos edifícios existentes abrangidos pelo RSECE e é posta em prática através da aplicação ao Edifício X. Na Secção 4 discutem-se as conclusões retiradas deste estudo e tecem-se algumas considerações finais específicas e gerais.
No Anexo A são apresentadas as plantas arquitectónicas do Edifício X.
No Anexo B descreve-se o método de cálculo do conforme o previsto no RSECE.
No Anexo C são definidos valores de caudais de ar novo de referência em substituição aos estipulados pelo RSECE.
No Anexo D formaliza-se o cálculo da intensidade de radiação solar incidente numa superfície da envolvente exterior a um edifício.
No Anexo E enunciam-se procedimentos de cálculo, baseados na norma EN ISO 13790:2008, que permitiram estimar os consumos de energia de referência para aquecimento e arrefecimento nas zonas térmicas de um edifício.
1.4 Motivação e contribuição original
Este trabalho contribui para o estabelecimento de uma nova metodologia de classificação energética dos edifícios existentes no âmbito do RSECE.
Os grandes edifícios de serviços (GES) existentes são edifícios que geralmente acarretam elevados consumos de energia. A antiguidade de alguns destes edifícios associada à má qualidade térmica da sua envolvente é também uma das causas do agravamento desses consumos. A escassa informação relativa aos edifícios mais antigos, quanto à geometria e aos elementos construtivos constituintes da sua envolvente, ou mesmo a dimensão de alguns GES existentes, actuam como constrangimentos técnicos e económicos que dificultam a construção de modelos de simulação detalhada, o que poderão pôr em causa a determinação da classe de desempenho energético dos edifícios, no âmbito do RSECE e do SCE.
Contrastando com a actual metodologia regulamentar, em que é sempre necessário encontrar por simulação um indicador de eficiência energética em condições nominais, o método que se propõe estabelece que a classificação energética de um grande edifício existente seja função do seu consumo efectivo obtido pela facturação energética. Este trabalho, procura que a classificação energética constitua um meio mais simples, real e preciso na tradução do desempenho energético de um edifício, e pretende assim contribuir para uma redução dos consumos de energia e para uma maior eficiência energética dos edifícios de serviços existentes.
2. Caso de Estudo
2.1 Edifício
2.1.1 Descrição geral
O edifício estudado, Edifício X, é no âmbito do RSECE e do SCE, um grande edifício de serviços existente com área útil de pavimento ( ) de 1152 m2. É uma construção de dois pisos, cuja fachada posterior possui uma varanda com 45 m2 de área.
2.1.2 Localização e clima
O Edifício X, situa-se na região Centro (Beira Baixa) e sub-região da Beira Interior Sul.
Fig. 1 – Imagem em vista de topo do Edifício X e arredores (Fonte: Google Earth)
Para efeitos da caracterização energética dos edifícios no âmbito do RSECE, o País é dividido em três zonas climáticas de Inverno ( , , ) e em três zonas climáticas de Verão ( , , ), de acordo com o estabelecido no Anexo III do RCCTE, onde para cada concelho são definidas as respectivas zonas e os seguintes dados climáticos de referência de Inverno e de Verão: número de graus-dia de aquecimento, na base de 20°C ( ); duração da estação de aquecimento; temperatura exterior de projecto de Verão e amplitude térmica média diária do mês mais quente. Na Tabela 2 constam as zonas e dados climáticos de referência definidos no RCCTE para o concelho onde se localiza o Edifício X.
Tabela 2 - Zonas e dados climáticos de referência
Concelho Zona climática de Inverno Número de graus-dia, [ºC dia] Duração da estação de aquecimento [meses] Zona climática de Verão Temperatura exterior de projecto [ºC] Amplitude térmica [ºC] Confidencial 1650 6,7 , Norte 35 15
Para efeitos de simulação do Edifício X, foram consideradas as coordenadas geográficas da sua localização e utilizado um ficheiro com os dados climáticos para um ano típico de referência (TYR) construído com base no ficheiro climático do respectivo concelho que consta da base de dados do programa SolTerm 5.
2.1.3 Modelo
O Edifício X tem 1260 m2 de área de pavimento total, dos quais 1152 m2 correspondem à sua área útil de pavimento ( ). O pé-direito médio ( ) do Piso 1 é superior ao do Piso térreo (R/C), medindo respectivamente 3,9 m e 2,9 m.
Ao elaborar o modelo geométrico e construtivo do Edifício X foram respeitadas as dimensões, medidas em planta, das fachadas, pavimentos, cobertura e vãos. As dimensões das divisões interiores que delimitam os espaços (ou compartimentos) de cada piso, foram tidas em consideração para a divisão do edifício em zonas térmicas, que à partida agrupam espaços com condições análogas. Esta simplificação não interfere significativamente nos resultados da simulação dinâmica térmica, é um procedimento necessário, pois reduz consideravelmente o tempo de simulação.
A Fig. 2 apresenta parte da envolvente exterior do modelo de simulação do Edifício X.
Fig. 2 – Imagem do modelo geométrico, vista de norte (Fonte: DesignBuilder)
Os dois pisos do Edifício X têm diferenciação funcional. No Piso térreo destacam-se as secções funcionais: tesouraria, taxas e licenças, contabilidade e administração, enquanto que, no Piso 1, encontram-se os serviços de recursos humanos, o átrio principal, o salão nobre, bem como os gabinetes de directores, vereadores e presidente.
De acordo com a informação recolhida existem no Edifício X compartimentos com pouca utilização e/ou quase inutilizados, dos quais são exemplos alguns gabinetes e o salão nobre que é utilizado apenas em circunstâncias esporádicas. No Anexo A apresentam-se as plantas dos dois pisos do edifício, onde a zona do piso térreo (R/C) sombreada a cinzento corresponde à zona de acessos a um edifício anexo semi-enterrado que, na óptica do RSECE, é tido como um espaço não-útil, sendo para efeitos de simulação considerado como um bloco anexo sem utilização.
As Fig. 3 e Fig. 4 apresentam em planta as zonas térmicas consideradas no modelo de simulação do Edifício X, para os dois pisos do edifício, e na Tabela 3 descrevem-se as zonas térmicas consoante o tipo de espaço: útil ou não-útil, bem como os parâmetros de utilização (ocupação, iluminação e equipamento) adoptados no modelo de simulação. De notar, que as zonas térmicas úteis com pouca utilização, foram consideradas sem perfis de utilização.
Fig. 3 – Zonamento térmico do Piso 1 (Fonte: DesignBuilder)
Tabela 3 – Caracterização das zonas térmicas
Zona térmica Área
[m2] [m] Piso Tipo de espaço Parâmetros de utilização Gabinetes 1 71,67 3,83 1 Útil - Ocupação - Iluminação - Equipamento Gabinete 2 21,66 3,70 Gabinetes 3 53,44 3,68 Gabinetes 4 77,41 3,87 Tesouraria 38,30 3,04 R/C Gabinetes 5 91,10 2,82 Gabinetes 6 54,88 3,02 Gabinetes 7 43,65 2,98 Gabinetes 8 41,53 2,87 Secção Taxas e Licenças 83,53 2,85
Átrio Principal 51,60 3,89 1 Útil - Ocupação - Iluminação Reprografia 18,21 3,06 R/C Útil - Iluminação - Equipamento Circulação, IS… 1 134,08 3,34 1 Útil - Iluminação Arquivo e IS 14,87 2,54 R/C Circulação, IS… 2 106,53 2,76 Salão Nobre 102,90 4,79 1 Útil* - Gabinete 9 12,63 4,22 Gabinete 10 37,83 4,34 Gabinete 11 33,42 4,32 Arquivo 1 29,10 3,06 R/C Gabinete 12 33,39 2,70 Acesso 1 4,1 3,85 1 Não-Útil - Acesso 2 6,5 3,85 Gabinete 13 13,0 3,04 R/C Arquivo 2 24,2 2,98 Arquivo 3 15,4 2,62 Bloco anexo 45,24 3,08
2.1.4 Soluções construtivas
Os elementos construtivos do Edifício X apresentam características típicas da sua época de construção, com materiais maciços. As paredes exteriores são em granito e as portas em madeira.
No que diz respeito aos vãos envidraçados, possuem vidro duplo incolor, caixilharia de madeira com moldura em quadrícula, sendo as janelas de guilhotina e as portas giratórias.
Para a taxa de renovação de ar interior que ocorre de forma natural foi considerado no modelo de simulação do Edifício X um valor constante e igual a 0,7 renovações por hora (RPH).
Nas Tabela 4 a Tabela 7 apresentam-se as características relevantes dos elementos de construção adoptadas no modelo de simulação do Edifício X, de acordo com as informações recolhidas por auditoria, tendo em consideração a idade do edifício e a escassa documentação disponível a este respeito.
Tabela 4 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos verticais
Elementos verticais [cm] [W m-1K-1] [J kg -1K-1] [kg m-3] [m2K W-1] [W m-2K-1] Paredes exteriores Reboco (Argamassa de cimento) 3,0 1,15 1000 1800 0,46 2,17 Alvenaria de pedra (Granito) 55,0 2,07* 1000 2600 Reboco (Argamassa de cimento) 3,0 1,15 1000 1800 0,50 2,01 Pedra (Granito) 50,0 2,07* 1000 2600 Reboco exterior 3,0 0,50 1000 1300 Paredes interiores Reboco (Argamassa de cimento) 3,0 1,15 1000 1800 0,48 2,10 Pedra (Granito) 34,0 2,07* 1000 2600 Reboco (Argamassa de cimento) 3,0 1,15 1000 1800
Gesso de Paris carbonado 2,5 0,25 1000 900
0,61 1,64
Ar 10,0 - - -
Gesso de Paris carbonado 2,5 0,25 1000 900
* valor baseado em propriedades termofísicas de soluções construtivas de edifícios antigos (Pina dos Santos, C.A., Rodrigues, R., 2009)
Tabela 5 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos horizontais
Elementos horizontais [cm] [W m-1K-1] [J kg -1K-1] [kg m-3] [m2K W-1] [W m-2K-1] Cobertura Betão 25,0 2,00* 1000 2400* 0,42 2,38 Reboco (Argamassa de cimento) 2,5 1,00 1000 1800 Pavimento interior Soalho (Madeira) 2,5 0,14 1200 650 0,78 1,29 Ar 17,0 - - -
Pinho seco (Madeira) 2,5 0,17 2120 650
Pavimento
Reboco
(Argamassa de cimento) 2,5 1,00 1000 1800 0,42 2,38
Betão 25,0 2,00* 1000 2400*
Tabela 6 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos dos vãos Elementos [cm] [W m-1K-1] [J kg -1K-1] [kg m-3] [m2K W-1] [W m-2K-1] Caixilhos e molduras Carvalho (Madeira) 3,5 0,19 2390 700 0,35 2,25 Portas 4,5 0,50 2,01
Tabela 7 - Constituição e propriedades termofísicas e ópticas dos elementos dos vidros
Elementos [mm] [W m-1K-1] Transmissão solar Reflexão solar Transmissão solar total [W m-2K-1] Vidros duplos Vidro incolor corrente 4 1 0,82 0,08 0,74 3,15 Ar 6 - - - Vidro incolor corrente 4 1 0,82 0,08
O resultado do processo de rendering da imagem gráfica do modelo do Edifício X é apresentado na Fig. 5 evidenciando os diversos elementos de construção.
Fig. 5 – Imagem do modelo após processo de rendering, vista de norte (Fonte: DesignBuilder)
2.1.5 Ocupação
Segundo as informações obtidas por auditoria, os funcionários do Edifício X têm um horário de expediente das 9h às 18h, com cerca de uma hora e meia de almoço.
A ocupação do Edifício X é definida no modelo de simulação do edifício, fazendo corresponder o número de ocupantes por zona térmica ao número de computadores registado por auditoria, com excepção da zona do átrio principal que, embora sem este tipo de equipamento, representa um posto de trabalho permanente. Assim, a ocupação é só tida em conta nas zonas em que esta tem um carácter ininterrupto e duradouro (Tabela 3).
Na Tabela 8 constam as densidades de ocupação consideradas no modelo de simulação do Edifício X, por zona térmica.
Tabela 8 - Distribuição das densidades de ocupação
Zona térmica Piso Densidade de ocupação
[n.º ocupantes m-2] Gabinetes 1 1 0,08 Gabinete 2 0,05 Gabinetes 3 0,04 Gabinetes 4 0,04 Átrio Principal 0,02 Tesouraria R/C 0,05 Gabinetes 5 0,07 Gabinetes 6 0,09 Gabinetes 7 0,09 Gabinetes 8 0,17
Secção Taxas e Licenças 0,07
O tipo de actividade desenvolvida pelos funcionários do edifício corresponde tipicamente à de escritório e, para a qual o programa de simulação EnergyPlus 6,0 associa uma taxa de metabolismo ( ) indicada pela CIBSE de 120 W pessoa-1. Este valor é tido em conta nas zonas térmicas definidas com ocupação para efeitos de simulação do Edifício X.
2.1.6 Iluminação
Foi realizado um levantamento durante a auditoria, quanto ao número, potência e tipo de lâmpadas existentes em cada compartimento do Edifício X. De acordo com o que foi verificado, a iluminação do edifício é feita na sua maioria por luminárias de lâmpadas fluorescentes tubulares, montadas à superfície de tectos e paredes, com algumas lâmpadas incandescentes em espaços de menor utilização, como por exemplo arquivos e instalações sanitárias (IS). Em algumas divisões do Piso 1, observou-se também a utilização de lâmpadas economizadoras e destaca-se a existência de candeeiros de lustre, como no caso do salão nobre e do átrio principal.
Registadas as potências das lâmpadas instaladas, obtiveram-se as densidades de potência3 referentes à iluminação que foram consideradas no modelo de simulação do Edifício X, para cada zona térmica. A Tabela 9 apresenta os valores dessa distribuição.
Tabela 9 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação
Zona térmica Piso Densidade de potência
[W m-2] Gabinetes 1 1 11 Gabinete 2 7 Gabinetes 3 7 Gabinetes 4 6 Átrio Principal 3 Circulação, IS… 1 6 Tesouraria R/C 12 Gabinetes 5 10 Gabinetes 6 15 Gabinetes 7 12 Gabinetes 8 10
Secção Taxas e Licenças 16
Reprografia 12
Arquivo e IS 15
Circulação, IS… 2 7
2.1.7 Equipamento
No que diz respeito aos equipamentos utilizados no edifício, foi igualmente feito um levantamento durante a auditoria quanto aos aparelhos presentes em cada espaço do edifício, bem como das respectivas potências instaladas, tendo sido identificados principalmente: computadores, impressoras, e fotocopiadoras, utilizados nos espaços de maior actividade. Registaram-se ainda, em espaços de circulação ou de pouca utilização, outros aparelhos eléctricos, tais como, máquina de café, frigorífico, televisão, etc. No entanto, os respectivos consumos de energia não foram considerados no modelo de simulação do Edifício X, sendo desprezáveis, em virtude de estes aparelhos se encontrarem frequentemente desligados ou terem uma utilização esporádica.
3
A densidade de potência designa, neste trabalho, o fluxo de calor dissipado por unidade de área de pavimento expresso em W m-2.
Na Tabela 10 encontra-se a distribuição, por zona térmica com equipamento relevante, das densidades de potência relativas aos computadores e outros equipamentos que foram tidos em conta no modelo de simulação do Edifício X.
Tabela 10 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento
Zona térmica Piso
Densidades de potência [W m-2] Computadores Outros Gabinetes 1 1 9 9 Gabinete 2 5 - Gabinetes 3 4 0 Gabinetes 4 4 16 Tesouraria R/C 6 1 Gabinetes 5 7 0 Gabinetes 6 10 1 Gabinetes 7 10 - Gabinetes 8 19 0
Secção Taxas e Licenças 8 22
Reprografia - 56
2.1.8 AVAC
De acordo com a auditoria, o Edifício X não tem qualquer tipo de sistema mecânico de ventilação para extracção ou insuflação de ar novo com carácter permanente. Quanto à ventilação natural no edifício, esta ocorre unicamente através da abertura de janelas e portas e da permeabilidade ao ar da envolvente. A regulação térmica do edifício é assegurada pelo seu sistema de climatização central que é composto por quatro unidades exteriores de ar condicionado do tipo volume de refrigerante variável (VRV) da marca Mitsubishi Electric modelo PUHY-250YMF-B. A potência térmica é distribuída no interior do edifício através de três tipos de ventilo-convectores da mesma marca distribuídos pelos espaços ocupados do edifício: os modelos PKFY-P40VGM e PKFY-P25VAM, ambos murais, servem o Piso térreo e o modelo de chão PFFY-40VLEM o Piso 1.
Na Tabela 11 apresenta-se a eficiência do sistema de climatização central do Edifício X, calculada a partir dos valores de potência térmica das unidades exteriores, valores esses recolhidos durante a auditoria.
Tabela 11 - Eficiência do sistema de climatização central
Unidades Quatro
Função Arrefecimento Aquecimento Potência unitária [kW] 29,1 32,6
Potência instalada [kW] 58,2 65,2
Potência fornecida [kW] 11,3 10,5
No modelo de simulação do Edifício X, foi considerado um sistema de climatização de expansão directa eléctrico com valores de eficiência energética nominal (COP), relativos às funções de aquecimento e arrefecimento, correspondentes às do sistema instalado no edifício (Tabela 11).
As temperaturas de set point de conforto ambiente tomadas em consideração no modelo de simulação, são as correspondentes às condições interiores de referência definidas no artigo 14.º do RCCTE: 20ºC para a estação de aquecimento (Inverno) e 25ºC para a estação de arrefecimento (Verão).
2.2 Simulação em condições reais
2.2.1 Calibração do modelo
Entende-se por calibração do modelo de simulação de um edifício o processo de ajuste que conduz a que os resultados dos consumos de energia obtidos por simulação dinâmica, sejam próximos dos observados quer nas facturas energéticas, quer por auditoria. Ou seja, consiste na aproximação do valor do consumo real de energia obtido por simulação ( ) ao valor do consumo real de energia obtido pelas facturas ( ), tendo em conta a desagregação por utilização final dos consumos observados por auditoria. Isso traduzir-se-á em aproximar o valor do consumo de energia obtido por simulação ( ) ao valor do consumo de energia para calibração ( ). Sempre que o valor de do edifício não apresentar um desvio superior a 10% face ao valor registado em facturação, , e à sua desagregação por utilização final em relação ao verificado por auditoria poder-se-á admitir que o modelo traduz adequadamente o desempenho energético do edifício, ou seja, que o modelo se encontra calibrado.
2.2.2 Facturação e consumos de energia
A energia total consumida no Edifício X, em termos de energia final utilizada (energia útil), relativa aos parâmetros da sua utilização (ocupação, iluminação, equipamento) e ao sistema AVAC, é totalmente eléctrica. Os valores deste consumo correspondem aos facturados pela EDP recolhidos nos últimos três anos.
Dado que existem variações relacionadas com a variabilidade climática que influenciam os consumos de energia de ano para ano, o pode ser calculado, com base na média dos consumos dos três anos anteriores à auditoria, tal como é indicado no Anexo IX do RSECE.
Considera-se então, neste trabalho, que o consumo real de energia obtido pelas facturas
( ) corresponde à média dos consumos relativos às facturas energéticas dos últimos três
anos.
Apresentam-se, na Tabela 12, os valores dos consumos relativos às facturas energéticas para os últimos três anos e o correspondente valor médio anual, , expressos em unidades de energia útil (kWh ano-1) e energia primária (kgep ano-1), indicando-se também a forma de energia.
Tabela 12 – Consumos registados nas facturas de energia
Facturação Forma de
energia
Consumo de Energia
[kWh ano-1] [kgep ano-1]
2008 Eléctrica 96 364 27 946 2009 113 277 32 850 2010 110 224 31 965 Média 106 622 30 920
A auditoria realizada ao Edifício X permitiu quantificar a potência total associada aos consumos totais e a potência associada ao sistema de climatização (VRV) durante o período de tempo que decorreu entre 22 e 28 de Fevereiro de 2011 (Fig. 6).
Fig. 6 – Potência total e do sistema de climatização medidas em auditoria
Pode verificar-se na Fig. 6 que a energia consumida no edifício nunca toma um valor nulo atingindo valores mínimos muito semelhantes de dia para dia, o que foi designado por consumo residual de energia ( ). Este consumo foi determinado fazendo uma média aproximada dos valores de potência total, medidos nos dias 26 e 27 (fim de semana), entre as 18:30h e as 6:00h. Apresenta-se de seguida a estimativa do valor anual associado ao consumo residual de energia:
2 kW 24 h 365 dias 17 520 kWh
Observa-se também na Fig. 6 que existe um período diário, que corresponde sensivelmente das 18:30h às 6:00h, fora do horário de expediente, em que os valores de energia consumida são sensivelmente semelhantes. Assumiu-se então, que este esteja associado, pelo menos em parte, à iluminação exterior da fachada do edifício, o que foi verificado em auditoria. Para a sua determinação fez-se uma média aproximada dos valores de potência dissipada registados entre o referido período (11,5 horas) dos dias 26 e 27 (fim de semana) que corresponde efectivamente ao único consumo de energia no edifício, descontando os respectivos valores de associados. O cálculo efectuado para estimar o valor anual deste consumo de energia relativo à iluminação exterior ( ) é feito do seguinte modo4:
8 kW 11,5 h 365 dias 33 580 kWh
4
Apesar do número de horas em que é utilizada a iluminação exterior ser variável com as estações do ano e na ausência de mais informação, foi considerado como um pressuposto plausível o período diário verificado em auditoria, 11,5 h, como sendo constante ao longo do ano, para o cálculo do .
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Pot ê n ci a (kW) Data, Horas Total VRV
Dado que os valores anuais determinados de e , não foram tidos em conta no modelo de simulação do Edifício X, para efeitos de calibração do modelo, compara-se o consumo de energia obtido por simulação ( ) com o valor de subtraído da soma da estimativa anual associada a estes consumos, o qual se denominou por consumo de energia para calibração ( ) e que é estimado por:
– (17 520 33 580) 106 622 – 51 100 55 522
kWh ano
-12.2.3 Padrões reais de utilização: Cenário A
Inicialmente, foi considerado um cenário designado por Cenário A, que consiste na simulação dinâmica do Edifício X tendo em conta os perfis de utilização das Fig. 7 a Fig. 10, assumindo que o sistema de climatização funciona nas zonas térmicas úteis ocupadas (Tabela 3) durante o período de ocupação definido. Assumiu-se para perfil de utilização do edifício no Cenário A valores constantes de segunda a sexta entre as 9h e as 18h, com uma pequena redução no período entre as 12h e as 14h para almoço.
Fig. 7 – Perfil real de ocupação: cenário A
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Ocu p aç ão Segunda a Sexta
Fig. 8 – Perfil real de iluminação: cenário A
Fig. 9 – Perfil real de iluminação em circulações e IS: cenário A
Fig. 10 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário A
A simulação do modelo com estes perfis de utilização conduziu a um consumo de energia do edifício,
, inferior ao consumo de energia para calibração ( ), pelo que se optou por
considerar um segundo cenário de simulação. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Il u m in aç ão Segunda a Sexta 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Il u m in aç ão Segunda a Sexta 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % E q u ip am e n to Segunda a Sexta
2.2.4 Padrões reais de utilização: Cenário B
Com o objectivo de determinar padrões reais de utilização mais ajustados, em termos do consumo de energia obtido por simulação ( ), em relação aos que efectivamente se verificam no Edifício X, foi adoptada a metodologia a seguir descrita.
Tendo como base de análise os consumos de energia, referentes ao dia 23 de Fevereiro, medidos durante a auditoria (Fig. 6), compararam-se os valores do consumo relativo à iluminação e ao equipamento ( ), com os respectivos valores deste consumo, obtido por simulação, , no Cenário A.
Numa base horária, os valores do consumo relativo à iluminação e ao equipamento ( ) foram obtidos subtraindo aos valores do consumo total de energia obtido por auditoria ( ) a soma das três parcelas correspondentes aos valores de consumo de energia referente ao sistema de climatização obtido por auditoria ( ), e . Quanto aos valores de , estes foram obtidos pelos resultados da simulação do Edifício X no Cenário A. A Tabela 13 resume esses resultados ao longo do dia 23 de Fevereiro.
Tabela 13 - Consumos de energia ao longo do dia 23 de Fevereiro de 2011
Horas [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] cenário A [kWh] 0h às 7h 66,000 0,000 14 52 0,000 0,000 7h às 8h 4,846 0,000 2 0 2,846 0,000 8h às 9h 12,306 0,000 2 0 10,306 0,000 9h às 10h 32,081 12,761 2 0 17,320 17,898 10h às 11h 33,273 9,686 2 0 21,587 17,898 11h às 12h 32,335 7,604 2 0 22,731 17,898 12h às 13h 20,326 5,409 2 0 12,917 12,260 13h às 14h 13,267 2,618 2 0 8,649 12,260 14h às 15h 18,733 0,395 2 0 16,338 17,898 15h às 16h 22,735 2,971 2 0 17,764 17,898 16h às 17h 24,110 4,904 2 0 17,206 17,898 17h às 18h 16,360 3,877 2 0 10,483 17,898 18h às 19h 11,347 3,308 2 4 2,039 0,000 19h às 20h 13,300 3,032 2 8 0,268 0,000 20h às 24h 40,000 0,000 8 32 0,000 0,000
De notar, que os valores de da Tabela 13 não correspondem exactamente aos valores medidos (Fig. 6) pois esses acrescem do consumo residual associado, .
Por análise da Tabela 13, observa-se que o valor de no Cenário A, quando os perfis de utilização da iluminação e do equipamento se encontram a 100% ( 17,898 kWh, das 9h às 12h e das 12h às 18h), é inferior numa percentagem de 27%, quando comparado com o valor máximo registado de (das 11h às 12h, 22,731 kWh).
Por forma a melhor ajustar o resultado da simulação com o valor máximo registado, foi definido um novo cenário, para todas as zonas térmicas que verificam estes parâmetros de utilização, Cenário B, em que, a partir do Cenário A foram aumentados em 27% os valores das densidades de potência referentes à iluminação e ao equipamento.
As Tabela 14 e Tabela 15 mostram as densidades de potência corrigidas referentes à iluminação e ao equipamento, por zona térmica, que foram consideradas no Cenário B, comparativamente ao Cenário A.
Tabela 14 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação nos Cenários A e B
Zona térmica Piso
Densidade de potência [W m-2] Cenário A Cenário B Gabinetes 1 1 11 14 Gabinete 2 7 9 Gabinetes 3 7 9 Gabinetes 4 6 8 Átrio Principal 3 4 Circulação, IS… 1 6 8 Tesouraria R/C 12 15 Gabinetes 5 10 13 Gabinetes 6 15 19 Gabinetes 7 12 15 Gabinetes 8 10 13 Secção Taxas e Licenças 16 20 Reprografia 12 15 Arquivo e IS 15 19 Circulação, IS… 2 7 9
Tabela 15 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento nos Cenários A e B
Zona térmica Piso
Densidades de potência [W m-2]
Cenário A Cenário B
Computadores Outros Computadores Outros Gabinetes 1 1 9 9 11 11 Gabinete 2 5 - 6 - Gabinetes 3 4 0 5 0 Gabinetes 4 4 16 5 20 Tesouraria R/C 6 1 8 1 Gabinetes 5 7 0 9 0 Gabinetes 6 10 1 13 1 Gabinetes 7 10 - 13 - Gabinetes 8 19 0 24 0 Secção Taxas e Licenças 8 22 10 28 Reprografia - 56 - 71
Da metodologia descrita resultaram os perfis reais de utilização, no que diz respeito à iluminação e equipamento, obtidos a partir da coluna de valores de (Tabela 13) e estão representados graficamente nas Fig. 11 a Fig. 12.
Fig. 11 – Perfil real de utilização da iluminação: cenário B
Fig. 12 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário B
O Cenário B consiste, pois, numa correcção das densidades de potência para os perfis reais de utilização da iluminação e do equipamento. De notar que, no Cenário B mantém-se o perfil real de ocupação do Cenário A (Fig. 7). O período de funcionamento do sistema de climatização foi, no entanto, alargado em duas horas relativamente ao Cenário A, contemplando assim o intervalo de tempo referente ao dia 23 de Fevereiro, em que se registaram valores de (das 9h às 20h) tal como se observa na Tabela 13.
Por fim, observa-se que o resultado para o consumo de energia obtido por simulação ( ) no Cenário B é próximo do valor de consumo de energia para calibração ( ), estando dentro do intervalo de valores estabelecidos para um modelo tido como calibrado.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Il u m in aç ão Segunda a Sexta 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % E q u ip am e n to Segunda a Sexta
cenário B
2.2.5 Síntese
A Tabela 16, apresenta uma síntese dos resultados obtidos para o valor de nos Cenários A e B, comparativamente com o valor encontrado para , bem como o intervalo máximo admissível que corresponde a um desvio de 10% de .
Tabela 16 – Resultados de e cenário A [kWh ano-1] 10% [kWh ano-1] cenário B [kWh ano-1] [kWh ano-1] 10% [kWh ano-1] 46 050 49 970 50 506 55 522 61 074
Na Tabela 17 apresenta-se o consumo real de energia obtido por simulação ( ) do Edifício X após calibração do modelo e os respectivos consumos parciais para as diferentes utilizações finais, em unidades de energia útil (kWh ano-1) e de energia primária (kgep ano-1), em função da forma de energia, assumindo as condições do Cenário B.
Tabela 17 – Consumos de energia obtidos pela calibração do modelo de simulação do Edifício X
2.3 Simulação em condições nominais
2.3.1 Consumo nominal de energia
Para obter o consumo nominal de energia ( ) dos grandes edifícios de serviços (GES) utiliza-se o modelo de simulação do edifício depois de calibrado considerando as condições nominais definidas no Anexo XV do RSECE, que consistem em padrões no que respeita à utilização dos edifícios.
Para além dos padrões nominais de utilização referidos, a simulação dinâmica dos GES em condições nominais deverá também considerar os caudais mínimos de ar novo definidos no texto regulamentar do RSECE (ADENE, 2008). De notar que, seguindo a metodologia regulamentar, os padrões nominais de utilização e os caudais mínimos de ar novo foram adoptados para todas as zonas térmicas úteis do modelo de simulação do Edifício X, incluindo as de utilização esporádica (Tabela 3).
Utilização Forma de
energia
Consumo de energia
[kWh ano-1] [kgep ano-1]
Iluminação exterior Energia eléctrica 33 580 9 738 Residual 17 520 5 081 Iluminação 19 953 5 786 Equipamento 21 944 6 364 Aquecimento 7 775 2 255 Arrefecimento 834 242 Total 101 606 29 466
2.3.2 Padrões nominais de utilização
Os padrões nominais de utilização dos edifícios são definidos no Anexo XV do RSECE por tipologia, distinguindo-se entre perfis variáveis e perfis constantes. Para o tipo do edifício em estudo – Tribunais, Ministérios e Câmaras – os padrões nominais de utilização são os representados na Tabela 18 e nas Fig. 13 a Fig. 15.
Tabela 18 - Padrões nominais de utilização Tribunais, Ministérios e Câmaras
Perfis variáveis de acordo com as Fig. 13 – Fig. 15 Densidades Ocupação 15 m-2ocupante-1 Iluminação - Equipamento 5 W m-2 Perfil Constante Densidade N.º horas de funcionamento Iluminação Exterior - 5 400 h
Note-se, que embora o RSECE defina, para este tipo de edifícios, perfis temporais de utilização da iluminação, este não estipula um valor nominal para a respectiva potência, pelo que na simulação do Edifício X em condições nominais se consideraram as potências reais relativas à iluminação correspondentes à simulação no Cenário B (2.2.2 e Tabela 14).
Fig. 13 – Perfil nominal de ocupação
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Oc u p aç ão Segunda a Sexta
Fig. 14 – Perfil nominal de utilização da iluminação
Fig. 15 – Perfil nominal de utilização do equipamento
De notar também que, o sistema de climatização na simulação do Edifício X em condições nominais, funciona em todas as zonas térmicas úteis do modelo de simulação para os períodos em que estas se encontram ocupadas, mesmo as que têm uma reduzida taxa de utilização (Tabela 3 e Fig. 13).
2.3.3 Caudais mínimos de ar novo
Os caudais mínimos de ar novo a considerar na simulação dinâmica dos GES em condições nominais, são definidos no Anexo VI do RSECE por espaço do edifício em função do tipo de actividade. Para os casos em que se indicam dois valores, por área (m3h-1m-2) ou por ocupante (m3h-1ocupante-1), dever-se-á efectuar uma comparação entre ambos e considerar a situação mais gravosa, tendo em conta a densidade nominal de ocupação aplicável ao tipo de edifício (15 m2ocupante-1 para o Edifício X – Tabela 18) assim como a respectiva área útil de pavimento ( ) (ADENE, 2008).
Os caudais mínimos de ar novo considerados na simulação do Edifício X em condições nominais são introduzidos nas zonas térmicas úteis, por ventilação mecânica com uma eficiência de 70%.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Il u m in aç ão Segunda a Sexta 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % E q u ip am e n to Segunda a Sexta
Na Tabela 19 apresentam-se os valores de caudais mínimos de ar novo estabelecidos no Anexo VI do RSECE para a categoria do Edifício X (Serviços) e destacam-se aqueles que foram tidos em consideração na simulação em condições nominais, para cada zona térmica útil, conforme o respectivo tipo de actividade.
Tabela 19 – Caudais mínimos de ar novo
Zona térmica Piso Tipo de
espaço Densidade de ocupação nominal d [m2ocupante-1] [m 2 ] Tipo de actividade
Caudais mínimos de ar novo [m3h-1ocupante-1] [m3h-1m-2] Gabinetes 1 1 Útil 15 71,67 Gabinetes 35 5 Gabinete 2 21,66 Gabinetes 3 53,44 Gabinetes 4 77,41 Circulação, IS… 1 134,08 Gabinetes
Átrio Principal 51,60 Salas de
recepção 30 15 Tesouraria R/C 38,30 Gabinetes 35 5 Gabinetes 5 91,10 Gabinetes 6 54,88 Gabinetes 7 43,65 Gabinetes 8 41,53 Secção Taxas e Licenças 83,53 Reprografia 18,21 Gabinetes Arquivo e IS 14,87 Circulação, IS… 2 106,53 Gabinete 9 1 Útil* 12,63 Gabinetes 35 5 Gabinete 10 37,83 Gabinetes Gabinete 11 33,42
Salão Nobre 102,90 Salas de
conferências 35 20 Gabinete 12 R/C 33,39 Gabinetes 35 5 Arquivo 1 29,10 Gabinetes
* com pouca utilização
De notar que, para as zonas térmicas úteis do modelo de simulação do Edifício X que não se enquadram na tipologia de actividade prevista no Anexo VI do RSECE (diferenciadas a estilo itálico na Tabela 19), o caudal mínimo de ar novo considerado, foi o correspondente ao tipo de actividade mais característico do edifício: “gabinetes”.
2.3.4 Determinação do
nominal
Na Tabela 20 apresenta-se o resultado obtido para o valor de consumo nominal de energia ( ) do Edifício X e os respectivos consumos parciais para as diferentes utilizações finais, expressos em unidades de energia útil (kWh ano-1) e primária (kgep ano-1), por forma de energia.
Tabela 20 – Consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições nominais
Utilização Forma de
energia
Consumo de energia
[kWh ano-1] [kgep ano-1]
Iluminação exterior Energia eléctrica 43 200 12 528 Iluminação 22 691 6 580 Equipamento 10 851 3 147 Aquecimento 33 848 9 816 Arrefecimento 1 617 469 Total 112 207 32 540
O consumo nominal específico ( ) do edifício é determinado a partir dos resultados de consumos de energia obtidos por simulação em condições nominais (Tabela 20) e
d
os factores de conversão para energia primária e correcção climático, por aplicação do método de cálculo do previsto no Anexo IX do RSECE e descrito no Anexo B deste trabalho.Conforme o exposto no artigo 15.º do RCCTE, o valor máximo limite das necessidades nominais de energia útil para aquecimento ( ) de um edifício depende dos valores do factor de forma ( ) e de graus-dia ( ) do clima local (Tabela 2). O é definido pela equação (1) em que é a área da superfície da envolvente exterior e o volume útil interior, ambos referentes ao edifício, sendo e
respectivamente a área da superfície da envolvente interior e o coeficiente relativos ao espaço
não-útil .
(1)
onde, para o Edifício X: 0,39
com:
866 m2
675 m2
3 947 m3
Segundo o previsto neste artigo, para 0,5 verifica-se que:
(2)
assim, para o Edifício X tem-se: 44 kWh m-2
ano-1 ( 1 000 ºC dia )
70 kWh m-2
ano-1 ( 1 650 ºC dia )
O valor máximo limite das necessidades nominais de energia útil para arrefecimento ( ), de acordo com o disposto no artigo 15.º do RCCTE, depende da zona climática do local, verificando-se que:
16 kWh m-2
ano-1 (zona norte) 26 kWh m-2
ano-1 (zona norte, tal como consta na Tabela 2)
Então, obtêm-se os valores dos factores de correcção climática apresentados a seguir: 0,63
0,62 Sendo que:
1 152 m2
e que os resultados dos consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições nominais convertidos para energia primária, que constam da Tabela 20, correspondem aos seguintes:
9 816 kgep ano-1 469 kgep ano-1 22 255 kgep ano-1
obtém-se o valor de do Edifício X, resultando: 5,37 kgep m-2 ano-1 0,25 kgep m-2 ano-1 24,94 kgep m-2 ano-1
2.4 Edifício face ao RSECE
2.4.1
de referência limite
A verificação regulamentar e classificação energética dos GES são ambas feitas com base no consumo nominal específico ( ) e nos valores de referência limite para o , definidos por tipologia nos Anexos X e XI do RSECE.
O cálculo destes valores limite regulamentares, e , foi apoiado em simulações dinâmicas de edifícios considerando os padrões nominais de utilização definidos para as diferentes tipologias de edifícios no Anexo XV do RSECE. Para cada tipologia foram considerados dois cenários de simulação diferentes, um em que os valores dos coeficientes de transmissão térmica correspondem aos valores máximos admissíveis e outro em que equivalem aos valores de referência para a qualidade térmica da envolvente dos edifícios, definidos no Anexo IX do RCCTE. Em ambos os cenários, foi utilizada a base de dados climáticos do programa SolTerm 5. Os sistemas AVAC considerados são, de um modo geral, a quatro tubos, e com padrões de eficiência elevados, em que a produção de água quente é efectuada por caldeira a gás e a produção de água fria é feita por chiller. Em todas as tipologias analisadas, foram simulados no mínimo três edifícios com a mesma geometria mas áreas úteis diferentes (ADENE,2008)
2.4.2 Plano de racionalização energética
Caso se verifique que o valor de de um grande edifício de serviços existente exceda o valor máximo de referência limite aplicável , , o edifício deverá ser submetido a um plano de racionalização energética (PRE) que respeite o disposto no artigo 7.º do RSECE.
