Reabilitação dos Edifícios Projeto Europeu RePublic_ZEB. Laura Aelenei e Ana Ferreira Ciclo Palestras LNEG 2016, 27 de abril de 2016

Reabilitação dos Edifícios

Projeto Europeu RePublic_ZEB

Laura Aelenei e Ana Ferreira

Ciclo de três palestras:

Reabilitação dos Edifícios - Metodologias nZEB e Custo-óptimo, 14 de Abril 2016,

orador convdado Prof. Daniel Aelenei (FCT-UNL)

Palestra Reabilitação dos Edifícios - Projecto Europeu RePublic_ZEB, 27 de Abril 2016

Reabilitação dos Edifícios-pacotes de medidas de reabilitação, Metodologia, apresentação

de pacotes de medidas de reabilitação, 12 de Maio,

orador convidado Armando Pinto (LNEC)

Conferência final do projecto

Reabilitação Urbana das Cidades em direcção a um Sistema energético sustentável

7 de Junho 2016

REfurbishment of the PUBLIC building stock towards nZEB

Março 2014 – Agosto 2016

Coordination: CTI

(Italian Thermotechnical Committee Energy and Environment)

Partner

Metodologias

Alvo/Target

NZEB

Custo

Ótimo

Envol.

Equip.

RES

Reabilitação

Edifício

Publicos

Pacotes de medidas

de EE

Nea

rl

y

zero

en

ergy

bu

ildings

:

achi

ev

ing

the

EU

2020

tar

ge

t

Artigo 9º

Edifícios com necessidades quase nulas de energia

 O mais tardar em 31 de Dezembro de 2020, todos os edifícios novos

sejam edifícios com necessidades quase nulas de energia; e;

 Após 31 de Dezembro de 2018,

os edifícios novos ocupados e detidos por

autoridades públicas sejam edifícios com necessidades quase nulas de

energia.

 Elaborar planos nacionais para aumentar o número de edifícios nZEB

seguindo o exemplo do sector público,

• Objectivos intermédios para melhorar o desempenho energético

dos edifícios novos, até 2015,

• Descrição pormenorizada da definição nZEB/NZEB (incluíndo a

renovação dos edifícios em direção a NZEB)

 DIRECTIVE 2010/31/EU: Recast of Directive on Energy Performance of Buildings

2010

• Buildings Performance Institute Europe (BPIE)

• Concerted Action (CA) EPBD

• BUILD UP - The web portal was established by the European Commission in 2009

• FP7, H2020 - a number of ongoing research projects

• ECOFYS

NZEB - EU Initiatives

Nea

rl

y

zero

en

ergy

bu

ildings

:

achi

ev

ing

the

EU

2020

tar

ge

t

Article 9

Nearly zero-energy buildings

 by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero- energy buildings;

 after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public

authorities are nearly zero-energy buildings.

 draw up national plans for nZEB public sector leading example

• Interim target by 2015

Net ZEB definição

METODOLOGIA

(a) redução das necessidades energéticas

(b) produção de energia suficiente para

alcançar o balanço energético nulo

i

fd,

EDi

i

fe,

i

EE

EB





i







Net ZEB parâmetros

NetZEB

DEFINITION

BALANCE

PERIOD

BALANCE

BOUNDARY

WEIGHTING

SYSTEM

ENERGY

FLOWS

on site - non grid

connected

off site - grid connected

green energy

single building

building cluster

conversion factors

static conversion factors

asymmetrical conversion

factors

yearly, monthly, weekly

heating

cooling

lighting

DHW

…

[Torcellini, 2008]

HIGH

LOW

HIGH

Consumption

Gener

atio

n

Net-Zero Site Energy

produção

de

energia

a

partir

de

fontes

renováveis

(fotovoltaica, eólica, etc.) em quantidade suficiente para

compensar as necessidades anuais (contagem efectuada no

local).

Net-Zero Source Energy

"Source energy" pretende referir a energia primária requerida

para produção de energia útil utilizada no local (a

contabilização das necessidades deve entrar em conta com os

coeficientes de conversão)

Net-Zero Energy Emissions

produção de energia “limpa” em quantidade suficiente para

compensar a energia adquirida produzida a partir de fontes

convencionais (associados a produção de CO2), calculada

numa base anual

Net-Zero Energy Costs

produção (e venda) de energia em quantidade suficiente para

compensar os custos associados a aquisição de energia

necessária para funcionamento/utilização do edifício, calculada

numa base anual

zer0

energy

Opção para contabilização das energias renovaveis

[Marszal et al. 2011]

RES-footprint

RES-on site

RES-off site

RES-purchase green

• Use renewable energy sources available

within the building’s footprint.

• Use renewable energy sources available

at the building site.

• Use renewable energy sources available

off site to generate energy on site.

• Purchase off-site renewable energy

sources.

h

ttp://t

ask40.iea

-shc.or

g

/ne

t-z

eb

Laura Aelenei

Liam Obrien, Concordia University

ENERGY PLUS

GENOPT

TRNSYS

http://www.enob.info/en/site-info/

ENERPOS

ALDO LEOPOLD

NREL RSF

Kraftwerk B

SOLAR XXI

Nea

rl

y

zero

en

ergy

bu

ildings

:

achi

ev

ing

the

EU

2020

tar

ge

t

Artigo 5º

Cálculo dos níveis óptimos de rentabilidade dos requisitos mínimos de

desempenho energético

 A Comissão estabelece uma metodologia comparativa para o cálculo

dos níveis óptimos de rentabilidade dos requisitos mínimos de

desempenho energético dos edifícios e dos componentes de edifícios.

 Os Estados-Membros devem calcular os níveis óptimos de

rentabilidade dos requisitos mínimos de desempenho energético e

parâmetros relevantes, como as condições climáticas e comparar os

resultados deste cálculo com os requisitos mínimos de desempenho

energético em vigor.

Sourc

e:

BPIE,

2010

Etapas de cálculo

i) Cálculo da energia fornecida e da

energia primária

ii) Avaliação económica

REQUISITOS PARA A METODOLOGIA

 definir e selecionar edifícios representativos de cada tipologia e região do país,

incluir as condições de clima interior e exterior, geometrias etc. - "edifícios de

referência";

 estimar a energia fornecida e a energia primária para o edifícios de referência

selecionado;

 determinar o ciclo de vida económico para o edifício de referência - custos de

investimento, energia, mão de obra, manutenção e de eliminação para várias

medidas de eficiência energética, e de fontes de energia renováveis (pacotes)

 traçar a curva de custo(s) e determinar o nível ótimo

Obje

tivo

s

Espec

ífico

s

Parque edificado público

estado da arte

Definição

Edifício de Referência

Quadro comum & metodologia

para edifícios públicos nZEB

Definição de “pacotes de

medidas”para o edifício de

referência público em direção a

nZEB

Açõe

s

de

acompanhamento

Melhoria das categorias

envolvidas

Definição de uma iniciativa

“bottom-up” para acelarar a

reabilitação de edifícios públicos

em direção nZEB

Obje

tivo

s

Estratég

icos

“Pacotes de medidas” adequado

para a renovação dos edifícios

públicos

Apoiar e simplificar a ligação

entre construtores/ proprietários

de edifícios públicos e ESCOs

Superar a falta de experiência

prática e o desconhecimento das

novas e inteligente tecnologias

de construção

Concordância dos "pacotes de

medidas" como uma

oportunidade de investimento

fiável e de baixo risco

WP2

Objetiv

os

básicos

Objetiv

os

cen

trais

WP5

WP3

WP4

Objetivos

WP1 Mangement

(Lead by CTI)

WP2 Analysis of the public building stock and definition of reference buildings

(Lead: BSERC)

WP3 Assessment of the status quo and analysis of opportunities for refurbishing public buildings

towards nZEB

(Lead: BME)

WP4 Costs/benefits analysis of the “packages of measures” for the refurbishment towards nZEB

(Lead: POLITO)

WP5 Strategies and guidelines towards nZEBs

(Lead: LNEG)

WP6 Communication and dissemination

(Lead: BRE)

R

eP

ublic_ZEB

-STRUC

TURE

Análise do parque edificado público;

Definição do edifício de referência;

Identificação do edifício de referência.

WP2 – Analysis of the public building stock and definition of reference buildings

WP2 – Classificação do parque edificado público

Educacional

Escolas

Universidades

Liceus

Hotéis e restaurantes

Hotéis

Alojamentos de curta duração

Edifícios para

prática desportiva

Outros tipos de edifícios

consumidores de energia

Aeroportos civis e militares

Estações ferroviárias e de camionetas, porto

Cinemas, salas de concertos, óperas, teatros

Edifícios

Públicos

(EUROSTAT)

Serviços de saúde

Hospitais e outros

centros de saúde

Superfícies

comerciais

Residenciais

WP2 – Análise do parque edificado público - Método de seleção

Selecção das Categorias

de Edifícios

Os seguintes critérios foram aplicados para a

escolha de categorias representativas:

o Área condicionada do edifício, m

2

_;

o Energia especifica final e primária consumida,

kWh/m

2

_.ano;

o Quantidade de equivalente de emissão de CO

₂

do

consumo específico de energia, kg/m

2

_.ano.

Seleção dos Edifícios de Referência

Os seguintes critérios foram aplicados:

o Área total e condicionada de pavimento;

o Idade do edifício;

o Materiais de construção e correspondente

propriedades térmicas da envolvente do edifício;

o Horários de utilização;

o Sistemas técnicos/instalações para a

manutenção do ambiente construído;

o Padrões operacionais;

WP2 – Análise do stock de edifícios públicos e definição dos edifícios de

referência

Edifícios Residenciais

Habitação Social

Escritórios

Administração Pública

Fonte: ADENE

Edifício Residencial

Edifício de Escritórios

Ano construção

1961 a 1990

Anterior a 1990

Área útil

70 m

2

_{2799,80 m}

2

Soluções

construtivas

Parede Simples (22cm)

U = 1,76 W/m

2

_.ºC

Cobertura Laje

Aligeirada (15 cm)

U = 2,80 W/m

2

_.ºC

Parede Simples (22cm)

U = 1,32 W/m

2

_.ºC

Cobertura Laje Aligeirada

(15 cm)

U = 2,10 W/m

2

_.ºC

Pavimento Laje

Aligeirada (15 cm)

U = 2,10 W/m

2

_.ºC

Envidraçado Simples

com Sombreamento

U = 5,20 W/m

2

_.ºC

Pavimento Laje

Aligeirada (15 cm)

U = 1,65 W/m

2

_.ºC

Envidraçado Simples com

Sombreamento

U = 4,39 W/m

2

_.ºC

Sistemas

AQS: esquentador a gás

Aquecimento: Split

Arrefecimento: Split

Ventilação: Mecânica

Fonte: ADENE

Análise das definições nZEB em todos países participantes;

Análise de oportunidades e barreiras da implementação do nZEB;

Proposta de uma definição comum para nZEB.

WP3 – Assessment of the status quo and analysis of opportunities for refurbishing

public buildings towards nZEB

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

First requirement: Building energy need

According to prEN 15603:2015 the first requirement should examine the quality of the building envelope,

characterized by the building energy need. The following parts should be taken into account:

-

Thermal characteristic of the building envelope;

-

Transmission and ventilation properties;

-

Partition of building into different zones;

-

Climatic data;

-

Heat gains from internal heat sources, solar properties;

-

Comfort requirements.

All the components above should be designed in a way, to guarantee the proper indoor climatic conditions,

and to avoid the negative effects such as poor indoor air quality. The energy needs should be calculated with

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

Second requirement: Total primary energy use

The second requirement should examine the performance of the technical building systems (heating, cooling, DHW,

ventilation, lighting), characterized by the energy use. The technical building systems consume different energy carrier. To

sum up these different energy carriers the energy consumptions should be expressed in total global primary energy.

As specified in EN 15217, the Energy Performance (EP) is expressed as the building global primary energy demand divided by

the conditioned area. The global primary energy refers to all the EPBD energy services (heating, cooling, DHW, ventilation,

lighting) and is calculated according to EN 15603.

EP can either include only non-renewable energy (EPnren), or include both non-renewable energy and renewable energy

(EPtot). According to EN 15603:

EPtot = EPnren + EPren

RER = EPren /EPtot

WP3 – Avaliação do status quo e análise de oportunidades para a reabilitação de

edifícios públicos em direção NZEB

Third requirement: Non-renewable primary energy use without compensation and exported energy

The third requirement should examine the usage of renewable energies, characterized by the nonrenewable

primary energy consumption. The third requirement does not take into account:

- Compensation between different energy carriers (e.g. between gas and on-site PV production);

- The effect of exported energy.

This requirement takes into account only the energy that is used to provide on-site services.

Fourth requirement: Final nZEB rating – Numerical indicator of non-renewable primary energy use with

compensation

Through the final nZEB rating the compensation between energy carriers and the effect of exported energy is taken into

account.

Apresentação dos pacotes de medidas de eficiência energética globais;

Caracterização das MEE para cada Edifício de Referência;

Introdução á Ferramenta POLITO;

Apresentação dos resultados

WP4 – Costs/benefits analysis of the “packages of measures” for the refurbishment

towards nZEB

WP4 – Metodologia de análise custo-beneficio na perspectiva nZEB do parque

edificado

A

• Análise do parque edificado público e selecção das tipologias prioritárias a estudar

B

• Definição dos edifícios de referência

C

• Identificação dos pacotes de medidas de eficiência energética

D

• Modelação dos edifícios de referência e simulação dos pacotes de medidas de

eficiência energética

E

• Análise custo-beneficio na perspectiva nZEB

WP2

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

N.º

Parâmetro

Simbolo

No.

EEO

1

U

2

U

3

U

4

U

5

U

6

-

-7

Rácio de eficiência energética

EER

8

η

9

η

10

η

Coeficiente de desempenho

COP

Rácio de eficiência energética

EER

12

Superfície de colectores solares

m

13

Pico de energia

kWp

Eficiência do recuperador de calor

η

Taxa de fluxo [l/s]

V

15

Eficiência de controlo

η

16

Densidade de iluminação (UNI EN 15193)

(W/m

)

17

Fator de ocupação (e fator de iluminação

constante) (UNI EN 15193)

F

(F

)

Coeficiente de transmissão térmica

Eficiência do gerador

Sistema de iluminação

Sistemas de controlo de iluminação

14

Sistema de recuperação de calor

Paineis solar térmicos

Sistema fotovoltaico

Controlo de sistemas (ICS)

Chiller de elevado desempenho

Sistema de produção de aquecimento

de elevado desempenho

Sistema de produção de AQS de

elevado desempenho

Sistema de produção de aquecimento

e produção de AQS de elevado

11

Bomba de calor para produção de

aquecimento, arrefecimento e AQS

Isolamento térmico pelo exterior,

Paredes

Isolamento térmico na caixa-de-ar,

Paredes

Isolamento térmico, Cobertura

Isolamento térmico, Pavimento

Vão envidraçado com U melhorado

Sombreamento solar

Level of EEO

Level of EEO

Medida de Eficiência Energética

Parameter values

Cost of EEM

WP4 – Pacotes de MEE e Método de Cálculo – Edifício Residencial

1961 a 1990

70 m

2

_/residência

8 apartamentos

Simbolo

U

p

0,5

0,4

0,3

0,2

€ 58

€ 60

€ 63

€ 67

U

r

0,4

0,35

0,3

€ 37

€ 42

€ 47

U

f

0,7

0,5

0,4

€ 42

€ 46

€ 56

U

w

2,8

2,5

2,1

€ 385

€ 442

€ 442

-

int

ext

€ 34

€ 189

η

gn,Pn,W

0,87

1

€ 2.828

€ 11.494

η

gn

1,1

0,93

€ 13.048

€ 42.068

COP

4,1

4,1

EER

2,68

3,5

m

2

32

€ 25.474

kWp

4

€ 9.492

PN

1,7

1,28

€ 839

€ 899

Densidade de potência de iluminação

Paineis solar térmicos

Custos de Investimento

€

Sombreamento solar

€/m

2

Sistema fotovoltaico

Bomba de calor para aquecimento,

arrefecimento e produção de AQS

€ 43.360

€ 9.977

Isolamento térmico pelo exterior, Paredes

Isolamento térmico, Cobertura

Isolamento térmico, Pavimento

Vão envidraçado com U melhorado

Sistema de produção de AQS

Sistema combinado de produção de AQS e

aquecimento

Medidas de Eficiência Energética

Valores

Sistemas calculados para o

edifício todo

Método de Cálculo:

WP4 – Pacotes de MEE e Método de Cálculo – Edifício de Escritórios

Simbolo

U

p

0,7

0,4

€ 43

€ 47

U

r

0,5

0,3

€ 20

€ 25

U

f

0,5

0,3

€ 7

€ 14

U

w

3,8

2,7

3

3

€ 250

€ 273

€ 273

€ 327

-

int.

ext.

€ 70

€ 100

COP

2,8

3,3

3,61 4,15

4,2

€ 1.540

€ 2.133

€ 4.980

€ 6.214

€ 23.462

EER

2,7

2,7

3,21

4,1

4,1

kWp

18,2

€ 30.650

η

r

0,6

€ 59.893

V

_vent

323

PN

8,66 6,64

F

O

(F

C

)

0,81 0,81

Sistema de ventilação com recuperação de

calor

Bomba de calor para produção de

aquecimento, arrefecimento e AQS

Densidade de potência de iluminação

€ 219.055 € 261.460

Sistemas de controle de iluminação

€

Isolamento térmico no pavimento

Vão envidraçado com U melhorado

Sombreamento

Sistema fotovoltaico

€/m

2

Medidas de Eficiência Energética

Valores

Isolamento térmico pelo exterior, Paredes

Isolamento térmico na cobertura

Custos de Investimento

Anterior a 1990

2799,80 m

2

_/piso

6 pisos

Sistemas calculados para o

edifício todo

Método de Cálculo:

Método dinâmico: EnergyPlus

WP4 – Modelação dos edifícios – Folha de Cálculo POLITO

Permite avaliar:

• As necessidade energéticas para:

• Aquecimento/Arrefecimento;

• Produção de AQS;

• Ventilação;

• Iluminação.

• A demanda de energia para cada tipo de

energia de cada necessidade energética;

• O valor de cada componente de energia

primária:

• Não-renovável;

• Renovável;

• Total.

• O índice de energia renovável, RER;

A ferramenta leva em conta a transposição

italiana das normas da UE.

Método de cálculo quási-estável, baseado nas

condições mensais.

Sistemas técnicos para aquecimento, arrefecimento e produção de

AQS subdivididos em subsistemas: emissão, controlo, distribuição,

armazenamento (se possível) e geração).

WP4 – Modelação dos edifícios de referência e simulação dos pacotes de

MEE

Resultados

(sem e com medidas de eficiências energética)

Necessidades Energéticas

E

Custos

Aqueci-mento

Arrefeci-mento

Produção

AQS

Ventilação

Iluminação

Global

Desemp.

Energético

vs

Custo

Global

CO

₂

Período de

retorno

WP4 – Resultados modelação: Residencial

Edifício

de R

efe

rên

ci

a

Edifício

de R

efe

rên

ci

a

com

a

Sol

ução

Ótima

N.º

Medida de Eficiência Energética (MEE)

Simbolo

Edifício de

Referência

Edificio

Solução Ótima

Valor

Valor

N.º

MEE

1

Isolamento térmico pelo exterior, Paredes

U

1,76

0,4

2

3

Isolamento térmico, Cobertura

U

2,8

0,4

1

4

Isolamento térmico, Pavimento

U

2,1

0,7

1

5

Vão envidraçado com U melhorado

U

5,2

2,8

1

6

Sombreamento solar



1

1

10

Sistema combinado de produção de AQS e

aquecimento

COP

1,1

2

12

Paineis solar térmicos

m

₃₂

₁

13

Sistema fotovoltaico

kW

4

1

WP4 – Resultados modelação: Residencial

Custo

Global

Des

empenho

Ener

gético

WP4 – Resultados modelação: Residencial

Emissões de CO

₂

WP4 – Resultados modelação: Escritórios

Edifício

de R

efe

rên

ci

a

Edifício

de R

efe

rên

ci

a

com

a

Sol

ução

Ótima

WP4 – Resultados modelação: Escritórios

Custo

Global

Des

empenho

Ener

gético

WP4 – Resultados modelação: Escritórios

Emissões de CO

₂

WP4 – Resultados modelação

Edifício Residencial

RePublic_ZEB- webpage

laura.aelenei@lneg.pt

obrigada