P
ROJECTO DE
C
OMPORTAMENTO
TÉRMICO
Influência das Necessidades de Aquecimento
PATRÍCIA DIAS TORRES
Relatório de Projecto submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇOES CIVIS
Orientador: Professor Doutor Vasco Manuel Araújo Peixoto de Freitas
Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446
miec@fe.up.pt
Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440 feup@fe.up.pt http://www.fe.up.pt
Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -
2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.
As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.
Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo Autor.
À minha família
Conhecimento é Poder Francis Bacon
AGRADECIMENTOS
Quando fazemos um trabalho, se tivermos quem nos oriente, nos dê sugestões, faça criticas ou simplesmente nos oiça, esse trabalho torna-se menos árduo, menos difícil. Enquanto elaborei esta tese, que agora apresento, tive ocasião de sentir intensamente que é importante trabalhar com colaboradores e amigos.
Quero por isso, deixar aqui expresso, o meu profundo reconhecimento a todas as pessoas que de uma maneira ou de outra muito colaboraram, contribuindo assim para a consecução do meu trabalho. Ao professor Vasco Peixoto de Freitas que orientou esta tese, pelo interesse e incentivo, disponibilidade e paciência demonstrada ao longo deste trabalho.
À professora Maria Helena Corvacho pela disponibilidade que sempre demonstrou para atender qualquer tipo de questão e por me ter dado ânimo nos momentos menos bons.
Ao Ricardo Sá da empresa Edifícios Saudáveis, pelas sugestões formuladas. Ao Alexandre Varela por toda a informação prestada e opiniões formuladas.
Aos meus amigos, que directa ou indirectamente contribuíram para a finalização deste trabalho
Aos meus pais e irmãs, pela forma insuportável como me acompanharam e ajudaram. E sem os quais este trabalho não teria sido possível.
RESUMO
Este trabalho visa quantificar a influência de vários factores nas necessidades de aquecimento. -Orientação
-Zona climática
-Superfície de envidraçados -Características dos envidraçados -Factor de forma
Para a análise destes parâmetros elaborou-se uma base de dados com base em vários projectos (12 apartamentos e 5 moradias), os quais nos permitem tirar algumas conclusões sobre a influência das características climáticas e da envolvente nos ganhos gratuitos, inerentemente nas necessidades de aquecimento.
Para a análise dos primeiros quatro parâmetros referidos foram estudadas apenas 4 tipologias tipo I – Habitação unifamiliar individual com perdas pela cobertura, pelo pavimento térreo, e por todo o perímetro envolvente;
II – Habitação pertencente a um imóvel colectivo, localizada num piso intermédio (três fachadas em contacto com o exterior).
III – Habitação pertencente a um imóvel colectivo, localizada num piso intermédio (duas fachadas em contacto com o exterior).
IV – Habitação pertencente a um imóvel colectivo, localizada num piso intermédio (duas fachadas em contacto com o exterior), com perdas pelas paredes exteriores e pela cobertura. Para cada tipologia considerada inicia-se o cálculo fazendo variar o primeiro parâmetro (orientação), fixando-se os restantes três. Em seguida retomam-se os valores extremos do cálculo anterior, para os quais se liberta a variável seguinte, procedendo-se de igual modo para os restantes parâmetros.
Atendendo a que o cálculo das necessidades de aquecimento, exige o conhecimento dos seguintes parâmetros climáticos:
-Graus Dia durante o período de aquecimento -Numero de horas do período de aquecimento
-Radiação global recebida por uma superfície vertical orientada a sul, durante o período de aquecimento.
Fez-se a sua determinação para Portugal continental, por zona climática. Para isso, foram escolhidos nove concelhos de Portugal, correspondendo três à zona climática I1, três à zona climática I2 e três à zona climática I3.
Um dos factores que é analisado posteriormente é o factor de forma, sendo avaliada a sua influência para cada concelho adoptado. Para análise deste parâmetro são estudados os 12 apartamentos e as 5 moradias. Também é avaliada a influência das várias zonas climáticas no cumprimento do RCCTE, sendo adoptado um conjunto de medidas, sempre que haja um incumprimento deste.
PALAVRAS-CHAVE:zonas climáticas, orientação, factor de forma, características térmicas dos vidros, necessidades de aquecimento.
ABSTRACT
This work aims to quantify the influence of various factors on the need for heating. -Guidance
-Climate Zone -Glazing Surface -Glazing Features -Compactness
For the analysis of these parameters I created a database based on various projects (12 apartments and 5 dwelling), which enabled me to draw some conclusions about the influence of climatic characteristics and engaging in free earnings, inherently in the demand for heating.
For the analysis of the first four above parameters only 4 typology types were studied.
I- Single family dwelling with losses through the coverage, the ground floor and around the surrounding perimeter;
II- Houses belonging to a collective property, located in an intermediate floor (three fronts in contact with the outside world);
III-Houses belonging to a collective property, located in an intermediate floor (two fronts in contact with the outside world);
IV-Housing belonging to a collective, located in an intermediate floor (two fronts in contact with the outside world), with losses through the exterior walls and the coverage.
For each considered typology, it is initiated the calculation by varying the first parameter (guidance), setting up the other three. Then resume the extreme values of the previous calculation, for which is liberated the next variable, repeating the same procedure for the remaining parameters.
Since the calculation of the needs of heating, requires knowledge of the following climate parameters: -Grades day during the heating
-Number of hours of the period of warming
-Radiation overall received by a surface vertically oriented to the south, during the heating. I did their determination for continental Portugal, by climate zone. To this end, nine counties were chosen from Portugal, three corresponding to the climate zone I1, another three to climate zone I2 and the remaining three to climate zone I3.
One factor that is later analyzed is the factor of way, and its influence is assessed to each adopted county. For the analysis of this parameter the 12 apartments and the 5 dwellings were studied. It is also assessed the influence of the various climatic zones in compliance with RCCTE, and adopted a set of measures, whenever there is a default of this.
KEYWORDS: climatic zones, guidance, compactness, thermal characteristics of the glass, needs for heating.
ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS... i RESUMO... iii ABSTRACT... v
1. INTRODUÇÃO
...1 1.1.MOTIVAÇÃO...1 1.2.OBJECTIVOS...11.3.APRESENTAÇAO DO CONTEUDO DO TRABALHO...2
2. ESTADO DA ARTE
...32.1.REGULAMENTAÇAO TERMICA EM PORTUGAL...3
2.2.A IMPORTANCIA DO CLIMA...5
2.3.MUDANÇAS CLIMÁTICAS...7
2.4. DADOS CLIMATICOS DE INVERNO E A SUA ORIEGM...9
2.5.ZONAS CLIMATICAS...12
2.6. ORIENTAÇÃO SOLAR...18
2.7. FACTOR DE FORMA...22
2.8. A INFLUÊNCIA DO VIDRO NO CONSUMO DE ENERGIA EM EDIFICAÇOES...25
3. APLICAÇÃO DO REGULAMENTO
...293.1.CÁLCULO DAS NECESSIDADES ENERGÉTICAS...29
3.2.NECESSIDADES NOMINAIS DE AQUECIMENTO...30
3.2.1- PERDAS DE CALOR POR CONDUÇAO ATRAVES DA ENVOLVENTE QT...31
3.2.2 - PERDAS DE CALOR POR RENOVAÇAO DE AR QV...33
3.2.3 - GANHOS ÚTEIS DE CALOR QGU...33
3.3. DEFINIÇÃO DA BASE DE DADOS...36
3.4. CARACTERIZAÇÃO DOS FACTORES UTILIZADOS...36
4. ESTUDO DE SENSIBILIDADE SOBRE A INFLUÊNCIA
DOS VÁRIOS PARÂMETROS NAS NECESSIDADES DE
AQUECIMENTO
...394.1.ÂMBITO DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE...39
4.2.A INFLUÊNCIA DA ORIENTAÇÃO DOS EDIFICIOS...40
4.4. A INFLUÊNCIA DA SUPERFICIE DE ENVIDRAÇADOS... 48 4.5. A INFLUÊNCIA DO VIDRO... 54 4.6. FACTOR DE FORMA... 64 4.7.VARIAÇÃO DAS NECESSIDADES DE AQUECIMENTO COM OS GRAUS DIAS PARA APARTAMENTOS
... 66 4.8.INFLUÊNCIA DA INÉRCIA TÉRMICA NO CUMPRIMENTO DO RCCTE... 69 4.9.INFLUÊNCIA DO NÍVEL DE QUALIDADE E DA ORIENTAÇAO NO CUMPRIMENTO DO RCCTE PARA APARTAMENTOS... 72 4.10.VARIAÇÃO DAS NECESSIDADES DE AQUECIMENTO COM OS GRAUS DIAS PARA MORADIAS.. 74 4.11.INFLUÊNCIA DO NÍVEL DE QUALIDADE E DA ORIENTAÇAO NO CUMPRIMENTO DO RCCTE PARA MORADIAS... 78
5. CONCLUSÕES
... 836. BIBLIOGRAFIA
... 857. ANEXOS
... A1 7.1. QUADROS... A1 7.2.DESENHOS... A10ÍNDICE DE FIGURAS
Fig.1–Influência da localização nos edifícios ...6
Fig.2– Mapa hipsometrico de Portugal continental ...8
Fig.3– Valores médios anuais de temperatura média do ar (1961-1990) ...9
Fig.4– Precipitação media anual em Portugal continental (1961-1990) ...9
Fig.5–Curva de geração de valores horários da temperatura do ar...11
Fig.6– Gráfico do método graus dias ...12
Fig.7–Zona climática I1-V1 ...14
Fig.8–Zona climática I1-V2 ...14
Fig.9–Zona climática I1-V3 ...14
Fig.10–Zona climática I2-V1 ...15
Fig.11–Zona climática I2-V2 ...15
Fig.12–Zona climática I2-V3 ...15
Fig.13–Zona climática I3-V1 ...15
Fig.14–Zona climática I3-V2 ...15
Fig.15–Zona climática I3-V3 ...15
Fig.16–Zonamento climático de inverno (1990) ...17
Fig.17– Zonamento climático de inverno (2006) ...17
Fig.18– Zonamento climático de verão (1990) ...17
Fig.19–Zonamento climático de verão (2006) ...17
Fig.20 – Percursos do sol ao longo do ano...18
Fig.21 – Trajectória solar em função da latitude local...19
Fig.22– Esquema ilustrando a diferença do ângulo de incidência do sol consoante as estações do ano...19
Fig.23– Esquema ilustrando os ganhos solares consoante a orientação...20
Fig.24–Sistemas de ganho indirecto (parede trombe) ...21
Fig.25–Sistemas de ganho isolado (estufa) ...22
Fig.26–Representação esquemática de um desvão de cobertura não – habitado (espaço não útil) .23 Fig.27–Factor de forma em função do contacto, tamanho, forma ...24
Fig.28–Ni vs FF NI (RCCTE2006) ...25
Fig.29– Mecanismo de transferência térmica ...26
Fig.31– Factor de utilização dos ganhos térmicos, η, em função do parâmetro
γ
e da classe deinércia interior ... 35
Fig.32. Esquema ilustrativo da posição dos envidraçados ... 41
Fig.33 – Variação das necessidades de aquecimento com a orientação e área de envidraçados para tipologia II com envidraçados apenas numa fachada ... 42
Fig.34 – Variação dos concelhos com os graus dias para Zona Climática I1... 45
Fig.35 – Variação dos concelhos com os graus dias para Zona Climática I2... 46
Fig.36 – Variação dos concelhos com os graus dias para Zona Climática I3... 46
Fig.37 – Esquema ilustrativo do aumento de área de envidraçados ... 48
Fig.38 – Necessidades de aquecimento para a tipologia I em função da orientação, zona climática, percentagem de envidraçados e tipo de vidro ... 59
Fig.39 – Necessidades de aquecimento para a tipologia II em função da orientação, zona climática, percentagem de envidraçados e tipo de vidro ... 60
Fig.40 – Necessidades de aquecimento para a tipologia III em função da orientação, zona climática, percentagem de envidraçados e tipo de vidro ... 61
Fig.41 – Necessidades de aquecimento para a tipologia IV em função da orientação, zona climática, percentagem de envidraçados e tipo de vidro ... 62
Fig.42 – Variação das necessidades de aquecimento com o factor de forma e os graus dias para apartamentos ... 62
Fig.43 – Variação das necessidades de aquecimento com o factor de forma e os graus dias para moradias ... 64
Fig.44 – Variação das necessidades de aquecimento com o factor de forma e os graus dias ... 65
Fig.45 – Concelhos de Portugal Continental em função do número de graus dias ... 67
Fig.46 – Variação das necessidades de aquecimento necessárias em função do numero de graus dias para apartamentos ... 67
Fig.47 – Variação das necessidades de aquecimento regulamentares em função do numero de graus dias para apartamentos ... 68
Fig.48 – Influência dos graus e da inércia forte no cumprimento do RCCTE ... 68
Fig.49 – Influência dos graus dias e da inércia média no cumprimento do RCCTE... 69
Fig.50 – Perdas térmicas do apartamento (FE1) ... 70
Fig.51 – Perdas térmicas do apartamento (FF2) ... 70
Fig.52 – Perdas térmicas do apartamento (FF4) ... 70
Fig.53 – Perdas térmicas do apartamento (FF3) ... 71
Fig.54 – Perdas térmicas do apartamento (PT1) ... 71
Fig.55 – Perdas térmicas do apartamento (FE2) ... 71 Fig.56 – Influência do nível de qualidade N2 e dos envidraçados a sul no cumprimento do RCCTE para apartamentos
...72
Fig.57-Influência do nível de qualidade N3 e dos envidraçados a norte no cumprimento do RCCTE para apartamentos ...74
Fig.58 – Variação das necessidades de aquecimento necessárias em função do numero de graus dias para moradias ...75
Fig.59 – Variação das necessidades de aquecimento regulamentares em função do numero de graus dias para moradias ...75
Fig.60 – Influência dos graus dias no cumprimento do RCCTE para moradias ...76
Fig.61 – Perdas térmicas da moradia (PP1) ...76
Fig.62 – Perdas térmicas da moradia (PP2) ...77
Fig.63 – Perdas térmicas da moradia (PT2) ...77
Fig.64 – Perdas térmicas da moradia (PT3) ...77
Fig.65 – Perdas térmicas da moradia (NF2) ...78
Fig.66 – Influência do nível de qualidade N2 e dos envidraçados a sul no cumprimento do RCCTE para moradias...79
Fig.67 – Influência do nível de qualidade N3 e dos envidraçados a norte no cumprimento do RCCTE para moradias ...81
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 1 – Zonamento Climático de Inverno (Portugal continental) – Alterações em função da altitude
das localidades...13
Quadro2 – Zonamento Climático de Verão (Portugal continental) – Alterações em função da altitude das localidades...14
Quadro 3 – Comparação dos números de graus dias entre o RCCTE 1990 e o RCCTE2006...26
Quadro 4 – Performances de vidro utilizadas em fachada exteriores ...27
Quadro 5 – Necessidades de Aquecimento -balanços energéticos ...30
Quadro 6 – Lista de parâmetros considerados para a simulação de referência ...36
Quadro 7 – Tipologias das fracções ...40
Quadro 8 – Factor de orientação ...40
Quadro 9 – Variação das necessidades de aquecimento com a orientação e área de envidraçados para tipologia II com envidraçados apenas numa fachada...41
Quadro 10 – Possíveis orientações para as quatro tipologias analisadas ...43
Quadro 11 – Valores de Nic e de Ni para as várias orientações ...44
Quadro 12 – Necessidades de aquecimento para as várias tipologias em função da orientação e da zona climática...47
Quadro 13 – Necessidades de aquecimento para a tipologia I em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados...49
Quadro 14 – Necessidades de aquecimento para a tipologia II em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados...50
Quadro 15 – Necessidades de aquecimento para a tipologia III em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados...51
Quadro 16 – Necessidades de aquecimento para a tipologia IV em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados...52
Quadro 17 – Percentagens de áreas de envidraçados que optimizam as necessidades de aquecimento ...53
Quadro 18 – Características de vários envidraçados ...54
Quadro 19 – Necessidades de aquecimento para a tipologia I em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados e factor solar do vidro ...55
Quadro 20 – Necessidades de aquecimento para a tipologia II em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados e factor solar do vidro ...56
Quadro 21 – Necessidades de aquecimento para a tipologia III em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados e factor solar do vidro ...57
Quadro 22 – Necessidades de aquecimento para a tipologia IV em função da orientação e da zona climática, e percentagem de envidraçados e factor solar do vidro ... 58 Quadro 23 – Características dos envidraçados que optimizam as necessidades de aquecimento ... 63 Quadro 24,25,26,27 – Valores de coeficientes de transmissão térmica em função das zonas climáticas para vários níveis de qualidade ... 72,73,79 e 80 Quadro 28 – Valores correspondentes à simulação de referência ... A1 Quadro 29 – Valores correspondentes à simulação de referência ... A1 Quadro 30 – Valores correspondentes às figuras 42,43 e 44... A2 Quadro 31 – Valores correspondentes às figuras 58,59 e 60... A3 Quadro 32 – Valores correspondentes às figuras 58,59 e 60... A3 Quadro 33 – Valores correspondentes às figuras 46,47 e 48... A4 Quadro 34 – Valores correspondentes às figuras 46,47 e 48... A4 Quadro 35 – Valores correspondentes às figuras 46,47 e 48... A5 Quadro 36 – Valores correspondentes às figuras 46,47 e 48... A5 Quadro 37 – Valores correspondentes à figura 49 ... A6 Quadro 38 – Valores correspondentes à figura 49 ... A6 Quadro 39 – Valores correspondentes à figura 49 ... A7 Quadro 40 – Valores correspondentes à figura 49 ... A7 Quadro 41 – Valores correspondentes à figura 56 ... A8 Quadro 42 – Valores correspondentes à figura 56 ... A8 Quadro 43 – Valores correspondentes à figura 66 ... A9 Quadro 44 – Valores correspondentes à figura 57 ... A9 Quadro 45 – Valores correspondentes à figura 57 ... A10 Quadro 46 – Valores correspondentes à figura 67 ... A10
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
T (t) -Temperatura do ar (ºC)
Tw – Temperatura do termómetro molhado (ºC)
Ni – Necessidades de Aquecimento do edifício de referencia [KWh/m2.ano] Nic – Necessidades Anuais de Aquecimento do edifício [KWh/m2.ano] Nv – Necessidades de Arrefecimento do edifico de referencia [KWh/m2.ano] Nvc – Necessidades Anuais de Arrefecimento do edifico [KWh/m2.ano]
Nac – Necessidades de energia para preparação de águas quentes Sanitárias [KWh/m2.ano] Ntc – Necessidades nominais globais de energia primária [KWh/m2.ano]
Qt – Perdas de calor por condução através da envolvente do edifício [KWh] QV – Perdas de calor resultantes da renovação de ar [KWh]
Qgu – Ganhos de calor úteis, resultantes da iluminação, dos equipamentos, dos ocupantes e dos ganhos solares através dos envidraçados [KWh]
Qext – Perdas parcelares correspondentes à envolvente em contacto com o exterior [KWh]
Qlna – Envolvente em contacto com locais não aquecidos [KWh]
Qpe Perdas pelos pavimentos e paredes em contacto com o terreno [KWh]
Qpt – Perdas pelas pontes térmicas lineares [KWh]
Ev – Energia Eléctrica
Qs –Ganhos solares brutos através dos envidraçados [KWh]
Qi, – Ganhos internos brutos [KWh]
Ap – Área útil de pavimento do edifício/fracção autónoma [m2]
Uj– coeficiente de transmissão térmica do elemento j da envolvente (opaca ou envidraçada), [W/m2.ºC]
Aj– Área (medida pelo interior) do elemento j da envolvente, [m2];
GD – Número de graus dias [ºC. dias] da localidade em que o edifício se situa Aj– Área (medida pelo interior) do elemento j da envolvente, [m2];
ζ
- Coeficiente de redução das perdas térmicas para locais não aquecidosψ
-Ccoeficiente de transmissão térmica linear do elemento j em contacto com o terreno ou da ponte térmica linear j, [W/m. ºC]j
B -Desenvolvimento linear (medido pelo interior) do elemento j em contacto com o terreno, ou da ponte térmica linear j, [m];
Rph– Nº de renovações horárias do ar interior [h-1
]; Pd– Pé direito, [m];
ηv – Rendimento do eventual sistema de recuperação de calor
Pv – Somatório das potências eléctricas dos ventiladores instalados [W];
M – Duração convencional da estação de aquecimento [meses]
Gsul– Energia solar média mensal incidente durante a estação de aquecimento numa superfície vertical de área unitária orientada a Sul, [kWh/m2.mês
Xj – Factor de orientação para as diversas exposições j Asnj– Área efectiva do vão n segundo a orientação j, [m2]; A – Área total da janela (vidro mais caixilho), [m2];
Fh– Factor de sombreamento pelo horizonte;
Fo– Factor de sombreamento por elementos horizontais (palas, varandas)
Ff– Factor de sombreamento por elementos verticais (palas verticais, próprio edifício ou outros corpos)
Fg– Fracção envidraçada
Fw– Factor de correcção da selectividade angular dos envidraçados g⊥ – factor solar do conjunto vidro e protecção
qi – ganhos térmicos internos médios por unidade de área de pavimento útil
η - Factor de utilização dos ganhos térmicos N – Norte NE – nordeste NW – noroeste E – este W – oeste SE – sudeste SW – sudoeste S – sul N1-Nivel de Qualidade N1 N2 -Nível de Qualidade N1 N3 – Nível de Qualidade N1 N4 – Nível de Qualidade N1
SCI – Severidade Climática de Inverno SCV – Severidade Climática de Verão
INMG – instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica
1
INTRODUÇÃO
1.1.MOTIVAÇÃO
O conforto térmico nos nossos lares é muito importante para o nosso bem-estar e qualidade de vida. Para que consigamos ter essa qualidade de vida e bem-estar, a climatização tem que ser pensada desde o planeamento da habitação. A qualidade na construção é o primeiro passo para se ter uma casa confortável do ponto de vista térmico.
Sendo assim antes de um edifício se tornar consumidor de energia, para alcançar as condições de salubridade necessárias e para oferecer o conforto térmico aos seus utilizadores, ele pode transmitir para o seu interior o melhor que o clima oferece. Depois pode transformar a energia renovável do sol e de outras energias renováveis em energia útil, ou seja em energia que contribui para este conforto e para a realização das actividades necessárias, antes de recorrer às fontes de energia convencionais (gás natural e electricidade).
Se um edifício for projectado de maneira a tirar partido das condições ambientais, será possível haver uma minimização de sistemas de aquecimento e arrefecimento, minimizando assim a energia consumida nos edifícios e ajudando no combate dos problemas energéticos que cada vez mais nos preocupam, tendo em atenção o conforto interior.
As ferramentas da simulação térmica são pois um dos instrumentos mais poderosos, que possibilitam o teste de várias soluções propostas e a escolha daquela que apresenta a maior eficiência energética. Com base no RCCTE, é possível fazer uma análise de vários parâmetros que influenciam as necessidades de aquecimento, sendo possível obter a solução que apresente uma melhor eficiência energética.
Este projecto consiste assim numa análise de vários factores com base no RCCTE, que possibilitam a minimização das necessidades de aquecimento.
1.2.OBJECTIVOS
Os principais objectivos deste trabalho podem sintetizar-se da seguinte forma: Estudar a influência da zona climática na estação de aquecimento; Compreender a influência das várias orientações, no Inverno;
Analisar a variação da percentagem de envidraçados e sua disposição nos edifícios; Assimilar qual o conceito da forma dos edifícios, e a sua influência na estação de
Estudar a possibilidade de diferentes tipos de vidro, e sua actuação na estação de aquecimento;
Analisar um conjunto de medidas, para várias fracções, com vista ao cumprimento do RCCTE.
1.3.APRESENTAÇÃO DO CONTEUDO DO TRABALHO O texto encontra-se dividido em quatro partes:
A primeira parte (capitulo2), de carácter descritivo, pretende fazer uma reflexão acerca da evolução do RCCTE90, para o RCCTE2006. Também é feita uma análise geral de vários parâmetros que influenciam o comportamento dos edifícios para a estação de aquecimento, nomeadamente clima, orientação, forma do edifício, características térmicas dos vidros;
A segunda parte (capitulo 3) corresponde à descrição da metodologia de cálculo para as necessidades de aquecimento, sendo feita a caracterização da base de dados elaborada. São expostos vários parâmetros adoptados para o cálculo das necessidades exigidas pelo RCCTE2006;
A terceira parte (capitulo 4), diz respeito ao estudo de sensibilidade acerca de vários factores e a sua influência na estação de aquecimento. São analisados factores como a localização, orientação, superfície de envidraçados, características térmicas dos vidros e factor de forma. É feita também uma análise acerca de possíveis medidas que poderão ser implementadas, para que haja um cumprimento do RCCTE;
A quarta e última parte (capitulo 5), diz respeito às conclusões. É feita uma síntese de todos os resultados obtidos.
2
Estado da Arte
2.1.REGULAMENTAÇÃO TÉRMICA EM PORTUGAL
Desde 1991 que está em vigor o RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios - Decreto-Lei nº 40/90, de 6 de Fevereiro) que, após um arranque gradual ao longo de alguns anos, constitui hoje uma base de trabalho excelente.
Portugal foi dos últimos países da Europa comunitária a dispor de um regulamento sobre esta matéria, pelo que esta versão de 1990 reflecte a experiência adquirida noutros países atendendo à especificidade climática do nosso pais. Foi no entanto inovador nos aspectos ligados ao conforto no Verão, tendo sido o primeiro regulamento europeu a impor requisitos de protecção solar nos vãos envidraçados, para além da redução das necessidades de aquecimento e arrefecimento nos novos edifícios. [6]
O referido texto estabeleceu as regras a ter em conta nas grandes remodelações e no projecto de novos edifícios de forma a melhorar significativamente as condições de conforto térmico no interior dos mesmos, sem um acréscimo dos consumos de energia e, ainda, minimizar os efeitos patológicos nos elementos construtivos resultantes das condensações superficiais nos elementos da envolvente. Este documento determinava que:
Necessidades nominais de aquecimento (Nic)≤ Necessidades de aquecimento de referência (Ni) Necessidades nominais de arrefecimento (Niv) ≤ Necessidades de arrefecimento de referência (Nv)
A primeira versão do RCCTE foi considerada por alguns como pouco exigente mas, logo de início esteve sempre subjacente que, num prazo de 5 anos, o RCCTE seria objecto de revisão no sentido do aumento do grau de exigência. Este regulamento procurou, no entanto, ser um regulamento consensual e de fácil implementação e, cuja obrigatoriedade para licenciamento induzisse um interesse crescente na adopção de estratégias solares passivas e de conservação de energia.
Olhando para a construção no presente, pode-se dizer que esse objectivo foi plenamente conseguido, com a construção real a ultrapassar frequentemente os requisitos mínimos regulamentares.
Com o passar dos anos foi necessário proceder-se à revisão deste Regulamento. Relembremos que os edifícios já representam em Portugal cerca de 25% do consumo de energia total e cerca de 60 % do consumo eléctrico. Sendo assim a revisão do Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios veio dar resposta às mudanças efectuadas no nosso pais relativamente aos hábitos de consumo de energia no sector dos edifícios.
A versão de 2006 do RCTTE (Decreto-Lei nº 80/2006 de 4 de Abril de 2006) veio estabelecer requisitos de qualidade para os novos edifícios de habitação e de pequenos serviços sem sistemas de climatização, nomeadamente ao nível das características da envolvente (paredes, envidraçados, pavimentos e coberturas), limitando as perdas térmicas e controlando os ganhos solares excessivos. Esta versão continua a ter uma análise em separado das estações de aquecimento e de arrefecimento, mantendo requisitos existenciais em função de cada zona climática, tendo estas sido actualizadas com dados climáticos mais detalhados.
Passa a ter também em conta parâmetros, tais como o factor de forma do edifício e a permeabilidade ao ar das caixilharias e, quantifica de uma forma mais detalhada o efeito das pontes térmicas lineares e planas, tendo em vista uma melhor avaliação da qualidade térmica dos edifícios.
Este regulamento impõe ainda, limites aos consumos energéticos da habitação para climatização e produção de águas quentes, num claro incentivo à utilização de sistemas eficientes e de fontes energéticas com menor impacto em termos de consumo de energia primária.
A nova legislação determina também a obrigatoriedade da instalação de colectores solares e valoriza a utilização de outras fontes de energia renovável na determinação do desempenho energético do edifício. Pretende-se que sejam minimizadas as situações patológicas nos elementos de construção provocadas pela ocorrência de condensações superficiais ou internas, com potencial impacto negativo na durabilidade dos elementos da construção e na qualidade do ar interior.
O RCCTE define, ainda objectivos claros de provisão de taxas de renovação do ar adequadas que os projectistas devem obrigatoriamente satisfazer. Por outro lado, este regulamento impõe mecanismos mais efectivos de comprovação do cumprimento dos requisitos legais e aumenta o grau de exigência de formação profissional dos técnicos que podem vir a ser responsáveis pela comprovação dos requisitos deste regulamento, de forma a aumentar a sua competência e dar mais credibilidade e probabilidade de sucesso à satisfação dos objectivos pretendidos com este diploma.
Um dos aspectos pela qual foi necessário elaborar a revisão do RCCTE, foi a necessidade da implementação da Directiva Europeia, publicada a 4 de Janeiro de 2003, relativa ao desempenho energético dos edifícios-2002/91/CE, de 16 de Dezembro de 2002.
Segundo a Directiva, deverá dar-se prioridade a estratégias que contribuam para melhorar o comportamento térmico dos edifícios durante o Verão e desenvolver-se ainda mais as técnicas de arrefecimento passivo, principalmente as que permitem melhorar a qualidade do ambiente interior e o microclima em torno dos edifícios. Esta, estabelece ainda, que os Estados Membros deverão proceder à elaboração de Regulamentos que conduzam à redução dos consumos energéticos nos edifícios bem como à sua revisão periódica de 5 em 5 anos, se necessário, para actualização dos mesmos a fim de reflectirem o progresso técnico do sector. [6]
Na UE o consumo nos edifícios já representa cerca de 40 % dos consumos totais. A estes consumos estão naturalmente associados valores elevados de emissões de gases de efeito de estufa (GEE), que determinam um elevado peso no quadro de cumprimento nacional das obrigações decorrentes do Protocolo de Quioto. Uma das metas estabelecidas neste protocolo é que entre o ano de 2008 e 2012, os países desenvolvidos reduzam em 5% as suas emissões de gases causadores do efeito estufa. No sentido de fazer cumprir o protocolo de Quioto e suas metas de redução de emissão de gases poluentes por parte dos países industrializados, a maior parte dos 141 países que assinaram em 1997 o protocolo, levaram-nos a investigar e investir em sistemas de energias renováveis não poluentes, e em sistemas sustentáveis tanto a nível económico como ecológico.
Os países que assinaram o protocolo, e que estão obrigados a reduzir a emissão de gás carbónico são: Alemanha, Austrália, Áustria, Bielorussa, Bélgica, Bulgária, Canadá, Dinamarca, Espanha, Estados Unidos, Estónia, Federação Russa, Finlândia, França, Grécia, Hungria, Irlanda, Islândia, Itália, Japão, Letónia, Lituânia, Luxemburgo, Noruega, Nova Zelândia, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido da Grã-Bretanha e Irlanda do Norte, República Checa, Roménia, Suécia, Suíça, Turquia e Ucrânia. [18]
2.2.A IMPORTÂNCIA DO CLIMA
A correcta previsão do desempenho térmico e energético dos edifícios e a concepção adequada das disposições construtivas e dos sistemas que contribuem para a correcção natural ou artificial das respectivas condições higrotérmicas ambientais exigem, entre outros factores, o conhecimento das características climáticas dos locais de implantação desses edifícios.
Em regra, é por via do estabelecimento, em cada país, de dados climáticos de base com suficiente representatividade temporal e espacial que aquele objectivo é atingido de forma mais racional, evitando-se desse modo a necessidade de se proceder à sua obtenção em cada caso particular.
Como exemplos de domínios de estudos relativos aos edifícios que necessitam de informação climática, podem citar-se os seguintes:
Concepção geral dos edifícios, em termos de implantação, orientação, conformação geométrica da envolvente e soluções construtivas mais adequadas;
Dimensionamento de sistemas de climatização e previsão dos respectivos consumos, com eventual comparação de soluções alternativas;
Controlo dos consumos reais desses sistemas em função da severidade do clima, avaliando-se a sua eficiência;
Previsão das consequências económicas de diferentes acções de reabilitação energética de edifícios;
Estabelecimento de regras de qualidade térmica e de disposições normativas e regulamentares no mesmo âmbito, aplicáveis aos edifícios e respectivos sistemas de climatização
Simulação do comportamento térmico dos edifícios e do funcionamento dos sistemas de climatização
Ao longo dos séculos, a história mostra que o homem resolveu a problemática do habitat construído não isoladamente, mas dentro de um contexto urbano, segundo as características climáticas de cada região. As aldeias árabes, por exemplo, para se protegerem do calor, dos ventos quentes e carregados de pó e areia, e da secura do ar, constroem casas térreas, ruas sombreadas, e fachadas quase cegas e muito espessas, para se proteger da radiação solar directa e dos ganhos de calor. Por outro lado, as aldeias de clima quente e húmido, constroem casas sobre pilotis para isolar-se da humidade do solo e permitir a ventilação, “não só do edifício mas também do recinto urbano” (A.A.E., /s.d./, p.13) [16]. Com paredes leves e grandes aberturas, as casas são sombreadas por varandas ou largos beirais, que as protegem da incidência solar directa e das chuvas intensas. (FLEURY DE OLIVEIRA, 1989) [18]. Estes exemplos mostram a correcta prática do desenho “bioclimático” e da utilização dos materiais, que antes do desenvolvimento das tecnologias de climatização artificial, resolviam adequadamente o problema térmico “com recursos de forma, material, orientação e localização das edificações” (A.A.E., /s.d./, p.15.) [16], o que influenciou os estilos regionais.
Nas últimas décadas estes princípios foram postos de lado e por isso, hoje se recorre ao termo arquitectura bioclimática, na tentativa de resgatar esses conceitos. Os princípios da arquitectura bioclimática buscam conciliar a matéria, a forma e a energia, tirando partido de elementos estáticos, como localização geográfica e sítio, e elementos dinâmicos, como temperatura, ventos, humidade e radiação, utilizando ao máximo a energia de forma passiva, para assegurar o cumprimento dos requisitos de conforto ambiental preestabelecidos. (MASCARÓ, 1991.) [19].
O desenvolvimento tecnológico permitiu ao homem construir edifícios inovadores tanto na forma quanto nos materiais, suplantando as preocupações ambientais, já que a tecnologia viria a resolver os problemas e deficiências criados por essa nova arquitectura.
Muitas vezes antes de se pensar num único circuito sequer [nos edifícios inteligentes], é preciso extinguir todas as possibilidades que as tecnologias passivas oferecem, a saber: a correcta escolha dos materiais de construção opacos e translúcidos em função da forma; as condições climáticas locais; a forma; os edifícios vizinhos e sua influência no projecto; os quadrantes de maior radiação; os protectores solares exteriores; a possibilidade de captação da luz natural sem elevar excessivamente a carga térmica; a contribuição das cargas internas; a amplitude térmica local; a humidade relativa média do ar; a direcção e a velocidade dos ventos predominantes. (ROMERO, 1998) [17]
Qualquer edifício em Portugal deve adaptar-se simultaneamente às condições da estação de aquecimento e de arrefecimento, pelo que, em fase de projecto, os arquitectos deverão sintetizar estratégias diferentes e, por vezes, contraditórias; por exemplo os ganhos solares devem ser promovidos no Inverno e restringidos no Verão.
O projecto de um edifício solar bioclimático deverá começar por uma criteriosa escolha da implantação e da orientação do edifício, de forma a optimizar os ganhos solares no mesmo. Importa, já nesta fase, saber se o clima é favorável a esses ganhos solares nas diferentes estações do ano, e quais os cuidados a ter quanto às protecções solares no período de verão. [21]
Um dos factores chave para um design eficaz e eficiente é a compreensão de que não existe uma solução óptima e aplicável a todas as situações, mas sim, inúmeros mecanismos que devem ser seleccionados no sentido de se encontrar uma solução adequada para determinado local. Alguns dos factores que podem afectar esta escolha são o facto de o edifício ser urbano ou rural, se está localizado numa montanha ou numa planície, a quantidade de radiação solar recebida diariamente, etc.
2.3.MUDANÇAS CLIMÁTICAS
A evolução do clima da Terra nas três últimas décadas colocou o problema da mudança climática na agenda internacional. Especialmente a partir da última década do século XX, tornou-se clara uma tendência de aquecimento, ainda moderada mas já acima do nível usual de variabilidade interanual. De facto, os 5 anos mais quentes dos últimos 150 anos (1997,1998, 2001,2002 e 2003) foram observados na última década. O Verão de 2003 foi classificado como o mais quente da Europa nos últimos 500 anos, tendo-se traduzido em graves impactos na saúde pública e, no caso de Portugal, também na ocorrência da maior vaga de incêndios florestais.
A quebra sucessiva de recordes para a temperatura em diferentes regiões e a ocorrência de situações extremas de calor, com grande impacto económico e social, obrigou a generalidade da sociedade a olhar para o aquecimento global como um problema presente, a requerer estudo, monitorização e planeamento.
Observações meteorológicas realizadas em Portugal Continental e nas Regiões Autónomas dos Açores e Madeira indicam que o clima português sofreu, ao longo do século XX, uma evolução caracterizada por dois períodos de aquecimento, intercalados por um período de arrefecimento. Desde a década de 1970, a temperatura média subiu em todas as regiões de Portugal, a uma taxa de cerca de 0.5ºC/década, mais do dobro da taxa de aquecimento observada para a temperatura média mundial. Na generalidade das regiões portuguesas, observou-se uma subida mais intensa das temperaturas mínimas traduzida numa redução da amplitude térmica diária. Outras variáveis climáticas apresentam variações importantes, como é o caso da nebulosidade, da insolação e da humidade relativa, mostrando que o processo de aquecimento global é complexo na sua interacção com o ciclo da água. [26]
Pela Península Ibérica passa o limite entre dois grandes centros de acção da dinâmica da atmosfera: o das faixas de circulação de oeste (fluxo zonal) e o das altas pressões subtropicais. Este limite varia ao longo do ano e de ano para ano. No inverno, pode descer até latitudes de 30ºN, sendo o território varrido por massas de ar húmido, polar marítimo, originando precipitação acentuada pela passagem das frentes frias; se a circulação de oeste for menos forte, podem abrir-se corredores N-S por onde desce o frio setendrional até latitudes muito baixas, podendo originar precipitação no sul do país. No verão, o limite acima referido não ultrapassa os 45ºN, cedendo lugar às massas de ar anticiclónicas, subtropicais, que podem permanecer longitudinalmente sobre Portugal (BRITO, 1994). [1]
O clima, através do seu efeito na vegetação, divide Portugal. Tal como em Espanha, estão envolvidos três tipos de influências: atlântica, continental e mediterrânea. A atlântica é predominante, o que faz com que grande parte do país se insira na zona húmida na Península Ibérica. Isto é especialmente comprovado no noroeste, onde o clima é temperado e chuvoso.
Portugal Continental é uma região que se estende mais latitudinalmente do que longitudinalmente, distando as regiões mais interiores apenas cerca de 220 km do Oceano Atlântico, o que não obsta a que algumas dessas regiões apresentem características climáticas do tipo continental.
É um país com uma grande diversidade de soluções de design bioclimático – dada a relativa variedade do nosso clima – em parte reflectida, por exemplo, na nossa arquitectura popular.
Caso se pretenda por exemplo, construir uma casa no Minho, em Bragança ou Chaves onde o Inverno é por norma bastante exigente, é importante que o edifício esteja devidamente equipado para o frio. Se, por outro lado, for tida a intenção de comprar casa numa zona de clima ameno, como Almada ou Sines, por exemplo, já existe uma menor exigência das condições regulamentares.
Atendendo ao facto de Portugal apresentar um perfil climático variado ao longo da sua extensão, é importante reflectir sobre alguns factores como a temperatura do ar, a altitude e a quantidade de precipitação.
.
Fig.2 – Mapa Hipsométrico de Portugal Continental [1]
Em Portugal continental predominam as áreas de baixa altitude, com mais de 70% do território abaixo dos 400 metros e menos de 12% acima dos 700 metros. No entanto a repartição do relevo faz-se de uma forma desigual entre o Norte e o Sul.
A área a norte do Tejo compreende 95.4% das áreas superiores a 4000 metros, encontrando-se elevações acima dos 1000 metros apenas a 50Km do mar. A área a sul do Tejo possui 61.5% de terras baixas, inferiores a 200 metros; é uma região de planuras e planaltos médios, de extensas bacias fluviais e apenas uma serra que culmina a mais de 1000 metros, a serra de S. Mamede. [1]
É no interior do Norte que se encontram os pontos mais elevados do continente português -Serra da Estrela (1993 metros, o ponto mais alto do País Continental), Açor (1418 m), Gardunha (1227m), Lousã (1205m), Malcata (1142m) e Alvelos (1084m) entre o Mondego e o Tejo; Montemuro (1381m), Arada (1119m), Caramulo (1075m), Nave (1016m), e Leomil (1010m), entre o Mondego e o Douro; Montesinho (1600m), Larouco (1527m), Gerês (1508m), Peneda (1416m), Marão (1416m), Alvão (1330m), Nogueira (1320m), Cabreira (1279m), Coroa (1273m), Bornes (1199m), a Norte do Douro. [1]
Na área a sul do Tejo, o relevo apresenta características de pleneplanicie, com terrenos suavemente ondulados.
Para além do factor relevo referido anteriormente, é importante conhecer como se apresenta a temperatura e precipitação e como estas variam ao longo do continente Português.
Verificamos assim que as temperaturas elevadas estão associadas a zonas secas e as temperaturas baixas estão associadas a zonas húmidas. O litoral apresenta, em geral, menor amplitude térmica que o interior, devido à acção moderadora do Oceano Atlântico; no interior, pelo contrário, faz-se sentir de forma sensível um arrefecimento no Inverno e um forte aquecimento no Verão.
Comparando as diferenças de temperaturas com a altitude verifica-se que esta provoca um abaixamento térmico. Quanto maior for a altitude de um local maior será o abaixamento de temperatura.
2.4.DADOS CLIMÁTICOS DE INVERNO E SUA ORIGEM
Desde 1987 que o Instituto Nacional de Metereologia e Geofísica (INMG) e o Laboratório Nacional de Engenharia Civil decidiram empreender conjuntamente um projecto de investigação, que mereceu o apoio e o financiamento da Direcção Geral da Qualidade do Ambiente, com a finalidade de preparar
(ºC) >17.0 16.1-17.0 15.1-16.0 14.1-15.0 13.1-14.0 12.1-13.0 11.1-12.0 10.1-11.0 9.1-10.0 8.1-9.0 <8.1 (mm) >2.800 2.401-2.800 2.001-2.400 1.601-2.000 1.401-1.600 1.201-1.400 1.001-1.200 801-1.000 701-800 601-700 501-600 <501
Fig.3 – Valores médios anuais de temperatura média do ar em Portugal Continental (1961-1990) [2]
Fig.4 – Precipitação média anual em Portugal Continental (1961-1990) (1961-1990) [2]
e por à disposição dos eventuais interessados, informação útil para a realização dos mais diversos estudos.
São assim apresentados para várias localidades onde existem estações climatológicas, parâmetros como:
Graus dias de Aquecimento
Duração da estação de aquecimento
Os critérios mais recentes adoptados noutros países para o estabelecimento das temperaturas exteriores de projecto e dos números de graus dias e de graus horas de aquecimento recorrem a valores horários dos dados climáticos de base, designadamente da temperatura e da humidade do ar. A aplicação destes critérios no nosso país põe contudo alguns problemas, visto que apenas estão disponíveis em suporte informático valores horários dos referidos dados em onze estações climatológicas do Continente – Bragança, Viana do Castelo, Porto/Pedras Rubras, Penhas Douradas, Coimbra/ Geofísico, Portalegre, Lisboa/Portela, Évora, Beja e Faro. [10]
Procurou-se superar as limitações decorrentes do número reduzido de estações climatológicas com registos de valores horários da temperatura do ar, através da geração desses valores para as restantes estações, partindo dos valores máximos e mínimos diários registados em todas elas.
Para a geração de tais valores, adoptou-se o método proposto por P.Petricevic, depois de se introduzirem nele algumas adaptações às condições do país – nomeadamente no que respeita às horas de coerência dos valores extremos da temperatura do ar ao longo do dia – e de se ter testado, com resultados satisfatórios, a qualidade dos valores gerados para as estações com valores horários observados.
As equações utilizadas para a geração de valores foram:
1 1 1 1
180
( )
cos
(
)
2
2
X N X N N X NT
T
T
T
T t
t
H
H
H
+
−
=
−
−
−
(1) para HX ≤ ≤t 24+HN2 sendo: X T -Temperatura máxima do ar 1 N T -Temperatura mínima do ar 2 NT
-Temperatura mínima do ar do dia seguinteX
H -Hora da temperatura máxima
1
N
H -Hora da temperatura mínima
2
N
Estas equações traduzem-se graficamente por uma curva composta por dois ramos sinusoidais de períodos diferentes: um, entre a hora da temperatura mínima e a hora da temperatura máxima do dia, e o outro, entre esta e a hora da temperatura mínima do dia seguinte (figura 5).
As temperaturas máximas e mínimas consideradas para o traçado desta curva coincidem com os valores reais observados.
Fig.5 – Curva de geração de valores horários da temperatura do ar [10]
Para a obtenção de informação relativa à humidade do ar, utiliza-se um processo de geração de valores horários de temperatura do termómetro molhado (Tw) a partir da humidade absoluta do ar (
ρ
) a uma determinada hora de observação (9horas). Para isso, admite-se a constância da humidade absoluta do ar ao longo do dia e geram-se valores horários da temperatura do ar pelo método de Petricevic, calculando-se depois os valores horários de Tw através de uma função:TWi = f( , )
ρ
Ti (i=1,24)A geração destes valores permitiu que fosse assim possível a determinação do número médio de graus dias de aquecimento, o número médio de horas de aquecimento, e consequente zonamento climático que constitui Portugal.
Para cada dia, o número de graus dias de aquecimento (GD) define-se pela expressão:
24 1
(
) / 24
jGD
Tb Tj
==
∑
−
(2)Sendo Tb – temperatura de base Tj – temperatura do ar à hora j
Este parâmetro não é mais que um factor que caracteriza a severidade de um clima durante a estação de aquecimento e que é igual ao somatório das diferenças positivas registadas entre uma dada temperatura base e a temperatura do ar exterior durante a estação de aquecimento (RCCTE2006). As diferenças são calculadas com base nos valores horários da temperatura do ar (termómetro seco).
Fig6 – Gráfico do método graus dias *
Para um dado período que englobe vários dias – por exemplo um decénio, um mês ou um período mais alongado correspondente à estação de aquecimento o número de graus dias de aquecimento obtém-se pelo somatório dos valores deste parâmetro nos diversos dias daquele período.
Este parâmetro pode ser determinado para varias temperaturas bases, desde 15ºC,18ºC ou 20Cº. Actualmente o novo RCCTE define estes valores para uma temperatura base de 20ºC, ao contrário do RCCTE de 1990, em que estes parâmetros eram determinados para uma temperatura base de 15ºC O número de horas de aquecimento para uma determinada temperatura base, num dado período, é o número de horas desse período em que a temperatura do ar é inferior àquela temperatura base (20ºC). Estes valores para além de outras aplicações têm sido usados na estimativa das necessidades de aquecimento dos edifícios e na previsão dos consumos das instalações de aquecimento correspondentes.
Estes dados (graus dia e duração da estação de aquecimento) poderão ser consultados no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE 2006) para os vários concelhos de Portugal Continental (quadroIII.1).
2.5.ZONAS CLIMÁTICAS
Com base em factores como, graus dias e duração da estação de aquecimento, foi possível definir várias zonas climáticas para o continente e regiões autónomas.
As várias zonas climáticas do território nacional estão assim devidamente contempladas no Regulamento de Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE2006-quadroIII.1)
13 Muitas vezes em Portugal Continental, tem que se ter em conta a influência da altitude a que se situa uma dada localidade, assim como a sua proximidade à costa litoral.
Por isso após a consulta do quadro referente aos concelhos de Portugal Continental que se encontra exposto no RCCTE 2006 (quadroIII.1), deverão ser feitos eventuais ajustes em relação ao zonamento climático de Inverno e de Verão. Esses ajustes poderão ser consultados nos seguintes quadros III.2 e III.3 (RCCTE2006), ou nos quadros seguintes.
Quadro1* – Zonamento Climático de Inverno (Portugal continental) – Alterações em função da altitude das localidades Altitude, Z do local (m) Z> 400 Z≤600 Z> 600 Z≤1000 Z> 1000 Zona Climática de Inverno do Concelho (segundo o quadro III.1 (RCCTE)) Zona climática a considerar para a localidade Graus-dias (°C.dias) - Duração Est. aquec. (meses) Zona climática a considerar para a localidade Graus-dias (°C.dias) - Duração Est. aquec. (meses) Zona climática a considerar para a localidade Graus-dias (°C.dias) - Duração Est. aquec. (meses) I1 I1 Z+1500 - 6.7 I3 Z+1700 - 6.7 I3 Z+1900 - 8 I2 I2 Quadro III.1 (RCCTE) I3 Z+1700 - 7.3 I3 Z+1900 - 8 I3 I3 Quadro III.1 (RCCTE) I3 Quadro III.1 (RCCTE) I3 Z+1900 - 8
Quadro2* – Zonamento Climático de Verão (Portugal continental) – Alterações em função da altitude das localidades Altitude, Z do local (m) Z> 600 Z≤800 Z> 800 Z≤1000 Z> 1000 Z≤1200 Z> 1200 Zona Climática de Verão do Concelho (segundo o quadro III.1 (RCCTE)) Zona climática a considerar para a localidade Tempª ext. de Projecto (°C) Zona climática a considerar para a localidade Tempª ext. de Projecto (°C) Zona climática a considerar para a localidade Tempª ext. de Projecto (°C) Zona climática a considerar para a localidade Tempª ext. de Projecto (°C) V1 V1 Quadro III.1 (RCCTE) V1 30 V1 29 V1 27 V2 V2 Quadro III.1 (RCCTE) V1 31 V1 29 V1 27 V3 V3 33 V1 31 V1 29 V1 27
Atendendo aos nove pares de regiões climáticas definidas no RCCTE – conjugação de I1, I2 e I3 com V1, V2 e V3, é possível definir assim qual será a melhor orientação a adoptar para o edifício em estudo.
Observa-se assim que os conjuntos de concelhos com idênticas características de Inverno e de Verão, representam, na maioria dos casos, zonas geográficas bem definidas, conforme se pode verificar nas figuras seguintes (7,8,9,10,11,12,13,14,15) [3].
Fig.10-Zona climática I2-V1 [3] Fig.12-Zona climática I2-V3 [3]
Fig.13-Zona climática I3-V1 [3] Fig.14-Zona climática I3-V2 [3] Fig.15-Zona climática I3-V3 [3] Fig.11-Zona climática I2-V3 [3]
Como os edifícios são projectados para suportar condições de Verão e de Inverno, as regras adoptadas devem reflectir uma síntese das estratégias adequadas a considerar para cada uma dessas estações. Essas estratégias consistem em:
No Inverno
-Promover os ganhos solares e;
-Restringir as perdas por condução através da envolvente. No Verão
-Restringir os ganhos solares e;
-Restringir os ganhos por condução através da envolvente.
Desde logo se verifica que, enquanto relativamente à condução – perdas de calor no Inverno e ganhos no Verão –, as estratégias a implementar no edifício devem actuar no mesmo sentido para as duas estações, isto é, restringindo a transmissão de calor; já relativamente aos ganhos solares não existe uma estratégia comum; ou seja, sendo aconselhável promover esses ganhos no Inverno, é totalmente imperioso não o fazer no Verão. [11]
Assim, para que a arquitectura tenha em conta estas preocupações é necessário analisar cada uma das nove conjugações (Ix-Vy) possíveis. Sendo assim considera-se que a promoção dos ganhos solares e a restrição das perdas por condução através da envolvente são, no
Inverno:
- Importantes em I1; - Muito importantes em I2; - Importantíssimas em I3;
Já no que se refere ao Verão foi considerado que a restrição dos ganhos solares e dos ganhos por condução através da envolvente, é:
- Importante em V1; -Muito importante em V2; - Importantíssima em V3.
Fazendo uma comparação entre o RCCTE 1990 e o RCCTE 2006 verifica-se que houve assim uma alteração a nível de zonas, muito devido ao aumento do número de graus dias para cada uma das zonas (I1,I2,I3).
Quadro3 – Comparação dos números de graus dias entre o RCCTE 1990 e o RCCTE2006
1990(T base=15ºC) 2006(Tb=20ºC)
I1=400 ºC I1=940-1500 ºC
I2=800 ºC I2=1510-2100 ºC
I3=1600 ºC I3=2150-3000 ºC
Figura16-Zonamento climático de Inverno (1990) [13]
Figura 17-Zonamento climático de Inverno (2006) [13]
Figura 18-Zonamento climático de Verão (1990) [13]
Figura 19-Zonamento climático de Verão (2006) [13] I3 I2 I1 I3 I2 I1 V3 V2 V1 V3 V2 V1
2.6.ORIENTAÇÃO SOLAR
O Sol é uma fonte de luz e de calor por excelência, que pode e deve ser aproveitada em nossa casa. A disposição do edifício deverá por isso ir ao encontro do Sol e acompanhar o seu percurso ao longo do dia, nas diferentes estações do ano.
O sol tem assim um papel preponderante no conforto térmico em qualquer edifício, sendo que no Inverno constitui uma fonte de calor muito importante, contribuindo para o aumento da temperatura interior, constituindo no Verão uma fonte de calor a evitar, precisamente para evitar o aumento da temperatura interior dos edifícios.
É assim uma fonte de calor que importa compreender na sua interacção com os edifícios, quer em termos energéticos (valores de radiação solar), bem como em termos da sua posição, ao longo de todo o ano, para desta forma, melhor projectar o edifício na perspectiva aqui utilizada, ou seja, em termos bioclimáticos.
A energia solar depende de dois factores: a trajectória do Sol e a duração da exposição solar. Sendo o Sol a maior fonte de energia utilizada na arquitectura bioclimática, é muito importante ter uma ideia da sua trajectória e do número de horas de Sol recebidas ao longo do dia e do ano.
É a trajectória solar que define a duração da exposição solar, e o ângulo de incidência dos raios solares que determinam a intensidade da radiação. Segundo a definição, esta não é mais do que a energia radiante emitida pelo Sol, em particular aquela que é transmitida sob a forma de radiação electromagnética.
Geralmente incluem-se no estudo da geometria solar os efeitos de palas e sombreamento do edifício, bem como os efeitos sombreadores devidos aos edifícios vizinhos, e à forma circundante do espaço circundante (praças, ruas, avenidas, etc.)
A posição do sol relativamente a um ponto da Terra varia ao longo do dia e também ao longo do ano.
Fig.20-Percursos do sol ao longo do ano [3]
Um observador situado num ponto da superfície terrestre vê o sol tomar diferentes posições no seu horizonte visual durante o dia, devido ao movimento de rotação da terra em torno do eixo polar.
Também notará que no Verão o sol atinge posições “mais altas” que no Inverno devido ao movimento de translação em torno do sol.
Fig.21-Trajectoria solar em função da latitude local [31]
No hemisfério Norte (acima do trópico de Câncer), só há dois dias por ano em que o eixo de rotação da Terra é perpendicular ao plano do seu movimento em torno do Sol: o equinócio da Primavera e o equinócio do Outono. Nestes dias, o tempo de dia é exactamente igual ao tempo de noite e o Sol nasce precisamente a Leste e põe-se a Oeste.
Em Portugal, no solstício de Inverno (21 de Dezembro) o sol nasce relativamente próximo da orientação Sudeste e põe-se relativamente próximo da orientação Sudoeste, variando o ângulo de azimute do Nascer e do Pôr-do-Sol com a latitude do lugar. Neste dia, o ângulo de altura do Sol apresenta os valores mais baixos de todo o ano.
No solstício de Verão (21 de Junho) o sol nasce relativamente próximo da orientação Nordeste e põe-se relativamente próximo da orientação Noroeste, variando o ângulo de azimute do Nascer e do Pôr-do-Sol com a latitude do lugar. Neste dia, o ângulo de altura do Sol apresenta os valores mais altos de todo o ano. [3]
Verifica-se que a energia solar recebida por qualquer superfície pode chegar de três modos distintos: ou por radiação directa, a forma de radiação mais intensa, ou por radiação difusa, que no fundo é a radiação que foi difundida em todas as direcções pelas moléculas de ar e por partículas que compõem a atmosfera, ou ainda por radiação reflectida por outras superfícies.
O ganho solar directo é a forma mais simples de se conseguir aproveitar de forma passiva a energia solar. Pode consistir somente numa habitação com janelas orientadas a Sul, que no Inverno conseguem um ganho solar considerável desta forma, e que no Verão, em virtude de uma posição mais elevada do Sol na sua trajectória, e eventualmente até de um sombreamento sobre a janela, impedem o sobreaquecimento da habitação (ver figura 22).
O facto de um edifício se encontrar segundo uma determinada orientação ou outra, poderá ter influência nos respectivos ganhos solares e consequente intervenção nas necessidades de aquecimento.
Embora os sistemas de ganho directo sejam uma das soluções mais utilizadas nos edifícios, esta poderá não ser a única solução passiva a retirar proveito da radiação solar. Existem outros métodos nomeadamente as paredes trombes ou as estufas que também vêem o seu desempenho melhorado consoante a radiação solar recebida por estes. É de referir no entanto, que estes sistemas só serão eficazes se forem considerados ainda na fase de projecto, pois o seu dimensionamento depende directamente da localização e das condições climáticas da envolvente, pelo que, não existem fórmulas nem cálculos generalizados, sendo ainda as necessidades de aquecimento/ arrefecimento influenciadas também pelo contexto cultural e pelos materiais disponíveis localmente.
Parede Trombe
Neste tipo de sistema, a captação realiza-se através de um elemento que actua como acumulador de calor. A partir deste elemento o calor é cedido ao interior por convecção e condução pelo que gera, devido à inércia térmica, um retardo na transmissão e uma amortização na oscilação das temperaturas. Nestes sistemas, verifica-se um desfasamento da onda de calor transmitida para o espaço e o ciclo da radiação solar.
Assim, ao contrário do que se verifica nos sistemas de ganho directo (envidraçados), as propriedades de armazenamento e da inércia térmica das paredes solares não só impedem sobreaquecimento em dias de forte insolação, como possibilitam temperaturas amenas em eventuais dias de fraca radiação.
Estas paredes são pois, particularmente aconselháveis em climas e zonas com elevadas percentagem de radiação directa na estação fria.
Há vários tipos de paredes acumuladoras térmicas, embora a mais conhecida seja a “ parede trombe”, assim designada por ter sido desenvolvida em França por Félix Trombe. Esta parede, que é basicamente uma diminuta “estufa”, é constituída por um vidro exterior orientado a sul, uma caixa-de-ar e um muro de grande espessura e densidade,
frequentemente de betão, embora também se fabrique em tijolo. A função do conjunto é a captação e acumulação da energia captada pela irradiação solar.
O seu funcionamento é o seguinte: a radiação solar de onda atravessa o vidro e aquece o muro, produzindo-se o chamado efeito de estufa quando a radiação de onda larga emitida pelo muro não pode voltar a atravessar o vidro, aquece assim o ar que há na zona intermédia entre o vidro e a parede. Este espaço suporta grandes amplitudes térmicas a contribui assim para um ambiente mais ameno no interior do compartimento. No muro existem dois conjuntos de orifícios, um na parte superior e outro na parte inferior, para que quando o ar aqueça, ascenda por convecção natural e atravesse o muro pelos orifícios. O vazio que se forma na caixa-de-ar succiona através dos orifícios interiores do muro, o ar frio que se encontra estático no interior do edifício.
A fim de aumentar a sua capacidade de absorção da radiação solar, a superfície de parede exposta ao sol deve ser pintada de cor escura ou malte, a sua espessura varia consoante o material escolhido: 30 a 40 cm para betão e 25 a 35 cm para tijolo maciço, por exemplo. O painel de vidro deve situar-se entre 10 cm a 15 cm da parede. Desta forma cria-se o chamado ciclo convectivo que faz entrar o ar frio do interior do edifícios na caixa-de-ar, aquece-o, e volta a entrar no interior este.
No caso de não se pretender utilizar a estratégia de ventilação natural, a “energia” incidente irá sendo acumulada na parede durante o dia, e por condução será na parede durante o dia, e por condução será transmitida para o interior, demorando um tempo que depende da espessura da parede. Esta estratégia permite “armazenar” energia que estará disponível no período nocturno, estabilizando assim as temperaturas nesse espaço. Neste caso, estamos perante a denominada “parede de armazenamento”
Muitas vezes parte da energia absorvida pela parede é novamente transmitida por radiação e convecção para o vidro, e deste perdida para o exterior. Contra este efeito, pode prever-se a aplicação do lado exterior do vidro um estore, que alem de prevenir estas perdas térmicas, devendo para isso ser fechado logo que termine a radiação solar, desactiva a parede trombe no verão, (conservando-se fechado durante esse período).
Fig24. Sistemas de ganho indirecto (parede trombe)[3]
Estufas
Estes sistemas, cujos princípios térmicos são uma combinação dos que se verificam nos sistemas de ganho directo e indirecto, compõem-se de um espaço fechado coberto de vidro
