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Gestão de energia: 2008/2009
Aula # T10
Energia em edifícios
Prof. Miguel Águasmiguel.aguas@ist.utl.pt
Gestão de Energia
Consumo de energia em edifícios
O consumo de energia em edifícios já representa 38%
39%
28%
23%
10%
20 000
25 000Services
Domestic
Transportation
Industry (1)
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29%
33%
20%
18%
0
5 000
10 000
15 000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
(1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil.
Gestão de Energia
Consumo de energia em edifícios
Os edifícios consomem 63% da electricidade
48%
26%
26%
3 000
3 500
4 000Services
Domestic
Transportation
Industry (1)
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(1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil.
37%
29%
34%
26%
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Gestão de Energia
Consumo de energia em edifícios
Existem muitas formas de reduzir o consumo de
energia em edifícios
Redução da procura
Aumento da eficiência
Acções passivas Acções activas
Redução do desperdício
Acções de controle
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Acções passivas Acções activas
• Isolamento térmico• Ganhos/protecções
solares• Inércia térmica• Ventilação natural• Luz natural
• Electrom. eficientes• Lâmpadas eficientes• AVAC eficiente• Colectores solares• Energia fotovoltaica• Biomassa• Cogeração
Acções de controle
• Defesa ambiente• Sensib. energética• Melhor contagem• Maior controle• Gestão da tarifa
Gestão de Energia
Conforto térmico
Norma ISSO 7730: Estabelece que o conforto térmico é atingido quando menos de 10% dos ocupantes se sentem desconfortáveis, relacionando conforto térmico com balanço energético..
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Para se garantir conforto térmico é preciso haver equilíbrio entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido pelo corpo.
Gestão de Energia
Conforto térmico
O conforto térmico depende de factores individuais:
� Actividade
� Vestuário
e factores ambientais:
� Temperatura do ar
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� Humidade relativa do ar
� Velocidade do ar
� Temperatura das paredes
Gestão de Energia
Conforto térmico
Baseia-se na equação de conforto térmico
S =M-W
-{3.05e-3*(5733-6.99(M-W)-pvap)}{ }
Acumulação de Calor
Metabolismo e trabalho
Difusão de vapor
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-{0.42*((M-W)-58.15)}-{1.7e-5*M(5867- pvap)}-{0.0014*M(34- Tar)}-{3.96e-8* fvest((Tvest+273)
4-(Trad+273)4)}
-{fvest*h*(Tvest-Tar)}
Transpiração
Respiração latente
Respiração sensível
Radiação
Convecção
Gestão de Energia
Conforto térmico
Pelo custo dos equipamentos de controle dos factores ambientais e actual impossibilidade de controlar os factores individuais,
Conforto é, na prática:
•Manter a temperatura do ar entre 20 e 25ºC
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e, quando há controle da humidade:
•Manter a humidade relativa do ar entre 40 e 60%
Esta associação de conforto às propriedades psicrométricas do ar está na base da maioria dos sistemas de AVAC.
Gestão de Energia
Clima
Radiação solarRadiação extra-atmosférica média:
Constante solar (S0) = 1353 W/m2
Movimento translação elíptico implica numa variação de ±3%:
Mas o efeito principal vem do ângulo de declinação:
)calendario de dia o é(n 2365
10cos03344.010
−×+= π
nSS
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Mas o efeito principal vem do ângulo de declinação:
Gestão de Energia
Clima
Radiação solarRadiação solarO movimento aparente do Sol é descrito pelos ângulos: O movimento aparente do Sol é descrito pelos ângulos:
••azimute azimute
••altitudealtitude
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Gestão de Energia
Clima
Radiação solarRadiação solarValores:Valores:
RADIAÇÃO SOLAR - LISBOA Julho/1989
0
200
400
600
800
1000
1200
W/m
2
Global -Dia 15
Global Mês
Difusa -Dia 15
Difusa -Mês
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0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Horas do dia
Radiação Solar Global - LISBOA
0
50
100
150
200
250
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
kWh/mês
European Commission: PVGIS Solar Irradiance Data
Gestão de Energia
Clima
Temperatura exterior de projecto
Objectivo: Dimensionamento dos equipamentosA temperatura exterior de projecto é calculada com base numa probabilidade acumulada de ocorrência de 99%, 97.5%, 95% e 90%.
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90%.Uma probabilidade acumulada de ocorrência de 99% significa que, no Verão, a temperatura indicada apenas é excedida, em termos probabilisticos, 1% do tempo, ou seja, 30 horas por ano.
Lisboa
(Verão)
Probabilidade Acumulada de Ocorrência Temperatura de Projecto (ºC)
90% 27
95% 29.4
97.5% 31.4
99% 33.3
Gestão de Energia
Clima
Graus-dia
Objectivo: Previsão do consumo anualOs Graus-dia calcula-se por:
Onde:
∑∑>==
−==
24
se;1i
aquec. de Dias
1iianual 24
onde jb TTj
jb TTGDGDGD
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Onde:
•Tb é a temperatura interior pretendida
•Tj é a temperatura exterior à hora j
Os Graus-dia são calculados para todo um ano. Por exemplo, para Lisboa, para Tb=20ºC, os graus dia de aquecimento são de 1190ºC.dia. Sabendo que a estação de aquecimento tem 6 meses (180 dias), a média de GD diários (GDi) será de 6,6ºC.
Gestão de Energia
Projecto AVAC
MetodologiaMetodologia
Projecto de
arquitectura
Cálculo das
cargas térmicas
Sistema de
climatização
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• Isolamentos térmicos• Orient. das fachadas• Vãos envidraçados• Sistemas activos• Inércia térmica
• Renovação do ar• Condições de conforto• Ocupação• Iluminação e equip.• Águas quentes san.• Pot. de aquecimento• Pot. de arrefecimento
• Central técnica• Unidade de produção• Sistema de distribuição• Unidades terminais• Manual de manutenção
Gestão de Energia
Projecto AVAC
Produção de frio
O equipamento mais comum para a produção de frio é o chiller de compressão, que consome electricidade e tem COP=3 a 5.
Trata-se de um ciclo frigorifico, que
refrigera um caudal de água no
evaporador de 10ºC para 7ºC.
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evaporador de 10ºC para 7ºC.
O calor é dissipado no condensador
de forma directa (aerocondensadores)
ou por torre de refrigeração
(circuito de água)
Alternativamente existe o chiller de absorção, que consome calor e tem COP=0,6 a 1,0
Aplica-se em situações de disponibilidade de calor (p.e. cogeração).
Gestão de Energia
Projecto AVAC
Acumulação de frio
Tem por objectivo tirar partido da electricidade ser mais barata durante a noite
Os sistemas de acumulação são geralmente de tanques de gelo, tendo porbase a significativa entalpia de congelação da água, 333 kJ/kg, ao qualacresce cerca 40 kJ/kg, de variação de 10ºC da temperatura.
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acresce cerca 40 kJ/kg, de variação de 10ºC da temperatura.
Durante a noite o chiller carrega o tanque. Durante o dia o edifício recebe frio do tanque, estando o chiller desligado.
Energeticamente, a acumulação:
�Perde por necessitar de uma menor temperatura de evaporação pois em lugar de arrefecer um caudal de água para 7ºC, tem que congelar a água do tanque e porque existem ganhos térmicos através da superfície.
�Ganha porque o chiller trabalhando de noite necessita de uma menor temperatura de condensação.
Gestão de Energia
Projecto AVAC
Produção de calor
O equipamento mais comum para a produção de calor é a caldeira de água quente.
A caldeira geralmente queima
gás natural com rendimentos
da ordem dos 90% a 95%.
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da ordem dos 90% a 95%.
A água é aquecida na caldeira
de 60ºC para 80ºC.
Alternativamente, o calor pode ser produzido por uma bomba de calor, mas apenas quando as temperaturas da água são menores.
Gestão de Energia
Projecto AVAC
Sistemas de distribuiçãoO sistema de climatização mais comum basea-se numa rede de 4 tubos (ida e retorno de água quente e ida e retorno de água gelada) e unidades de tratamento de ar, UTA.
A UTA aspira ar do espaço clima-
tizado, misturando-o com ar
novo. Esta mistura é filtrada,
Bateria
arrefecimen
to
Bateria
aque
cimen
to
Filtro
Ventilador
Chu
veiros
AR NOVOAR
INSUFLADOBateria
arrefecimen
to
Bateria
aque
cimen
to
Filtro
Ventilador
Chu
veiros
AR NOVOAR
INSUFLADO
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novo. Esta mistura é filtrada,
arrefecida (aquecida e/ou humidi-
ficada) e insuflada no espaço.
O excesso de ar (aspiração menor
que insuflação) pressuriza o espaço
saindo ar por aberturas nas portas,
climatizando os corredores, ou por aberturas nas luminárias.
Alternativamente, a climatização pode ser feita por pavimento/tecto radiante.
CHILLER CALDEIRA
AR RECIRCULADOÁGUA
ÁGUA Q
UENTE
ÁGUA G
ELADA
CHILLER CALDEIRA
AR RECIRCULADOÁGUA
ÁGUA Q
UENTE
ÁGUA G
ELADA
Gestão de Energia
Projecto AVAC
Sistemas de distribuição (UTA dedicada)
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Gestão de Energia
Regulamentação
Sistemas de distribuição Sistemas de distribuição
(UTA climatiza incorrectamente 2 espaços)(UTA climatiza incorrectamente 2 espaços)
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