comportamento tÉrmico de diferentes soluÇÕes … · palavras-chave: envolvente opaca vertical,...

COMPORTAMENTO TÉRMICO DE DIFERENTES

SOLUÇÕES DE ENVOLVENTE OPACA VERTICAL EM

EDIFÍCIOS

Pedro Miguel Esteves Nunes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientadores:

Profª. Drª. Maria da Glória de Almeida Gomes

Profª. Drª. Maria Cristina de Oliveira Matos Silva

Júri

Presidente: Profª. Drª. Ana Paula Patrício Teixeira Ferreira Pinto França de Santana

Orientadora: Profª. Drª. Maria da Glória de Almeida Gomes

Vogal: Prof. Dr. António Heleno Domingues Moret Rodrigues

Outubro de 2014

iii

Agradecimentos

Uma dissertação de mestrado, embora represente o trabalho efectuado por uma

pessoa, acaba sempre por envolver outras pessoas, que com maior ou menor influência,

interferiram positivamente para a realização deste trabalho.

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer a toda a minha família, por toda a ajuda

prestada ao longo destes anos, quer pela força e a motivação que sempre me transmitiram,

pois sem a sua contribuição não teria chegado até aqui.

Um agradecimento também especial à Carolina, pela presença, companhia, ajuda,

motivação, alegria e amor que sempre demonstraste e essencialmente por tudo aquilo que

representas para mim.

Agradeço também a todos os meus colegas, por todo o companheirismo e

camaradagem ao longo deste percurso, em particular, ao Francisco Vale, ao Miguel Ribeiro e

ao Bernardo Silva, uma vez que sem a sua contribuição não seria a mesma coisa. Aos meus

“colegas de casa”, que durante vários anos partilharam comigo o mesmo espaço, fazendo-me

sentir realmente em casa, e a todos os meus amigos, pelo apoio e companhia sempre

prestados, o meu muito obrigado.

O meu agradecimento, também especial, para ambas as orientadoras científicas,

Professora Maria da Glória Gomes e Professora Cristina Matos Silva, em primeiro lugar, por

aceitarem orientar-me na realização deste trabalho, e em segundo lugar, pela colaboração,

empenho, dedicação e disponibilidade demonstrada, que muito contribuíram para o

desenvolvimento da dissertação.

Por fim, permitam-me dedicar esta dissertação ao meu primo Diogo, companheiro e

amigo de infância, que apesar de nos abandonares demasiado cedo, permanecerás sempre na

minha memória.

v

Resumo

O aumento do consumo de energia e o consequente aumento dos impactes ambientais

associados, faz com que a necessidade de poupança energética se torne cada vez mais

importante nos dias de hoje.

Sabendo que os edifícios de habitação correspondem a uma elevada parcela nos

consumos energéticos, tem-se procurado aplicar soluções construtivas que minimizem o

consumo de energia associado à climatização dos edifícios.

Dado que os elementos opacos ocupam uma grande parte da envolvente das

habitações, são elementos altamente propícios à ocorrência de trocas de calor. Desta forma, é

conveniente efectuar-se uma comparação entre inúmeras soluções construtivas, relativamente

a paredes de fachada, por forma a avaliar o seu comportamento térmico.

Para determinação dos resultados para as diferentes soluções de fachada

consideradas, recorreu-se ao programas EnergyPlus, como ferramentas de simulação

dinâmica, e ao GoogleSketchUp como auxiliar no introdução de diversos parâmetros

necessários para obtenção de resultados de forma mais célere.

Além da comparação dos resultados da simulação, optou-se por fazer uma análise

comparativa com os resultados obtidos pelo método de cálculo preconizado pelo RCCTE, na

qual se pode concluir que, relativamente às necessidades nominais de energia útil de

aquecimento e arrefecimento, os valores obtidos são de grandezas semelhantes.

Numa parte introdutória faz-se uma breve exposição sobre o balanço energético dos

edifícios, passando-se em seguida a uma fase de descrição dos recursos e pressupostos

utilizados para a elaboração do trabalho, apresentando-se, na parte final, os resultados dos

estudos efectuados.

Em termos gerais, o presente estudo permitiu compreender o peso que os elementos

da envolvente opaca possuem no desempenho térmico dos edifícios, situação que torna cada

vez mais importante a consideração de soluções construtivas adequadas, capazes de reduzir o

consumo energético dos edifícios.

Palavras-Chave: Envolvente opaca vertical, EnergyPlus, GoogleSkechUp, RCCTE,

Desempenho térmico, Necessidades de energia útil.

vii

ABSTRACT

The increase of energy consumption and the consequent increase of its environmental

impacts, makes the need of energetic savings even more important nowadays.

Knowing that residential buildings account for a high share in energy consumption,

we’ve been trying to employ constructive solutions which minimize the energy consumption

associated to buildings cooling.

Since the opaque elements occupy a big part of the house’s surroundings, these

elements are highly propitious to the occurrence of heat exchanges. Thus, it is advisable to

make a comparison between several constructive solutions, concerning facade walls, so that we

can evaluate its thermal behavior.

In order to define the results for the different facade solutions that were considered, we

resorted to EnergyPlus programs as tools of dynamic simulation and to GoogleSkecthUp to help

the introduction of several needed parameters to obtain results more quickly.

Besides the comparison of the simulation results, we decided to make a comparative

analysis with the results obtained by the calculus method recommended by RCCTE, in which

we conclude that, regarding the nominal needs of useful energy of heating and cooling, the

obtained values are similar when it comes to magnitude.

In the introductory part there’s a short presentation about the energetic balance of

buildings, after that, there’s the description of the resources and assumptions used in the

preparation of this work, and lastly, in the final part, the results of the studies.

To sum up, it should be noted the importance of the elements of the opaque

surrounding on the thermal performance of buildings, a situation that increase the importance of

appropriate design solutions that can reduce the energy consumption of buildings.

Keywords: Vertical opaque involving, EnergyPlus, GoogleSkechUp, RCCTE, Thermal

performance, Useful energy needs.

ix

Índice

1. Introdução ............................................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento ................................................................................................................ 1

1.2 Objectivos ......................................................................................................................... 2

1.3 Metodologia ..................................................................................................................... 2

1.4 Estrutura do trabalho ....................................................................................................... 3

2. Comportamento térmico dos edifícios .................................................................................... 5

2.1 Processos de transmissão de calor .................................................................................... 5

2.1.1 Condução .................................................................................................................... 6

2.1.2 Convecção .................................................................................................................. 7

2.1.3 Radiação ..................................................................................................................... 7

2.2 Coeficiente de transmissão térmica .................................................................................. 8

2.3 Balanço energético ............................................................................................................ 8

3. Soluções de fachada .............................................................................................................. 11

3.4 Evolução das soluções construtivas ................................................................................ 11

3.5 Soluções de fachada mais adoptadas em Portugal ......................................................... 14

3.6 Caracterização das diferentes soluções de fachada adoptadas ...................................... 16

3.7 Análise comparativa das soluções de parede de fachada estudadas ............................. 37

3.7.1 Processo construtivo ................................................................................................ 37

3.7.2 Aplicações ................................................................................................................. 37

3.7.3 Coeficiente de transmissão térmica ......................................................................... 38

3.7.4 Vantagens e desvantagens ....................................................................................... 39

4. EnergyPlus ............................................................................................................................. 41

4.1 Campos de entrada EnergyPlus (Input) ........................................................................... 42

4.1.1 Simulation Parameters ............................................................................................. 42

4.1.2 Location and Climate ................................................................................................ 43

4.1.3 Schedules .................................................................................................................. 44

4.1.4 Surface Construction Elements ................................................................................. 44

4.1.5 Thermal Zones and Surface ...................................................................................... 45

4.1.6 Internal Gains ........................................................................................................... 62

4.1.7 Zone Airflow .............................................................................................................. 63

4.1.8 Zone HVAC Equipment Connections ......................................................................... 63

4.1.9 Zone HVAC Controls and Thermostats...................................................................... 63

x

4.2 Campos de saída EnergyPlus (Output) ............................................................................ 65

4.2.1 Variáveis solicitadas ao programa ............................................................................ 66

4.2.2 Simulação EnergyPlus ............................................................................................... 66

4.2.3 Visualização de resultados ....................................................................................... 68

5. Descrição e avaliação dos consumos energéticos da solução de referência ........................ 73

5.1 Estação de aquecimento (Inverno) ................................................................................. 75

5.2 Estação de arrefecimento (Verão)................................................................................... 81

5.3 Conclusões do capítulo .................................................................................................... 85

6. Análise de Resultados ............................................................................................................ 87

6.1 Influência do tipo de isolamento térmico ....................................................................... 87

6.2 Influência da posição do isolamento térmico ................................................................. 89

6.3 Soluções a analisar .......................................................................................................... 91

6.3.1 Estação de aquecimento .......................................................................................... 91

6.3.2 Estação de arrefecimento ........................................................................................ 99

6.3.3 Comportamento global das soluções construtivas ................................................ 106

7. Análise do impacto da arquitectura, orientação solar e localização no comportamento

térmico ...................................................................................................................................... 107

7.1 Localização (zonas climáticas) ....................................................................................... 107

7.1.1 Estação de aquecimento ........................................................................................ 108

7.1.2 Estação de arrefecimento ...................................................................................... 108

7.2 Orientação solar ............................................................................................................ 109

7.2.1 Estação de aquecimento ........................................................................................ 110

7.2.2 Estação de arrefecimento ...................................................................................... 111

7.3 Área de envidraçados .................................................................................................... 112

7.3.1 Estação de aquecimento ......................................................................................... 112

7.3.2 Estação de arrefecimento ....................................................................................... 113

7.4 Condições de fronteira do pavimento e cobertura ....................................................... 114

7.4.1 Pavimento ............................................................................................................... 114

7.4.2 Cobertura ................................................................................................................ 115

8. Conclusões ........................................................................................................................... 119

Referências bibliograficas ......................................................................................................... 122

ANEXOS

xi

Índice de figuras

Figura 2.1 - Transmissão de calor através de um elemento da construção (Moret et al,2009). .. 8

Figura 2.2 – Balanço térmico (Moret et al., 2009). ....................................................................... 9

Figura 2.3 – Expressão qualitativa do balanço térmico (adaptado de Roussado, 2008). ............. 9

Figura 3.1 - Corte ilustrativo de parede de alvenaria de pedra natural. ..................................... 12

Figura 3.2 - Corte ilustrativo de parede simples de tijolo maciço. .............................................. 12

Figura 3.3 - Corte ilustrativo de parede dupla. ........................................................................... 13

Figura 3.4 - Corte ilustrativo de parede dupla com isolamento. ................................................ 14

Figura 3.5 – Distribuição dos edifícios em Portugal, segundo o tipo de estrutura da construção.

(Fonte: INE (Censos2011)) ........................................................................................................... 15

Figura 3.6 - Número de edifícios, segundo a época de construção, por tipo de estrutura da

construção. (Fonte: INE (Censos2011)) ....................................................................................... 16

Figura 3.7 – Solução de parede de adobe (corte). ...................................................................... 20

Figura 3.8 – Solução de parede simples de alvenaria de pedra (corte). ..................................... 21

Figura 3.9 - Solução de parede simples de fardos de palha (corte). ........................................... 22

Figura 3.10 - Solução de parede de tijolo maciço (corte). .......................................................... 23

Figura 3.11 - Solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem isolamento (corte). .. 24

Figura 3.12 - Solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente

preenchida com isolamento térmico (corte). ............................................................................. 25

Figura 3.13 - Solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente


Figura 3.14 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo interior

(corte). ......................................................................................................................................... 27

Figura 3.15 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior,

tipo ETICS (corte). ........................................................................................................................ 28

Figura 3.16 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento pelo exterior, tipo

fachada ventilada (corte). ........................................................................................................... 29

Figura 3.17 - Solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento pelo

interior (corte). ............................................................................................................................ 30


exterior, tipo ETICS (corte). ......................................................................................................... 30


exterior, tipo fachada ventilada (corte). ..................................................................................... 30

Figura 3.20 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente sem isolamento térmico

(corte). ......................................................................................................................................... 31

Figura 3.21 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar

totalmente preenchida com isolamento térmico (corte). .......................................................... 31

Figura 3.22 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar

parcialmente preenchida com isolamento térmico (corte). ....................................................... 31

Figura 3.23 - Solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo

interior (corte). ............................................................................................................................ 32


exterior, tipo ETICS (corte). ......................................................................................................... 32

xii


exterior, tipo fachada ventilada (corte). ..................................................................................... 32

Figura 3.26 - Solução de parede dupla de blocos de betão leve sem isolamento térmico (corte).

..................................................................................................................................................... 33

Figura 3.27 - Solução de parede dupla de betão leve com a caixa-de-ar totalmente preenchida

com isolamento térmico (corte). ................................................................................................ 33

Figura 3.28 - Solução de parede dupla de betão leve com a caixa-de-ar parcialmente


Figura 3.29 - Solução de parede simples de blocos de betão celular autoclavado (corte). ........ 34

Figura 3.30 - Solução de parede de painel pré-fabricado homogéneo (corte). .......................... 35

Figura 3.31 - Solução de parede de painél pré-fabricado tipo sandwich (corte). ....................... 35

Figura 3.32 - Solução de parede de painel pré-fabricado com caixa-de-ar (corte). ................... 36

Figura 3.33 - Solução de parede de painél pré-fabricado contendo elementos vazados (corte).

..................................................................................................................................................... 36

Figura 3.34 - Solução de parede pré-fabricado misto (corte). .................................................... 36

Figura 4.1 – Arquivo de entrada do EnergyPlus (IDF Editor). ...................................................... 42

Figura 4.2 – Grupo Simulation Parameters ................................................................................. 43

Figura 4.3 – Introdução das características dos materiais no campo Material. ......................... 45

Figura 4.4 – Definição dos materiais que compõem as superfícies no campo Construction. ..... 45

Figura 4.5 – Interacção entre os programas Google SketchUp, OpenStudio e EnergyPlus

(adaptado de https://openstudio.nrel.gov). ............................................................................... 46

Figura 4.6 – Barra de ferramentas do OpensStudio, que através do ambiente SketchUp,

interage com o EnergyPlus. ......................................................................................................... 47

Figura 4.7 – Ferramenta para guardar projecto com .idf. ........................................................... 47

Figura 4.8 – Ferramenta que possibilita guardar como ficheiro idf com nome diferente. ......... 47

Figura 4.9 – Feramenta para abrir ficheiro .idf. .......................................................................... 48

Figura 4.10 – Ferramenta Paint Bucket. ...................................................................................... 48

Figura 4.11 - Opção “New Zone” da barra de ferramentas e origem da Zona seleccionada. ..... 48

Figura 4.12 – Representação da zona criada. ............................................................................. 49

Figura 4.13 – Campo de entrada para possível alteração da origem da zona no IDF Editor. ..... 49

Figura 4.14 – Zona seleccionada. ................................................................................................ 50

Figura 4.15 – Selecção da zona através da opção Show Outliner Window. ................................ 50

Figura 4.16 – Criação do piso através da ferramenta “Rectangle”, atribuindo as dimensões que

se desejar. ................................................................................................................................... 51

Figura 4.17 – Exemplo para a ordem de entrada dos vértices na parede Este (adaptado de

Input Output Reference,2010). .................................................................................................... 51

Figura 4.18 – Criação do volume (paredes e tecto). ................................................................... 52

Figura 4.19 – Representação dos eixos x, y e z, juntamente com o eixo Norte (Input Output

Reference,2010). ......................................................................................................................... 52

Figura 4.20 – Rotação aplicada ao edifício. ................................................................................. 53

Figura 4.21 - Alteração da rotação através do IDF Editor. .......................................................... 53

Figura 4.22 - Janela Object Info para o edifício. .......................................................................... 54

Figura 4.23 - Janela Object Info para uma superfície. ................................................................. 54

Figura 4.24 - Divisão de uma superfície em duas. ....................................................................... 55

Figura 4.25 - Criação de sub-superfícies. .................................................................................... 56

xiii

Figura 4.26 - Alteração do tipo de sub-superfície. ...................................................................... 56

Figura 4.27 - Introdução das características dos vidros pelo IDF Editor, no campo

WindowMaterial:Glazing. ........................................................................................................... 57

Figura 4.28 - Introdução do tipo de gás que compõe o vão envidraçado, no campo

WindowMaterial:Gas. ................................................................................................................. 57

Figura 4.29 - Introdução das características do material utilizado nos dispositivos de

sombreamento, no campo WindowMaterial:Shade. .................................................................. 58

Figura 4.30 - Introdução das propriedades dos dispositivos de sombreamento, através do IDF

Editor, no campo WindowProperty:ShadingControl. .................................................................. 58

Figura 4.31 - Introdução das propriedades dos caixilhos, pelo IDF Editor, através do campo

WindowProperty:FrameAndDivider. ........................................................................................... 59

Figura 4.32 – Situação a adoptar para polígonos complexos (https://openstudio.nrel.gov). .... 59

Figura 4.33 - Identificação da fronteira que não deve ser removida. ......................................... 60

Figura 4.34 - Grupo de sombreamento activo. ........................................................................... 61

Figura 4.35 - Criação da pala de sombreamento. ....................................................................... 61

Figura 4.36 - Ferramentas OpesStudio Rendering. ..................................................................... 61

Figura 4.37 - Janela Zone Loads para introdução de ganhos internos. ....................................... 62

Figura 4.38 - Janela Zone Loads para introdução de HVAC Template. ........................................ 64

Figura 4.39 - Janela HVAC Template: Thermostat, onde é possível definir o intervalo de

temperaturas............................................................................................................................... 65

Figura 4.40 - Janela EP-Launch, identificando a secção Weather File e a opção Simulate. ........ 67

Figura 4.41 - Janela Run Simulation. ........................................................................................... 67

Figura 4.42 - Passos a seguir para abrir ficheiro CSV. ................................................................. 69

Figura 4.43 - Visualização de resultados através do ResultsViewer. ........................................... 70

Figura 4.44 - Visualização de resultados através do EP Compare. .............................................. 70

Figura 4.45 - Janela Rendering Settinngs. ................................................................................... 71

Figura 4.46 - Visualização do modelo através de uma escala de cores. ..................................... 71

Figura 5.1 – Enquadramento da fracção habitacional em estudo. ............................................. 73

Figura 5.2 – Planta do caso de estudo adoptado. ....................................................................... 74

Figura 5.3 – Geometria do caso de estudo adoptado. ................................................................ 75

Figura 5.4 – Modelo auxiliar com vão envidraçado de área unitária, orientado a Sul………………76

Figura 5.5 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus, para

a estação de aquecimento………………………………………………………………………………………………………77

Figura 5.6 – Diferenças percentuais entre resultados das duas metodologias na estação de

aquecimento ((RCCTE-EP)/EP)……………..…………………………………………………………………………………77

Figura 5.7 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus, para

a estação de aquecimento, usando os mesmos dados climáticos…………..………………………………78

Figura 5.8 – Diferenças percentuais entre os resultados de ambos os métodos, com os mesmos

dados climáticos, durante a estação de aquecimento ((RCCTE-EP)/EP)…………….……………………79

Figura 5.9 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus para a estação

de aquecimento, com e sem contabilizar as trocas através das superfícies adiabáticas………….80

Figura 5.10 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus, sem

contabilizar as trocas através das superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, para a estação de

aquecimento……………………………………………………………………………………………………………….………….80

xiv

Figura 5.11 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus,

para a estação de arrefecimento………………………………….…………………………………………………………82

Figura 5.12 – Diferenças percentuais entre resultados das duas metodologias na estação de

arrefecimento ((RCCTE-EP)/EP)………………………………………………………………………………………………82

Figura 5.13 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus,

para a estação de arrefecimento, usando os mesmos dados climáticos…..………….…………………83

Figura 5.14 – Diferenças percentuais entre os resultados de ambos os métodos, com os

mesmos dados climáticos, durante a estação de arrefecimento ((RCCTE-EP)/EP)………….………83

Figura 5.15 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus para a

estação de arrefecimento, com e sem contabilizar as trocas através das superfícies

adiabáticas……………………………………………………………………………………………………………………………..84

Figura 5.16 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus, sem

contabilizar as trocas através das superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, para a estação de

arrefecimento…………………………………………………………………………………………………………….………….85

Figura 6.1 – Influência do tipo de isolamento térmico para a mesma solução construtiva,

durante a estação de aquecimento. ........................................................................................... 88

Figura 6.2 - Influência do tipo de isolamento térmico para a mesma solução construtiva,

durante a estação de arrefecimento........................................................................................... 88

Figura 6.3 - Influência da posição do isolamento térmico durante a estação de aquecimento. 89

Figura 6.4 - Influência da posição do isolamento térmico durante a estação de arrefecimento 90

Figura 6.5 - Ganhos, perdas e necessidades energéticas para a estação de aquecimento. ....... 92

Figura 6.6 – Variação da temperatura interior e das perdas de calor através da envolvente

opaca orientada a noroeste da fracção em estudo, com a solução v) da Tabela 6.3, durante a

estação de aquecimento. ............................................................................................................ 93

Figura 6.7 - Variação da temperatura interior e da quantidade de energia de climatização

despendida para a fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de

aquecimento. .............................................................................................................................. 94

Figura 6.8 - Variação das necessidades nominais de aquecimento com o coeficiente de

transmissão térmica das diferentes soluções de fachada. ......................................................... 94

Figura 6.9 - Distribuição das perdas de calor por solução construtiva (Tabela 6.3), durante a


Figura 6.10 - Distribuição dos ganhos de calor por solução construtiva (Tabela 6.3), durante a


Figura 6.11 – Representação dos elementos estruturais nas soluções v), vi), vii), viii) e ix). ..... 98

Figura 6.12 – Distribuição das perdas de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos

pilares, durante a estação de aquecimento. ............................................................................... 98

Figura 6.13 - Distribuição dos ganhos de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos

pilares, durante a estação de aquecimento. ............................................................................... 98

Figura 6.14 - Ganhos, perdas e necessidades energéticas para a estação de arrefecimento. ... 99

Figura 6.15 - Variação da temperatura interior e das perdas de calor através da envolvente

opaca orientada a noroeste da fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a

estação de arrefecimento. ........................................................................................................ 100

Figura 6.16 - Variação da temperatura interior e da quantidade de energia de climatização

despendida para a fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de

arrefecimento............................................................................................................................ 100

xv

Figura 6.17 - Variação das necessidades de arrefecimento com o coeficiente de transmissão

térmica. ..................................................................................................................................... 101

Figura 6.18 - Distribuição das perdas de calor por solução construtivas da Tabela 6.3, durante a


Figura 6.19 - Distribuição dos ganhos de calor por solução construtiva da Tabela 6.3, durante a


Figura 6.20 - Distribuição das perdas de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos

pilares, durante a estação de arrefecimento. ........................................................................... 105

Figura 6.21 - Distribuição dos ganhos de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos

pilares, durante a estação de arrefecimento. ........................................................................... 105

Figura 7.1 – Necessidades de aquecimento segundo a zona climática. ................................... 108

Figura 7.2 - Necessidades de arrefecimento segundo a zona climática. .................................. 109

Figura 7.3 – Orientação do eixo norte do edifício segundo as direcções: (a) – NE, (b) – SE e (c) –

SW. ............................................................................................................................................ 110

Figura 7.4 – Necessidades de aquecimento segundo a orientação do edifício. ....................... 110

Figura 7.5 – Necessidades de arrefecimento segundo a orientação do edifício. ..................... 111

Figura 7.6 – Percentagem da área de envidraçados em relação à área de fachada: (a) – 10%, (b)

– 40% e (c) – 60%. ..................................................................................................................... 112

Figura 7.7 - Necessidades de aquecimento segundo a percentagem de envidraçados

relativamente à área de fachada. ............................................................................................. 113

Figura 7.8 - Necessidades de arrefecimento segundo a percentagem de envidraçados

relativamente à área de fachada. ............................................................................................. 113

Figura 7.9 - Necessidades de aquecimento segundo a condição de fronteira do pavimento. . 114

Figura 7.10 - Necessidades de arrefecimento segundo a condição de fronteira do pavimento.

................................................................................................................................................... 115

Figura 7.11 - Necessidades de aquecimento segundo a condição de fronteira da cobertura. . 116

Figura 7.12 - Necessidades de arrefecimento segundo a condição de fronteira da cobertura.117

xvii

Índice de tabelas

Tabela 3.1 - Requisitos das soluções de parede (Mascarenhas,2010). ....................................... 16

Tabela 3.2 – Tabela resumo das soluções de fachada. ............................................................... 18

Tabela 3.3 – Caracterização da solução de parede simples em terra crua – adobe. .................. 20

Tabela 3.4 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de pedra. ................... 21

Tabela 3.5 - Caracterização da solução de parede simples de fardos de palha. ......................... 22

Tabela 3.6 - Caracterização da solução de parede simples de tijolo maciço. ............................. 23

Tabela 3.7 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem

isolamento térmico. .................................................................................................................... 24

Tabela 3.8 – Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo

furado sem isolamento térmico. ................................................................................................. 24

Tabela 3.9 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a

caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico. ................................................... 25

Tabela 3.10 – Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo

furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico. ............................. 25

Tabela 3.11 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a

caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico. ................................................ 26

Tabela 3.12 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo

furado com a caixa-de ar parcialmente preenchida com isolamento térmico. .......................... 26

Tabela 3.13 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de tijolo furado com

isolamento térmico pelo interior. ............................................................................................... 27

Tabela 3.14 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de tijolo

furado com isolamento térmico pelo interior. ........................................................................... 27


isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS. ............................................................................ 28


furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS. ......................................................... 28


isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada. ........................................................ 29


furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada. ..................................... 29

Tabela 3.19 - Caracterização da solução de parede de alvenaria de blocos de betão corrente

(com inertes pesados). ................................................................................................................ 30

Tabela 3.20 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos

de betão ...................................................................................................................................... 30


de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS. ...................................... 30


de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada. .................. 30

Tabela 3.23 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de blocos de

betão corrente sem isolamento térmico. ................................................................................... 31

Tabela 3.24 - Coeficiente de transmissão térmica da solução de parede dupla de betão

corrente com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico. .......................... 31

xviii

Tabela 3.25 - Coeficiente de transmissão térmica de solução de parede dupla de betão

corrente com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico. ...................... 31

Tabela 3.26 - Caracterização da solução de parede de alvenaria de blocos de betão leve. ....... 32

Tabela 3.27- Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de

betão leve com isolamento térmico pelo interior. ..................................................................... 32


de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS. .............................................. 32

Tabela 3.29 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de betão

leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada. ......................................... 32

Tabela 3.30 - Coeficiente de transmissão térmica da solução de parede dupla de betão leve

sem isolamento térmico. ............................................................................................................ 33

Tabela 3.31 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de blocos de

betão leve com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico. ....................... 33

Tabela 3.32 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de betão leve

com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico. ..................................... 33

Tabela 3.33 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de blocos de betão

celular autoclavado. .................................................................................................................... 34

Tabela 3.34 - Caracterização da solução de parede de painéis pré-fabricados. ......................... 35

Tabela 5.1 – Dados climáticos associados a cada método para a estação de aquecimento. ..... 75

Tabela 5.2 – Dados climáticos associados a cada método para a estação de arrefecimento. ... 81

Tabela 6.1 - Necessidades energéticas normalizadas associadas a cada tipo de isolamento

térmico, para as estações de Inverno, Verão e em termos globais. ........................................... 89

Tabela 6.2 - Necessidades energéticas normalizadas associadas à posição do isolamento

térmico, para as estações de Inverno, Verão e em termos globais. ........................................... 90

Tabela 6.3 – Soluções de fachada a analisar. .............................................................................. 91

Tabela 6.4 – Necessidades energéticas globais das soluções construtivas da Tabela 6.3. ....... 106

xix

Simbologia

Q – fluxo de calor transferido [W]

U – coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente [W/m2.°C]

A – área da superfície [m2]

θi e θe – temperaturas do ar interior e exterior [°C]

θsi e θse – temperaturas superficiais interior e exterior [°C]

Kp – condutância térmica por condução [W/m2.°C]

θs e θf – temperatura da superfície e do fluido [°C]

hc – condutância térmica superficial por convecção [W/m2.°C]

Rsi – resistência térmica superficial interior [m2.°C/W]

Rse - resistência térmica superficial exterior [m2.°C/W]

e – espessura do elemento [m]

λ - condutibilidade térmica [W/m.ºC]

Gsul - Energia solar média incidente numa superfície vertical orientada a sul na estação de

aquecimento [kWh/m2.mês]

GD - graus-dia de aquecimento [°C.dia]

Nic – necessidades de energia para aquecimento [kWh/ano]

Nvc – necessidades de energia para arrefecimento [kWh/ano]

Ntc – necessidades anuais globais de energia [kWh/ano]

Abreviaturas

INE – Instituto Nacional de Estatística

XPS - Poliestireno expandido extrudido

EPS - Poliestireno expandido moldado

ICB - Aglomerado de cortiça expandida

MW - Placas de lã mineral

PUR - Espumas de poliuretano

ETICS – Sistema compósitos de isolamento térmico pelo exterior

RCCTE – Regulamento das características de comportamento térmico dos edifícios

RPH - Renovações por hora

1

1. Introdução

1.1. Enquadramento

As preocupações com o meio ambiente têm cada vez mais importância nos dias de

hoje, principalmente nos países desenvolvidos, criando-se uma maior consciencialização

relativamente aos problemas da sustentabilidade ambiental. A escassez de fontes de energia

não renováveis, nomeadamente o carvão, o petróleo e o gás natural, mas também os danos

que a sua utilização causam no meio ambiente são problemas graves e que exigem medidas

minimizadoras.

A conjugação destes factores levou à imposição de restrições e à criação de

regulamentos nas mais diversas áreas, incluindo a indústria da construção, de forma a

maximizar a eficiência energética, procurando-se obter garantias de sustentabilidade

económica e ambiental. A regulamentação específica associada à construção, visa a redução

dos consumos energéticos associados ao conforto térmico e qualidade do ambiente interior dos

edifícios, quer no Inverno quer no Verão, através da melhoria da qualidade térmica da

envolvente, com o objectivo de economizar e promover uma utilização mais racional da

energia. A preocupação com a optimização energética tem levado também ao aparecimento

crescente de ferramentas de simulação do comportamento térmico de edifícios, tais como o

EnergyPlus. Este tipo de ferramenta de simulação dinâmica permite prever temperaturas

interiores, consumos de energia, ganhos e perdas de calor, entre outros.

Desta forma, torna-se importante implementar processos construtivos que permitam

não só a poupança energética ao longo da vida útil do edifício mas, também, a utilização de

materiais que minimizem os impactes ambientais, quer na sua produção, quer quando estes se

encontrem em fim de vida. Por este motivo, tem surgido um novo conceito de construção, a

bioconstrução, que não é mais do que um conceito contemporâneo para designar a

consciência actual de que o meio construído deve servir o desenvolvimento da humanidade de

forma harmoniosa, saudável e ecológica (Pinto, 2011). A bioconstrução trata-se de um

regresso às origens, através do uso de técnicas e materiais tradicionais, melhorado pelo

conhecimento que dispomos actualmente.

Na construção, a envolvente geométrica e construtiva dos edifícios desempenha um

papel preponderante no seu comportamento térmico. Desta forma, a escolha dos materiais a

incorporar nos edifícios afigura-se determinante, para que se assegurem boas condições de

conforto térmico.

Assim sendo, procura-se ao longo deste trabalho efectuar uma comparação acerca do

comportamento térmico de várias soluções de fachada, adoptando soluções com maior ou

menor aplicabilidade nos dias de hoje, aos elementos que constituem a envolvente opaca de

edifícios.

2

1.2. Objectivos

As paredes de fachada constituem grande parte da envolvente dos edifícios de

habitação. Pelo facto de estarem em contacto directo com o ambiente exterior, são zonas

propícias à ocorrência de grandes trocas de calor. Assim, os ganhos e as perdas de calor que

se verificam através da envolvente opaca representam uma parcela significativa na energia

consumida pelos edifícios para aquecimento e arrefecimento. Assim sendo, este trabalho tem

como objectivo principal avaliar o comportamento térmico e energético de várias soluções de

fachada como elementos de envolvente opaca, nomeadamente, diferentes soluções

construtivas em diferentes zonas climáticas, diferentes orientações solares, diferentes áreas de

envidraçados e diferentes condições de fronteira, quer do pavimento quer da cobertura.

Outro objectivo da presente dissertação corresponde à elaboração de um de um

manual de utilização, onde se encontram as principais directrizes para o funcionamento da

interacção entre os programas EnergyPlus e Google SketchUp.

1.3 Metodologia

De forma a alcançar os objectivos propostos anteriormente, definiram-se e

caracterizaram-se as soluções construtivas a adoptar como parede de fachada de uma fracção,

que se definiu como caso de estudo. Para avaliar o comportamento térmico das várias

soluções de fachada, recorreu-se ao EnergyPlus, como ferramenta de simulação dinâmica

térmica e energética, e ao Google SketchUp para a introdução da geometria de forma fácil e

expedita. Pontualmente, aplicou-se também o método regulamentar RCCTE (2006) de forma a

possibilitar uma confrontação com os resultados do Energy Plus e avaliar eventuais

discrepâncias. No programa EnergyPlus introduziram-se as características relativas ao caso de

estudo, aos materiais constituintes e suas propriedades, a localização e os dados climáticos, e

o programa, por sua vez, devolve diversos resultados sobre o comportamento térmico e

energético dos edifícios. O programa oferece a possibilidade de se escolher o intervalo de

tempo pretendido para a simulação dinâmica, permitindo analisar o comportamento térmico e

energético do edifício para situações de Verão e Inverno, separadamente.

Para a avaliação do comportamento de determinada solução de fachada, fixou-se a

sua temperatura interior dentro dos valores de conforto que o regulamento RCCTE estipula, e

determinou-se, para cada estação climática, a quantidade de energia que seria necessário

fornecer. Devido ao elevado número de soluções de fachada analisadas, optou-se por, numa

segunda fase selecionar apenas algumas das soluções de fachadas, de forma a efectuar uma

análise mais detalhada relativamente aos diferentes ganhos e perdas de calor que se verificam,

e em seguida avaliar o impacto de vários critérios utilizados no desempenho térmico dos

edifícios, tais como: o zonamento climático, a orientação do edifício, a área de envidraçados e

as condições de fronteira dos elementos que constituem a envolvente opaca do edifício.

3

1.4. Estrutura do trabalho

O presente trabalho encontra-se dividido em oito capítulos. A organização dos

diferentes capítulos que se apresentam foi elaborada de forma a expor os conteúdos do

trabalho de uma forma clara e sucinta.

No actual capítulo faz-se o enquadramento do tema na problemática do crescente

consumo energético dos edifícios, apresentam-se as motivações e os objectivos a atingir com

este trabalho e bem como a sua estrutura geral.

No Capítulo 2 são expostos conceitos teóricos relacionados com os processos de calor

subjacentes ao estudo do comportamento térmico dos edifícios, importantes para a

compreensão dos resultados que se apresentam ao longo do trabalho.

No Capítulo 3 faz-se um breve enquadramento às soluções de fachadas adoptadas,

apresentando-se em seguida as suas principais características.

No Capítulo 4 deste trabalho, são descritas as ferramentas informáticas utilizadas na

realização do estudo proposto nesta dissertação e sem as quais teria sido difícil atingir os

objectivos descritos no ponto anterior.

No Capítulo 5 é apresentado o caso de estudo que serviu de base à realização deste

trabalho e efectua-se uma confrotação entre os resultados do EnergyPlus e RCCTE, de forma

a avaliar as discrepâncias entre ambos os métodos.

No Capítulo 6 apresentam-se e os resultados fornecidos pelo EnergyPlus, de forma

mais detalhada, para o conjunto se soluções de fachada selecionadas.

No Capítulo 7 avaliam-se o impacto de vários critérios utilizados no desempenho

térmico dos edifícios, para as soluções de fachada analisadas no Capítulo 6.

Por fim, no Capítulo 8, apresentam-se as principais conclusões retiradas do trabalho

desenvolvido.

5

2. Comportamento térmico dos edifícios

Qualquer edifício deve proporcionar condições de conforto térmico aos seus utentes,

que podem ser asseguradas por diversos processos. O uso de sistemas de climatização

poderá colmatar, em parte, alguns dos problemas térmicos. No entanto, por razões

económicas, o comportamento térmico deve ser essencialmente assegurado pela qualidade da

envolvente térmica através da determinação da solução construtiva.

Antes de abordar as diferentes soluções construtivas que se pretendem analisar neste

trabalho (Capítulo 3), apresenta-se, no presente capítulo, uma revisão dos principais

fenómenos subjacentes ao estudo do comportamento térmico dos edifícios, de modo a

compreender como se processa a transmissão de calor nos edifícios.

Um edifício pode ser considerado um sistema que interage com o exterior, sendo essa

interacção expressa sob a forma de transferência de calor. A transferência de calor refere-se à

energia transferida sob a forma de calor, sempre que se estabelece uma diferença de

temperatura. Os processos associados à transmissão de calor e implicados directamente no

balanço energético dos edifícios designam-se por condução, convecção e radiação e são

abordados sucintamente na secção 2.1.

Para determinar o fluxo de calor transmitido através de um elemento da envolvente de

um edifício é usual recorrer-se ao coeficiente de transmissão térmica, que contempla os

fenómenos de condução, convecção e radiação, assunto que se encontra abordado na secção

2.2.

As trocas de calor são condicionadas por factores externos, como a radiação solar, a

temperatura exterior, entre outros. No entanto, outros factores como o funcionamento de

equipamentos e a ocupação são também importantes no balanço térmico dos edifícios. O

balanço energético dos edifícios é um instrumento essencial para a correcta compreensão dos

impactos que os diferentes factores têm nas necessidades nominais de energia dos edifícios e

da influência das soluções adoptadas para a envolvente no desempenho térmico global. Este

assunto é abordado detalhadamente na secção 2.3.

2.1 Processos de transmissão de calor

Para caracterizar correctamente o comportamento térmico de um edifício é necessário,

antes de mais, conhecer os modos de transmissão de calor nos elementos que constituem a

envolvente do edifício, uma vez que é através da envolvente que se processam as trocas de

calor com o ambiente exterior. Em seguida, caracterizam-se os processos associados à

transmissão de calor, nomeadamente condução, convecção e radiação.

6

2.1.1 Condução

A transmissão de calor por condução é o processo predominante nos meios sólidos. A

principal característica da condução é a transferência de energia de um ponto do elemento

para outro ponto, ou de um elemento para outro elemento, em contacto, sem transferência de

matéria. A temperatura de um corpo é proporcional à energia cinética das moléculas

constituintes, em que as moléculas possuidoras de maior energia transmitem parte dessa

energia para as moléculas da região com temperatura mais baixa (Mimoso,1987).

A condutibilidade térmica de um material, λ [W/m.ºC], é a grandeza física que o

caracteriza relativamente à sua capacidade de transferência de calor por condução e pode ser

definida como a quantidade de calor que atravessa um cubo com 1 metro de aresta quando se

submetem as suas faces opostas a uma diferença de temperatura de 1ºC durante 1 segundo. A

condutibilidade térmica varia consoante a fase em que se encontra determinado material, o

peso específico, a porosidade, a humidade e a temperatura. No caso corrente dos materiais

utilizados na construção, pode-se admitir que os factores predominantes são o peso específico

e o teor de humidade, variando em geral a condutibilidade térmica no mesmo sentido destes

parâmetros (Moret et al.,2009).

A quantidade de calor que atravessa um elemento sólido depende, além do material

que o constitui, da diferença de temperatura, da espessura e da área do elemento. Pela lei de

Fourier (Equações (2.1) e (2.2) e Figura 2.1), que traduz a quantidade de calor transferida por

condução, verifica-se que o fluxo de calor transferido por condução é directamente proporcional

à condutibilidade térmica do material, λ [W/m.ºC], à diferença de temperatura (θsi e θse) [°C] e à

área de superfície, A [m2], sendo inversamente proporcional à espessura do elemento, e [m].

Q = λ A (θsi – θse) /e [W] (2.1)

ou

Q = Kp A (θsi – θse) [W] (2.2)

O parâmetro Kp [W/m2.ºC] designa-se por condutância térmica e resulta do quociente

entre a condutibilidade térmica e a espessura.

Por uma questão de simplificação, considera-se que o fluxo de calor por condução que

atravessa um dado elemento é unidimensional. Esta simplificação só é possível porque, no

domínio da térmica de edifícios, os elementos da envolvente possuem, em geral, a dimensão

perpendicular ao fluxo de calor - comprimento – muito maior do que a dimensão paralela ao

fluxo - espessura. No caso de edifícios correntes que possuem vigas e pilares, esta

simplificação não é viável, uma vez que nestes elementos (pontes térmicas) existe uma

elevada concentração de trocas de calor, que devem ser contabilizadas.

7

2.1.2 Convecção

No caso de fluidos em movimento, as trocas de calor por condução não assumem um

papel importante, sendo a convecção o mecanismo de transmissão de calor dominante. A

convecção ocorre entre fluidos em movimento ou entre um fluido em movimento sobre uma

superfície sólida, que se encontra a uma temperatura diferente, sendo o calor transportado

pelas partículas do fluido em movimento.

A convecção pode apresentar duas formas distintas. Sempre que o movimento do

fluido ocorre unicamente devido a variações de densidade originadas por diferenças de

temperatura, diz-se que a convecção é natural. Se o movimento do fluido for imposto por fontes

externas, como o vento ou um ventilador, a convecção diz-se forçada.

Relativamente à térmica de edifícios, consideram-se duas formas diferentes de

transferência de calor por convecção, que são a convecção ar-sólido e a convecção ar-ar. Por

convecção ar-ar, compreendem-se as trocas de calor efectuadas entre fluidos, que na térmica

de edifícios são geralmente massas de ar a temperaturas diferentes, que ocorrem, por

exemplo, entre as frinchas das janelas. A convecção ar-sólido engloba as trocas de calor entre

um fluido e uma superfície, sendo no caso dos edifícios, entre o ar e as superfícies da

envolvente, como paredes e coberturas, entre outros. O fluxo de calor entre um fluido e uma

superfície pode ser calculado através da Equação (2.3):

Q = hc A (θs – θf) [W] (2.3)

em que o parâmetro hc representa a condutância térmica superficial por convecção [W/m2.°C].

2.1.3 Radiação

Dado que de todos os corpos absorvem e emitem energia na forma de radiação

electromagnética de diferentes comprimentos de onda, é possível considerar a radiação

térmica como um processo de transmissão de calor. Este processo não necessita de qualquer

suporte material, podendo ocorrer em todos os materiais, independentemente da fase em que

se encontrem.

A quantidade de energia radiada depende das características do corpo emissor e

também da temperatura absoluta a que este se encontra, uma vez que a quantidade de

radiação emitida aumenta com a temperatura. A radiação incidente pode ser originada pelo sol

– radiação solar (onda curta) ou pode ser causada por outro corpo (onda longa) (Mimoso,

1987).

O fluxo de calor por trocas de radiação de onda longa entre dois corpos, 1 e 2, a

diferentes temperaturas, pode ser expresso pela Equação (2.4):

Q= hr A1 (θ1 – θ2) [W] (2.4)

onde hr representa a condutância térmica superficial por radiação [W/m2.°C].

8

2.2 Coeficiente de transmissão térmica

Para contabilizar os diversos fenómenos de transmissão de calor através de um

elemento da envolvente é usual recorrer-se ao coeficiente de transmissão térmica, que se

define como o fluxo de calor, em regime permanente, que atravessa, por unidade de tempo,

uma área unitária de um elemento da envolvente por unidade de diferença de temperaturas

entre os ambientes interior e exterior. O coeficiente de transmissão térmica, U [W/m2.°C], além

de incluir o fenómeno da condução, contempla também os efeitos dos restantes fenómenos de

transmissão de calor a que ficam sujeitos as superfícies dos elementos, convecção e radiação

(Figura 2.1), através das resistências térmicas superficiais interior e exterior, Rsi e Rse.

Figura 2.1 - Transmissão de calor através de um elemento da construção (Moret et al,2009).

O valor de U, coeficiente de transmissão térmica do elemento, pode ser determinado

através da Equação (2.5):

U = 1 / (Rse + (e/λ) + Rsi) [W/m2.°C] (2.5)

No ITE 50 (Santos e Matias, 2006) encontram-se tabelados os valores de U das

soluções construtivas mais correntes em Portugal, assim como os valores das condutibilidades

térmicas, que são características próprias de cada material.

2.3 Balanço energético

Devido às exigências de conforto térmico que se verificam actualmente, torna-se

fundamental conhecer detalhadamente as perdas e ganhos térmicos que ocorrem através da

envolvente dos edifícios, de modo a efectuar uma caracterização eficaz do comportamento

térmico dos edifícios e assim aumentar a fiabilidade dos métodos de previsão das

necessidades de energia de climatização. A equação de equilíbrio entre os ganhos e as perdas

energéticas designa-se por balanço energético.

O conceito de balanço energético baseia-se na primeira lei da termodinâmica, ou seja,

no princípio de conservação de energia, que enuncia que a quantidade de energia que entra

9

num determinado volume, menos a quantidade de energia que dele sai, num dado intervalo de

tempo, corresponde à quantidade de energia armazenada nesse intervalo.

Considerando que o volume de controlo é um edifício, a Figura 2.2 ilustra as

componentes principais que entram no balanço energético. Do balanço energético entre perdas

ou ganhos de calor através da envolvente (condução, convecção e radiação; ventilação;

radiação solar) e os ganhos internos resultantes da ocupação e dos equipamentos (com

excepção dos de climatização) decorrem os valores previsíveis para o consumo de energia ao

longo de toda uma estação, de aquecimento ou arrefecimento, assim como a potência máxima

estimada a fornecer para manter determinadas condições de térmicas de conforto no ambiente

interior. Assim sendo, e de acordo com o princípio da conservação de energia, admitindo um

regime permanente para a temperatura do ar interior, o balanço energético pode ser traduzido,

qualitativamente, pela Figura 2.3.

Figura 2.2 – Balanço térmico (Moret et al., 2009).

Figura 2.3 – Expressão qualitativa do balanço térmico (adaptado de Roussado, 2008).

Além dos componentes, já mencionados, que entram no balanço energético dos

edifícios, existe outro, que apesar de não entrar directamente para o balanço, tem influência no

comportamento térmico dos edifícios, a inércia térmica.

10

A inércia térmica de um edifício traduz a capacidade que este possui em armazenar

calor nos elementos de construção (Moret et al., 2009). Esta capacidade está directamente

associada à massa dos elementos de construção. No entanto, importa referir que possuir

elevada massa térmica, não é condição suficiente para que um edifício possua elevada inércia

térmica, uma vez que os materiais constituintes têm que acumular energia, e nem todos os

materiais têm a mesma capacidade em fazê-lo. O calor específico é a propriedade que define a

capacidade de determinado material em acumular energia.

Num edifício em que as paredes da envolvente tenham uma elevada inércia térmica, o

fluxo de calor atravessará a envolvente lentamente, facto que implicará ganhos ou perdas de

calor mais lentos, uma vez que camadas dos elementos de construção absorvem calor,

subtraindo-o à onda que os atravessa. O fluxo de calor possui menor intensidade, devido ao

amortecimento da onda de calor por parte dos elementos da envolvente, e atingirá o interior

apenas ao fim de algum tempo, que resulta num desfasamento temporal, dando origem a uma

variação lenta da temperatura ambiente.

Verifica-se assim que, em geral, a inércia térmica contribui para uma maior

estabilização das temperaturas interiores, em relação às variações da temperatura exterior,

podendo conduzir a uma utilização mais racional da energia fornecida para climatização (Moret

et al., 2009).

11

3. Soluções de fachada

Este capítulo pretende analisar as principais características da envolvente opaca dos

edifícios, dada a sua importância nas trocas de calor com o ambiente exterior.

Em primeiro lugar, apresenta-se um breve enquadramento histórico acerca da evolução

das soluções de fachada em Portugal ao longo dos anos, descrevendo também as soluções de

fachada mais adoptadas no nosso país e quais as principais características que a envolvente

opaca vertical dos edifícios deve possuir. Por último, caracteriza-se detalhadamente cada

solução de fachada estudada ao longo do presente trabalho.

3.4. Evolução das soluções construtivas

Os registos escritos existentes sobre a actividade do Homem na Terra reportam que a sua

vida esteve, durante milhares de anos, associada a diversas formas de habitar, desde o

nomadismo até ao sedentarismo (Pinho, 2000). Durante estes anos, a habitação acompanhou

essa evolução e passou de mero local de abrigo, em relação a animais ou intempéries, a

verdadeiro local de conforto, bem-estar e lazer, onde todas as exigências de habitabilidade

devem ser contempladas.

No início, os processos de construção eram baseados na experiência, na prática de

edificar e na constatação do comportamento real das construções ao longo do tempo,

seguindo-se regras puramente empíricas e intuitivas (Gouveia et al., 2007).

As primeiras grandes civilizações Egípcias, Romanas e Muçulmanas adoptaram a terra

como material para a construção, em geral, e em particular para paredes, principalmente em

zonas de fraca pluviosidade (Mateus, 2004). Na Ásia, a terra foi largamente utilizada pelos

hindus e monges budistas e, na América, pelas civilizações Maia e Inca. Foi com o Império

Romano, que na Europa se deu uma enorme expansão da construção em terra (Mateus,

2004). Estima-se que cerca de um terço da população mundial deverá ainda habitar em

construções de terra (Pinho, 2000). Em Portugal, existem diversos exemplos de construção em

terra nas zonas mais secas do país, como por exemplo, no Alentejo e no Algarve.

O uso da terra como material de construção deveu-se essencialmente à sua elevada

abundância e trabalhabilidade, permitindo efectuar construções com relativa facilidade.

Relativamente à construção com terra crua, distinguem-se actualmente duas técnicas que

provêm da evolução de processos existentes há vários séculos: a taipa, constituída por blocos

de terra compactados formando paredes monolíticas; e o adobe, constituído por terra moldada

com ajuda de pequenos moldes, formando blocos ou tijolos secos ao sol antes de aplicados na

construção.

Para além da construção em terra, também a pedra foi um dos principais materiais

constituintes das construções executadas pelo homem ao longo dos tempos. A utilização da

pedra intensificou-se e diversificou-se bastante, sendo aplicada em canais, túneis, pontes,

12

palácios, igrejas e estradas, que perduram até aos dias de hoje. O elevado uso da pedra na

construção deve-se principalmente à grande quantidade disponível na natureza e à sua

elevada durabilidade, aliada ao facto de poder ser aplicada no seu estado natural.

A construção de paredes em pedra é elaborada através de um conjunto de elementos

de dimensão variável, sobrepostos, ligados ou não por argamassa, designado de alvenaria

(Pinho, 2000). Até meados do século XIX, as paredes de alvenaria de pedra natural

constituíram a solução construtiva mais adoptada. Devido à função estrutural que possuíam,

contribuindo de forma significativa para a estabilidade do edifício, apresentavam elevada

espessura (Figura 3.1), originando elementos rígidos e muito pesados, com boa capacidade de

resistência à compressão.

Figura 3.1 - Corte ilustrativo de parede de alvenaria de pedra natural.

A inovação dos materiais de construção deu-se lentamente. Na maioria dos casos, as

habitações foram pensadas e dimensionadas tendo por base os materiais próprios das zonas

onde iam ser construídas, e que se encontram de forma bruta na natureza, como a pedra, a

terra e a madeira, e a sua evolução resumia-se em procurar melhores técnicas de produção e

em desenvolver processos que conduzissem a uma melhor trabalhabilidade do material

(Gouveia et al., 2007). Foi através destes processos que se deu origem ao tijolo de barro

cozido, que deriva de um melhoramento no processo de fabrico do adobe relativo à cozedura

que, em vez de ser feita pelo Sol, é realizada em fornos. No estado húmido, ou seja cru, o

barro é facilmente moldável, adquirindo dureza à medida que avança a sua secagem pelo

efeito da cozedura.

O aparecimento do tijolo de barro cozido, origina uma nova solução construtiva: as

paredes de alvenaria de tijolo. Esta solução construtiva possibilitou um aligeiramento da

espessura das paredes devido à regularização de dimensões dos tijolos, aquando da sua

moldagem (Figura 3.2).

Figura 3.2 - Corte ilustrativo de parede simples de tijolo maciço.

13

Até ao princípio do século XIX, o processo de fabrico do tijolo era manual. Em meados

desse século, com o aumento populacional e o início da revolução industrial, surge o tijolo

cerâmico de furação horizontal como produto industrializado para a construção, iniciando-se

uma produção em larga escala. Com o desenvolvimento da indústria da cerâmica, os blocos de

barro começaram a ser produzidos em série e surgiram rapidamente formas diversificadas e

posteriormente blocos perfurados, com menor peso, para mais fácil manuseamento.

Aos poucos, com o decorrer dos anos, as exigências do homem relativamente às

construções foram aumentando, exigindo-se aos materiais cada vez maior resistência,

durabilidade, trabalhabilidade e aparência. É então que, nas primeiras décadas do século XX,

surge o betão pela necessidade de criar um material resistente como a pedra mas de fácil

moldagem como o barro. O período após o seu aparecimento é caracterizado por um

desenvolvimento extraordinário na utilização e compreensão do funcionamento e

possibilidades do betão armado (Appleton, 2004).

A evolução do betão armado permite um aligeiramento das paredes até então

construídas, uma vez que estas deixam de ter funções estruturais. Tal situação permite

considerar soluções de parede mais leves, em que a sua função é apenas de enchimento e

compartimentação.

Na construção de habitações unifamiliares, e com a generalização da adopção de

soluções estruturais reticuladas de betão armado, tornou-se corrente a utilização de soluções

de parede exterior simples constituídas por um pano de alvenaria simples de tijolo cerâmico

furado. A espessura mínima recomendada para estas paredes simples era de 0,20 a 0,22 m

(Pina dos Santos, 2002). Todavia, não constituía excepção a execução de paredes com

espessuras inferiores àqueles valores, as quais frequentemente deram origem a problemas

mais ou menos graves, nomeadamente, de fendilhação, infiltrações de águas pluviais,

condensações superficiais, desconforto local devido a temperaturas superficiais demasiado

baixas ou elevadas. Estes factos e a entrada em vigor, na década de 90, da anterior

regulamentação térmica dos edifícios (RCCTE, 1990), contribuíram para uma progressiva

utilização de paredes duplas, com panos de alvenaria com espessuras compreendidas entre

0,07 m e 0,15 m (Figura 3.3).

Figura 3.3 - Corte ilustrativo de parede dupla.

Com a entrada em vigor da regulamentação térmica dos edifícios (RCCTE, 1990),

tornou-se obrigatório o cumprimento de diversos requisitos, em termos de economia de energia

14

e isolamento térmico. Tornou-se então prática corrente a introdução de um isolante térmico no

espaço de ar da parede dupla (Figura 3.4), preenchendo ou não a totalmente desse espaço,

(Pina dos Santos, 2002), e a correcção térmica das pontes térmicas planas levando a um

aumento do afastamento entre panos de tijolo.

Figura 3.4 - Corte ilustrativo de parede dupla com isolamento.

As paredes de alvenaria de tijolo são ainda a solução predominante na envolvente

opaca vertical exterior e interior dos edifícios em Portugal, apesar de nas últimas décadas ter-

se observado alguma evolução na constituição dessa envolvente. As principais alterações

centram-se na utilização de blocos de betão ou de elementos pré-fabricados como constituinte

da envolvente opaca vertical, e na aplicação do isolamento térmico pelas faces interiores ou

exteriores do paramento, do tipo ETICS e fachada ventilada.

Com a progressiva actualização do regulamento térmico, acústico e de segurança

contra incêndios, será de esperar que as soluções construtivas a aplicar na envolvente opaca

vertical dos edifícios, sejam obrigadas a sofrer uma evolução mais ou menos significativa ou,

em casos particulares, venham a ser substituídas por outras com um desempenho mais

adequado aos novos requisitos.

3.5. Soluções de fachada mais adoptadas em Portugal

De modo a se caracterizar as soluções de fachada em Portugal no presente, recorre-se

aos resultados dos Censos de 2011 (INE – Censos, 2011). Na Figura 3.5 apresenta-se, em

termos percentuais, o tipo de estrutura de construção aplicada aos edifícios, enquanto a Figura

3.6 ilustra o número de edifícios, segundo a época da sua construção, consoante o tipo de

estrutura aplicada. Importa referir que no estudo realizado pelo INE, um edifício é definido

como qualquer construção permanente, dotada de acesso independente, coberta e limitada por

paredes exteriores ou paredes-meias que vão das fundações à cobertura e destinada à

utilização humana ou a outros fins, excepto aqueles que se destinam exclusivamente a

actividades económicas, embaixadas, e que se encontrem em construção ou em ruínas (INE –

Censos, 2011).

15

Figura 3.5 – Distribuição dos edifícios em Portugal, segundo o tipo de estrutura da construção. (Fonte: INE (Censos2011))

Ao analisar a Figura 3.5, verifica-se que em cerca de metade dos edifícios existentes

em Portugal, as paredes desempenham funções estruturais, sendo em grande parte de

alvenaria de tijolo, representando cerca de 45% dos edifícios. As paredes resistentes de adobe,

taipa ou pedra solta apenas estão presentes em cerca de 5% dos edifícios enquanto a

utilização de outros materiais com funções estruturais representam 1%. Os restantes 49% de

edifícios, recorrem ao betão armado para desempenhar as funções estruturais, passando as

paredes a ter apenas funções de enchimento e compartimentação. Pelos dados disponíveis em

Censos (2011), não é possível quantificar quais os tipos de soluções que foram adoptadas

nessas situações. Sabe-se, no entanto, que a solução de parede dupla, com panos de

alvenaria de tijolo furado com isolamento na caixa-de-ar, domina as soluções de fachada nos

edifícios com estrutura de betão armado em Portugal (Mateus, 2004). São conhecidas também

aplicações de blocos de betão e elementos pré-fabricados na constituição de paredes

exteriores e, relativamente ao isolamento térmico, este pode ser aplicado também pelo interior

ou pelo exterior, quer em soluções do tipo ETICS, quer em soluções de fachada ventilada.

Observando a Figura 3.6, é possível verificar que as paredes resistentes de alvenaria

de tijolo foram o tipo de estrutura mais utilizado na construção entre meados do século XIX e

meados do século XX. A partir da década de 70, o betão armado constitui a solução mais

adoptada para a estrutura dos edifícios. Com o aparecimento do betão armado, aliado ao

desenvolvimento da indústria da cerâmica em Portugal, o uso da pedra e da terra no

desempenho estrutural dos edifícios diminuiu progressivamente ao longo dos anos. Importa

ainda referir que, mesmo com o aparecimento do betão armado, a aplicação do tijolo em

paredes com funções resistentes não caiu em desuso, embora tenha diminuído

significativamente.

49%

45%

5%

1% Betão armado

Paredes de alvenaria detijolo com ou sem placa

Paredes de adobe, taipaou alvenaria de pedra

Outros

16

Figura 3.6 - Número de edifícios, segundo a época de construção, por tipo de estrutura da construção. (Fonte: INE

(Censos2011))

3.6. Caracterização das diferentes soluções de fachada adoptadas

No presente estudo, consideraram-se diferentes soluções de fachada. Para cada

solução de fachada estudada, apresenta-se o respectivo processo construtivo, a sua

aplicabilidade, a caracterização térmica e as principais vantagens e desvantagens. Importa

referir que os processos construtivos encontram-se descritos de forma resumida, focando os

pontos mais importantes.

Para que a parede de um edifício desempenhe adequadamente as suas funções, deve

possuir características que garantam o cumprimento das suas exigências funcionais. Ao

escolher a solução construtiva a adoptar para as paredes deve tomar-se em consideração

vários factores, que se resumem na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 - Requisitos das soluções de parede (Mascarenhas,2010).

Requisitos das soluções de parede

Exigências de segurança

estabilidade estrutural;

segurança e estabilidade em relação ao vento, ao sismo e ao choque;

segurança contra risco de incêndios;

segurança contra intrusões.

Exigências de habitabilidade

estanqueidade ao ar e à água;

isolamento térmico e acústico;

conforto táctil e visual.

Exigências de economia

custos iniciais, de exploração e manutenção;

adaptabilidade e versatilidade;

durabilidade e funcionalidade.

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

350 000

400 000Ed

ifíc

ios

Época de construção

Betão armado

Paredes dealvenaria de tijolo comou sem placa

Paredes de adobe,taipa ou alvenaria depedra

Outros

17

Uma vez que o presente estudo incide sobre o comportamento térmico de soluções de

fachada, é dado um maior enfoque à caracterização térmica das diferentes soluções adoptadas

ao longo da análise, apresentando-se o coeficiente de transmissão térmica de cada solução.

As diferentes soluções de fachada analisadas são constituídas por materiais com

elevada aplicabilidade na construção civil, e correspondem às soluções construtivas mais

frequentemente aplicadas em Portugal para a envolvente opaca vertical dos edifícios em geral.

Apresentam-se, em seguida, as soluções de fachada, pela ordem em que são abordadas:

Parede simples de terra crua (adobe) – Tabela 3.3;

Parede simples de alvenaria de pedra – Tabela 3.4;

Parede simples de fardos de palha – Tabela 3.5;

Parede simples de tijolo maciço – Tabela 3.6;

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem isolamento – Tabela 3.7;

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida

com isolamento térmico – Tabela 3.9;

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente preenchida

com isolamento térmico – Tabela 3.11;

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo interior –

Tabela 3.13;

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo

ETICS – Tabela 3.15;

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo

fachada ventilada – Tabela 3.17;

Parede de alvenaria de blocos de betão de inertes correntes – Tabela 3.19;

Parede de alvenaria de blocos de betão leve – Tabela 3.26;

Parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado – Tabela 3.33;

Parede de painéis pré-fabricados – Tabela 3.34.

Na Tabela 3.2 enumeram-se todas as soluções de fachada adoptadas no estudo deste

trabalho, indicando-se, a espessura dos elementos constituintes, o tipo de isolamento térmico

aplicado e o respectivo coeficiente de transmissão térmica.

Para as soluções construtivas que utilizam o tijolo furado ou os blocos de betão de

inertes correntes ou leves, consideraram-se várias opções, nomeadamente em relação, à

espessura dos elementos constituintes e ao tipo e posição do isolamento térmico aplicado. No

caso dos painéis pré-fabricados, foi ainda tido em conta o tipo de materiais constituintes.

Relativamente às soluções de fachada que utilizam blocos de betão corrente e leve,

optou-se por apresentar apenas numa tabela a caracterização das diversas soluções

adoptadas. Esta situação deve-se ao facto de se ter adoptado para as soluções de blocos de

betão corrente ou leve, constituição semelhante à adoptada para as soluções de tijolo furado.

18

Tabela 3.2 – Tabela resumo das soluções de fachada.

Número Solução Construtiva Espessura (m) Isolante térmico

U (W/m2.°C)

1 Parede simples em terra crua - Adobe 0,03 + 0,40 + 0,03 - 1,64

2 Parede simples de alvenaria de pedra 0,05 + 0,60 + 0,05 - 1,54

3 Parede simples de fardos de palha 0,04 + 0,50 + 0,04 - 0,12

4 Parede simples de alvenaria de tijolo maciço 0,02 + 0,34 + 0,02 - 1,53

5

5.1

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem isolamento térmico

0,015 + 0,11 + 0,02 + 0,11 + 0,015 - 1,11

5.2 0,015 + 0,11 + 0,02 + 0,15 + 0,015 - 0,98

5.3 0,015 + 0,15 + 0,02 + 0,15 + 0,015 - 0,88

5.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015 - 1,10

5.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,97

5.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,87

6

6.1

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

XPS

0,65

6.2 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,60

6.3 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,56

6.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

EPS, MW ou PUR

0,67

6.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,62

6.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,58

6.7 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

ICB

0,71

6.8 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,65

6.9 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,61

7

7.1

Parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

XPS

0,58

7.2 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,54

7.3 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,51

7.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

EPS, MW ou PUR

0,60

7.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,56

7.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,52

7.7 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

ICB

0,63

7.8 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,58

7.9 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,55

8

8.1

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo interior

0,015 + 0,22 + 0,03 + 0,02

XPS 0,63

8.2 EPS, MW ou

PUR 0,66

8.3 ICB 0,69

9

9.1 Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS

0,02 + 0,03 + 0,22 + 0,015

EPS 0,67

9.2 MW 0,69

10

10.1

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

0,03 + 0,22 + 0,015

XPS 0,69

10.2 EPS, MW ou

PUR 0,72

10.3 ICB 0,75

19

Tabela 3.3 (Cont.) – Tabela resumo das soluções de fachada.


U (W/m2.°C)

11

11.1

Parede de alvenaria de blocos de betão corrente

Parede simples

Isolamento térmico pelo interior

0,015 + 0,20 + 0,03 + 0,015

XPS 0,73

11.2 EPS, MW ou PUR 0,76

11.3 ICB 0,81

11.4 Isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS

0,015 + 0,03 + 0,20 + 0,015

EPS, MW ou PUR 0,78

11.5 ICB 0,80

11.6

Isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

0,03 + 0,20 + 0,015

XPS 0,78


11.8 ICB 0,86

11.9

Parede dupla

Sem isolamento térmico 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 1,29

11.10

Caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,71


11.12 ICB 0,79

11.13

Caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,63


11.15 ICB 0,69

12

12.1

Parede de alvenaria de blocos de betão leve

Parede simples


0,015 + 0,20 + 0,03 + 0,015

XPS 0,63


12.3 ICB 0,69


0,015 + 0,03 + 0,20 + 0,015

EPS 0,67

12.5 MW 0,69

12.6 Isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

0,03 + 0,20 + 0,015

XPS 0,69


12.8 ICB 0,75

12.9

Parede dupla

Sem isolamento térmico 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,99

12.10 Caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,61


12.12 ICB 0,67

12.13 Caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico

0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,55


12.15 ICB 0,60

13 Parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado

0,015 + 0,24 + 0,015 - 0,68

14

14.1

Parede de painéis pré-fabricados

Painel homogéneo 0,03 + 0,25 + 0,03 - 1,33

14.2 Painel tipo "sandwich" 0,15 + 0,03 + 0,05 XPS 0,79

14.3 Painel com caixa de ar 0,03 + 0,03 + 0,20 + 0,05 - 1,20

14.4 Painel contendo elementos vazados

0,03 + 0,22 + 0,05 - 1,20

14.5 Soluções mistas 0,05 + 0,15 + 0,03 + 0,05 XPS 0,70

20

Tabela 3.4 – Caracterização da solução de parede simples em terra crua – adobe.

Parede simples de terra crua - adobe

Processo construtivo (Mascarenhas, 2010; Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

1. extracção da terra, medianamente argilosa;

2. remoção do coberto vegetal;

3. destorramento e homogeneização da terra;

4. aplicação da mistura de terra e água em moldes;

5. desenformagem dos moldes;

6. secagem dos blocos, primeiro à sombra, para evitar o aparecimento de fissuras devido à retracção, e seguidamente ao sol até endurecerem;

7. realização das fundações em pedra, para evitar a ascensão da humidade por capilaridade;

8. colocação dos blocos por fiadas, assentes com argamassa de terra, de modo a que as juntas das fiadas superiores fiquem alternadas em relação à fiada inferior;

9. aplicação do revestimento em ambas as faces da parede.

Aplicações (Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

edifícios de apenas um piso, em zonas onde o clima é geralmente seco e a terra barrenta, nomeadamente, Alentejo, Algarve, Coimbra, Leiria, Santarém e Tomar.

Caracterização térmica (Pina dos Santos e Rodrigues, 2009; Pina dos Santos e Matias, 2006)

condutibilidade térmica dos blocos de terra é de 1,1 W/m.ºC;

U = 1,64 W/m2.ºC (Figura 3.7).

Figura 3.7 – Solução de parede de adobe (corte).

Vantagens (Mateus, 2004; Pinho, 2000) Desvantagens (Mateus, 2004; Pinho, 2000)

matéria-prima abundante e natural;

não necessita de mão-de-obra qualificada;

necessidade de poucos recursos energéticos para a construção;

facilidade na execução das instalações hidráulicas e eléctricas;

excelente isolamento acústico;

inércia térmica elevada;

reciclável/reutilizável;

incombustível;

não-tóxica.

rápida degradação sob a acção das intempéries;

grande quantidade de mão-de-obra;

solução morosa;

elevado peso próprio;

fracas resistências mecânicas;

limitação de construção em altura e em regiões sísmicas;

obriga a uma manutenção assídua em termos de revestimento.

ext. int.

21

Tabela 3.5 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de pedra.

Parede simples de alvenaria de pedra

Processo construtivo (Mascarenhas, 2010; Pinho, 2000)

1. enchimento das fundações com alvenaria de pedra rija e argamassa de cal e areia;

2. molhar as pedras previamente à sua colocação;

3. assentamento das pedras, numa primeira fase, a seco, procurando a melhor posição, e em seguida aplicando a argamassa de cal e areia;

4. execução das fiadas seguintes, desencontrando as juntas verticais e encaixando as pedras nos lugares deixados livres.


Aplicações (Pina dos Santos e Rodrigues, 2009; Pinho, 2000)

solução adoptada em muitos edifícios de habitação por todo o país, apresentando altura variável, atingindo 5 a 6 pisos;

actualmente, a construção de paredes exteriores deste tipo é pouco corrente, encontrando-se sobretudo em zonas rurais;

tipo de pedra utilizada depende da disponibilidade local. O granito predomina nas zonas de Trás-os-Montes, Beiras e Douro Litoral; o xisto predomina no Douro e ainda nas Beiras; na região de Lisboa, e em algumas zonas alentejanas predominam os calcários; nas Regiões Autónomas dos Açores e Madeira a pedra utilizada é de origem vulcânica, em geral, basalto.

Caracterização térmica (Pina dos Santos e Rodrigues, 2009; Pina dos Santos e Matias, 2006)

condutibilidade térmica da pedra de calcário dura é de 1,7 W/m.ºC;

U = 1,54 W/m2.ºC (Figura 3.8).

Figura 3.8 – Solução de parede simples de alvenaria de pedra (corte).

Vantagens (Mascarenhas, 2010; Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

Desvantagens (Mascarenhas, 2010; Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

valor estético e cultural;

boa resistência mecânica à compressão e ao desgaste;

durabilidade elevada;

bom isolamento aos ruídos aéreos;

pedra é um material abundante;

elevada contribuição de massa útil para a inércia térmica.

elevado peso próprio origina grandes solicitações gravíticas e sísmicas;

solução que exige espessuras elevadas por razões estruturais e construtivas;

limitação da construção em altura e em zonas sísmicas;

custos elevados;

mão-de-obra especializada;

baixo rendimento, execução bastante morosa;

elevada quantidade de energia necessária para extracção e transporte da pedra.

22

Tabela 3.6 - Caracterização da solução de parede simples de fardos de palha.

Parede simples de fardos de palha

Processo construtivo (Bohadana, 2007)

1. construção de uma base em alvenaria de pedra, evitando o contacto directo entre os fardos de palha e o solo, que devido à humidade, provoca o apodrecimento da palha;

2. execução da estrutura, da cobertura e das caixilharias em madeira;

3. colocação dos fardos em fiadas horizontais, com as juntas verticais desencontradas;

4. fixação os fardos de palha entre si através de agulhas de madeira e cintas de tecido;

5. preparação das superfícies e aplicação do revestimento à base de terra ou de cal, resistentes à humidade.

Aplicações (Pinto, 1998; Bohadana, 2007; Pinto, 2011)

difundiu-se nos Estados Unidos, no final do século XIX, com o aparecimento das máquinas enfardadeiras;

utiliza-se apenas o fardo de palha de cereais, que devem estar secos e bem compactados, com a massa volúmica entre 80 e 120 kg/m

3;

solução mais desenvolvida na Alemanha, Inglaterra, Bélgica, Áustria e Suíça;

em Portugal existem actualmente cerca de uma dúzia de edifícios;

utilização em construções baixas, com 1 ou 2 pisos.

Caracterização térmica (Simões, 2009)

condutibilidade térmica dos fardos de palha é de 0,06 W/m.°C;

U = 0,12 W/m2.ºC (Figura 3.9).

Figura 3.9 - Solução de parede simples de fardos de palha (corte).

Vantagens (Bohadana, 2007; Pinto, 2011) Desvantagens (Bohadana, 2007; Pinto, 2011)

a palha é um recurso abundante e renovável;

material de fácil aquisição;

custo reduzido;

consumo reduzido de energia na produção e transporte do material;

garante bom isolamento acústico;

não provoca impacto ambiental negativo no local da extracção;

material não tóxico;

permite soluções de grande versatilidade arquitectónica.

dificuldade para obter licenciamento ou financiamento para a construção por ainda ser considerada uma tecnologia não convencional;

necessidade de protecção das paredes contra a humidade para evitar apodrecimento;

os fardos não devem estar em contacto directo com o solo;

necessidade de elevada compactação dos fardos para aumentar a resistência ao fogo;

solução não adequada em climas húmidos. Os fardos são bastante susceptiveis à água, devendo estar totalmente secos;

limitações em relação à construção em altura.

23

Tabela 3.7 - Caracterização da solução de parede simples de tijolo maciço.

Parede simples de tijolo maciço

Processo construtivo (Silva,2007; Mateus,2004)

1. molhar previamente os tijolos, de modo a evitar que absorvam a água de amassadura;

2. colocação da primeira fiada de tijolos, definindo qual a espessura pretendida para a parede, nomeadamente a 1 vez (uma vez - 22 cm), a 1 ½ (uma vez e meia – 34 cm) ou a 2 vezes (duas vezes – 45 cm);

3. elevação da parede, com a aplicação das fiadas seguintes, garantindo a horizontalidade das fiadas e a verticalidade do paramento;



encontra-se geralmente aplicado a edifícios de habitação, de serviços ou industriais;

desempenha, na maioria das situações, funções resistentes;

em Portugal, foi durante o período compreendido entre 1830 e 1960, que este tipo de solução foi aplicado com mais frequência.

Caracterização térmica (Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

U = 1,53 W/m2.ºC (Figura 3.10).

Figura 3.10 - Solução de parede de tijolo maciço (corte).

Vantagens (Mateus, 2004;Pina dos Santos, 2002) Desvantagens (Mateus, 2004)

abundância da matéria-prima para o fabrico do tijolo e o elevado número de empresas especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;

rapidez e facilidade de execução;

mão-de-obra não qualificada;

boa resistência ao fogo, uma vez que o tijolo é um material não combustível.

produção de grande quantidade de resíduos, justificada pela fragilidade do tijolo e pela necessidade de se proceder à realização de remates e de se implantarem instalações;

elevada quantidade de mão-de-obra;

elevado peso próprio.

24

Tabela 3.8 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem isolamento térmico.


Processo construtivo (Mascarenhas, 2010; Mateus, 2004)


2. aplicação da primeira fiada de tijolos do pano interior;

3. execução da caleira com argamassa, na qual se assentam tubos em plástico para drenagem das águas que possam atravessar o pano exterior ou resultantes de condensações internas;

4. aplicação da primeira e seguintes fiadas de tijolo do pano exterior, garantindo a horizontalidade das fiadas e a verticalidade do paramento;

5. aplicação de um reboco afagado pela face interior do pano exterior para contrariar a passagem da água;

6. elevação do pano interior da parede e aplicação do revestimento em ambas as faces da parede.

Aplicações (Mateus, 2010)

solução utilizada frequentemente na envolvente interior de separação entre fogos em edifícios de habitação ou serviços, associada a estruturas reticuladas de betão armado.

Caracterização térmica (Pina dos Santos e Matias, 2006)

Figura 3.11 - Solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado sem isolamento (corte).

Tabela 3.9 – Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo furado sem isolamento térmico.

Vantagens (Mascarenhas, 2010; Mateus, 2004; Pina dos Santos, 2002)

Desvantagens (Mascarenhas, 2010; Mateus, 2004; Moret et al., 2009)

abundância da matéria-prima para o fabrico do tijolo e o elevado número de empresas especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;



boa resistência ao fogo, uma vez que o tijolo é um material não combustível;

a caixa-de-ar melhora o isolamento térmico e acústico e impede a ocorrência de empolamentos nos paramentos, uma vez que a condensação do vapor de água dá-se na caixa-de-ar.

produção de grande quantidade de resíduos, justificado pela fragilidade do tijolo, pela necessidade de se proceder à realização de remates e de se implantarem instalações;


apenas metade da massa da parede é contabilizada para efeitos de inércia térmica.

25

Tabela 3.10 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico.




2. colocação da primeira fiada de tijolos no pano interior e exterior;

3. aplicação das seguintes fiadas de tijolo apenas do pano exterior da parede;

4. fixação das placas de isolamento térmico na face interior do pano exterior;

5. elevação do pano interior da parede e aplicação do revestimento em ambas as faces da parede.

Aplicações (Mateus,2010; Pina dos Santos e Matias, 2006)

solução aplicada geralmente na envolvente exterior dos edifícios de habitação ou serviços, desempenhando funções de enchimento, associada a estruturas reticuladas de betão armado;

as placas de MW e ICB, por serem materiais porosos, aplicam-se também como isolantes acústicos.


Figura 3.12 - Solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento

térmico (corte).

Tabela 3.11 – Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico.

Vantagens

(Mascarenhas, 2010; Mateus, 2004; Pina dos Santos, 2002)

Desvantagens (Mascarenhas,2010; Mateus,2004; Moret el at,2009)

abundância de matéria-prima para fabrico do tijolo e o elevado número de empresas especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;



facilidade de obtenção dos níveis de isolamento térmico desejados em superfície corrente;

boa resistência ao fogo, uma vez que o tijolo é um material não combustível.

produção de resíduos, justificado pela fragilidade do tijolo, pela necessidade de se proceder à realização de remates e de se implantarem instalações;


a aplicação do isolamento na caixa-de-ar contribui para que apenas o pano interior da parede seja contabilizado para efeitos de inércia térmica;

possibilidade de ocorrer condensações do vapor de água no interior do paramento, dando origem ao aparecimento de fungos no interior;

devido ao comportamento sob a acção da água dos isolantes térmicos, é necessário adoptar medidas de protecção face aos riscos de contacto prolongado do isolante com a água.

26

Tabela 3.12 - Caracterização da solução de parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar

parcialmente preenchida com isolamento térmico.




2. aplicação da primeira fiada de tijolos do pano interior;

3. execução da caleira para drenagem das águas que possam atravessar o pano exterior ou resultantes de condensações internas;

4. colocação da primeira fiada de tijolos do pano exterior da parede, deixando o espaço destinado à caixa-de-ar e ao isolamento térmico;

5. elevação do pano interior através da colocação das fiadas seguintes;

6. fixação do isolamento térmico ao pano interior da parede;

7. elevação do pano exterior da parede e aplicação do revestimento em ambas as faces da parede.

Aplicações (Mateus,2010; Pina dos Santos e Matias, 2006)

solução aplicada geralmente na envolvente exterior dos edifícios de habitação ou serviços, desempenhando funções de enchimento, associada a estruturas reticuladas de betão armado;

as placas de MW e ICB, por serem materiais porosos, são também utilizadas como isolantes acústicos;


Tabela 3.13 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de ar parcialmente preenchida com isolamento térmico.

Figura 3.13 - Solução de parede dupla de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico (corte).

Vantagens

(Mascarenhas, 2010; Mateus, 2004; Pina dos Santos, 2002)

Desvantagens (Mateus, 2004; Moret el al., 2002)

abundância da matéria-prima para fabrico do tijolo e o elevado número de empresas especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;



facilidade de obtenção dos níveis de isolamento térmico desejados em superfície corrente;

boa resistência ao fogo, uma vez que o tijolo é um material não combustível;

a presença da caixa-de-ar melhora o isolamento térmico e acústico e impede a ocorrência de empolamentos nos paramentos.



a aplicação do isolamento na caixa-de-ar, contribui para que apenas o pano interior da parede seja contabilizado para efeitos de massa útil, ou seja, para a inércia térmica.

devido ao comportamento sob a acção da água de alguns isolantes térmicos, é necessário que se adoptem medidas de protecção face aos riscos de contacto prolongado do isolante com a água.

27

Tabela 3.14 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico

pelo interior.



1. humedecer os tijolos, de forma a evitar que absorvam parte da água de amassadura;

2. colocação da primeira e seguintes fiadas de tijolos, garantindo a horizontalidade das fiadas e a verticalidade do paramento;

3. aplicação do isolamento térmico por colagem na face interior do paramento;

4. aplicação do revestimento exterior e interior, que geralmente é constituído por placas de gesso cartonado e eventualmente por placas de madeira ou derivados;

Aplicações (Pina dos Santos, 2002; Pina dos Santos e Matias, 2006)

solução utilizada frequentemente na reabilitação térmica de edifícios, e também, mais recentemente, em construções novas, desempenhando funções de enchimento, associada a estruturas reticuladas de betão armado.


Tabela 3.15 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo interior.

Figura 3.14 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo interior (corte).

Vantagens (Anastácio, 2010; Mateus, 2004; Pina dos Santos,

2002)

Desvantagens (Mateus, 2004; Pina dos Santos, 2002)

abundância da matéria-prima para fabrico do tijolo e o elevado número de empresas que especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;



permite a manutenção de toda a fachada do edifício e a sua aplicação não depende das condições climatéricas;

facilidade de obtenção dos níveis de isolamento térmico desejados em superfície corrente ou em pontes térmicas planas.



o facto de o isolamento térmico estar do lado interior, provoca amplitudes térmicas maiores no paramento exterior, ocorrendo risco de fendilhação;

o paramento exterior não contribui para a massa útil, reduzindo a inércia térmica do edifício;

não permite de forma satisfatória a redução da influência das pontes térmicas lineares (exemplo: pilar de canto);

deformabilidade e degradação sob a acção de choques;

a utilização de isolantes térmicos combustíveis pelo interior exige a adopção de revestimentos com características adequadas à protecção dos utentes, logo na fase inicial de deflagração do sinistro;

devido ao comportamento sob a acção da água de alguns isolantes térmicos, é necessário que se adoptem medidas de protecção face aos riscos de contacto prolongado do isolante com a água.

28


pelo exterior, tipo ETICS.

Parede simples de alvenaria de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS




3. aplicação do isolamento térmico por colagem na face exterior do paramento;

4. execução da camada de base do revestimento, incorporando uma rede de fibra de vidro, que permite um acréscimo da resistência mecânica e aumenta a resistência do revestimento ao choque e fissuração;

5. execução do revestimento em ambas as faces da parede;


solução utilizada quer na reabilitação térmica de edifícios, quer em construções novas, desempenhando funções de enchimento, associada a estruturas reticuladas de betão armado.


Tabela 3.17 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS.

Figura 3.15 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS (corte).

Vantagens (Anastácio, 2010; Mateus, 2004; Atalaia,

2008; Pina dos Santos, 2002)

Desvantagens (Mascarenhas, 2008; Pina dos Santos, 2002; Afonso,

2009)

abundância da matéria-prima para fabrico do tijolo e o elevado número de empresas que especializadas nesta tecnologia, tornam o seu custo menor;

a ausência de descontinuidade na camada de isolante melhora o comportamento térmico das paredes exteriores através de uma melhor correcção das pontes térmicas;

a massa da parede contribui na sua totalidade para a inércia térmica interior;

redução do risco de condensações intersticiais no interior das paredes e consequente desenvolvimento de fungos e bolores;

protecção estrutural do edifício das diferenças

térmicas e adversidades climáticas,

assegurando a integridade física dos

edifícios, evitando-se fendilhações e sinais de

envelhecimento típicos da construção;

perturba pouco a utilização dos espaços interiores, e permite a manutenção da área útil interior;

garante boa capacidade de isolamento

acústico.


requer mão-de-obra especializada;

custo elevado;

necessita de tratamento em pontos singulares (ângulos, remates, ligações, etc.);

deformabilidade e degradação sob a acção de choques acidentais ou vandalismo;

solução incompatível em obras de reabilitação de edifícios com revestimento exterior a manter, uma vez que altera a fachada exterior do edifício;

solução com fraco desempenho face a incêndios, visto que grande parte dos isolantes térmicos apresentam mau desempenho de reacção ao fogo;

a aplicação de isolantes térmicos nesta solução pode ser condicionada ou limitada por exigências de segurança contra incêndio ou de comportamento face à acção da água.

29


pelo exterior, tipo fachada ventilada.





3. aplicação do isolamento térmico por colagem na face exterior do paramento;

4. montagem da estrutura de fixação, que além de transferir para o paramento as acções a que o revestimento está sujeito, deve permitir o afastamento do revestimento em relação ao elemento de suporte, de modo a estabelecer uma caixa-de-ar entre os dois elementos;

5. fixação do revestimento exterior ao paramento, através da ligação à estrutura de fixação.


solução utilizada na reabilitação de edifícios que apresentem problemas – por exemplo, em fachadas ou empenas com graves problemas de degradação, de isolamento térmico e acústico, falta de estanquidade à água, ou de fissuração – como na construção de novos edifícios, desempenhando funções de enchimento, associada a estruturas reticuladas de betão armado.


Tabela 3.19 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de tijolo furado com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada.

Figura 3.16 - Solução de parede simples de tijolo furado com isolamento pelo exterior, tipo fachada ventilada (corte).

Vantagens (Mascarenhas, 2008; Mateus, 2004; Gomes, 2010)

Desvantagens (Mascarenhas, 2008; Mateus, 2004; Gomes, 2010)

isolamento térmico contínuo torna-o mais eficiente, pois eliminam-se ou previnem-se as pontes térmicas;

disponibilidade total da capacidade térmica da parede para a inércia térmica;

risco reduzido de fissuração do revestimento (diminuição dos efeitos da dilatação térmica);

manutenção simples e reduzida;

protecção do isolamento térmico, estrutura do edifício e parede contra as intempéries (maior durabilidade);

eliminação das condensações. A presença da camada de ar ventilado facilita a evacuação do vapor de água proveniente do interior e favorece a eliminação de humidades que podem causar infiltrações;

a ventilação impede que o ar existente na câmara aqueça, evitando-se a transmissão de calor por convecção;

a existência de isolamento térmico pelo exterior permite a execução de paredes de menor espessura, mas com o mesmo comportamento (maximização da área útil interior);

melhor isolamento acústico.

o revestimento exterior exige uma estrutura de suporte que encarece a sua execução;

condiciona o aspecto exterior do edifício;

dificuldade eventual na execução de remates, zonas de cunhais e saliências;

maior risco de degradação por vandalismo;

a caixa-de-ar, se não for seccionada, facilita a propagação de fogo entre pisos;

a aplicação dos isolantes térmicos utilizados nesta solução pode também ser condicionada ou limitada por exigências de segurança contra incêndio ou de comportamento face à acção da água.

30

Tabela 3.20 - Caracterização da solução de parede de alvenaria de blocos de betão corrente (com inertes pesados).

Parede de alvenaria de blocos de betão corrente (com inertes pesados)

Processo construtivo Os processos construtivos das soluções com blocos de betão corrente, são idênticos aos das soluções que utilizam o tijolo furado na construção do paramento, já descritos anteriormente (Tabelas 3.7, 3.9, 3.11, 3.13, 3.15 e 3.17).


solução pouco utilizada na construção de edifícios de habitação, excepto nas Regiões Autónomas dos Açores e Madeira, onde não se fabricam tijolos cerâmicos por escassez de matéria-prima;

utilização, em maior escala, em pavilhões industriais, garagens, zonas comerciais e armazéns;

solução de parede que desempenha geralmente funções de enchimento ou compartimentação, associada geralmente a elementos de betão armado com funções estruturais.


Parede simples de alvenaria de betão corrente com isolamento térmico pelo interior

Tabela 3.21 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento térmico pelo interior.

Figura 3.17 - Solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento pelo interior (corte).

Parede simples de alvenaria de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS

Tabela 3.22 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS.

Figura 3.18 - Solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento pelo exterior, tipo ETICS (corte).

Parede simples de blocos de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

Tabela 3.23 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada.

Figura 3.19 - Solução de parede simples de blocos de betão corrente com isolamento pelo exterior, tipo fachada ventilada (corte).

31

Parede dupla de alvenaria de blocos de betão corrente sem isolamento térmico

Tabela 3.24 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de blocos de betão corrente sem isolamento térmico.

Figura 3.20 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente sem isolamento térmico (corte).

Parede dupla de alvenaria de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico

Tabela 3.25 - Coeficiente de transmissão térmica da solução de parede dupla de betão corrente com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico.

Figura 3.21 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico (corte).

Parede dupla de alvenaria de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico

Tabela 3.26 - Coeficiente de transmissão térmica de solução de parede dupla de betão corrente com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico.

Figura 3.22 - Solução de parede dupla de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico (corte).

Vantagens (Mascarenhas, 2010; Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

Desvantagens (Mascarenhas, 2010; Pina dos Santos e Rodrigues, 2009)

bom comportamento mecânico;

elevada resistência ao fogo;

bom isolamento acústico;

bom rendimento devido à facilidade de assentamento dos blocos;

elevada durabilidade;

mão-de-obra não especializada.


dificuldade de abertura de roços;

blocos têm um custo considerável;

estanqueidade relativamente reduzida;

elevada absorção de água, que torna a posição dos blocos facilmente visíveis.

32

Tabela 3.27 - Caracterização da solução de parede de alvenaria de blocos de betão leve.


Processo construtivo Os processos construtivos das soluções com blocos de betão leve, são idênticos aos das soluções que utilizam o tijolo furado para a construção do paramento, já descritos anteriormente (Tabelas 3.7, 3.9, 3.11, 3.13, 3.15 e 3.17).


solução pouco utilizada na construção de edifícios de habitação, excepto nas Regiões Autónomas dos Açores e Madeira, onde não se fabricam tijolos cerâmicos por escassez de matéria-prima;

utilização, em maior escala, em pavilhões industriais, garagens, zonas comerciais e armazéns;

solução de parede que desempenha geralmente funções de enchimento ou compartimentação, associada geralmente a estruturas reticuladas de betão armado.


Parede simples de alvenaria de betão leve com isolamento térmico pelo interior

Tabela 3.28- Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo interior.

Figura 3.23 - Solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo interior (corte).

Parede simples de alvenaria de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS

Tabela 3.29 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS.

Figura 3.24 - Solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS (corte).

Parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

Tabela 3.30 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede simples de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada.

Figura 3.25 - Solução de parede simples de blocos de betão leve com isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada (corte).

33

Parede dupla de alvenaria de blocos de betão leve sem isolamento térmico

Tabela 3.31 - Coeficiente de transmissão térmica da solução de parede dupla de betão leve sem isolamento térmico.

Figura 3.26 - Solução de parede dupla de blocos de betão leve sem isolamento térmico (corte).

Parede dupla de alvenaria de blocos de batão corrente com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico

Tabela 3.32 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de blocos de betão leve com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico.

Figura 3.27 - Solução de parede dupla de betão leve com a caixa-de-ar totalmente preenchida com isolamento térmico (corte).

Parede dupla de alvenaria de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico

Tabela 3.33 - Coeficiente de transmissão térmica para a solução de parede dupla de betão leve com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico.

Figura 3.28 - Solução de parede dupla de betão leve com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico (corte).

Vantagens (Mascarenhas, 2010; Eça, 1988; Silva, 2007)

Desvantagens (Mascarenhas, 2010; Eça, 1988; Silva, 2007)

solução relativamente mais leve e de maior isolamento térmico, devido à estrutura celular interna, comparativamente à solução de blocos de betão corrente;


economia de mão-de-obra devido à facilidade de assentamento;

mão-de-obra não especializada.

fraco isolamento acústico devido ao seu baixo peso próprio;

dificuldade de abertura de roços;

fraca resistência ao choque;

elevado grau de absorção de humidade;

preço elevado.

34

Tabela 3.34 - Caracterização da solução de parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado.

Parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado

Processo construtivo (Mateus, 2004; Guerreiro, 2002; Silva, 2007)

1. aplicação de uma tela asfáltica em paredes exteriores cuja primeira fiada esteja em contacto com o solo, que formará uma barreira contra a ascensão capilar e a humidade;

2. colocação da primeira e seguintes fiadas de blocos de betão celular autoclavado. Os blocos devem ser assentes com argamassa própria, possibilitando boa aderência entre os blocos e garantindo a resistência da parede ao derrube, bem como a não existência de pontes térmicas através das juntas e uma colocação mais rápida. Nos blocos com encaixe macho-fêmea não é necessário aplicar argamassa na junta vertical;

3. Aplicação do revestimento em ambas as faces da parede.

Aplicações (Pina dos Santos e Rodrigues,2009; Guerreiro,2002)

solução de fachada com pouca aplicação em Portugal, uma vez que o betão celular autoclavado não se fabrica em Portugal, obtendo-se apenas por importação. Devido aos sucessivos erros na sua aplicação, a sua introdução em Portugal teve pouco sucesso, provocando uma ideia geralmente negativa acerca deste material;

solução utilizada em edifícios de habitação, de serviços e industriais;

as paredes de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado preenchem malhas reticuladas de estruturas de betão armado.

Caracterização térmica (Pina dos Santos e Rodrigues,2009; Pina dos Santos e Matias,2006)

o betão celular autoclavado apresenta uma condutibilidade térmica de 0,19 W/m.°C;

U = 0,68 W/m2.°C (Figura 3.29).

Figura 3.29 - Solução de parede simples de blocos de betão celular autoclavado (corte).

Vantagens (Mateus,2004; Eça,1988; Silva, 2007)

Desvantagens (Mateus,2004; Silva, 2007)

reduzido peso de construção, o que potencia a utilização deste sistema em edifícios com grande altura ou em obras de ampliação;

processo de construção mais industrializado (menor tempo de construção, menor dependência em relação ao clima, menor produção de resíduos);


elevada durabilidade e boa resistência mecânica;

bom isolamento acústico;

fraca permeabilidade;

utilização de meios de transporte e equipamentos mais ligeiros, nas operações de transporte, construção e desmantelamento;

versátil, devido ao elevado número de peças com diferentes dimensões e formas.

falta de mão-de-obra especializada para lidar com esta tecnologia;

reduzido número de fornecedores;

preço elevado.

35

Tabela 3.35 - Caracterização da solução de parede de painéis pré-fabricados.


Processo construtivo (Eça,1988; Pereira,2009)

1. execução de uma marcação rigorosa de todos os painéis de parede a aplicar;

2. fixação, sobre a marcação efectuada, de placa pré-fabricadas de betão, de modo a apoiar os painéis, garantindo o nivelamento das juntas horizontais;

3. colocação e elevação do painel no local onde será aplicado, geralmente com recurso a gruas;

4. escoramento dos painéis, que garante a verticalidade e mantém o painel na posição desejada;

5. após a colocação dos dois primeiros painéis, aplica-se, por colagem a quente, uma fita de cartão asfáltico para que evite a fuga do betão da junta vertical que une os dois painéis;

6. montagem da armadura de ligação nas juntas. Estas armaduras estão cruzadas, permitindo a montagem no seu interior de varões complementares e posterior betonagem, com recurso a micro-betão. Este tipo de ligação permite garantir o funcionamento conjunto de todos os painéis pré-fabricados e o consequente comportamento global de uma estrutura parede;

7. colagem das juntas horizontais dos painéis com argamassa, que se introduz na base dos painéis e é apertada com pequenos vibradores de ponta espalmada.

Aplicações (Eça,1988; Pereira,2009)

solução utilizada em edifícios de habitação social, zonas comerciais, armazéns e garagens;

solução associada a edifícios que necessitem de um determinado número de elementos iguais a ser fabricados ou conjunto de edifícios com as mesmas características, situação que se exige para que a pré-fabricação seja rentável;

em Portugal a utilização da pré-fabricação na construção, não tem tanto significado como noutros países da Europa;

as dimensões, constituição e geometria poderão ser muito diversas. A aplicação de painéis com altura de um piso é a solução mais correntemente utilizada.

Caracterização térmica (Eça,1988)

Da aplicação e organização dos diversos materiais, resultam painéis que vulgarmente se enquadram nos tipos que se caracterizam em seguida:

Painéis homogéneos - painéis constituídos por materiais de estrutura homogénea, dispostos em

camadas, funcionando em conjunto, sem qualquer deles desempenhar uma função restritamente definida. U = 1,33 W/m

2.°C (Figura 3.30).

Figura 3.30 - Solução de parede de painel pré-fabricado homogéneo (corte).

Painéis tipo “sandwich” - painéis constituídos por três camadas, das quais, a camada interna

desempenha a função de isolante térmico. U = 0,79 W/m2.°C (Figura 3.31).

Figura 3.31 - Solução de parede de painél pré-fabricado tipo sandwich (corte).

36

Painéis com caixa-de-ar – painéis que recorrem a materiais de estrutura homogénea para as faces

exterior e interior do painel, separadas por um espaço de ar. U = 1,20 W/m2.°C (Figura 3.32).

Figura 3.32 - Solução de parede de painel pré-fabricado com caixa-de-ar (corte).

Painéis contendo elementos vazados - painéis cuja função de isolante térmico é desempenhada

fundamentalmente à custa de elementos vazados, normalmente blocos cerâmicos, revestidos por uma camada de betão pelo exterior e estuque pelo interior. U = 1,20 W/m

2.°C (Figura 3.33).

Figura 3.33 - Solução de parede de painél pré-fabricado contendo elementos vazados (corte).

Painéis de soluções mistas - resultam das combinações dos painéis referidos anteriormente,

podendo apresentar uma grande diversidade de materiais. U = 0,70 W/m2.°C (Figura 3.34).

Figura 3.34 - Solução de parede pré-fabricado misto (corte).

Vantagens (Pina dos Santos,2002; Eça, 1988; Pereira, 2009, Mascarenhas, 2008)

Desvantagens (Pina dos Santos,2002; Pereira, 2009, Mascarenhas, 2008)

construção relativamente rápida devido ao elevado rendimento;

garantia de qualidade na pré-fabricação;

garantia de limpeza da obra uma vez que não há desperdícios;


bom comportamento mecânico;

possível redução dos efeitos perturbadores das variações climatéricas das diversas épocas do ano.


elevado consumo de energia no fabrico, transporte e colocação;

limitação no tamanho das peças devido ao transporte e colocação em obra;

necessária mão-de-obra especializada;

custos elevados;

exigem repetitividade para serem competitivos;

maior exactidão no estudo do projecto e pormenorização;

susceptibilidade a patologias diversas nas ligações.

37

3.7. Análise comparativa das soluções de parede de fachada estudadas

Após a caracterização das soluções de parede de fachada estudadas neste trabalho, pode

efectuar-se uma análise comparativa entre as várias soluções relativamente ao processo

construtivo, às suas aplicações, às vantagens e desvantagens e ainda ao coeficiente de

transmissão térmico associado a cada solução de parede de fachada.

3.7.1. Processo construtivo

O processo construtivo adoptado está associado ao tipo de material utilizado como

elemento de suporte da parede, sendo também dependente da existência de isolamento térmico

assim como da sua posição em relação ao elemento de suporte da parede.

As soluções de parede simples sem isolamento térmico, que correspondem às soluções em

terra crua – Adobe (Tabela 3.3), alvenaria de pedra (Tabela 3.4), de fardos de palha (Tabela 3.5), de

tijolo maciço (Tabela 3.6) e de blocos de betão celular autoclavado (Tabela 3.33), apresentam entre

si diferentes etapas do processo construtivo, que são inerentes ao material utilizado como elemento

de suporte da parede.

Relativamente às soluções de parede de fachada apresentadas nas Tabelas 3.7, 3.9, 3.11,

3.13, 3.15 e 3.17, em que o elemento de suporte da parede é o tijolo furado, verifica-se uma maior

semelhança entre as várias etapas do processo construtivo. As diferenças ainda verificadas estão

associadas à existência de caixa-de-ar, de isolamento térmico e da posição do mesmo em relação

ao elemento de suporte da parede. Esta situação verifica-se também entre as soluções compostas

por blocos de betão corrente (Tabela 3.19) e de betão leve (Tabela 3.26).

Em relação às soluções de parede de painéis pré-fabricados, o processo construtivo

indicado incide essencialmente sobre as várias etapas necessárias à correcta colocação do painel,

uma vez que o restante processo construtivo é realizado em fábrica.

3.7.2. Aplicações

A aplicação de determinada solução de parede de fachada encontra-se associada a

diversos factores, nomeadamente, à época de construção do edifício, à localização, ao tipo de

edifício e à função estrutural a desempenhar pela parede.

Quanto à época de construção é possível distinguir as soluções de parede de abobe, de

alvenaria de pedra e de tijolo maciço, como as primeiras soluções de parede de fachada aplicadas

na construção de edifícios, conforme enunciado na secção 3.1. Com o aparecimento de novos

materiais, como o tijolo furado e o betão, surgiram novas soluções de parede, que provocaram uma

redução na aplicação do adobe, da pedra e do tijolo maciço na envolvente opaca de edifícios.

Nas construções mais antigas também a localização tinha uma influência mais significativa

na escolha dos materiais a utilizar, cuja opção recaía no material mais abundante na local de

38

construção do edifício. Embora actualmente esta situação não seja tão notória, verifica-se ainda a

existência de alguns condicionalismos relativamente à aplicação de determinadas soluções de

parede por escassez de matéria-prima. Nos arquipélagos da Madeira e dos Açores, por exemplo,

verifica-se esta situação, em que, pelo facto de não se fabricar tijolos cerâmicos, a aplicação de

soluções de parede com tijolo furado é reduzida. Também o clima associado a cada localização,

pode restringir a aplicação de diversas soluções de parede, em que o uso de determinados

materiais não é aconselhável, caso do adobe e dos fardos de palha, que não se devem adoptar em

climas geralmente húmidos.

Em relação à tipologia do edifício, verifica-se que, antes do aparecimento do tijolo furado e

do betão, a maioria dos edifícios quer de habitação, quer de serviços ou industriais, adoptaram

soluções de parede em alvenaria de pedra ou em tijolo maciço, em que os edifícios possuíam uma

altura variável de 5 ou 6 pisos. A solução de parede em adobe, utilizada em menor escala,

encontra-se aplicada a edifícios de habitação de um piso apenas, tal como a solução de parede com

fardos de palha. As restantes soluções de parede aplicam-se geralmente em edifícios de habitação

e serviços, podendo apresentar uma altura bastante superior. As soluções de parede em alvenaria

de blocos de betão corrente ou leve e as soluções de parede compostas por painéis pré-fabricados,

aplicam-se também e com alguma frequência em pavilhões industriais, garagens ou zonas

comerciais, ou seja, em construções menos cuidadas e mais rápidas.

Relativamente à função estrutural, é possível agrupar as soluções de parede em Adobe,

alvenaria de pedra e tijolo maciço, como as soluções que, na maioria dos casos, desempenham

funções estruturais, enquanto as restantes soluções de parede encontram-se associadas a edifícios

com estrutura reticulada em betão armado, ou em madeira, no caso dos fardos de palha.

3.7.3. Coeficiente de transmissão térmica

Em relação ao coeficiente de transmissão térmica das diversas soluções de parede de

fachada estudadas, verifica-se que as soluções sem isolamento térmico apresentam, em geral, um

elevado coeficiente de transmissão térmico, à excepção das soluções de parede de fardos de palha

e de betão celular autoclavado, devido à reduzida conductibilidade térmica que lhes está associada.

Para as soluções de fachada compostas por parede dupla, verifica-se que as soluções com

caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico apresentam reduzido coeficiente de

transmissão térmica, situação expectável, devido à contribuição da resistência térmica quer do

isolamento térmico, quer do espaço de ar não-ventilado.

No caso das soluções de parede simples com isolamento térmico, verifica-se que, apesar

da diferença ser reduzida, a aplicação do respectivo isolamento pela face interior da parede resulta

um coeficiente de transmissão térmica menor, comparativamente à aplicação do isolamento térmico

pelo exterior, o que em regime permanente deveria ser idêntico.

Ao comparar o coeficiente de transmissão térmico das soluções de tijolo furado, de blocos

de betão corrente e de betão leve para espessuras e isolamento térmico idênticos, verifica-se que

as soluções de parede com tijolo furado apresentam menor coeficiente de transmissão térmico, tal

39

como seria de esperar, devido à maior resistência térmica que o tijolo furado apresenta em relação

quer aos blocos de betão corrente, quer aos de betão leve (Pina dos Santos e Matias, 2006).

De entre a totalidade das soluções de parede de fachada analisadas, é possível realçar,

relativamente ao coeficiente de transmissão térmico, as soluções de parede em adobe, alvenaria de

pedra e tijolo maciço, por serem as soluções que, comparativamente com as restantes,

apresentarem maior coeficiente de transmissão térmica. Em sentido oposto, distingue-se a solução

de parede com fardos de palha, devido ao reduzido coeficiente de transmissão térmico que

apresenta.

3.7.4. Vantagens e desvantagens

As vantagens ou desvantagens associadas a cada solução de parede são, na generalidade,

influenciadas pelo material que compõe o elemento de suporte da parede e pela presença ou

posição quer do isolamento térmico, quer da caixa-de-ar.

Em relação ao elemento de suporte da parede, as vantagens ou desvantagens que surgem

estão associadas a diversas situações, nomeadamente, à quantidade de matéria-prima disponível,

ao custo, à durabilidade, à mão-de-obra, facilidade e rapidez de execução, ao comportamento

mecânico, ao peso próprio, à aplicabilidade em altura, à resistência ao fogo, à produção de resíduos

e ainda às capacidades térmicas e acústicas.

A presença e posição do isolamento térmico e da caixa-de-ar originam vantagens e

desvantagens relacionadas principalmente com as capacidades térmicas e acústicas da solução de

parede, mas também com a resistência ao fogo, a durabilidade, o tipo e quantidade de mão-de-obra

e o custo que determinada solução de parede implica.

Relativamente às soluções de parede de alvenaria de blocos de betão corrente e de blocos

de betão leve (Tabelas 3.19 e 3.26, respectivamente), as vantagens e desvantagens indicadas

estão associadas principalmente com o elemento de suporte da parede, uma vez que as vantagens

ou desvantagens associadas à presença ou posição do isolamento térmico e da caixa-de-ar são

idênticas às apresentadas nas tabelas anteriores, em que o elemento de suporte da parede é o

tijolo furado, para soluções de idêntica constituição relativamente ao isolamento térmico e à caixa-

de-ar.

41

4. EnergyPlus

No presente capítulo faz-se, numa primeira fase, uma breve descrição acerca do software

utilizado, procurando evidenciar as suas principais potencialidades. Em seguida, abordam-se os

principais campos de entrada (inputs) necessários que permitem a obtenção de resultados. Por fim,

faz-se referência aos resultados fornecidos pelo programa (outputs), que depois de devidamente

tratadas, permitem avaliar o comportamento térmico das diferentes soluções construtivas

analisadas. No entanto, para situações mais específicas, é aconselhável a consulta do manual do

EnergyPlus (EnergyPlus, 2010).

O EnergyPlus é um programa computacional complexo, desenvolvido pelo Departamento de

Energia dos Estados Unidos da América, com o intuito de facilitar a compreensão do

comportamento térmico dos edifícios e do consumo energético que lhes está associado. A versão

utilizada na presente dissertação é a 6.0 e, apesar de não ser a versão mais recente, uma vez que

durante o período no qual se desenvolveu este trabalho surgirem novas versões, é suficiente para o

seu desenvolvimento.

A partir da introdução da geometria de um edifício, das características dos materiais

constituintes e das condições ambientais, o programa fornece resultados acerca de ganhos e

perdas de calor pela envolvente, de necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento,

entre outros, que necessitam de ser requisitados. As simulações efectuadas têm por base um

ficheiro climático que, para cada localização, fornece dados climáticos numa base horária. Estas

situações tornam este software uma ferramenta bastante útil, permitindo efectuar diversas

simulações num curto espaço de tempo.

Os dados de entrada e saída do programa são em formato de texto, na extensão IDF (Input

Data File). O programa possui um editor de texto em que os dados correspondentes à simulação ou

ao edifício em estudo são inseridos e modificados. O acesso ao editor de texto é possível através da

ferramenta EP-Launch (Figura 4.1). Esta ferramenta permite ainda inserir os ficheiros climáticos e

dar início à simulação.

No que respeita aos arquivos de saída de resultados, o programa apresenta sempre um

ficheiro de erros para que, caso estes existam, o utilizador possa proceder à sua rápida detecção e

correcção. Fornece também um ficheiro em formato CAD apresentando a geometria modelada.

Apesar das potencialidades já mencionadas, o EnergyPlus apresenta um ambiente gráfico

pouco atractivo. Além disso, a introdução da geometria de qualquer edifício pelo IDF Editor do EP-

Launch é um processo bastante complexo e moroso, suscetível a erros. Como consequência,

optou-se pela utilização de uma interface com o programa Google SketchUp que, além do aspecto

gráfico mais atractivo, permite a introdução de vários parâmetros sem que seja necessário recorrer

ao próprio EP-Launch. Na secção 4.1.5.1 apresenta-se uma descrição sucinta do funcionamento da

interface entre os programas EnergyPlus e Google SketchUp. Informações complementares acerca

desta interface podem ser encontradas em Nunes et al. (2012).

42

Figura 4.1 – Arquivo de entrada do EnergyPlus (IDF Editor).

4.1 Campos de entrada EnergyPlus (Input)

Apresenta-se nesta secção a metodologia utilizada na introdução dos campos de entrada do

EnergyPlus. No entanto, explicam-se apenas os campos de entrada que foram utilizados para a

elaboração deste estudo, uma vez que o programa é bastante mais vasto e tem outras

potencialidades que saem fora do âmbito deste trabalho, que incluem por exemplo, o

dimensionamento de sistemas mecânicos de climatização.

Tal como já foi mencionado, o programa possui um editor de texto através do qual os dados

relativos ao caso de estudo são introduzidos no programa. Esse editor de texto está dividido em

grupos e estes por sua vez estão divididos em várias secções que são descritos em seguida.

4.1.1 Simulation Parameters

No grupo de introdução de dados Simulation Parameters (Figura 4.2), são definidos

diversos parâmetros da simulação, tais como: a versão do programa (Version); o tipo de controlo de

simulação que se pretende (SimulationControl); parâmetros acerca do edifício a simular (Building); a

frequência de cálculo acerca do sombreamento (ShadowCalculation); os algoritmos de convecção

interior e exterior (SurfaceConvectionAlgorithm); o valor do factor multiplicativo do volume das zona

(ZoneCapitanceMultiplier), que se considerou sempre igual à unidade e o intervalo de tempo em que

se deseja obter os resultados (Timestep).

43

Figura 4.2 – Grupo Simulation Parameters

No que respeita à definição de parâmetros para a edificação, é necessário inserir outras

características relativas ao edifício como a zona de implantação do mesmo, o ângulo do edifício em

relação ao Norte Geográfico e a distribuição solar que neste caso se considerou

FullInteriorAndExterior, o período de dias no início da simulação do programa antes da recolha de

dados que, para o efeito, foi considerado de 25 dias. Relativamente à opção FullInteriorAndExterior,

esta indica que existe sombreamento da radiação solar através de elementos exteriores horizontais

e verticais, e que esta radiação incide não só no chão como, também, em superfícies como as

paredes.

Para o cálculo da geometria solar, com o objectivo de se determinar a variação das sombras

no edifício, optou-se por um intervalo de 20 dias. A vantagem em considerar este intervalo temporal

prende-se com o facto de, assim, se minimizar o tempo despendido em cada simulação com a

realização, por parte do programa, de todos os cálculos da geometria solar para todos os dias do

ano. Nesta escolha há que ter em atenção o número de dias de intervalo para que este não seja

demasiado elevado, originando dessa forma imprecisões na simulação.

4.1.2 Location and Climate

Neste grupo, através do campo Location são inseridas as características relativas à

localização do edifício em estudo, inserindo-se as respectivas coordenadas geográficas, a latitude e

a longitude, e a altitude da respectiva zona climática.

Através do campo RunPeriod é definido o período de simulação, ou seja, o dia e o mês

inicial, o dia e o mês final, e o número de anos a simular. Neste trabalho foram considerados dois

períodos de simulação como características das condições climáticas extremas em Portugal: um

relativo ao Inverno, correspondente ao período de aquecimento e outro relativo ao Verão,

correspondente ao período de arrefecimento, ambas para um ano.

44

4.1.3 Schedules

Neste campo define-se um determinado número de horários - Schedules - essenciais ao

funcionamento de outros campos do programa e das simulações que se pretende efectuar.

Em primeiro lugar, é imprescindível a definição dos Schedules N1 e N2. Estes serão

utilizados no grupo Zone Controls and Thermostat definido adiante, funcionando como controlos

internos do programa, que correspondem a assumir a zona controlada apenas com aquecimento

(N1) ou arrefecimento (N2). Outro Schedule fundamental é o ON, utilizado para o controlo dos

ganhos internos, que se descrevem mais à frente.

Para além dos Schedules que têm de ser definidos, independentemente da simulação que

se pretenda realizar, o utilizador define neste campo um Schedule para cada setpoint de

temperatura da zona que se quer controlar nas simulações. Para o presente trabalho foram

definidos dois, um para a temperatura de Inverno, com valor de 20°C, e um para a de Verão, com

valor de 25°C.

A definição de um Schedule implica a definição do período de tempo em que este se aplica,

tendo-se considerado que os Schedules funcionavam durante todo o ano. No entanto, a criação

destes controlos obedece a regras bem definidas, sendo preciso definir-se inicialmente um

Schedule diário, a partir do qual se define um outro semanal que, por sua vez, dá origem ao

Schedule anual. É no primeiro caso, ou seja no Schedule diário, que são definidas, para cada hora

do dia, as temperaturas já referidas. Considerou-se, para a realização das simulações que se

pretende efectuar, que a temperatura interior deveria permanecer dentro de determinados limites,

consoante a estação climática a simular.

De notar que, no caso dos Schedules N1 e N2 não devem ser colocadas temperaturas,

sendo todas as horas do dia preenchidas, respectivamente, com os valores 1 e 2. Também para o

Schedule ON devem ser preenchidas todas as horas com o valor 1. A razão pelo qual os Schedules

anteriores possuem os valores referidos e não temperaturas, prende-se com o facto destes

funcionarem apenas como variáveis de definição para o funcionamento do programa.

4.1.4 Surface Construction Elements

Neste grupo são definidos os materiais de construção que constituem a envolvente do

edifício. Para tal, torna-se necessário preencher quatro campos dentro deste grupo, referentes aos

materiais regulares, aos espaços de ar (no caso das paredes duplas), aos tipos de vidro dos vãos

envidraçados e às protecções solares dos envidraçados.

Para definir a composição de determinada superfície é necessário introduzir-se as

características dos materiais que compõem a superfície, através do campo Material (Figura 4.3), e

seguidamente definir, no campo Construction (Figura 4.4), que materiais compõem determinada

superfície, seguindo a ordem de colocação da face exterior da superfície para o interior.

45

Figura 4.3 – Introdução das características dos materiais no campo Material.

Figura 4.4 – Definição dos materiais que compõem as superfícies no campo Construction.

4.1.5 Thermal Zones and Surface

Neste grupo definem-se as zonas, superfícies, sub-superfícies e superfícies de

sombreamento, que constituem o edifício a simular. Para o preenchimento destes campos, recorreu-

se à interface entre os programas GoogleSketchUp e EnergyPlus, que se apresenta nos pontos

seguintes.

46

4.1.5.1 Interface SketchUp-OpenStudio/EnergyPlus

O Google SketchUp é um programa de desenho de fácil manuseamento e bastante intuitivo,

podendo criar-se, a três dimensões, os mais variados objectos, das mais diversas formas. A

instalação da versão gratuita do Google SketchUp é suficiente para que o funcionamento desta

interface se verifique.

O OpenStudio é um Plug-in para o Google SketchUp permitindo que este seja associado ao

EnergyPlus (Figura 4.5). Assim, através do Google SketchUp, em conjunto com o OpenStudio, é

possível, por exemplo, criar e editar, de forma bastante rápida e intuitiva, a geometria de um edifício,

fazendo com que esta seja automaticamente incluída nos campos de entrada do EnergyPlus. Este

plug-in de instalação gratuita, permite também dar início a simulações dinâmicas do EnergyPlus e

visualizar vários resultados através do Google SketchUp. A realização deste documento tem por

base a versão 1.0.6 do Legacy OpenStudio Plug-in.

Após a instalação do OpenStudio, surgirá uma barra de novas ferramentas que permite

interagir com o EnergyPlus através do ambiente SketchUp (Figura 4.6), permitindo criar e editar

“Zonas”, “Superfícies” e “Sub-Superfícies”. É possível explorar os campos de entrada do

EnergyPlus, usando todas as capacidades do SketchUp 3D para visualizar a geometria a partir de

qualquer ponto de vista, podendo ainda adequar a cada superfície a respectiva condição de

fronteira e adicionar palas de sombreamento, caso existam.

Figura 4.5 – Interacção entre os programas Google SketchUp, OpenStudio e EnergyPlus (adaptado de https://openstudio.nrel.gov).

47

Figura 4.6 – Barra de ferramentas do OpensStudio, que através do ambiente SketchUp, interage com o EnergyPlus.

Devido à facilidade de introdução da geometria de qualquer edifício através da interface do

SketchUp-OpenStudio Plug in e o EnergyPlus, aliada ao aspecto gráfico bastante atractivo, quando

comparados com o EP-Launch, optou-se por definir a geometria do edifício recorrendo a esta

interface. Nas secções seguintes apresenta-se os processos, alguns deles sequenciais, que

envolvem a criação da geometria do edifício.

No entanto, antes de dar início à introdução de dados através do ambiente SketchUp,

importa dar a conhecer ao utilizador, alguns aspectos que serão úteis ao longo de todo o processo

de modelação. Assim sendo, considerou-se importante salientar, previamente à descrição dos

diferentes campos do programa, os seguintes aspectos:

1. Guardar com frequência. Não guardar o projecto como ficheiro SKP (SketchUp), mas sim

como IDF (Figura 4.7). É possível escolher o local onde se deseja guardar o ficheiro. Após

efetuar a simulação, os vários ficheiros de resultados irão aparecer na mesma localização

do ficheiro IDF, daí que não seja aconselhável colocar na mesma pasta vários ficheiro IDF

que se desejem simular posteriormente.

Figura 4.7 – Ferramenta para guardar projecto com .idf.

2. Gravar várias versões do IDF à medida que se progride com a introdução de dados da

simulação (Figura 4.8), para que seja mais fácil recuperar de um erro e/ou permitindo fazer

variações no modelo.

Figura 4.8 – Ferramenta que possibilita guardar como ficheiro idf com nome diferente.

48

3. Para abrir um ficheiro já criado, deve abrir-se o SketchUp sem abrir qualquer ficheiro SKP,

mas sim o ficheiro IDF que se pretender (Figura 4.9).

Figura 4.9 – Feramenta para abrir ficheiro .idf.

4. Não usar a ferramenta Paint Bucket (Balde de tinta – Figura 4.10) para indicar o material

que compõe a superfície ou sub-superficie. Esta ferramenta possibilita apenas uma

visualização mais atractiva do modelo, não associando as características dos materiais

constituintes. Os materiais que compõem determinada superfície devem ser inseridos

através do IDF Editor, no grupo Surface Constrution Elements, já abordado na secção 4.1.4.

Figura 4.10 – Ferramenta Paint Bucket.

4.1.5.1.1 Zona

Designa-se por “Zona” um determinado volume onde a temperatura no seu interior é

uniforme. Para a construção da geometria de um edifício, é necessário criar previamente a “Zona”

em que se insere esta mesma geometria. Para tal, utiliza-se a opção “New Zone” da barra de

ferramentas do OpenStudio presente no SketchUp, clicando-se, em seguida, no local onde se

deseja colocar a origem da Zona (Figura 4.11). Surgirá um cubo, representado com arestas a azul,

identificando a zona (Figura 4.12).

Figura 4.11 - Opção “New Zone” da barra de ferramentas e origem da Zona seleccionada.

49

Figura 4.12 – Representação da zona criada.

Importa salientar que a origem da zona não tem influência na criação da geometria, uma vez

que ao desenhar-se a superfície correspondente ao piso, a zona aumenta automaticamente, se

necessário, consoante as dimensões do piso. Outro aspecto a referir, é o facto da origem da zona,

uma vez definida, não se mover. Pode mover-se o modelo do edifício, mas não vai alterar a origem

da zona, facto que não interfere com os resultados. Ainda assim, caso se deseje alterar a origem da

zona, é necessário recorrer ao IDF Editor do EP-Launch, no campo Zone dentro do grupo Thermal

Zones and Surface (Figura 4.13).

Figura 4.13 – Campo de entrada para possível alteração da origem da zona no IDF Editor.

Em seguida, ao clicar duas vezes sobre o ponto de origem, a zona é seleccionada. Se

seleccionada, a caixa delimitadora azul, aparece com linha tracejada (Figura 4.14).

50

Figura 4.14 – Zona seleccionada.

Pode haver situações, em que é difícil seleccionar a zona pretendida por este método, por

exemplo, se uma zona se localizar muito perto de outra. No entanto, existem formas alternativas

para o fazer. Uma dessas formas consiste em clicar duas vezes sobre a geometria da zona a

selecionar, ou, em alternativa, clicar com o botão direito do rato sobre a geometria e clicar Edit

Group. Outra opção possível é utilizar o comando Show Outliner Window da barra de ferramentas

do OpenStudio no SketchUp e em seguida, clicar duas vezes na zona que se deseja selecionar

(Figura 4.15).

Figura 4.15 – Selecção da zona através da opção Show Outliner Window.

Ainda relativamente às zonas, importa referir que a geometria a criar dentro de uma zona

deve ser convexa.

51

4.1.5.1.2 Superfícies

Após a zona estar seleccionada, pode então começar a construir-se as superfícies dentro da

zona, que irão dar origem à geometria do edifício. Importa referir que o EnergyPlus considera que

numa mesma superfície, a temperatura é uniforme. Qualquer superfície que seja desenhada quando

a zona se encontre activa, será considerada como uma superfície de transferência de calor,

pertencente a esta zona. A primeira superfície a desenhar será um piso (chão). Para tal, pode

recorrer-se à ferramenta Rectangle ou Line, ambas na barra de ferramentas SketchUp (Figura 4.16).

Em qualquer das ferramentas anteriores, é possível definir as dimensões que se desejar, separadas

por vírgula, utilizando a janela presente no canto inferior direito do SketchUp.

Figura 4.16 – Criação do piso através da ferramenta “Rectangle”, atribuindo as dimensões que se desejar.

O SketchUp usa a regra da mão direita para a ordem de entrada dos vértices, para

determinar o sentido exterior normal (Figura 4.17), excepto para superfícies no plano Z=0, como o

pavimento, no qual são atribuídas normais para fora, apontado para baixo, independentemente da

ordem de entrada dos vértices.

Figura 4.17 – Exemplo para a ordem de entrada dos vértices na parede Este (adaptado de Input Output Reference,2010).

Depois de o piso estar desenhado, basta utilizar a ferramenta Push/Pull para criar o volume,

com a dimensão que se desejar (Figura 4.18). Esta ferramenta irá criar as superfícies restantes

(paredes e tecto), sendo o OpenStudio capaz de deduzir o tipo de superfície, com base em normais

52

para fora da superfície. O OpenStudio utiliza um esquema de cores que permite identificar

facilmente pisos (cinza), paredes (castanho) e coberturas (vermelho). Cores escuras são usadas

para identificar a superfície exterior enquanto cores claras identificam o interior. Caso uma

superfície esteja mal orientada, é possível corrigir, clicando com o botão direito do rato sobre a

superfície em causa, e clicar Reverse Face.

Figura 4.18 – Criação do volume (paredes e tecto).

No SketchUp, o Norte Geográfico corresponde a zero graus (Figura 4.19). Se o edifício não

estiver alinhado com o verdadeiro Norte, deve girar-se a geometria como necessário.

Figura 4.19 – Representação dos eixos x, y e z, juntamente com o eixo Norte (Input Output Reference,2010).

Para tal, é necessário desactivar a “Zona”, uma vez que a rotação é implementada ao

edifício e não à “Zona”, de modo a preencher o campo de entrada do IDF-Editor do EnergyPlus

referente ao edifício (Building). Seguidamente recorre-se à ferramenta Show Object Info Window e

introduz-se, no campo Rotation, a rotação que se deseja dar ao edifício, sendo, o sentido positivo, o

sentido dos ponteiros do relógio (Figura 4.20). De notar que a rotação é feita em torno do conjunto

de eixos do SketchUp. Em seguida, guarda-se o projecto como ficheiro IDF. Nenhuma alteração

será evidente enquanto não se reabrir o ficheiro que se guardou anteriormente. Ao reabrir verificar-

se-á que a rotação já se encontra aplicada ao edifício. Este procedimento é equivalente a aplicar a

rotação directamente no campo de entrada EnergyPlus, através do campo Building, no grupo

Simulation Parameters do IDF Editor, abordado na secção 4.1.1 (Figura 4.21).

53

Figura 4.20 – Rotação aplicada ao edifício.

Figura 4.21 - Alteração da rotação através do IDF Editor.

Através da ferramenta Show Object Info Window é possível, além da rotação, preencher

outros campos de entrada do EnergyPlus através do SketchUp. Um desses campos é o nome a

atribuir aos objectos. O SketchUp atribui nomes que não permitem uma fácil distinção entre as

superfícies. Assim sendo, é importante atribuir nomes que possam estar associados quer à

orientação da superfície, quer à sua constituição, quer a outros aspectos que permitam ao utilizador

identificar com facilidade as diversas superfícies na análise de resultados.

54

A opção Show Object Info Window funciona apenas para um objeto de cada vez. Deve

então selecionar-se o objecto que se deseja editar e clicar posteriormente nesta opção. Os campos

a preencher na janela que surge diferem consoante a classe do objecto que se quer editar (Figuras

4.22 e 4.23). Todos estes campos serão automaticamente inseridos nos campos de entrada do IDF-

Editor do EnergyPlus após clicar em qualquer lugar da janela ou passar para o próximo campo a

preencher.

Na Figura 4.23 pode observar-se as várias entradas necessárias relativas à definição de

cada superfície. Assim, salienta-se a definição do tipo de superfície (parede, chão, tecto), da zona

que esta delimita, do ambiente exterior ao elemento, da exposição ao sol e ao vento. Em relação à

constituição das superfícies, que corresponde ao campo Construction da janela, é apenas possível

seleccionar a constituição pretendida, sendo para tal necessário que a mesma já se encontre pré-

definida. Para definir a composição de determinada superfície é necessário recorrer-se ao IDF

Editor, ao grupo Surface Construction Elements, tal como abordado anteriormente na secção 4.1.4.

Uma mesma parede, não tem que ser composta apenas por uma superfície, podendo ser

composta por várias superfícies com constituições distintas. Depois de criada determinada

superfície, basta recorrer à ferramenta Line, para ligar dois pontos pertencentes à fronteira da

superfície. Após efectuar a ligação, com a zona à qual pertence a superfície seleccionada, a parede

passa a ser composta, não por uma, mas por duas superfícies (Figura 4.24).

Figura 4.22 - Janela Object Info para o edifício. Figura 4.23 - Janela Object Info para uma superfície.

55

Figura 4.24 - Divisão de uma superfície em duas.

Este método é também útil, caso se deseje acrescentar superfícies que correspondam a

vigas e pilares. Relativamente às paredes interiores, estas não contribuem para os processos de

transmissão de calor quando não separam espaços a diferentes temperaturas. No entanto, o

programa considera o contributo destes elementos para a inércia térmica, pelo que é necessário o

utilizador preencher o campo designado por Internal mass, através do IDF Editor do EnergyPlus.

Assim, é necessário fornecer ao programa a área das paredes interiores para que ele possa

determinar a massa interna.

4.1.5.1.3 Sub-superfícies

Após a criação do volume, é possível adicionar-se as sub-superfíceis, como portas, janelas, e

claraboias. Para tal, é necessário a zona ser previamente seleccionada, utilizando em seguida a

opção Rectangle ou Line, para criar as sub-superficies com as dimensões e localização que se

desejar. Para definir a origem das sub-superficies numa determinada coordenada, pode utilizar-se a

ferramenta que corresponde à fita métrica ( - Tape Measure Tool) para marcar determinado

ponto a partir do qual se introduz a sub-superficie. Também para este caso, o OpenStudio vai

deduzir o tipo de sub-superfície (se janela, porta, etc). No caso das janelas, a superfície será

translúcida enquanto as portas tomam a cor castanha (Figura 4.25).

Caso o tipo de sub-superfície atribuído pelo OpenStudio não seja o desejado, é possível

corrigir, seleccionando o elemento em causa, e clicando em seguida em Show Object Info Window,

na barra de ferramentas do OpenStudio no SketchUp (Figura 4.26).

À semelhança do que acontece para o edifício, para as zonas e para as superfícies, são

vários os campos de entrada do EnergyPlus que se podem preencher através desta opção no caso

de sub-superfícies. No entanto, as características relacionadas com a constituição das sub-

superfícies, o tipo de sombreamento existente e o caixilho, necessitam de ser inseridas previamente

através do IDF Editor para depois, através da janela Object Info, poderem ser seleccionadas.

56

Figura 4.25 - Criação de sub-superfícies.

Figura 4.26 - Alteração do tipo de sub-superfície.

No caso da constituição das sub-superfícies, o procedimento a efectuar é semelhante ao

adoptado para as superfícies, excepto para vãos envidraçados. Para este caso, a diferença reside

no campo do IDF Editor onde se introduz as características dos materiais. Ao invés do campo

Material utilizam-se para os vãos envidraçados, os campos WindowMaterial:Glazing (Figura 4.27)

para o tipo de vidro, e WindowMaterial:Gas (Figura 4.28) caso exista algum tipo de gás entre os

envidraçados. Seguidamente, no campo Construction, definem-se os vários materiais que compõem

o vão envidraçado, respeitando a mesma ordem utilizada para as superfícies.

Em relação aos dispositivos de sombreamento dos envidraçados, devem introduzir-se as

características do material utilizado, através do campo WindowMaterial:Shade (Figura 4.29). Em

seguida, no campo WindowProperty:ShadingControl (Figura 4.30) do grupo Thermal Zone and

Surfaces, introduz-se as propriedades associadas ao tipo de sombreamento.

57

Relativamente à adição de caixilhos nas sub-superficies, recorre-se ao campo

WindowProperty:FrameAndDivider (Figura 4.31) também do grupo Thermal Zone and Surfaces,

onde se introduzem as propriedades destes elementos, ficando assim definidos os caixilhos para

possível selecção.

Figura 4.27 - Introdução das características dos vidros pelo IDF Editor, no campo WindowMaterial:Glazing.

Figura 4.28 - Introdução do tipo de gás que compõe o vão envidraçado, no campo WindowMaterial:Gas.

58

Figura 4.29 - Introdução das características do material utilizado nos dispositivos de sombreamento, no campo WindowMaterial:Shade.

Figura 4.30 - Introdução das propriedades dos dispositivos de sombreamento, através do IDF Editor, no campo WindowProperty:ShadingControl.

59

Figura 4.31 - Introdução das propriedades dos caixilhos, pelo IDF Editor, através do campo WindowProperty:FrameAndDivider.

Ainda acerca das sub-superfícies, importa salientar que o EnergyPlus não reconhece uma

sub-superfície que compartilhe duas fronteiras com o limite da superfície base ou que compartilhe

uma fronteira com outra sub-superfície. Assim sendo, caso se deseje colocar uma sub-superfície no

canto da superfície base ou junto a outra sub-superfície, é necessário deixar um pequeno espaço

entre ambas, de modo a que sejam reconhecidas como sub-superfícies.

Para situações em que a sub-superfície não é um polígono simples, isto é, com um número

de vértices elevados, a inserção da sub-superfície deve ser feita em pequenos troços rectangulares

ou triangulares, de forma a tornar um polígono complexo em vários polígonos simples, mantendo

uma boa aproximação em tamanho e geometria (Figura 4.32).

Figura 4.32 – Situação a adoptar para polígonos complexos (https://openstudio.nrel.gov).

60

Esta situação é necessária uma vez que o EnergyPlus associa sub-superficies a polígonos

simples, com três a quatro vértices, situação que, a não verificar-se, origina erros durante a

simulação, impedindo que a mesma decorra correctamente.

Para remover uma sub-superfície isolada, isto é, que não compartilhe fronteiras com os

limites da superfície base, deve clicar-se duas vezes sobre a sub-superfície, de modo a que as

respectivas fronteiras e face fiquem seleccionadas, podendo em seguida remover-se a sub-

superfície em causa.

Caso a sub-superfície a remover, compartilhe uma das suas fronteiras com os limites da

superfície base, como é por exemplo, o caso das portas, basta apagar-se uma das fronteiras, desde

que a mesma, não seja a partilhada entre superfície e sub-superfície (Figura 4.33). No entanto, as

restantes fronteiras devem ser posteriormente também removidas, à excepção daquela que

pertence à superfície base, uma vez que tal situação origina a remoção das superfícies base, ao

qual este limite pertence.

Figura 4.33 - Identificação da fronteira que não deve ser removida.

4.1.5.1.4 Superfícies de sombreamento

Para adicionar palas de sombreamento é necessário criar, antes de mais, um grupo de

sombreamento, onde seguidamente são desenhadas as superfícies de sombreamento, ficando

estas reconhecidas imediatamente como tal. Para a criação do grupo de sombreamento, recorre-se

à ferramenta New EnergyPlus Shading Group, seleccionando em seguida o ponto em que se deseja

colocar a origem do grupo. À semelhança do que acontece na criação da “Zona”, surgirá um cubo

delimitado a azul, que identifica o grupo de sombreamento, sendo necessário activá-lo em seguida,

ficando a caixa delimitadora a tracejado (Figura 4.34).

Em seguida, está-se então em condições de desenhar as palas, usando para tal as opções

Rectangle ou Line, com as dimensões desejadas (Figura 4.35).

61

Figura 4.34 - Grupo de sombreamento activo.

Figura 4.35 - Criação da pala de sombreamento.

Da mesma forma que qualquer superfície desenhada com a “Zona” activa (a tracejado) é

reconhecida como parte integrante dessa zona, qualquer superfície desenhada com o “Grupo de

Sombreamento” activo, é reconhecida como uma superfície de sombreamento. Para activar o grupo

de sombreamento, utilizam-se os mesmos métodos para activar a “Zona”.

4.1.5.1.5 Visualização do modelo

As ferramentas OpenStudio Rendering do SketchUp (Figura 4.36) estão relacionadas com a

visualização que se pretende ter do modelo.

Figura 4.36 - Ferramentas OpesStudio Rendering.

Estas ferramentas permitem, entre outras, esconder parte do modelo que não se encontra

seleccionada (Hide Rest of Model), visualizar o modelo através de Raio-X (View Model in X-Ray

Mode), permitindo assim ver ao mesmo tempo o interior da zona, visualizar as superfícies do edifício

62

consoante a sua classe (Render By Surface Class) ou as respectivas condições de fronteira

(Render By Boundary Condition). Após efectuar a simulação, também é possível visualizar alguns

dos resultados no ambiente SketchUp, através da representação das superfícies numa escala de

cores (Render By Data Value - ), o qual será descrito com maior detalhe na secção 4.2.3.

4.1.6 Internal Gains

Neste grupo são introduzidos os ganhos internos, que podem ser considerados no

programa devidos a diferentes fontes, como sejam a iluminação, o equipamento ou mesmo a

ocupação humana. Neste trabalho, de forma a simplificar a análise desta variável, considerou-se

que os ganhos internos são devidos exclusivamente aos equipamentos de iluminação.

Para a definição dos ganhos internos através de equipamentos de iluminação, no campo

Lights é essencial a definição do Schedule que este campo utiliza, ou seja, o ON, referido

anteriormente na secção 4.1.3. Neste mesmo campo, é também fundamental inserir a potência

considerada para os ganhos internos.

A introdução do valor referente aos ganhos internos pode também ser introduzida através

do ambiente SketchUp, na opção Zone Loads. No entanto, as opções disponíveis apresentam

algumas limitações, verificando-se uma reduzida variabilidade nas unidades dos valores

introduzidos. Através da janela Zone Loads (Figura 4.37) introduz-se o valor dos ganhos na

respectiva unidade e o horário (Schedule) associado a cada ganho, conforme a presença e

actividade das pessoas, funcionamento de luzes e equipamentos. Importa referir que os horários

devem ser criados e editados directamente através do IDF Editor, no grupo Schedules.

Figura 4.37 - Janela Zone Loads para introdução de ganhos internos.

63

4.1.7 Zone Airflow

Este grupo está relacionado com a ventilação do edifício. No que respeita ao modelo de

ventilação utilizado, o EnergyPlus apresenta uma grande variedade de opções, permitindo realizar

simulações bastante complexas, como, por exemplo, para a elaboração de estudos de

permeabilidade ao ar em paredes ou vãos envidraçados. Para a realização deste trabalho, o modelo

de ar utilizado consiste apenas na infiltração de ar que ocorre de forma natural no edifício.

Para a definição da infiltração de ar em cada zona é apenas necessário aplicar o Schedule

ON, inserindo-se em seguida o número de renovações de ar por hora. À semelhança dos ganhos

internos, a introdução do número de renovações de ar por hora pode também ser efectuada através

no ambiente SketchUp, pela janela Zone Loads (Figura 4.37).

4.1.8 Zone HVAC Equipment Connections

O presente grupo está associado ao equipamento de climatização que se adoptou neste

trabalho. Embora este tópico seja aqui tratado apenas num único grupo – Zone HVAC Equipment

Connections - no programa EnergyPlus, para a sua correcta definição, é necessário preencher dois

outros grupos complementares, nomeadamente o Node-Branch Management e a Zone HVAC

Forced Air Units.

No grupo Node-Branch Management é apenas necessário definir um nó de entrada para

cada zona, tal como definido no manual do EnergyPlus (EnergyPlus, 2010). No grupo Zone Forced

Air Units, define-se um equipamento fictício, em que será utilizado o nó definido anteriormente.

Neste trabalho, recorre-se apenas à utilização da ferramenta IdealLoadsAirSystem. Neste campo,

introduzem-se algumas características do equipamento fictício, como por exemplo, as temperaturas

de entrada do ar de cada zona, quer para aquecimento (40ºC), quer para arrefecimento (15ºC). Na

prática, e por exemplo para a estação de aquecimento, o equipamento utiliza o caudal de entrada à

temperatura de 40ºC, para aquecer o ambiente interior de modo a satisfazer a temperatura de

mínima de conforto, que para a referida estação se considerou 20ºC. Relativamente ao ar exterior,

optou-se pela opção NoOutdoorAir. A razão desta escolha, prende-se com o facto de se admitir que

a admissão de ar no edifício se deve exclusivamente à infiltração, funcionando o sistema de

climatização, apenas para aquecer ou arrefecer esse mesmo ar.

Após o preenchimento dos campos anteriores, é possível completar o grupo Zone HVAC

Equipment Connections, que na prática não é mais do que definir em que zona se utiliza

determinado equipamento (campo Zone HVAC Equipment Connections), e qual o equipamento

utilizado (campo Zone HVAC Equipment List).

4.1.9 Zone HVAC Controls and Thermostats

Neste grupo do IDF Editor define-se, para cada zona, o controle térmico pretendido,

podendo este assentar em duas situações tipo. No primeiro caso, na situação de Inverno, o

programa apenas aquece as zonas quando a temperatura baixa de um determinado valor limite

64

(setpoint); numa segunda hipótese, durante o Verão, apenas arrefece quando a temperatura

ultrapassa o valor fixado como setpoint.

Para a execução dos dois métodos anteriores é necessário proceder à criação de dois itens,

respectivamente, Single Heating Setpoint e Single Cooling Setpoint. A cada um destes

corresponderá um Schedule que, em linha com o referido na secção 4.1.3, estabelece uma

determinada temperatura, a qual servirá de referência para o controlo térmico das zonas analisadas.

No presente trabalho foi considerado uma temperatura de 20°C para Single Heating Setpoint e de

25°C para Single Cooling Setpoint.

Este grupo pode também ser preenchido pelo ambiente SketchUp, recorrendo novamente à

ferramenta Zone Loads, através do qual é possível introduzir um sistema de climatização garantido

que a temperatura no interior se mantém dentro de um determinado intervalo a seleccionar pelo

utilizador. Para tal, na janela Zone Loads, na secção HVAC Template: Zone: IdealLoadsAirSystem

deve selecionar-se Add HVACTemplate:Zone:IdealLoadsAirSystem e, em seguida, escolher o

termostato pretendido no campo HVACTemplate:Thermostat (Figura 4.38). Através da opção

IdealLoadsAirSystem é possível determinar quais as necessidades de aquecimento ou

arrefecimento, sem que seja necessário modelar um sistema de climatização na sua totalidade.

O HVAC Template:Thermostat permite um controlo do tipo dual setpoint, em que se define o

intervalo a que se deseja a temperatura interior, de modo a que os sistemas de climatização, para

aquecimento ou arrefecimento, entrem em funcionamento sempre que necessário, garantido assim

as temperaturas interiores pretendidas. Quando se cria um novo modelo de simulação a partir do

SketchUp, um termostato é automaticamente definido, que toma o nome de Constant Setpoint

Thermostat, estando disponível para possível selecção e edição (Figura 4.39).

Figura 4.38 - Janela Zone Loads para introdução de HVAC Template.

65

Figura 4.39 - Janela HVAC Template: Thermostat, onde é possível definir o intervalo de temperaturas.

Através do HVAC Template:Thermostat, todos os outros campos de entrada que

necessitam de ser introduzidos no IDF Editor, são directamente preenchidos. Quando a simulação é

executada, é criado um ficheiro .expidf, semelhante ao .idf, em que os campos de entrada

referentes a este tipo de climatização já se encontram devidamente preenchidos.

Caso se pretenda outro tipo de controlo, como por exemplo, do tipo single heating setpoint,

em que o sistema de climatização entra em funcionamento apenas para aquecimento, de modo a

que a temperatura interior nunca seja inferior à especificada, já não é possível utilizar o HVAC

Template:Thermostats do SketchUp, sendo necessário recorrer ao IDF Editor do EP-Launch. Para

saber que campos preencher, pode recorrer-se ao ficheiro .expidf do tipo de controlo dual setpoint,

uma vez que os campos a preencher são os mesmos. A diferença reside nas opções que se

seleccionam, relacionadas com o tipo de controlo que se pretender.

No presente estudo optou-se por utilizar o controlo do tipo Single Heating Setpoint durante a

estação de aquecimento, e o controlo do tipo Single Cooling Setpoint, tendo-se para isso recorrido

ao IDF Editor do EP-Launch.

4.2 Campos de saída EnergyPlus (Output)

Com o intuito de obter os resultados de saída do EnergyPlus é fundamental preencher o

grupo Output Reporting do IDF Editor. É precisamente neste grupo que o utilizador deve solicitar as

variáveis que pretende analisar, tendo a possibilidade de escolher para que zona ou zonas, se

deseja obter os valores das diferentes variáveis. Dado que o programa possui uma lista extensa de

variáveis, optou-se por mencionar apenas aquelas que foram solicitadas para a realização deste

trabalho.

Após efectuar a simulação, o programa fornece os valores médios das variáveis para cada

hora, uma vez que foi esse o intervalo de tempo definido, podendo, os resultados fornecidos,

apresentar diferentes formatos.

Assim sendo, nas secções seguintes, far-se-á referência às variáveis solicitadas ao

programa, ao processo de simulação e à visualização de resultados.

66

4.2.1 Variáveis solicitadas ao programa

Uma vez que o presente trabalho tem como objectivo principal efectuar uma comparação

entre o comportamento térmico de diferentes soluções de fachada de edifícios, torna-se essencial

obter as trocas de calor efectuadas através da envolvente do edifício. Como tal, para obter esses

valores foram solicitadas ao programa as variáveis Window Heat Gain, Window Heat Loss, Opaque

Surface Inside Face Conduction Gain, Opaque Surface Face Inside Conduction Loss, que

representam os ganhos e perdas de calor através dos envidraçados e dos elementos opacos.

Refira-se que as variáveis Opaque Surface Inside Face Conduction Gain e Opaque Surface Face

Inside Conduction Loss não se encontram, por defeito, disponíveis para selecção, nas versões mais

recentes do EnergyPlus. Para a sua selecção seja possível é necessário eleger a opção

DisplayAdvancedReportVariables no campo Output:Diagnostics, do grupo Output Reporting do IDF

Editor. Após se efectuar uma primeira simulação, estas variáveis já se encontram disponíveis para

selecção.

Os ganhos e perdas, selecionados como output, englobam as várias formas de transmissão

de calor, ou seja, a condução, convecção e radiação. No entanto, estas variáveis não são

suficientes para determinar o balanço térmico numa determinada zona. É necessário conhecer os

ganhos internos e os ganhos e perdas por ventilação que são obtidos através das variáveis Lights

Total Heat Gain, Infiltration-Sensible Heat Gain, Infiltration-Sensible Heat Loss.

O facto de todas estas variáveis serem fornecidas pelo programa separadamente possibilita

que os valores possam ser comparados. É algo que tem interesse analisar nesta dissertação, uma

vez que torna possível identificar quais as soluções de fachada que têm maior impacto nas perdas

ou ganhos de calor.

Por fim, importa também obter as variáveis associadas à quantidade de energia que é

necessário fornecer. Os nomes dessas variáveis são Ideal Loads Air Heating Rate e Ideal Loads Air

Cooling Rate, que representam respectivamente as necessidades energéticas de aquecimento, no

período de Inverno, e as necessidades energéticas de arrefecimento, no período de Verão, para

que se mantenha uma temperatura interior de conforto. Como tal, é fundamental solicitar as

variáveis correspondentes à temperatura exterior e à temperatura interior, que se designam

respectivamente por Outdoor Dry Bulb e Mean Air Temperature, de forma a verificar o cumprimento

das temperaturas de conforto.

4.2.2 Simulação EnergyPlus

Para dar início à simulação em EnergyPlus de determinado modelo, pode recorrer-se ao

próprio EP-Launch, clicando em Simulate, ou ao SketchUp, uma vez que na barra de ferramentas

existe uma opção que permite dar início à simulação (Run EnergyPlus Simulation - ).

Caso o utilizador prefira dar início à simulação pelo EP-Launch, deve introduzir-se a

localização do ficheiro climático na respectiva secção (Weather file) e clicar em seguida na opção

67

Simulate (Figura 4.40). Todos os resultados que se desejem obter têm que ser introduzidos pelo IDF

Editor, no grupo Output Reporting.

Ao optar-se pela opção do SketchUp (Run EnergyPlus Simulation - ), abre-se uma janela

(Figura 4.41) onde se introduz alguns parâmetros de simulação, entre os quais, o ficheiro climático

associado e a data de início e fim da simulação. Nesta mesma janela é possível solicitar ao

programa que mostre um ficheiro de erros assim que terminar a simulação, que elucida o utilizador

sobre os erros cometidos. Nesta janela é também possível seleccionar quais os resultados a

fornecer ao utilizador, assim como o formato dos mesmos, sendo aconselhável que se solicitem em

formato SQLite, CSV (valores separados por vírgulas) e HTML. Importa referir ainda que a grande

maioria dos resultados que se podem obter, têm que ser solicitados directamente no IDF Editor do

EP-Launch, através do grupo Output Reporting, uma vez que o SketchUp permite pedir um número

reduzido de resultados, apenas aqueles que surgem na janela Run Simulation (Figura 4.41) para

possível selecção.

Figura 4.40 - Janela EP-Launch, identificando a secção Weather File e a opção Simulate.

Figura 4.41 - Janela Run Simulation.

68

Ao executar a simulação pelo ambiente SketchUp, todos os resultados requeridos no IDF

Editor do EP-Launch, serão também disponibilizados, mesmo que grande parte deles, não se

encontrem disponíveis para selecção na janela Run Simulation.

4.2.3 Visualização de resultados

Quando termina todo o processo de simulação, os vários ficheiros de resultados gerados

são gravados na mesma pasta onde se encontra o ficheiro IDF que fora simulado. O ficheiro em

formato CSV permite obter os resultados em valores numéricos, podendo ser visualizado através do

Microsoft Excel, enquanto o ficheiro em formato SQLite permite visualizar os resultados solicitados

através de gráficos no ResultsViewer. Já o ficheiro em formato HTML fornece os resultados através

de tabelas.

Para visualizar o ficheiro CSV gerado, abre-se previamente o Microsoft Excel, e dentro do

separador “Dados”, clica-se na opção “Do Texto” e, em seguida, seleciona-se o ficheiro CSV que se

deseja abrir. Por último, abrir-se-á a janela Assistente de Importações de Texto, sendo necessários

três passos até abrir o ficheiro em causa, ilustrados na Figura 4.42.

69

Figura 4.42 - Passos a seguir para abrir ficheiro CSV.

Para visualizar os resultados graficamente pelo ResultsViewer, é necessário instalar o

conjunto de ferramentas OpenStudio, uma vez que o Legacy OpenStudio Plug-in, não é suficiente

para ter acesso ao ResultsViewer. Pode obter-se o OpenStudio através do seguinte endereço

electrónico, http://openstudio.nrel.gov/downloads. Uma vez instalado, está-se em condições de usar

a ferramenta ResultsViewer para visualizar os resultados gerados, em formato SQLite. Ao abrir o

ResultsViewer, deve clicar-se no separador File e ,em seguida, na opção Open, seleccionando

então o ficheiro SQL que se deseja abrir. Posteriormente irão surgir os vários resultados requeridos

antes da simulação, podendo ser visualizados graficamente, ao clicar duas vezes sobre os mesmos

(Figura 4.43). Também é possível, através do ResultsViewer, comparar diferentes resultados da

mesma simulação, selecionando dois ou mais outputs com o auxílio da tecla “Ctrl”.

Através do ficheiro em formato HTML, é possível visualizar os resultados não só através de

tabelas, clicando no próprio ficheiro, como também graficamente, caso se recorra ao EP Compare.

A partir desta ferramenta, que se encontra à disposição do utilizador a partir do momento em que se

instala o EnergyPlus, é possível visualizar graficamente os resultados em formato HTML, podendo,

inclusivamente, comparar os resultados de várias simulações em simultâneo (Figura 4.44). Para

seleccionar os ficheiros HTML que se desejam visualizar, deve clicar-se na opção ManageFiles, e

depois adicionar os ficheiros que se desejar.

70

Figura 4.43 - Visualização de resultados através do ResultsViewer.

Figura 4.44 - Visualização de resultados através do EP Compare.

Quando se solicita a simulação através do SketchUp é gerado um ficheiro de resultados em

formato ESO. Esse ficheiro permite visualizar alguns do resultados solicitados através do ambiente

SketchUp, representando zonas ou superfícies numa escala de cores. Para abrir esse ficheiro, deve

clicar-se na ferramenta Rendering Settings ( ), presente no grupo OpenStudio Rendering. Surge

uma janela (Figura 4.45), na qual se deve carregar o ficheiro ESO, na secção Data Path, e

seleccionar que resultados se deseja visualizar.

71

Figura 4.45 - Janela Rendering Settinngs.

Para o exemplo da Figura 4.46, seleccionou-se como variável a temperatura da face interior

da superfície (Figura 4.45). Através da opção Color Scale ( ), surge a escala de cores utilizada de

acordo com a temperatura. A janela Shadow Settings, presente no canto inferior direito da Figura

4.46, permite visualizar a temperatura da superfície a cada instante do período de simulação. Para

ter acesso a esta janela, basta recorrer ao separador Window e clicar na opção Shadows.

Figura 4.46 - Visualização do modelo através de uma escala de cores.

73

5. Descrição e avaliação dos consumos energéticos da solução de

referência

Neste capítulo pretende-se avaliar os consumos energéticos obtidos, quer a partir do

EnergyPlus (EnergyPlus, 2010) quer do regulamento RCCTE. Optou-se, para esta análise, por

utilizar o RCCTE (2006) em vez do novo regulamento REH (2013), pelo facto deste último ser

bastante recente, cuja utilização está ainda pouco consolidada. Para tal foi necessário selecionar

um caso de estudo, sobre o qual recaem os resultados alcançados ao longo deste capítulo e do

restante trabalho.

Este caso de estudo consiste numa fracção autónoma de habitação, para o qual se definiu

como principal critério de selecção, a regularidade geométrica do modelo de estudo. O principal

objectivo de se ter tomado esta opção consiste na melhor compreensão das trocas de calor que

ocorrem entre o exterior e o interior através das várias superfícies que constituem a envolvente

opaca. Além disso, o facto de possuir um caso de estudo simples, permite efectuar várias alterações

ao modelo base, ao nível do programa EnergyPlus, possibilitando analisar o impacto de diversos

factores ao longo do trabalho, de uma forma mais simples.

O edifício, do qual a fracção autónoma em estudo é parte constituinte, localiza-se na

Travessa das Dores, freguesia da Ajuda, na zona Ocidental de Lisboa. Apresenta uma área de

implantação de 433m2, é constituído por três pisos acima do solo e um abaixo do solo, destinado a

estacionamento. Os três pisos acima do solo destinam-se a habitação, sendo constituídos por 16

fogos de tipologias diferenciadas, nomeadamente, três T0, nove T1 e quatro T3. Deste conjunto de

fogos, optou-se por utilizar como caso de estudo, uma das fracções habitacionais com maior

regularidade geométrica, e localizada no piso intermédio do edifício, de forma a considerar apenas

as paredes, de entre as várias superfícies que constituem a envolvente opaca, as únicas em que

ocorrem trocas de calor, tendo a escolha recaído numa das fracções T1 do Piso 1 (Figura 5.1).

Figura 5.1 – Enquadramento da fracção habitacional em estudo.

A fracção adoptada como caso de estudo, no decorrer no presente trabalho, tem uma área

útil de 46,22m2 e o pé direito de 2,8m. Desenvolve-se com uma entrada directa para o

compartimento da sala com módulo integrado de cozinha. A partir da sala, um espaço de corredor

Travessa das Dores

Tra

vess

a das D

ores

I NFL EXÃO I NFL EXÃO



74

dependente da sala faz a distribuição para uma instalação sanitária completa e quarto, que se

encontra dividida em duas zonas, uma de dormir e outra de vestir (Figura 5.2).

Relativamente à orientação das fachadas do edifício, a fachada principal encontra-se

orientada a Nordeste, a posterior a Sudoeste, enquanto a fachada lateral direita está orientada a

Noroeste e a esquerda a Sudeste. Quanto à sua condição de fronteira, todas as fachadas, à

excepção da fachada lateral esquerda, estão em contacto com o ambiente exterior, sendo por isso

consideradas com superfícies exteriores. A fachada lateral esquerda está em contacto com outra

fracção autónoma, considerando-se como uma superfície adiabática.

Figura 5.2 – Planta do caso de estudo adoptado.

Quanto aos vão envidraçados, verifica-se a existência de duas janelas idênticas no quarto,

com 0,84m de comprimento e 2,10m de altura e uma outra na sala com 2,20m e 2,10m, de

comprimento e altura, respectivamente. Considerou-se que ambos os vão envidraçados são

constituídos por vidro simples incolor de 8mm de espessura, com dispositivos de sombreamento

pelo interior, que se consideraram inactivos durante a estação de aquecimento e activos a 70% para

a estação de arrefecimento, tal como preconizado no RCCTE, para que os resultados alcançados

pelo EnergyPlus possam ser comparados com os dados obtidos pelo RCCTE, situação que

apresenta mais adiante neste capítulo.

Em relação aos ganhos internos, aplicou-se a metodologia adoptada pelo RCCTE, que

define um valor de 4 W/m2 para edifícios residenciais. Quanto à taxa de renovação do ar, adoptou-

se uma taxa de renovação horária unitária para o modelo em estudo.

A comparação entre os resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE realiza-se apenas

para a solução construtiva 7.2 da Tabela 3.2, composta por parede dupla de alvenaria de tijolo com

caixa de ar parcialmente preenchida com isolamento térmico XPS, devido à representatividade

desta solução construtiva no património português, e para a geometria representada na Figura 5.3.

N

75

Figura 5.3 – Geometria do caso de estudo adoptado.

Previamente à análise dos resultados, apresentam-se os dados climáticos considerados

para ambos os métodos nas estações de aquecimento e arrefecimento. Uma vez que os métodos

base que ambos utilizam são diferentes, é de esperar, que os resultados não coincidam. Contudo,

esta comparação é importante para validar os resultados obtidos através do EnergyPlus.

Os dois modelos abordam os dados climáticos, nomeadamente temperaturas exteriores e

radiação solar, de forma diferente. No EnergyPlus, os dados referentes a temperaturas e radiação

solar são fornecidos numa base horária através de um ficheiro climático próprio, específico de cada

localização, enquanto no RCCTE, o método por ser simplificado, avalia comportamentos médios e

não instantâneos, sendo a informação climática fornecida bastante mais reduzida e traduzindo-se

nos seguintes parâmetros: Graus-dia de aquecimento, para a estação de aquecimento; temperatura

média do ar exterior para a estação de arrefecimento e radiação solar média (numa base mensal,

no caso do Inverno e numa base global, no caso do Verão, para a totalidade da estação de

arrefecimento).

De seguida, apresentam-se os resultados obtidos para ambas as estações, em que numa

primeira análise, se adoptaram dados climáticos diferentes, associados ao respectivo método

utilizado, e numa segunda análise, adoptou-se em ambos os métodos os dados climáticos

forncedidos pelo EnergyPlus, visto que todo o trabalho se centra neste programa.

5.1 Estação de aquecimento (Inverno)

Na Tabela 5.1 apresentam-se os valores dos dados climáticos adoptados pela metodologia

do RCCTE e pelo EnergyPlus para Lisboa, referentes à estação de aquecimento.

Tabela 5.1 – Dados climáticos associados a cada método para a estação de aquecimento.

Duração da estação (meses)

Número de graus-dia (GD)

(°C.dia)

Gsul (kWh/m2.mês)

RCCTE 5,3 1190 108

EnergyPlus 5,167 1051 108

De acordo com o RCCTE, é possível definir uma duração da estação de aquecimento fixa

consoante a localização. Assim, considerando que o edifício em estudo, se localiza no concelho de

76

Lisboa, o RCCTE define um período de 5,3 meses. Para determinar o período a adoptar para a

duração da referida estação no caso do EnergyPlus, recorreu-se à definição do RCCTE, que

considera a estação convencional de aquecimento o período do ano com início no primeiro

decendio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura média diária é

inferior a 15°C e com termo no último decendio anterior a 31 de Maio em que a referida temperatura

ainda é inferior a 15°C. Recorreu-se então ao ficheiro climático utilizado pelo EnergyPlus para a

região de Lisboa, no qual são fornecidas as temperaturas exteriores, obtendo-se como estação de

aquecimento o período compreendido entre 11 de Novembro e 16 de Abril, o que corresponde a

5,167 meses, menos 5 dias em relação ao valor fixo adoptado pelo RCCTE.

No que respeita ao número de graus-dias de aquecimento (GD), o RCCTE define também,

consoante a localização, um número de GD para cada concelho. Para o concelho de Lisboa o

número de graus-dia de aquecimento, segundo o RCCTE, é de 1190 °C.dia. Uma vez que o número

de graus-dias de aquecimento corresponde ao somatório, ao longo de toda a estação de

aquecimento, das diferença positivas de temperatura entre a temperatura média exterior de cada dia

e a temperatura de conforto térmico de referência (que segundo a regulamentação térmica é de

20°C para a estação de aquecimento) sempre que a primeira é superior à segunda, recorre-se de

novo ao ficheiro climático do EnergyPlus que conduz ao valor de 1051 °C.dia, valor inferior ao

preconizado pelo RCCTE.

Quanto ao valor de Gsul, que representa a energia solar média incidente numa superfície

vertical orientada a sul na estação de aquecimento, o RCCTE considera que o concelho de Lisboa

se encontra inserido numa zona climática de Inverno do tipo I1, ao qual, segundo o mesmo

regulamento, está associado um valor de 108 kWh/m2.mês. De modo a identificar este valor,

associado ao ficheiro climático de Lisboa do EnergyPlus, criou-se o modelo auxiliar representado na

Figura 5.4, com um vão envidraçado de área unitária orientado a Sul.

Figura 5.4 – Modelo auxiliar com vão envidraçado de área unitária, orientado a Sul.

Seguidamente, verificou-se qual o valor da radiação incidente na superfície exterior do vão

envidraçado ao longo da estação de aquecimento (556,96 kWh/m2) recorrendo à variável Surface

Ext Solar Incident, na secção Output:Variable do grupo Output Reporting do IDF Editor. O valor

médio mensal da energia solar incidente foi determinado dividindo este valor pelo número de meses

da estação de aquecimento (5,167 meses), obtendo-se Gsul igual a 107,8 kWh/m2.mês, valor muito

próximo do definido pelo RCCTE.

77

Aplicando os valores base dos parâmetros climáticos para cada metodologia, EnergyPlus e

RCCTE, obtêm-se os resultados ilustrados na Figura 5.5.

* sem ser normalizado pela área útil de pavimento

Figura 5.5 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus, para a estação de aquecimento.

Analisando a Figura 5.5, verifica-se que os resultados entre as duas metodologias se

encontram próximos para a maioria dos dados relativos a trocas térmicas. Esta situação apenas não

se verifica para as perdas através dos envidraçados e para os ganhos pela envolvente opaca. Na

Figura 5.6, encontram-se as diferenças percentuais associadas a cada dado analisado.

* sem ser normalizado pela área útil de pavimento

Figura 5.6 – Diferenças percentuais entre resultados das duas metodologias na estação de aquecimento ((RCCTE-EP)/EP).

Relativamente às necessidades energéticas para aquecimento, observou-se que as

necessidades calculadas através da metodologia regulamentar são superiores em cerca de 25%,

relativamente às obtidas pelo EnergyPlus.

A diferença entre as perdas através dos vãos envidraçados, onde os valores obtidos pelo

RCCTE são superiores em 64% relativamente aos fornecidos pelo EnergyPlus, contribuem

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

EnergyPlus 1140,33 750,55 534,32 1669,92 696,55 0 1391,14 1461,34

RCCTE 1125,83 1231,51 0 1114,41 705,50 0 1256,64 1825,33

0

500

1000

1500

2000

kWh

/an

o

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

Série1 -1,27 64,08 0,00 -33,27 1,28 0,00 -9,67 24,91

-40

-20

0

20

40

60

80

%

78

significativamente para a diferença das necessidades energéticas verificada entre ambos os

métodos. Um dos motivos que pode justificar a elevada diferença entre ambos os métodos para as

perdas através dos vãos envidraçados é o número de graus-dia de aquecimento considerado, uma

vez que ambos estão directamente relacionados. O RCCTE define, como já foi referido

anteriormente, um valor de 1190 °C.dias, ao passo que o valor retirado do EnergyPlus é

relativamente mais reduzido, 1051 °C.dias.

Outra situação que contribui para uma maior necessidade de energia para aquecimento no

caso do RCCTE, é o facto de este desprezar a existência de ganhos solares pela envolvente opaca,

ao contrário do EnergyPlus. Ainda em relação à envolvente opaca, verifica-se que o RCCTE, apesar

de apresentar maiores necessidades de aquecimento, apresenta menores perdas através da

envolvente opaca, comparativamente ao EnergyPlus.

Em relação aos restantes dados analisados, verifica-se uma semelhança entre os

resultados obtidos, o que seria expectável para os ganhos internos e para as perdas associadas à

renovação do ar, uma vez que consideraram-se os mesmos valores base para ambos os métodos.

No que toca aos ganhos devidos à renovação do ar durante a estação de aquecimento,

nenhum dos métodos considera a sua existência, situação também expectável, dado a temperatura

exterior ser inferior à temperatura no interior da habitação, daí que a renovação do ar apenas origine

perdas de energia durante a estação de aquecimento.

Numa segunda análise, optou-se por utilizar nos cálculos efectuados segundo o RCCTE, os

dados climáticos obtidos através do ficheiro climático associado ao EnergyPlus, presentes na

Tabela 5.1, isto é, com idêntica duração estação (5,167 meses) e número de graus-dias de

aquecimento (1051 °C.dias). Nas Figuras 5.7 e 5.8, encontram-se os resultados desta segunda

análise.

*sem ser normalizado por área útil de pavimento

Figura 5.7 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidos pelo RCCTE e EnergyPlus para a estação de aquecimento,

utilizando os mesmos dados climáticos.

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

EnergyPlus 1140,33 750,55 534,32 1669,92 696,55 0 1391,14 1461,34

RCCTE 1097,57 1087,66 0 984,24 687,80 0 1109,86 1469,18

0

600

1200

1800

kWh

/an

o

79

*sem ser normalizado por área útil de pavimento

Figura 5.8 – Diferenças percentuais entre os resultados de ambos os métodos, com os mesmos dados climáticos, durante a estação de aquecimento ((RCCTE-EP)/EP).

Ao aplicar os dados climáticos do EnergyPlus aos cálculos efectuados segundo o RCCTE,

verifica-se uma aproximação entre as necessidades energéticas dos dois métodos, sendo

praticamente semelhantes. Tal situação deve-se essencialmente ao número de graus-dias agora

considerado na metodologia do RCCTE, que sendo menor, provoca uma redução na quantidade de

energia perdida para o exterior, quer através dos vãos envidraçados, da envolvente opaca e da

ventilação, e consequentemente da quantidade de energia fornecida para aquecimento. Ainda

assim, as perdas obtidas pelo regulamento através dos envidraçados são superiores em 44%

(Figura 5.8) às fornecidas pelo EnergyPlus. Relativamente às perdas através da envolvente opaca,

verifica-se um aumento da diferença percentual entre ambos os métodos, devido à diminuição das

perdas pela envolvente opaca verificada na metodologia do RCCTE.

As diferenças verificadas para a envolvente opaca são motivadas pelo facto de o

EnergyPlus contabilizar a ocorrência de trocas entre o ambiente interior e as superfícies

consideradas de adiabáticas, ao contrário do RCCTE que não considera a existência de trocas

através de paredes em contacto com outra fracção autónoma. No entanto, as perdas e ganhos de

calor verificados através das superfícies adiabáticas resultam da quantidade de calor que fica

armazenada na parede (perda), sendo depois o calor libertado para o interior da fracção (ganho).

De modo a verificar esta situação, determinou-se, pelo EnergyPlus, os ganhos e as perdas através

da envolvente opaca, sem considerar as superfícies adiabáticas. Na Figura 5.9 apresentam-se os

resultados obtidos para a estação de aquecimento.

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

Série1 -3,75 44,91 0,00 -41,06 -1,26 0,00 -20,22 0,54

-50

-25

0

25

50

%

80

*sem ser normalizado pela área útil de pavimento

Figura 5.9 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus para a estação de aquecimento, com e

sem contabilizar as trocas através das superfícies adiabáticas.

Ao analisar a Figura 5.9, verifica-se que, ao não contabilizar as trocas através das

superfícies consideradas adiabáticas, tanto os ganhos como as perdas pela envolvente opaca são

menores, comparativamente à situação anterior. De referir ainda que a diminuição verificada, quer

para os ganhos quer para as perdas, é muito semelhante, do qual se pode concluir que o balanço

entre ganhos e perdas pelas superfícies consideradas adiabáticas é praticamente nulo, facto que

não influencia as necessidades energéticas anteriormente obtidas. Através da Figura 5.10, é

possível comparar os valores obtidos pelo EnergyPlus, sem contabilizar as trocas através das

superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, concluindo que os valores para ganhos e perdas pela

envolvente opaca encontram-se bastante próximos para ambas as metodologias.


Figura 5.10 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus, sem contabilizar as trocas através das

superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, para a estação de aquecimento.

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

Todas assuperficies

1140,33 750,55 534,32 1669,92 696,55 0,00 1391,14 1461,34

Sem supadiabáticas

26,78 1164,97

0

300

600

900

1200

1500

1800

kWh

/an

o

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

EnergyPlus 1140,33 750,55 26,78 1164,97 696,55 0 1391,14 1461,34

RCCTE 1097,57 1087,66 0 984,24 687,80 0 1109,86 1469,18

0

400

800

1200

1600

kWh

/an

o

81

5.2 Estação de arrefecimento (Verão)

Na Tabela 5.2 apresentam-se os valores dos dados climáticos adoptados para cada

metodologia, referentes à estação de arrefecimento.

Tabela 5.2 – Dados climáticos associados a cada método para a estação de arrefecimento.

Duração da

estação (meses)

Temperatura média do ar exterior (°C)

RCCTE 4 23

EnergyPlus 4 21.57

A estação de arrefecimento engloba, segundo o RCCTE, os quatro meses de Verão (Junho,

Julho, Agosto e Setembro), em que a probabilidade de ocorrerem temperaturas exteriores e

radiação solar incidente elevadas é maior, exigindo assim o arrefecimento do ambiente interior dos

edifícios. Para a simulação em EnergyPlus, admitiu-se o mesmo período de tempo definido pelo

RCCTE.

Quanto à temperatura média do ar exterior, o RCCTE define, para o concelho de Lisboa,

uma temperatura de 23°C, uma vez que, segundo o mesmo regulamento, este insere-se numa zona

climática de Verão do tipo V2 pertencente à região Sul. Relativamente ao EnergyPlus, e após se

estabelecer a duração da estação, recorreu-se ao ficheiro climático onde são fornecidas as

temperaturas exteriores, obtendo-se uma temperatura média exterior de 21.57°C durante a referida

estação.

Relativamente aos ganhos internos e à taxa de renovação do ar, adoptaram-se os mesmos

valores considerados para a estação de aquecimento (4 W/m2 e 1 RPH, respectivamente), ambos

resultantes da aplicação do RCCTE.

Á semelhança do efectuado para a análise de resultados da estação de aquecimento

apresentam-se, respectivamente, os resultados obtidos por ambas as metodologias e a diferença

percentual associada (Figuras 5.11 e 5.12).

82


Figura 5.11 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus, para a estação de

arrefecimento.


Figura 5.12 – Diferenças percentuais entre resultados das duas metodologias, na estação de arrefecimento ((RCCTE-EP)/EP).

Ao analisar os resultados, verificou-se, à semelhança do que aconteceu para a estação de

aquecimento, que as necessidades energéticas de arrefecimento calculadas pela metodologia do

RCCTE são superiores às obtidas pelo EnergyPlus, mas desta vez em cerca de 67%. A diferença

observada deve-se essencialmente às elevadas perdas pela envolvente opaca e perdas devidas à

renovação do ar, registadas pelo EnergyPlus, quando comparadas com o RCCTE, justificando

assim as menores necessidades de arrefecimento do EnergyPlus em relação ao RCCTE.

À semelhança do que acontece para a estação de aquecimento, seria expectável que as

diferenças associadas à renovação do ar fossem reduzidas, uma vez que foi considerada a mesma

taxa de renovação em ambos os métodos, situação que não se verifica durante o período de

arrefecimento. Esta diferença pode ser justificada com o facto de a temperatura média exterior

considerada em ambos os métodos ser distinta. Em relação aos ganhos de infiltração, o

EnergyPlus, ao contrário do RCCTE, contabiliza a sua existência, uma vez que o ficheiro climático

fornece a temperatura exterior instantânea numa base horária, existindo períodos em que a

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

EnergyPlus 1086,97 311,45 378,62 648,69 541,27 105,33 476,28 649,48

RCCTE 1036,16 252,51 168,12 160,34 541,33 0 257,66 1082,59

0

400

800

1200

kWh

/an

o

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

Série1 -4,67 -18,92 -55,60 -75,28 0,01 0,00 -45,90 66,69

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

%

83

temperatura exterior é superior à interior, dando assim origem a ganhos. O RCCTE avalia

comportamentos médios, utilizando por isso temperaturas médias, facto que não permite a

contabilização de ganhos, visto a temperatura média exterior (23°C) ser inferior à temperatura

interior de referência para a estação de arrefecimento (25°C). Ainda assim, fazendo a diferença

entre ganhos e perdas, obtidos pelo EnergyPlus, associados à renovação de ar, pode concluir-se

que deste balanço resultam apenas perdas de calor, tal como estipula o RCCTE.

Uma vez que todas as perdas consideradas pelo RCCTE durante a estação de

arrefecimento estão directamente relacionadas com a temperatura média exterior, optou por aplicar-

se a temperatura média exterior (de 21.57°C) obtida através do ficheiro climático à metodologia do

RCCTE, de forma a verificar se tal situação justifica as diferenças verificadas. Apresentam-se nas

Figuras 5.13 e 5.14 os resultados obtidos, utilizando como temperatura média exterior os 21.57°C

do ficheiro climático utilizado pelo EnergyPlus e a diferenças percentuais associadas a cada parcela

analisada.


Figura 5.13 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo RCCTE e EnergyPlus para a estação de

arrefecimento, utilizando os mesmos dados climáticos.


Figura 5.14 – Diferenças percentuais entre resultados de ambos os métodos, com os mesmos dados climáticos, durante estação de arrefecimento ((RCCTE-EP)/EP).

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

EnergyPlus 1086,97 311,45 378,62 648,69 541,27 105,33 476,28 649,48

RCCTE 1036,16 433,06 168,12 274,98 541,33 0 441,89 672,44

0

400

800

1200

kWh

/an

o

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

Série1 -4,67 39,05 -55,60 -57,61 0,01 0,00 -7,22 3,54

-60

-40

-20

0

20

40

60

%

84

Ao analisar as Figuras 5.13 e 5.14, verifica-se que ocorreu um aumento das perdas

calculadas pelo RCCTE, associadas quer a vãos envidraçados, quer à envolvente opaca e

ventilação. Tal situação permitiu que as necessidades de energia para arrefecimento diminuíssem,

ficando mais próximas das obtidas pelo EnergyPlus, ainda assim superiores a estas, em

sensivelmente 3%.

Ao aplicar no cálculo segundo o RCCTE a temperatura média exterior obtida através do

ficheiro climático do EnergyPlus, a diferença das perdas associadas à ventilação entre os dois

métodos diminuíu significativamente, encontrando-se os valores bastante próximos. Esta situação

era expectável e também já se tinha verificado para a estação de aquecimento.

Em relação às perdas pelos vãos envidraçados, ocorreu um aumento da diferença

verificada, sendo as perdas calculadas pelo RCCTE superiores às obtidas através do EnergyPlus

em cerca de 39% (Figura 5.14), valor sensivelmente da mesma ordem de grandeza da verificada na

estação de aquecimento.

Em relação às perdas pela envolvente opaca, constatou-se também uma aproximação entre

os valores dos dois métodos, sendo as perdas obtidas pelo EnergyPlus superiores a 57% das

calculadas pelo RCCTE (Figura 5.14), em lugar dos 75% verificados anteriormente (Figura 5.12). As

diferenças ainda verificadas para a envolvente opaca são motivadas de pelo facto de o EnergyPlus

contabilizar ganhos e perdas de calor entre o ambiente interior e a superfície de parede adiabática,

tal como se verificou na estação de Inverno. À semelhança da comparação efectuada para a

estação de aquecimento, e de modo a comparar com maior rigor esta situação, determinou-se os

ganhos e as perdas, pelo EnergyPlus, através da envolvente opaca, sem contabilizar as superfícies

adiabáticas, para a estação de arrefecimento, encontrando-se os resultados obtidos na Figura 5.15.


Figura 5.15 - Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus para a estação de arrefecimento, com e

sem contabilizar as trocas através das superfícies adiabáticas.

Também para a estação de arrefecimento se verificou uma diminuição quer nos ganhos

quer nas perdas pela envolvente opaca, ao contabilizar apenas as trocas através superfícies em

contacto com o exterior. De forma semelhante ao que se constatou para a estação de aquecimento,

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

Todas assuperficies

1086,97 311,45 378,62 648,69 541,27 105,33 476,28 649,68

Sem supadiabáticas

95,69 341,42

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

85

verifica-se que também para a estação de arrefecimento o balanço entre ganhos e perdas de calor

através das superfícies consideradas adiabáticas é praticamente nulo.

Na Figura 5.16, encontram-se os valores obtidos pelo EnergyPlus, sem contabilizar as

trocas através das superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, através do qual é possível concluir que

os valores para ganhos e perdas pela envolvente opaca aproximam-se para ambas as

metodologias.


Figura 5.16 – Ganhos, perdas e necessidades energéticas obtidas pelo EnergyPlus, sem contabilizar as trocas através das

superfícies adiabáticas, e pelo RCCTE, para a estação de arrefecimento.

5.3 Conclusões do capítulo

Ao analisar-se os resultados obtidos por ambas as metodologias, para as estações de

aquecimento e arrefecimento, verifica-se a não existência de discrepâncias significativas nos

resultados entre os dois métodos, obtendo-se valores coerentes, cujas diferenças são justificadas

com base nos dados climáticos adoptados por cada método.

Para além da diferença entre os dados climáticos adoptados, existem também diferenças no

método de cálculo. Enquanto o RCCTE se baseia numa análise estática, em que as trocas de calor

são determinadas em regime permanente, o EnergyPlus baseia-se numa análise dinâmica,

determinando as trocas de calor em cada instante da simulação, situação que justifica, ainda que

pequenas, as diferenças verificadas, nos casos em que foram utilizados os mesmos dados

climáticos em ambas as metodologias. Em relação às necessidades energéticas, verifica-se que,

tanto na estação de aquecimento como de arrefecimento, os valores obtidos pelo RCCTE são

superiores aos determinados através do EnergyPlus, podendo-se caracterizar a metodologia do

RCCTE como mais conservativa.

Ao longo do presente trabalho optou-se por utilizar o EnergyPlus, uma vez que este,

juntamente com o Google SketchUp, permite obter, num curto espaço de tempo, resultados de

diversos parâmetros que se pretendem analisar.

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

EnergyPlus 1086,97 311,45 95,69 341,42 541,27 105,33 476,28 649,48

RCCTE 1036,16 433,06 168,12 274,98 541,33 0 441,89 672,44

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

87

6. Análise de Resultados

No presente capítulo são analisados os resultados fornecidos pelo programa EnergyPlus,

para as soluções construtivas descritas no capítulo 3. A análise recai sobre o piso intermédio do

caso de estudo descrito no capítulo 5, cuja localização, orientação, área de envidraçados coincidem

com a situação real do edifício.

Ao analisar os resultados obtidos (em Anexo) para todas as soluções da Tabela 3.2 verifica-

se que de entre as várias opções consideradas para uma mesma solução construtiva, as

necessidades energéticas encontram-se bastante próximas entre si, facto que não justifica a

apresentação detalhada dos resultados para todas as opções consideradas.

De entre as soluções construtivas que possuem o tijolo furado como elemento de suporte,

selecionou-se apenas uma, tendo-se em conta a influência do tipo de isolamento térmico e da sua

posição relativamente ao elemento de suporte da parede. A solução construtiva que resultar desta

análise, conforme se apresenta nas secções 6.1 e 6.2, é adoptada também como a solução

construtiva a considerar para as soluções que possuam como elemento de suporte os blocos de

betão correntes ou os blocos de betão leve, obtendo-se assim, um número mais reduzido de

soluções construtivas a analisar.

Na secção 6.3, apresentam-se, mais detalhadamente, os resultados obtidos para as

estações de Inverno e de Verão, indicando os valores percentuais associados a ganhos e perdas,

sem que, no entanto, se deixe de indicar os valores absolutos, de forma a permitir uma comparação

das necessidades energéticas globais associadas às diferentes soluções de fachada, ou períodos

climáticos.

6.1 Influência do tipo de isolamento térmico

Para aferir a influência do tipo de isolamento térmico, compararam-se os resultados obtidos

para três soluções de fachada - as soluções 7.2, 7.5 e 7.8 da Tabela 3.2 – todas constituídas por

parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com

isolamento térmico, com espessuras idênticas, alternando apenas o isolamento térmico utilizado,

XPS, EPS/MW/PUR e ICB, respectivamente. Nas Figuras 6.1 e 6.2 apresentam-se os resultados

obtidos para a estação de aquecimento e arrefecimento.

Da análise das Figuras 6.1 e 6.2, verifica-se que as maiores diferenças residem nos valores

obtidos para as perdas através da envolvente opaca, e consequentemente, nas necessidades

energéticas, uma vez que os restantes campos são muito próximos entre si.

88

*sem ser normalizado pela área útil de pavimento.

Figura 6.1 – Influência do tipo de isolamento térmico para a mesma solução construtiva, durante a estação de

aquecimento.


Figura 6.2 - Influência do tipo de isolamento térmico para a mesma solução construtiva, durante a estação de

arrefecimento.

Durante a estação de aquecimento, um aumento das perdas através da envolvente opaca

acarreta maiores necessidades energéticas, ao contrário da estação de arrefecimento, na qual, um

acréscimo nas perdas pela envolvente opaca conduz a uma menor necessidade de fornecimento de

energia para arrefecimento.

Pelas Figuras 6.1 e 6.2 é possível verificar que a solução que apresenta menores perdas

pela envolvente opaca, em ambas as estações, mas de forma mais notória na estação de

aquecimento, é a solução que utiliza o XPS como isolamento térmico. Assim sendo, será de prever

que esta solução obtenha melhores resultados, em termos de necessidades energéticas, para a

estação de aquecimento, e piores, na estação de arrefecimento, comparativamente com as

restantes soluções. Este facto pode confirmar-se através da Tabela 6.1, que apresenta as

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

XPS 1140,33 750,55 534,32 1669,92 696,55 0,00 1391,14 1461,34

EPS, MW ou PUR 1140,79 749,70 533,74 1688,98 696,55 0,00 1390,79 1479,39

ICB 1141,45 748,45 532,84 1717,10 696,55 0,00 1390,29 1506,09

0

400

800

1200

1600

2000

kWh

/an

o

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

XPS 1086,97 311,45 378,62 648,69 541,27 105,33 476,28 649,68

EPS, MW ou PUR 1087,17 311,14 378,56 652,37 541,27 105,36 475,76 646,94

ICB 1087,45 310,72 378,57 657,87 541,27 105,40 475,02 642,89

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

89

necessidades energéticas normalizadas por área útil de pavimento para ambas as soluções e para

as estações de aquecimento e arrefecimento.

Tabela 6.1 - Necessidades energéticas normalizadas associadas a cada tipo de isolamento térmico, para as estações de

Inverno, Verão e em termos globais.

Inverno Verão Total

Isolamento térmico U (W/m2.°C) Nic (kWh/m

2.ano) Nvc (kWh/m

2.ano) Nic+Niv (kWh/m

2.ano)

XPS 0,54 31,62 14,06 45,68

EPS, MW ou PUR 0,56 32,01 14,00 46,01

ICB 0,58 32,59 13,91 46,50

Verifica-se ainda que, em termos globais, a utilização do XPS como isolamento térmico

conduz a menores necessidade energéticas no conjunto das duas estações. Por este motivo, optou-

se por utilizar o XPS como isolamento térmico nas restantes simulações com este tipo de solução

de fachada.

6.2 Influência da posição do isolamento térmico

Relativamente à influência da posição do isolamento térmico, compararam-se os resultados

obtidos para quatro soluções de fachada - as soluções 6.1, 8.1, 9.1 e 10.1 da Tabela 3.2 - uma vez

que estas adoptam quer as mesmas espessuras para os elementos constituintes, quer o mesmo

tipo de isolamento, o XPS, alternando apenas a sua posição em relação ao elemento de suporte. Na

solução 6.1 o isolamento preenche totalmente a caixa-de-ar, na solução 8.1 o isolamento está

colocado na face interior da parede, ao passo que nas soluções 9.1 e 10.1 o isolamento situa-se na

face exterior do paramento através de métodos diferentes, ETICS e fachada ventilada,

respectivamente. Nas Figuras 6.3 e 6.4 apresentam-se os resultados obtidos para a estação de

aquecimento e arrefecimento, respectivamente.


Figura 6.3 - Influência da posição do isolamento térmico durante a estação de aquecimento.

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nic*

Caixa-de-ar 1142,97 746,01 529,21 1773,58 696,55 0,00 1389,15 1561,30

Interior 1141,02 748,07 533,75 1747,94 696,55 0,00 1392,32 1537,81

ETICS 1143,43 745,53 526,93 1788,10 696,55 0,01 1389,04 1577,20

Fachada ventilada 1143,66 745,26 527,13 1796,96 696,55 0,01 1388,97 1585,41

0

400

800

1200

1600

2000

kWh

/an

o

90


Figura 6.4 - Influência da posição do isolamento térmico durante a estação de arrefecimento

Da análise das Figuras 6.3 e 6.4, verifica-se que as maiores diferenças residem nos valores

obtidos para as perdas e ganhos através da envolvente opaca e, consequentemente, também nas

necessidades energéticas.

Durante a estação de aquecimento, a solução que adopta o isolamento térmico pelo interior,

apresenta menores perdas e maiores ganhos de calor pela envolvente opaca, situações favoráveis

durante a referida estação, que justificam o facto de esta solução, comparativamente com as

restantes, apresentar menores necessidades de aquecimento. Também em relação à estação de

arrefecimento, verifica-se que é a solução que utiliza o isolamento térmico pela face interior que se

distingue das restantes, mas desta vez apresentando maiores necessidades energéticas. Esta

situação pode ser justificada pelo facto de esta apresentar uma menor diferença entre as perdas e

os ganhos pela envolvente opaca.

Pelos resultados obtidos, verifica-se que no presente caso de estudo, o efeito da inércia

térmica nas necessidades energéticas é bastante reduzido. Esta situação foi também verificada em

estudos anteriores (Ferreira, 2012).

Observando a Tabela 6.2, onde se apresentam as necessidades energéticas normalizadas

pela área útil de pavimento, para cada estação e no total das duas estações, verifica-se que, em

termos globais, a utilização do isolamento térmico pela face interior da parede conduz a menores

necessidades energéticas. Para a análise em termos globais, admite-se a utilização de

equipamentos de climatização com rendimentos idênticos em ambas as estações, bem como a

utilização da mesma fonte de energia a fornecer a esses mesmos equipamentos.

Tabela 6.2 - Necessidades energéticas normalizadas associadas à posição do isolamento térmico, para as estações de

Inverno, Verão e em termos globais.

Inverno Verão Total

Posição do Isolamento U (W/m2.°C)

Nic (kWh/m

2.ano)

Nvc (kWh/m

2.ano)

Nic+Niv (kWh/m

2.ano)

Caixa-de-ar 0,65 33,78 13,71 47,49

Interior 0,63 33,27 14,04 47,31

Exterior ETICS 0,67 34,12 13,53 47,65

Fachada Ventilada 0,69 34,30 13,48 47,78

GanhosEnvidraçados

PerdasEnvidraçados

GanhosEnvolvente

Opaca

PerdasEnvolvente

Opaca

GanhosInternos

GanhosInfiltração

PerdasInfiltração

Nvc*

Caixa-de-ar 1088,03 310,31 382,82 672,99 541,27 105,51 474,17 633,80

Interior 1088,24 310,05 368,82 647,25 541,27 105,41 472,83 648,71

ETICS 1088,76 309,95 377,05 678,21 541,27 105,55 473,07 625,55

Fachada ventilada 1089,04 309,76 376,31 681,14 541,27 105,56 472,57 623,01

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

91

Embora a utilização do isolamento térmico pela face interior da parede conduza a menores

necessidade energéticas, verifica-se uma grande proximidade entre todas as soluções, situação que

permite concluir que a posição do isolamento térmico não influencia significativamente, em termos

globais, as necessidades energéticas, como seria de esperar devido ao valor próximo de U das

soluções construtivas analisadas. Devido a este facto, e uma vez que a aplicação do isolamento na

caixa-de-ar é uma solução mais corrente nos edifícios em Portugal, optou-se pela utilização do

isolamento térmico na caixa-de-ar nas análises subsequentes.

6.3 Soluções a analisar

Do conjunto de soluções que utilizam o tijolo furado, os blocos de betão corrente e os blocos

de betão leve como elementos de suporte, optou-se por selecionar a solução construtiva de parede

dupla com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento térmico. Em relação às soluções

de parede de painéis pré-fabricados, optou-se pelo painel tipo sandwich. Deste modo reduziu-se de

72 para 9 o número de diferentes soluções de fachadas a analisar, as quais se detalham na Tabela

6.3.

Tabela 6.3 – Soluções de fachada a analisar.

Solução Correspondência com a

Tabela 3.2 Solução Construtiva

i) Solução 1 Parede simples em terra crua - adobe

ii) Solução 2 Parede simples de alvenaria de pedra

iii) Solução 3 Parede simples de fardos de palha

iv) Solução 4 Parede simples de tijolo maciço

v) Solução 7.2 Parede dupla de alvenaria de tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente

preenchida com isolamento térmico XPS

vi) Solução 11.13 Parede dupla de alvenaria de blocos de betão corrente com a caixa-de-ar

parcialmente preenchida com isolamento térmico XPS

vii) Solução 12.13 Parede dupla de alvenaria de blocos de betão leve com a caixa-de-ar

parcialmente preenchida com isolamento térmico XPS

viii) Solução 13 Parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado

ix) Solução 14.2 Parede de painel pré-fabricado tipo sandwich

O presente subcapítulo encontra-se dividido em duas subsecções, nas quais se estudam as

várias soluções de fachada apresentadas na Tabela 6.3 para as estações de Inverno e Verão,

respectivamente.

6.3.1 Estação de aquecimento

Apresentam-se na Figura 6.5 os resultados relativos às trocas de calor, durante a estação

de aquecimento, através dos envidraçados, envolvente opaca e renovação de ar. A Figura 6.5 inclui

92

ainda os ganhos internos de calor e a quantidade de energia fornecida à fracção para manter a sua

temperatura interior dentro dos valores de conforto de referência do RCCTE para a estação de

aquecimento (θi=20°C).

*sem ser normalizada pela área útil de pavimento

Figura 6.5 - Ganhos, perdas e necessidades energéticas para a estação de aquecimento.

Importa referir que para esta análise, os únicos elementos estruturais a ter em conta são os

pilares, uma vez que, não se contabilizaram trocas de calor através dos pavimentos/tectos e de

paredes em contacto com outros fogos, pelo facto de não ocorrerem perdas ou ganhos efectivos de

calor através destes elementos, considerados de adiabáticos, conforme já demonstrado na secção

5.1.

i) ii) iii) iv) v) vi) vii) viii) ix)

GE 1156 1154, 1117 1158, 1134 1136, 1134 1137, 1138

0

350

700

1050

1400

kWh

/an

o

Ganhos Envidraçados (GE)


PE 721,2 720,9 797,7 717,1 762,4 757,7 762,2 754,7 749,8

0

350

700

1050

1400

kWh

/an

o

Perdas Envidraçados (PE)


GEO 27,8 27,7 85,3 28,4 26,1 26,6 27,3 29,4 29

0

700

1400

2100

kWh

/an

o

Ganhos Envolvente Opaca (GEO)


PEO 2033 1939 450,8 2095 907,8 998,1 920,4 1071 1164,

0

700

1400

2100

kWh

/an

o

Perdas Envolvente Opaca (PEO)


GRA 0,31 0,20 0,00 0,22 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0

500

1000

1500

kWh

/an

o

Ganhos Renovação de ar (GRA)


PRA 1383 1382 1428 1382 1398 1395 1398 1395 1394

0

500

1000

1500

kWh

/an

o

Perdas Renovação de ar (PRA)


GI 696,6 696,6 696,6 696,6 696,6 696,6 696,6 696,6 696,6

0

200

400

600

800

kWh

/an

o

Ganhos Internos (GI)


Nic* 2215 2178 780,7 2330 1216 1293 1229 1375 1463

0

500

1000

1500

2000

2500

kWh

/an

o

Necessidades de Aquecimento (Nic*)

93

Da análise da Figura 6.5 verifica-se que as principais discrepâncias entre as várias soluções

construtivas analisadas ocorrem nas perdas de calor através da envolvente opaca. Visto que os

restantes ganhos ou perdas de calor são bastante próximos entre si, as diferenças registadas nas

perdas de calor pela envolvente opaca influenciam directamente a quantidade de energia a fornecer

para aquecimento. Tal situação pode confirmar-se através da semelhança entre os gráficos das

perdas de calor pela envolvente opaca e das necessidades de aquecimento, da Figura 6.5, em que

as soluções que apresentam menores perdas de calor através da envolvente opaca, registam

menores necessidade de energia para aquecimento, e vice-versa.

A ligação entre perdas pela envolvente opaca e as necessidades de aquecimento pode

confirmar-se através das Figuras 6.6 e 6.7, onde se ilustram, como exemplo, para a solução v) da

Tabela 6.3, as perdas através da parede orientada a Noroeste da fracção, e a respectiva quantidade

de energia fornecida durante a estação de aquecimento. Para além das perdas através de uma

superfície e da quantidade de energia fornecida, ilustram-se também a temperatura interior e

exterior, para que seja possível relacionar estas variáveis.

Através da Figura 6.6, é possível verificar a ocorrência de perdas durante toda a estação de

aquecimento. No entanto, as perdas registadas são mais acentuadas quando a temperatura exterior

é menor. Relativamente à temperatura interior, verifica-se que esta apresenta valores mínimos de

20°C, por corresponder ao valor do setpoint adoptado, chegando a atingir valores de 22°C nos

períodos em que a temperatura exterior é mais elevada e as perdas menos acentuadas.

Figura 6.6 – Variação da temperatura interior e das perdas de calor através da envolvente opaca orientada a noroeste da fracção em estudo, com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de aquecimento.

Pela observação da Figura 6.6, é possível constatar que a uma maior quantidade de energia

fornecida para aquecimento está associada uma menor temperatura exterior. Ao relacionar as

Figuras 6.6 e 6.7, é possível concluir que menores temperaturas exteriores, originam maiores

perdas pela envolvente opaca. Tal situação implica um maior fornecimento de energia para

aquecimento de modo a manter a temperatura interior dentro do limite mínimo para a temperatura

de conforto.

Período da simulação

Te

mp

era

tura

(°C

) Potê

ncia

(W)

Temperatura exterior Temperatura interior Perdas de calor pela parede norte

94

Esta análise foi efectuada apenas para uma das soluções de fachada, a solução v) da

Tabela 6.3, uma vez que nas restantes soluções a situação é semelhante.

Figura 6.7 - Variação da temperatura interior e da quantidade de energia de climatização despendida para a fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de aquecimento.

As perdas através da envolvente opaca e, consequentemente, as necessidades de energia,

estão directamente relacionadas com as propriedades térmicas dos materiais empregues em cada

solução, registando-se maiores perdas através dos elementos opacos nas soluções que possuem

um coeficiente de transmissão térmica mais elevado, e consequentemente, maiores necessidades

de energia. Através da Figura 6.8, confirma-se esta situação, em que as necessidades de energia

para aquecimento encontram-se normalizadas por área útil de pavimento.

Figura 6.8 - Variação das necessidades nominais de aquecimento com o coeficiente de transmissão térmica das diferentes

soluções de fachada.

Da observação das Figuras 6.5 e 6.8, pode concluir-se que é a solução iii) (parede simples

de fardos de palha) que apresenta melhor desempenho térmico durante a estação de aquecimento,

visto ser a solução que, comparativamente com as restantes, necessita de uma menor quantidade

de energia fornecida para garantir temperaturas interiores idênticas, de conforto. Este seria o

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2

Nic

(kW

h/m

2 .an

o)

U (W/m2.°C)

Solução U (W/m2.°C) Nic (kWh/m

2.ano)

i) 1.64 47.92

ii) 1.54 47.13

iii) 0.12 16.89

iv) 1.53 50.41

v) 0.54 26.30

vi) 0.63 27.98

vii) 0.55 26.58

viii) 0.68 29.76

ix) 0.79 31.66

Te

mp

era

tura

(°C

)

Potê

ncia

(W)


Temperatura exterior Temperatura interior Quantidade de energia de climatização

95

resultado expectável, dado o valor do coeficiente de transmissão térmica (U) desta solução ser

consideravelmente inferior às restantes soluções construtivas.

Relativamente às trocas de calor pela envolvente do edifício, apresentam-se nas Figuras

6.9 e 6.10, o peso percentual das perdas e ganhos de calor, respectivamente, para as diferentes

soluções de fachada consideradas.

Legenda:

Figura 6.9 - Distribuição das perdas de calor por solução construtiva (Tabela 6.3), durante a estação de aquecimento.

18%

49%

33%

Sol. i) - Adobe

18%

48%

34%

Sol. ii) - Pedra

30%

17% 53%

Sol. iii) - Fardos de palha

17%

50%

33%

Sol. iv) - Tijolo maciço

25%

30%

45%

Sol. v) - Tijolo furado

24%

32%

44%

Sol. vi) - Blocos de betão corrente

25%

30%

45%

Sol. vii) - Blocos de betão leve

24%

33%

43%

Sol. viii) - Blocos de betão celular autoclavado

23%

35%

42%

Sol. ix) - Painel pré-fabricado tipo sandwich

96

Analisando a Figura 6.9, constata-se que tanto a renovação de ar como as perdas pelos

vãos envidraçados têm um peso preponderante nas perdas totais de calor para qualquer uma das

soluções construtivas analisadas. Apesar do seu peso percentual variar de solução para solução,

em termos absolutos, a quantidade de energia perdida para o exterior é relativamente semelhante

para as várias soluções construtivas analisadas, como se verifica na Figura 6.5. A variação do peso

de cada parcela é justificada pela variação das perdas registadas pela envolvente opaca entre as

várias soluções construtivas, que quanto mais elevadas, menor o peso das parcelas associadas às

perdas por renovação de ar e pelos vãos envidraçados, e vice-versa.

Da observação das Figuras 6.5, 6.8 e 6.9 é possível agrupar, relativamente ao valor de U,

às perdas de calor e consequentes necessidades energéticas, as diversas soluções em três grupos.

O conjunto das soluções i), ii) e iv), mais tradicionais e onde as paredes possuem também função

estrutural, apresentam maiores perdas através da envolvente opaca, perfazendo cerca de 50% da

totalidade das perdas registadas, sendo as soluções que apresentam maiores necessidades

energéticas. O conjunto das soluções v), vi), vii), viii) e ix), mais correntes na construção actual de

edifícios e associadas a estruturas independentes em betão armado com isolamento térmico,

apresentam menores necessidades energéticas, situação justificada pelas menores perdas através

da envolvente opaca que correspondem a percentagens entre 30% a 35% das perdas totais. Ainda

assim, é a solução iii), composta por fardos de palha e com estrutura independente em madeira,

que se distingue das restantes, apresentando apenas 17% de perdas pela envolvente opaca. Esta

situação contribui significativamente para que esta solução possua melhor desempenho, em termos

térmicos, durante a estação de aquecimento.

Relativamente aos ganhos, apresenta-se na Figura 6.10, a distribuição dos ganhos de calor

por solução construtiva, onde se observa uma contribuição significativa dos ganhos internos e

principalmente pelos vãos envidraçados, em todas as soluções. A percentagem associada a estes

ganhos é relativamente semelhante entre as soluções analisadas, situação também verificada em

termos absolutos pela Figura 6.5. O peso significativo dos envidraçados para os ganhos de calor,

deve-se à transmissão directa de radiação solar para o interior, ao contrário dos outros elementos

construtivos, que são opacos. A radiação solar, não atingindo níveis muito elevados, na estação de

aquecimento, comparativamente aos da estação de arrefecimento, os elementos opacos

desempenham um papel nitidamente menor do que os envidraçados, em relação aos ganhos de

calor, apesar de se distribuírem na envolvente por uma área bastante maior que estes. Refira-se

que na estação de aquecimento, os vãos envidraçados não foram considerados, nesta análise, com

dispositivos de sombreamento activos. A solução iii) é a que apresenta, ainda que reduzidos, mais

ganhos de calor pela envolvente opaca, situação favorável durante a estação de aquecimento,

contribuindo mais uma vez, para que esta solução apresente melhor desempenho térmico. Ainda

em relação aos ganhos térmicos, verifica-se que a renovação de ar não origina ganhos de calor

durante a estação de aquecimento, conforme seria de esperar já que a temperatura no interior é

superior à temperatura exterior, durante o período considerado para a referida estação.

97

Legenda:

Figura 6.10 - Distribuição dos ganhos de calor por solução construtiva (Tabela 6.3), durante a estação de aquecimento.

Em relação aos elementos estruturais das soluções construtivas analisadas, este difere

entre os 3 conjuntos de soluções referidos anteriormente. No conjunto das soluções v), vi), vii), viii)

e ix) aplica-se, geralmente, isolamento térmico na superfície dos elementos estruturais considerados

(pilares), tal como se ilustra na Figura 6.11.

61%

2%

37%

0%

Sol. i) - Adobe

61%

2%

37%

0% Sol. ii) - Pedra

59%

4%

37%

0% Sol. iii) - Fardo de palha

61%

2%

37%

0% Sol. iv) - Tijolo maciço

61%

1%

38%

0%


61%

1%

38%

0%


61%

1%

38%

0%


61%

2%

37%

0%


61%

2%

37%

0%


98

Figura 6.11 – Representação dos elementos estruturais nas soluções v), vi), vii), viii) e ix).

Por este motivo, decidiu-se analisar também a influência da presença do isolamento térmico

nos elementos estruturais, nas trocas de calor e nas necessidades energéticas, tendo como

exemplo a solução v) da Tabela 6.3.

Na Figura 6.12 apresenta-se o peso percentual das perdas, para a solução construtiva v),

mas desta vez sem a presença de isolamento térmico nos pilares do edifício.

Figura 6.12 – Distribuição das perdas de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos pilares, durante a estação

de aquecimento.

Ao comparar a Figura 6.12, com o gráfico da solução v) da Figura 6.9, verifica-se que a

ausência do isolamento térmico nos pilares provoca um acréscimo de 5% nas perdas através da

envolvente opaca, relativos apenas aos elementos estruturais, que apresentam uma área bastante

inferior comparativamente à zona corrente.

Relativamente aos ganhos, ilustra-se na Figura 6.13 o peso, em termos percentuais, dos

ganhos para a solução v), sem a presença de isolamento térmico nos elementos estruturais.

Figura 6.13 - Distribuição dos ganhos de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos pilares, durante a estação

de aquecimento.

Comparando a Figura 6.13, com o gráfico da solução v) da Figura 6.10, verifica-se que a

ausência do isolamento térmico provoca apenas um acréscimo de 1% nos ganhos através da

envolvente opaca, relativos aos elementos estruturais.

23%

35%

42%


Envidraçados Envolvente Opaca Renovação de ar

61%

2%

37%

0% Solução v) -Tijolo furado

Envidraçados Envolvente Opaca Internos Renovação de ar

99

Em suma, a ausência do isolamento térmico nos elementos estruturais origina maiores

necessidades de energia para aquecimento (31,62 kWh/m2.ano em vez de 26,30 kWh/m

2.ano),

conforme seria de esperar, devido ao aumento das perdas pela envolvente opaca, associadas às

pontes térmicas planas.

6.3.2 Estação de arrefecimento

Na Figura 6.14 apresentam-se os resultados relativos às trocas de calor, durante a estação

de arrefecimento, incluindo também os ganhos internos de calor e a quantidade de energia

fornecida à fracção para manter a sua temperatura interior dentro dos valores de conforto de

referência do RCCTE para a estação de arrefecimento (θi=25°C).


Figura 6.14 - Ganhos, perdas e necessidades energéticas para a estação de arrefecimento.


GE 1095 1094 1080 1095 1084 1085 1084 1086 1087

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

Ganhos Envidraçados (GE)


PE 297,3 298,5 323,7 298,5 315,1 314,2 315,6 313 309,8

0

300

600

900

1200

kWh

/an

o

Perdas Envidraçados (PE)


GEO 74,83 80,48 129,5 108,1 86,78 89,35 104,6 120,2 112,3

0

200

400

600

kWh

/an

o

Ganhos Envolvente Opaca (GEO)


PEO 462,5 449,5 204,7 508,1 277 297,9 296,5 342,5 340,3

0

200

400

600

kWh

/an

o

Perdas Envolvente Opaca (PEO)


GRA 106,8 106,4 104,5 106,9 105 105,1 105,0 105,2 105,1

0

150

300

450

600

kWh

/an

o

Ganhos Renovação de ar (GRA)


PRA 435,1 455,2 496,2 453,7 483,1 481,8 483,4 478,1 473,3

0

150

300

450

600

kWh

/an

o

Perdas Renovação de ar (PRA)


GI 541,3 541,3 541,3 541,3 541,3 541,3 541,3 541,3 541,3

0

200

400

600

800

kWh

/an

o

Ganhos Internos (GI)


Nvc* 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1 674,1 692,3 672,9 671,8

0

250

500

750

1000

kWh

/an

o

Necessidades de Arrefecimento (Nvc*)

100

Analisando a Figura 6.14, verifica-se que as principais diferenças entre as soluções

analisadas, ocorrem, à semelhança do que se verificou durante a estação de aquecimento, para as

perdas de calor através da envolvente opaca, e consequentemente, na quantidade de energia a

fornecer para arrefecimento, uma vez que as restantes perdas e ganhos de calor são semelhantes

entre as várias soluções.

No entanto, e ao contrário do que se verificou na estação de aquecimento, maiores perdas

através da envolvente opaca, conduzem a menores necessidades de energia para arrefecimento.

Esta situação pode verificar-se pela análise das Figuras 6.15 e 6.16, onde se ilustram,

respectivamente, as perdas através da superfície orientada a Noroeste da envolvente opaca para

solução v), e a quantidade de energia fornecida durante a estação de arrefecimento para a

climatização da fracção em estudo, com essa mesma solução de envolvente opaca.

Figura 6.15 - Variação da temperatura interior e das perdas de calor através da envolvente opaca orientada a noroeste da fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de arrefecimento.

Figura 6.16 - Variação da temperatura interior e da quantidade de energia de climatização despendida para a fracção em estudo com a solução v) da Tabela 6.3, durante a estação de arrefecimento.

Temperatura exterior Temperatura interior Perdas de calor pela parede norte

Temperatura exterior Temperatura interior Quantidade de energia de climatização

Te

mp

era

tura

(°C

) P

otê

ncia

(W)


Te

mp

era

tura

(°C

) Potê

ncia

(W)


101

Ao analisar a Figura 6.15 verifica-se a ocorrência de perdas pela envolvente opaca durante

toda a estação de arrefecimento e que as perdas registadas são mais acentuadas quando a

temperatura exterior é menor, situações estas também verificadas anteriormente para a estação de

aquecimento. Relativamente à temperatura interior verifica-se que, nos períodos em que a

temperatura exterior é mais elevada, e as perdas menos acentuadas, a temperatura interior atinge o

limite máximo imposto de 25°C, limitado pelo setpoint adoptado para o sistema de climatização.

Pela Figura 6.16, é possível constatar que a uma maior quantidade de energia fornecida

para arrefecimento estão associados maiores valores de temperatura exterior. Ao relacionar as

Figuras 6.15 e 6.16, é possível concluir que maiores temperaturas exteriores, originam menores

perdas pela envolvente opaca. Esta situação implica um maior fornecimento de energia para

arrefecimento de modo a manter a temperatura interior dentro do limite máximo de 25°C para a

temperatura de conforto.

Tal como o descrito para a estação de aquecimento, verifica-se também para a estação de

arrefecimento, que maiores coeficientes de transmissão térmica estão associados a maiores perdas

pela envolvente opaca. No entanto, para a estação de arrefecimento, a ocorrência de perdas pela

envolvente opaca é uma situação favorável. Esta situação origina que, soluções que possuam

elevado coeficiente de transmissão térmica, apresentem melhor comportamento térmico durante o

Verão. Esta situação pode verificar-se na Figura 6.17, onde as necessidades de energia para

arrefecimento encontram-se normalizadas por área útil de pavimento.

Figura 6.17 - Variação das necessidades de arrefecimento com o coeficiente de transmissão térmica.

Observando as Figuras 6.14 e 6.17, verifica-se que são as soluções i), ii) e iv), que

apresentam melhor desempenho térmico durante a estação de arrefecimento, necessitando de

menor quantidade de energia fornecida para garantir as temperaturas interiores de conforto. No

entanto, este conjunto de soluções apresentava pior desempenho na estação de aquecimento.

As Figura 6.18 e 6.19 apresentam o peso percentual, na estação de arrefecimento, das

perdas e ganhos de calor, respectivamente.

0

5

10

15

20

0 0,5 1 1,5 2

Nvc

(kW

h/m

2 .°C

)

U (W/m2.°C)

Solução U (W/m2.°C) Nvc (kWh/m

2.ano)

i) 1.64 11.29

ii) 1.54 11.81

iii) 0.12 17.07

iv) 1.53 11.36

v) 0.54 14.97

vi) 0.63 14.58

vii) 0.55 14.98

viii) 0.68 14.56

ix) 0.79 14.54

102

Legenda:

Figura 6.18 - Distribuição das perdas de calor por solução construtivas da Tabela 6.3, durante a estação de arrefecimento.

25%

38%

37%

Sol. i) - Adobe

25%

37%

38%

Sol. ii) - Pedra

32%

20%

48%

Sol. iii) - Fardo de palha

24%

40%

36%


29%

26%

45%


29%

27%

44%


29%

27%

44%


28%

30%

42%

Sol.viii) - Blocos de betão celular autoclavado

28%

30%

42%


103

Analisando a Figura 6.18, constata-se que também para a estação de arrefecimento, tanto a

renovação de ar como as perdas pelos vãos envidraçados continuam a ter um peso relevante nas

perdas totais de calor para todas as soluções construtivas analisadas, apesar de em termos

absolutos serem menores. Ainda em relação às perdas pelos envidraçados, verificou-se um

acréscimo em termos percentuais em todas as soluções analisadas, comparativamente à estação

de Inverno, ao contrário das perdas através da envolvente opaca, em que se verificou uma redução

significativa em termos absolutos em todas as soluções construtivas, e consequentemente, em

termos percentuais, excepto para a solução iii), em que a diminuição das perdas pelos vãos

envidraçados e pela renovação do ar foram mais significativas.

Entre as diferentes soluções analisadas, continua a verificar-se uma semelhança entre a

quantidade de calor perdido para o exterior, quer pelos vãos envidraçados, quer originados pela

renovação de ar, apesar de em termos percentuais tal semelhança nem sempre se verificar. A

variação percentual é originada pelas diferenças, entre as várias soluções, das perdas registadas

pela envolvente opaca.

O conjunto das soluções i), ii) e iv), continuam a apresentar maiores perdas pela envolvente

opaca, tal como se verificou na estação de aquecimento. No entanto, como esta é uma situação

favorável durante o Verão apresentam menores necessidades de arrefecimento. No conjunto das

soluções v), vi), vii), viii) e ix), o peso das perdas pela envolvente opaca é mais reduzido. Também

para a estação de arrefecimento, é possível verificar que a solução iii) distingue-se das restantes,

apresentando apenas 20% de perdas pela envolvente opaca, ainda assim superiores relativamente

à estação de aquecimento. Esta situação contribui para que a solução iii) possua pior desempenho,

em termos térmicos, durante a estação de arrefecimento, chegando a necessitar de uma maior

quantidade de energia para arrefecimento que para aquecimento.

Em relação aos ganhos na estação de arrefecimento, apresenta-se na Figura 6.19, a

distribuição dos ganhos de calor por solução construtiva, em que os ganhos internos e

principalmente os ganhos pelos vão envidraçados, apresentam uma contribuição significativa e

semelhante em todas as soluções analisadas. Relativamente aos ganhos através da envolvente

opaca e aos ganhos originados pela renovação de ar, ambas vêem o seu peso incrementado,

comparativamente à situação de Inverno, facto que se deve à maior intensidade da radiação solar e

à maior temperatura do ar exterior.

Entre as várias soluções, verifica-se, em geral, uma proximidade entre os diferentes tipos de

ganhos considerados. As diferenças registadas, ainda que ligeiras, verificam-se em relação, aos

ganhos através da envolvente opaca, conforme seria de esperar, pelo facto de as soluções

construtivas analisadas apresentarem diferentes valores de U.

104

Legenda:

Figura 6.19 - Distribuição dos ganhos de calor por solução construtiva da Tabela 6.3, durante a estação de arrefecimento.

60%

4%

30%

6%

Sol. i) - Adobe

60%

4%

30%

6%

Sol. ii) - Pedra

58%

7%

29%

6%

Sol. iii) - Fardo de palha

59%

6%

29%

6%


59%

5%

30%

6%


59%

5%

30%

6%


59%

6%

29%

6%


59%

6%

29%

6%


59%

6%

29%

6%


105

À semelhança do que foi efectuado para a estação de aquecimento, será feita uma análise

semelhante para a estação de arrefecimento, da influência da presença do isolamento térmico nos

elementos estruturais apenas para a solução de fachada v) da Tabela 6.3.

Na Figura 6.20 apresenta-se o peso percentual das perdas, para a solução construtiva v),

sem a presença de isolamento térmico nos elementos estruturais do edifício.

Figura 6.20 - Distribuição das perdas de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos pilares, durante a estação

de arrefecimento.

Ao comparar a Figura 6.20, com o gráfico da solução construtiva v) da Figura 6.18, verifica-

se que a ausência do isolamento térmico nos pilares, provoca um acréscimo de 4% nas perdas de

calor através da envolvente opaca, relativos apenas aos elementos estruturais, que apresentam

uma área bastante inferior comparativamente à zona corrente.

Relativamente aos ganhos, ilustra-se na Figura 6.21 o peso, em termos percentuais, dos

ganhos para a solução construtiva v), sem a presença de isolamento térmico nos elementos

estruturais.

Figura 6.21 - Distribuição dos ganhos de calor da solução v) sem a presença de isolamento nos pilares, durante a estação

de arrefecimento.

Comparando a Figura 7.21, com o gráfico da solução construtiva v) da Tabela 6.19, verifica-

se que a ausência do isolamento térmico não provoca alterações, em termos percentuais, nos

ganhos de calor através da envolvente opaca.

Assim sendo, pode concluir-se que a ausência do isolamento térmico nos elementos

estruturais origina menores necessidades de energia para arrefecimento (14,06 kWh/m2.ano em vez

dos 14,97 kWh/m2.ano), devido ao aumento das perdas pela envolvente opaca, o que para a

estação de arrefecimento é uma situação favorável.

28%

30%

42%


Envidraçados Envolvente Opaca Renovação de ar

59%

5%

30%

6%


Envidraçados Envolvente Opaca Internos Renovação de ar

106

6.3.3 Comportamento global das soluções construtivas

Na Tabela 6.4 apresentam-se as necessidades energéticas globais associadas à

respectiva solução construtiva, de forma a ter em conta o comportamento de cada solução durante

as duas estações climáticas. Para esta análise, admite-se a utilização de equipamentos de

climatização com rendimentos idênticos em ambas as estações, bem como a utilização da mesma

fonte de energia a fornecer a esses mesmos equipamentos.

Tabela 6.4 – Necessidades energéticas globais das soluções construtivas da Tabela 6.3.

Ao analisar a Tabela 6.4, verifica-se que, em termos globais, é a solução construtiva iii),

composta por fardos de palha, que apresenta melhor comportamento térmico, uma vez que

necessita de menor quantidade de energia para garantir as temperaturas de conforto no interior da

fracção. Esta situação deve-se essencialmente ao comportamento desta solução durante a estação

de aquecimento, que comparativamente com as restantes apresenta menores necessidades

energéticas, conforme seria de esperar uma vez que possui menor valor de U.

Num patamar intermédio, em termos de necessidades globais de energia, é possível

agrupar as soluções construtivas v), vi), vii), viii) e ix), uma vez que necessitam de semelhante

quantidade de energia para respeitar as temperaturas interiores de conforto. As soluções

construtivas i), ii) e iv) são, por sua vez, as que apresentam pior desempenho térmico tendo em

conta o seu comportamento durante as duas estações climáticas. No entanto, esta situação deve-se

principalmente ao fraco desempenho térmico destas soluções durante a estação de aquecimento,

por possuírem um elevado valor de U, o que origina elevadas perdas de calor pela envolvente

opaca, sendo necessário fornecer uma maior quantidade de energia de modo a garantir a

temperatura de conforto no interior da fracção.

Solução U (W/m2.°C) Nic (kWh/m

2.ano) Nvc (kWh/m

2.ano) Nic+Nvc

(kWh/m2.ano)

i) 1.64 47.92 11.29 59.21

ii) 1.54 47.13 11.81 58.94

iii) 0.12 16.89 17.07 33.96

iv) 1.53 50.41 11.36 61.77

v) 0.54 26.30 14.97 41.27

vi) 0.63 27.98 14.58 42.56

vii) 0.55 26.58 14.98 41.56

viii) 0.68 29.76 14.56 44.32

ix) 0.79 31.66 14.54 46.20

107

7. Análise do impacto da arquitectura, orientação solar e

localização no comportamento térmico

No presente capítulo efectua-se uma avaliação acerca do impacto das alterações

efectuadas ao caso de estudo base, apresentado no Capítulo 5, em termos de arquitectura,

orientação solar e localização do edifício.

Em relação à arquitectura do edifício são avaliados dois parâmetros, nomeadamente, a área

de envidraçados e as condições de fronteira, quer da cobertura e quer do pavimento.

Relativamente à orientação solar e à localização do edifício, avalia-se, respectivamente, o

desempenho térmico do edifício adoptando diversas orientações solares e inserido em diferentes

zonas climáticas.

Importa referir que todos os parâmetros são analisados individualmente, não se efectuando

qualquer tipo de combinação entre as alterações efectuadas ao caso de estudo base.

Optou-se para esta análise, por considerar apenas cinco das nove soluções de parede de

fachada da Tabela 6.3 analisadas no capítulo anterior, nomeadamente as soluções i), ii), iii), iv) e v).

Devido ao facto do conjunto de soluções v), vi), vii), viii) e ix) se situar num patamar intermédio, em

termos de necessidades globais de energia, conforme demonstrado anteriormente, optou-se por

selecionar apenas a solução v) por ser a solução de parede de fachada, de entre as restantes, que

apresenta melhor desempenho térmico. Além da solução v), decidiu-se manter quer as soluções de

parede de fachada i), ii), iv), quer a solução iii), por apresentarem, na análise do capítulo anterior,

pior e melhor desempenho térmico, respectivamente.

Neste capítulo, pretende-se essencialmente apresentar os resultados obtidos para as

alterações efectuadas ao caso de estudo base, para que seja possível fazer uma comparação com

os resultados obtidos anteriormente. Por esta razão, a descrição dos resultados será mais

abreviada, uma vez que esta seria, no essencial, semelhante à realizada no capítulo anterior.

7.1 Localização (zonas climáticas)

Pretende-se nesta secção, analisar o desempenho térmico das soluções de parede de

fachada para as restantes zonas climáticas definidas no RCCTE, com o objectivo de aferir se a

alteração da zona climática influencia os resultados obtidos no capítulo anterior.

Os resultados obtidos no Capítulo 6 estão associados à zona climática do tipo I1, para a

estação de aquecimento, e do tipo V2, para a estação de arrefecimento. Para a realização desta

análise, recorreu-se a ficheiros climáticos referentes a localidades específicas, cujo clima, de acordo

com o RCCTE, se insere nas zonas I2 e I3, respectivamente, Porto e Bragança para a estação de

aquecimento, e nas zonas V1 e V3, respectivamente, Porto e Évora para a estação de arrefecimento.

108


Na Figura 7.1, apresentam-se as quantidades de energia fornecida à fracção para manter a

sua temperatura interior dentro dos valores de conforto de referência do RCCTE para a estação de

aquecimento (θi=20°C) e para a zonas climáticas em estudo.


Figura 7.1 – Necessidades de aquecimento segundo a zona climática.

De entre as cinco soluções de parede de fachada analisadas, verifica-se que a solução iii),

de parede simples de fardos de palha, continua a apresentar menores necessidades energéticas

que as restantes, para as diferentes zonas climáticas consideredas.

Tal como seria de esperar, observa-se um aumento das necessidades de energia para

aquecimento nas zonas climáticas I2 e I3 (Porto e Bragança, respectivamente), facto que reflete a

maior severidade destes climas, comparativamente a zona climática I1 (Lisboa). As zonas climáticas

I2 e I3 estão associadas a menores temperaturas exteriores, conduzindo a uma diminuição dos

ganhos e a um aumento das perdas de calor, o que implicam necessidades de aquecimento

superiores.




arrefecimento (θi=25°C) e para a zonas climáticas em estudo.

i) ii) iii) iv) v)

Lisboa 2215,2 2178,4 780,7 2330,1 1216,6

Porto 2985,7 2884,1 1254,2 3050,3 1776,8

Bragança 4765,9 4606,8 2286,5 4838,9 3031,7

0

1000

2000

3000

4000

5000

kWh

/an

o

109


Figura 7.2 - Necessidades de arrefecimento segundo a zona climática.

Ao observar a Figura 7.2, verifica-se que a solução iii), de parede simples de fardos de

palha, continua a distinguir-se das restantes, mas desta vez, pelo facto de apresentar maiores

necessidades energéticas de arrefecimento que as restantes, situação já verificada no capítulo

anterior.

Também para a estação de arrefecimento é possível verificar que, para climas menos

rigorosos (V1 – Porto), isto é, para temperaturas exteriores inferiores, estão associados menores

ganhos de calor o que implicam menores necessidades energéticas, da mesma forma que para

climas mais severos (V3 – Évora), ou seja, para temperaturas exteriores mais elevadas, estão

associados maiores ganhos de energia para o interior, originando maiores quantidades de energia a

fornecer para arrefecimento.

7.2 Orientação solar

Na presente secção pretende-se avaliar a influência da orientação solar no desempenho

térmico das soluções de parede de fachada aplicadas ao edifício em estudo.

Os resultados obtidos no capítulo anterior estão associados, relativamente à orientação, à

situação real do edifício (Figura 5.2), cujo eixo Norte do edifício encontra-se orientado a NW. De

forma a estudar a influência da orientação solar do edifício, simulou-se o modelo em causa,

orientando o eixo Norte do edifício segundo três orientações distintas – NE, SE e SW – conforme se

ilustra na Figura 7.3.

i) ii) iii) iv) v)

Lisboa 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1

Porto 30,58 45,11 236,02 44,38 148,04

Évora 673,82 708,83 898,24 706,06 828,47

0

200

400

600

800

1000

kWh

/an

o

110

Figura 7.3 – Orientação do eixo norte do edifício segundo as direcções: (a) – NE, (b) – SE e (c) – SW.

Nas secções seguintes apresentam-se os resultados obtidos referentes às estações de

aquecimento e arrefecimento para cada orientação do edifício.




aquecimento (θi=20°C) para as diferentes orientações consideradas.


Figura 7.4 – Necessidades de aquecimento segundo a orientação do edifício.

De entre as cinco soluções de parede de fachada analisadas, verifica-se que,

independentemente da orientação do edifício, a solução iii) de parede simples de fardos de palha,

continua a apresentar menores necessidades energéticas que as restantes.

i) ii) iii) iv) v)

NW 2215,2 2178,4 780,7 2330,1 1216,6

NE 2156,9 2127,0 828,1 2278,3 1236,7

SE 1891,3 1873,8 857,1 2008,3 1186,0

SW 1748,8 1702,9 626,3 1863,7 974,5

0

500

1000

1500

2000

2500

kWh

/an

o

111

Da análise da Figura 7.4, verifica-se também que para qualquer das soluções de fachada

estudadas, cujo eixo Norte do edifício se encontra orientado a Sudoeste (SW), requer uma menor

quantidade de energia para aquecimento, fruto do aumento dos ganhos de calor através dos

envidraçados, cuja orientação do maior vão permite maior incidência dos raios solares.




arrefecimento (θi=25°C) e para as diferentes orientações atribuídas ao edifício em estudo.


Figura 7.5 – Necessidades de arrefecimento segundo a orientação do edifício.

Através da Figura 7.5, verifica-se que, relativamente às soluções de fachada analisadas, a

solução iii), composta por fardos de palha, apresenta maiores necessidades energéticas que as

restantes, verificando-se o oposto da situação observada para a estação de aquecimento.

Relativamente à orientação do edifício, verifica-se que, para ambas as soluções de

fachada, a orientação do eixo Norte do edifício a Noroeste (NE) origina menores necessidades de

energia para arrefecimento. Esta situação resulta da conjugação de dois factores: a redução da área

de envidraçados orientados a Sul, cuja incidência da radiação solar é maior; e o facto de se ter

considerado uma das paredes orientadas a Sul como adiabática, uma vez que esta faz fronteira

com a fracção adjacente. Ambas as situações contribuem para uma redução dos ganhos de calor e

consequentemente para uma redução das necessidades energéticas para arrefecimento da fracção.

i) ii) iii) iv) v)

NW 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1

NE 407,1 426,4 581,2 412,4 518,8

SE 624,2 647,1 779,8 635,6 725,8

SW 482,1 503,3 644,4 490,0 586,0

0

200

400

600

800

1000

kWh

/an

o

112

7.3 Área de envidraçados

Nesta secção pretende-se avaliar a influência da área dos vãos envidraçados no

desempenho térmico das soluções de parede de fachada aplicadas à fracção em estudo.

Tal como referido na secção anterior, os resultados obtidos no Capítulo 7 estão associados

à situação real do edifício, facto que também se verifica para os vãos envidraçados.

De forma a estudar a influência da área dos vãos envidraçados, simulou-se o modelo em

análise considerando três situações distintas, nas quais se fez variar a percentagem da área de

envidraçados relativamente à área de parede de fachada, nomeadamente, 10%, 40% e 60% da

área de parede de fachada (Figura 7.6).

A situação real do edifício, no que diz respeito à percentagem da área de envidraçados

relativamente à área de parede de fachada, corresponde a cerca de 25%. Deste modo optou-se por

analisar situações cuja percentagem fosse inferior e superior.

Importa ainda referir que como limite inferior adoptou-se uma área de envidraçados

equivalente a 10% da área de fachada, correspondente à área mínima regulamentar, admitida pelo

RGEU, que define 10% da área útil de pavimento do compartimento que serve, como a área mínima

admitida para o vão envidraçado.

Figura 7.6 – Percentagem da área de envidraçados em relação à área de fachada: (a) – 10%, (b) – 40% e (c) – 60%.


Apresentam-se na Figura 7.7, as quantidades de energia fornecida à fracção para manter a


aquecimento (θi=20°C) e para as percentagens de área de envidraçados consideradas.

Ao observar a Figura 7.7, verifica-se que a solução iii) de parede simples de fardos de

palha, continua a apresentar menores necessidades energéticas que as restantes. Analisando a

Figura 7.7, verifica-se uma redução das necessidades energéticas para aquecimento à medida que

se aumenta a área dos vãos envidraçados, efeito do aumento dos ganhos de calor através destes.

113


Figura 7.7 - Necessidades de aquecimento segundo a percentagem de envidraçados relativamente à área de fachada.




arrefecimento (θi=25°C) e para as percentagens de área de envidraçados considerados.


Figura 7.8 - Necessidades de arrefecimento segundo a percentagem de envidraçados relativamente à área de fachada.

Ao observar a Figura 7.8, verifica-se que a solução iii), composta por fardos de palha,

apresenta maiores necessidades energéticas que as restantes. Em relação à área de envidraçados,

observa-se um aumento das necessidades energéticas de arrefecimento com o aumento da

percentagem da área de envidraçados relativamente à área de parede de fachada, situação oposta

à verificada para a estação de aquecimento.

i) ii) iii) iv) v)

25% 2215,2 2178,4 780,7 2330,1 1216,6

10% 2547,8 2507,0 931,9 2656,0 1453,6

40% 1991,8 1934,0 690,2 2105,2 1158,5

60% 1794,2 1769,6 607,3 1916,0 1088,6

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

kWh

/an

o

i) ii) iii) iv) v)

25% 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1

10% 252,0 268,0 418,5 256,1 353,3

40% 930,0 965,0 1277,6 938,4 1161,7

60% 1440,7 1485,2 1828,3 1450,5 1706,4

0

400

800

1200

1600

2000

kWh

/an

o

114

7.4 Condições de fronteira do pavimento e cobertura

Na presente secção pretende-se avaliar a influência do pavimento e da cobertura no

desempenho térmico das soluções de parede de fachada. Até aqui considerou-se que a fracção em

análise se localiza num piso intermédio, pelo que não se verificam trocas de calor entre o pavimento

e cobertura. Assim sendo, e de forma a efectuar uma análise acerca da influência do pavimento e

da cobertura, simulou-se o modelo em análise considerando o pavimento em contacto com o solo e

a cobertura em contacto com o exterior.

7.4.1 Pavimento

Uma vez que também para esta análise se recorreu ao programa EnergyPlus, foi necessário

preencher alguns campos no IDF Editor, de forma a considerar o pavimento em contacto com o

solo. Um dos campos a preencher é o Construction:FfactorGroundFloor, onde se introduzem vários

parâmetros, nomeadamente, o F-Factor, a área de pavimento e o perímetro de pavimento exposto.

O F-Factor representa o fluxo de calor transferido através do pavimento e assemelha-se ao

coeficiente de transmissão térmica linear (φ) definido pelo RCCTE. Deste modo, considerou-se um

valor de 2,5 W/m.°C para o F-Factor, retirado da Tabela IV 2.1 do regulamento. Em seguida, no

campo BuildingSurface:Detailed, seleciona-se como condição de fronteira exterior a opção

GroundFCfactorMethod.

Em seguida apresentam-se os resultados obtidos para ambos os períodos considerados,

Inverno e Verão, respectivamente.

7.4.1.1 Estação de aquecimento



aquecimento (θi=20°C).


Figura 7.9 - Necessidades de aquecimento segundo a condição de fronteira do pavimento.

i) ii) iii) iv) v)

Intermédio 2215,2 2178,4 780,7 2330,1 1216,6

Solo 3644,5 3582,2 2366,2 3713,3 2755,3

0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

kWh

/an

o

115

Observando a Figura 7.9, verifica-se que a solução iii) de parede simples de fardos de palha

continua a apresentar menores necessidades energéticas comparativamente às restantes. Verificar-

se também, tal como previsto, um aumento significativo da quantidade de energia a fornecer à

fracção quando se considera o pavimento em contacto com o solo, consequência do acréscimo de

calor perdido para o exterior, nomeadamente pelo pavimento.

7.4.1.2 Estação de arrefecimento

Na Figura 7.10, apresentam-se as quantidades de energia fornecida à fracção para manter

a sua temperatura interior dentro dos valores de conforto de referência do RCCTE para a estação

de arrefecimento (θi=25°C).


Figura 7.10 - Necessidades de arrefecimento segundo a condição de fronteira do pavimento.

Ao analisar a Figura 7.10, verifica-se que a solução iii), composta por fardos de palha,

continua a apresentar maiores necessidades energéticas que as restantes. Através da Figura 7.10,

verifica-se uma redução das necessidade energéticas para arrefecimento quando se considera o

pavimento em contacto com o solo, situação contrária à observada para a estação de aquecimento.

7.4.2 Cobertura

A constituição da cobertura de edifícios cujas paredes adotam as soluções de fachada i), ii),

iii) e iv), é distinta da cobertura de edifícios mais recentes, que adoptam, com maior frequência,

soluções de fachada do tipo v). Deste modo não seria coerente, do ponto de vista construtivo,

considerar-se a mesma solução de cobertura a ambas as soluções de fachada. Assim sendo, para

as soluções de fachada i), ii), iii) e iv), considerou-se que a constituição da cobertura seria

semelhante à utilizada nos edifícios mais antigos, constituídos com uma estrutura de suporte em

madeira e um revestimento descontínuo, geralmente telha cerâmica (Appleton, 2003). Os edifícios

i) ii) iii) iv) v)

Intermédio 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1

Solo 249,6 255,2 314,6 244,2 288,8

0

200

400

600

800

1000

kWh

/an

o

116

mais recentes adoptam geralmente uma laje de betão, com isolamento térmico, betonilha de

regularização e revestimento, constituição adoptada para a cobertura da fracção associado à

solução de fachada v).

Em seguida apresentam-se os resultados obtidos para as estações de aquecimento e

arrefecimento, respectivamente.

7.4.2.1 Estação de aquecimento

Na Figura 7.11, apresentam-se as necessidades energéticas para manter a temperatura

interior do interior da fracção dentro dos valores de conforto de referência do RCCTE para a estação

de aquecimento (θi=20°C).


Figura 7.11 - Necessidades de aquecimento segundo a condição de fronteira da cobertura.

Através da Figura 7.11, verifica-se que a solução v) apresenta menores necessidades

energéticas comparativamente às restantes. Esta situação deve-se essencialmente ao facto se ter

considerado isolamento térmico na cobertura associada à solução de fachada v), composta por

parede dupla de alvenaria tijolo furado com a caixa-de-ar parcialmente preenchida com isolamento

térmico.

Ao analisar a Figura 7.11, verifica-se, tal como previsto, que uma fracção cuja cobertura

apresente como condição de fronteira o ambiente exterior, requer maior quantidade de energia para

aquecimento, comparativamente à situação anterior, derivado de um aumento das perdas através

da envolvente opaca, nomeadamente através cobertura.

7.4.2.2 Estação de arrefecimento

Na Figura 7.12, apresentam-se as quantidades de energia necessárias para manter a

temperatura do interior da fracção dentro dos valores de conforto de referência do RCCTE para a

estação de arrefecimento (θi=25°C).

i) ii) iii) iv) v)

Intermédio 2215,2 2178,4 780,7 2330,1 1216,6

Exterior 4687,0 4628,2 3584,6 4742,4 1886,6

0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

kWh

/an

o

117


Figura 7.12 - Necessidades de arrefecimento segundo a condição de fronteira da cobertura.

Ao observar a Figura 7.12, verifica-se a mesma situação evidenciada para a estação de

aquecimento, em que a solução v) apresenta menores necessidades energéticas comparativamente

às restantes, devido à presença do isolamento térmico.

Verifica-se igualmente, tal como previsto, que para a estação de arrefecimento a

consideração de uma cobertura exterior origina maiores necessidades energéticas, fruto dos ganhos

de calor através da cobertura, originados pela elevada exposição solar a que esta se encontra

sujeita durante a referida estação.

i) ii) iii) iv) v)

Intermédio 521,8 545,7 788,9 525,2 692,1

Exterior 2263,8 2316,9 2781,8 2282,2 1034,4

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

kWh

/an

o

119

8. Conclusões

Depois de expostos os resultados obtidos durante a elaboração do trabalho, apresentam-se

neste capítulo as principais conclusões, que foram objecto de análise nos capítulos anteriores,

assim como os temas que podem ser alvo de desenvolvimentos futuros.

8.1 Conclusões principais

Através deste trabalho, foi possível efectuar uma análise acerca do comportamento térmico

de diversas soluções de fachada, aplicadas como elemento da envolvente opaca de um caso de

estudo, avaliando os impactes das diferentes trocas térmicas no desempenho global dos edifícios e

as necessidades energéticas de climatização, decorrentes dessas mesmas trocas, para assegurar

as condições de conforto dos seus ocupantes.

Os resultados expostos anteriormente foram obtidos através do programa EnergyPlus, que

num curto espaço de tempo, permitiu efectuar diversas simulações, e que desta forma possibilitou

analisar um alargado número de soluções de fachada. No entanto, de forma a contornar o aspecto

gráfico pouco atractivo e o moroso processo de introdução da geometria de um edifício, optou-se

pela utilização do programa Google SketchUp, juntamente com Plug-in OpenStudio, o que viria a

revelar-se como uma mais-valia.

Outra conclusão a retirar acerca dos resultados obtidos pelo EnergyPlus é o facto de estes

se aproximarem dos resultados alcançados pelo regulamento RCCTE, não se verificando a

existência de discrepâncias significativas nos resultados entre ambos os métodos, obtendo-se

valores coerentes, cujas diferenças são justificadas com base nos dados climáticos adoptados por

cada método. No entanto, e em relação às necessidades energéticas, verifica-se que, tanto na

estação de aquecimento como de arrefecimento, os valores obtidos pelo RCCTE são superiores aos

determinados através do EnergyPlus, podendo-se caracterizar a metodologia do RCCTE como mais

conservativa.

Relativamente às diferentes soluções de fachada analisadas neste trabalho, importa

concluir que, em termos globais, é a solução construtiva iii), composta por fardos de palha, que

apresenta melhor comportamento térmico, uma vez que necessita de menor quantidade de energia

para garantir as temperaturas de conforto no interior da fracção. Esta situação deve-se

essencialmente ao comportamento desta solução durante a estação de aquecimento, uma vez que

as soluções de fachada que apresentam melhor comportamento térmico para a estação de

aquecimento, apresentam, pelo contrário, pior desempenho durante a estação de arrefecimento.

Importa referir que a solução de fachada composta por fardos de palha, chega mesmo a apresentar

menores necessidades de energia para aquecimento que para arrefecimento, para o caso de estudo

base.

De entre as várias soluções construtivas estudadas, constatou-se que as principais

discrepâncias verificaram-se em relação às perdas de calor através da envolvente opaca, dado que

os restantes ganhos ou perdas de calor são bastante próximos entre si, o que permite concluir que

120

as diferenças registadas nas perdas de calor pela envolvente opaca influenciam directamente a

quantidade de energia a fornecer à fracção em ambas as estações.

Da análise efectuada acerca da presença de isolamento térmico nos elementos estruturais

(pilares) é possível concluir que, a sua ausência provoca um acréscimo de 5% nas perdas através

da envolvente opaca, e consequente aumento, de cerca de 20%, das necessidades de energia para

aquecimento (31,62 kWh/m2.ano em vez de 26,30 kWh/m

2.ano). Em relação à estação de

arrefecimento, a ausência do isolamento térmico nos pilares, provoca um acréscimo de 4% nas

perdas de calor através da envolvente opaca, originando menores necessidades de energia para

arrefecimento, cerca de 6% (14,06 kWh/m2.ano em vez dos 14,97 kWh/m

2.ano), devido ao aumento

das perdas pela envolvente opaca, o que para a estação de arrefecimento é uma situação favorável.

Em relação às alterações efectuadas ao caso de estudo base, verificou-se, através dos

resultados obtidos, que a solução de fachada composta por fardos de palha continua a apresentar

melhor comportamento térmico durante a estação de aquecimento, excepto para a alteração das

condições de fronteira da cobertura, e pior desempenho durante a estação de arrefecimento, pelo

que se conclui que das alterações efectuadas ao caso de estudo base, não resultaram modificações

significativas aos resultados obtidos anteriormente.

A partir da análise efectuada para avaliar a influência do zonamento climático no

desempenho térmico dos edifícios, é possível concluir que as necessidades energéticas para

aquecimento aumentam ao passar da região de Lisboa (I1) para a região do Porto (I2) ou da região

do Porto para a região de Bragança (I3) e as necessidades energéticas para arrefecimento

aumentam quando se passa da região do Porto (V1) para a região de Évora (V3) ou da região de

Évora para a região de Lisboa (V2), verificando-se assim que o aumento registado nas

necessidades energéticas para ambas as estações está associado ao aumento da severidade do

clima onde este se insere.

Em relação à orientação do edifício verificou-se que, para a estação de aquecimento, a

orientação a Sudoeste do eixo Norte do edifício conduz a menores necessidades energéticas,

devido ao aumento dos ganhos solares através dos envidraçados orientados a Sul. Para a estação

de arrefecimento, observou-se que a orientação do eixo Norte do edifício a Nordeste conduz a

menores necessidades energéticas para arrefecimento, uma vez que a esta orientação do edifício

está associada a menores ganhos de calor através dos envidraçados. Desta análise é possível

concluir que a orientação do edifício a Sul é uma situação favorável para a estação de aquecimento,

ao passo que para a estação de arrefecimento a orientação a Norte torna-se mais benéfica.

Quanto à área de envidraçados, conclui-se que para a estação de aquecimento, um

aumento da área de vão envidraçados origina menores necessidades de aquecimento, enquanto

para a estação de arrefecimento, a consideração de elevadas áreas de vãos envidraçados provoca

um aumento do consumo energético despendido para arrefecimento do ambiente interior, apesar da

consideração de meios de sombreamento amovíveis activos a 70% nos vão envidraçados. A não

consideração destes elementos provocaria um aumento ainda mais drástico das necessidades de

energia para arrefecimento. Estes factos permitem concluir que os vãos envidraçados, apesar de

121

ocuparem uma área menor do que os elementos opacos, constituem uma parte da envolvente dos

edifícios também com especial importância no desempenho térmico destes.

Relativamente à alteração das condições de fronteira, verificou-se que a consideração do

pavimento em contacto com o solo tornou-se bastante prejudicial, conduzindo a um aumento

significativo da quantidade de energia para aquecimento a fornecer à fracção, devido à maior

quantidade de calor perdido para o exterior. No entanto, esta situação, ainda que menos

significativa, é benéfica para a estação de arrefecimento, do qual resultam menores necessidades

de energia para arrefecimento. Em relação às condições de fronteira da cobertura, constatou-se que

a colocação do caso de estudo em análise como o piso junto à cobertura, origina, para ambas as

estações, um maior dispêndio de energia a fornecer à fracção. Para a estação de aquecimento, a

cobertura possui um peso significativo nas perdas de calor, enquanto que para a estação de

arrefecimento resultam maior ganhos de calor. A incorporação de isolamento térmico neste

elemento da envolvente opaca torna-se essencial para atenuar o consumo energético para

climatização.

Em suma, importa salientar mais uma vez o peso que os elementos da envolvente opaca

possuem no desempenho térmico dos edifícios, situação que torna cada vez mais importante a

consideração de soluções construtivas adequadas, capazes de reduzir o consumo energético dos

edifícios.

8.2 Desenvolvimentos futuros

No que diz respeito à continuação deste trabalho, e uma vez que estamos inseridos numa

sociedade cada vez mais limitada por factores económicos, propõe-se a realização de um estudo de

viabilidade económica que as várias soluções em análise acarretam quer durante todo o processo

construtivo, quer durante o seu período de vida útil, por forma a verificar se a adopção de

determinada solução de fachada é rentável, em termos térmicos e/ou económicos.

123

Referências bibliográficas

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124

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125

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ANEXO I

Tabela resumo das soluções de fachada com as respectivas necessidades

energéticas

Tabela A.1 – Tabela resumo das soluções de fachada com as respectivas necessidades energéticas.


U (W/m2.°C) Nic(kWh/m2.ano) Nvc(kWh/m2.ano)

1 Parede simples em terra crua - Adobe 0,03 + 0,40 + 0,03 - 1,64 47,92 11,29

2 Parede simples de alvenaria de pedra 0,05 + 0,60 + 0,05 - 1,54 47,13 11,81

3 Parede simples de fardos de palha 0,04 + 0,50 + 0,04 - 0,12 16,89 17,07

4 Parede simples de alvenaria de tijolo maciço 0,02 + 0,34 + 0,02 - 1,53 50,41 11,36

5

5.1


0,015 + 0,11 + 0,02 + 0,11 + 0,015 - 1,11 35,62 13,23

5.2 0,015 + 0,11 + 0,02 + 0,15 + 0,015 - 0,98 33,59 13,67

5.3 0,015 + 0,15 + 0,02 + 0,15 + 0,015 - 0,88 31,96 13,96

5.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015 - 1,10 35,41 13,32

5.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,97 33,43 13,69

5.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,87 31,84 13,98

6

6.1


0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

XPS

0,65 28,04 14,67

6.2 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,60 27,26 14,84

6.3 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,56 26,60 14,96

6.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

EPS, MW ou PUR

0,67 28,49 14,58

6.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,62 27,65 14,76

6.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,58 26,94 14,91

6.7 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,11 + 0,015

ICB

0,71 29,17 14,45

6.8 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,65 28,25 14,65

6.9 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,61 27,46 14,81

7

7.1


0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

XPS

0,58 26,87 14,91

7.2 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,54 26,30 14,97

7.3 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,51 25,69 15,15

7.4 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

EPS, MW ou PUR

0,60 27,24 14,83

7.5 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,56 26,56 14,98

7.6 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,52 25,97 15,09

7.7 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,11 + 0,015

ICB

0,63 27,79 14,72

7.8 0,015 + 0,11 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,58 27,05 14,88

7.9 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015 0,55 26,40 15,01

8

8.1


0,015 + 0,22 + 0,03 + 0,02

XPS 0,63 27,61 15,02

8.2 EPS, MW ou

PUR 0,66 28,02 14,94

8.3 ICB 0,69 28,64 14,81

9 9.1 Parede simples de alvenaria de tijolo furado

com isolamento térmico pelo exterior, tipo ETICS

0,02 + 0,03 + 0,22 + 0,015

EPS 0,67 28,79 14,39

9.2 MW 0,69 28,78 14,34

10

10.1


0,03 + 0,22 + 0,015

XPS 0,69 28,47 14,42

10.2 EPS, MW ou

PUR 0,72 28,95 14,33

10.3 ICB 0,75 29,67 14,20

Tabela A.2 – Tabela resumo das soluções de fachada com as respectivas necessidades energéticas.


U (W/m2.°C) Nic(kWh/m2.ano) Nvc(kWh/m2.ano)

11

11.1

Parede de alvenaria de blocos de betão corrente

Parede simples


0,015 + 0,20 + 0,03 + 0,015

XPS 0,73 30,05 14,45

11.2 EPS, MW ou PUR 0,76 30,67 14,36

11.3 ICB 0,81 31,62 14,18


0,015 + 0,03 + 0,20 + 0,015

EPS, MW ou PUR 0,78 30,74 13,89

11.5 ICB 0,80 31,13 13,81

11.6

Isolamento térmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

0,03 + 0,20 + 0,015

XPS 0,78 30,25 13,96

11.7 EPS, MW ou PUR 0,82 30,89 13,85

11.8 ICB 0,86 31,87 13,67

11.9

Parede dupla

Sem isolamento térmico 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 1,29 38,35 12,81

11.10


0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,71 29,03 14,39

11.11 EPS, MW ou PUR 0,82 29,57 13,96

11.12 ICB 0,79 30,39 14,15

11.13


0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,63 27,98 14,58

11.14 EPS, MW ou PUR 0,65 28,08 14,56

11.15 ICB 0,69 28,73 14,45

12

12.1


Parede simples


0,015 + 0,20 + 0,03 + 0,015

XPS 0,63 28,39 14,88

12.2 EPS, MW ou PUR 0,66 28,86 14,80

12.3 ICB 0,69 29,56 14,66


0,015 + 0,03 + 0,20 + 0,015

EPS 0,67 28,88 14,49

12.5 MW 0,69 29,17 14,42

12.6

Isolamentotérmico pelo exterior, tipo fachada ventilada

0,03 + 0,20 + 0,015

XPS 0,69 28,52 14,55

12.7 EPS, MW ou PUR 0,72 28,99 14,46

12.8 ICB 0,75 29,71 14,33

12.9

Parede dupla

Sem isolamento térmico 0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015 - 0,99 33,94 13,60

12.10


0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,61 27,49 14,83

12.11 EPS, MW ou PUR 0,63 28,69 14,76

12.12 ICB 0,67 28,51 14,63

12.13


0,015 + 0,15 + 0,03 + 0,03 + 0,15 + 0,015

XPS 0,55 26,58 14,98

12.14 EPS, MW ou PUR 0,57 26,78 14,98

12.15 ICB 0,60 27,27 14,88

13 Parede simples de alvenaria de blocos de betão celular autoclavado

0,015 + 0,24 + 0,015 - 0,68 29,76 14,56

14

14.1


Painel homogéneo 0,03 + 0,25 + 0,03 - 1,33 38,98 12,69

14.2 Painel tipo "sandwich" 0,15 + 0,03 + 0,05 XPS 0,79 31,65 14,54

14.3 Painel com caixa de ar 0,03 + 0,03 + 0,20 + 0,05 - 1,20 36,94 12,97

14.4 Painel contendo elementos vazados 0,03 + 0,22 + 0,05 - 1,20 37,20 13,11

14.5 Soluções mistas 0,05 + 0,15 + 0,03 + 0,05 XPS 0,70 28,90 14,54

ANEXO II

Tabela de cálculo – RCCTE

Paredes Exteriores Área U U.A

(incluindo pontes térmicas planas) (m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

Noroeste 19.88 0.54 10.74

Sudoeste 9.28 0.54 5.01

Nordeste 11.74 0.54 6.34

PT.1 NW 0.10 3.00 0.30

0.00

0.00

0.00

42.68 TOTAL 27.38

Pavimentos Exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Coberturas Exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Paredes e pavimentos desenv. linear ψ ψ.B

em contacto com o solo B (m) (W/m.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pontes térmicas lineares Comp. ψ ψ.B

Ligações entre: B (m) (W/m.ºC) (W/ºC)

Duas paredes verticais 11.20 0.20 2.24

Fachada com pavimento intermédio 13.38 0.24 3.14

Fachada com ombreira ou padieira 19.84 0.20 3.97

Outras 4.58 0.50 2.29

0.00

0.00

0.00

49.00 TOTAL 11.64

Perdas pela envolvente exterior

da Fracção Autónoma (W/ºC) TOTAL 39.02

Folha de cálculo FC IV. 1a

Perdas associadas à envolvente exterior

Paredes em contacto com espaços Área U τ τ.U.A

não-úteis ou edifícios adjacentes (m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pavimentos sobre espaços não-úteis Área U τ τ.U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Coberturas Interiores Área U τ τ.U.A

(tectos sob espaços não-úteis) (m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Vãos envidraçados em contacto Área U τ τ.U.A

com espaços não-úteis (m2) (W/m2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pontes térmicas Comp. ψ τ τ.ψ.B

(apenas para paredes de separação para B (m) (W/m.ºC) (-) (W/ºC)

espaços não-úteis com τ>0,7)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

TOTAL 0.00

Perdas pela envolvente interior


Incluir obrigatoriamente os elementos que separam a Fracção Autónoma dos seguintes espaços:

Zonas comuns em edifícios com mais de uma Fracção Autónoma;

Edifícios anexos;

Garagens, armazéns, lojas e espaços não-úteis similares;

Sotãos não-habitados.

Folha de cálculo FC IV.1b

Perdas associadas à envolvente interior

Vãos envidraçados exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

Verticais:

Z1_E:W1 1.73 5.6 9.69

Z1_E:W2 1.73 5.6 9.69

Z1_W:W1 4.24 5.6 23.74

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Horizontais:

0.00

0.00

0.00

7.7 TOTAL 43.12

Aenv / Ap = 16.7%

Perdas associadas aos vão envidraçados exteriores

Folha de cálculo FC IV. 1c

Área Útil de Pavimento 46.22 (m2)

x

Pé-direito médio 2.80 (m)

=

Volume interior (V) 129.4 (m3)

(Quadro a considerar sempre que o único dispositivo

VENTILAÇÃO NATURAL de ventilação mecânica existente seja o exaustor da cozinha)

Cumpre a NP 1037-1? (S ou N) N se SIM: RPH =

Se NÃO:

Classe da Caixilharia (s/c, 1, 2 ou 3) s/c Taxa de Renovação

Nominal:

Caixas de Estore (S ou N) N

Classe de Exposição (1, 2, 3 ou 4) 1 RPH= 1

(Ver Quadro IV.2)

Aberturas Auto-reguladas? (S ou N) N

Área de envidraçados>15% Ap? (S ou N) S

Portas Exteriores bem vedadas? (S ou N) S

VENTILAÇÃO MECÂNICA (excluir exaustor da cozinha)

Caudal de Insuflação Vins - (m3/h)

Vf = 0.00

Caudal Extraído Vev - (m3/h)

Diferença entre Vins e Vev (m3/h) 0.00 / V = 0.00

(volume int) RPH (**)

Infiltrações (Vent. Natural) Vx - (h-1

)

Recuperador de calor (S ou N) se SIM, η =

se NÃO, η = 0

Taxa de Renovação Nominal (mínimo: 0,6) (Vf / V + Vx).(1-η)

Consumo de Electricidade para os ventiladores (Ev=Pvx24x0,03xM(kWh))

Volume 129.42

x

Taxa de Renovação Nominal 1.00

x

0.34

=

TOTAL 44.00 (W/ºC)

Folha de cálculo FC IV. 1d

Perdas associadas à renovação de ar

Ver Quadro IV.1

Orientação Tipo Área Factor de Factor Factor de Fracção Factor de Área

do vão (simples ou A orientação Solar Obstrução Envidraçada Sel. Angular Efectiva

envidraçado duplo) (m2) X (-) do vidro Fs (-) Fg (-) Fw (-) Ae (m

2)

g (-) Fh.Fo.Ff

Nordeste simples 1.73 0.33 0.82 0.864 0.70 0.90 0.25


Sudoeste simples 4.24 0.84 0.82 0.792 0.70 0.90 1.46

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00

0.00

0.00

1.97

x

na zona I1 108

x

Duração da estação de aquecimento - do Quadro III.1 (meses) 5.3

1125.83

(Quadro IV.3) 4 (W/m2)

x

5.30 (meses)

x

46.22 (m2)

x

0.72

=

705.50 (kWh/ano)

1831.33

3602.54

3 a = 4.2 γ = 0.51

(In. Fraca=1; In. Média=2; In. Forte=3)

Factor de Utilização dos Ganhos Térmicos (η) 0.97

x

1831.33

=

1777.21

Inércia do edifício:

Ganhos Solares Brutos + Ganhos Internos Brutos

Ganhos Úteis Totais (kWh/ano)

Ganhos Úteis Totais:

γ = Ganhos Solares Brutos + Ganhos Internos Brutos

Necessidades Brutas de Aquecimento (da FC IV.2)

Ganhos Solares Brutos (kWh/ano)

Ganhos Internos

Ganhos internos médios

Duração da Estação de Aquecimento

Área Útil de pavimento

Ganhos Internos Brutos

Ganhos Solares:

Folha de cálculo FC IV. 1e

Ganhos úteis na estação de aquecimento (Inverno)

Área efectiva total equivalente na orientação Sul (m2)

Radiação incidente num envidraçado a Sul (Gsul)

do Quadro III. 8 (Anexo III) - (kWh/m2.mês)

De FCIV.1a e FCIV.1c: (Áreas) m2

42.68

0.00

0.00

7.70

0.00

0.00

0.00

0.00

Área total: 50.38

/

129.42

=

FF 0.39

Graus-dias no local (ºC.dia) (do Quadro III.1) 1190

Auxiliar

51.51

46.63

52.33

85.98

Nec. Nom. de Aquec. Máximas - Ni (kWh/m2.ano) 51.51

Ni = 4,05 + 0,06885 GD Para FF > 1,5

Ni = 4,5 + (0,021 + 0,037FF) GD Para 0,5 < FF 1

Ni = [4,5 + (0,021 + 0,037FF) GD] (1,2 - 0,2FF) Para 1 < FF 1,5

Valor máximo das necessidades de aquecimento (Ni)

Folha de cálculo FC IV. 1f

Ni = 4,5 + 0,0395 GD Para FF 0,5

Coberturas interiores

Pavimentos interiores

Envidraçados interiores

Volume (de FCIV.1d):

Envidraçados exteriores

De FCIV.1b: (Áreas equivalentes, A .τ)

Paredes interiores

Factor de forma

Paredes exteriores

Coberturas exteriores

Pavimentos exteriores

Coeficiente Global de Perdas (W/ºC)

Graus-dias no Local (ºC.dia)

Necessidades Brutas de Aquecimento (kWh/ano) (+Ev, já na fórmula)

Ganhos Totais Úteis (kWh/ano) (de FCIV.1e)

Necessidades de Aquecimento (kWh/ano)

Área Útil de Pavimento (m2)

Nec. Nominais de Aquecimento - Nic (kWh/m2.ano)

Nec. Nominais de Aquec. Máximas - Ni (kWh/m2.ano)

O.K.

Nic/Ni (%) = 76.7%

=

39.49

≤

51.51

-

1777.21

=

1825.33

/

46.22

x

1190.00

x

0.024

=

3602.54

=

126.14

Renovação de Ar (de FCIV.1d) 44.00

Envolvente Interior (de FCIV.1b) 0.00

Folha de cálculo FC IV. 2

Cálculo do indicator Nic

Vãos Envidraçados (de FCIV.1c) 43.12

Verifica

Perdas térmicas associadas a: (W/ºC)

Envolvente Exterior (de FCIV.1a) 39.02

Perdas associadas às paredes exteriores (U.A) (FCIV.1a) 27.38 (W/ºC)

+

Perdas associadas aos pavimentos exteriores (U.A) (FCIV.1a) 0.00 (W/ºC)

+

Perdas associadas às coberturas exteriores (U.A) (FCIV.1a) 0.00 (W/ºC)

+

Perdas associadas aos envidraçados exteriores (U.A) (FCIV.1c) 43.12 (W/ºC)

+

Perdas associadas à renovação do ar (FCIV.1d) 44.00 (W/ºC)

=

Perdas especificas totais (Q1a) 114.50 (W/ºC)

Temperatura interior de referência 25 (ºC)

-

Temperatura média do ar exterior na estação de arrefecimento 23 (ºC)

(Quadro III.9) =

Diferença de temperatura interior-exterior 2

x


x

2.928

=

Perdas térmicas totais (Q1b) 670.49 (kWh)

Folha de cálculo FC V. 1a

Perdas

Orientação NW SW NE PT.1 NW

Área, A (m2) 19.88 9.28 11.74 0.10 0.00

x x x x x

U (W/m2ºC) 0.54 0.54 0.54 3.00 0.00

x x x x

Coeficiente de absorção, α (Quadro V.5) 0.40 0.40 0.40 0.40

= = = = =

α.U.A (W/ºC) 4.29 2.00 2.54 0.12 0.00

x x x x x

Int. de rad. solar na estação de arrefec. 340 460 340 340

(kWh/m2) (Quadro III.9)

x x x x x

0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

= = = = =

TOTAL

Ganhos Solares pela Envolvente Opaca Exterior 58.40 36.88 34.49 1.63 0.00 168.12 (kWh)

NOTA: O VALOR DE U DAS COBERTURAS A USAR NESTA FICHA CORRESPONDE À SITUAÇÃO FLUXO DESCENDENTE

POR ORIENTAÇÃO E HORIZONTAL (inclui paredes e cobertura )

Ganhos solares pela envolvente opaca

Folha de cálculo FC V. 1c

Orientação Z1_E:W1 (fixa)Z1_E:W2 (fixa)Z1_W:W1 (correr)

Área, A (m2) 1.73 1.73 4.24 0.00

x x x x

Factor solar do vão envidraçado 0.526 0.526 0.526

(protecção solar activada a 70%)

x x x x

Fracção envidraçada, Fg (Quadro IV.5) 0.70 0.70 0.70

x x x x

Factor de obstrução, Fs 1.000 1.000 1.000

x x x x

Factor de selectividade do vidro, Fw (Quadro V.3) 0.9 0.9 0.9

= = = =

Área Efectiva, Ae 0.57 0.57 1.41 0.00

x x x x

Int. de rad. solar na estação de arrefec. 340 340 460


= = = =

TOTAL

Ganhos Solares pelos Vãos Envidraçados Exteriores 194.92 194.92 646.32 0.00 1036.16 (KWh)

POR ORIENTAÇÃO E HORIZONTAL

Ganhos solares pelos envidraçados

Folha de cálculo FC V. 1d

Ganhos Internos médios (W/m2) 4

(Quadro IV.3)

x

Área Útil de Pavimento (m2) 46.22

x

2.928

=

Ganhos internos Totais 541.33 (KWh)

Ganhos Solares pelos Vãos Envidraçados Exteriores 1036.16 (KWh)

(FCV.1d)

+

Ganhos Solares pela Envolvente Opaca Exterior 168.12 (KWh)

(FCV.1c)

+

Ganhos internos 541.33 (KWh)

(FCV.1e)

=

Ganhos Térmicos Totais 1745.61 (KWh)

Folha de cálculo FC V. 1e

Ganhos internos

Folha de cálculo FC V. 1f

Ganhos totais na estação de arrefecimento (Verão)

Ganhos Térmicos Totais 1745.61 (kWh)

(FCV.1f)

/

Perdas Térmicas Totais 670.49 (kWh)

(FCV.1a)

=

Relação Ganhos-Perdas ץ 2.60347

Inércia do edifício (In. Fraca=1; In. Média=2; In. Forte=3) 3

Cálculo intermédio:

1

a = 4.2

- γ = 1 η = 0.81

γ ≠ 1 η = 0.38

Factor de utilização dos ganhos, η 0.38

(Gráfico IV.1)

=

0.62

x


(FCV.1f)

=

Necessidades Brutas de Arrefecimento 1082.59 (kWh/ano)

+

Consumo dos ventiladores (Ev=Pvx24x122/1000(kWh))

=

TOTAL 1082.59 (kWh/ano)

/


=

Necessidades Nominais de Arrefecimento - Nvc 23.42 (kWh/m2.ano)

≤

Necessidades Nominais de Arref. Máximas - Nv 32 (kWh/m2.ano)

O.K.

73.2%

Folha de cálculo FC V. 1g

Valor das necessidades nominais de arrefecimento (Nvc)

Verifica

Nvc/Nv (%) =

ANEXO III

Tabela de cálculo – RCCTE com dados climáticos do EnergyPlus

Paredes Exteriores Área U U.A

(incluindo pontes térmicas planas) (m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

Noroeste 19.88 0.54 10.74

Sudoeste 9.28 0.54 5.01

Nordeste 11.74 0.54 6.34

PT.1 NW 0.10 3.00 0.30

0.00

0.00

42.68 TOTAL 27.38

Pavimentos Exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Coberturas Exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Paredes e pavimentos desenv. linear ψ ψ.B

em contacto com o solo B (m) (W/m.ºC) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pontes térmicas lineares Comp. ψ ψ.B

Ligações entre: B (m) (W/m.ºC) (W/ºC)

Duas paredes verticais 11.20 0.20 2.24

Fachada com pavimento intermédio 13.38 0.24 3.14

Fachada com ombreira ou padieira 19.84 0.20 3.97

Outras 4.58 0.50 2.29

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

49.00 TOTAL 11.64

Perdas pela envolvente exterior


Folha de cálculo FC IV. 1a

Perdas associadas à envolvente exterior

Paredes em contacto com espaços Área U τ τ.U.A

não-úteis ou edifícios adjacentes (m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pavimentos sobre espaços não-úteis Área U τ τ.U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Coberturas Interiores Área U τ τ.U.A

(tectos sob espaços não-úteis) (m2) (W/m

2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Vãos envidraçados em contacto Área U τ τ.U.A

com espaços não-úteis (m2) (W/m2.ºC) (-) (W/ºC)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00 TOTAL 0.00

Pontes térmicas Comp. ψ τ τ.ψ.B

(apenas para paredes de separação para B (m) (W/m.ºC) (-) (W/ºC)

espaços não-úteis com τ>0,7)

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

TOTAL 0.00

Perdas pela envolvente interior


Incluir obrigatoriamente os elementos que separam a Fracção Autónoma dos seguintes espaços:

Zonas comuns em edifícios com mais de uma Fracção Autónoma;

Edifícios anexos;

Garagens, armazéns, lojas e espaços não-úteis similares;

Sotãos não-habitados.

Folha de cálculo FC IV.1b

Perdas associadas à envolvente interior

Vãos envidraçados exteriores Área U U.A

(m2) (W/m

2.ºC) (W/ºC)

Verticais:

Z1_E:W1 1.73 5.6 9.69

Z1_E:W2 1.73 5.6 9.69

Z1_W:W1 4.24 5.6 23.74

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Horizontais:

0.00

0.00

0.00

7.7 TOTAL 43.12

Aenv / Ap = 16.7%

Perdas associadas aos vão envidraçados exteriores

Folha de cálculo FC IV. 1c

Área Útil de Pavimento 46.22 (m2)

x

Pé-direito médio 2.80 (m)

=

Volume interior (V) 129.4 (m3)

(Quadro a considerar sempre que o único dispositivo

VENTILAÇÃO NATURAL de ventilação mecânica existente seja o exaustor da cozinha)

Cumpre a NP 1037-1? (S ou N) N se SIM: RPH =

Se NÃO:

Classe da Caixilharia (s/c, 1, 2 ou 3) s/c Taxa de Renovação

Nominal:

Caixas de Estore (S ou N) N

Classe de Exposição (1, 2, 3 ou 4) 1 RPH= 1

(Ver Quadro IV.2)

Aberturas Auto-reguladas? (S ou N) N

Área de envidraçados>15% Ap? (S ou N) S

Portas Exteriores bem vedadas? (S ou N) S

VENTILAÇÃO MECÂNICA (excluir exaustor da cozinha)

Caudal de Insuflação Vins - (m3/h)

Vf = 0.00

Caudal Extraído Vev - (m3/h)

Diferença entre Vins e Vev (m3/h) 0.00 / V = 0.00

(volume int) RPH (**)

Infiltrações (Vent. Natural) Vx - (h-1

)

Recuperador de calor (S ou N) se SIM, η =

se NÃO, η = 0

Taxa de Renovação Nominal (mínimo: 0,6) (Vf / V + Vx).(1-η)

Consumo de Electricidade para os ventiladores (Ev=Pvx24x0,03xM(kWh))

Volume 129.42

x

Taxa de Renovação Nominal 1.00

x

0.34

=

TOTAL 44.00 (W/ºC)

Folha de cálculo FC IV. 1d

Perdas associadas à renovação de ar

Ver Quadro IV.1

Orientação Tipo Área Factor de Factor Factor de Fracção Factor de Área

do vão (simples ou A orientação Solar Obstrução Envidraçada Sel. Angular Efectiva

envidraçado duplo) (m2) X (-) do vidro Fs (-) Fg (-) Fw (-) Ae (m

2)

g (-) Fh.Fo.Ff



Sudoeste simples 4.24 0.84 0.82 0.792 0.70 0.90 1.46

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00

0.00

0.00

1.97

x

na zona I1 108

x

Duração da estação de aquecimento - do Quadro III.1 (meses) 5.167

1097.57

(Quadro IV.3) 4 (W/m2)

x

5.17 (meses)

x

46.22 (m2)

x

0.72

=

687.80 (kWh/ano)

1785.37

3181.74

3 a = 4.2 γ = 0.56

(In. Fraca=1; In. Média=2; In. Forte=3)

Factor de Utilização dos Ganhos Térmicos (η) 0.96

x

1785.37

=

1712.56

Inércia do edifício:

Ganhos Solares Brutos + Ganhos Internos Brutos

Ganhos Úteis Totais (kWh/ano)

Ganhos Úteis Totais:

γ = Ganhos Solares Brutos + Ganhos Internos Brutos

Necessidades Brutas de Aquecimento (da FC IV.2)

Ganhos Solares Brutos (kWh/ano)

Ganhos Internos

Ganhos internos médios

Duração da Estação de Aquecimento

Área Útil de pavimento

Ganhos Internos Brutos

Ganhos Solares:

Folha de cálculo FC IV. 1e

Ganhos úteis na estação de aquecimento (Inverno)

Área efectiva total equivalente na orientação Sul (m2)

Radiação incidente num envidraçado a Sul (Gsul)

do Quadro III. 8 (Anexo III) - (kWh/m2.mês)

De FCIV.1a e FCIV.1c: (Áreas) m2

42.68

0.00

0.00

7.70

0.00

0.00

0.00

0.00

Área total: 50.38

/

129.42

=

FF 0.39

Graus-dias no local (ºC.dia) (do Quadro III.1) 1051

Auxiliar

46.01

41.71

46.80

76.41

Nec. Nom. de Aquec. Máximas - Ni (kWh/m2.ano) 46.01

Ni = 4,05 + 0,06885 GD Para FF > 1,5

Ni = 4,5 + (0,021 + 0,037FF) GD Para 0,5 < FF 1

Ni = [4,5 + (0,021 + 0,037FF) GD] (1,2 - 0,2FF) Para 1 < FF 1,5

Valor máximo das necessidades de aquecimento (Ni)

Folha de cálculo FC IV. 1f

Ni = 4,5 + 0,0395 GD Para FF 0,5

Coberturas interiores

Pavimentos interiores

Envidraçados interiores

Volume (de FCIV.1d):

Envidraçados exteriores

De FCIV.1b: (Áreas equivalentes, A .τ)

Paredes interiores

Factor de forma

Paredes exteriores

Coberturas exteriores

Pavimentos exteriores

Coeficiente Global de Perdas (W/ºC)

Graus-dias no Local (ºC.dia)

Necessidades Brutas de Aquecimento (kWh/ano) (+Ev, já na fórmula)

Ganhos Totais Úteis (kWh/ano) (de FCIV.1e)

Necessidades de Aquecimento (kWh/ano)

Área Útil de Pavimento (m2)

Nec. Nominais de Aquecimento - Nic (kWh/m2.ano)

Nec. Nominais de Aquec. Máximas - Ni (kWh/m2.ano)

O.K.

Nic/Ni (%) = 69.1%

=

31.79

≤

46.01

-

1712.56

=

1469.18

/

46.22

x

1051.00

x

0.024

=

3181.74

=

126.14

Renovação de Ar (de FCIV.1d) 44.00

Envolvente Interior (de FCIV.1b) 0.00

Folha de cálculo FC IV. 2

Cálculo do indicator Nic

Vãos Envidraçados (de FCIV.1c) 43.12

Verifica

Perdas térmicas associadas a: (W/ºC)

Envolvente Exterior (de FCIV.1a) 39.02

Perdas associadas às paredes exteriores (U.A) (FCIV.1a) 27.38 (W/ºC)

+

Perdas associadas aos pavimentos exteriores (U.A) (FCIV.1a) 0.00 (W/ºC)

+

Perdas associadas às coberturas exteriores (U.A) (FCIV.1a) 0.00 (W/ºC)

+

Perdas associadas aos envidraçados exteriores (U.A) (FCIV.1c) 43.12 (W/ºC)

+

Perdas associadas à renovação do ar (FCIV.1d) 44.00 (W/ºC)

=


Temperatura interior de referência 25 (ºC)

-

Temperatura média do ar exterior na estação de arrefecimento 21.57 (ºC)

(Quadro III.9) =

Diferença de temperatura interior-exterior 3.43

x


x

2.928

=

Perdas térmicas totais (Q1b) 1149.90 (kWh)

Folha de cálculo FC V. 1a

Perdas

Orientação NW SW NE PT.1 NW

Área, A (m2) 19.88 9.28 11.74 0.10 0.00

x x x x x

U (W/m2ºC) 0.54 0.54 0.54 3.00 0.00

x x x x

Coeficiente de absorção, α (Quadro V.5) 0.40 0.40 0.40 0.40

= = = = =

α.U.A (W/ºC) 4.29 2.00 2.54 0.12 0.00

x x x x x

Int. de rad. solar na estação de arrefec. 340 460 340 340


x x x x x

0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

= = = = =

TOTAL

Ganhos Solares pela Envolvente Opaca Exterior 58.40 36.88 34.49 1.63 0.00 168.12 (kWh)

NOTA: O VALOR DE U DAS COBERTURAS A USAR NESTA FICHA CORRESPONDE À SITUAÇÃO FLUXO DESCENDENTE

POR ORIENTAÇÃO E HORIZONTAL (inclui paredes e cobertura )

Ganhos solares pela envolvente opaca

Folha de cálculo FC V. 1c

Orientação Z1_E:W1 (fixa)Z1_E:W2 (fixa)Z1_W:W1 (correr)

Área, A (m2) 1.73 1.73 4.24 0.00

x x x x

Factor solar do vão envidraçado 0.526 0.526 0.526

(protecção solar activada a 70%)

x x x x

Fracção envidraçada, Fg (Quadro IV.5) 0.70 0.70 0.70

x x x x

Factor de obstrução, Fs 1.000 1.000 1.000

x x x x

Factor de selectividade do vidro, Fw (Quadro V.3) 0.9 0.9 0.9

= = = =

Área Efectiva, Ae 0.57 0.57 1.41 0.00

x x x x

Int. de rad. solar na estação de arrefec. 340 340 460


= = = =

TOTAL

Ganhos Solares pelos Vãos Envidraçados Exteriores 194.92 194.92 646.32 0.00 1036.16 (KWh)

POR ORIENTAÇÃO E HORIZONTAL

Ganhos solares pelos envidraçados

Folha de cálculo FC V. 1d

Ganhos Internos médios (W/m2) 4

(Quadro IV.3)

x


x

2.928

=

Ganhos internos Totais 541.33 (KWh)

Ganhos Solares pelos Vãos Envidraçados Exteriores 1036.16 (KWh)

(FCV.1d)

+

Ganhos Solares pela Envolvente Opaca Exterior 168.12 (KWh)

(FCV.1c)

+

Ganhos internos 541.33 (KWh)

(FCV.1e)

=

Ganhos Térmicos Totais 1745.61 (KWh)

Folha de cálculo FC V. 1e

Ganhos internos

Folha de cálculo FC V. 1f

Ganhos totais na estação de arrefecimento (Verão)


(FCV.1f)

/

Perdas Térmicas Totais 1149.90 (kWh)

(FCV.1a)

=

Relação Ganhos-Perdas ץ 1.518058

Inércia do edifício (In. Fraca=1; In. Média=2; In. Forte=3) 3

Cálculo intermédio:

1

a = 4.2

- γ = 1 η = 0.81

γ ≠ 1 η = 0.61

Factor de utilização dos ganhos, η 0.61

(Gráfico IV.1)

=

0.39

x


(FCV.1f)

=

Necessidades Brutas de Arrefecimento 672.44 (kWh/ano)

+

Consumo dos ventiladores (Ev=Pvx24x122/1000(kWh))

=

TOTAL 672.44 (kWh/ano)

/


=

Necessidades Nominais de Arrefecimento - Nvc 14.55 (kWh/m2.ano)

≤

Necessidades Nominais de Arref. Máximas - Nv 32 (kWh/m2.ano)

O.K.

45.5%

Folha de cálculo FC V. 1g

Valor das necessidades nominais de arrefecimento (Nvc)

Verifica

Nvc/Nv (%) =

comportamento tÉrmico de diferentes soluÇÕes … · palavras-chave: envolvente opaca vertical,...

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