contributo para método simplificado no âmbito do sce...

UNIVERSIDADE DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRÁFICA, GEOFÍSICA E ENERGIA

Contributo para método simplificado no âmbito do SCE: grandes edifícios de serviços existentes

Rui de Almeida Reis

Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente

2011

UNIVERSIDADE DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRÁFICA, GEOFÍSICA E ENERGIA


Rui de Almeida Reis

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente

Trabalho realizado sob a supervisão de

Álvaro Ferreira Ramalho (LNEG)

Marta João Nunes Oliveira Panão (FCUL)

2011

Resumo

A aplicação do Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

(RSECE, Decreto-Lei n.º 79/2006) a edifícios de serviços existentes e a consequente

atribuição de uma classe energética, no âmbito do Sistema Nacional de Certificação

Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE, Decreto-Lei n.º 78/2006), carece

de um estudo aprofundado onde se proponham medidas de melhoria e simplificação de

procedimentos, que visem contribuir positivamente numa futura revisão Regulamentar.

Actualmente, a classe energética de um grande edifício de serviços existente é determinada

por comparação do consumo de energia do edifício em condições nominais, obtido por

simulação dinâmica detalhada, com um valor tabelado por tipologia de edifício. O

levantamento dimensional e construtivo exaustivo que requerem a simulação térmica dos

edifícios, procedimentos do método exigido pela actual Regulamentação para efeitos da

classificação energética dos grandes edifícios de serviços existentes, associados a

divergências entre o consumo energético efectivo e a classe atribuída, poderão significar um

entrave ao processo de certificação dos edifícios.

A metodologia descrita e desenvolvida neste trabalho apresenta uma forma de apuramento da

classe energética de um edifício de serviços existente, através da comparação do consumo real

registado na facturação energética com o consumo estimado para esse mesmo edifício em

condições de referência, recorrendo a um método normalizado (método horário simplificado)

para calcular as necessidades de energia relativas ao aquecimento e arrefecimento. Este

método baseia-se num modelo de resistências e capacitâncias (5R1C) que simplifica os

fenómenos de transferência de calor que ocorrem num edifício, dividido em zonas térmicas.

Ambos os métodos são testados, por aplicação a um grande edifício de serviços existente,

onde se conclui não existirem disparidades significativas na classe energética atribuída ao

edifício.

Palavras-chave: classificação energética de edifícios, grandes edifícios de serviços

existentes, método horário simplificado, modelo 5R1C, simulação térmica de edifícios.

Abstract

The application of Portuguese Regulation for the assignment of an energy performance class

to the existing service buildings lacks a thorough study to propose measures for improvement

and simplification of procedures, that aims to contribute positively in a future Regulatory

review.

Currently, the energy class of a large existing service building is determined by comparing the

energy consumption of the building at nominal conditions (asset rating), which is obtained by

detailed dynamic simulation, with a tabulated value by type of building. The dimensional and

constructive comprehensive survey that require thermal simulation of buildings and which are

part of the regulation method for the energy rating of the large existing service buildings

associated with differences between the actual energy consumption and energy class assigned,

can turn into an obstacle for energy certification of buildings.

The methodology described and developed in this work presents a way of ascertaining the

energy class of an existing service building, by comparing the real energy consumption with

the estimated consumption of the same building at referenced conditions, using a standard

method (simple hourly method) to calculate energy needs for heating and cooling. This

method is based on a resistances and capacitances model (5R1C) which simplifies the heat

transfer phenomena that occur in a building partitioned into thermal zones.

Both methods are tested by application to a large existing service building, which shows there

are no significant disparities in the energy class assigned to the building.

Keywords: 5R1C model, building energy rating, building thermal simulation, large existing

service buildings, simple hourly method.

Agradecimentos

Os meus agradecimentos são sinceros e sucintos, vão para aqueles que mais directamente

estiveram relacionados com a realização desta dissertação de mestrado.

Estou muito agradecido à minha orientadora, Prof.ª Doutora Marta Oliveira Panão, pela

disponibilidade no esclarecimento e discussão de dúvidas, pelo apoio no desenvolvimento e

concretização deste trabalho, assim como pela fonte de inspiração traduzida no seu

conhecimento e forma de trabalhar.

Agradeço ao Eng. Álvaro Ramalho pela co-orientação na realização do estágio que serviu de

base à elaboração desta tese. Agradeço-lhe os reparos, sugestões e também pela maneira como

me fez sentir à vontade dentro da Unidade de Energia no Ambiente Construído do LNEG.

À Eng.ª Susana Camelo e à Arq.ª Márcia Tavares estou grato pelas palavras, pelo caloroso

acolhimento na Unidade do LNEG, bem como por se disporem também a ajudar.

Aos amigos, que nesta altura estiveram presentes, expresso o meu agradecimento pela força

transmitida.

Por último, dedico este trabalho aos meus pais, a quem agradeço a sorte que ditou o nosso

encontro, e à minha avó, que me motivou a conseguir dar-lhe esta felicidade.

Índice

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

1.1 Contexto regulamentar ............................................................................................................ 1

1.2 Objectivos e metodologia ........................................................................................................ 2

1.3 Estrutura .................................................................................................................................. 4

1.4 Motivação e contribuição original ........................................................................................... 4

2. Caso de Estudo ................................................................................................................................ 5

2.1 Edifício .................................................................................................................................... 5

2.1.1 Descrição geral .................................................................................................................... 5

2.1.2 Localização e clima ............................................................................................................. 5

2.1.3 Modelo................................................................................................................................. 6

2.1.4 Soluções construtivas .......................................................................................................... 9

2.1.5 Ocupação ........................................................................................................................... 10

2.1.6 Iluminação ......................................................................................................................... 11

2.1.7 Equipamento ...................................................................................................................... 12

2.1.8 AVAC ................................................................................................................................ 13

2.2 Simulação em condições reais ............................................................................................... 14

2.2.1 Calibração do modelo ........................................................................................................ 14

2.2.2 Facturação e consumos de energia .................................................................................... 14

2.2.3 Padrões reais de utilização: Cenário A .............................................................................. 16

2.2.4 Padrões reais de utilização: Cenário B .............................................................................. 18

2.2.5 Síntese ............................................................................................................................... 21

2.3 Simulação em condições nominais ........................................................................................ 21

2.3.1 Consumo nominal de energia ............................................................................................ 21

2.3.2 Padrões nominais de utilização ......................................................................................... 22

2.3.3 Caudais mínimos de ar novo ............................................................................................. 23

2.3.4 Determinação do nominal .......................................................................................... 25

2.4 Edifício face ao RSECE ........................................................................................................ 26

2.4.1 de referência limite .................................................................................................... 26

2.4.2 Plano de racionalização energética .................................................................................... 26

2.4.3 Classe energética ............................................................................................................... 28

3. Método proposto para a classificação energética de edifícios existentes ...................................... 33

3.1 Metodologia simplificada ...................................................................................................... 33

3.2 Condições de referência ........................................................................................................ 35

3.3 Método horário simplificado ................................................................................................. 37

3.4 Cálculo do .............................................................................................................. 45

3.5 Aplicação ao caso de estudo .................................................................................................. 46

4. Conclusões e considerações finais................................................................................................. 53

Referências bibliográficas ..................................................................................................................... 55

Anexo A Plantas do Edifício X ......................................................................................................... 57

Anexo B Método de cálculo do ................................................................................................. 59

Anexo C Caudais de ar novo de referência ....................................................................................... 61

Anexo D Cálculo da intensidade de radiação solar incidente ........................................................... 63

Anexo E Procedimentos de cálculo das numa zona térmica ................................................. 65

Simbologia ............................................................................................................................................ 67

Siglas ..................................................................................................................................................... 75

Índice de figuras

Fig. 1 – Imagem em vista de topo do Edifício X e arredores (Fonte: Google Earth) ............................. 5

Fig. 2 – Imagem do modelo geométrico, vista de norte (Fonte: DesignBuilder) .................................... 6

Fig. 3 – Zonamento térmico do Piso 1 (Fonte: DesignBuilder) .............................................................. 7

Fig. 4 – Zonamento térmico do R/C (Fonte: DesignBuilder) .................................................................. 7

Fig. 5 – Imagem do modelo após processo de rendering, vista de norte (Fonte: DesignBuilder) ........ 10

Fig. 6 – Potência total e do sistema de climatização medidas em auditoria .......................................... 15

Fig. 7 – Perfil real de ocupação: cenário A ........................................................................................... 16

Fig. 8 – Perfil real de iluminação: cenário A......................................................................................... 17

Fig. 9 – Perfil real de iluminação em circulações e IS: cenário A ........................................................ 17

Fig. 10 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário A .............................................................. 17

Fig. 11 – Perfil real de utilização da iluminação: cenário B ................................................................. 20

Fig. 12 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário B .............................................................. 20

Fig. 13 – Perfil nominal de ocupação .................................................................................................... 22

Fig. 14 – Perfil nominal de utilização da iluminação ............................................................................ 23

Fig. 15 – Perfil nominal de utilização do equipamento ......................................................................... 23

Fig. 16 – Método de verificação detalhada da necessidade de um PRE para os GES existentes (Fonte:

ADENE,2008) ........................................................................................................................ 27

Fig. 17 – Comparação da desagregação dos valores de e .................................. 31

Fig. 18 – Comparação da desagregação dos valores de e ................................. 31

Fig. 19 – Modelo 5R1C e elementos físicos.......................................................................................... 38

Fig. 20 – Modelo 3R1C e elementos físicos.......................................................................................... 43

Fig. 21 – Zona térmica ventilada com uma fonte interna de humidade ................................................ 44

Fig. 22 – Plantas do Piso 1 (em cima) e Piso térreo (em baixo) ............................................................ 57

Fig. 23 – Posição do Sol: azimute ( ) e altitude solar ( ). Superfície vertical orientada a :

ângulo de incidência ( ) e azimute da superfície ( ) ............................................. 63

Fig. 24 – Modelo 5R1C de simulação de uma zona térmica ................................................................. 65

Índice de tabelas

Tabela 1 – As três formas de ........................................................................................................... 2

Tabela 2 - Zonas e dados climáticos de referência .................................................................................. 5

Tabela 3 – Caracterização das zonas térmicas ........................................................................................ 8

Tabela 4 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos verticais .................... 9

Tabela 5 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos horizontais ................ 9

Tabela 6 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos dos vãos .................. 10

Tabela 7 - Constituição e propriedades termofísicas e ópticas dos elementos dos vidros .................... 10

Tabela 8 - Distribuição das densidades de ocupação ............................................................................ 11

Tabela 9 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação .......................................... 12

Tabela 10 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento .................................. 13

Tabela 11 - Eficiência do sistema de climatização central .................................................................... 13

Tabela 12 – Consumos registados nas facturas de energia .................................................................... 14

Tabela 13 - Consumos de energia ao longo do dia 23 de Fevereiro de 2011 ........................................ 18

Tabela 14 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação nos Cenários A e B ........ 19

Tabela 15 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento nos Cenários A e B .. 19

Tabela 16 – Resultados de e .............................................................................. 21

Tabela 17 – Consumos de energia obtidos pela calibração do modelo de simulação do Edifício X .... 21

Tabela 18 - Padrões nominais de utilização .......................................................................................... 22

Tabela 19 – Caudais mínimos de ar novo ............................................................................................. 24

Tabela 20 – Consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições nominais ....... 25

Tabela 21 – Classes energéticas para os GES ....................................................................................... 29

Tabela 22 – Classificação energética do Edifício X .............................................................................. 30

Tabela 23 – Classes energéticas para um GES existente....................................................................... 33

Tabela 24 – Coeficientes de transmissão térmica de referência ............................................................ 35

Tabela 25 – Fracções de vãos envidraçados de referência .................................................................... 35

Tabela 26 – Factores solares dos vãos envidraçados de referência ....................................................... 36

Tabela 27 – Eficiências do sistema AVAC de referência ..................................................................... 37

Tabela 28 – Parâmetros de inércia térmica ............................................................................................ 39

Tabela 29 – Dados das zonas térmicas .................................................................................................. 47

Tabela 30 – Orientação da envolvente exterior ..................................................................................... 47

Tabela 31 – Perfis de utilização ............................................................................................................ 48

Tabela 32 – Caudais de ar novo ............................................................................................................ 49

Tabela 33 – Parâmetros característicos e consumos de energia de referência ...................................... 50

Tabela 34 – Classificação energética do Edifício X segundo a metodologia desenvolvida .................. 51

Tabela 35 – Desagregação dos consumos de energia de referência para arrefecimento ....................... 52

Tabela 36 – Caudais de ar novo de referência ....................................................................................... 61


Rui de Almeida Reis 1

1. Introdução

1.1 Contexto regulamentar

O Decreto-Lei n.º 79/2006, de 4 Abril, Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos

Edifícios (RSECE) é uma reformulação do Decreto-Lei n.º 118/98, de 7 de Maio, o qual veio substituir

o Decreto-Lei n.º 156/92, de 29 de Julho, que não chegou a ser aplicado e que visava regulamentar a

instalação de sistemas de climatização em edifícios.

O RSECE integra um pacote legislativo composto ainda pelo Decreto-Lei n.º 78/2006, Sistema

Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) e o Decreto-

Lei n.º 80/2006, Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE),

todos publicados na mesma data. Estes três diplomas legais correspondem, na prática, à transposição

para a legislação nacional da Directiva 2002/91/CE, de 16 de Dezembro (EPBD), que promove a

melhoria do desempenho energético dos edifícios.

O âmbito de aplicação do RSECE diz respeito essencialmente aos grandes edifícios de serviços (GES),

no entanto este aplica-se também a edifícios não residenciais ou a edifícios dotados de sistemas de

climatização com potências térmicas superiores a 25 kW, conforme o previsto no artigo 27.º desse

regulamento.

Os GES são todos os edifícios ou fracções autónomas destinadas a serviços, com ou sem sistemas de

climatização, de área útil superior a 1000 m2 ou a 500 m

2 no caso de centros comerciais,

supermercados, hipermercados e piscinas aquecidas cobertas.

Para efeitos de aplicação do RSECE, consideram-se edifícios “existentes” aqueles cujo pedido de

licenciamento ou autorização de edificação tenha dado entrada na entidade licenciadora até à data a

partir da qual este regulamento vigora – 4 de Julho de 2006 –, prevista no artigo 5.º do mesmo.

Na óptica da sustentabilidade ambiental e mediante os princípios da utilização racional de energia,

bem como da utilização de materiais, equipamentos e tecnologias adequados à sua organização em

todos os sistemas energéticos do edifício, em consonância com as respectivas funções neste

desempenhadas, os objectivos do RSECE passam por:

definir as condições de conforto térmico e de higiene nos diferentes espaços dos edifícios;

melhorar a eficiência energética global dos edifícios promovendo a sua limitação efectiva para

padrões aceitáveis;

impor regras de eficiência aos sistemas de climatização que permitam melhorar o seu

desempenho energético efectivo e garantir os meios para uma boa qualidade do ar interior

(QAI).

Neste sentido, o RSECE estabelece:

requisitos em termos de conforto térmico, renovação e tratamento de ar, estipulando caudais

mínimos de ar novo assim como concentrações máximas dos principais poluentes;

requisitos de formação profissional, a que devem obedecer os técnicos responsáveis pelo

projecto, instalação e manutenção dos sistemas de climatização;

limites máximos dos consumos globais de energia do edifício e, em particular, para sistemas

de climatização sob condições nominais de utilização;

condições e meios para garantir práticas regulares de monitorização, auditoria e manutenção

assim como assegurar quer a qualidade quer a segurança – aos níveis do projecto, da

instalação e durante o normal funcionamento dos edifícios, e em particular dos sistemas de

climatização.


2 Rui de Almeida Reis

De acordo com o RSECE a caracterização energética de um edifício ou fracção autónoma é feita

através de um indicador de consumo específico também designado por indicador de eficiência

energética ( ), que deverá ser expresso em unidades de energia primária (quilogramas equivalentes

de petróleo) por metro quadrado de área útil de pavimento, por ano – kgep m-2

ano-1

. O valor de

assume três formas distintas descritas na Tabela 1.

Tabela 1 – As três formas de

Tipo de Designação Como se determina?

real obtido

pelas facturas

Por análise simples das facturas relativas ao consumo de energia

(registos dos últimos três anos), sem correcção climática

real obtido

por simulação

Por simulação dinâmica, considerando um modelo em condições

reais, após processo de “calibração1” em função dos valores de

consumos de energia facturados e dos obtidos por auditoria

realizada no âmbito do SCE, com correcção climática

nominal Por simulação dinâmica, considerando um modelo nas condições

nominais previstas no RSECE, com correcção climática

Os limites máximos do consumo de energia, para os GES, são definidos no RSECE sob a forma de

valores de referência limite do consumo nominal específico por tipologia, para novos edifícios,

, e para os existentes, .

O valor do consumo nominal específico ( ) de um grande edifício de serviços existente, obtido

por simulação em condições nominais, define se este cumpre com o valor limite aplicável,

, e determina a classificação do seu desempenho energético no âmbito do SCE.

1.2 Objectivos e metodologia

O presente trabalho visa sobretudo testar uma metodologia simplificada para atribuição de classes de

desempenho energético aos edifícios existentes no âmbito do RSECE. Neste sentido, salientam-se os

principais objectivos deste estudo:

pôr em prática os procedimentos que conduzem à classificação energética do Edifício X2, pela

aplicação da metodologia actualmente regulamentada;

desenvolvimento e descrição de uma metodologia simplificada, sem recurso à simulação

dinâmica detalhada, para a classificação energética dos edifícios existentes abrangidos pelo

RSECE;

implementar e testar a metodologia proposta, recorrendo à aplicação desta ao Edifício X.

O RSECE estabelece que o consumo nominal específico ( ) de um grande edifício de serviços,

seja avaliado periodicamente por auditoria realizada no âmbito do SCE, e seja determinado através de

simulação dinâmica detalhada multi-zona do edifício em condições nominais de funcionamento, não

podendo ultrapassar o valor definido, ou , aplicável por tipologia.

1 Embora os programas de simulação térmica tenham sido sujeitos a processos de verificação sistemática quanto

à capacidade de reproduzir os fenómenos físicos, na aplicação a um edifício real torna-se necessário verificar

adicionalmente se os pressupostos que estão na base da construção do seu modelo físico conduz a resultados

numéricos próximos da realidade. A este processo designa-se por “calibração”. 2 Por questões de confidencialidade dos resultados apresentados neste trabalho, foi necessário omitir o nome,

bem como imagens ou informações que identifiquem explicitamente o edifício em estudo.



Com vista a determinar o de um grande edifício de serviços existente (Edifício X), deve

elaborar-se no âmbito do RSECE um modelo de simulação detalhada, tendo por base toda a

informação recolhida durante a auditoria realizada, inserida num estudo de eficiência energética ao

edifício realizado pelo LNEG. Para tal, recorre-se ao programa DesignBuilder v2.3.5.036 que é uma

interface gráfica para o programa de simulação térmica dinâmica EnergyPlus 6.0, acreditado pela

norma ASHRAE.

Destacam-se, sucintamente, as principais etapas da metodologia regulamentar que conduz à

classificação energética dos GES:

Caracterização e modelação do edifício

- Caracterização do edifício e desenvolvimento do seu modelo de simulação dinâmica

detalhada considerando elementos recolhidos em auditoria que respeitam às suas condições

reais.

“Calibração” do modelo de simulação

- Aproximação dos resultados de consumos de energia obtidos por simulação dinâmica do

edifício aos consumos observados nas facturas energéticas assim como aos obtidos por

auditoria;

- Obtenção do consumo real de energia obtido por simulação ( ) e dos

respectivos valores de consumos parciais para as diferentes utilizações finais, contemplando

as respectivas formas de energia.

Simulação em condições nominais

- Aplicação das condições nominais definidas pelo RSECE, ao modelo de simulação do

edifício depois de calibrado;

- Obtenção do valor de consumo nominal de energia ( ), assim como dos valores de

consumos resultantes da sua desagregação por utilização final, referindo as respectivas

formas de energia.

Determinação do nominal

- Aplicação do método de cálculo do consumo específico de energia ( ), de acordo com a

metodologia preconizada pelo RSECE.

Aferição da necessidade de um PRE

- Cálculo dos consumos e , conforme o método de cálculo

do previsto no RSECE;

- Verificação do cumprimento do edifício relativamente ao valor limite de referência imposto,

, para averiguar a necessidade de implementação de um Plano de Racionalização

de Energia (PRE).

Classificação energética

- Determinação da classe energética do edifício no âmbito do SCE, por comparação do

consumo nominal específico ( ) com os correspondentes consumos de referência para

edifícios novos, estipulados por tipologia no RSECE.

Em alternativa a este método regulamentado, a metodologia simplificada de classificação energética

que se propõe, baseia-se na comparação do consumo real de um edifício registado nas facturas

energéticas com os consumos de referência para esse edifício calculados através de um método

simplificado. A metodologia proposta recorre ao cálculo simplificado das necessidades de energia para

aquecimento e arrefecimento ( ) de um edifício, descrito na norma EN ISO 13790:2008, que se

baseia num modelo de simulação dinâmica que aproxima uma zona térmica a um conjunto cinco

resistências e uma capacitância (5R1C).



1.3 Estrutura

A presente dissertação é constituída por quatro secções e cinco anexos, cujo conteúdo aqui

resumidamente se descreve.

Esta secção (Secção 1) introduz o estudo desenvolvido traçando dados fundamentais sobre os quais se

centra, resume a organização do presente texto e evidencia os fins, a causa e a contribuição original

deste trabalho.

Na Secção 2 segue-se detalhadamente a metodologia prevista na Regulamentação Térmica de

Edifícios que conduz à determinação da classe de desempenho energético do Edifício X.

Na Secção 3 é descrita a metodologia que foi desenvolvida para a classificação energética dos

edifícios existentes abrangidos pelo RSECE e é posta em prática através da aplicação ao Edifício X.

Na Secção 4 discutem-se as conclusões retiradas deste estudo e tecem-se algumas considerações finais

específicas e gerais.

No Anexo A são apresentadas as plantas arquitectónicas do Edifício X.

No Anexo B descreve-se o método de cálculo do conforme o previsto no RSECE.

No Anexo C são definidos valores de caudais de ar novo de referência em substituição aos estipulados

pelo RSECE.

No Anexo D formaliza-se o cálculo da intensidade de radiação solar incidente numa superfície da

envolvente exterior a um edifício.

No Anexo E enunciam-se procedimentos de cálculo, baseados na norma EN ISO 13790:2008, que

permitiram estimar os consumos de energia de referência para aquecimento e arrefecimento nas zonas

térmicas de um edifício.

1.4 Motivação e contribuição original

Este trabalho contribui para o estabelecimento de uma nova metodologia de classificação energética

dos edifícios existentes no âmbito do RSECE.

Os grandes edifícios de serviços (GES) existentes são edifícios que geralmente acarretam elevados

consumos de energia. A antiguidade de alguns destes edifícios associada à má qualidade térmica da

sua envolvente é também uma das causas do agravamento desses consumos. A escassa informação

relativa aos edifícios mais antigos, quanto à geometria e aos elementos construtivos constituintes da

sua envolvente, ou mesmo a dimensão de alguns GES existentes, actuam como constrangimentos

técnicos e económicos que dificultam a construção de modelos de simulação detalhada, o que poderão

pôr em causa a determinação da classe de desempenho energético dos edifícios, no âmbito do RSECE

e do SCE.

Contrastando com a actual metodologia regulamentar, em que é sempre necessário encontrar por

simulação um indicador de eficiência energética em condições nominais, o método que se propõe

estabelece que a classificação energética de um grande edifício existente seja função do seu consumo

efectivo obtido pela facturação energética. Este trabalho, procura que a classificação energética

constitua um meio mais simples, real e preciso na tradução do desempenho energético de um edifício,

e pretende assim contribuir para uma redução dos consumos de energia e para uma maior eficiência

energética dos edifícios de serviços existentes.



2. Caso de Estudo

2.1 Edifício

2.1.1 Descrição geral

O edifício estudado, Edifício X, é no âmbito do RSECE e do SCE, um grande edifício de serviços

existente com área útil de pavimento ( ) de 1152 m2. É uma construção de dois pisos, cuja fachada

posterior possui uma varanda com 45 m2 de área.

2.1.2 Localização e clima

O Edifício X, situa-se na região Centro (Beira Baixa) e sub-região da Beira Interior Sul.

Fig. 1 – Imagem em vista de topo do Edifício X e arredores (Fonte: Google Earth)

Para efeitos da caracterização energética dos edifícios no âmbito do RSECE, o País é dividido em três

zonas climáticas de Inverno ( , , ) e em três zonas climáticas de Verão ( , , ), de acordo com

o estabelecido no Anexo III do RCCTE, onde para cada concelho são definidas as respectivas zonas e

os seguintes dados climáticos de referência de Inverno e de Verão: número de graus-dia de

aquecimento, na base de 20°C ( ); duração da estação de aquecimento; temperatura exterior de

projecto de Verão e amplitude térmica média diária do mês mais quente. Na Tabela 2 constam as

zonas e dados climáticos de referência definidos no RCCTE para o concelho onde se localiza o

Edifício X.

Tabela 2 - Zonas e dados climáticos de referência

Concelho

Zona

climática

de Inverno

Número de

graus-dia,

[ºC dia]

Duração da

estação de

aquecimento

[meses]

Zona

climática

de Verão

Temperatura

exterior de

projecto

[ºC]

Amplitude

térmica

[ºC]

Confidencial 1650 6,7 , Norte 35 15

Para efeitos de simulação do Edifício X, foram consideradas as coordenadas geográficas da sua

localização e utilizado um ficheiro com os dados climáticos para um ano típico de referência (TYR)

construído com base no ficheiro climático do respectivo concelho que consta da base de dados do

programa SolTerm 5.



2.1.3 Modelo

O Edifício X tem 1260 m2 de área de pavimento total, dos quais 1152 m

2 correspondem à sua área útil

de pavimento ( ). O pé-direito médio ( ) do Piso 1 é superior ao do Piso térreo (R/C), medindo

respectivamente 3,9 m e 2,9 m.

Ao elaborar o modelo geométrico e construtivo do Edifício X foram respeitadas as dimensões,

medidas em planta, das fachadas, pavimentos, cobertura e vãos. As dimensões das divisões interiores

que delimitam os espaços (ou compartimentos) de cada piso, foram tidas em consideração para a

divisão do edifício em zonas térmicas, que à partida agrupam espaços com condições análogas. Esta

simplificação não interfere significativamente nos resultados da simulação dinâmica térmica, é um

procedimento necessário, pois reduz consideravelmente o tempo de simulação.

A Fig. 2 apresenta parte da envolvente exterior do modelo de simulação do Edifício X.

Fig. 2 – Imagem do modelo geométrico, vista de norte (Fonte: DesignBuilder)

Os dois pisos do Edifício X têm diferenciação funcional. No Piso térreo destacam-se as secções

funcionais: tesouraria, taxas e licenças, contabilidade e administração, enquanto que, no Piso 1,

encontram-se os serviços de recursos humanos, o átrio principal, o salão nobre, bem como os

gabinetes de directores, vereadores e presidente.

De acordo com a informação recolhida existem no Edifício X compartimentos com pouca utilização

e/ou quase inutilizados, dos quais são exemplos alguns gabinetes e o salão nobre que é utilizado

apenas em circunstâncias esporádicas. No Anexo A apresentam-se as plantas dos dois pisos do

edifício, onde a zona do piso térreo (R/C) sombreada a cinzento corresponde à zona de acessos a um

edifício anexo semi-enterrado que, na óptica do RSECE, é tido como um espaço não-útil, sendo para

efeitos de simulação considerado como um bloco anexo sem utilização.



As Fig. 3 e Fig. 4 apresentam em planta as zonas térmicas consideradas no modelo de simulação do

Edifício X, para os dois pisos do edifício, e na Tabela 3 descrevem-se as zonas térmicas consoante o

tipo de espaço: útil ou não-útil, bem como os parâmetros de utilização (ocupação, iluminação e

equipamento) adoptados no modelo de simulação. De notar, que as zonas térmicas úteis com pouca

utilização, foram consideradas sem perfis de utilização.

Fig. 3 – Zonamento térmico do Piso 1 (Fonte: DesignBuilder)

Fig. 4 – Zonamento térmico do R/C (Fonte: DesignBuilder)



Tabela 3 – Caracterização das zonas térmicas

Zona térmica Área

[m2]

[m] Piso

Tipo de

espaço

Parâmetros

de utilização

Gabinetes 1 71,67 3,83

1

Útil

- Ocupação

- Iluminação

- Equipamento

Gabinete 2 21,66 3,70



Tesouraria 38,30 3,04

R/C





Secção Taxas e

Licenças 83,53 2,85

Átrio Principal 51,60 3,89 1 Útil - Ocupação

- Iluminação

Reprografia 18,21 3,06 R/C Útil - Iluminação

- Equipamento

Circulação, IS… 1 134,08 3,34 1

Útil - Iluminação Arquivo e IS 14,87 2,54 R/C

Circulação, IS… 2 106,53 2,76

Salão Nobre 102,90 4,79

1

Útil* -

Gabinete 9 12,63 4,22

Gabinete 10 37,83 4,34

Gabinete 11 33,42 4,32

Arquivo 1 29,10 3,06 R/C

Gabinete 12 33,39 2,70

Acesso 1 4,1 3,85 1

Não-Útil -

Acesso 2 6,5 3,85

Gabinete 13 13,0 3,04

R/C Arquivo 2 24,2 2,98

Arquivo 3 15,4 2,62

Bloco anexo 45,24 3,08

* com pouca utilização



2.1.4 Soluções construtivas

Os elementos construtivos do Edifício X apresentam características típicas da sua época de construção,

com materiais maciços. As paredes exteriores são em granito e as portas em madeira.

No que diz respeito aos vãos envidraçados, possuem vidro duplo incolor, caixilharia de madeira com

moldura em quadrícula, sendo as janelas de guilhotina e as portas giratórias.

Para a taxa de renovação de ar interior que ocorre de forma natural foi considerado no modelo de

simulação do Edifício X um valor constante e igual a 0,7 renovações por hora (RPH).

Nas Tabela 4 a Tabela 7 apresentam-se as características relevantes dos elementos de construção

adoptadas no modelo de simulação do Edifício X, de acordo com as informações recolhidas por

auditoria, tendo em consideração a idade do edifício e a escassa documentação disponível a este

respeito.

Tabela 4 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos verticais

Elementos verticais

[cm]

[W m-1K-1]

[J kg -1K-1]

[kg m-3]

[m2K W-1]

[W m-2K-1]

Paredes

exteriores

Reboco

(Argamassa de cimento) 3,0 1,15 1000 1800

0,46 2,17 Alvenaria de pedra

(Granito) 55,0 2,07* 1000 2600

Reboco


0,50 2,01 Pedra (Granito) 50,0 2,07* 1000 2600

Reboco exterior 3,0 0,50 1000 1300

Paredes

interiores

Reboco


0,48 2,10 Pedra (Granito) 34,0 2,07* 1000 2600

Reboco


Gesso de Paris carbonado 2,5 0,25 1000 900

0,61 1,64 Ar 10,0 - - -

Gesso de Paris carbonado 2,5 0,25 1000 900

* valor baseado em propriedades termofísicas de soluções construtivas de edifícios antigos (Pina dos

Santos, C.A., Rodrigues, R., 2009)

Tabela 5 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos horizontais

Elementos horizontais

[cm]

[W m-1K-1]

[J kg -1K-1]

[kg m-3]

[m2K W-1]

[W m-2K-1]

Cobertura

Betão 25,0 2,00* 1000 2400*

0,42 2,38 Reboco


Pavimento

interior

Soalho (Madeira) 2,5 0,14 1200 650

0,78 1,29 Ar 17,0 - - -

Pinho seco (Madeira) 2,5 0,17 2120 650

Pavimento

Reboco


0,42 2,38

Betão 25,0 2,00* 1000 2400*

* valores referidos por Pina dos Santos e Matias, 2006



Tabela 6 - Constituição e propriedades termofísicas dos elementos construtivos dos vãos

Elementos

[cm]

[W m-1K-1]

[J kg -1K-1]

[kg m-3]

[m2K W-1]

[W m-2K-1]

Caixilhos e

molduras Carvalho

(Madeira)

3,5

0,19 2390 700

0,35 2,25

Portas 4,5 0,50 2,01

Tabela 7 - Constituição e propriedades termofísicas e ópticas dos elementos dos vidros

Elementos

[mm]

[W m-1K-1] Transmissão

solar

Reflexão

solar

Transmissão

solar total

[W m-2K-1]

Vidros

duplos

Vidro incolor

corrente 4 1 0,82 0,08

0,74 3,15 Ar 6 - - -

Vidro incolor

corrente 4 1 0,82 0,08

O resultado do processo de rendering da imagem gráfica do modelo do Edifício X é apresentado na

Fig. 5 evidenciando os diversos elementos de construção.

Fig. 5 – Imagem do modelo após processo de rendering, vista de norte (Fonte: DesignBuilder)

2.1.5 Ocupação

Segundo as informações obtidas por auditoria, os funcionários do Edifício X têm um horário de

expediente das 9h às 18h, com cerca de uma hora e meia de almoço.

A ocupação do Edifício X é definida no modelo de simulação do edifício, fazendo corresponder o

número de ocupantes por zona térmica ao número de computadores registado por auditoria, com

excepção da zona do átrio principal que, embora sem este tipo de equipamento, representa um posto de

trabalho permanente. Assim, a ocupação é só tida em conta nas zonas em que esta tem um carácter

ininterrupto e duradouro (Tabela 3).



Na Tabela 8 constam as densidades de ocupação consideradas no modelo de simulação do Edifício X,

por zona térmica.

Tabela 8 - Distribuição das densidades de ocupação

Zona térmica Piso Densidade de ocupação

[n.º ocupantes m-2]

Gabinetes 1

1

0,08

Gabinete 2 0,05

Gabinetes 3 0,04

Gabinetes 4 0,04

Átrio Principal 0,02

Tesouraria

R/C

0,05

Gabinetes 5 0,07

Gabinetes 6 0,09

Gabinetes 7 0,09

Gabinetes 8 0,17

Secção Taxas e Licenças 0,07

O tipo de actividade desenvolvida pelos funcionários do edifício corresponde tipicamente à de

escritório e, para a qual o programa de simulação EnergyPlus 6,0 associa uma taxa de metabolismo ( )

indicada pela CIBSE de 120 W pessoa-1

. Este valor é tido em conta nas zonas térmicas definidas com

ocupação para efeitos de simulação do Edifício X.

2.1.6 Iluminação

Foi realizado um levantamento durante a auditoria, quanto ao número, potência e tipo de lâmpadas

existentes em cada compartimento do Edifício X. De acordo com o que foi verificado, a iluminação do

edifício é feita na sua maioria por luminárias de lâmpadas fluorescentes tubulares, montadas à

superfície de tectos e paredes, com algumas lâmpadas incandescentes em espaços de menor utilização,

como por exemplo arquivos e instalações sanitárias (IS). Em algumas divisões do Piso 1, observou-se

também a utilização de lâmpadas economizadoras e destaca-se a existência de candeeiros de lustre,

como no caso do salão nobre e do átrio principal.



Registadas as potências das lâmpadas instaladas, obtiveram-se as densidades de potência3 referentes à

iluminação que foram consideradas no modelo de simulação do Edifício X, para cada zona térmica. A

Tabela 9 apresenta os valores dessa distribuição.

Tabela 9 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação

Zona térmica Piso Densidade de potência

[W m-2]

Gabinetes 1

1

11

Gabinete 2 7

Gabinetes 3 7

Gabinetes 4 6

Átrio Principal 3

Circulação, IS… 1 6

Tesouraria

R/C

12

Gabinetes 5 10

Gabinetes 6 15

Gabinetes 7 12

Gabinetes 8 10

Secção Taxas e Licenças 16

Reprografia 12

Arquivo e IS 15

Circulação, IS… 2 7

2.1.7 Equipamento

No que diz respeito aos equipamentos utilizados no edifício, foi igualmente feito um levantamento

durante a auditoria quanto aos aparelhos presentes em cada espaço do edifício, bem como das

respectivas potências instaladas, tendo sido identificados principalmente: computadores, impressoras,

e fotocopiadoras, utilizados nos espaços de maior actividade. Registaram-se ainda, em espaços de

circulação ou de pouca utilização, outros aparelhos eléctricos, tais como, máquina de café, frigorífico,

televisão, etc. No entanto, os respectivos consumos de energia não foram considerados no modelo de

simulação do Edifício X, sendo desprezáveis, em virtude de estes aparelhos se encontrarem

frequentemente desligados ou terem uma utilização esporádica.

3 A densidade de potência designa, neste trabalho, o fluxo de calor dissipado por unidade de área de pavimento

expresso em W m-2

.



Na Tabela 10 encontra-se a distribuição, por zona térmica com equipamento relevante, das densidades

de potência relativas aos computadores e outros equipamentos que foram tidos em conta no modelo de

simulação do Edifício X.

Tabela 10 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento

Zona térmica Piso Densidades de potência [W m-2]

Computadores Outros

Gabinetes 1

1

9 9

Gabinete 2 5 -

Gabinetes 3 4 0

Gabinetes 4 4 16

Tesouraria

R/C

6 1

Gabinetes 5 7 0

Gabinetes 6 10 1

Gabinetes 7 10 -

Gabinetes 8 19 0

Secção Taxas e Licenças 8 22

Reprografia - 56

2.1.8 AVAC

De acordo com a auditoria, o Edifício X não tem qualquer tipo de sistema mecânico de ventilação para

extracção ou insuflação de ar novo com carácter permanente. Quanto à ventilação natural no edifício,

esta ocorre unicamente através da abertura de janelas e portas e da permeabilidade ao ar da envolvente.

A regulação térmica do edifício é assegurada pelo seu sistema de climatização central que é composto

por quatro unidades exteriores de ar condicionado do tipo volume de refrigerante variável (VRV) da

marca Mitsubishi Electric modelo PUHY-250YMF-B. A potência térmica é distribuída no interior do

edifício através de três tipos de ventilo-convectores da mesma marca distribuídos pelos espaços

ocupados do edifício: os modelos PKFY-P40VGM e PKFY-P25VAM, ambos murais, servem o Piso

térreo e o modelo de chão PFFY-40VLEM o Piso 1.

Na Tabela 11 apresenta-se a eficiência do sistema de climatização central do Edifício X, calculada a

partir dos valores de potência térmica das unidades exteriores, valores esses recolhidos durante a

auditoria.

Tabela 11 - Eficiência do sistema de climatização central

Unidades Quatro

Função Arrefecimento Aquecimento

Potência unitária [kW] 29,1 32,6

Potência instalada [kW] 58,2 65,2

Potência fornecida [kW] 11,3 10,5

COP 2,58 3,10



No modelo de simulação do Edifício X, foi considerado um sistema de climatização de expansão

directa eléctrico com valores de eficiência energética nominal (COP), relativos às funções de

aquecimento e arrefecimento, correspondentes às do sistema instalado no edifício (Tabela 11).

As temperaturas de set point de conforto ambiente tomadas em consideração no modelo de simulação,

são as correspondentes às condições interiores de referência definidas no artigo 14.º do RCCTE: 20ºC

para a estação de aquecimento (Inverno) e 25ºC para a estação de arrefecimento (Verão).

2.2 Simulação em condições reais

2.2.1 Calibração do modelo

Entende-se por calibração do modelo de simulação de um edifício o processo de ajuste que conduz a

que os resultados dos consumos de energia obtidos por simulação dinâmica, sejam próximos dos

observados quer nas facturas energéticas, quer por auditoria. Ou seja, consiste na aproximação do

valor do consumo real de energia obtido por simulação ( ) ao valor do consumo real de

energia obtido pelas facturas ( ), tendo em conta a desagregação por utilização final dos

consumos observados por auditoria. Isso traduzir-se-á em aproximar o valor do consumo de energia

obtido por simulação ( ) ao valor do consumo de energia para calibração ( ).

Sempre que o valor de do edifício não apresentar um desvio superior a 10% face ao

valor registado em facturação, , e à sua desagregação por utilização final em relação ao

verificado por auditoria poder-se-á admitir que o modelo traduz adequadamente o desempenho

energético do edifício, ou seja, que o modelo se encontra calibrado.

2.2.2 Facturação e consumos de energia

A energia total consumida no Edifício X, em termos de energia final utilizada (energia útil), relativa

aos parâmetros da sua utilização (ocupação, iluminação, equipamento) e ao sistema AVAC, é

totalmente eléctrica. Os valores deste consumo correspondem aos facturados pela EDP recolhidos nos

últimos três anos.

Dado que existem variações relacionadas com a variabilidade climática que influenciam os consumos

de energia de ano para ano, o pode ser calculado, com base na média dos consumos dos três anos

anteriores à auditoria, tal como é indicado no Anexo IX do RSECE.

Considera-se então, neste trabalho, que o consumo real de energia obtido pelas facturas

( ) corresponde à média dos consumos relativos às facturas energéticas dos últimos três

anos.

Apresentam-se, na Tabela 12, os valores dos consumos relativos às facturas energéticas para os

últimos três anos e o correspondente valor médio anual, , expressos em unidades de

energia útil (kWh ano-1

) e energia primária (kgep ano-1

), indicando-se também a forma de energia.

Tabela 12 – Consumos registados nas facturas de energia

Facturação Forma de

energia

Consumo de Energia

[kWh ano-1] [kgep ano-1]

2008

Eléctrica

96 364 27 946

2009 113 277 32 850

2010 110 224 31 965

Média 106 622 30 920



A auditoria realizada ao Edifício X permitiu quantificar a potência total associada aos consumos totais

e a potência associada ao sistema de climatização (VRV) durante o período de tempo que decorreu

entre 22 e 28 de Fevereiro de 2011 (Fig. 6).

Fig. 6 – Potência total e do sistema de climatização medidas em auditoria

Pode verificar-se na Fig. 6 que a energia consumida no edifício nunca toma um valor nulo atingindo

valores mínimos muito semelhantes de dia para dia, o que foi designado por consumo residual de

energia ( ). Este consumo foi determinado fazendo uma média aproximada dos valores de potência

total, medidos nos dias 26 e 27 (fim de semana), entre as 18:30h e as 6:00h. Apresenta-se de seguida a

estimativa do valor anual associado ao consumo residual de energia:

2 kW 24 h 365 dias 17 520 kWh

Observa-se também na Fig. 6 que existe um período diário, que corresponde sensivelmente das 18:30h

às 6:00h, fora do horário de expediente, em que os valores de energia consumida são sensivelmente

semelhantes. Assumiu-se então, que este esteja associado, pelo menos em parte, à iluminação exterior

da fachada do edifício, o que foi verificado em auditoria. Para a sua determinação fez-se uma média

aproximada dos valores de potência dissipada registados entre o referido período (11,5 horas) dos dias

26 e 27 (fim de semana) que corresponde efectivamente ao único consumo de energia no edifício,

descontando os respectivos valores de associados. O cálculo efectuado para estimar o valor anual

deste consumo de energia relativo à iluminação exterior ( ) é feito do seguinte modo4:

8 kW 11,5 h 365 dias 33 580 kWh

4 Apesar do número de horas em que é utilizada a iluminação exterior ser variável com as estações do ano e na

ausência de mais informação, foi considerado como um pressuposto plausível o período diário verificado em

auditoria, 11,5 h, como sendo constante ao longo do ano, para o cálculo do .

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Po

tên

cia

(kW

)

Data, Horas

Total VRV



Dado que os valores anuais determinados de e , não foram tidos em conta no modelo de

simulação do Edifício X, para efeitos de calibração do modelo, compara-se o consumo de energia

obtido por simulação ( ) com o valor de subtraído da soma da estimativa anual

associada a estes consumos, o qual se denominou por consumo de energia para calibração ( )

e que é estimado por:

– (17 520 33 580) 106 622 – 51 100 55 522 kWh ano-1

2.2.3 Padrões reais de utilização: Cenário A

Inicialmente, foi considerado um cenário designado por Cenário A, que consiste na simulação

dinâmica do Edifício X tendo em conta os perfis de utilização das Fig. 7 a Fig. 10, assumindo que o

sistema de climatização funciona nas zonas térmicas úteis ocupadas (Tabela 3) durante o período de

ocupação definido. Assumiu-se para perfil de utilização do edifício no Cenário A valores constantes

de segunda a sexta entre as 9h e as 18h, com uma pequena redução no período entre as 12h e as 14h

para almoço.

Fig. 7 – Perfil real de ocupação: cenário A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% O

cup

ação

Segunda a Sexta



Fig. 8 – Perfil real de iluminação: cenário A

Fig. 9 – Perfil real de iluminação em circulações e IS: cenário A

Fig. 10 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário A

A simulação do modelo com estes perfis de utilização conduziu a um consumo de energia do edifício,

, inferior ao consumo de energia para calibração ( ), pelo que se optou por

considerar um segundo cenário de simulação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% Il

um

inaç

ão

Segunda a Sexta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% Il

um

inaç

ão

Segunda a Sexta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% E

qu

ipam

en

to

Segunda a Sexta



2.2.4 Padrões reais de utilização: Cenário B

Com o objectivo de determinar padrões reais de utilização mais ajustados, em termos do consumo de

energia obtido por simulação ( ), em relação aos que efectivamente se verificam no Edifício

X, foi adoptada a metodologia a seguir descrita.

Tendo como base de análise os consumos de energia, referentes ao dia 23 de Fevereiro, medidos

durante a auditoria (Fig. 6), compararam-se os valores do consumo relativo à iluminação e ao

equipamento ( ), com os respectivos valores deste consumo, obtido por simulação, , no

Cenário A.

Numa base horária, os valores do consumo relativo à iluminação e ao equipamento ( ) foram

obtidos subtraindo aos valores do consumo total de energia obtido por auditoria ( ) a soma das

três parcelas correspondentes aos valores de consumo de energia referente ao sistema de climatização

obtido por auditoria ( ), e . Quanto aos valores de , estes foram obtidos

pelos resultados da simulação do Edifício X no Cenário A. A Tabela 13 resume esses resultados ao

longo do dia 23 de Fevereiro.

Tabela 13 - Consumos de energia ao longo do dia 23 de Fevereiro de 2011

Horas

[kWh]

[kWh]

[kWh]

[kWh]

[kWh]

cenário A

[kWh]

0h às 7h 66,000 0,000 14 52 0,000 0,000

7h às 8h 4,846 0,000 2 0 2,846 0,000

8h às 9h 12,306 0,000 2 0 10,306 0,000

9h às 10h 32,081 12,761 2 0 17,320 17,898

10h às 11h 33,273 9,686 2 0 21,587 17,898

11h às 12h 32,335 7,604 2 0 22,731 17,898

12h às 13h 20,326 5,409 2 0 12,917 12,260

13h às 14h 13,267 2,618 2 0 8,649 12,260

14h às 15h 18,733 0,395 2 0 16,338 17,898

15h às 16h 22,735 2,971 2 0 17,764 17,898

16h às 17h 24,110 4,904 2 0 17,206 17,898

17h às 18h 16,360 3,877 2 0 10,483 17,898

18h às 19h 11,347 3,308 2 4 2,039 0,000

19h às 20h 13,300 3,032 2 8 0,268 0,000

20h às 24h 40,000 0,000 8 32 0,000 0,000

De notar, que os valores de da Tabela 13 não correspondem exactamente aos valores medidos

(Fig. 6) pois esses acrescem do consumo residual associado, .

Por análise da Tabela 13, observa-se que o valor de no Cenário A, quando os perfis de

utilização da iluminação e do equipamento se encontram a 100% ( 17,898 kWh, das 9h

às 12h e das 12h às 18h), é inferior numa percentagem de 27%, quando comparado com o valor

máximo registado de (das 11h às 12h, 22,731 kWh).

Por forma a melhor ajustar o resultado da simulação com o valor máximo registado, foi definido um

novo cenário, para todas as zonas térmicas que verificam estes parâmetros de utilização, Cenário B,

em que, a partir do Cenário A foram aumentados em 27% os valores das densidades de potência

referentes à iluminação e ao equipamento.



As Tabela 14 e Tabela 15 mostram as densidades de potência corrigidas referentes à iluminação e ao

equipamento, por zona térmica, que foram consideradas no Cenário B, comparativamente ao Cenário

A.

Tabela 14 - Distribuição das densidades de potência relativas à iluminação nos Cenários A e B

Zona térmica Piso Densidade de potência [W m-2]

Cenário A Cenário B

Gabinetes 1

1

11 14

Gabinete 2 7 9

Gabinetes 3 7 9

Gabinetes 4 6 8

Átrio Principal 3 4

Circulação, IS… 1 6 8

Tesouraria

R/C

12 15

Gabinetes 5 10 13

Gabinetes 6 15 19

Gabinetes 7 12 15

Gabinetes 8 10 13

Secção Taxas e

Licenças 16 20

Reprografia 12 15

Arquivo e IS 15 19

Circulação, IS… 2 7 9

Tabela 15 – Distribuição das densidades de potência relativas ao equipamento nos Cenários A e B

Zona térmica Piso

Densidades de potência [W m-2]

Cenário A Cenário B

Computadores Outros Computadores Outros

Gabinetes 1

1

9 9 11 11

Gabinete 2 5 - 6 -

Gabinetes 3 4 0 5 0

Gabinetes 4 4 16 5 20

Tesouraria

R/C

6 1 8 1

Gabinetes 5 7 0 9 0


Gabinetes 7 10 - 13 -


Secção Taxas e

Licenças 8 22 10 28

Reprografia - 56 - 71



Da metodologia descrita resultaram os perfis reais de utilização, no que diz respeito à iluminação e

equipamento, obtidos a partir da coluna de valores de (Tabela 13) e estão representados

graficamente nas Fig. 11 a Fig. 12.

Fig. 11 – Perfil real de utilização da iluminação: cenário B

Fig. 12 – Perfil real de utilização do equipamento: cenário B

O Cenário B consiste, pois, numa correcção das densidades de potência para os perfis reais de

utilização da iluminação e do equipamento. De notar que, no Cenário B mantém-se o perfil real de

ocupação do Cenário A (Fig. 7). O período de funcionamento do sistema de climatização foi, no

entanto, alargado em duas horas relativamente ao Cenário A, contemplando assim o intervalo de

tempo referente ao dia 23 de Fevereiro, em que se registaram valores de (das 9h às 20h) tal como

se observa na Tabela 13.

Por fim, observa-se que o resultado para o consumo de energia obtido por simulação ( ) no

Cenário B é próximo do valor de consumo de energia para calibração ( ), estando dentro do

intervalo de valores estabelecidos para um modelo tido como calibrado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% Il

um

inaç

ão

Segunda a Sexta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% E

qu

ipam

en

to

Segunda a Sexta



cenário B

2.2.5 Síntese

A Tabela 16, apresenta uma síntese dos resultados obtidos para o valor de nos Cenários A e

B, comparativamente com o valor encontrado para , bem como o intervalo máximo

admissível que corresponde a um desvio de 10% de .

Tabela 16 – Resultados de e

cenário A

[kWh ano-1]

10%

[kWh ano-1]

cenário B

[kWh ano-1]

[kWh ano-1]

10%

[kWh ano-1]

46 050 49 970 50 506 55 522 61 074

Na Tabela 17 apresenta-se o consumo real de energia obtido por simulação ( ) do

Edifício X após calibração do modelo e os respectivos consumos parciais para as diferentes utilizações

finais, em unidades de energia útil (kWh ano-1

) e de energia primária (kgep ano-1

), em função da forma

de energia, assumindo as condições do Cenário B.

Tabela 17 – Consumos de energia obtidos pela calibração do modelo de simulação do Edifício X

2.3 Simulação em condições nominais

2.3.1 Consumo nominal de energia

Para obter o consumo nominal de energia ( ) dos grandes edifícios de serviços (GES) utiliza-se

o modelo de simulação do edifício depois de calibrado considerando as condições nominais definidas

no Anexo XV do RSECE, que consistem em padrões no que respeita à utilização dos edifícios.

Para além dos padrões nominais de utilização referidos, a simulação dinâmica dos GES em condições

nominais deverá também considerar os caudais mínimos de ar novo definidos no texto regulamentar

do RSECE (ADENE, 2008). De notar que, seguindo a metodologia regulamentar, os padrões nominais

de utilização e os caudais mínimos de ar novo foram adoptados para todas as zonas térmicas úteis do

modelo de simulação do Edifício X, incluindo as de utilização esporádica (Tabela 3).

Utilização Forma de

energia

Consumo de energia


Iluminação exterior

Energia

eléctrica

33 580 9 738

Residual 17 520 5 081

Iluminação 19 953 5 786

Equipamento 21 944 6 364

Aquecimento 7 775 2 255

Arrefecimento 834 242

Total 101 606 29 466



2.3.2 Padrões nominais de utilização

Os padrões nominais de utilização dos edifícios são definidos no Anexo XV do RSECE por tipologia,

distinguindo-se entre perfis variáveis e perfis constantes. Para o tipo do edifício em estudo –

Tribunais, Ministérios e Câmaras – os padrões nominais de utilização são os representados na Tabela

18 e nas Fig. 13 a Fig. 15.

Tabela 18 - Padrões nominais de utilização

Tribunais, Ministérios e Câmaras

Perfis variáveis de acordo com as Fig. 13 – Fig. 15

Densidades

Ocupação 15 m-2ocupante-1

Iluminação -

Equipamento 5 W m-2

Perfil Constante

Densidade N.º horas de

funcionamento

Iluminação Exterior - 5 400 h

Note-se, que embora o RSECE defina, para este tipo de edifícios, perfis temporais de utilização da

iluminação, este não estipula um valor nominal para a respectiva potência, pelo que na simulação do

Edifício X em condições nominais se consideraram as potências reais relativas à iluminação

correspondentes à simulação no Cenário B ( 2.2.2 e Tabela 14).

Fig. 13 – Perfil nominal de ocupação

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% O

cup

ação

Segunda a Sexta



Fig. 14 – Perfil nominal de utilização da iluminação

Fig. 15 – Perfil nominal de utilização do equipamento

De notar também que, o sistema de climatização na simulação do Edifício X em condições nominais,

funciona em todas as zonas térmicas úteis do modelo de simulação para os períodos em que estas se

encontram ocupadas, mesmo as que têm uma reduzida taxa de utilização (Tabela 3 e Fig. 13).

2.3.3 Caudais mínimos de ar novo

Os caudais mínimos de ar novo a considerar na simulação dinâmica dos GES em condições nominais,

são definidos no Anexo VI do RSECE por espaço do edifício em função do tipo de actividade. Para os

casos em que se indicam dois valores, por área (m3h

-1m

-2) ou por ocupante (m

3h

-1ocupante

-1), dever-se-

á efectuar uma comparação entre ambos e considerar a situação mais gravosa, tendo em conta a

densidade nominal de ocupação aplicável ao tipo de edifício (15 m2ocupante

-1 para o Edifício X –

Tabela 18) assim como a respectiva área útil de pavimento ( ) (ADENE, 2008).

Os caudais mínimos de ar novo considerados na simulação do Edifício X em condições nominais são

introduzidos nas zonas térmicas úteis, por ventilação mecânica com uma eficiência de 70%.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% I

lum

inaç

ão

Segunda a Sexta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% E

qu

ipam

en

to

Segunda a Sexta



Na Tabela 19 apresentam-se os valores de caudais mínimos de ar novo estabelecidos no Anexo VI do

RSECE para a categoria do Edifício X (Serviços) e destacam-se aqueles que foram tidos em

consideração na simulação em condições nominais, para cada zona térmica útil, conforme o respectivo

tipo de actividade.

Tabela 19 – Caudais mínimos de ar novo

Zona térmica Piso Tipo de

espaço

Densidade de

ocupação nominal d

[m2ocupante-1]

[m2]

Tipo de

actividade

Caudais mínimos de ar novo

[m3h-1ocupante-1] [m3h-1m-2]

Gabinetes 1

1

Útil

15

71,67

Gabinetes 35 5

Gabinete 2 21,66

Gabinetes 3 53,44

Gabinetes 4 77,41

Circulação, IS… 1 134,08 Gabinetes

Átrio Principal 51,60 Salas de

recepção 30 15

Tesouraria

R/C

38,30

Gabinetes

35 5

Gabinetes 5 91,10

Gabinetes 6 54,88

Gabinetes 7 43,65

Gabinetes 8 41,53

Secção Taxas e

Licenças 83,53

Reprografia 18,21

Gabinetes Arquivo e IS 14,87

Circulação, IS… 2 106,53

Gabinete 9

1

Útil*

12,63 Gabinetes

35 5 Gabinete 10 37,83 Gabinetes

Gabinete 11 33,42

Salão Nobre 102,90 Salas de

conferências 35 20

Gabinete 12 R/C

33,39 Gabinetes 35 5

Arquivo 1 29,10 Gabinetes

* com pouca utilização

De notar que, para as zonas térmicas úteis do modelo de simulação do Edifício X que não se

enquadram na tipologia de actividade prevista no Anexo VI do RSECE (diferenciadas a estilo itálico

na Tabela 19), o caudal mínimo de ar novo considerado, foi o correspondente ao tipo de actividade

mais característico do edifício: “gabinetes”.



2.3.4 Determinação do nominal

Na Tabela 20 apresenta-se o resultado obtido para o valor de consumo nominal de energia ( )

do Edifício X e os respectivos consumos parciais para as diferentes utilizações finais, expressos em

unidades de energia útil (kWh ano-1

) e primária (kgep ano-1

), por forma de energia.

Tabela 20 – Consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições nominais

Utilização Forma de

energia

Consumo de energia


Iluminação exterior

Energia

eléctrica

43 200 12 528

Iluminação 22 691 6 580

Equipamento 10 851 3 147

Aquecimento 33 848 9 816

Arrefecimento 1 617 469

Total 112 207 32 540

O consumo nominal específico ( ) do edifício é determinado a partir dos resultados de

consumos de energia obtidos por simulação em condições nominais (Tabela 20) e dos factores de

conversão para energia primária e correcção climático, por aplicação do método de cálculo do

previsto no Anexo IX do RSECE e descrito no Anexo B deste trabalho.

Conforme o exposto no artigo 15.º do RCCTE, o valor máximo limite das necessidades nominais de

energia útil para aquecimento ( ) de um edifício depende dos valores do factor de forma ( ) e de

graus-dia ( ) do clima local (Tabela 2). O é definido pela equação (1) em que é a área da

superfície da envolvente exterior e o volume útil interior, ambos referentes ao edifício, sendo e

respectivamente a área da superfície da envolvente interior e o coeficiente relativos ao espaço

não-útil .

(1)

onde, para o Edifício X:

0,39

com:

866 m2

675 m2

3 947 m3

Segundo o previsto neste artigo, para 0,5 verifica-se que:

(2)

assim, para o Edifício X tem-se:

44 kWh m-2

ano-1

( 1 000 ºC dia )

70 kWh m-2

ano-1

( 1 650 ºC dia )



O valor máximo limite das necessidades nominais de energia útil para arrefecimento ( ), de acordo

com o disposto no artigo 15.º do RCCTE, depende da zona climática do local, verificando-se que:

16 kWh m

-2ano

-1 (zona norte)

26 kWh m

-2ano

-1 (zona norte, tal como consta na Tabela 2)

Então, obtêm-se os valores dos factores de correcção climática apresentados a seguir:

0,63

0,62

Sendo que:

1 152 m2

e que os resultados dos consumos de energia obtidos por simulação do Edifício X em condições

nominais convertidos para energia primária, que constam da Tabela 20, correspondem aos seguintes:

9 816 kgep ano-1

469 kgep ano-1

22 255 kgep ano-1

obtém-se o valor de do Edifício X, resultando:

5,37 kgep m-2

ano-1

0,25 kgep m-2

ano-1

24,94 kgep m-2

ano-1

2.4 Edifício face ao RSECE

2.4.1 de referência limite

A verificação regulamentar e classificação energética dos GES são ambas feitas com base no consumo

nominal específico ( ) e nos valores de referência limite para o , definidos por tipologia

nos Anexos X e XI do RSECE.

O cálculo destes valores limite regulamentares, e , foi apoiado em simulações

dinâmicas de edifícios considerando os padrões nominais de utilização definidos para as diferentes

tipologias de edifícios no Anexo XV do RSECE. Para cada tipologia foram considerados dois cenários

de simulação diferentes, um em que os valores dos coeficientes de transmissão térmica correspondem

aos valores máximos admissíveis e outro em que equivalem aos valores de referência para a qualidade

térmica da envolvente dos edifícios, definidos no Anexo IX do RCCTE. Em ambos os cenários, foi

utilizada a base de dados climáticos do programa SolTerm 5. Os sistemas AVAC considerados são, de

um modo geral, a quatro tubos, e com padrões de eficiência elevados, em que a produção de água

quente é efectuada por caldeira a gás e a produção de água fria é feita por chiller. Em todas as

tipologias analisadas, foram simulados no mínimo três edifícios com a mesma geometria mas áreas

úteis diferentes (ADENE,2008)

2.4.2 Plano de racionalização energética

Caso se verifique que o valor de de um grande edifício de serviços existente exceda o valor

máximo de referência limite aplicável , , o edifício deverá ser submetido a um plano de

racionalização energética (PRE) que respeite o disposto no artigo 7.º do RSECE.



De acordo com as definições estabelecidas no Anexo I do RSECE, plano de racionalização energética

(PRE) é o conjunto de medidas de racionalização energética, de redução de consumos ou de custos de

energia, elaborado na sequência de uma auditoria energética, organizadas e seriadas na base da sua

exequibilidade e da sua viabilidade económica.

A verificação detalhada do cumprimento, ou não, do valor de define a necessidade de um

grande edifício de serviços existente estar ou não sujeito a um PRE. Por comparação dos três tipos de

( , , ) com o valor limite aplicável, ,

determina-se, consequentemente, se o edifício deve ou não ser sujeito a um PRE. A Fig. 16 ilustra o

método a seguir para esta verificação.

Fig. 16 – Método de verificação detalhada da necessidade de um PRE para os GES existentes

(Fonte: ADENE,2008)

Através da aplicação desta metodologia, realizou-se a verificação detalhada do cumprimento do

, para o Edifício X. Como tal, calculam-se os valores do consumo real obtido pelas

facturas ( ) e consumo real obtido por simulação ( ), de acordo com o

método de cálculo previsto no Anexo IX do RSECE e descrito no Anexo B.

O calcula-se a partir do valor de consumo real de energia obtido pelas facturas

( ) convertido para unidades de energia primária, = 30 920 kgep ano-1

( 2.2.2) por área útil de pavimento ( = 1 152 m2) e sem correcção climática, pelo que:

26,84 kgep ano-1

m-2



O é calculado a partir dos resultados de consumos de energia obtidos por calibração

do modelo de simulação e dos factores de conversão para energia primária e correcção climática. Os

valores dos factores de correcção climática correspondem aos já apresentados no cálculo do

( 2.3.4). Os resultados dos consumos de energia obtidos por calibração do modelo de simulação do

Edifício X convertidos para energia primária, que constam da Tabela 17, correspondem aos seguintes:

2 255 kgep ano-1

242 kgep ano-1

26 969 kgep ano-1

O valor de do Edifício X é então dado por:

1,23 kgep m-2

ano-1

0,13 kgep m-2

ano-1

24,77 kgep m-2

ano-1

A partir dos resultados obtidos do e , em conjunto com o resultado

do previamente determinado ( 2.3.4) e tendo em conta que o Edifício X se enquadra no tipo de

edifícios “Tribunais, Ministérios e Câmaras” cujo valor de aplicável, de acordo com o

definido no Anexo X do RSECE, é o seguinte:

10 kgep m-2

ano-1

conclui-se pela metodologia descrita e representada na Fig. 16 que o Edifício X não cumpre o valor

limite ( ), e portanto este deverá ser submetido a um plano de

racionalização energética (PRE).

2.4.3 Classe energética

O Despacho n.º 10250/2008, de 8 de Abril, relativo ao Modelo dos Certificados de Desempenho

Energético e da Qualidade do Ar Interior, determina o tipo do modelo de certificado a emitir, no

âmbito do Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios

(SCE), e estabelece as regras e metodologias necessárias à classificação energética dos edifícios.

Para efeitos de certificação energética e respectivo modelo de certificado, um edifício ou fracção

autónoma pode ser integrado nas categorias definidas no artigo 2.º do Despacho n.º 10250/2008.

Conforme o descrito neste artigo, para a categoria em que se integra o Edifício X – grandes edifícios

de serviços (GES) – o formato e conteúdo do certificado a emitir deverá ser o apresentado no Anexo I

do mesmo Despacho, como tipo B.

No artigo 3.º do Despacho n.º 10250/2008 é estabelecido que a classe energética para edifícios, que

sejam objecto da emissão de certificado do tipo B, seja determinada com base nas seguintes variáveis:

valor do consumo nominal específico ( ), calculado conforme o definido no RSECE;

valor máximo de referência limite do consumo nominal específico para novos edifícios de

serviços ( ), definido por tipologia no anexo XI do RSECE;

valor do parâmetro de referência , definido por tipologia, no Anexo IV do referido Despacho.

É dado pela soma dos consumos de energia para aquecimento, arrefecimento e iluminação

(interior), correspondentes à desagregação do valor de aplicável.



Edifício

de referência

No n.º 6 do mesmo artigo encontra-se definido que a classificação energética deverá ser feita pela

conjugação dos valores destas variáveis, sendo a classe energética a atribuir ao edifício dependente

dos intervalos de uma escala pré-definida por tipologia, com nove classes possíveis. A Tabela 21

define a correspondência entre as condições a verificar e as respectivas classes energéticas a atribuir

aos GES.

Tabela 21 – Classes energéticas para os GES

Classe

energética Condição a verificar

men

or

E

fici

ênci

a

mai

or

0,75

0,75 0,50

0,50 0,25

0,25

0,50

0,50 1,00

1,00 1,50

1,50 2,00

2,00

Da escala pré-definida de nove classes ( , , , , , , , e ) para edifícios do mesmo tipo

(Tabela 21), a classe corresponde a um edifício com o melhor desempenho energético (valores

inferiores de ) e a classe corresponde a um edifício com o pior desempenho energético

(valores superiores de ).

A classificação energética dos GES é estabelecida por comparação do consumo nominal específico

( ) destes com os consumos de energia de um edifício de referência. Os edifícios do mesmo

tipo são analisados mediante padrões nominais de utilização (definidos no Anexo XV do RSECE) e

condições climáticas equivalentes (asset rating), reduzindo-se as variáveis que os distinguem, no que

se pretende ser uma análise comparativa em função dos aspectos que se considera mais podem afectar

o consumo energético de um edifício de serviços: as características do sistema de climatização, a

densidade de iluminação e a qualidade térmica da envolvente (ADENE, 2008, 2009a).

Tal como a Tabela 21 indica, o edifício de referência é aquele que, o consumo nominal específico

( ) é igual ao valor máximo de referência limite do consumo nominal específico para novos

edifícios de serviços ( ), “situando-se” no limite inferior da classe . Os edifícios com

superior ao valor dado por 0,75 pertencem à classe máxima, , e inferior

ao valor dado por 2,00 , pertencem à classe mínima, . Às classes intermédias

correspondem intervalos de valores de com desvios em relação ao de 0,5 para

as classes a e de 0,25 para as classes , e . Um edifício ser de classe , por exemplo,

significa que este terá, um superior ao de um edifício de referência entre 100% a 150% do

valor de . Já um edifício ser de classe significa que terá um com um valor entre o

e um valor inferior a esse em 25% de .



Edifício

de referência

Com o objectivo de efectuar a classificação energética do Edifício X, determinam-se os respectivos

valores das variáveis: , e . O valor de do Edifício X foi previamente

calculado ( 2.3.4):

24,94 kgep m-2

ano-1

De acordo com o definido no Anexo XI do RSECE, para o tipo de edifícios em que se enquadra o

Edifício X – Tribunais, Ministérios e Câmaras –, o valor de é o seguinte:

15 kgep m-2

ano-1

e o valor do parâmetro , conforme previsto no Anexo IV do referido Despacho n.º 10250/2008, para

este tipo de edifícios é:

11 kgep m-2

ano-1

Então, tal como descrito, pela conjugação dos valores obtidos destas variáveis, recorrendo à Tabela 21,

determina-se a classe energética do Edifício X. A tabela seguinte (Tabela 22) corresponde à Tabela 21,

em que os valores das variáveis são os obtidos para o Edifício X e onde estão contempladas as classes

e respectivas condições não verificadas, assim como destacadas, a condição verificada e a respectiva

classe energética do edifício.

Tabela 22 – Classificação energética do Edifício X

Classe

energética Condição a verificar [kgep m-2ano-1]

men

or

E

fici

ênci

a

mai

or

24,94 6,75

6,75 24,94 9,50

9,50 24,94 12,25

12,25 24,94 15,00

15,00 24,94 20,50

20,50 24,94 26,00

26,00 24,94 31,50

31,50 24,94 37,00

37,00 24,94

Conclui-se então, que na escala de classes de desempenho energético, pré-definida por tipologia para

os GES, na Regulamentação Térmica de Edifícios, o Edifício X pertence à classe , ou seja, a sua

eficiência energética fica aquém do que se estipula ser a referência para um grande edifício de serviços

Camarário.

Verifica-se que o Edifício X tem um superior ao de um edifício de referência, ,

em 90% do valor de e também que o é superior ao numa percentagem de

66,3%.



A Fig. 17 compara os consumos de energia correspondentes à desagregação do valor de do

Edifício X com os respectivos consumos parciais de energia parciais de um edifício de referência do

tipo “Tribunais, Ministérios e Câmaras”.

Fig. 17 – Comparação da desagregação dos valores de e

Como se pode verificar (Fig. 17) o consumo de energia obtido por simulação do Edifício X em

condições nominais relativo à iluminação, aquecimento e arrefecimento apresenta um valor que se

pode considerar próximo do correspondente valor de consumo estipulado para um edifício de

referência (parâmetro , 11,33 kgep m-2

ano-1

e 11 kgep m-2

ano-1

respectivamente. Note-se que, isso

não implica que a qualidade térmica da envolvente do Edifício X seja semelhante à de um edifício de

referência e que como verificado o valor de apresenta um valor consideravelmente superior ao

. Este excesso deve-se essencialmente ao restante consumo de energia, com os respectivos

valores de 13,6 kgep m-2

ano-1

e 4 kgep m-2

ano-1

(Fig. 17). Como a utilização do equipamento é

analisada sob o mesmo padrão (nominal), pode-se concluir que a diferença no do Edifício X

relativamente ao de um edifício de referência e portanto a sua classificação energética, é

essencialmente influenciada pelo consumo de energia que se considerou estar associado à iluminação

exterior do edifício, , mais objectivamente pelo correspondente valor de potência elevado, 8 kW

( 2.2.2).

Fig. 18 – Comparação da desagregação dos valores de e

A Erro! A origem da referência não foi encontrada. considera a desagregação do valor denotado

por , que corresponde ao do Edifício X subtraído do consumo parcial associado à

iluminação exterior, em comparação com os respectivos consumos parciais de referência. Pode

verificar-se que a parcela do consumo nominal, referente na Fig. 17, à iluminação exterior e ao

equipamento, assume na Fig. 18 apenas o valor relativo ao equipamento (2,73 kgep m-2

ano-1

), sendo

assim, inferior ao correspondente valor de consumo estipulado para um edifício de referência (4 kgep

m-2

ano-1

). Conclui-se (Fig. 18) que considerando o do Edifício X sem a parcela referente à

iluminação exterior, 14,06 kgep m-2

ano-1

, o edifício continuaria a não cumprir com o valor

15 kgep m-2

ano-1

24,94 kgep m-2

ano-1

Aquecimento

Arrefecimento

Iluminação

Parâmetro

Iluminação ext.

Equipamento

13,61 kgep m-2ano-1

(55%)

11,33 kgep m-2ano-1

(45%)

11 kgep m-2ano-1

(73%)

4 kgep m-2

ano-1

(27%)

15 kgep m-2

ano-1

14,06 kgep m-2

ano-1

4 kgep m

-2ano

-1

(27%)

11 kgep m-2ano-1

(73%)

11,33 kgep m-2ano-1

(81%)

2,73 kgep m-2

ano-1

(19%)

Parâmetro

Equipamento

Aquecimento

Arrefecimento

Iluminação



limite imposto, 10 kgep m-2

ano-1

, ficando portanto sujeito a um PRE,

(Fig. 16), mas passaria a pertencer à classe energética (Tabela 22), tendo nesse caso,

um desempenho energético melhor do que o definido como referência para um grande edifício de

serviços do tipo “Tribunais, Ministérios e Câmaras”.



Consumo de

referência

3. Método proposto para a classificação energética de edifícios existentes

3.1 Metodologia simplificada

O presente trabalho desenvolve e implementa uma metodologia simplificada para a aplicação em

edifícios existentes no âmbito do RSECE, que visa principalmente a sua classificação energética. Para

este efeito foi utilizada uma folha de cálculo do programa Microsoft Office 2007.

A metodologia desenvolvida estabelece a caracterização energética de um grande edifício de serviços

existente através do consumo efectivo ao longo de um ano registado por facturação energética.

Segundo o método que se propõe a classificação do desempenho energético do edifício é determinada

pela conjugação das três variáveis seguintes, e tal como a metodologia regulamentar ( 2.4.3) segue os

intervalos de uma escala de nove classes energéticas dependentes de certas condições a verificar,

conforme o definido na Tabela 23 (análoga à Tabela 21).

valor do consumo real de energia obtido pelas facturas ( ), calculado pela média

dos consumos anuais facturados nos últimos três anos;

valor denominado por consumo real de referência para edifícios existentes ( ),

característico de cada edifício;

valor do parâmetro de referência denotado por , dado pela soma das parcelas do valor

de , relativas aos consumos para aquecimento, arrefecimento e iluminação (interior).

Tabela 23 – Classes energéticas para um GES existente

A classificação energética é estabelecida por comparação do consumo real de energia obtido pelas

facturas energéticas, , com os consumos de referência estimados para esse edifício,

segundo a mesma análise comparativa pretendida pela metodologia regulamentar ( 2.4.3) incidente

sobre as parcelas de consumo energético relativas ao aquecimento, arrefecimento e iluminação, que se

julgam ser mais influentes no consumo de energia total de um edifício de serviços. De notar que, os

intervalos dos valores de consumo energético que definem a escala de classes energética são definidos

para cada edifício em estudo (Tabela 23).

Classe

energética Condição a verificar

men

or

E

fici

ênci

a

mai

or

0,75

0,75 0,50

0,50 0,25

0,25

0,50

0,50 1,00

1,00 1,50

1,50 2,00

2,00



As principais etapas que resumem a metodologia de classificação energética elaborada são as

seguintes:

recolha de informação sobre o edifício;

obtenção do ;

divisão do edifício em zonas térmicas;

cálculo do ;

determinação da classe energética do edifício consoante a condição verificada pela conjugação

dos valores de e , conforme definido na Tabela 23.

O zonamento térmico e a obtenção do valor de são etapas já descritas e aplicadas neste

trabalho, que fazem parte do procedimento para a determinação do necessário à classificação

energética dos edifícios existentes no âmbito do RSECE.

O consumo real de referência para edifícios existentes ( ) é obtido pela estimativa dos

consumos de energia de referência para um edifício ao longo do ano, em condições reais de utilização

do edifício.

Para além da informação sobre a localização, orientação e clima, a determinação do valor de

requer essencialmente o levantamento dos seguintes elementos sobre a utilização e a geometria de

cada zona térmica útil:

dimensões: área útil de pavimento ( ), pé-direito médio ( ) e área da superfície da

envolvente exterior ( );

número de ocupantes nas zonas com ocupação de carácter permanente;

potências instaladas relativas aos equipamentos;

perfis de utilização (ocupação, iluminação, equipamento e ventilação mecânica);

e a potência instalada para iluminação exterior do edifício.

Os perfis de utilização são definidos a cada hora e padronizados em três tipos de dia: dias úteis

(segunda a sexta), sábados e domingos/feriados. As horas são centradas na meia hora5 e a cada hora

diária correspondem fracções úteis da hora ( , , ) que indicam se o tempo de utilização foi total

( 1), apenas de meia hora ( 0,5), ou nulo ( 0).

5 Utilizou-se um horário centrado na meia hora, pois tem a vantagem de reduzir o erro associado ao cálculo

horário da intensidade de radiação solar incidente numa superfície ( ao longo de um ano, que é um dos

procedimentos de cálculo da metodologia desenvolvida neste trabalho.



3.2 Condições de referência

Os parâmetros de referência que definem o cálculo do consumo real de referência para edifícios de

serviços existentes ( ) consistem em condições estabelecidas quanto à qualidade térmica da

envolvente exterior do edifício e ao funcionamento deste. Estas condições de referência utilizadas

baseiam-se em valores regulamentados ou referenciados relativos aos seguintes parâmetros:

Coeficientes de transmissão térmica

Os coeficientes de transmissão térmica utilizados no cálculo do correspondem aos valores de

referência estabelecidos no Quadro IX.3 do RCCTE, que constam da Tabela 24.

Tabela 24 – Coeficientes de transmissão térmica de referência

Elementos da

envolvente exterior

[W m-2K-1]

Zona Climática

RA*

Opacos verticais 0,70 0,60 0,50 1,40

Opacos horizontais 0,50 0,45 0,40 0,80

Envidraçados 4,30 3,30 3,30 4,30

* edifícios das RA da Madeira e dos Açores localizados na zona

Fracções de vãos envidraçados

A fracção de vãos envidraçados representa a área total de vãos envidraçados, que inclui vidros e

caixilhos, relativamente à área da superfície da envolvente exterior ( ). Na Tabela 25 encontram-se

os valores de referência considerados.

Tabela 25 – Fracções de vãos envidraçados de referência

Elementos da

envolvente exterior

Verticais 0,3

Horizontais 0

De notar (Tabela 25), que as superfícies horizontais da envolvente exterior consideradas são

coberturas que habitualmente não têm envidraçados, o que explica o valor da fracção envidraçada de

referência adoptado ( 0).

Fracção envidraçada

A fracção envidraçada traduz a redução na transmissão solar através dos vãos envidraçados associada

à existência de caixilharia. Adopta-se o seguinte valor de referência, indicado pela norma EN ISO

13790:2007:

0,7



Factores solares dos vão envidraçados

O factor solar do vão envidraçado é a transmitância para a radiação solar incidente na perpendicular ao

vidro do vão. Os valores de referência utilizados no cálculo do são os factores solares de

referência definidos no Quadro IX.4 do RCCTE, que se apresentam na Tabela 26.

Tabela 26 – Factores solares dos vãos envidraçados de referência

Zona climática

0,25 0,20 0,15

De notar, que os valores do factor solar de referência ( ) que constam da Tabela 26 têm em conta

dispositivos de protecção solar 100% activos.

Factor de obstrução

O factor de obstrução representa a redução da radiação solar que incide no vão envidraçado devido ao

sombreamento permanente causado por elementos do edifício e/ou exteriores a este. O valor de

referência utilizado considera uma obstrução nula dos vãos, tal que:

1

Taxa de renovação nominal

A taxa de renovação nominal traduz o número de renovações horárias do ar interior. Utiliza-se uma

taxa de renovação nominal do ar interior de referência com o valor de:

0,8 h-1

Caudal de ar novo

Consoante o tipo de actividade verificado em cada zona térmica útil, é adoptado um caudal de ar novo

de referência ( ) expresso em m3h

-1, recorrendo aos valores definidos na Tabela 36 do Anexo C.

Para as zonas em que são indicados dois caudais expressos em m3h

-1ocupante

-1 ou em m

3h

-1m

-2, o valor

considerado no cálculo do é o que, entre esses, constitui um maior , ponderando o

número de ocupantes e a respectiva área útil de pavimento ( ).

Densidade de iluminação

É definido o seguinte valor de referência quanto à densidade de potência de iluminação (interior), que

traduz o fluxo de calor dissipado resultante dos dispositivos de iluminação:

10 W m-2

Tempo de iluminação exterior

Quanto à utilização de iluminação exterior o valor de referência adoptado é o definido, em horas de

funcionamento, no Anexo XV do RSECE, que corresponde para todas as tipologias de edifícios ao

valor de:

N.º de horas de funcionamento: 5 400 h



Eficiência do sistema AVAC

No que respeita ao sistema de climatização, utilizam-se, no cálculo do , as eficiências de

referência apresentadas no Anexo VIII da Nota Técnica NT-SCE-01 (ADENE, 2009) correspondentes

às funções de aquecimento e arrefecimento de um sistema do tipo bomba de calor com idade entre 0 a

9 anos. Quanto à eficiência energética associada à ventilação mecânica, utiliza-se um valor expresso

em watts por caudal extraído ou de insuflação. A Tabela 27 expõe os valores considerados para as

eficiências energéticas dos sistemas de climatização e ventilação.

Tabela 27 – Eficiências do sistema AVAC de referência

[W (l/s)-1]

4 3 2

De notar que, os parâmetros de referência utilizados são meramente exemplificativos, pelo que

quaisquer outros valores poderão vir a ser adoptados como referência para o desempenho energético

dos edifícios, sem inviabilizar a aplicação do método de cálculo.

3.3 Método horário simplificado

Os consumos de energia de referência para aquecimento e arrefecimento do edifício ao longo de um

ano são determinados com base no método horário simplificado descrito no texto normativo EN ISO

13790:2008, Energy performance of buildings – calculation of energy use for space heating and

cooling.

O método horário simplificado exposto na norma EN ISO 13790:2008 utiliza o modelo de simulação

térmica 5R1C para determinar as necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento ( de um edifício. É um método iterativo que traduz o balanço energético total do edifício onde os

parâmetros de entrada são definidos a cada hora.

O modelo 5R1C foi desenvolvido pelo Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) para a

simulação dinâmica de uma zona térmica, através de simplificações dos fenómenos de transferência de

energia que ocorrem entre o ambiente interior e exterior. O modelo assume o princípio da analogia

com um circuito eléctrico, constituído por um conjunto de cinco resistências (inversas da condutância)

e uma capacitância à transferência de calor.



O modelo 5R1C consiste na representação de uma zona térmica por três nodos: temperatura média do

ar interior ( ); temperatura estrela ( ), cujo valor é uma combinação entre a temperatura média do ar

interior e a temperatura média radiante (temperatura média das superfícies em contacto com o volume

de ar interior); e temperatura de massa ( ), que corresponde à temperatura média superficial dos

elementos que estando em contacto com o volume de ar interior contribuem para o armazenamento

térmico.

Na Fig. 19 encontra-se representado o modelo 5R1C, adaptado ao método utilizado, para o cálculo das

numa zona térmica, e ilustra os elementos físicos envolvidos.

Fig. 19 – Modelo 5R1C e elementos físicos

O método seguido para determinar as necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento

( , tem em conta as condições de referência definidas em 3.2 e assume que as zonas térmicas do

edifício são separadas por fronteiras adiabáticas, não considerando, portanto, qualquer tipo de trocas

de calor entre elas. As para o edifício são calculadas pela soma das necessidades de cada uma

das suas zonas térmicas representadas por nodos de temperatura distintos. Considera-se também que,

para uma zona térmica, a orientação de cada elemento da envolvente exterior é a mais próxima das

orientações: , , , , , , , ou .



Apresentam-se de seguida as variáveis principais do modelo 5R1C (Fig. 19) e a forma como são

definidas para o método desenvolvido, a cada hora por zona térmica útil:

Os parâmetros relativos ao armazenamento térmico, capacidade e área de massa equivalente

dos elementos em contacto com o volume de ar interior ( e ) são estimados em função

da , de acordo com o indicado na norma EN ISO 13790:2007 para uma classe de inércia

média, tal como se apresenta na Tabela 28.

Tabela 28 – Parâmetros de inércia térmica

Classe de inércia [m2]

[J K-1]

Média 2,5 165 000

A condutância de transferência de calor para os elementos pesados6 ( ) é determinada, em

W K-1

, por:

(1)

onde:

é a área opaca relativa à área da superfície da envolvente exterior com orientação

( ), expressa em m2, tal que:

é o coeficiente de transmissão térmica de referência para elementos opacos da

envolvente exterior [W m-2

K-1

]

No modelo 5R1C, a distribui-se pela condutância entre o ar exterior e o nodo

( ) e pela condutância entre os nodos e ( ).

A é dada, em W K-1

, por:

(2)

em que:

é o coeficiente de transmissão de calor entre os nodos e , com o

valor referido na norma EN ISO 13790:2007, de:

9,10 W m-2

K-1

é a área de massa térmica equivalente dos elementos em contacto com

o volume de ar interior, definida em m2 conforme o ponto anterior

(Tabela 28)

A obtém-se, em W K-1

, através das condutâncias e , recorrendo à equação

(3), com excepção, para as zonas térmicas sem envolvente exterior (zonas interiores), nas

quais se considera que esta variável tem um valor nulo.

(3)

6 A corresponde, no método elaborado, à transferência de calor que ocorre ao nível dos elementos opacos

da envolvente exterior, que contribuem para o armazenamento térmico.



A condutância de transferência de calor para os elementos leves7 ( ) é estimada, em W K

-1,

através da equação (4):

(4)

onde:

é a área total de vãos envidraçados relativa à . Calcula-se, em m2, através da

fracção de vãos envidraçados de referência ( ), tal que:

é o coeficiente de transmissão térmica de referência para elementos envidraçados da

envolvente exterior [W m-2

K-1

]

A condutância entre os nodos e ( ), expressa em W K-1

, de acordo com o modelo

5R1C, é dada por:

(5) onde:

é o coeficiente de transmissão de calor entre os nodos e com o valor indicado

na norma EN ISO 13790:2007, de:

3,45 W m-2

K-1

é a área total das superfícies em contacto com o volume de ar interior, que segundo

a norma EN ISO 13790:2007, é estimado, em m2, por:

A condutância de ventilação entre o ar exterior e o nodo ( ), expressa em W K-1

, é obtida

por:

(6) em que:

é a massa volúmica do ar a 300 K

1,177 kg m-3

é o calor específico do ar a 300 K

1005 J kg-1

K-1

é o caudal de ventilação, expresso em m3h

-1 ,calculado através da taxa de renovação

nominal do ar interior de referência ( ) ou em função do caudal de ar novo de

referência ( ). Caso a zona térmica não disponha de meios mecânicos de

ventilação o é obtido pela equação (7). Para zonas providas de sistema de

ventilação mecânica, o é dado pelo maior valor resultante do cálculo através das

equações (7) ou (8):

(7)

(8) onde:

é a taxa de renovação nominal de referência [h-1

]

7 A corresponde à transferência de calor para os vãos envidraçados da envolvente exterior, que não

contribuem para o armazenamento térmico.



é a área útil de pavimento [m2]

é o pé-direito médio [m]

é a fracção útil da hora para a ventilação, que traduz o tempo de

utilização da ventilação por hora

é o caudal de ar novo de referência definido em 3.2 [m3h

-1]

De acordo com o modelo 5R1C os ganhos térmicos associados a fontes internas de calor e os ganhos

térmicos associados ao aproveitamento da radiação solar distribuem-se pelos três nodos de

temperatura (Fig. 19). A cada uma das parcelas convectiva e radiativa dos ganhos térmicos internos

atribui-se uma fracção de 0,5, sendo a transferência de calor por convecção directamente introduzida

no nodo . Quanto á parcela radiativa desses ganhos e aos ganhos térmicos solares, distribuem-se

ambos pelos nodos e .

A taxa de calor, expressa em W, à entrada de cada um dos três nodos do modelo 5R1C é calculada,

respectivamente, por:

(9)

(10)

(11)

No método adoptado, os ganhos térmicos por unidade de tempo associados a fontes internas de calor

( e os ganhos térmicos por unidade de tempo associados ao aproveitamento da radiação solar

( ), são definidos a cada hora por zona térmica útil consoante o seguinte:

Os resultam da transmissão directa da radiação solar através dos vãos envidraçados.

Calculam-se, em W , pela equação (12):

(12)

em que:

é a área efectiva de transmissão directa da radiação solar, relativa à área da

superfície da envolvente exterior com orientação ( ). Obtém-se em m2 através

de:

(13)

onde:

é a área total de vãos envidraçados relativa à , expressa em m2, já

definida na equação (4)

é a fracção envidraçado de referência

é o factor de obstrução de referência

é o factor solar do vão envidraçado de referência

é a intensidade de radiação solar incidente na superfície com orientação , expressa

em W m-2

, calculada conforme o exposto no Anexo D



Os traduzem a dissipação de calor resultante dos dispositivos de iluminação e do

equipamento, bem como do metabolismo dos ocupantes. São calculados, em W, por:

(14) em que:

são os ganhos térmicos internos associados à ocupação, calculados em W, por:

(15)

onde:

é a taxa de metabolismo, que traduz o calor dissipado por unidade de

tempo por ocupante, seleccionada com base em normas ou referências

internacionais [W pessoa-1

]

é a fracção útil da hora para a ocupação, que representa o tempo de

ocupação por hora

são os ganhos térmicos internos associados à iluminação. Calculam-se, em m2,

através de:

(16)

em que:

é a densidade de potência de referência relativa à iluminação [W m-2

]

é a fracção útil da hora para a iluminação, que representa o tempo de

utilização da iluminação por hora

são os ganhos térmicos internos associados ao equipamento. Obtêm-se, em W, pela

soma de dois termos, tal que:

(17)

onde:

é a potência instalada relativa aos equipamentos com perfil de

utilização [W]

é a fracção útil da hora para o equipamento, que representa o tempo de

utilização dos equipamentos por hora

é a potência instalada relativa aos equipamentos com utilização

permanente [W]



De notar que segundo o método desenvolvido, as condutâncias , e do modelo 5R1C

são nulas para as zonas interiores ao edifício (com 0), assim como os ganhos térmicos solares.

A simulação dinâmica destas zonas térmicas fica assim simplificada a um modelo de três resistências e

uma capacitância (3R1C), representado na Fig. 20, em que a única troca de calor entre os ambientes

interior e exterior é a associada à ventilação, .

Fig. 20 – Modelo 3R1C e elementos físicos

Os procedimentos de cálculo para a determinação das necessidades de energia por unidade de tempo

para aquecimento e arrefecimento ( numa zona térmica a cada hora estão enunciados na norma

EN ISO 13790:2008 e encontram-se descritos no Anexo E (notar que no método elaborado, a

temperatura do ar para ventilação ( ) é igual à temperatura média do ar exterior ( ), cujos valores

horários são os que constam da base de dados climáticos do programa Solterm 5). As ao longo

do ano por zona térmica são obtidas pela soma dos valores calculados dessas necessidades nas horas

de ocupação, sendo contabilizadas portanto, apenas em zonas ocupadas e durante o período de

ocupação destas.

O método horário simplificado, descrito na norma EN ISO 13790:2008, não inclui o calor latente no

cálculo das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento ( ). No entanto, e dado

que no artigo 14.º do RCCTE é estabelecida como condição interior de referência para a estação de

arrefecimento, uma humidade relativa do ar, 0,50, o método utilizado integra o cálculo das

necessidades de calor latente de condensação do vapor de água contido no ar. Estas designaram-se por

necessidades de calor latente para arrefecimento ( ) e representam a energia necessária para

manter um determinado valor limite de humidade, .

Há uma quantidade máxima de vapor de água contida no ar, à qual corresponde a humidade no ponto

de saturação. A humidade por volume de ar no ponto de saturação ( ) expressa em kg m-3

pode ser

obtida, considerando a temperatura ( ) em ºC, pela seguinte equação (18) que consta da German DIN-



standard (4108) (Hagentoft, C-E., 2001).

Pa

(18)

A humidade relativa do ar ( ) pode ser expressa pela relação entre a humidade absoluta por volume

de ar ( ) e a humidade por volume de ar no ponto de saturação ( ), tal que:

(19)

O calor latente de condensação da água ( ) depende da temperatura ( ) e pode ser obtido, em kJ kg-1

,

por:

(20)

Fig. 21 – Zona térmica ventilada com uma fonte interna de humidade

Para estimar as necessidades de calor latente para arrefecimento ( ) considera-se que a

humidade no interior de cada zona térmica de um edifício depende apenas do caudal de ventilação

( ) e do vapor de água libertado devido ao metabolismo dos ocupantes, , (Fig. 21). O método

utilizado calcula de modo iterativo as necessidades de calor latente por unidade de tempo para

arrefecimento ( ) a cada hora por zona térmica ocupada, recorrendo aos passos seguintes:

Definição da humidade interior de set point

O valor de set point da humidade por volume de ar interior para a estação de arrefecimento ( ) é

calculado através das equações (18) e (19) tendo em conta o valor de referência da definido no

RCCTE, 0,50. O varia consoante a temperatura ( ) interior controlada8.

8 A temperatura interior controlada corresponde à temperatura interior da zona térmica admitindo que as

necessidades de calor sensível são satisfeitas. Assume, para uma determinada hora, um valor igual à temperatura

média do ar interior ( ) (nodo de temperatura do modelo 5R1C utilizado) quando compreendida entre as

temperaturas de set point ( e ) e valores iguais a ou quando ou

respectivamente (Anexo E).



Cálculo da humidade interior sem controlo

A humidade sem controlo por volume de ar interior no final de cada iteração ( ) corresponde à

humidade interior no final de cada hora calculada a partir do respectivo valor de humidade inicial,

, considerando que não há climatização durante essa hora, sendo dada por:

(21)

onde:

é a humidade por volume de ar interior no início da iteração , expressa em kg m-3

,

que corresponde a:

se

se

é o caudal de ventilação definido de acordo com as equações (7) e (8) [m3h

-1]

é a humidade por volume de ar exterior calculada através das equações (18) e (19)

considerando os valores de e de temperatura média do ar exterior ( ) que

constam da base de dados climáticos do programa SolTerm 5 [kg m-3

]

é o volume útil interior [m3]

é o ganho interno de vapor de água relativo ao metabolismo dos ocupantes por

pessoa por unidade de tempo, para o qual foi utilizado um valor referenciado (Moret

Rodrigues A., Canha da Piedade A, Braga A.M., 2009):

50 g pessoa-1

h-1

Verificação da necessidade de calor latente

Se para uma determinada hora significa que as necessidades de calor latente são

nulas, . Caso se verifique o contrário, ou seja, se , as são

determinadas de acordo com o passo seguinte.

Cálculo das :

As necessidades de calor latente por unidade de tempo para arrefecimento ( ), em W, são

obtidas pela equação (22) onde é o calor latente de condensação do vapor de agua contido no ar

interior, obtido pela equação (20) onde a temperatura ( ) toma o valor da temperatura interior

controlada8.

(22)

As ao longo do ano por zona térmica ocupada, correspondem à soma dos valores calculados

dessas necessidades no período da estação de arrefecimento, nas horas de ocupação em que há

necessidades de extrair calor sensível para arrefecimento.

Então, as para um edifício, sob as condições de referência definidas em 3.2, estimadas através

do método elaborado, englobam o valor referente às .

3.4 Cálculo do

O valor do consumo real de referência para edifícios de serviços existentes ( ) é expresso em

quilowatts-hora por ano (kWh ano-1

), sendo calculado a partir do somatório dos consumos anuais de

referência para cada uma das zonas térmicas úteis do edifício, somando a esse valor total o consumo

anual de referência relativo à iluminação exterior para o edifício.



O consumo de energia anual de referência relativo à iluminação exterior, , obtém-se através da

potência instalada no edifício para esta função e do tempo de funcionamento de referência ( 3.2).

O consumo total de referência de uma zona térmica ao longo do ano é dado pelo somatório das

respectivas parcelas desse consumo de energia para as diferentes utilizações finais, que se obtêm da

seguinte forma:

Arrefecimento e Aquecimento

Os consumos de energia de referência para aquecimento e arrefecimento correspondem às

calculadas através do método explicitado ( 3.4) tendo em conta as eficiências do sistema de

climatização de referência ( 3.2). Estimam-se, em kWh ano-1

, respectivamente, por:

(23)

(24)

O consumo total para aquecimento e arrefecimento, em kWh ano-1

, é então dado pela soma dos valores

obtidos através das equações (23) e (24).

Iluminação

O consumo de energia eléctrica relativo à iluminação, expresso em kWh ano-1

, é calculado através da

densidade de potência de referência, por:

N.º horas de utilização9 (25)

Equipamento

Quanto ao consumo de energia associado ao equipamento eléctrico, obtém-se em kWh ano-1

pela soma

dos consumos de energia relativos aos equipamentos com utilização permanente, , e aos

equipamentos com perfil de utilização, , por:

( N.º horas de utilização9) (26)

Ventilação

Se na zona térmica existirem meios mecânicos de ventilação, o consumo de energia eléctrica

associado ao sistema de ventilação mecânica é obtido através do caudal de ar novo de referência ( ) e da eficiência energética de referência, , (definidos em 3.2), através da equação (27):

N.º horas de utilização9 (27)

3.5 Aplicação ao caso de estudo

De maneira a testar a metodologia de classificação energética desenvolvida, procedeu-se à sua

aplicação ao edifício estudado, Edifício X.

O consumo real de energia obtido pelas facturas ( ) para o Edifício X já foi anteriormente

calculado ( 2.2.2):

106 622 kWh ano-1

9 O é definido pelos dias anuais de cada tipo (úteis, sábados e domingos/feriados) e as

respectivas horas de utilização diária, considerando um ano típico de referência (TYR).



As Tabela 29 a Tabela 31 apresentam a informação (recolhida por auditoria) necessária para calcular o

consumo real de referência do Edifício X, sobre a utilização, orientação e geometria de cada

uma das zonas térmicas úteis.

Tabela 29 – Dados das zonas térmicas

Zona térmica útil Piso Tipo de

espaço

[m2]

[m]

[m2]

N.º

ocupantes

Equipamento [W]

Vert. Horiz.

Gabinetes 1

1

Útil

71,67 3,83 74,42 - 6 1 311 -

Gabinete 2 21,66 3,70 36,08 - 1 110 -

Gabinetes 3 53,44 3,68 75,01 - 2 237 -

Gabinetes 4 77,41 3,87 92,43 - 3 1 530 -

Átrio Principal 51,60 3,89 33,18 - 1 - -

Circulação, IS… 1 134,08 3,34 49,18 - 0 - -

Tesouraria

R/C

38,30 3,04 48,81 - 2 254 -

Gabinetes 5 91,10 2,82 56,73 - 6 694 -

Gabinetes 6 54,88 3,02 13,50 - 5 601 -

Gabinetes 7 43,65 2,98 42,87 - 4 440 -

Gabinetes 8 41,53 2,87 42,15 - 7 787 -

Secção Taxas e

Licenças 83,53 2,85 25,89 - 6 2 511 -

Reprografia 18,21 3,06 - - 0 1 020 -

Arquivo e IS 14,87 2,54 6,65 - 0 - -

Circulação, IS… 2 106,53 2,76 15,79 - 0 - -

Tabela 30 – Orientação da envolvente exterior

Zona térmica útil [m

2]

Gabinetes 1 - - - 19,88 - 54,54 - - -

Gabinete 2 - - - 18,46 - 17,62 - - -

Gabinetes 3 - 54,40 - 20,61 - - - - -

Gabinetes 4 - 40,47 - - - 11,75 - 40,21 -

Átrio Principal - - - - - - - 33,18 -

Circulação, IS… 1 - 17,62 - 31,56 - - - - -

Tesouraria - 8,45 - - - 19,93 - 20,43 -

Gabinetes 5 - - - 15,04 - 41,69 - - -

Gabinetes 6 - - - 13,50 - - - - -

Gabinetes 7 - 29,28 - 13,59 - - - - -

Gabinetes 8 - 29,13 - - - - - 13,02 -

Secção Taxas e

Licenças - - - - - - - 25,89 -

Reprografia - - - - - - - - -

Arquivo e IS - - - - - - - 6,65 -

Circulação, IS… 2 - 9,86 - 5,93 - - - - -



Tabela 31 – Perfis de utilização

Horas

Dias úteis (segunda a sexta)

Ocupação Iluminação Equipamento Ventilação

23h30 - 0h30 0 0 0 -

0h30 - 1h30 0 0 0 -

1h30 - 2h30 0 0 0 -

2h30 - 3h30 0 0 0 -

3h30 - 4h30 0 0 0 -

4h30 - 5h30 0 0 0 -

5h30 - 6h30 0 0 0 -

6h30 - 7h30 0 0 0 -

7h30 - 8h30 0 0 0 -

8h30 - 9h30 0,5 0,5 0,5 -

9h30 - 10h30 1 1 1 -

10h30 - 11h30 1 1 1 -

11h30 - 12h30 1 1 1 -

12h30 - 13h30 1 1 1 -

13h30 - 14h30 1 1 1 -

14h30 - 15h30 1 1 1 -

15h30 - 16h30 1 1 1 -

16h30 - 17h30 1 1 1 -

17h30 - 18h30 0,5 0,5 0,5 -

18h30 - 19h30 0 0 0 -

19h30 - 20h30 0 0 0 -

20h30 - 21h30 0 0 0 -

21h30 - 22h30 0 0 0 -

22h30 - 23h30 0 0 0 -

Total horas (h) 9 9 9 -

De notar que, as potências relativas ao equipamento, e (Tabela 29), assim como os perfis

de utilização (Tabela 31) considerados no cálculo do correspondem aos padrões de utilização

tidos em conta na simulação do Edifício X em condições reais do Cenário A ( 2.2.3).



Como o Edifício X não possui sistema de ventilação mecânica, o caudal de ventilação ( ) de cada

zona térmica útil, considerado no cálculo do , é calculado pela equação (7), através da taxa de

renovação nominal do ar interior de referência ( ) definida em 3.2.

No entanto, na Tabela 32 constam os caudais de ar novo de referência seleccionados da Tabela 36

(Anexo C), salientando-se os caudais que seriam também considerados se o Edifício X fosse

mecanicamente ventilado, tendo em conta a área útil de pavimento ( ) e o número de ocupantes

(Tabela 29). De notar que, nesta situação hipotética, o caudal de ventilação ( ) a considerar no

cálculo do para cada zona térmica útil do Edifício X seria dado pelo maior valor resultante

das equações (7) ou (8).

Tabela 32 – Caudais de ar novo

Zona térmica útil Tipo de actividade Caudal de ar novo de referência

(m3h-1ocupante-1) (m3h-1m-2)

Gabinetes 1

Gabinete 35 5

Gabinete 2

Gabinetes 3

Gabinetes 4

Tesouraria

Gabinetes 5

Gabinetes 6

Gabinetes 7

Secção Taxas e

Licenças

Reprografia

Gabinetes 8 35 5

Átrio Principal Recepção 30 15

Arquivo e IS* Arquivo climatizado - -

Circulação, IS… 1* Circulação climatizada - 5

Circulação, IS… 2* Circulação climatizada

* embora estas zonas não sejam climatizadas, optou-se por considerar os caudais apresentados por serem os referentes ao tipo de actividade mais adequado.



A Tabela 33 apresenta os parâmetros característicos do modelo 5R1C utilizado (Fig. 19), os consumos

de energia de referência estimados por utilização final ( 3.4) para cada zona térmica e os respectivos

valores totais para o Edifício X.

Tabela 33 – Parâmetros característicos e consumos de energia de referência

Zona térmica útil

Parâmetros característicos Consumos de energia de referência

[kWh ano-1]

[W K-1]

[W K-1]

[m2] Arref. Aquec. Equip. Ilum. Total

Gabinetes 1 31,3 73,7 72,2 3 285 179 661 41 3 068 1 677 5 447

Gabinete 2 15,2 35,7 21,1 993 54 114 57 257 507 935

Gabinetes 3 31,5 74,3 51,7 2 449 134 217 150 555 1 250 2 172

Gabinetes 4 38,8 91,5 78,7 3 548 194 538 78 3 580 1 811 6 007

Átrio Principal 13,9 32,9 52,8 2 365 129 111 117 - 1 207 1 435

Circulação, IS… 1 20,7 48,7 117,7 6 145 335 - - - 3 137 3 137

Tesouraria 20,5 48,3 30,6 1 755 96 178 66 594 896 1 734

Gabinetes 5 23,8 56,2 67,5 4 175 228 488 34 1 624 2 132 4 278

Gabinetes 6 5,7 13,4 43,6 2 515 137 424 4 1 406 1 284 3 118

Gabinetes 7 18,0 42,4 34,2 2 001 109 294 25 1 030 1 021 2 370

Gabinetes 8 17,7 41,7 31,3 1 903 104 550 11 1 842 972 3 375

Secção Taxas e

Licenças 10,9 25,6 62,6 3 828 209 1 317 1 5 876 1 955 9 149

Reprografia 0 0 14,6 835 46 - - 2 387 426 2 813

Arquivo e IS 2,8 6,6 9,9 682 37 - - - 348 348

Circulação, IS… 2 6,6 15,6 77,3 4 883 266 - - - 2 493 2 493

Total 257 607 766 41 362 2 257 4 892 584 22 219 21 116 48 811

De acordo com o descrito em 3.4 para obter o do Edifício X, é necessário somar ao valor total

dos consumos anuais de referência para cada zona térmica apresentado na Tabela 33 (48 811 kWh), o

valor anual do consumo de energia de referência relativo à iluminação exterior ( , que se

calculou pela potência associada anteriormente estimada, 8 kW ( 2.2.2) e pelo tempo de funcionamento

de referência (5 400 h), resultando o valor seguinte:

43 200 kWh

O para o Edifício X é dado então, por:

48 811 43 200 92 011 kWh ano-1



Consumo

de

referência

O valor do parâmetro , obtido pela soma dos consumos de referência relativos ao aquecimento

(584 kWh ano-1

), arrefecimento (4 892 kWh ano-1

) e iluminação interior (21 116 kWh ano-1

), apresen-

tados na Tabela 33, é o seguinte:

26 592 kWh ano-1

Seguindo os passos da metodologia de classificação energética elaborada, determina-se a classe

energética do Edifício X pela conjugação dos valores obtidos destas variáveis, recorrendo à Tabela 23.

Obtém-se assim, a Tabela 34 que define a classificação energética do Edifício X, destacando a classe

energética do edifício e respectiva condição verificada.

Tabela 34 – Classificação energética do Edifício X segundo a metodologia desenvolvida

Classe

energética Condição a verificar [kWh ano-1]

men

or

E

fici

ênci

a

mai

or

106 622 72 067

72 067 106 622 78 715

78 715 106 622 85 363

85 363 106 622 92 011

92 011 106 622 105 307

105 307 106 622 118 603

118 603 106 622 131 899

131 899 106 622 145 195

145 195 106 622

Pode concluir-se, que segundo os intervalos da escala de classes de desempenho energético definida

para o Edifício X (Tabela 34), este pertence à classe , coincidindo com a classe energética obtida

pela aplicação da metodologia regulamentar ( 2.4.3), indicando portanto que o Edifício X tem pior

desempenho energético em relação ao que se estimou ser o desempenho de referência para esse

edifício. Observa-se que o Edifício X tem um consumo real de energia obtido pelas facturas

( ) superior ao consumo real de referência estimado, , em 55% do valor de

e também que o é superior ao , numa percentagem de 15,9%.



Na Tabela 35 apresenta-se a desagregação dos valores de consumo de energia de referência para

arrefecimento que constam da Tabela 33 (coluna “Arref.”) por necessidades de calor sensível extraído

e calor latente de condensação e a percentagem dos consumos relativos ao calor latente.

Tabela 35 – Desagregação dos consumos de energia de referência para arrefecimento

Zona térmica

Consumos de referência para arrefecimento

Calor sensível

extraído

[kWh ano-1]

Calor latente de

condensação

[kWh ano-1]

[%]

Gabinetes 1 623 38 5,7

Gabinete 2 104 10 8,8

Gabinetes 3 194 23 10,6


Átrio Principal 87 24 21,6

Tesouraria 161 17 9,6





Secção Taxas e

Licenças 1 287 30 2,3

Total 4 577 315 6,4

* Calor sensível Calor latente. O representa os consu-mos de referência totais para arrefecimento apresentados na Tabela 33.

Pode observar-se na Tabela 35 que as percentagens do consumo de energia para arrefecimento

referente ao calor latente, relativamente ao respectivo consumo de referência total, registam para cada

zona térmica ocupada, valores que se podem considerar próximos entre si, excepto no átrio principal e

na secção taxas e licenças que apresentam percentagens mais discordantes (21,6% e 2,3%). Isto deve-

se às necessidades de calor sensível extraído para arrefecimento serem elevadas na secção taxas e

licenças e baixas no átrio principal, onde há respectivamente um valor elevado e baixo de potência

instalada relativa à iluminação e aos equipamentos eléctricos.



4. Conclusões e considerações finais

O RSECE estabelece a caracterização de um edifício ou fracção autónoma através de uma

metodologia que consiste na obtenção das três formas de um valor indicador de eficiência energética

( ) – consumo real obtido pelas facturas ( ), consumo real obtido por simulação

( ) e consumo nominal específico ( ) –, e no confronto destas com os valores

limite de referência do consumo nominal específico para novos edifícios de serviços ( ) e

para edifícios de serviços existentes ( ), ambos definidos por tipologia no RSECE.

Para classificar o desempenho energético dos grandes edifícios de serviços (GES), adopta-se no

âmbito do RSECE e do SCE, uma escala de nove classes, de a , pré-definida por tipologia de

edifícios. Esta metodologia regulamentar estabelece a classificação energética de um edifício através

da comparação do seu consumo nominal específico ( ), determinado por simulação detalhada

do edifício em condições nominais, com os correspondentes consumos de referência, definidos no

RSECE para esse tipo de edifícios. A análise comparativa é feita entre edifícios do mesmo tipo

considerados sob iguais padrões nominais de utilização definidos no RSECE e semelhantes condições

climáticas (asset rating), procurando-se uma comparação que reflicta sobre os aspectos que se

consideram mais influentes no consumo energético de um edifício de serviços: as características do

sistema de climatização, a densidade de iluminação e a qualidade térmica da envolvente.

A aplicação deste procedimento regulamentar para efeitos de classificação energética do Edifício X,

realizada posteriormente à auditoria levada a cabo pelo LNEG, permitiu concluir que:

o edifício deverá sujeitar-se a um plano de racionalização energética (PRE), cuja

implementação obrigatória das medidas propostas é limitada a um período de retorno simples

inferior a oito anos;

a ausência de sistemas de ventilação mecânica que assegurem o caudal mínimo de ar novo

necessário às diferentes actividades, dificilmente assegurado pela ventilação que ocorre de

forma natural, poderá ser uma forte condicionante à garantia da qualidade do ar interior (QAI)

ao edifício;

a simulação detalhada do edifício, com base num modelo calibrado pelos resultados da

auditoria, conduz a um consumo nominal específico ( ) equivalente a um edifício de

classe , para a tipologia “Tribunais, Ministérios e Câmaras”;

ao pertencer à classe energética , significa que o Edifício X tem pior desempenho energético

que o edifício de referência cujo é igual ao valor de referência limite, ,

equivalente ao limite inferior do intervalo de valores de correspondentes a um edifício

de classe ;

a parcela do , no Edifício X, relativa à iluminação e ao sistema de climatização

apresenta um valor próximo ao do correspondente consumo, no edifício considerado de

referência, apesar dos valores das propriedades termofísicas dos elementos construtivos das

respectivas envolventes serem diferentes;

o factor preponderante que faz com que o valor de do Edifício X seja superior ao

, ditando a sua classe energética, é o consumo de energia que foi associado à

iluminação exterior do edifício. Considerando o Edifício X sem a utilização da iluminação

exterior, este face ao RSECE estaria igualmente sujeito a um PRE, mas no âmbito do SCE

pertenceria à classe energética .

A metodologia desenvolvida, que constitui o contributo original desta dissertação, estabelece a

classificação energética dos edifícios existentes abrangidos pelo RSECE, por comparação do consumo

real de energia obtido pelas facturas energéticas, , com os consumos desse edifício

estimados para condições de referência, através dum método simplificado e implementado numa folha

de cálculo. Embora se alterem os termos de comparação que definem a escala de classes energéticas, é



utilizada a mesma escala de nove classes associada à mesma análise comparativa pretendida na

metodologia regulamentar.

Salientam-se os seguintes pontos que distinguem a metodologia proposta e que comparativamente ao

método existente a poderão tornar mais simples, directa e precisa, na definição de uma classe

energética mais adequada à real eficiência energética de um edifício, bem como, mais eficaz na

penalização dos edifícios de serviços existentes mais consumidores.

apoia-se no método horário simplificado descrito na norma EN ISO 13790:2008 para calcular

os consumos energéticos de referência para aquecimento e arrefecimento de um edifício, que

se baseia num modelo de simulação de cada uma das suas zonas térmicas – modelo de cinco

resistências e uma capacitância (5R1C). De notar que, como este método não inclui o cálculo

das necessidades de calor latente, a metodologia utilizada integra um método que estima

também as necessidades de calor latente de condensação do vapor de água contido no ar

interior ao edifício.

as parcelas do consumo real de referência para edifícios de serviços existentes ( ) por

utilização final são estimadas em função do horário habitual de utilização sendo a parcela

relativa ao equipamento estimada em função da potência instalada no edifício e as parcelas

que mais podem influenciar a classificação energética do edifício, referentes à iluminação,

aquecimento, arrefecimento e ventilação, estimadas através de parâmetros de referência

estabelecidos;

necessita de um número reduzido de informações sobre o edifício, não exigindo a construção

de um modelo geométrico e construtivo de simulação do edifício, que implica o conhecimento

de todas as dimensões e propriedades termofísicas dos elementos de construção da sua

envolvente;

o consumo real de referência, , constitui um valor de referência específico para cada

edifício a classificar, sendo que a escala de nove classes energéticas é assim definida por

edifício em estudo.

Ao testar a metodologia de classificação energética desenvolvida, através da sua aplicação ao Edifício

X, pôde concluir-se o seguinte:

a diferença obtida entre o consumo real de energia obtido pelas facturas ( ) e o

valor do consumo real de referência estimado, , é inferior à dos valores estudados

pela aplicação da metodologia regulamentar, consumo nominal especifico ( ) do

Edifício X e valor limite definido por tipologia, ;

a classe de desempenho energético determinada para o edifício coincidiu com obtida pela

metodologia regulamentar, classe ;

ao pertencer à classe energética , significa que o edifício é energeticamente menos eficiente

que o edifício de referência, cujo consumo de energia é igual ao valor de referência, ,

equivalente ao limite inferior do intervalo de valores de consumo de energia correspondentes a

um edifício de classe .

As conclusões da aplicação da metodologia desenvolvida consideram os resultados obtidos adoptando

para o cálculo dos consumos de referência de um edifício, determinados parâmetros de referência

quanto à sua utilização e construção. No entanto, é importante notar que, a utilização do método

descrito é independente dos valores considerados para estes parâmetros de entrada, permitindo a

adopção de outros por ventura mais adequados.



Referências bibliográficas

ADENE, 2008. Perguntas & Respostas sobre o RSECE – Energia, versão 1.2.

ADENE, 2009a. Perguntas & Respostas sobre o SCE, versão 1.2.

ADENE, 2009b. Modelo de cálculo simplificado para a certificação energética de edifícios existentes

no âmbito do RCCTE. Nota Técnica NT-SCE-01.

Despacho n.º 10250/2008. Modelo dos Certificados de Desempenho Energético e da Qualidade do Ar

Interior Emitidos no âmbito do SCE (D.L. 78/2006 de 4 de Abril). Diário da República, 2008.

Directiva 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de Dezembro de 2002, relativa ao

desempenho energético dos edifícios. Jornal Oficial das Comunidades Europeias.

EN ISO 13790:2007. Energy performance of buildings – calculation of energy use for space heating

and cooling, 2007.

Hagentoft, C-E., 2001. Introduction to Building Physics. Studentlitteratur AB, Lund, Sweden.

Moret Rodrigues A., Canha da Piedade A, Braga A.M., 2009. Térmica de Edifícios. 1ª Edição,

Edições Orion (in Portuguese)

Pina dos Santos, C.A., Matias, L., 2006. Coeficientes de transmissão térmica de elementos da

envolvente dos edifícios. LNEC, ITE 50.

Pina dos Santos, C.A., Rodrigues, R., 2009. Coeficientes de transmissão térmica de elementos opacos

da envolvente dos edifícios. LNEC, ITE 54.

RCCTE, 2006. Decreto-Lei nº. 80/2006 de 4 de Abril, Regulamento Características de

Comportamento Térmico dos Edifícios. Diário da República.

RSECE, 2006. Decreto-Lei nº. 79/2006 de 4 de Abril, Regulamento dos Sistemas Energéticos de

Climatização em Edifícios. Diário da República.

SCE, 2006. Decreto-Lei n.º 78/2006 de 4 de Abril, Sistema Nacional de Certificação Energética e da

Qualidade do Ar Interior nos Edifícios. Diário da República.



Anexo A Plantas do Edifício X

Fig. 22 – Plantas do Piso 1 (em cima) e Piso térreo (em baixo)



Anexo B Método de cálculo do

O é calculado a partir dos consumos efectivos de energia de um edifício durante um ano

convertidos utilizando os factores de conversão:

Energia útil e energia primária

Factor de conversão utilizado, actualizável por despacho do director-geral de Geologia e

Energia, em função do mix energético nacional:

Electricidade: = 0,290 kgep kWh-1

Correcção climática

Os valores dos factores de conversão têm em conta as diferenças de necessidades de

aquecimento ou de arrefecimento derivadas da severidade do clima, corrigidas pelo grau de

exigência na qualidade da envolvente aplicável a cada zona climática definida pelo RCCTE.

Cálculo do :

Obtém-se a partir do valor de consumo real de energia obtido pelas facturas ( )

convertido para energia primária, por área útil de pavimento ( ), sem correcção climática.

Cálculo do e :

Calculam-se a partir dos resultados de consumos de energia obtidos quer pela calibração do modelo de

simulação do edifício no caso do , quer pela simulação em condições nominais no

caso do , e dos factores de conversão para energia primária e correcção climática, conforme o

método de cálculo definido no Anexo IX do RSECE, a seguir descrito.

O é calculado pela fórmula:

(B1)

em que, por sua vez:

(B2)

(B3)

Para o cálculo dos factores de correcção de energia de aquecimento e de arrefecimento ( e ),

adopta-se, como região climática de referência, a região - norte, 1000 ºC dias de aquecimento e

160 dias de duração da estação de aquecimento. e são definidos, respectivamente, por:

(B4)

(B5)

onde, os valores limite das necessidades nominais de energia útil para aquecimento e para

arrefecimento ( e ), em kWh m-2

ano-1

, são definidos no artigo 15.º do RCCTE.



Anexo C Caudais de ar novo de referência

Tabela 36 – Caudais de ar novo de referência

Tipo de actividade

Caudais de ar novo de referência

[m3h-1ocupante-1] [m3h-1m-2]

Área de armazenamento - 5

Área de exposição - -

Área de piscina - 10

Área de vendas 30 5

Área de recuperação hospitalar 30 -

Área de terapia hospitalar 30 -

Arquivo climatizado - -

Átrio climatizado - 5

Auditório 30 -

Balneário climatizado - -

Biblioteca 30 -

Cafetaria 35 35

Circulação climatizada - 5

Consultório - -

Cozinha - -

Escritório em openspace 30 -

Estúdio 35 35

Gabinete 35 5

Ginásio - -

IS - -

Laboratório 35 -

Loja de comércio - 5

Quarto hospitalar 45 -

Quarto/suite 30 -

Recepção 30 15

Sala de aulas 30 -

Sala de conferências 35 20

Sala de espera 30 -

Sala de preparação de refeições 30 -

Sala de refeições 35 -

Sala de reuniões 30 20

Servidor - -

Vestiário climatizado - 10



Anexo D Cálculo da intensidade de radiação solar incidente

Fig. 23 – Posição do Sol: azimute ( ) e altitude solar ( ). Superfície vertical orientada a :

ângulo de incidência ( ) e azimute da superfície ( ) 10

A intensidade de radiação solar incidente numa superfície ( é condicionada pelos ângulos que

definem a posição do sol: o azimute11

e a altitude solar ( e ). Estas grandezas angulares são

calculadas, respectivamente, por:

(D1)

(D2)

A declinação solar ( ) é obtida através de:

(D3)

A hora solar angular ( ) é determinada pela transformação da hora solar, , expressa por valores

inteiros entre 1 e 24, em h, pela equação (D4):

(D4)

10

Os ângulos ilustrados na Fig. 23 são válidos para locais no hemisfério . 11

Embora o azimute solar ( ) também possa ser referenciado segundo a orientação , a equação utilizada no

modelo, equação (D1), é válida para o medido a partir de .



A intensidade de radiação solar incidente numa superfície com orientação ( ) depende do

ângulo de incidência da radiação solar directa com a normal à superfície, . Estas grandezas são

estimadas, respectivamente, por:

(D5)

(D6)

A intensidade de radiação solar normal directa ( obtêm-se a partir das correspondentes

intensidades de radiação solar difusa horizontal ( ) e global horizontal ( ) 12

de acordo com a fórmula

seguinte:

(D7)

Para a reflectância do solo ( ) considera-se um valor igual a 0,2. Os factores e são

obtidos em função do ângulo da superfície com o plano horizontal13

( , por:

(D8)

(D9)

O ângulo relaciona o azimute solar ( ) e o azimute da superfície com orientação 14

( )

através de:

(D10)

Por fim, é de notar que, os valores horários válidos de são obtidos através de condições aos

valores do (270º 90º) e da ( 3º) , convertidos para rad.

12

Utilizam-se os valores horários das intensidades de radiação solar horizontal difusa e global ( e ) para um

ano típico de referência (TYR), que constam na base de dados climáticos do programa Solterm 5. 13

Para as superfícies horizontais (com orientação ) 0 rad, para as superfícies verticais (com orientação ,

, , , , , ou )

rad.

14 Tal como o azimute solar ( ), neste trabalho o é medido a partir da orientação .



Anexo E Procedimentos de cálculo das numa zona térmica

Fig. 24 – Modelo 5R1C de simulação de uma zona térmica

A solução para o cálculo dos nodos de temperatura (modelo 5R1C) é baseada no método iterativo de

Crank-Nicolson, permitindo estimar de hora em hora, a temperatura média interior ( ) que correspon-

de a uma determinada potência para aquecimento ou arrefecimento ( ). As temperaturas, expressas

em ºC, são valores médios horários, exceptuando as e que representam, respectivamente,

as temperaturas de massa instantâneas no início e no final de cada iteração temporal .

Para cada hora, as necessidades de energia por unidade de tempo para aquecimento e arrefecimento

( ), são obtidas pela determinação da para dois valores diferentes de .

Determinação da temperatura interior para um valor de

A depende da correspondente 15

, tal que:

(E1)

com:

(E2)

(E3)

15 O método iterativo é iniciado com um valor de igual ao da temperatura de set point do ar interior para a

estação de aquecimento ( ).



(E4)

(E5)

Os valores médios dos nodos de temperatura são obtidos por:

(E6)

(E7)

(E8)

Etapas para a determinação das

Definir as temperaturas de set point

As temperaturas de set-point do ar interior utilizadas são as definidas como condições interiores de

referência no artigo 14.º do RCCTE:

20 ºC, para a estação de aquecimento (Inverno)

25 ºC, para a estação de arrefecimento (Verão)

Verificar a necessidade de aquecimento ou arrefecimento

Aplica-se as equações (E1) a (E8) com 0, resultando a temperatura média do ar interior em

condições de não aquecimento nem arrefecimento ( ).

Se para uma determinada hora significa que as necessidades de aquecimento e

arrefecimento são nulas ( 0). Caso não se verifique essa condição, as são

determinadas de acordo com a etapa seguinte.

Calcular as :

Aplica-se as equações (E1) a (E8) com , em W, tal que:

resultando a temperatura média do ar interior correspondente a um fluxo de calor para aquecimento

com o valor de 10 W m-2

( ).

Define-se a temperatura de set point do ar interior ( ) que corresponde a:

, se

, se

As necessidades de energia por unidade de tempo para aquecimento e arrefecimento ( )16

,

expressas em W, obtêm-se por:

(E9)

16

Os valores das são positivos para o aquecimento e negativos para o arrefecimento, representando

respectivamente o calor que é necessário extrair e fornecer ao nodo para que esta temperatura assuma o valor

da .



Simbologia

parâmetro para o cálculo da [Pa]

área da superfície da envolvente exterior [m2]

área da superfície da envolvente exterior com orientação [m2]

área da superfície da envolvente interior [m2]

área da superfície envolvente interior relativa ao espaço útil [m2]

área de massa térmica equivalente dos elementos em contacto

com o volume de ar interior

[m2]

área opaca relativa à [m2]

área útil de pavimento [m2]

área efectiva de transmissão directa da radiação solar, relativa à

[m2]

área total das superfícies em contacto com o volume de ar

interior

[m2]

área total de vãos envidraçados relativa à [m2]

, , , , ,

, , ,

classes de desempenho energético -

parâmetro para o cálculo da -

calor específico a pressão constante [J kg -1

K-1

]

calor específico do ar a 300 K, 1005 J kg-1

K-1

[J kg-1

K-1

]

capacidade térmica dos elementos em contacto com o volume

de ar interior

[J K-1

]

intensidade de radiação solar difusa no plano horizontal [W m-2

]

espessura [m]

consumo de energia para calibração [kWh ano-1

]

consumo de energia relativo à iluminação e ao equipamento [kWh]

consumo de energia de referência relativo à iluminação e ao

equipamento

[kWh]

consumo de energia relativo à iluminação e ao equipamento

obtido por simulação

[kWh]

consumo de energia relativo à iluminação exterior [kWh]

consumo nominal de energia [kgep ano-1

]

consumo real de energia obtido pelas facturas [kWh ano-1

]

consumo real de energia obtido por simulação [kgep ano-1

]



consumo real de referência para edifícios de serviços existentes [kWh ano-1

]

consumo residual de energia [kWh]

consumo de energia obtido por simulação [kWh ano-1

]

consumo total de energia obtido por auditoria [kWh]

consumo de energia referente ao sistema de climatização

obtido por auditoria

[kWh]

factor de correcção do consumo de energia para aquecimento -

factor de correcção do consumo de energia para arrefecimento -

fracção envidraçada de referência -

factor de conversão entre energia útil e energia primária,

definido periodicamente por despacho do director-geral de

Geologia e Energia

[kgep kWh-1

]

factor de obstrução de referência -

sky view factor -

soil view factor -

fracção de vãos envidraçados de referência relativa à -

factor de forma definido na alínea dd) do Anexo II do RCCTE -

factor solar do vão envidraçado de referência -

ganho interno de vapor de água relativo ao metabolismo dos

ocupantes

[g pessoa-1

h-1

]

intensidade de radiação solar global no plano horizontal [W m-2

]

graus-dia de aquecimento para uma temperatura base de 20 ºC [ºC dia]

coeficiente de transmissão de calor entre os nodos e [W m-2

K-1

]

coeficiente de transmissão de calor entre os nodos e [W m-2

K-1

]

hora solar [h]

condutância equivalente para a ligação em série das

condutâncias e

[W K-1

]

condutância equivalente para a ligação em paralelo das

condutâncias e

[W K-1

]

condutância equivalente para a ligação em série das

condutâncias e

[W K-1

]

condutância entre o ar exterior e o nodo [W K-1

]

condutância entre os nodos e [W K-1

]

condutância entre os nodos e [W K-1

]



condutância de transferência de calor para os elementos

pesados

[W K-1

]

condutância de transferência de calor para os elementos leves [W K-1

]

condutância de ventilação entre o ar exterior e o nodo [W K-1

]

humidade relativa do ar -

espaço não-útil -

, , zonas climáticas de Inverno, definidas no Anexo III do

RCCTE

-

intensidade de radiação solar incidente na superfície com

orientação

[W m-2

]

indicador de eficiência energética ou consumo específico [kgep m-2

ano-1

]

consumo específico associado aos processos de aquecimento [kgep m-2

ano-1

]

consumo nominal específico [kgep m-2

ano-1

]

consumo real obtido pelas facturas [kgep m-2

ano-1

]

consumo real obtido por simulação [kgep m-2

ano-1

]

valor máximo de referência limite do consumo nominal

específico para edifícios de serviços existentes, definido no

Anexo X do RSECE

[kgep m-2

ano-1

]

valor máximo de referência limite do consumo nominal

específico para novos edifícios de serviços, definido no Anexo

XI do RSECE

[kgep m-2

ano-1

]

consumo específico associado aos processos de arrefecimento [kgep m-2

ano-1

]

consumo nominal específico sem contar com o consumo

parcial relativo à iluminação exterior

[kgep m-2

ano-1

]

dia Juliano -

calor latente de condensação da água [kJ kg-1

]

calor latente de condensação do vapor de agua contido no ar

interior

[kJ kg-1

]

intensidade de radiação solar normal directa [W m-2

]

latitude [rad]

parâmetro para o cálculo da -

, , , , ,

, , ,

norte, nordeste, este, sudeste, sul, sudoeste, oeste, noroeste,

horizontal

-

valor máximo limite das necessidades nominais de energia útil

para aquecimento

[kWh m-2

ano-1

]

necessidades nominais máximas de energia útil para

aquecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o

edifício em estudo, como se estivesse localizado na zona de

referência

[kWh m-2

ano-1

]




aquecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o

edifício em estudo na zona , onde está localizado o edifício

[kWh m-2

ano-1

]

valor máximo limite das necessidades nominais de energia útil

para arrefecimento

[kWh m-2

ano-1

]


arrefecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o

edifício em estudo, como se estivesse localizado na zona de

referência

[kWh m-2

ano-1

]


arrefecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o

edifício em estudo na zona , onde está localizado o edifício

[kWh m-2

ano-1

]

pé-direito médio [m]

consumo de energia para aquecimento [kgep ano-1

]

consumo de energia para arrefecimento [kgep ano-1

]

necessidades de energia para arrefecimento [kWh]

necessidades de energia para aquecimento [kWh]

necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento [kWh]

necessidades de calor latente para arrefecimento [kWh]

consumo de energia não ligado aos processos de aquecimento e

arrefecimento

[kgep ano-1

]

potência instalada relativa aos equipamentos com utilização

permanente

[W]

potência instalada relativa aos equipamentos com perfil de

utilização

[W]

potência de aquecimento correspondente a um fluxo de calor

igual a 10 W m-2

[W]

potência para aquecimento ou arrefecimento [W]

necessidades de energia por unidade de tempo para

aquecimento ou arrefecimento

[W]

ganho térmico por unidade de tempo à entrada do nodo [W]

ganhos térmicos por unidade de tempo associados a fontes

internas de calor

[W]

ganhos térmicos internos associados ao equipamento [W]

ganhos térmicos internos associados ao equipamento [W]

ganhos térmicos internos associados à iluminação [W]

ganhos térmicos internos associados à ocupação [W]

necessidades de calor latente por unidade de tempo para

arrefecimento

[W]




ganho térmico total por unidade de tempo à entrada do nodo

[W]


ganhos térmicos por unidade de tempo associados ao

aproveitamento da radiação solar

[W]

resistência térmica [m2K W

-1]

taxa de renovação nominal de referência [h-1

]

resistência térmica total [m2K W

-1]

parâmetro de referência para o cálculo da classe energética,

definido no Anexo IV do Despacho n.º 10250/2008

[kgep m-2

ano-1

]

parâmetro de referência para o cálculo da classe energética dos

edifícios existentes abrangidos pelo RSECE

[kWh ano-1

]

temperatura [ºC]

temperatura média do ar exterior [ºC]

temperatura média do ar interior [ºC]

temperatura média do ar interior em condições de não

aquecimento nem arrefecimento

[ºC]

temperatura média do ar interior correspondente a um fluxo de

calor para aquecimento igual a 10 W m-2

[ºC]

temperatura de set point do ar interior para a estação de

arrefecimento

[ºC]

temperatura de set point do ar interior para a estação de

aquecimento

[ºC]

temperatura de set point do ar interior [ºC]

temperatura de massa [ºC]

temperatura de massa instantânea no final da iteração [ºC]

temperatura de massa instantânea no início da iteração [ºC]

temperatura estrela [ºC]

temperatura do ar para ventilação [ºC]

coeficiente de transmissão térmica [W m-2

K-1

]

é o coeficiente de transmissão térmica de referência [W m-2

K-1

]

coeficiente total de transmissão térmica [W m-2

K-1

]

humidade absoluta por volume de ar [kg m-3

]

valor de set point da humidade por volume de ar interior para a

estação de arrefecimento

[kg m-3

]



valor de set point da

para a estação de arrefecimento [kg m-3

]

humidade por volume de ar exterior [kg m-3

]

humidade por volume de ar interior [kg m-3

]

humidade por volume de ar interior no final da iteração [kg m-3

]

humidade por volume de ar interior no início da iteração [kg m-3

]

humidade por volume de ar interior no final da iteração [kg m

-3]

humidade por volume de ar no ponto de saturação [kg m-3

]

volume útil interior [m3]

, , zonas climáticas de Verão, definidas no Anexo III do RCCTE -

caudal de ar novo de referência [m3h

-1]

caudal de ventilação [m3h

-1]

altitude solar [rad]

ângulo da superfície com o plano horizontal [rad]

ângulo dado pelo módulo da diferença entre o e o [rad]

declinação solar [rad]

eficiência energética do sistema de arrefecimento de referência -

eficiência energética do sistema de aquecimento de referência -

eficiência energética do sistema de ventilação de referência [W (l/s)-1

]

ângulo de incidência da radiação solar directa na superfície

vertical orientada a

[rad]

ângulo de incidência da radiação solar directa com a normal à

superfície com orientação

[rad]

condutividade térmica [W m-1

K-1

]

taxa de metabolismo [W pessoa-1

]

hora solar angular [rad]

massa volúmica [kg m-3

]

massa volúmica do ar a 300 K

1,177 kg m-3

[kg m-3

]

reflectância do solo -

coeficiente relativo aos espaços não-úteis, definido na Tabela

IV.1 do Anexo IV do RCCTE

-

coeficiente relativo ao espaço não-útil -

fracção útil da hora -



fracção útil da hora para o equipamento -

fracção útil da hora para a iluminação -

fracção útil da hora para a ocupação -

fracção útil da hora para a ventilação -

azimute solar [rad]

azimute da superfície vertical orientada a [rad]

azimute da superfície com orientação [rad]

densidade de potência de referência relativa à iluminação [W m-2

]



Siglas

3R1C três resistências e uma capacitância

5R1C cinco resistências e uma capacitância

ADENE Agência para a Energia

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

AVAC aquecimento, ventilação e ar condicionado

CE Comunidade Europeia

CIBSE Chartered Institution of Building Services Engineers

COP eficiência energética nominal, coefficient of performance

CSTB Centre Scientifique et Technique du Bâtiment

EDP Energias de Portugal

EPBD Energy Performance of Buildings Directive

FCUL Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

GES grandes edifícios de serviços

IS instalações sanitárias

LNEG Laboratório Nacional de Energia e Geologia

PRE plano de racionalização energética

QAI qualidade do ar interior

RA Regiões Autónomas

RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, Decreto-Lei

n.º 80/2006

RPH renovações por hora

RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios, Decreto-Lei n.º

79/2006

SCE Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios,

Decreto-Lei n.º 78/2006

TYR ano típico de referência, typical reference year

VRV volume de refrigerante variável

contributo para método simplificado no âmbito do sce...

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