dissertação

INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA

rea Departamental de Engenharia Mecnica

Projeto de AVAC e Classificao Energtica de uma cafetaria

INS ALVES DE FRIAS PINTO (Licenciada em Engenharia do Ambiente)

Trabalho Final de Mestrado para obteno do grau de Mestre

em Engenharia Mecnica

Orientador (es): Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa

Jri:

Presidente: Professor Doutor Jorge Filipe Oliveira Mendona e Costa Vogais: Professor Doutor Armando Tefilo dos Santos Pinto Professor Especialista Joo Antero Cardoso Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa

Dezembro de 2013

i

Agradecimentos

Este Trabalho de Final de Mestrado representa o terminar de dois anos em que conciliei

a minha vida profissional com a de estudante, um desafio que se veio a revelar mais

intenso do que eu esperava inicialmente.

Neste momento, quero agradecer professora Cludia Casaca por ter aceite ser minha

orientadora e por toda a disponibilidade que sempre teve para me receber (muitas vezes

fora de horas), esclarecer e orientar.

Quero agradecer ao meu chefe e tambm orientador, Engenheiro Guilherme Carrilho da

Graa, no s pela ajuda ao longo do desenvolvimento deste trabalho mas tambm pela

compreenso que vrias vezes demonstrou durante estes ltimos dois anos, que me

permitiu conciliar os estudos com o meu trabalho na NaturalWorks.

Quero agradecer ao meu colega Pedro Paredes, por partilhar comigo todo o seu

conhecimento de projeto de AVAC e por todas as vezes que a sua pacincia foi maior

que as minhas olheiras. Quero agradecer tambm minha colega Maria Lerer pela ajuda

nas simulaes em Energyplus e por ouvir os meus desabafos.

Obrigado aos meus pais, pelo apoio essencial que me deram e que tantas vezes facilitou

a minha vida.

Por fim, quero agradecer ao Gomes por ter sido incansvel na pacincia, compreenso e

carinho e por todos os momentos em que me fez ganhar confiana, serenidade e

motivao.

iii

Resumo

O antigo Centro de Iniciao Artstica Infantil (CIAI) da Fundao Calouste Gulbenkian

(FCG) ir sofrer obras de remodelao resultantes num edifcio cujo espao principal

uma cafetaria. Este trabalho pretende apresentar o projeto de Aquecimento, Ventilao e

Ar Condicionado (AVAC), o projeto de Sistema Solar Trmico (SST) e a classificao

energtica das novas instalaes.

A determinao das potncias de climatizao do edifcio foi efetuada com recurso a

dois softwares de simulao trmica: Carrier HAP e Energyplus. As potncias trmicas

obtidas so ligeiramente diferentes com ambos os programas no dimensionamento de

unidades terminais mas sem expresso no momento de seleo de equipamentos. As

potncias trmicas da Unidade de Tratamento de Ar (UTA) apresentaram diferenas

significativas, possivelmente relacionados com o modo de caracterizao da

recuperao de calor com cada programa.

Foi utilizado o software Solterm para anlise e dimensionamento do SST, revelando-se

uma ferramenta til e intuitiva no apoio a projeto e estimativa de consumos

energticos do edifcio.

Enquadrando-se o edifcio no Regulamento dos Sistemas Energticos de Climatizao

de Edifcios (RSECE), calculou-se o Indicador de Eficincia Energtica (IEE) para

atribuio da sua classe. Efetuaram-se, em HAP e Energyplus, simulaes em condies

nominais para dois cenrios de funcionamento da UTA: caudal de ar constante e caudal

varivel. Concluiu-se que os consumos energticos anuais so visivelmente inferiores

quando o caudal da UTA varivel. No entanto, no caso do edifcio estudado, essas

diferenas no se refletem na classe energtica. O edifcio apresenta classe energtica B.

Palavras-chave: Simulao trmica, projeto, AVAC, SST, IEE, classe energtica

v

Abstract

The antique Artistic Initiation Child Centre of the Fundao Calouste Gulbenkian will

be refurbished. The main space of the new building will be a cafeteria. The main goals

of this thesis are to present the project of Heating, Ventilation and Air Conditioning

(HVAC) and the project of the Solar Thermal System (STS) for the new installations

and the energy class, according to the portuguese current regulation.

The thermal power necessities of the building were determined using two thermal

simulation softwares: Carrier HAP and Energyplus. The results obtained for the design

of the terminal units are slightly different with both programs, but with no relevance in

the selection of the equipments. The thermal power of the Air Handling Unit (AHU)

showed significant differences, probably related to the characterization of heat recovery

with each program.

The STS project was supported by Solterm software simulations, which revealed to be

an useful and intuitive tool for the equipment design and for the analysis of the energy

consumption of the building.

Since the building is covered by the portuguese regulation Regulamento dos Sistemas

Energticos de Climatizao de Edifcios (RSECE), the Energy Efficiency Indicator

(EEI) was calculated in order to determine its energy class. Thermal simulations were

carried out by HAP and Energyplus, considering the nominal conditions stablished in

the regulation and two different sceneries for the AHU: constante air volume and

variable air volume. According to the obtained results, the annual energetic

consumptions are significantly lower for the AHU VAV scenery. However, those

differences do not influence the energy class. The building energy class is B.

Keywords: design, HVAC, STS, EEI, energy class

vii

Siglas e Acrnimos

A rea

ADENE Agncia para a Energia

AN Ar Novo

AQS guas Quentes Sanitrias

ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers

AVAC Aquecimento, Ventilao e Ar-Condicionado

CA Airflow coefficient (Coeficiente de descarga)

COP Coefficient Of Performance (Coeficiente de desempenho)

EER Energy Efficiency Ratio (Eficincia energtica)

FF Fator de Forma

FCi Fator de correo climtica de inverno

FR Coeficiente de radiao

FU Coeficiente de utilizao

FCv Fator de correo climtica de vero

GTC Gesto Tcnica Centralizada

HAP Hourly Analysis Program

IEE Indicador de Eficincia Energtica

Pd P direito

QAN Caudal de ar novo

Qext Caudal de extrao

Qins Caudal de insuflao

RCCTE Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos Edifcios

RPH Renovaes Por Hora

RSECE Regulamento dos Sistemas Energticos e de Climatizao de Edifcios

SCE Sistema de Certificao Energtica

SST Sistema Solar Trmico

V Volume

VC Ventiloconvector

UTA Unidade de Tratamento de Ar

ix

ndice

1 Introduo ................................................................................. 1

1.1 A importncia de climatizar e ventilar ............................................. 1

1.2 Condies interiores de conforto ...................................................... 2

1.3 Condies exteriores ......................................................................... 4

1.4 Cargas trmicas ................................................................................. 7

1.5 A conceo de instalaes de ventilao e climatizao .................. 9

1.6 Objetivos e organizao do trabalho .............................................. 11

2 Caracterizao do edifcio ....................................................... 13

2.1 Descrio do edifcio ...................................................................... 13

2.2 Caudais de ar a insuflar e extrair .................................................... 16

2.2.1 Caudais mnimos de ar novo .................................................................... 16

2.2.2 Necessidades de renovao de ar.............................................................. 19

2.2.3 Balano de caudais ................................................................................... 20

2.3 Ganhos internos .............................................................................. 22

2.3.1 Iluminao ................................................................................................ 22

2.3.2 Equipamentos eltricos ............................................................................. 23

2.3.3 Ocupao .................................................................................................. 25

2.3.4 Perfis de utilizao.................................................................................... 25

2.4 Envolvente exterior ......................................................................... 26

2.4.1 Envolvente exterior opaca ........................................................................ 26

2.4.1.1 Paredes exteriores ................................................................................. 26

2.4.1.2 Pontes trmicas planas .......................................................................... 27

2.4.1.3 Cobertura exterior ................................................................................. 27

2.4.1.4 Pavimento em contacto com o solo ...................................................... 28

2.4.2 Envolvente exterior envidraada .............................................................. 28

2.4.2.1 Janelas e portas ..................................................................................... 28

2.4.2.2 Claraboias ............................................................................................. 29

x

2.5 Infiltraes ...................................................................................... 31

3 Projeto de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado

(AVAC) ........................................................................................ 35

3.1 Simulao Trmica Dinmica ........................................................ 35

3.1.1 Simulao com Carrier HAP .................................................................... 36

3.1.1.1 Modelao do edifcio .......................................................................... 36

3.1.1.2 Metodologia de simulao .................................................................... 38

3.1.2 Simulao com Energyplus ...................................................................... 39

3.1.2.1 Modelao do edifcio .......................................................................... 39

3.1.2.2 Metodologia de simulao .................................................................... 42

3.1.3 Resultados de simulaes ......................................................................... 43

3.2 Sistema de AVAC .......................................................................... 47

3.2.1 Descrio do sistema de AVAC ............................................................... 47

3.2.2 Controlo da instalao .............................................................................. 48

3.2.3 Critrios adotados em projeto ................................................................... 50

3.2.3.1 Admisso e rejeio de ar ..................................................................... 50

3.2.3.2 Nveis de rudo ...................................................................................... 50

3.2.3.3 Velocidade do ar no interior dos espaos ............................................. 51

3.3 Dimensionamento do sistema de AVAC ........................................ 52

3.3.1 Principais equipamentos ........................................................................... 52

3.3.1.1 Bomba de calor ..................................................................................... 52

3.3.1.2 Unidade de Tratamento de Ar ............................................................... 54

3.3.1.3 Ventiloconvectores ............................................................................... 55

3.3.1.4 Sistema de climatizao tipo monosplit ................................................ 57

3.3.1.5 Ventiladores .......................................................................................... 59

3.3.1.6 Hotte da Copa ....................................................................................... 60

3.3.2 Rede aerulica........................................................................................... 60

3.3.2.1 Rede de condutas .................................................................................. 60

3.3.2.2 Difusores ............................................................................................... 61

3.3.2.3 Grelhas .................................................................................................. 62

3.3.2.4 Vlvulas de extrao ............................................................................. 63

xi

3.3.2.5 Atenuadores Acsticos ......................................................................... 63

3.3.2.6 Outros acessrios da rede aerulica ...................................................... 64

3.3.3 Rede hidrulica ......................................................................................... 65

3.3.3.1 Rede de tubagem ................................................................................... 65

3.3.3.2 Volante trmico ..................................................................................... 67

3.3.3.3 Outros acessrios da rede hidrulica..................................................... 67

4 Projeto de Sistema Solar Trmico (SST) ................................ 69

4.1 Simulao Solterm .......................................................................... 69

4.2 Principais equipamentos do SST .................................................... 71

4.2.1 Coletores solares ....................................................................................... 71

4.2.2 Rede de tubagem ...................................................................................... 71

4.2.3 Dissipador de calor ................................................................................... 72

4.2.4 Depsito de acumulao de AQS ............................................................. 72

4.2.5 Bomba de circulao ................................................................................ 73

4.2.6 Vaso de expanso ..................................................................................... 73

5 Classificao energtica do edifcio ....................................... 75

5.1 Enquadramento regulamentar ......................................................... 75

5.2 Pressupostos de clculo do IEE ...................................................... 78

5.3 Simulao energtica em condies nominais ............................... 82

5.3.1 Simulao em condies nominais com HAP .......................................... 82

5.3.2 Simulao em condies nominais com Energyplus ................................ 84

5.4 Resultados de simulao ................................................................. 85

5.5 Determinao da classe energtica do edifcio ............................... 88

6 Concluses .............................................................................. 91

7 Referncias Bibliogrficas ...................................................... 95

Anexo A ....................................................................................... 97

Anexo A.1 Eficincia de ventilao na cafetaria .................................. 99

xii

Anexo A.2 Plantas de arquitetura com mobilirio .............................. 101

Anexo A.3 Projeto de Iluminao ....................................................... 103

Anexo A.4 Projeto de alimentaes especficas ................................. 107

Anexo A.5 Determinao dos coeficientes de transmisso trmica da

envolvente exterior ................................................................................. 109

Anexo A.6 Determinao das infiltraes de ar exterior .................... 111

Anexo B ...................................................................................... 115

Anexo B.1 - Dimensionamento da rede aerulica .................................. 117

Anexo B.2 - Dimensionamento da rede hidrulica ................................ 119

Anexo C ...................................................................................... 121

Anexo C.1 Relatrio da simulao em Solterm .................................. 123

Anexo C.2 Clculo do volume do vaso de expanso .......................... 129

Anexo D ..................................................................................... 131

Anexo D.1 Lista de desenhos .............................................................. 133

Anexo D.2 - Desenhos dos projetos de AVAC e de SST ...................... 135

Anexo E ...................................................................................... 149

Anexo E.1 Resumo de inputs de simulao em condies nominais . 151

Anexo E.2 Clculo do fator de forma do edifcio ............................... 153

Anexo E.3 Estimativa do nmero anual de horas de funcionamento da

bomba de circulao do SST .................................................................. 155

Anexo E.4 Clculo de IEEs ................................................................. 157

xiii

ndice de Figuras

Figura 1.1 Relao entre temperatura operativa tima, atividade e vesturio ............... 3

Figura 1.2 Zonas climticas em Portugal Continental ................................................... 6

Figura 1.3 Balano energtico num edifcio .................................................................. 7

Figura 1.4 Balano energtico no corpo humano .......................................................... 8

Figura 1.5 Sistema de climatizao de um edifcio ..................................................... 10

Figura 2.1 Localizao do edifcio a intervencionar no recinto da Fundao Calouste Gulbenkian ..................................................................................................................... 13

Figura 2.2 Alteraes previstas no edifcio (amarelo a demolir, encarnado a construir) ......................................................................................................................... 14

Figura 2.3 Edifcio remodelado ................................................................................... 15

Figura 2.4 Claraboias do edifcio (a azul) cobertura ................................................ 30

Figura 2.5 Claraboias do edifcio (a azul) corte na zona da cafetaria ...................... 30

Figura 3.1 Envolvente exterior da Cafetaria - HAP..................................................... 37

Figura 3.2 Modelo tridimensional do edifcio, planta DesignBuilder ...................... 40

Figura 3.3 Modelo tridimensional do edifcio, vista Nascente DesignBuilder ........ 41

Figura 3.4 Modelo tridimensional do edifcio, alado Noroeste DesignBuilder ...... 41

Figura 5.1 - Regulamentao aplicvel a cada tipo de edifcio ...................................... 76

Figura 5.2 Escala de classes energticas de edifcios .................................................. 76

Figura A.1 Identificao de teto falso e zona sem teto falso na cafetaria (corte) ........ 99

Figura A.2 Identificao de zonas com e sem teto falso na cafetaria (planta) ......... 100

Figura A.3 Mobilirio da cafetaria, 28 lugares (planta) ............................................ 101

Figura A.4 Mobilirio do Dialogue Cafe, 4 lugares (planta) .................................... 101

Figura A.5 Mobilirio do gabinete, 1 posto de trabalho (planta) .............................. 102

Figura A.6 Planta de iluminao normal - Cafetaria ................................................. 103

Figura A.7 Planta de iluminao normal Dialogue Cafe ........................................ 103

xiv

Figura A.8 Planta de iluminao normal Gabinete................................................. 104

Figura A.9 Planta de iluminao normal Copa....................................................... 104

Figura A.10 Planta de iluminao normal IS senhoras, IS homens, Circulao 6 . 105

Figura A.11 Planta de iluminao normal Vestirios, IS Mob. Condicionada, Economato, Circulao 9 e rea Tcnica .................................................................... 105

Figura A.12 Planta de iluminao normal Arrumo/ Economato ............................ 106

Figura A.13 Planta de alimentaes especficas Dialogue Cafe ............................ 107

Figura A.14 Planta de alimentaes especficas Copa ........................................... 108

Figura A.15 Determinao da classe de exposio do edifcio ................................. 111

Figura A.16 Valores convencionais de RPH ............................................................. 112

Figura A.17 Determinao do valor de CA ................................................................ 114

Figura A.18 Determinao do valor de RP ................................................................ 114

xv

ndice de Tabelas

Tabela 2.1 Determinao do tipo de atividade e caudais de ar novo a insuflar, segundo o RSECE [8] ................................................................................................................... 18

Tabela 2.2 Determinao de caudais de ar novo a insuflar em cada espao segundo EN 15251:2007 [10] ............................................................................................................. 19

Tabela 2.3a Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados .................................................................................................................... 19

Tabela 2.3b Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados .................................................................................................................... 20

Tabela 2.4 Renovaes por hora mnimas de ar e correspondente caudal nos espaos no climatizados ............................................................................................................. 20

Tabela 2.5 Caudais a insuflar e extrair ........................................................................ 21

Tabela 2.6a Determinao de densidade de iluminao em cada espao .................... 22

Tabela 2.6b Determinao de densidade de iluminao em cada espao ................... 23

Tabela 2.7a Determinao de densidade de equipamentos em cada espao ............... 24

Tabela 2.7b Determinao de densidade de equipamentos em cada espao ............... 25

Tabela 2.8 Caracterizao das janelas e portas............................................................ 29

Tabela 2.9 Caracterizao das claraboias .................................................................... 30

Tabela 2.10 Determinao de infiltraes em cada espao (RPH).............................. 33

Tabela 3.1 Resultados de simulao HAP ................................................................ 44

Tabela 3.2 Resultados de simulao - Energyplus ...................................................... 44

Tabela 3.3 Presso sonora de referncia para os vrios espaos do edifcio ............... 51

Tabela 3.4 Caractersticas da bomba de calor selecionada .......................................... 53

Tabela 3.5 Caractersticas da UTA selecionada .......................................................... 55

Tabela 3.6 Caractersticas de ventiloconvectores selecionados .................................. 57

Tabela 3.7 Caractersticas do sistema monosplit selecionado ..................................... 58

Tabela 3.8 Caractersticas de ventiladores selecionados ............................................. 59

xvi

Tabela 3.9 Caractersticas de difusores lineares selecionados .................................... 61

Tabela 3.10 Caractersticas de grelhas selecionadas ................................................... 62

Tabela 3.11 Caractersticas de atenuadores selecionados ........................................... 64

Tabela 4.1 Perfil de consumos de AQS ....................................................................... 70

Tabela 4.2 Resultados Solterm .................................................................................... 70

Tabela 4.3 Caractersticas da bomba de circulao do SST selecionada .................... 73

Tabela 4.4 Caractersticas do vaso de expanso do SST selecionado .......................... 74

Tabela 5.1 Valores de IEE e classes energticas para edifcios de tipologia Pronto-a-comer ............................................................................................................................ 78

Tabela 5.2 Condies nominais para edifcios de tipologia Pronto-a-comer ........... 78

Tabela 5.3 Fatores de correo climtica do edifcio em estudo ................................. 79

Tabela 5.4 Fatores de converso entre energia til e energia primria ....................... 80

Tabela 5.5 Necessidades trmicas trmica anuais do edifcio UTA com caudal constante ......................................................................................................................... 85

Tabela 5.6 Necessidades trmicas trmica anuais do edifcio UTA com caudal varivel ........................................................................................................................... 86

Tabela 5.7 IEEs e classes energticas do edifcio ....................................................... 89

Tabela A.1 Tabela de siglas projeto de alimentaes especficas .......................... 108

Tabela A.2 Clculo do U das paredes exteriores ....................................................... 109

Tabela A.3 Clculo do U dos pilares ......................................................................... 109

Tabela A.4 Clculo do U da cobertura fluxo de calor ascendente ......................... 110

Tabela A.5 Clculo do U da cobertura fluxo de calor descendente ....................... 110

Tabela A.6 Clculo das infiltraes de ar exterior (sistema de AVAC desligado) ... 112

Tabela B.1 Dimensionamento da rede aerulica (mtodo da perda de carga constante) ...................................................................................................................................... 117

Tabela B.2 Dimensionamento da rede hidrulica (mtodo da velocidade mxima admissvel) .................................................................................................................... 119

Tabela E.1 Clculo do fator de forma do edifcio ..................................................... 153

xvii

Tabela E.2 Simulao em HAP, UTA com caudal constante, com recuperao de calor ...................................................................................................................................... 159

Tabela E.3 Simulao em HAP, UTA com caudal constante, sem recuperao de calor ...................................................................................................................................... 160

Tabela E.4 Simulao em Energyplus, UTA com caudal constante, com recuperao de calor ......................................................................................................................... 161

Tabela E.5 Simulao em HAP, UTA com caudal varivel, com recuperao de calor ...................................................................................................................................... 162

Tabela E.6 Simulao em HAP, UTA com caudal varivel, sem recuperao de calor ...................................................................................................................................... 163

Tabela E.7 Simulao em Energyplus, UTA com caudal varivel, com recuperao de calor .............................................................................................................................. 164

xix

ndice de Equaes

Equao 2.1 .................................................................................................................... 32

Equao 3.1 .................................................................................................................... 51

1

1 Introduo

1.1 A importncia de climatizar e ventilar

Numa sala fechada a energia libertada por pessoas e equipamentos eleva a temperatura

do ar interior. A ocupao e alguns tipos de atividades resultam na libertao de CO2 e

de vapor de gua, por vezes tambm na formao de odores. As trocas de calor entre o

interior e o exterior dos edifcios atravs das envolventes opacas e envidraadas levam,

muitas vezes, a ganhos exagerados durante a estao mais quente e a perdas excessivas

durante os meses mais frios. Ao fim de algum tempo, a degradao da qualidade do ar e

o desmedido aumento ou diminuio da temperatura interior, tornam impossvel a

permanncia de pessoas numa sala.

A entrada de ar novo e a sada de ar viciado em espaos fechados permite reduzir

fortemente a concentrao de gases, vapores e a quantidade de partculas em suspenso

no seu interior, repondo nveis de qualidade do ar indispensveis sade de ocupantes e

conservao de equipamentos e materiais [1]. Por estas razes, a ventilao dos

edifcios desempenha um papel fundamental para a sua adequada utilizao e

longevidade.

Os ganhos e perdas de calor de um espao associados renovao do ar interior,

juntamente com os que ocorrem atravs das suas envolventes e com os ganhos

resultantes das atividades que nele tomam lugar, conduzem definio de carga

trmica. A carga trmica a quantidade de calor que deve ser colocada ou retirada de

uma zona do edifcio para que as condies interiores de temperatura e humidade se

mantenham dentro do intervalo de valores pretendidos [2]. As cargas trmicas so

vulgarmente tratadas recorrendo a sistemas mecnicos de climatizao.

2

1.2 Condies interiores de conforto

O principal objetivo de um sistema de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado

(AVAC) proporcionar condies, em que o estado da mente expressa satisfao com

o ambiente trmico circundante, segundo a norma ASHRAE 55 [3]. Esta definio

deixa em aberto tanto o conceito de estado da mente como o de satisfao e, no

fundo, reala corretamente que a sensao de conforto um processo cognitivo que

envolve vrios fatores fsicos, fisiolgicos e psicolgicos [3], nomeadamente a idade, o

estado de sade, o vesturio e o nvel de atividade.

Verificou-se que condies interiores agradveis para os ocupantes no influenciam

apenas o seu bem estar fsico mas tambm a sua produtividade, rendimento e at taxas

de acidentes no trabalho. Temperaturas do ar interior demasiado elevadas ou demasiado

reduzidas diminuem a atividade cerebral humana e a capacidade para desempenhar

operaes manuais. Tambm gradientes trmicos elevados, resultantes de diferenas de

temperatura acentuadas, por exemplo entre a zona dos ps e a da cabea dos ocupantes,

provocam sensao de desconforto.

Para compreender a interao entre um ocupante e o meio que o rodeia e em que que

esta afeta a sensao de conforto trmico, importante identificar as trocas de calor que

ocorrem entre o ar ambiente e as pessoas. A determinao da taxa de calor libertada por

uma pessoa para o ambiente circundante pode ser obtida pela multiplicao entre a rea

superficial do seu corpo e o calor metablico correspondente ao seu nvel de atividade.

usual caracterizar a taxa de calor metablico por unidade de rea de corpo em termos

da unidade met (1 met = 58,2 W/m2). Tambm o vesturio afeta fortemente as trocas

entre os ocupantes e o meio. A medio do nvel de isolamento trmico do vesturio

usualmente efetuada na unidade clo (1 clo = 0,155 m2.C/W) [2].

Uma forma (entre outras) de avaliar a sensao de conforto trmico consiste na

aplicao da teoria desenvolvida por Fanger, segundo a qual estabelecida uma relao

entre a resistncia trmica do vesturio dos ocupantes, o seu nvel de atividade e a

temperatura operativa tima. Este mtodo baseia-se em dois ndices que caracterizam a

resposta de um grande grupo de indivduos sensao de conforto trmico em

3

ambientes com diferentes condies. A Figura 1.1 traduz a relao entre estas diferentes

variveis sob a forma grfica. Importa referir que a temperatura operativa combina

efeitos de conveco e radiao atravs de uma mdia ponderada que inclui a

temperatura de bolbo seco do ar interior e a temperatura mdia das superfcies

existentes no ambiente (temperatura radiante mdia) [2].

Figura 1.1 Relao entre temperatura operativa tima, atividade e vesturio Fonte: Adaptado de [4]

As correntes de ar numa sala podem provocar arrefecimentos indesejados, devidos a

conveco. Por esta razo, tambm a velocidade do ar no interior dos edifcios afeta a

sensao de conforto dos seus ocupantes.

A humidade do ar outro parmetro importante na definio de condies interiores de

conforto. A humidade relativa do ar interior no deve ser inferior a 30%, sob risco dos

4

ocupantes poderem ter sintomas como pele seca e dificuldades respiratrias. Por outro

lado, esta tambm no deve ser superior a 70%, o que poderia provocar mau estar

devido forte reduo nas trocas de calor por sudao [2].

Os contaminantes ambientais, ao afetarem a pureza e higiene do ar, traduzem-se

tambm no nvel de conforto e podem constituir um perigo potencial ao nvel da sade

dependendo dos valores das suas concentraes e do tempo de exposio dos ocupantes.

A degradada qualidade do ar pode provocar uma simples deteo sensorial ou pode, em

casos extremos em que resulte de elevadas concentraes de poluentes txicos, ser letal.

semelhana do que acontece com outros seres vivos, tambm o Homem depende de

oxignio para sobreviver. A quantidade mnima de oxignio exigida pelo metabolismo

humano em repouso cerca de 0,2 l/s, ou seja cerca de 1 l/s de ar atmosfrico (21% de

oxignio). Para atividades mais intensas a quantidade de ar novo disponvel ter de ser

superior. A disponibilidade de oxignio no ar de um espao fechado um dos fatores

que mais afeta a sade e bem estar dos seus utilizadores.

Pode concluir-se que as condies de conforto no interior dos edifcios dependem da

temperatura, do gradiente de temperaturas, da velocidade, dos teores de oxignio e

humidade e da quantidade de contaminantes e partculas do ar interior. Apesar dos

limites de tolerncia a cada um destes parmetros poderem variar ligeiramente de

pessoa para pessoa, todos eles tm influncia na sensao de conforto dos seres

humanos.

1.3 Condies exteriores

O desempenho dos sistemas de condicionamento de ar fortemente influenciado pelas

variaes climatricas que se verificam em cada dia ao longo do ano. O ambiente

exterior num determinado local caracterizado por diversos parmetros, tais como a

temperatura, a humidade, a velocidade e direo do vento, a nebulosidade, a qualidade

do ar e a precipitao. A temperatura e a humidade do ar numa regio devem-se

5

essencialmente ao do vento e da radiao solar, enquanto que a qualidade do ar

exterior maioritariamente afetada pela atividade humana.

A evoluo da temperatura do ar atmosfrico ao longo do dia e ao longo do ano

significativamente influenciada pela variao anual e diria da radiao solar que incide

na superfcie terrestre. A variao da declinao da terra ao longo do ano justifica as

evolues que ocorrem na temperatura exterior nos diferentes meses, a variao da

intensidade da radiao solar incidente devida ao movimento de rotao do planeta do

nascer ao pr do sol, explica a evoluo diria das temperaturas [2].

Um fluxo de radiao trmica ao incidir numa superfcie (numa parede ou vidro, por

exemplo) subdivide-se em trs componentes radiativas: refletida (uma parte da energia

retorna atmosfera), absorvida (componente da radiao que absorvida e acumulada

termicamente pelas molculas da superfcie) e transmitida (componente da radiao que

atravessa a superfcie sem sofrer alteraes, o que acontece apenas nas superfcies

transparentes). A compreenso desta decomposio da radiao trmica muito

importante para perceber os fenmenos de transferncia e transmisso de calor que

ocorrem atravs das envolventes exteriores dos edifcios.

A ao do vento um fator tambm com grande influncia no clima. Basicamente, os

ventos so massas de ar em movimento provocado por variaes da presso atmosfrica

devidas ao desigual aquecimento verificado nos continentes e nos mares. Os ventos

provenientes do interior dos continentes tornam o clima de uma regio seco, enquanto

os provenientes dos mares, com contedos de humidade elevados, tornam o clima

hmido. A velocidade do vento afeta tambm as trocas de calor entre um edifcio e o

exterior devidas a efeitos de conveco [2].

O conhecimento das condies exteriores a que um edifcio est sujeito tem uma

importncia fulcral no dimensionamento de sistemas de climatizao e no estudo do seu

desempenho energtico.

Face variabilidade das condies do clima exterior, o RCCTE [5] apresenta dados

climticos mdios para cada concelho de Portugal Continental e para as Regies

Autnomas, distinguindo trs zonas climticas, tanto na estao de aquecimento (zonas

climticas de Inverno: I1, I2 e I3) como na estao de arrefecimento (zonas climticas de

6

Vero: V1, V2 e V3). Estas zonas climticas so influenciadas pelos dados climticos

mdios, mas tambm pela altitude e distncia costa. A zona I1 a mais fria durante o

Inverno e a zona V1 a mais quente no Vero. A Figura 1.2 apresenta as zonas climticas

definidas no RCCTE para Portugal Continental [5].

Figura 1.2 Zonas climticas em Portugal Continental Fonte: [6]

A definio destas zonas, juntamente com outros dados climticos de referncia tambm

apresentados no RCCTE [5] para cada concelho, nomeadamente a durao da estao

de aquecimento, a temperatura exterior de projeto e o nmero de graus dias, fornecem

importantes informaes a projetistas de AVAC, quando se pretende efetuar o

dimensionamento de sistemas sem recorrer a complexas simulaes trmicas. Os

requisitos da qualidade trmica das envolventes exteriores de edifcios abrangidos pelo

Sistema de Certificao Energtica (SCE) so funo da zona climtica em que se

encontram.

7

1.4 Cargas trmicas

A radiao incidente nos edifcios e a diferena de temperaturas entre o interior e o

exterior originam um fluxo de calor atravs das suas envolventes. A diferena de

humidade especfica entre o interior e o exterior do edifcio resulta num fluxo de massa

que atravessa as envolventes exteriores. As trocas de calor e massa entre o ambiente

interior e exterior traduzem-se em carga trmica sensvel e latente. Tambm as

infiltraes de ar exterior nos espaos interiores resultam numa carga trmica sensvel e

latente. A utilizao do edifcio (ocupao, iluminao, utilizao de equipamentos)

leva a que se liberte calor e vapor de gua. Todos estes fenmenos resultam em carga

trmica, que tem de ser removida (caso seja positiva) ou cedida (caso seja negativa)

para que o espao interior se mantenha nas condies desejadas. A Figura 1.3 representa

os fluxos de calor que resultam na carga trmica de um edifcio, em situao de vero e

de inverno.

Figura 1.3 Balano energtico num edifcio Fonte: Adaptado de [4]

8

No caso da ocupao , na maioria dos casos, considerado que a carga trmica igual

ao metabolismo dos ocupantes. O metabolismo funo da atividade desenvolvida. A

carga latente, carga sensvel por conveco e carga sensvel por radiao libertadas

pelos ocupantes dependem tambm das condies de temperatura, humidade e

velocidade do ar interior. A Figura 1.4 apresenta o balano trmico no corpo humano.

Figura 1.4 Balano energtico no corpo humano Fonte: [4]

No caso do clculo de cargas trmicas devidas a equipamentos, usual ser considerado

um fator de potncia e de simultaneidade.

As cargas trmicas devidas a infiltraes do ar exterior devem ser tambm consideradas,

na caracterizao de um espao. No entanto, no fcil a sua quantificao devido

incerteza em relao efetiva utilizao de janelas e portas e ao desconhecimento,

muitas vezes, das condies do vento [1]

O caudal de ar novo a insuflar nos edifcios responsvel, normalmente, por cerca de

20 a 40% da carga trmica que os sistemas de AVAC tm de eliminar [2]. A

contabilizao da energia necessria para tratamento de ar novo pode ser feita

conhecendo os caudais a insuflar e as condies interiores e exteriores de temperatura e

humidade.

9

No domnio do AVAC necessrio calcular as cargas trmicas a tratar em cada zona de

um edifcio. A importncia da determinao das cargas trmicas cobre dois aspetos

fundamentais:

o dimensionamento de equipamentos do sistema de climatizao;

a determinao do consumo de energia da instalao.

Atualmente, o clculo das cargas trmicas , na maioria dos casos, efetuado atravs de

programas informticos.

1.5 A conceo de instalaes de ventilao e climatizao

A forma mais comum de resolver as cargas trmicas de um edifcio fazer com que as

zonas a tratar sejam atravessadas por um fluido que arrefece (cede calor ao espao) ou

aquece (ganha calor do espao), consoante existam cargas trmicas negativas (calor em

dfice no espao) ou positivas (calor em excesso no espao), e que tem de ser reposto

nas suas condies iniciais, para poder ser novamente utilizado [1]. neste princpio

base que assentam a maioria dos sistemas de AVAC, apesar de existirem algumas

alternativas para aquecer ou arrefecer o interior de edifcios, como o caso por exemplo

dos processos radiativos [1].

O fluido que distribui energia pelo edifcio (fluido trmico) pode ser gua, uma soluo

aquosa (gua glicolada ou salmoura), ar, termofluido (geralmente um leo) ou ainda

gases, em aplicaes especiais. Existem tambm vrias alternativas para aquecer e

arrefecer o fluido trmico e diferentes solues para a distribuio e introduo da

energia trmica em cada espao.

A conceo do sistema de distribuio e extrao de ar deve ter em conta os efeitos de

contaminao produzidos por fontes pontuais no interior dos ambientes. Podendo estes

ser controlados atravs da criao de presses diferenciais, utilizando ventiladores de

extrao e colocando criteriosamente os dispositivos terminais de insuflao e de

extrao (grelhas e difusores). Deste modo, os contaminantes podem ser evacuados

10

antes de se espalharem pela zona ocupada. A limpeza do ar tambm um importante

processo para assegurar condies interiores adequadas e consiste na reteno de parte

das partculas suspensas em filtros [1].

Um sistema de ventilao e climatizao pode ser constitudo por uma grande

quantidade de equipamentos e componentes: caldeiras (recorrendo a diferentes tipos de

combustveis para produzir calor), bombas de calor, chillers (de arrefecimento a ar ou a

gua), coletores solares, equipamentos de co-gerao, unidades de ventilao, unidades

de tratamento de ar, ventiloconvectores, ventiladores, bombas de circulao, difusores,

grelhas etc.

A conceo de uma instalao de AVAC exige o conhecimento do edifcio, das suas

cargas trmicas, do clima em que se insere, das expectativas dos utilizadores e da

legislao aplicvel. O projeto deve garantir corretas condies de funcionamento do

sistema em perodos distintos, prever a monitorizao de forma a poderem ser seguidas

e registadas as condies de funcionamento e assegurar a facilidade de manuteno e

substituio de equipamentos. A Figura 1.5 apresenta o esquema de uma instalao de

AVAC onde se pode identificar uma caldeira (encarnado), um chiller (azul), uma UTA

(verde) e a distribuio de ar num edifcio.

Figura 1.5 Sistema de climatizao de um edifcio

Fonte: [7]

11

1.6 Objetivos e organizao do trabalho

O presente trabalho foi realizado no mbito da unidade curricular Trabalho de Final de

Mestrado (TFM) do mestrado em Engenharia Mecnica, perfil de Energia, Refrigerao

e Climatizao do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL).

Este trabalho pretende apresentar o projeto de AVAC de um edifcio cujo principal

espao uma cafetaria. Um dos objetivos estabelecidos foi determinar as cargas

trmicas a tratar em cada espao com recurso a simulaes efetuadas em dois softwares:

Carrier HAP e Energyplus. Incluem-se tambm nos objetivos do trabalho a realizao

do projeto do Sistema Solar Trmico (SST) do edifcio, o enquadramento regulamentar

(RSECE/ RCCTE) e a determinao da classe energtica da frao.

Este documento foi organizado em seis captulos. No captulo 1, Introduo, so

apresentados alguns conceitos tericos relevantes ao desenvolvimento do trabalho, bem

como os seus objetivos e organizao.

O captulo 2 pretende caracterizar pormenorizadamente o edifcio a estudar sendo

apresentada a sua localizao, arquitetura, ocupao esperada, iluminao e

equipamentos previstos, solues construtivas adotadas, caudais de ar a insuflar e a

extrair e caudais de infiltraes de ar exterior a considerar.

No captulo 3 apresentam-se as metodologias adotadas para determinao das potncias

de climatizao a instalar, recorrendo a simulao trmica dinmica nos softwares HAP

e Energyplus, bem como os resultados obtidos e o dimensionamento dos principais

equipamentos, rede aerulica e rede hidrulica do sistema de AVAC.

O captulo 4 dedicado ao projeto de SST do edifcio, sendo apresentada a estimativa

dos consumos de guas Quentes Sanitrias (AQS), os resultados obtidos na simulao

do sistema com o software Solterm e o dimensionamento dos principais equipamentos.

O enquadramento regulamentar do edifcio feito no captulo 5, onde so tambm

apresentadas as metodologias e resultados de simulaes efetuadas no HAP e no

12

Energyplus, em condies nominais de funcionamento, para determinao do IEE e da

classe energtica da frao.

O trabalho termina com o captulo 6, onde so apresentadas as concluses mais

relevantes.

Do conjunto de anexos, importa salientar o Anexo D, onde so apresentados os

desenhos dos projetos de AVAC e de SST, incluindo implantao de equipamentos e

traados de redes de fluidos e esquemas de princpio, que faziam tambm parte dos

objetivos propostos para este TFM.

13

2 Caracterizao do edifcio

2.1 Descrio do edifcio

A Fundao Calouste Gulbenkian pretende realizar uma interveno no antigo Centro

de Iniciao Artstica Infantil (CIAI), localizado dentro do permetro do conjunto dos

Edifcios e Jardim da Fundao (ver Figura 2.1).

O edifcio em estudo situa-se junto entrada Nascente da Fundao, na Rua Marqus de

S da Bandeira, e encontra-se encerrado h vrios anos, por questes relacionadas com

a insalubridade dos espaos. A construo tem uma configurao irregular,

aproximando-se de uma forma triangular, com uma fachada paralela rua e apresenta

dois pisos, um dos quais, enterrado.

Figura 2.1 Localizao do edifcio a intervencionar no recinto da Fundao Calouste Gulbenkian Fonte: Adaptado de GoogleEarth

14

A interveno prev a eliminao da cave e a demolio da rea superior

correspondente no piso trreo, ficando o edifcio com apenas um piso.

O programa inclui a instalao de um Dialogue Cafe, um pequeno espao preparado

para videoconferncias, que possibilita ao cidado comum comunicar cara a cara com

outros cidados, em Dialogue Cafes de outras cidades do mundo. Prev-se tambm a

criao de uma rea de cafetaria, com uma generosa esplanada voltada a sul e para o

jardim. Os grandes vos envidraados, em paredes opostas da cafetaria, permitem criar

uma continuidade visual entre o espao interior e o jardim e esplanada.

No interior, o espao ir dividir-se em reas de pblico e reas de servio.

Na Figura 2.2 e na Figura 2.3 apresentam-se as demolies (a amarelo) e novas

construes (a encarnado) propostas pela arquitetura e a planta do edifcio remodelado.

Figura 2.2 Alteraes previstas no edifcio (amarelo a demolir, encarnado a construir) Fonte: Projeto de arquitetura Dialogue Cafe

15

Figura 2.3 Edifcio remodelado Fonte: Adaptado de Projeto de arquitetura Dialogue Cafe

Tratando-se de um edifcio de servios, foram identificados os espaos em que devero

ser asseguradas condies interiores de conforto trmico e qualidade do ar adequada

recorrendo ao Regulamento dos Sistemas Energticos e de Climatizao de Edifcios

(DL. 79/2006, de 4 de Abril RSECE [8]): a cafetaria, o Dialogue Cafe e o gabinete.

De notar que existe tambm uma copa, que apesar de no ter diretamente exigncias de

ar novo segundo o RSECE, um espao que comunica em permanncia com a cafetaria

atravs do balco e onde se iro encontrar funcionrios do edifcio. Apesar das reas

tcnicas, instalaes sanitrias e arrumos no estarem abrangidos pelo regulamento, so

locais onde necessrio assegurar renovaes de ar, de modo a garantir a remoo de

odores, impedir a acumulao de humidade, manter a salubridade no interior do edifcio

e promover a longevidade de materiais e equipamentos.

16

2.2 Caudais de ar a insuflar e extrair

2.2.1 Caudais mnimos de ar novo

Na determinao do caudal de ar novo a insuflar em cada espao, importante ter em

considerao a eficincia do sistema de ventilao. A eficincia de ventilao define-se

como a razo entre o caudal de ar novo que efetivamente chega zona ocupada de um

dado espao e o caudal de ar novo insuflado no mesmo. H sempre algum ar insuflado

que extrado, sem que passe na proximidade dos ocupantes. Segundo a Agncia para a

Energia (ADENE), devem ser utilizados os seguintes valores de eficincia de

ventilao, de acordo com as situaes seguidamente descritas:

60% nos casos em que a insuflao e a extrao so ambas feitas pelo teto, ou

junto deste e prximas entre si, sem medidas especficas para reduzir o risco de

curto-circuito do ar entre elas;

70% nos casos que se enquadrem numa situao intermdia entre as descritas

para utilizao dos valores de eficincia de 60% e 80%, por exemplo, quando

apenas ocorre curto-circuito relativamente a uma parte dos difusores/grelhas de

insuflao;

80% nos espaos com boa estratgia de distribuio do ar insuflado, incluindo

situaes com insuflao e extrao (ambas) no teto ou junto deste, desde que

exista cumulativamente:

i. Minimizao do risco de curto-circuito, atravs da maximizao da distncia

insuflao - extrao, ou de estratgias que otimizem o percurso efetivo do jacto

de ar de insuflao na zona ocupada;

ii. Difusores de alta induo, bem distribudos;

iii. Extrao em zonas mortas do campo do escoamento;

17

90 % - situaes em que a insuflao se faz numa zona junto ao pavimento e a

extrao junto ao teto sem hiptese de curto circuito, ou outro tipo de insuflao

em que a mistura excelente e se aproxima da eficincia de sistemas do tipo por

deslocamento (displacement) [9].

No edifcio em estudo no ser instalado um sistema do tipo displacement por

limitaes arquitetnicas. A soluo de insuflao de ar discutida com a equipa de

arquitetura desde uma fase inicial passa pela instalao de difusores lineares,

encastrados no teto falso e uniformemente distribudos pelo espao ocupado. A

principal razo para ser adotada esta soluo prende-se com o facto dos difusores

lineares poderem acompanhar a mtrica das claraboias (descritas no captulo 2.5.2.2) e

das luminrias, conjugando diferentes especialidades numa soluo harmoniosa.

Tambm se pretende uma soluo discreta para a extrao de ar nos diferentes espaos,

enquadrada com os elementos de construo. Sero instaladas grelhas contnuas de

parede ou sancas no teto para extrao de ar.

Com base nas solues de insuflao e extrao propostas, foi considerada uma

eficincia de ventilao de 70%, para a generalidade do edifcio. Apenas numa parte da

cafetaria ter de ser previsto um sistema ligeiramente diferente e com uma eficincia de

ventilao mais baixa (60%), uma vez que a inexistncia de teto falso no permite a

instalao de difusores. Foi calculada uma eficincia total de 68% para a cafetaria, a

metodologia adotada para determinao deste valor pode ser consultada no anexo A.1.

O nmero de ocupantes da cafetaria, do Dialogue Cafe e do gabinete foi definido com

base no mobilirio apresentado nos desenhos do projeto de arquitetura, que podem ser

consultados no anexo A.2.

Adicionalmente aos 28 ocupantes que se podem encontrar na cafetaria, ser de esperar

mais um ocupante, o empregado de mesa, pelo que foi considerada uma ocupao total

de 29 pessoas neste espao.

Uma vez que a copa se encontra em contacto permanente com a cafetaria atravs do

balco, no ser insuflado ar novo directamente neste espao, apenas ser considerada

18

extrao. Desta forma assegura-se a renovao do ar na copa sem o risco de serem

transferidos odores indesejveis para o espao mais nobre do edifcio, a cafetaria.

A Tabela 2.1 identifica os espaos do edifcio que apresentam exigncias

regulamentares de caudais de ar novo, o tipo de atividade de cada local segundo o

RSECE [8], o nmero de ocupantes, a rea, a eficincia de ventilao e os caudais

mnimos a insuflar para que seja cumprido o regulamento. No caso dos espaos com

tipo de atividade gabinetes, em que o RSECE estabelece caudal de ar novo mnimo

por ocupante e por metro quadrado de rea til, ser adotado o maior dos dois valores

calculados.

Tabela 2.1 Determinao do tipo de atividade e caudais de ar novo a insuflar, segundo o RSECE [8]

Esp. n

Designao Tipo de

atividade A

(m2) N

ocup AN

(m3/h.ocup) AN

(m3/h.m2) QAN mn.

(m3/h)

2 Cafetaria Salas

refeies 92,9 29 35 0 0,68 1500

3 Dialogue Cafe

Gabinetes 23,4 4 35 5 0,7 200

4 Gabinete Gabinetes 9,5 1 35 5 0,7 70

Foram tambm determinados os caudais mnimos de ar novo recorrendo norma

EN15251:2007 [10]. Esta norma define categorias da qualidade do ambiente interior,

segundo as quais so definidos os critrios para dimensionamento dos sistemas de um

edifcio [10]. Uma vez que estas categorias esto diretamente relacionadas com as

expectativas dos ocupantes, assumiu-se que nos espaos sem ocupao permanente no

h necessidade de insuflao de ar novo. Estipulou-se que o edifcio deve apresentar

categoria II relativamente qualidade do ar interior, por se tratar de uma grande

remodelao e por se pretender uma boa qualidade do ambiente interior. Uma vez que

no ser permitido fumar e no se prev a utilizao de materiais de construo e

acabamentos no ecologicamente limpos, consideram-se as emisses no interior do

edifcio very low. A Tabela 2.2 apresenta os caudais de ar novo mnimos a insuflar

19

em cada espao, determinados segundo o mtodo baseado na ocupao e nos

componentes do edifcio definido na norma EN 15251:2007 [10].

Tabela 2.2 Determinao de caudais de ar novo a insuflar em cada espao segundo EN 15251:2007 [10]

Esp. n Designao Categoria Emisses do

edifcio Ar Novo (m3/h)

2 Cafetaria II very low 1255

3 Dialogue Caf II very low 190

4 Gabinete II very low 55

Ser utilizado, para cada espao, o maior dos caudais de ar novo determinado por ambos

os mtodos (RSECE [8] e mtodo baseado na ocupao e componentes do edifcio da

EN 15257:2007 [10]). Conforme se pode verificar por comparao dos resultados

apresentados na Tabela 2.1 e na Tabela 2.2, a legislao nacional (RSECE [8]) que

apresenta os valores mais exigentes.

2.2.2 Necessidades de renovao de ar

Conforme referido no captulo 2.1, devero ser asseguradas renovaes do ar interior

mesmo nos espaos sem caudais de ar novo impostos pela legislao. Por consulta de

bibliografia relativa ao nmero de renovaes por hora de ar (RPH) aconselhvel para

diferentes espaos, definiram-se os valores apresentados na Tabela 2.3

Tabela 2.3a Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados

Designao RPH

Circulaes 2

Instalaes Sanitrias 10

20

Tabela 2.3b Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados

Designao RPH

reas tcnicas 5

Arrumos 2

Fonte: adaptado de Especificaes Tcnicas para Instalaes de AVAC [11]

O caudal extrado no tipo de espaos indicados na Tabela 2.3 ser proveniente dos

espaos onde existe insuflao de ar novo.

Tabela 2.4 Renovaes por hora mnimas de ar e correspondente caudal nos espaos no climatizados

Esp. n Designao RPH mnimas Volume

(m3)

Q mnimo

(m3/h)

6 Circulao 10 14,4 144

7.1 IS Homens 10 16,6 166

7.2 IS Senhoras 10 16,3 163

7.3 IS Mob. Condicionada 10 9,8 98

8 Circulao 2 31,2 62

9 Vestirios 10 16,6 166

10 Economato 2 2,9 6

11 rea tcnica 5 5 27

12 Arrumos/ Economato 5 5 46

2.3 Balano de caudais

Para que seja assegurada presso positiva nos espaos interiores, deve ser extrado um

caudal cerca de 10% inferior ao caudal insuflado [12]. Esta indicao ser considerada

na determinao dos caudais a insuflar e extrair em cada espao, sendo desejvel que os

locais climatizados, com exceo da copa, se encontrem em sobrepresso quando o

sistema de AVAC se encontra a funcionar, evitando as infiltraes de ar no

climatizado, proveniente de outros espaos do edifcio ou do exterior. Na copa,

21

pretende-se uma presso negativa, de modo a assegurar que no ocorre propagao de

cheiros desta zona para o restante edifcio.

A Tabela 2.5 apresenta os caudais de insuflao/extrao determinados para cada

espao do edifcio, tendo em conta:

os caudais de ar novo mnimos para os espaos climatizados (apresentados no

captulo 2.2.1);

as renovaes do ar pretendidas para os locais no climatizados (apresentadas na

Tabela 2.3);

se pretendida sobrepresso ou depresso para cada espao.

De notar que, apesar de no existirem exigncias de ar novo para as circulaes, ser

insuflado ar na circulao 8, de modo a compensar as extraes a efetuar em alguns dos

restantes espaos.

Tabela 2.5 Caudais a insuflar e extrair

Esp.

n Designao

A

(m2)

Pd

(m)

V

(m3) Climatizado?

Qins

(m3/h)

Qext

(m3/h)

2 Cafetaria 92,9 2,7 250,8 Sim 1500 710

3 Dialogue Cafe 23,4 2,7 63,2 Sim 200 180

4 Gabinete 9,5 2,7 25,7 Sim 70 60

5 Copa/ Balco 19,7 2,5 49,3 Sim - 200

6 Circulao 6 2,4 14,4 No - -

7.1 IS Homens 6,9 2,4 16,6 No - 170

7.2 IS Senhoras 6,8 2,4 16,3 No - 170

7.3 IS Mob. Condicionada 4,1 2,4 9,8 No - 100

8 Circulao 13 2,4 31,2 No 260 -

9 Vestirios 6,9 2,4 16,6 No - 170

10 Economato 1,2 2,4 2,9 No - 10

11 rea tcnica 2,2 2,4 5,3 No - 30

12 Arrumos/ Economato 3,8 2,4 9,1 No - 50

22

Devido ao tipo de atividades que se desenvolvem na copa que originam uma elevada

carga trmica de equipamentos e geram odores desagradveis, ser considerada a

existncia de uma hotte compensada. Estabeleceu-se que a hotte compensada dever ter

capacidade para assegurar 12 RPH da copa [11]. O caudal de ar a movimentar pela hotte

com compensao dever ser de 590 m3/h.

2.4 Ganhos internos

2.4.1 Iluminao

Consultando o projeto de iluminao do edifcio, foi possvel determinar o nmero e

potncia eltrica das luminrias de cada espao. Determinou-se, deste modo, a

densidade de iluminao (W/m2) em cada local. No anexo A.3 apresentam-se as plantas

do projeto de luminotecnia para os diferentes locais do edifcio.

A Tabela 2.6 apresenta a densidade de iluminao em cada espao. De notar que a

cafetaria, as instalaes sanitrias e os vestirios apresentam mais do que um tipo de

luminria. Todas as luminrias sero equipadas com lmpadas fluorescentes.

Tabela 2.6a Determinao de densidade de iluminao em cada espao

Esp. n

Designao N de

luminrias

Potncia/ luminria

(W)

Potncia total

iluminao (W)

Densidade iluminao

(W/m2)

2 Cafetaria 6+3 80+70 690,0 7,4

3 Dialogue Cafe 3 90 270,0 11,5

4 Gabinete 2 100 200 21,1

5 Copa/ Balco 2 80 160 8,1

6 Circulao 1 50 50 8,3

7.1 IS Homens 2+1 35+45 111 16,1

7.2 IS Senhoras 2+1 35+45 111 16,3

7.3 IS Mob. Condicionada 2 65 130 31,7

23

Tabela 2.6b Determinao de densidade de iluminao em cada espao

Esp. n

Designao N de

luminrias

Potncia/ luminria

(W)

Potncia total

iluminao (W)

Densidade iluminao

(W/m2)

8 Circulao 9 20 180 13,8

9 Vestirios 1+1+2 90+25+20 155 22,5

10 Economato 2 40 80 66,7

11 rea tcnica 0 0 0 0

12 Arrumos/ Economato 4 20 80 21,1

2.4.2 Equipamentos eltricos

Consultando o projeto de alimentaes especficas do edifcio, foi possvel identificar os

equipamentos previstos para a copa e para o Dialogue Cafe. O projeto de alimentaes

especficas destes espaos pode ser consultado no Anexo A.4.

Na copa, parte da carga trmica libertada pelos equipamentos em funcionamento

removida juntamente com o caudal de ar extrado pela hotte.

No Dialogue Cafe, adicionalmente ao ecr previsto no projeto de alimentaes

especficas, foi considerada a utilizao de quatro computadores portteis (laptop), um

por cada utilizador.

No gabinete, foram considerados os equipamentos tipicamente associados a um posto

de trabalho de escritrio.

A determinao dos ganhos de calor radiante por equipamentos eltricos do Dialogue

Cafe, da copa e do gabinete teve como base os valores tpicos recomendados nos

manuais da ASHRAE [3]. Segundo o ASHRAE Fundamental Handbook de 2009 [3],

para determinar os ganhos de calor de um espao devidos ao funcionamento de um

equipamento, deve ser considerado o consumo energtico desse equipamento associado

aos coeficientes de radiao (FR) e de utilizao (FU). O coeficiente de utilizao

aplicado potncia eltrica do equipamento, permite obter o consumo energtico mdio

24

do aparelho. O coeficiente de radiao relaciona o consumo energtico mdio do

aparelho com calor que radia [3].

Na cafetaria e restantes espaos do edifcio, falta de informao adicional, assumiu-se

a densidade de equipamentos definida no anexo XV do RSECE para edifcios de

tipologia Pronto-a-Comer (30 W/m2) [8].

A Tabela 2.7 apresenta as cargas e densidade de equipamentos determinadas para cada

espao.

Tabela 2.7a Determinao de densidade de equipamentos em cada espao

Esp. n

Designao Equip. Pot. Ele.

(W) FR FU

Carga (W)

Densidade equip.

(W/m2)

2 Cafetaria RSECE

30

3 Dialogue Cafe

Monitor CTS 110 0,67 1 73,7

Laptops (4x) 4x36 0,75 1 4x27

TOTAL

182 7,8

4 Gabinete

Computador 65 0,75 1 48,75

Monitor 70 0,75 1 52,5

Impressora 215 0,55 1 118,25

Fax 15 0,75 1 11,25

TOTAL

231 24

5 Copa/ Balco

Forno 5510 0,2 0,14 154

Torradeira 1700 0,11 0,64 120

Tostadeira 1700 0,38 0,55 355

Mquina de sumos 150 0,15 0,2 4,5

Bancada refrigerada 791 0,45 0,41 146

Mquina de lavar loia

1690 0,27 0,34 155

Moinho de caf 180 0,15 0,2 5,4

Mquina de caf 2403 0,15 0,33 119

TOTAL

1059 481

6 Circulao RSECE - - - - 30

25

Tabela 2.7b Determinao de densidade de equipamentos em cada espao

Esp. n

Designao Equip. Pot. Ele.

(W) FR FU

Carga (W)

Densidade equip.

(W/m2)

7.1 IS Homens RSECE - - - - 30

7.2 IS Senhoras RSECE - - - - 30

7.3 IS Mob. Condicionada

RSECE - - - - 30

8 Circulao RSECE - - - - 30

9 Vestirios RSECE - - - - 30

10 Economato RSECE - - - - 30

11 rea tcnica RSECE - - - - 30

12 Arrumos/ Economato

RSECE - - - - 30

2.4.3 Ocupao

A ocupao a considerar em cada espao foi determinada com base no mobilirio das

plantas de arquitetura, foi indicada anteriormente (verificar Tabela 2.1) e utilizada na

determinao de caudais de ar novo mnimos a insuflar. Adicionalmente, assumiram-se

3 ocupantes na copa, para que seja considerada a carga devida ocupao neste espao.

Definiram-se os seguintes nveis de atividade para cada espao climatizado, por se

entender que so os que melhor traduzem o comportamento esperado para os ocupantes:

Cafetaria atividade sedentria (160 W/ ocupante);

Gabinete e Dialogue Cafe trabalho de escritrio (132 W/ ocupante);

Copa atividade mdia (220 W/ ocupante).

2.4.4 Perfis de utilizao

Para definir os perfis de utilizao de equipamentos e de ocupao da cafetaria e do

Dialogue Cafe, foram considerados os padres de referncia de utilizao dos

26

edifcios indicados no anexo XV do RSECE [8] e o horrio de funcionamento da

Fundao Calouste Gulbenkian (das 9 s 18 horas). Apesar do acesso ao pblico ser

apenas das 9 s 18 horas, considerou-se que existir alguma utilizao do edifcio pelos

funcionrios uma hora antes e uma hora depois deste perodo. Assim, estima-se que a

cafetaria e o Dialogue Caf apresentem perfis de utilizao de equipamentos e de

ocupao semelhantes aos definidos no RSECE entre 9 s 18 horas. Entre as 8-9h e as

18-19h, assumiu-se o menor valor dirio do padro de utilizao de RSECE. Ser

considerada a tipologia Pronto-a-comer para o espao de cafetaria e Escritrios para

o espao de Dialogue Cafe.

Na copa e no gabinete, por serem espaos destinados aos funcionrios do edifcio,

prev-se que a ocupao seja de 100% das 8 s 19h.

Na copa, sero instalados equipamentos que funcionam em permanncia (como o caso

da bancada refrigerada). Por esta razo, foi assumido que 15% dos equipamentos deste

espao se mantm a funcionar durante a noite. No gabinete, foi considerada a utilizao

de 100% dos equipamentos das 8 s 19 h.

Foi assumido que a iluminao do edifcio se mantm ligada na totalidade das 8 s 19h.

2.5 Envolvente exterior

2.5.1 Envolvente exterior opaca

2.5.1.1 Paredes exteriores

As paredes exteriores do edifcio so compostas por dupla alvenaria de tijolo furado

com pano interior de 0,11 m de espessura e pano exterior de 0,20 m, com caixa-de-ar de

0,05 m de espessura, com revestimento interior em reboco com 0,01 m de espessura

massa volmica 2000 kg/m3 e condutibilidade trmica 1,8 W/mC. [13] Est previsto o

revestimento exterior destas envolventes com 0,06 m de argamassa trmica composta

por agregados de poliestireno expandido moldado (EPS) com condutibilidade trmica

27

0,07 W/mC [14] Com exceo das instalaes sanitrias, em que o acabamento interior

ser em pedra mrmore amaciada, o acabamento interior ser em estuque pintado. O

acabamento exterior das paredes ser numa fina camada de beto, de cor clara. As

paredes exteriores apresentam coeficiente de transmisso trmica U=0,48 W/m2C. No

anexo A.5 pode consultar-se a tabela com os dados utilizados para determinao do

coeficiente de transmisso trmica das paredes exteriores do edifcio.

2.5.1.2 Pontes trmicas planas

Foram identificadas zonas de ponte trmica plana nos desenhos de arquitetura,

correspondentes a pilares de beto, com espessura de 0,4 m, massa volmica superior a

2300 kg/m3 e condutibilidade trmica 2 W/mC [13], com revestimento interior em

reboco de 0,01 m de espessura, com massa volmica superior a 2000 kg/m3 e

condutibilidade trmica 1,8 W/mC [13]. Est previsto o revestimento exterior destas

envolventes com 0,06 m de argamassa composta por agregados de poliestireno

expandido moldado (EPS) com condutibilidade trmica no superior a 0,07 W/mC

[14]. O acabamento interior destes elementos ser estuque pintado. Os pilares

apresentam um coeficiente de transmisso trmica U=0,78 W/m2C. A cor exterior dos

pilares ser clara. No anexo A.5 pode consultar-se a tabela com os dados utilizados para

determinao do coeficiente de transmisso trmica dos pilares do edifcio.

2.5.1.3 Cobertura exterior

A cobertura do edifcio ser plana, com teto falso interior em gesso cartonado com

caixa-de-ar, laje de beto de 0,2 m, com massa volmica de 2300 kg/m3 e

condutibilidade trmica 2 W/mC, betonilha (para formao de pendente) com 0,05 m

de espessura, massa volmica de 2000 kg/m3 e condutibilidade trmica no inferior a

1,65 W/mC e isolamento trmico exterior em placa de poliestireno expandido

extrudido com espessura de 0,10 m e condutibilidade trmica de 0,035 W/mC,

revestida por seixo rolado [13]. A soluo de cobertura apresenta um coeficiente de

28

transmisso trmica 0,3 W/m2C tanto em regime de fluxo de calor ascendente como

descendente. A cor exterior da cobertura ser clara. No anexo A.5 pode consultar-se a

tabela com os dados utilizados para determinao do coeficiente de transmisso trmica

da cobertura do edifcio.

2.5.1.4 Pavimento em contacto com o solo

Est previsto isolamento trmico no pavimento, acima da laje existente e sob betonilha

a colocar. O isolamento ser prolongado de modo a isolar as pontes trmicas lineares na

juno do pavimento com as envolventes exteriores verticais. O isolamento destas

pontes trmicas ser assegurado em todo o permetro do edifcio.

O isolamento trmico apresenta uma resistncia de 0,88 m2/C.W [13].

2.5.2 Envolvente exterior envidraada

2.5.2.1 Janelas e portas

Segundo o mapa de vos do projeto de arquitetura, todas as caixilharias do edifcio

sero metlicas, com corte trmico e com classificao de permeabilidade ao ar de 3

Identificam-se no edifcio vos fixos, vos de abertura giratria e vos de abertura de

correr.

Os vidros de todos os vos sero duplos compostos por vidro exterior de 6 mm com

capa de baixa emissividade, caixa de ar de 16 mm e vidro interior de 6 mm.

Existem elementos que sombreiam alguns dos vos do edifcio. O vo da cafetaria

orientado a sul, ser sombreado por uma pala em beto. O vo do Dialogue Cafe e o vo

do gabinete sero sombreados pelo prprio edifcio (que produz um efeito semelhante a

palas verticais, para estes vos) e por uma pala exterior horizontal.

29

A Tabela 2.8 apresenta as caractersticas dos vos envidraados do edifcio.

Tabela 2.8 Caracterizao das janelas e portas

Coeficiente de transmisso trmica do

vidro (W/m2.C) [15] 1,4

Coeficiente de transmisso trmica das

caixilharias (W/m2.C) 4,5

Coeficiente de sombreamento [15] 0,4

Fator solar do vidro [15] 0,32

2.5.2.2 Claraboias

O edifcio ser dotado de claraboias, distribudas pelos diferentes espaos, conforme se

pode verificar na Figura 2.4. As claraboias apresentam uma geometria pouco

convencional, apresentando vidros verticais e no horizontais, como habitual. A

Figura 2.5 apresenta um corte do edifcio na zona da cafetaria, sendo identificados a

azul os vidros das claraboias.

Segundo o mapa de vos do projeto de arquitetura, as caixilharias das claraboias sero

metlicas, com corte trmico e classe de permeabilidade ao ar 3, fixas ou de abertura

giratria. Os vidros sero duplos com vidro exterior de 6 mm com capa de baixa

emissividade, caixa-de-ar de 16 mm e vidro interior de 6 mm. A Tabela 2.9 apresenta as

caractersticas das claraboias do edifcio.

30

Figura 2.4 Claraboias do edifcio (a azul) cobertura

Fonte: Adaptado de projeto de arquitetura Dialogue Cafe

Figura 2.5 Claraboias do edifcio (a azul) corte na zona da cafetaria

Fonte: Adaptado de projeto de arquitetura Dialogue Caf

Tabela 2.9 Caracterizao das claraboias

Coeficiente de transmisso trmica do vidro

(W/m2.C) [15] 1,4

Coeficiente de transmisso trmica das

caixilharias (W/m2.C) 4,5

Coeficiente de sombreamento [15] 0,4

Fator solar do vidro [15] 0,32

31

2.6 Infiltraes

Quando o sistema de ventilao do edifcio se encontra ligado, os espaos climatizados

esto em sobrepresso e no ocorrem infiltrao de ar proveniente do exterior atravs da

envolvente. Assim, na generalidade dos espaos, ser assumido que apenas quando o

sistema desliga podem ocorrer infiltraes de ar exterior.

Para determinar a taxa de renovaes por hora devidas a infiltraes, recorreu-se

metodologia apresentada no RCCTE para clculo deste parmetro [5].

Considerou-se uma classe de exposio 1 por se tratar de um edifcio em meio urbano

com menos de 10 m de altura. No Anexo A.6, podem verificar-se mais

pormenorizadamente os dados considerados para determinao da infiltrao nos

diversos espaos, recorrendo metodologia do RCCTE [5].

Dado o tipo de utilizao da cafetaria, de esperar que durante o perodo de

funcionamento entrem e saiam ocupantes diversas vezes. de prever que a abertura

frequente das portas exteriores resulte numa infiltrao de ar significativa, que tem de

ser tida em considerao na caracterizao deste espao. O caudal de infiltrao atravs

de portas depende da rea da porta, do diferencial de presso entre o exterior e o interior

do edifcio, do coeficiente de descarga da porta quando est aberta e da frao de tempo

que se encontra aberta. Obter o coeficiente de descarga, nestes casos, complicado uma

vez que este vai variando medida que a porta abre e fecha. Para simplificar estes

clculos, a ASHRAE desenvolveu um grfico que combina o coeficiente de descarga de

portas medida que abrem e fecham com a frao de tempo que se encontram abertas,

considerando um determinado nvel de utilizao. Este grfico apresenta o coeficiente

de descarga em funo do nmero de pessoas que utilizam a porta por hora e pode ser

consultado na Figura A.17 do Anexo A.6.

No manual ASHRAE Fundamentals 2009 [3] proposta a seguinte metodologia para

clculo das infiltraes devido utilizao de portas automticas em edifcios de

servios:

32

= Equao 2.1

Sendo Q o caudal de infiltrao (l/s), CA o coeficiente de descarga da porta obtido com

base no nmero de utilizadores por hora e na consulta do grfico publicado no manual

ASHRAE Fundamentals 2009 [3] e apresentado na Figura A.17 do Anexo A.6., A a

rea de porta (m2) e Rp um valor relacionado com o diferencial de presso entre o

interior e o exterior do edifcio, determinado por consulta de um grfico publicado no

manual ASHRAE Fundamentals 2009 e apresentado na Figura A.18 do Anexo A.6, que

tem em considerao a diferena entre a temperatura do ar exterior e interior e a altura

do edifcio em anlise [3].

A metodologia proposta pela ASHRAE foi adaptada ao caso em estudo tendo em

considerao que, ao contrrio do que acontece com as portas automticas, quando as

portas so manuais no comum que seja aberta a totalidade da porta cada vez que

entra ou sai um utilizador.

Existem duas portas na cafetaria, cada uma com rea de 5,7 m2, dividida em duas folhas

de 2,7 m2. Assumiu-se que apenas uma das folhas da porta aberta quando uma pessoa

entra ou sai da cafetaria e ainda que no aberta na totalidade mas apenas 2/3 (A=1,8

m2).

Assumiu-se que, durante uma hora, entram e saem 28 pessoas da cafetaria (nmero total

de lugares sentados no seu interior), tendo sido obtido um coeficiente de descarga de 30

l/s.m2.Pa0,5, como se pode verificar no Anexo A.6.

Para o edifcio em estudo, com altura de 3 m e valores de Tinterior Texterior

compreendidos entre os -7 e 15C, o valor de Rp sensivelmente 4,5 Pa0,5, como se

pode verificar no Anexo A.6. Assim, determinou-se que, durante o perodo de

funcionamento, a infiltrao de ar exterior na cafetaria ser de 3,5 RPH.

33

= (/) () =!" A $ 3,6

= 30)/(*.,. -.,/) 1,8, 4,5-.,/ 3,6250,8 = 3,5

Durante o perodo em que a cafetaria est encerrada, a infiltrao de ar exterior foi

determinada segundo a mesma metodologia dos restantes espaos do edifcio (mtodo

do RCCTE [5]).

As infiltraes determinadas para cada espao so as apresentadas na Tabela 2.10

Tabela 2.10 Determinao de infiltraes em cada espao (RPH)

Esp. n Designao RPH infiltraes

2 Cafetaria 0,85/ 3,5

3 Dialogue Cafe 0,85

4 Gabinete 0,85

5 Copa/ Balco 0,75

6 Circulao 0,75

7.1 IS Homens 0,75

7.2 IS Senhoras 0,75

7.3 IS Mob. Condicionada 0,75

8 Circulao 0,85

9 Vestirios 0,75

10 Economato 0,75

11 rea tcnica 0,75

12 Arrumos/ Economato 0,75

35

3 Projeto de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado (AVAC)

3.1 Simulao Trmica Dinmica

A utilizao de programas informticos para a simulao trmica de edifcios tem vindo

a ganhar fora entre os projetistas de AVAC. O recurso a estas ferramentas permite a

simulao de situaes reais e a obteno de dados de estudo bastante fidedignos, muito

teis tanto para anlise de desempenho energtico dos edifcios como para o ensaio de

diferentes solues de projeto. Existem, hoje em dia, diversos programas informticos

de simulao.

A norma ASHRAE 140 especifica procedimentos para avaliar as capacidades tcnicas

de programas informticos de simulao trmica de edifcios [16]. O conjunto de testes

apresentado nesta norma consiste em:

1. Testes comparativos baseados na envolvente trmica dos edifcios, cargas

internas e desempenho de equipamentos de AVAC

2. Testes analticos de verificao do desempenho de equipamentos AVAC [16].

Segundo a legislao nacional atualmente em vigor (RSECE [8]), devero ser utilizados

softwares de simulao trmica dinmica acreditados pela norma ASHRAE 140 -2004

[17], para efeitos de verificao dos requisitos aplicveis.

No presente trabalho, o dimensionamento dos principais equipamentos do sistema de

AVAC foi efetuado com base em resultados de simulaes dinmicas, executadas em

dois softwares acreditados pela norma ASHRAE 140: Carrier HAP e Energyplus [16].

Desta forma, pretende-se recorrer a diferentes ferramentas de que os projetistas de

AVAC dispem atualmente para dimensionar equipamentos e verificar se a utilizao

de programas distintos pode afetar significativamente os equipamentos de climatizao

selecionados.

36

Para que os resultados obtidos com os dois programas sejam comparveis, necessrio

que sejam assumidos os mesmos pressupostos e utilizado o mesmo ficheiro climtico

em ambos.

Os ndices de Eficincia Energtica de referncia (IEEref) apresentados no RSECE

foram determinados utilizando a base de dados climtica do programa Solterm (verso

5) [18]. Por esta razo, nas simulaes realizadas, foi utilizado um ficheiro climtico

que inclui dados do ficheiro climtico do Solterm para o concelho de Lisboa e alguns

dados adicionais (como por exemplo a velocidade do vento), convertido para o formato

.epw, que pode ser lido tanto pelo Energyplus como pelo HAP. Este ficheiro climtico

disponibilizado no mesmo website onde se pode fazer download do Energyplus [16].

Pretende-se que os espaos com ocupao permanente sejam mantidos nas condies de

conforto de referncia apresentadas no RCCTE ou seja, temperatura do ar de 20C para

a estao de aquecimento e de 25C para a estao de arrefecimento. Considerou-se,

ento, que as temperaturas interiores de todos os espaos climatizados devem manter-se

dentro do intervalo 20-25C, sempre que o edifcio estiver em funcionamento.

3.1.1 Simulao com Carrier HAP

3.1.1.1 Modelao do edifcio

Foram introduzidos no HAP todos os dados relativos aos diferentes espaos do edifcio

a climatizar, apresentados no captulo 2 (ganhos internos, envolventes exteriores,

infiltrao e perfis de utilizao).

De notar que no HAP so introduzidas as zonas a climatizar uma a uma,

individualmente e no o edifcio como um todo.

Para que sejam consideradas as trocas de calor de uma zona climatizada com os espaos

adjacentes, necessrio preencher, no menu partitions, a rea do elemento de separao

(parede ou teto), o seu coeficiente de transmisso trmica e a temperatura mxima e

37

mnima dos espaos adjacentes. De notar tambm que este programa apenas permite a

introduo de duas adjacncias a cada zona trmica.

A geometria peculiar das claraboias deste edifcio difcil de modelar no HAP, uma vez

que os vos envidraados so verticais e no horizontais, como usualmente costumam

ser. Optou-se por introduzir estes elementos como se fossem vos nas paredes, visto que

considera-los vos horizontais de cobertura seria muito penalizador para o edifcio e

menos representativo da realidade.

O efeito de elementos de sombreamento exteriores aos vos envidraados (palas e a

geometria do prprio edifcio) foi tambm considerado no programa.

A Figura 3.1 apresenta, a ttulo de exemplo, a introduo da envolvente exterior da

cafetaria no HAP. Os elementos de 1 a 3 tratam-se das paredes exteriores, com os

respetivos envidraados e sombreamentos por palas. O elemento 4 uma ponte trmica

plana (pilar) existente numa das paredes. As claraboias encontram-se representadas nos

elementos 5 a 8.

Figura 3.1 Envolvente exterior da Cafetaria - HAP

Uma vez que os espaos climatizados estaro em sobrepresso quando o sistema de

AVAC se encontrar em funcionamento, considerou-se que apenas existem infiltraes

38

quando este est desligado, com exceo da cafetaria. Durante o dia, espera-se uma

infiltrao correspondente a 3,5 RPH na cafetaria devido entrada e sada de ocupantes

com frequncia (verificar captulo 2.6). Uma vez que no HAP no possvel considerar

variao dos caudais de infiltrao de acordo com o funcionamento do sistema de

AVAC, optou-se por considerar o valor constante de 3,5 RPH neste espao (24 horas

por dia).

3.1.1.2 Metodologia de simulao

Em fase de dimensionamento, em que os equipamentos do sistema de AVAC no foram

ainda definidos, a opo foi simular o edifcio com um tipo de equipamento indefinido

(equipment type undefined, no menu air system properties do HAP) e um sistema do

tipo volume de ar constante para uma nica zona (CAV Single zone).

Cada zona trmica foi tratada por um sistema CAV single zone. A simulao de cada

sistema permitiu obter as potncias trmicas necessrias para climatizao, em cada

hora do ano, considerando as trocas de calor atravs da envolvente opaca e envidraada,

as renovaes de ar devidas a infiltraes e os ganhos trmicos interiores. Determinou-

se, assim, a potncia de arrefecimento e de aquecimento dos equipamentos terminais a

instalar em cada espao.

Foi criada uma zona trmica adicional (zona virtual) sem envolvente exterior, sem

infiltraes e sem cargas internas, em que foi introduzido o caudal de ar novo total a

insuflar no edifcio. semelhana das restantes zonas simuladas, associou-se zona

virtual um sistema indefinido CAV single zone. A zona virtual representa a unidade de

tratamento de ar (UTA) a instalar no edifcio. Visto que este espao no apresenta trocas

de calor com o exterior nem cargas internas, as potncias trmicas obtidas para

climatizao correspondem apenas neutralizao do ar novo. Foi considerada a

recuperao de calor no sistema definido para a zona virtual. Desta forma,

determinaram-se as potncias de arrefecimento e de aquecimento da UTA.

39

No HAP define-se o termstato de cada zona indicando qual a temperatura interior

pretendida em perodo de arrefecimento e em perodo de aquecimento, quando o espao

se encontra ocupado e desocupado. As temperaturas pretendidas para cada perodo, que

no caso em estudo foram 25C em estao de arrefecimento e 20C em estao de

aquecimento quando as zonas esto ocupadas, so utilizadas em conjunto com um valor

de tolerncia (throttling range), que no caso de estudo foi +/- 2C. Isto significa que

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