eficácia energética de edifícios

8/3/2019 Eficcia energtica de edifcios

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CAPTULO 4 Eficincia Energtica dos Edifcios

Universidade do Minho Escola de EngenhariaDepartamento de Engenharia Civil PGINA 71

4. CAPTULO 4 EFICINCIA ENERGTICA DOS EDIFCIOS

4.1. PERFORMANCE DOS EDIFCIOS

A avaliao da performance dos edifcios um ponto fulcral para a eficincia

energtica, pois apenas com o seu conhecimento, possvel identificar se os

edifcios possuem, ou no, boa eficincia energtica. Apresentam-se de

seguida alguns conceitos fundamentais no que respeita compreenso da

anlise da performance dos edifcios.

- Previso: desenvolvimento de modelos que simulam comportamentos

supostamente reais. Estes modelos podem ir desde uma ideia que existe na

nossa mente, desde clculos numricos at um elaborado programa

computacional de simulao de edifcios. Como tal, dependendo do tipo de

performance que se precisa prever e respectiva complexidade, dever ser

escolhido um mtodo que se adeque;


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Anlise do Comportamento Trmico de Construes no Convencionais atravs de Simulao em VisualDOE

PGINA 72 Dissertao de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

- Avaliao: a avaliao da performance envolve a comparao entre as

performances de vrias alternativas de design, e entre as normas existentes

que regulam a performance que o edifcio dever possuir;

- Avaliao Ambiental: para avaliar a performance ambiental, necessria a

produo de critrios de deciso, alm da comparao ambiental da

performance das vrias opes;

- Preciso da previso: a preciso das previses de performance dependem

do modelo utilizado e da exactido dos dados de entrada. Como tal, de

forma a introduzir dados precisos, necessrio conhecer a forma como os

edifcios so geridos e utilizados.

A avaliao da performance dos edifcios um processo que implica um alto

grau de dificuldade, pois um edifcio um sistema complexo, em que cada

subsistema (paredes exteriores, cobertura, envidraados, etc) tem um papel

importante na performance energtica global. Adicionalmente, existem

efeitos cruzados entres os vrios subsistemas que podem ser bastante

relevantes. Nos ltimos anos tm sido desenvolvidos vrios tipos de sistemas

para classificar as habitaes, os quais se podem englobar em trs categorias:

Sistema de pontos cada subsistema do edifcio analisado, sendo-lheatribudo um certo nmero de pontos;

Sistema de performance aqui atribudo um ndice de performanceem termos de consumo anual energtico (aquecimento, arrefecimento,

guas quentes sanitrias, etc);

Sistema de consciencializao aqui apresentado um consumoanual de referncia, tendo em considerao a zona climtica na qual

se insere.

A utilizao dos mtodos de previso e avaliao da performance dos

edifcios traz numerosas vantagens, quer a nvel econmico, quer a nvel

ambiental, que compensam inteiramente os custos acrescidos da realizao

de anlises e simulaes desde a fase inicial do projecto.


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Um dos efeitos mais visveis a reduo da potncia instalada dos

equipamentos de AVAC. Este facto, normalmente, considerado uma

desvantagem pelos projectistas, pois as suas comisses so muitas vezes uma

percentagem do custo dos equipamentos. Assim, s atravs da mudana

desta forma de pagamento aos projectistas pagamento adiantado se

pode incentivar a introduo das ferramentas para reduo dos consumos

energticos de edifcios. Esta mudana, aliada a programas governamentais

que promovam a colaborao entre os vrios intervenientes do projecto,

atravs do pagamento de subsdios se o edifcio se revelar energeticamente

eficiente, pode resultar numa alterao das atitudes vigentes actualmente no

mercado, promovendo assim a construo em massa de edifcios

energeticamente eficientes (Papamichael, 2000).

4.1.1. SISTEMA DE AVALIAO DA PERFORMANCE DE EDIFCIOS

A maior parte dos sistemas de classificao foi desenvolvido apenas para

habitaes novas, talvez pela maior facilidade de avaliao na fase de

projectos, apenas recorrendo aos desenhos e especificaes. Mas, de forma a

englobar tanto os edifcios novos como os existentes, apresentado o sistema

de classificao misto, entre um sistema de performance e um sistema deconsciencializao, proposto por Zmeureanu. Desenvolver um sistema de

classificao deste tipo bastante complexo, pois necessrio ter em conta

a performance trmica real da envolvente exterior, assim como o

comportamento dos ocupantes. O sistema proposto consiste em realizar os

seguintes passos (Zmeureanu et al, 1999):

1. Anlise das facturas energticas das habitaes, procedendo a umanormalizao em termos climticos, ao clculo do consumo energticoanual normalizado (NAC) e do custo energtico anual normalizado

(NACo). Estes valores so comparados com os obtidos em casas de

referncia e assim pode informar-se o cliente da rentabilidade de uma

anlise mais detalhada.


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2. Atribuio de um ndice de performance energtica nos termos docusto energtico anual normalizado (NACo) por exemplo, pode

utilizar-se a expresso 4.1:

Equao 4.1

( )[ ]aNACoIND

+=

exp1

100100 com,

- custo energtico anual de edifcio energeticamente eficiente [/m2];

a - custo energtico anual normalizado mdio de um edifcio [/m2].

3. Utilizao de uma cmara de infravermelhos de forma a detectarvazios e pontes trmicas. Clculo das infiltraes de ar, utilizando o

mtodo dos gases traadores ou a porta-ventiladora. Finalmente, so

escolhidas algumas localizaes representativas para medir a

resistncia trmica da envolvente exterior. Aqui podem ser utilizados trs

mtodos, todos com as sua vantagens e desvantagens:

calcular o fluxo de calor pela envolvente com sensores de fluxode calor e as temperaturas superficiais com termopares;

calcular o fluxo de calor e as temperaturas superficiais com umpirmetro infravermelho;

definir por inspeco visual o tipo e a espessura dos panosconstituintes da envolvente exterior, obtendo a resistncia

trmica por consulta de tabelas.

4. Obteno de dados necessrios para o programa de simulaotrmica medidas e tipos de parede e janelas exteriores, tipo e

capacidade do sistema de aquecimento / arrefecimento, etc.

5. Desenvolvimento e calibrao (utilizando as facturas energticas) deum modelo computacional de simulao trmica. Avalia-se, assim, o

potencial de poupanas energticas e estima-se a utilizao

energtica intrnseca, ou seja, estimam-se os consumos energticos,

retirando a parte da iluminao e de guas quentes sanitrias.


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6. Seleco das medidas de conservao energtica mais rentveis eestimao do potencial de poupana energtica, atravs da

simulao computacional. Estimao dos custos iniciais da reabilitao

energtica.

7. Redaco de um relatrio sumrio onde se discutem todos osresultados obtidos atravs desta anlise energtica.

A partir deste sistema de classificao, possvel quantificar o potencial de

poupana energtica em edifcios novos1, atravs da razo entre a resistncia

trmica da envolvente exterior e o valor mnimo da resistncia trmica para

uma casa energeticamente eficiente. Se a avaliao for para edifcios

existentes, ento a melhor forma de determinar o potencial de poupana

energtica ser atravs da anlise da energia intrnseca. Os encargos etempo necessrio para efectuar um diagnstico completo a partir deste tipo

de sistema de classificao so apresentados na Tabela 4.1 (Zmeureanu et al,

1999).

Tabela 4.1 Tempo e custo de um diagnstico de eficincia energtica de um edifcio

TarefasTempo mdio

(min)Custo ()

1 - "in situ"

Utilizao da cmara infravermelhos 30 42.1

Inspeco visual 30 42.1Avaliao da resistncia trmica - 3 mtodo 60 83.4Medio da taxa de renovao de ar horria 20 27.5Avaliao da eficincia do sistema de aquecimento/ arrefecimento

20 27.5

Determinao custo energtico anual normalizado 30 42.1Obteno dos parmetros necessrios para asimulao computacional

40 55.9

Transporte e instalao de equipamento 20 27.5Total 250 348

2 - no escritrioDesenvolvimento do modelo computacional desimulao trmica

80 111.8

Estimao do potencial de poupana energticaRelatrio finalTotal 1+2 330.0 460.2Fonte: Zmeureanu et al, 1999

1 Para estes casos no se executam os passos 1 e 3.


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4.2. FERRAMENTAS DE SIMULAO

A simulao de edifcios pode ser definida como a introduo das

caractersticas do edifcio que, com um certo grau de abstraco,

representem a realidade. Como um edifcio composto por milhares devariveis, necessrio apenas representar as mais importantes e simplificar ou

no introduzir as de menor importncia (Adelard et al, 1999).

Assim, para simular a realidade utilizando ferramentas de simulao

necessrio executar trs tarefas (Augenbroe, 2002):

Criao do modelo nesta fase executado uma representaoesquemtica do edifcio (modelo) numa dada fase, a partir da reduodeste a uma forma idealizada, com um dado nvel de abstraco;

Simulao nesta fase introduzido o modelo na ferramenta desimulao e ajustada a ferramenta de modo que os resultados obtidos

reflictam o que se pretende avaliar;

Anlise de resultados nesta fase so analisados todos os resultadosobtidos pela ferramenta de simulao, de forma a produzir os

indicadores de performance que se pretende quantificar.

As ferramentas de simulao esto firmemente integradas no sector da

construo h mais de duas dcadas. Estas trouxeram um aumento de

rapidez na fase de projecto, uma maior eficincia, a possibilidade de testar

uma vasta gama de solues de design, resultando no aperfeioamento das

solues de projecto. Assim, as ferramentas de simulao da performance

energtica dos edifcios podem aumentar a competitividade, produtividade,

qualidade e a eficincia na indstria da construo, assim como facilitar a

aplicao de tecnologias inovadoras.

Devido ao grande desenvolvimento na capacidade de processamento dos

computadores, possvel simular as vrias solues de projecto com rapidez,

mesmo com ferramentas de simulao mais complexas e eficientes. Muito

devido vertiginosa evoluo da potncia de computao, agora possvel


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simular o comportamento dos edifcios e seus componentes a partir de

algoritmos e de dados fsicos, de uma forma e complexidade impossveis h

alguns anos atrs. Desta forma, possvel simular a performance energtica

dos edifcios de um modo cada vez mais rigoroso. Tal facto muito importante

para o mercado da construo, principalmente com a entrada em vigor de

normas baseadas na performance dos edifcios. Estas ditam que necessrio,

mesmo em fase de projecto, que o edifcio esteja dentro das normas em vigor,

o que poder ser facilitado com a utilizao de software de simulao da

performance energtica dos edifcios. Por exemplo, a transmisso de calor

atravs da envolvente do edifcio pode ser simulada com relativa facilidade,

facilitando a verificao da existncia de pontes trmicas na envolvente,

como se pode observar na Figura 4.1 (Hensen e Nakahara, 2001).

Figura 4.1 Simulao do fluxo de calor numa caixilharia de PVC. Fonte: Deleme SA

Mas as ferramentas de simulao possuem outras aplicaes com grande

utilidade, como o apoio ao desenvolvimento de regulamentos trmicos. Com

estas ferramentas possvel verificar as solues energeticamente mais

eficientes para um dado clima, desenvolvendo um consumo de referncia

para cada regio. No desenvolvimento de regulamentos trmicos, as

ferramentas de simulao podem ser utilizadas para a obteno da equao

de clculo do valor mximo do coeficiente de transmisso trmico das

paredes e tectos. Tal pode ser conseguido atravs da simplificao dos


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resultados de simulao anual dinmica, numa equao esttica, como a

observada no desenvolvimento dos regulamentos trmicos do Egipto (ver

Huang et al, 2002).

Ao aplicar as ferramentas de simulao em projectos, necessria uma

avaliao cuidada do tipo de integrao a executar. possvel identificar

quatro tipos de integrao (Augenbroe, 2002):

1. criao de duas equipas separadas, uma de projecto e outra desimulao, onde a partilha de informaes orientada apenas para a

partilha de dados e no existe uma gesto desta troca de informaes;

2. semelhante referida anteriormente, mas com a particularidade dacriao de um mdulo de gesto de dados, baseado num fluxo lgicode troca de informao especfico do projecto;

3. execuo de reunies entre as equipas de projecto e a de simulao,com uma vasta gama de discusso das solues apresentadas pelas

duas equipas, durante todas as fases de projecto;

4. criao de uma ferramenta de gesto que analisa toda a informao,de projecto e das simulaes, podendo na prtica ser considerada

uma ferramenta de simulao amiga do utilizador, com a diferena

de a parte de simulao ser executada por especialistas e os seusresultados serem compilados numa ferramenta de gesto de

informao.

Analisados os quatro tipos de integrao, possvel concluir que apenas com

as integraes tipo 3 e 4 existe uma partilha de informaes dinmica,

aumentando a aplicabilidade dos resultados obtidos pelas ferramentas de

simulao no projecto, o que tendencialmente levar a uma maior eficincia

do projecto.

4.2.1. PRECISO DAS FERRAMENTAS DE SIMULAO

A preciso das ferramentas de simulao pode variar muito. Esta depende

primariamente da exactido do modelo, da preciso da simulao e da

correcta anlise do resultados. A preciso da simulao depende das


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ferramentas em si, pois existem algumas que so criadas especificamente

para terem elevada performance, enquanto que outras so criadas para a

reduo do tempo de execuo da simulao. O modelo depende, em

grande parte, da exactido dos dados de entrada. O factor humano

tambm muito importante para o resultado da simulao, pois necessrio

compreender os modelos e conhecer a fundo o que se vai simular, de modo a

preparar os dados de entrada do modelo. Cada programa tem as suas

especificidades, pelo que para se produzirem resultados com grande preciso

necessrio conhecer o programa a fundo, de forma a ultrapassar as

pequenas incongruncias de cada programa.

Em todas as formas de avaliao da performance dos edifcios, desde as

ferramentas de simulao, at aos conselhos de especialistas baseados no seu

julgamento pessoal, no costume a determinao das incertezas

subjacentes s avaliaes. Assim, os resultados das avaliaes so

apresentados na forma de valores determinsticos. Mas para determinar a

preciso das ferramentas de simulao necessria a quantificao das

incertezas. Estudos efectuados por Wit mostram que as incertezas podem

atingir valores altos, sendo imperativo apresentar as incertezas associadas s

avaliaes da performance dos edifcios. Neste estudo foram encontradas as

fontes de incerteza com maior relevncia:

taxas de infiltrao; estratificao da temperatura interior; temperatura exterior; transferncia de calor interior por conveco; distribuio da radiao solar incidente; distribuio dos ganhos internos; trocas de calor radiantes entre as superfcies das paredes interiores; transferncia de calor exterior por conveco.

De todos os factores mencionados, os que representam a maior percentagem

de incerteza so a taxa de infiltrao, devido variabilidade do vento, e a


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estratificao da temperatura interior. Tal deve-se ao facto da maioria dos

modelos simular o volume de ar interior apenas a partir de um n, apresentado

a temperatura mdia, o que pode levar a erros com algum peso se

considerarmos a estratificao da temperatura interior (Wit e Augenbroe,

2002).

4.2.2. EXECUO DE MODELOS

O ponto de partida para a maior parte das ferramentas de simulao

energticas a realizao de um modelo. A segurana nos resultados obtidos

pela simulao est intrinsecamente relacionada com a exactido do

modelo. Assim, necessrio introduzir o mximo de esforo possvel naproduo de um modelo satisfatrio. Pedrini apresenta uma metodologia para

a calibrao de modelos de edifcios existentes, onde relaciona um aumento

de complexidade do modelo com o nvel de resultados obtidos. Esta

metodologia baseia-se na anlise dos dados de entrada inputs modelos

que representam o edifcio a partir de um certo nvel de abstraco , e dos

dados de sada outputs relatrios que contm os resultados obtidos pelas

simulaes. Esta metodologia comea pela compilao dos dados existentes:

Plantas arquitectnicas identificao das geometrias, reas deenvidraados, elementos de construo, etc;

Sistema de iluminao elctrico - potncia das lmpadas, distribuio,etc;

Sistema secundrio de ar condicionado planos das tubagens dedistribuio de ar, caracterstica dos sistemas como as temperaturas de

conforto, capacidade total e sensvel de arrefecimento, etc;

Sistema primrio de ar condicionado planos das tubagens dedistribuio de gua fria, caracterstica do chiller como o modelo, ano,

COP, etc;

Horrios de utilizao da iluminao e ar condicionado e nmero deocupantes;

Inventrio de equipamento com consumos energticos significativos;


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Histrico dos consumos energticos mensais; Consumos energticos horrios, para um perodo representativo; Propriedades dos componentes dos edifcios.

Para o clima portugus, nesta primeira fase, tambm necessrio definir os

sistemas de aquecimento utilizados e sua potncia, pois no nosso clima os

consumos energticos para aquecimento so preponderantes para o

consumo energtico total.

Com todas estas informaes, possvel realizar um primeiro modelo, simular e

comparar com os consumos mensais medidos. Com este procedimento

identifica-se as principais fontes de cargas trmicas e consumos energticos,

estando a situao preparada para o segundo passo de calibrao, uma

auditoria:

Classificao das zonas por tipo de utilizao, iluminao artificial econtrolo climtico;

Medio de vrios parmetros atravs de instrumentos portteis nveisde iluminao, fluxo de ar, temperatura, etc;

Introduo de sensores fixos nas vrias zonas, acoplados de Data-Loggers .

O terceiro passo consiste na diviso do consumo energtico total em partes,

ou seja, no clculo da percentagem de energia gasta pela iluminao,

equipamentos e arrefecimento e aquecimento. Para o ltimo passo,

necessrio medir os consumos reais e potncias associadas aos sistemas de

aquecimento e arrefecimento. Seguindo todos estes passos possvel obter

um modelo bastante rigoroso, garantindo-se uma simulao com resultados

muito precisos (Pedrini e Lamberts, 2001).


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4.2.3. DADOS CLIMTICOS

Os dados climticos so um dos parmetros mais importantes na simulao

trmica dos edifcios, principalmente na previso das necessidades de

aquecimento/arrefecimento e respectivo dimensionamento dos sistemas declimatizao. Assim, se para uma dada localizao no existirem dados

climticos, estes tero de ser gerados a partir de um software existente. Os

dados climticos podem ser obtidos em diferentes formas, com diferentes

complexidades. A escolha do tipo de dados climticos a utilizar depende do

que se pretende estimar, como tal os vrios tipos de dados climticos podem

ser sistematizados da forma apresentada na Tabela 4.2:

Tabela 4.2 Classificao das formas existentes para determinar bases de dados

meteorolgicas.Designao Utilizao Vantagens e desvantagens

Dados Graus-Dia"Bin"

avaliao dos consumos paraaquecimento

(-) Volume de informaoinsuficiente;(+) Facilidade de utilizao(tabela).

Anos Mltiplos(MY)

Consumos energticos eavaliao trmica

(+) Excelente preciso;(-) Altos tempos decomputao;(-) Grande volume deinformao.

Anos

meteorolgicostpicos (TMY) eAnos de teste dereferncia (TRY)

Consumos energticos eavaliao trmica

(+)Boa preciso dasnecessidades;

mdia energticas;(-) Possibilidade de escolher umano no adaptado snecessidades dos edifcios.

Diasrepresentativos epequenassequncias deanos de referencia

Dimensionamento de sistemasAVAC e Solares

(+) Ganho temporal;(-) Possibilidade desub/sobrestimar a potncia doequipamento.

Geradores deficheiros climticos

Fornecer dados inexistentes,dimensionamento de

equipamento e avaliao das

necessidades energticas

(-) Dificuldade na modelaodas variveis climticas.

Fonte: Adelard et al, 2000.

Dados Graus-Dia "Bin" este mtodo simplificado para obteno das

temperaturas, foi criado para estimar as cargas trmicas de aquecimento /

arrefecimento.


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Anos meteorolgicos tpicos (TMY) e Anos de teste de referncia (TRY) este

conceito foi apresentado de forma a aumentar a preciso da estimao das

necessidades energticas, contendo dados climticos horrios representativos

de um ano tpico.

Dias representativos este conceito foi criado para reduzir o tempo

computacional, para utilizao em simulaes e ferramentas de design

simplificados. Estes dias representam as condies climatricas tpicas e

correspondem mdia e extremos das condies de cada dado climtico.

Anos mltiplos (MY) este conceito apresenta vrios anos de dados climticos

(podendo ir de 5 a 100 ou mais anos); no vingou inicialmente devido

complexidade de clculo necessria, mas devido ao progresso dos

computadores, este tipo de dados climticos comea a ser utilizado, ainda

que necessitando de maior esforo, pois existem muitos mais dados a ser

tratados (Hui e Cheung, 1997).

Geradores de ficheiros climticos estas rotinas utilizam a anlise estatstica

para modelar os dados climticos. Geralmente utilizam mdias mensais de

dados dirios para gerar as variveis climticas, a partir de distribuies

estatsticas e correlaes. Quando possvel, tm em conta as interaces

entre as diversas variveis.

Devido grande intensidade de radiao solar em Portugal, o potencial de

aplicao do design solar passivo muito grande. Foi finalmente ultrapassada

a desconfiana que esta tecnologia despertava, devido tentativa frustrada

de implementao nos anos 80, quando a tecnologia ainda no estava

suficientemente avanada e os materiais utilizados eram de fraca qualidade.

Actualmente esta tecnologia sofreu avanos, tendo a manuteno includa

durante 5 anos, garantia e incentivos do Governo. Assim, a determinao dos

dados climticos de vrias localizaes de Portugal seria muito til para uma

melhor e mais precisa avaliao da performance da aplicao dos sistemas

solares passivos nos edifcios. Os programas de simulao da performance


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energtica dos edifcios utilizam, geralmente, uma base de dados climticos

com a durao de 1 ano. Como tal, de forma a conseguir avaliar a longo

termo a performance dos sistemas do edifcio, necessrio utilizar ficheiros

climticos TMY ou TRY. A gerao deste tipo de dados climticas tem de ser

cuidadosa, pois a nica forma de obter uma boa preciso da performance

energtica a longo termo se as sequncias climticas que ocorrem neste

ano mdio, forem representativas das que ocorrem a longo termo. Kalogirou

descreve uma forma de gerar ficheiros climticos TMY representativos a longo

termo (Kalogirou, 2003):

Obteno do ficheiro climtico TMY atravs da anlise estatstica devrios anos de dados meteorolgicos, onde so eliminados os dados

estatisticamente errados (chamados outsiders).

Clculo da Funo Distribuio Acumulada mensal (FDA) e a longoprazo (FDALT), para cada parmetro meteorolgico e utilizao do

mtodo estatstico de Filkenstein-Schafer, atravs da equao 4.2, para

obter as mdias:

Equao 4.2

=

=N

i

LTFDAFDA

N

FS

1

1

Aplicao factores de peso a cada parmetro, de forma a escolherqual a importncia relativa de cada parmetro no resultado final.

Clculo da raiz quadrada do desvio padro para cada ms, em todosos anos.

Por ltimo, escolha do ms representativo para cada parmetro.

Para programas de simulao mais avanados so normalmente utilizados osficheiros climticos tipos TMY-2, os quais so baseados nos TMY, mas

apresentam os dados de forma horria, em vez de mensal.

Em Portugal, face ao novo Regulamento Trmico prestes a entrar em vigor,

com maiores restries ao nvel dos consumos energticos dos edifcios, ser


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conveniente a utilizao de programas de simulao do comportamento

energtico dos edifcios. Como tal, de forma a garantir bons resultados nas

simulaes, extremamente importante utilizar dados climticos precisos,

podendo ser necessria a gerao de ficheiros climticos TMY de forma

analtica ou com a utilizao de geradores de ficheiros climticos, como por

exemplo o RUNEOLE (Figura 4.2), de forma a reduzir o tempo de computao

e aumentar a preciso dos dados climticos (Adelard et al, 2000).

Figura 4.2 Software RUNEOLE para gerao de ficheiros climticos. Fonte: Adelard etal, 1999

4.2.4. DESAFIOS E LIMITAES DAS FERRAMENTAS DE SIMULAO

Os desafios que se apresentam a estas ferramentas de simulao actualmente

so: 1) a sua integrao como um todo; 2) aumento no controlo de

qualidade; 3) a explorao das oportunidades que surgem com a exploso

da Internet.

1) para a caracterizao item necessrio que as vrias ferramentas comprovas dadas no mercado se interliguem de forma mais eficiente,

reduzindo assim de forma substancial o tempo de simulao e a vasta

gama de conhecimentos necessrios para dominar todos programas

das diferentes reas (trmica, ventilao, iluminao, etc.) ou que

apaream ferramentas novas com todas estas reas integradas;


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2) o controlo de qualidade das ferramentas de simulao essencial paraprevenir a utilizao de ferramentas que contenham algum tipo de

problema no seu motor de clculo. Basta um pequeno erro nos

milhares de linhas de comando do programa para que o resultado da

sua simulao esteja distorcido, resultando em erros de avaliao e

consequentemente na escolha de solues que no so as mais

apropriadas;

3) o aproveitamento das oportunidades que surgiram com a Internetpode ser de vrios tipos: desde a ligao eficiente de equipas de

projecto com empresas especializadas em simulao, at partilha de

conhecimentos e particularidades das vrias ferramentas de simulaes

em bases de dados on-line e de rpida consulta.

Desafio 1) verifica-se que tm sido desenvolvidos trs tipos de solues para

vencer este desafio > 1 criao de procedimentos para troca de

informao entre as vrias ferramentas; 2 criao de ferramentas,

chamadas intermdias, que interligam as vrias ferramentas existentes, de

forma a compatibiliza-las; 3 criao de ferramentas integradas que simulem

os diferentes domnios necessrios

Assim, podemos identificar as ferramentas de simulao de edifcios inseridas

em quatro categorias:

1. Stand-alone estas ferramentas no possuem ligaes com outras;como tal, sempre que se parte para outra aplicao, necessrio criar

um novo modelo de projecto;

2. Inter-operveis estas ferramentas possuem procedimentos de troca oupartilha de informaes com outras ferramentas, que so invocados

manualmente. Por exemplo, utilizando esta ferramenta possvel definir

a geometria do edifcio em plataforma CAD e introduzir numa

ferramenta de simulao energtica a geometria;

3. Emparelhados estas ferramentas possuem ligaes a outrasaplicaes, em que durante a simulao a ferramenta chama outras

aplicaes, sempre que necessrio. Tal se deve a ferramentas


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intermdias2 de pr e ps-processamento, que interligam as vrias

ferramentas;

4. Integrados ferramentas que possuem a capacidade de simulardiferentes domnios, utilizando um nico modelo de projecto.

A grande diferena entre estas ferramentas que as inseridas nas categorias 3

e 4 so ferramentas que suportam uma partilha de informaes dinmica,

resultando na harmonizao dos resultados das vrias ferramentas e

facilitando a sua comparao. Como tal, possvel uma escolha de solues

bastante mais sustentada, pois possibilitam a tomada de decises multi-

disciplinar. Assim, estas ferramentas aumentam a preciso do resultado final.

Adicionalmente estas ferramentas com troca de informaes dinmicas

apenas necessitam de um modelo, o que torna a gesto do mesmo muito

mais simples, facilitando o teste a vrias opes (Citherlet e Hand, 2002; Laine

et al, 2001; Liebich, 2003).

Desafio 2) este apenas pode ser ultrapassado com a certificao e teste das

vrias ferramentas de simulao, ou seja, necessria uma reviso da

literatura em que se baseia a ferramenta, verificao dos cdigos utilizados,

verificao analtica, comparao entre modelos, anlise da sensibilidade e

verificao emprica. Esta ltima acaba por ser a mais importante e envolve a

comparao dos resultados obtidos com uma simulao executada pela

ferramenta com os dados medidos num prottipo com as mesmas

caractersticas da simulao. Devido dificuldade subjacente a estes testes

empricos, foi desenvolvido um software que possui uma grande aceitao no

mercado e com provas dadas BESTEST. Este software baseia-se na realizao

de testes comparativos entre programas, confrontando o programa a avaliar

com outros, considerados de topo na simulao da performance dos edifcios

(Judkoff e Neymark, 1995).

Desafio 3) para o aproveitamento das potencialidades da Internet,

necessrio atentar que grande parte destas ferramentas requerem informao

2As ferramentas intermdias resultam de um Aliana Internacional de Interoperabilidade (IAI International

Alliance for Interoperability), onde j se encontram associadas mais de 600 companhias, de vrias reas.


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detalhada sobre as propriedades dos materiais de construo, entre outras.

Tal pode ser problemtico, moroso e algumas vezes no se possui confiana

absoluta na provenincia desses dados. Em Portugal j existem bases de

dados de confiana, como as que se encontram no livro Coeficientes de

Transmisso Trmica da Envolvente Exterior do LNEC. So, porm, tabelas

muito estticas e no acompanham a evoluo do mercado nem a

introduo de produtos inovadores. Seria necessrio que estas tabelas fossem

disponibilizadas Online e constantemente actualizadas. Tambm seria de

grande utilidade que estas bases de dados tivessem a opo de exportar os

dados para programas de tratamento de dados, como o Excel, de forma a

facilitar a introduo da informao detalhada que as ferramentas de

simulao necessitam (Papamichael, 2000). Outro exemplo da utilizao da

Internet em conjunto com as ferramentas de simulao o observado no

projecto SmartHomes, onde a Internet utilizada para, em tempo real,

controlar a habitao, atravs de vrios sensores e actuadores l instalados.

Este projecto discutido com maior pormenor no ponto 4.2.5.

Em termos de limitaes das ferramentas de simulao, possvel referir que,

frequentemente, as questes inovadoras que estas ferramentas tm que

enfrentar, superam a capacidade de resposta do programa. Considerando

que esto constantemente a ser desenvolvidos novos componentes a aplicar

em edifcios, de forma a torn-los mais eficientes, as ferramentas devem

possuir facilidade de integrao de novos mdulos e funcionalidades. Se

algumas destas solues inovadora podem ser simulados facilmente,

mantendo a estrutura da ferramenta de simulao, como por exemplo o

aparecimento de envidraados inovadores, que implicou modificar as

caractersticas de condutibilidade e do factor solar para os caracterizar;

existem outras solues que apenas com a introduo de novos comandos

possibilitam a simulao. Por exemplo, ao integrar uma Parede de Trombe

num edifcio, apenas era possvel simular correctamente com a introduo de

novos comandos e funcionalidades. Como tal, necessrio que estas

ferramentas, alm de serem em cdigo aberto, tenham linguagem simples de

manusear (Basic, Visual Basic, etc), de forma a facilitar a introduo de novos

procedimentos, com capacidade de resposta s questes inovadoras


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propostas. Este problema coloca-se mais em termos de investigao ou

projectos especiais, pois perante a construo tradicional, em princpio, estas

ferramentas j possuem capacidade de resposta para qualquer questo que

surja (Zweifel, Achermann e Duerig, 2001).

A problemtica da utilizao de ferramentas de simulao algo que tem

vindo a usufruir de variadssimos estudos. Nesta matria possvel encontrar um

estudo realizado por Donn, onde este realizou uma srie de entrevistas de

forma a compilar as dificuldades mais pertinentes na utilizao de programas

de simulao (Donn, 2001):

limite temporal na preparao do modelo; ausncia de orientao clara sobre os parmetros que tm um peso

muito grande na performance energtico dos edifcios, e os que so

insignificantes;

inexistncia de guidelines da performance dos edifcios queforneam uma base para a compreenso das recomendaes das

simulaes;

inexistncia de ferramentas para resumir e detectar padres resultantesdo excesso de informao produzido pelos programas de simulao

durante a fase de teste das vrias solues.

No artigo de Donn, esto discutidos com maior profundidade todos estes

pontos apresentados anteriormente. Mas a principal concluso retirada destas

entrevistas a necessidade de melhores especificaes includas nas vrias

ferramentas que ajudam a garantir os bons resultados obtidos pela sua

utilizao, como procedimentos que identifiquem qualquer tipo de m

definio dos dados de entrada, alm da certificao das ferramentas, para

garantir a confiana dos utilizadores, resultando na utilizao quase globaldestas ferramentas, aumentando-se assim as garantias de eficincia

energtica dos edifcios (Donn, 2001).

Concluindo, as ferramentas mais sofisticadas existentes actualmente no

mercado j ultrapassaram um grande nmero de limitaes, tais como a


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introduo de ferramentas integradas, sistemas de certificao da qualidade

e aproveitamento das potencialidades da Internet. Mas outra inovao ainda

no referida a introduo do ambiente Windows e programao em Visual

Basic. Tal resultou em interfaces mais amigas do utilizador, que dispensam a

preparao manual do ficheiro de entrada, reduzindo substancialmente o

tempo necessrio para a preparao da simulao. No entanto este tipo de

interfaces tem o problema de limitar as opes possveis, ou seja, funcionam

muito bem para a generalidade dos casos, mas para situaes complexas,

no contabilizadas no programa, apenas compreendendo a programao

que est por trs da interface grfica, possvel alterar e simular o que

realmente se pretende.

4.2.5. NOVAS APLICAES DAS FERRAMENTAS DE SIMULAO

Integrao da Trmica e Ventilao Inicialmente os modelos de simulao

trmica eram baseados na anlise dos dados de infiltrao e climticos,

produzindo assim modelos inadequados. Mas devido importncia da

ventilao na performance energtica das habitaes, necessrio aplicar

modelos mais eficientes, inclusivamente o escoamento atravs de grandesenvidraados, pois neste caso o escoamento bi-direccional, sendo

necessrios clculos distintos. Assim, para combinar os modelos trmicos com

os de ventilao existem duas hipteses:

primeiro utilizado o modelo trmico para calcular as temperaturas dasdiversas zonas, usando taxas de ventilao predefinidas, seguidamente

calcula-se os fluxos das zonas atravs de um modelo de ventilao;

primeiro utilizado o modelo de ventilao para calcular os fluxos,utilizando temperaturas predefinidas; seguidamente utiliza-se o modelo

trmico para recalcular as temperaturas das zonas, possuindo j os

fluxos como dados de entrada.


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Koinakis estudou a implementao de um procedimento de combinao de

um modelo trmico e de um modelo de ventilao, atravs de passos hora a

hora, como se pode observar na Figura 4.3. Depois da implementao deste

procedimento, foi simulado um apartamento de 4 andares situado em Atenas

e montado um sistema de medio para a validao do modelo. Este estudo

concluiu que este modelo combinando a trmica e a ventilao possui

resultados bastante precisos e de confiana para vrios tipos de fenmenos

dinmicos de ventilao, desde fenmenos de infiltrao a ventilao

cruzada (Koinakis, 2005).

Figura 4.3 implementao do modelo de trmica e ventilao. Fonte: Koinakis, 2005.

Aplicao de sistemas de monitorizao A integrao de sistemas de

monitorizao nos edifcios no est ainda muito desenvolvido, mas devido

sua rpida evoluo e ligao aos computadores, algo que no futuro

prximo dever ser integrado nos edifcios de forma a aumentar a eficinciaenergtica destes. Se considerarmos o exemplo da indstria automvel, a

integrao de sensores para a monitorizao destes, foi um passo de grande

importncia para melhorar a performance dos automveis. Actualmente

todos os sensores esto ligados a um sistema central (centralina) que recebe

todas as informaes dos sensores e as processa de forma a aumentar a


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eficincia dos automveis, avisando se existe algum problema no sistema.

Como tal, o aumento da eficincia energtica dos edifcios pode passar por

um bom planeamento e implementao de sistemas de controlo complexos e

independentes (John, Clements-Croome e Jeronimidis, 2005).

Um projecto com grande potencial de xito, nesta rea, o chamado

SmartHomes, que consiste na utilizao da Internet para controlar a

temperatura, humidade, CO2 e consumo energtico da habitao, atravs de

vrios sensores montados na habitao, ligados directamente Internet,

sendo possvel verificar em tempo real a performance da casa. Como j foi

referido, os hbitos dos utentes tem um peso bastante elevado na eficincia

energtica das habitaes. Porm, com o desenvolvimento deste tipo de

servio a performance energtica da habitao poder passar a ser

controlada por especialistas, levando ao aumento da eficincia energtica.

Neste projecto tm sido utilizadas ferramentas de simulao de forma a

(Clarke et al, 2004):

avaliar o consumo energtico, identificando medidas com prioridadepara reduzir os consumos energticos;

avaliar o consumo energtico, temperatura e humidade, de forma aassegurar uma cobrana equitativa dos servios energticos;

aumentar a eficincia do controlo do sistema de aquecimento /arrefecimento;

desenvolver estratgias de distribuio da energia, reduzindo ofornecimento de energia em excesso aproximao da procura

oferta.

Ferramentas de simulao simplificadas no sector dos edifcios, estas

ferramentas podem ser fundamentais para, em fases iniciais do projecto,

ajudarem os arquitectos e engenheiros a aumentarem a eficincia energtica

dos edifcios. Um problema muito comum a inexistncia de ficheiros

climticos para vrios locais. Como tal, Westphal propem uma forma de

obter ficheiros climticos simplificados, utilizando valores mdios mensais de

temperatura, mdia e mxima, velocidade do vento e a insolao diria. Esta


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metodologia apenas consegue prever com alguma preciso o consumo

energtico anual. Para uma grande preciso, alguns autores acreditam ser

imprescindvel a simulao de ficheiros climticos de anos mltiplos (MY). Mas

com esta metodologia simplificada, possvel obter resultados muito teis em

fases iniciais, para testar as vrias solues possveis. Apenas apresenta erros

maiores ao simular solues que se baseiem na inrcia trmica do edifcio. Esta

metodologia gera dois dias tpicos de cada ms: um que representa o dia

com maior carga de arrefecimento e outro que representa o dia com maior

carga de aquecimento, de cada ms.

Westphal testou esta metodologia com o software BESTEST, revelando-se

bastante precisa para edifcios de baixa massa trmica, quer na previso das

cargas de aquecimento / arrefecimento, quer nas cargas de pico para

aquecimento / arrefecimento. Em edifcios de grande massa trmica, os

resultados no foram satisfatrios na previso das cargas de aquecimento /

arrefecimento, enquanto que nas cargas de pico de aquecimento foram

bastante precisos. Assim, esta metodologia funciona muito bem para as fases

iniciais do projecto dos edifcios, tendo em ateno a melhoria da

performance com a adio de massa trmica, assim como para o

dimensionamento dos sistemas de aquecimento (Westphal e Lamberts, 2004).

Ferramentas de Avaliao do Ciclo de Vida - Na ltima dcada tm sido

desenvolvidos sistemas de avaliao de ciclo de vida dos edifcios, de forma a

avaliar do ponto de vista ecolgico a sua performance. Estas ferramentas

criam perfis ambientais para todos os elementos de construo, considerando

todo o ciclo de vida destes materiais, desde o processamento ao

desmantelamento. Tambm so avaliadas as performances ambientais dos

vrios sistemas existentes nos edifcios, considerando o tipo de combustvel que

utilizam. Normalmente os clculos so efectuados a partir da contabilizao

de emisses com impacto no ambiente, sendo a unidade mais utilizada o

CO2-equivalente. Este tipo de anlise tem a grande vantagem de integrar os

aspectos ecolgicos logo na fase conceptual do projecto Esta informao


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ambiental estar disponvel e ser utilizada durante todo o restante projecto,

promovendo assim o desenvolvimento sustentvel.

4.3. REGULAMENTAO TRMICA

A implementao de regulamentao trmica uma medida com grande

potencial de diminuio do consumo energtico dos edifcios, a partir da

imposio de limitaes, de vrias formas, que condicionam a performance

energtica dos edifcios. Mas os regulamentos do comportamento trmico dos

edifcios podem ser muito diversos, com diferentes aproximaes. Segundo o

Conselho Energtico Mundial estes regulamentos podem ser classificados da

seguinte forma, organizados com nvel crescente de eficcia (Energyefficiency policies and indicators, 2001):

1) Apenas impem valores mximos para cada um dos elemento individuaisda envolvente do edifcio;

2) Impem valores mximos para as necessidades de aquecimento/arrefecimento, tendo em conta a ventilao, ganhos solares passivos e

ganhos internos;

3)

Contabilizam a performance energtica do edifcio, onde estipulam omximo consumo anual de energia primria / final, para o edifcio, por

unidade de rea / volume, tendo em conta as necessidades de

aquecimento/arrefecimento e respectivo rendimento dos equipamentos

associados, produo de guas quentes sanitrias, ventilao,

elevadores, etc, contabilizando outros ganhos por energia solar

colectores solares, fotovoltacos.

4) No ltimo tipo de regulamento, alm de contabilizar a performanceenergtica do edifcio, entram em linha de conta com a energia

incorporada dos materiais de construo.

Como tal, o potencial de reduo de consumos depende do tipo de

regulamento a implementar, assim como da exigncia destes. Com a entrada

em vigor dos regulamentos de trmica dos edifcios nos pases da Unio

Europeia, desde a dcada de 60, os consumos energticos dos edifcios tm


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diminudo significativamente. Por exemplo, na Dinamarca estes consumos

tiveram uma diminuio de 25% entre 1972 e 1999. Em Portugal os dois

regulamentos de performance trmica dos edifcios em vigor so o

Regulamento das Caractersticas do Comportamento Trmico dos Edifcios

(RCCTE), apenas entrando em vigor em 1991, e o Regulamento dos Sistemas

Energticos de Climatizao dos Edifcios (RSECE), apenas entrando em vigor

em 1998, podendo ser considerados do tipo 2.

A Unio Europeia est a realizar um esforo comum na reduo dos consumos

energticos dos edifcios. Como tal, foi aprovada uma proposta com o intuito

de rever todos os regulamento energticos dos edifcios de todos os estados-

membros, de forma a harmonizar as metodologias de clculo, criar requisitos

mnimos para a performance energtica dos edifcios, implementar a

certificao energtica dos edifcios, entre outras propostas. Este tipo de

aces cada vez mais usual. O Mxico, os Estados Unidos e o Canad, por

exemplo, tambm tm uma proposta para unificar as suas normas de

eficincia energtica dos edifcios. Actualmente, muitos pases da Unio

Europeia j actualizaram os seus regulamentos trmicos, como o caso da

Alemanha, com poupanas energticas at 30% comparadas com o

regulamento anterior. Em Portugal prev-se a entrada em vigor do novo

RCCTE em 2006, onde ser actualizado para tipo 3), aumentando-se

substancialmente os requisitos mnimos, promovendo a utilizao de energias

renovveis e beneficiando materiais certificados. Espera-se com este

regulamento aumentar substancialmente a performance energtica dos

edifcios e revolucionar o mercado da construo. Contudo, apenas com a

implementao de regulamento tipo 4) ser possvel atingir a eficincia

ambiental, alm da eficincia energtica (Carlo, Ghisi e Lamberts, 2003).

O grande impulsionador da reviso dos regulamentos trmicos foi a directiva

Europeia sobre a performance energtica dos edifcios (Directive 2002/91/EC)

onde imposto que todos os estados-membros apliquem novos regulamento

harmonizados. O objectivo desta directiva o aumento do desempenho

energtico dos edifcios na Comunidade Europeia, contabilizando as


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condies climticas externas e as condies locais, bem como as exigncias

de conforto interior e a rentabilidade econmica. Assim, esta directiva requer

o estabelecimento de requisitos mnimos da performance energtica: edifcios

novos ou sujeitos a grandes reabilitaes, aplicao da certificao

energtica dos edifcios; definio de ndices baseados na performance dos

edifcios, inspeco regular de sistemas existentes nos edifcios e, para edifcios

com equipamentos de grandes potncias instaladas, necessria a avaliao

de alternativas menos consumidoras (Balaras et al, 2005).

Em Portugal, a nova regulamentao de Trmica dos Edifcios referida possui

dois tipos de sistemas de classificao dos edifcios: o RCCTE e o RSECE,

complementados com um Sistema Nacional de Certificao Energtica e da

Qualidade do Ar Interior nos edifcios (SCE). Estes sistemas so uma

combinao de um sistema de performance e um sistema de

consciencializao, mas todos na ptica de novos edifcios (ou seja apenas

analisam o projecto). Somente na certificao existem auditorias (simples, no

caso de edifcios residenciais e mais complexas em edifcios de servios), que

classificam na ptica dos edifcios existentes (Zmeureanu et al, 1999).

4.3.1. RCCTE

O RCCTE tem a vertente dos edifcios residenciais e edifcios de servios sem

sistema de climatizao. Neste momento o RCCTE em vigor est bastante

desactualizado, pois os valores mnimos estipulados so j superados pelo

mercado da construo h alguns anos. Um dos grande benefcios deste

regulamento foi a generalizao da utilizao do isolamento trmico na

envolvente e impedir que alguns edifcios fossem projectados sem terem

considerao pormenores como a orientao, localizao, etc.

O novo RCCTE segue a mesma metodologia de aplicao do actual, de

forma a tirar partido dos hbitos e conhecimentos existentes. Mas, devido

crescente utilizao, tanto de sistemas de aquecimento, como de

arrefecimento, o novo RCCTE teve de ser actualizado de forma a limitar


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efectivamente o consumo energtico destes. Por outro lado, necessrio

atentar que a utilizao destes sistemas a nvel residencial muito imprevisvel,

pois mesmo que a habitao possua estes sistemas, nada garante a sua

utilizao. Assim, foi necessrio o recurso a condies interiores padro, como

referncia para os consumos energticos nominais. Assim este regulamento,

dependendo da localizao do edifcio, define deste modo valores de

referncia (Nt) de forma a limitar as necessidades globais anuais nominais

especficas de energia primria (Ntc), o que quer dizer que o valor de Ntc no

pode ser superior ao Nt especificado no regulamento. Na equao 4.3 e 4.4

apresentada a expresso utilizada no RCCTE para a limitao das

necessidades globais anuais nominais especficas de energia primria.

Equao 4.3Ntc = 0,1 (Nic/i) Fpui+ 0,1 (Nvc/v) Fpuv + Nac Fpua (kgep/m2.ano) com:

i, v rendimento do sistema de aquecimento e arrefecimento,

respectivamente;

Nic, Nvc, Nac necessidades especficas de aquecimento, arrefecimento e

guas Quentes Sanitrias (AQS), respectivamente (kWh/m2.ano);

Fpui,Fpuv,Fpua - factores de ponderao das necessidades de aquecimento, de

arrefecimento e de preparao de AQS, respectivamente (kgep/kWh).

Equao 4.4

Nt = 0,9 (0,01 Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na) (kgep/m2.ano) com:

Ni, Nv, Na necessidades de referncia de aquecimento, arrefecimento e

preparao de AQS, respectivamente (kWh/m2.ano).

Por outro lado, foram actualizados vrios pormenores em relao ao actual

RCCTE, como um zonamento climtico reformulado (Figura 4.4), onde foi

prevista a influncia da proximidade faixa litoral. As condies de conforto

interiores tambm foram revistas, passando para 20 C no Inverno e 25 C e

50% de humidade relativa no Vero. A taxa de renovao de ar foi

modificada para 0.6 renovaes por hora. O consumo de gua quente


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sanitria de referncia de 40 litros de gua quente a 60C por pessoa e por

dia. A contabilizao do efeito das pontes trmicas foi modificada. A

metodologia de clculo das Necessidades de aquecimento foi revista,

enquanto que a de arrefecimento foi totalmente reformulada.

Estas so apenas algumas actualizaes e modificaes, entre vrias outras. A

apresentao das metodologias de clculo das necessidades de

aquecimento / arrefecimento feita de forma pormenorizada no Captulo 5.

Figura 4.4 Zonamento climtico no novo RCCTE. Fonte: RCCTE, 2005.

4.3.2. RSECE

O RSECE tem a vertente dos edifcios de servios ou residenciais, com sistemade climatizao. O regulamento actualmente em vigor tinha como objectivo

a limitao da potncia dos sistemas de climatizao. Previa algumas

medidas de eficincia energtica e tambm alguns procedimentos para a

recepo, instalao e manuteno dos sistemas de climatizao. No

entanto, este regulamento no teve muito impacto, principalmente devido a


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no serem requeridas verificaes tcnicas por parte das Cmaras Municipais.

Como tal, o facto referido anteriormente, acrescido do grande aumento da

utilizao de sistemas de climatizao, principalmente no sector residencial

devido ao aumento das exigncias de conforto interior, torna imprescindvel a

reviso do actual RSECE, de forma a diminuir o consumo energtico resultante

dos equipamentos de aquecimento e arrefecimento, registado na ltima

dcada.

Assim, o novo RSECE apresenta quatro objectivos principais:

Definir as condies de Qualidade do Ar interior (QAI) necessrias nosespaos, consoante as respectivas actividades e fontes poluentes. Tal

conseguido apresentando os limites permitidos da concentrao dos

vrios poluentes, quer para edifcios residenciais, quer para edifcios de

servios;

Limitar o consumo energtico global dos edifcios, consoante o tipo deedifcios. Assim, os edifcios esto divididos em: servios e residenciais,

novos ou existentes, pequenos ou grandes. Em termos dos limites

impostos para consumos energticos, estes podem ser obtidos de duas

formas, consoante o tipo de edifcio:

1. atravs de um ndice de eficincia energtica (IEE), o qual pode serobtido atravs do modelo apresentado na Figura 4.5;

2. limitando as necessidades de energia nominais mximas a 80 % daspermitidas pelo RCCTE.

O valor do consumo energtico pode ser obtido atravs de trs formas,

consoante o tipo de edifcio (na Tabela 4.3 apresentado, de forma

resumida o tipo de limite e a forma de clculo do consumo energtico,

por tipo de edifcios):

1. auditoria energtica;2. simulao dinmica detalhada;


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3. simulao dinmica simplificada;

Impor regras para os sistemas de climatizao, de forma a melhorar asua eficincia energtica, assim com garantir a qualidade do ar interior.

Definir procedimentos de manuteno dos equipamentos adequados;

Obrigar monitorizao das prticas de manuteno dosequipamentos dos sistema de climatizao.

Figura 4.5 Exemplo do modelo de clculo do ndice de eficincia energtica. Fonte:ADENE.

Tabela 4.3 Limites e forma de obter os consumos energticos no RSECE

Tipo de Edifcio Consumo Energtico Limite

Servios Existentes Auditoria

Servios Novos Simulao dinmica detalhada IEE

Servios; Pequeno Novos

Residencial NovosSimulao dinmica simplificada

80% doRCCTE

Fonte: RSECE, 2005


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Figura 4.6 Certificado energtico dos edifcios.Fonte: DGGE

4.3.3. SCE

A implementao do Sistema Nacional de Certificao Energtica e da

Qualidade do Ar Interior nos edifcios, alm de obrigatria devido Directiva

n. 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho de 16 de Dezembro de

2002, tem grande interesse do ponto de vista da eficincia energtica dos

edifcios, pois ir obrigar os intervenientes no sector da construo a cumprir

o regulamento trmico a que esto sujeitos (RCCTE ou RSECE), resultando na

construo de edifcios energeticamente mais eficientes e garantindo o

conforto trmico e a qualidade do ar interior.

A certificao energtica

tambm ir beneficiar os

utentes, pois ser obrigatrio

os edifcios possurem um

certificado identificando o

nvel de performance

energtica (escala do A ao

H, sendo o A o mais eficiente,

como possvel observar na

Figura 4.6). Tal j se verifica

nos frigorficos, congeladores,

etc.

Os alvos do SCE so os edifcios novos, edifcios com grandes intervenesde reabilitao, grandes edifcios pblicos e todos os edifcios para venda,

locao ou aluguer. Em termos de objectivos, possvel identificar quatro:

Assegurar o cumprimento do RCCTE e RSECE e a qualidade do arinterior, para que seja possvel emitir licenas de construo e utilizao;


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Inspeccionar os edifcios de servios durante o seu funcionamentonormal, de forma a assegurar a qualidade do ar interior, onde o tempo

entre inspeces depende do tipo e dimenso do edifcio;

Obter os consumos energticos dos edifcios existentes; dependendo dotipo de edifcio, tal pode ser feito de forma nominal ou de utilizao

real;

Identificar as necessidades, do edifcio e respectivo sistema declimatizao de efectuar medidas correctivas, de forma a melhorar a

sua performance energtica ou de qualidade do ar interior. Em relao

s condies de qualidade do ar interior, se for verificado que no

apresenta a qualidade requerida, so sempre necessrias medidas

correctivas; enquanto que no caso da performance energtica apenas

so necessrias medidas correctivas se estas apresentarem viabilidade

econmica.

4.3.4. PROGRAMAS DE INCENTIVOS

Alm da implementao dos regulamentos trmicos do edifcios, uma medida

governamental que pode ajudar sobremaneira ao aumento da eficincia

energtica dos edifcios a introduo de fortes programas de incentivos quealiciem arquitectos e engenheiros na realizao de edifcios com baixos

consumos energticos. No Canad foi implementado um programa de

incentivos que consiste em duas fases (Beausoleil-Morrison et al, 2001):

O primeiro passo a utilizao de uma ferramenta on-line onde seintroduz a localizao geogrfica do edifcio, tipo de edifcio, rea til,

reas e valor do coeficiente de transmisso trmica da envolvente, tipo

de sistema AVAC, eficincia do sistema de aquecimento earrefecimento, taxa de renovao de ar horria, potncia da

iluminao artificial e tipo de iluminao natural, custo dos combustveis

e electricidade. Com esta ferramenta obtido o consumo energtico

estimado, onde se refere as probabilidades de obter o incentivo, assim

como o valor do incentivo previsto para o projecto (Figura 4.7);


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Figura 4.7 - Ilustrao da ferramenta online para obteno do subsdio. Fonte: NRC-

CPIB Natural Resources of Canada.

O segundo passo a utilizao de um software de simulaoenergtica detalhado. Este simulador tem dois componentes: uma

interface grfica onde se caracteriza o edifcio e sistemas integrados,

um processador de regras onde se verifica se o edifcio cumpre todos os

requisitos mnimos e se os sistemas esto bem dimensionados. O

resultado final da aplicao desta ferramenta , ento, o valor do

incentivo a atribuir ao edifcio.

Este tipo de aces so bastante benficas, pois obrigam os intervenientes

do projecto a utilizar estas ferramentas de simulao de forma a encontrar as

solues energeticamente mais eficientes (Beausoleil-Morrison et al, 2001).


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4.4. SOLUES ENERGETICAMENTE EFICIENTES

O parque de edifcios um factor chave em termos ambientais. Os edifcios

esto omnipresentes e apresentam consumos energticos para aquecimento,

arrefecimento e iluminao. Nos pases pertencentes Organizao de

Cooperao Econmica e Desenvolvimento (OCDE), o sector residencial

abarca 1/3 das necessidades energticas. Assim, devido aos problemas

ambientais j referidos e de acordo com os princpios do Desenvolvimento

Sustentvel, muito importante que os edifcios sejam projectados

considerando a sua integrao com o meio ambiente (forma, orientao,

etc.) e se implementem tecnologias energeticamente sustentveis, para fazer

frente aos problemas do consumo energtico, como o custo, depleo dos

materiais, emisso de gases de efeito de estufa, etc. A implementao denovas tecnologias no depende apenas da sua viabilidade econmica, mas

tambm da esttica, facilidade de uso e aceitao do mercado e at da

possibilidade de utilizao em reabilitaes. Com o avano das tecnologias

de iluminao natural, ventilao, clulas fotovoltaicas e materiais de

mudana de fase, a sua implementao com sucesso apenas possvel com

um design cuidadoso e avaliao cientfica (West, 2001).

4.4.1. FORMA E ORIENTAO DO EDIFCIO

Ao projectar edifcios com vista eficincia energtica, o primeiro passo a

determinao da correcta forma e orientao do edifcio. Apenas com a

realizao deste ponto possvel atingir redues do consumo energtico

entre 30 a 40%. A correcta organizao espacial do edifcio tem de ser

conseguida inicialmente, pois, posteriormente construo do edifcio no

vivel, econmica nem ambientalmente, a alterao da organizao. Assim,

necessrio ter em conta que:

Compartimentos com necessidades energticas elevadas devem sercolocados a Sul, para beneficiarem mais profundamente do efeito do

sol;


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Compartimentos com necessidades energticas intermdias, podemser colocados em orientaes menos favorveis, como Este e Oeste;

Compartimentos com necessidades energticas reduzidas devem sercolocados a Norte, servindo assim de espao tampo.

A forma do edifcio deve ser tal que minimize os ganhos trmicos no Vero e

perdas de calor no Inverno. Como tal, para Portugal, os edifcios devem ser

alongados no eixo Este-Oeste, de forma a beneficiarem de grandes fachadas

a Sul, as quais recebem trs vezes mais radiao solar no Inverno, enquanto

que no Vero recebem trs vezes menos radiao solar, do que as fachadas

a Este e Oeste. Outras consideraes a ter com a forma do edifcio podem ser

o baixo ratio superfcie / volume, reduo da rea superficial exposta a norte e

a ventos fortes. Por outro lado, importante a construo de edifcios com

envolventes de boa qualidade, mesmo que estas apresentem um maior custo

inicial. Com a reduo das necessidades de aquecimento e arrefecimento e

iluminao, o perodo de amortizao deste investimento pode ser

relativamente curto (A Green Vitruvius, 1999).

4.4.2. SISTEMAS SOLARES PASSIVOS PARA AQUECIMENTO

Considerando que o aquecimento dos edifcios residenciais em Portugal

representa 25% dos consumos energticos do sector dos edifcios, a reduo

das necessidades de aquecimento essencial para o aumento da

sustentabilidade dos edifcios. Os sistemas de aquecimento convencionais

utilizam maioritariamente fontes energticas no renovveis, de forma a

fornecer o calor necessrio para o aquecimento da habitao. J um sistema

solar passivo apenas utiliza a energia do sol, de forma a fornecer, total ou

parcialmente, o calor necessrio para o aquecimento. Este tipo de sistema tirapartido dos elementos construtivos dos edifcios, como as janelas, paredes,

pavimento e cobertura, com o intuito de desempenharem funes de

recolha, armazenamento, utilizao e distribuio da energia solar. Os

sistemas solares passivos podem ser divididos em (Teixeira, 1984; Lanham,

Gama e Braz, 2004):


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Sistemas de ganho directoso os sistemas mais simples e vulgarmenteutilizados. Neste sistema a radiao solar captada por um

envidraado, normalmente virado a sul. Para o aumento da eficincia

destes sistema normal a utilizao de massa trmica para armazenar

a radiao solar em excesso durante o dia, libertando-a durante a

noite, quando mais necessria, como mostra a Figura 4.8. No

obstante este ser um sistema muito simples, pode ser muito eficiente,

principalmente quando bem projectado e tambm devido ao avano

na tecnologia dos materiais de construo os envidraados esto

cada vez mais eficientes, com maior resistncia trmica e possibilidade

de alterarem o factor solar consoante a radiao incidente;

Sistemas de ganho indirecto os sistemas de ganho indirecto diferemdo anterior na medida em que a radiao solar no atinge

directamente o compartimento, mas sim um espao intermdio. Os

ganhos de calor ocorrem atravs da conduo pela superfcie, ou

conveco, no caso da abertura de orifcios entre eles. Neste caso a

reteno da energia solar no espao intermdio a partir do efeito de

estufa. Exemplos deste tipo de sistema so as paredes com efeito do

estufa, parede de Trombe (Figura 4.9), estufas, entre outras.

Sistemas de ganho isolado este tipo de sistema em tudo semelhanteao sistema de ganho indirecto, mas neste caso existe uma separao

entre o espao de armazenamento trmico e o espao a ser

aquecido. Esta separao pode ser fsica ou atravs da colocao de

isolamento entre o compartimento e o espao intermdio, onde a

transferncia de calor se d atravs da conveco natural. Exemplos

deste tipo de sistema so os sistemas de Termo-sifo (Figura 4.10) ou

estufas, onde a parede de separao isolada.


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Figura 4.8 Sistema solar passivo de ganho directo com armazenamento trmico.

Figura 4.9 Sistema solar passivo de ganho indirecto Parede de Trombe.

Figura 4.10 Sistema solar passivo de ganho isolado Termo-sifo.


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4.4.3. SISTEMAS PASSIVOS PARA ARREFECIMENTO

Mesmo tendo em conta que a maior parte da energia utilizada nos edifcios

para aquecimento, a utilizao de ar condicionado est a aumentar

substancialmente. Com tal, a fraco energtica consumida pelos edifcios

est a aumentar. Para promover o arrefecimento passivo, Givoni identifica

vrias tcnicas passivas, tais como a ventilao natural (especialmente o

esforo para arrefecer a massa trmica dos edifcios durante a noite), o

arrefecimento evaporativo, arrefecimento radiativo, etc (Givoni, 1998). Outras

tcnicas para reduzir as cargas de arrefecimento incluem o controlo dos

ganhos solares atravs das paredes, envidraados e coberturas (pode ser

conseguido a partir do sombreamento e aplicao de isolamento) e a

utilizao de equipamento de arrefecimento eficiente. Os sistemas de

arrefecimento passivos podem ser uma forma muito eficiente de reduzir os

consumos energticos dos edifcios. Estes sistemas transferem o calor do

edifcio para a atmosfera ou para a terra, com nenhuma ou pouca utilizao

de sistemas mecnicos. Podem ser agrupados em cinco tipos:

1. Ventilao de conforto diurna estes o sistema passivo mais utilizado,onde se proporciona um fluxo de ar exterior durante o dia, removendo

directamente os ganhos de calor. Assim, atravs do aumento da

transferncia de calor convenctiva e evaporativa e da diminuio da

temperatura interior, obtm-se o conforto trmico. necessrio ter

ateno que a velocidade do ar interior no deve ultrapassar os 2 m/s.

Na Figura 4.12 possvel observar a implementao de um sistema de

ventilao de conforto diurna, atravs da aplicao da ventilao

cruzada;

2. Ventilao nocturna este sistema utiliza o ar frio nocturno paraarrefecer a massa trmica interior. A massa trmica absorve os ganhos

de calor durante o dia. De forma a reduzir os ganhos de calor, os

envidraados devem estar fechados durante o dia. Muitas vezes

utilizam-se ventiladores de tecto para aumentar as trocas de calor entre

os ocupantes e a massa trmica. Neste sistema, quanto menor for a

temperatura nocturna mais eficiente o sistema.


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3. Arrefecimento evaporativo este sistema reduz a temperatura do ar deventilao atravs da evaporao da gua. Se for um sistema directo,

o processo evaporativo arrefece a temperatura do ar e aumenta a

humidade. Sistemas indirectos fornecem gua fria, de forma a arrefecer

a temperatura do ar atravs de um permutador de calor. Este tipo de

sistemas apenas eficiente em climas secos. Um exemplo de um

sistema deste tipo o roof-spaying, onde atravs de um jacto de

gua projectado do telhado, criada uma cortina de ar frio na

fachada do edifcio, promovendo o arrefecimento, como mostra a

Figura 4.13;

4. Arrefecimento radiativo estes sistemas removem o calor dos elementosexteriores do edifcio atravs da troca de radiao entre estes e o cu.

Um exemplo deste sistema pode ser observado na Figura 4.11;

5. Arrefecimento acoplado de terra aqui a terra funciona como umdissipador de calor, devido a, normalmente, a terra estar a uma

temperatura inferior exterior. utilizado um sistema mecnico para

transferir os ganhos de calor do edifcio para a terra.

Figura 4.11 Arrefecimento radiativo sistema com isolamento de tecto amovvel.


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Os sistemas de ventilao para arrefecimento consomem menos energia,

requerem menor manuteno, tm menores custos iniciais e so amigos do

ambiente, quando se compara com os sistemas de climatizao. Somente

necessitam de um maior esforo de projecto e de simulaes eficientes, de

forma a garantir que proporcionem o conforto trmico. Os nveis de

ventilao, alm de dependerem da geometria do edifcio, tambm

dependem do microclima apenas com um esforo acrescido de modelao

e simulao possvel prever o fluxo de ar por ventilao natural, e respectiva

estimao da transferncia de calor (pois o processo dominante muitas

vezes a conveco de que dependem da velocidade do ar). Carrilho da

Graa sugere a utilizao de modelos computacionais de dinmica de fluidos

para uma mais eficiente estimao do fluxo de ar (Ver artigo de Carrilho da

Graa et al, 2001).

Ao projectar um edifcio, de forma a optimizar a ventilao natural, tm de se

estudar os seguintes aspectos:

Figura 4.13 Arrefecimento evaporativo roof-spaying. Fonte: M. Leandro

Figura 4.13 Sistema de ventilao deconforto diurna ventilao cruzada


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forma dos edifcios: distribuio dos espaos; dimenso e localizao das aberturas; caractersticas e quantidade da massa trmica; interaco com o sistema AVAC; dispositivos de sombreamento; resistncia trmica e capacidade calorfica da envolvente exterior do

edifcio.

O controlo do sistema de ventilao dever ser manual. Mesmo com a

implementao de sistemas de controlo automtico, sempre necessrio que

manualmente se possa cancelar as suas ordens.

4.4.4. CONSIDERAES SOBRE ALGUMAS SOLUES

Ventilao de conforto diurna

Num estudo efectuado por Kindangen, este observou que, no Vero, um

pequeno incremento na velocidade do ar, a partir de ar calmo, melhora

significativamente as condies de conforto. Contudo, se o ar no se

encontrar calmo, um pequeno aumento na velocidade deste no ir resultar

num aumento significativo das condies de conforto (Kindangen, 1997).

A ventilao de conforto diurna resulta em temperaturas interiores muito

prximas da temperatura exterior. Como tal apenas proveitoso utilizar esta

tcnica se, com a temperatura exterior, for possvel atingir o conforto trmico.

Adicionalmente, o aumento da velocidade do ar aumenta a taxa de

evaporao, podendo-se atingir o conforto trmico a temperaturas mais

elevadas do que seria de prever. Como tal, a ventilao um meio de

minimizar o efeito psicolgico das altas humidades relativas e para aumentar

as perdas de calor convectivas. Estudos realizados em Portugal concluram

que este possui grande potencial de poupana energtica pela aplicao da

ventilao de conforto diurna, como se pode observar na Figura 4.14 (Allard,

1998).


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Figura 4.14 potencial de poupana energtica pela aplicao da ventilao emPortugal. Fonte: Allard, 1998.

A aplicao da ventilao natural em habitaes uni-familiares bastante

simples, com um adequado projecto e localizao das aberturas, de forma a

maximizar o diferencial de presses. Tambm bastante simples a utilizao

do efeito de estratificao do ar, devido diferena de temperaturas e

presses, com recurso a aberturas no telhado ou chamins solares, de forma a

aumentar o potencial de ventilao. Em edifcios multi-familiares, a ventilao

de conforto diurna pode ser uma das nicas forma eficientes de ventilao

natural, contando que os apartamentos possuem paredes exteriores em lados

opostos do edifcio.

Por outro lado, em compartimentos com apenas uma parede exterior,

tambm possvel aplicar a ventilao natural. Tal conseguido com recurso

colocao de duas janelas na mesma fachada e utilizao dos gradientes

de presso criados. Mas, de forma a potenciar os gradientes de presso, so

necessrias algumas modificaes de design, como a integrao das

chamadas Paredes-asa, que so pequenas projeces arquitectnicas, emrelao ao compartimento, como se pode observar na Figura 4.15 (Givoni,

1998).


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Figura 4.15 configuraes de paredes-asa. Fonte: Givoni, 1998.

Ventilao nocturna

A partir do estudo de Carrilho da Graa possvel verificar que o

arrefecimento passivo por ventilao nocturna potencialmente bastante

eficiente, podendo promover a reduo de horas de desconforto trmico em

cerca de 57%, mas apenas aplicvel em zonas com grandes amplitudes

trmicas dirias. Ao analisar a integrao da ventilao nocturna num edifcio,

necessrio analisar alguns pontos cruciais (Carrilho da Graa, 2001;

Tzikopoulos, Karatza, e Paravantis, 2005; Glicksman, Norford e Greden, 2001):

Ventilao natural, hbrida ou mecnica um dos primeiros passos oclculo da taxa de renovao de ar prevista para o edifcio. O

problema que o clculo desta taxa complexo e ser necessria a

utilizao de ferramentas de clculo;

Transferncia de calor de forma a simular a ventilao nocturna, necessrio um coeficiente de transferncia de calor conventivo

bastante preciso, o que pode ser problemtico;

Armazenamento de calor a capacidade de armazenamento de calorde um compartimento consiste na capacidade de armazenamento de

calor utilizvel, em termos trmicos, por todas as superfcies fronteira e

mobilirio do compartimento. Depende da espessura de cada

construo, das suas propriedades trmicas, do perodo de flutuao


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da temperatura do ar imperturbado e da transferncia de calor

superficial.

A eficincia de um sistema de ventilao nocturna pode ser avaliada atravs

do estudo da capacidade de armazenamento de calor e dos ganhos e

perdas trmicas. Assim, possvel avaliar o efeito da ventilao nocturna

atravs de modelos paramtricos ou ferramentas de simulao. Pfafferott

testou a ventilao nocturna de um edifcio de escritrios atravs de uma

ferramenta de simulao, onde utilizou medies in-situ para calibrar o

modelo. Este conclui que, atravs da ventilao nocturna, a temperatura

interior mdia reduz cerca de 2-3C; enquanto que com a implementao do

sombreamento, atinge redues de 3-4C. Com a combinao de ambos,

atinge redues de 5.7C (Pfafferott, Herkel e Jschke, 2003).

Estufas

A aplicao de estufas pode ser muito til, pois estas, alm de servirem de

espao tampo, tambm podem ser utilizadas para aplicao de estratgias

solares passivas, como o ganho directo ou indirecto, em espaos contguos

estufa. A estufa, ao actuar como um espao tampo, vai reduzir as perdas de

calor pela envolvente; e mesmo na inexistncia de ganhos solares directos

uma soluo eficiente. De forma a armazenar a radiao solar captada pela

estufa e devolv-la ao espao til, quando este necessrio, podemos

recorrer a duas solues:

A introduo de uma parede com massa trmica suficiente paraarmazenar e distribui-lo posteriormente;

A Insero aberturas na parte inferior e superior da parede deseparao entre o espao til e a estufa, de forma a usufruir da

conveco natural.

Por outro lado, a introduo de uma estufa numa fachada exterior, resulta

numa reduo das exigncias dessa fachada, como a utilizao de vidro

duplo, isolamento, estanqueidade. As estufas devem possuir, pelo menos, dois

teros de envidraados mveis, de forma a promoverem a ventilao natural


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e evitarem o sobreaquecimento. Deve ser colocado isolamento mvel para

proteger os envidraados durante a noite e reduzirem as perdas trmicas. No

devem ser utilizados sistemas de aquecimento na estufa, pois tal resultar em

mais perdas energticas do que ganhos.

Sombreamento

Os dispositivos de sombreamento, quando colocados convenientemente,

permitem a reduo da Iluminncia (evitando o encadeamento ou brilho

excessivo), dos ganhos solares no Vero e das perdas de calor durante a noite.

Ao considerarmos o dispositivo de sombreamento a colocar, necessrio

decidir se so exteriores ou interiores:

o sombreamento exterior mais eficiente na reduo dos ganhossolares, pois os raios solares so interceptados antes de atingirem os

envidraados. Mas estes dispositivos so normalmente mais

dispendiosos na instalao e manuteno;

dispositivos interiores so mais econmicos e fceis de ajustar aqualquer situao, protegendo melhor os ocupantes do

encadeamento e brilho excessivo;

dispositivos instalados no interior de envidraados duplos, com aberturasde ventilao para o exterior, combinam as vantagens dos dois

sistemas anteriores.

Por outro lado tambm necessrio decidir se os dispositivos de

sombreamento so mveis ou fixos. Neste campo, normalmente prefervel

utilizar dispositivos fixos no exterior e dispositivos mveis no interior. Os

dispositivos exteriores so mais utilizados para a proteco da radiao solar

e, quando bem projectados, no necessitam de ser mveis; enquanto que osdispositivos interiores so mais apropriados para as questes da iluminao,

assim prefervel serem mveis, de forma aos ocupantes ajustarem os

dispositivos consoante as suas necessidades (A Green Vitruvius, 1999).


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Tubagens horizontais de iluminao

A iluminao natural pode resultar em poupanas energticas substanciais,

principalmente em edifcios comerciais de ocupao diurna. Assim,

necessrio integrar sistemas de iluminao natural nos edifcios, com vista

sua sustentabilidade. Como exemplo de um desses sistemas temos as

tubagens horizontais de luz:

aplicadas, maioritariamente, em fachadas cortina, de forma a reduzir osganhos solares mas proporcionando iluminao natural. Para tal,

coloca-se uma tubagem no tecto falso com espelhos, para

redireccionar a luz, e filtros com absoro / reflexo de infravermelhos

(Figura 4.16);

Figura 4.16 - Tubagem de luz horizontal

Paredes de terra

A construo de edifcios com paredes termicamente eficientes, em que, ao

mesmo tempo, no so consumidas grandes quantidades de energia na sua

construo ou demolio, uma forma de promover a reduo do consumo

energtico. As paredes em terra so ambientalmente sustentveis, devido

grande disponibilidade local, assim como aos baixos consumos energticospara produo. Para que estas paredes possam ser aceites, necessrio

conhecer a sua performance trmica e que esta respeite os regulamentos

trmicos em vigor. Uma vantagem deste tipo de paredes a sua grande

massa trmica, o que resulta em pequenas variaes de temperatura. De

forma a promover uma maior aceitao deste tipo de paredes, necessrio


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desenvolver as tcnicas de produo para uma melhor performance trmica,

assim como a obteno das propriedades trmicas reais deste tipo de

parede, de forma a possibilitar a previso do comportamento dos edifcios a

partir de programas de simulao trmica de edifcios (Goodhew e Griffiths,

2005).

Materiais de mudana de fase

As propriedades termo-fsicas dos materiais de construo tm grande

influncia na performance energtica dos edifcios. Considerando o design

solar passivo, a capacidade de armazenamento de calor o parmetro

dominante. Os sistemas pesados tradicionais podem ter problemas de excesso

de massa trmica e de custo. Mas combinando materiais de construo

tradicionais com uma camada interior composta por materiais de mudana

eficácia energética de edifícios

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