eficiência energética em edifícios escolares · sectores de maior consumo no edifício,...
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Eficiência Energética em Edifícios Escolares
Mauro Gonçalo Guerreiro Custódio
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica
Júri
Presidente: Professor Doutor Mário Manuel Gonçalves da Costa
Orientador: Professor Doutor Carlos Augusto Santos Silva
Vogal: Professor Doutor João Luís Toste Azevedo
Outubro 2011
i
Agradecimentos
Quero agradecer em primeiro lugar ao Professor Doutor Carlos Silva pelo acompanhamento,
orientação e apoio imprescindível na realização deste trabalho. E ao Engenheiro Nuno Miguel
Garcia dos Santos pelos conselhos e ajuda prestada aquando da realização das visitas às
escolas secundárias.
Gostaria também de agradecer à Parque Escolar, em particular à Engenheira Marta Marques
Costa pela pronta disponibilidade na cedência de informações das escolas secundárias.
À Galp Energia, pela oportunidade que me foi dada em realizar um estudo desta natureza, no
âmbito do programa Galp Energia 20-20-20.
À direcção da Escola Secundária Vergílio Ferreira, pelo à vontade e disponibilidade
demonstrado durante a visita à escola.
Aos meus pais pelos valores e princípios transmitidos ao longo da minha vida que fazem de
mim a pessoa que sou hoje. E à minha irmã pela relação de amizade e carinho que possuímos
um pelo outro.
Por fim quero agradecer aos meus amigos por toda força e amizade que sempre me deram,
em especial ao Ricardo e ao Zé pelo total apoio transmitido ao longo da minha vida
universitária.
ii
Resumo
Nos últimos anos tem-se assistido a uma preocupação crescente por parte dos líderes
internacionais em promover uma maior sustentabilidade energética através de um maior
investimento em energias renováveis e de uma utilização mais racional da energia.
Na presente dissertação aborda-se este tema com base na análise de alguns edifícios
escolares intervencionados pela empresa Parque Escolar. Por terem sofrido um aumento
bastante significativo nos seus consumos após intervenção de forma a cumprirem com os
regulamentos vigentes, há agora a necessidade de analisar a adopção de medidas a nível
técnico e a nível comportamental, por forma a minimizar os custos associados ao consumo de
electricidade das escolas.
Neste sentido foram elaboradas duas ferramentas em EXCEL©Microsoft. A primeira ferramenta
permite efectuar a desagregação dos perfis de consumos da escola secundária identificando os
sectores de maior consumo no edifício, identificar desvios em relação a valores padrão e testar
medidas de eficiência energética de natureza comportamental e de gestão de processos. A
segunda ferramenta avalia a potencialidade de aplicação de miniprodução fotovoltaica através
diferentes tipos de estratégias de gestão da energia produzida e integração com os consumos
da escola.
Assim verificou-se que o sistema de AVAC é o principal responsável pelo aumento dos
consumos , apresentando na maioria dos casos um sistema centralizado que pode potenciar os
consumos de electricidade. Por outro lado verificou-se que a miniprodução é uma solução
bastante promissora, mesmo quando não subsidiada, apresentando indicadores económicos
favoráveis. Por fim, através da alteração de comportamentos e processos, é possível induzir
poupanças adicionais no consumo eléctrico da escola até 7%.
PALAVRAS-CHAVE: Eficiência energética, edifícios escolares, solar fotovoltaico
iii
Abstract
Over the last few years, international leaders have shown an increasing concern in the
promotion of more sustainable energy systems through increasing investments in renewable
energy technologies and more rational use of energy.
The present work addresses this issue by analyzing some scholar buildings that were
intervened by the company Parque Escolar. Because they suffered a very significant increase in
their electricity consumption after the interventions in order to comply with the existing
regulations, it is necessary to study the adoption of some measures, both at the technical and
behavioral level, to minimize the schools’ electricity consumption.
In this way, two programs in Microsoft©EXCEL were developed. One allows the break-down of
the consumption profiles from a high school, identifying the most inefficient sections, recognize
deviations and test the measures of energy efficiency related both with behavior and procedure
management. The other program assesses the potential for use photovoltaic production through
different management strategies for the energy produced and integration with the expenditure of
the school.
It was found that HVAC system is the primarily responsible for the increase in consumption, in
most cases using a centralized system that may increase the electricity use. On the other hand,
it was found that photovoltaic production systems maybe a very promising solution, even when
it is not subsidized, as it presents favorable economic indicators. Finally, by changing some
behaviors and processes, it is possible to provide savings on the school consumption up to 7%.
KEYWORDS: Energy efficiency, scholar buildings, solar photovoltaic
iv
Índice
Agradecimentos.............................................................................................................................. i
Resumo .......................................................................................................................................... ii
Abstract ......................................................................................................................................... iii
Índice ............................................................................................................................................. iv
Índice de Figuras .......................................................................................................................... vii
Índice de Tabelas .......................................................................................................................... xi
Abreviaturas e Simbologia ........................................................................................................... xii
1. Introdução .............................................................................................................................. 1
1.1 Motivação e Enquadramento ........................................................................................ 1
1.2 Caso de estudo ............................................................................................................. 3
1.3 Contributos da tese ....................................................................................................... 4
1.4 Estrutura da tese ........................................................................................................... 5
2. Revisão Bibliográfica .............................................................................................................. 5
2.1 Legislação nacional de energia em edifícios ................................................................ 5
2.1.1 SCE ........................................................................................................................... 5
2.1.2 RCCTE ...................................................................................................................... 5
2.1.3 RSECE ...................................................................................................................... 6
2.1.4 ECO.AP ..................................................................................................................... 6
2.1.5 Miniprodução ............................................................................................................. 6
2.2 Consumo de energia em edifícios escolares ................................................................ 6
3. Descrição das Escolas ........................................................................................................... 9
3.1 Liceu Histórico ............................................................................................................... 9
3.2 Escola MOP ................................................................................................................. 13
3.2.1 Escola Secundária Gil Vicente ................................................................................ 14
3.3 Escola Pavilhonar ........................................................................................................ 17
3.3.1 Escola Secundária Vergílio Ferreira ........................................................................ 17
3.3.2 Escola Secundária D. Dinis ..................................................................................... 21
3.3.3 Escola Secundária Pedro Alexandrino .................................................................... 25
3.4 Identificação do problema ........................................................................................... 28
v
4. Modelação das ferramentas de eficiência energética ......................................................... 31
4.1 Ferramenta de cálculo para caracterizar o consumo de energia ................................ 31
4.1.1 Conceitos teóricos ................................................................................................... 31
4.1.2 Análise dos consumos energéticos ......................................................................... 33
4.1.3 Medições e Factores de utilização .......................................................................... 34
4.1.4 Taxa de ocupação das Salas de Aula ..................................................................... 37
4.1.5 Estrutura da ferramenta........................................................................................... 38
4.2 Estudo da implementação de painéis fotovoltaicos .................................................... 45
4.2.1 Posição Relativa do Sol........................................................................................... 45
4.2.2 Energia Solar ........................................................................................................... 49
4.2.3 Sistema fotovoltaico ................................................................................................ 51
4.2.4 Análise de Investimento .......................................................................................... 54
4.2.5 Estrutura da ferramenta........................................................................................... 55
5. Resultados ........................................................................................................................... 57
5.1 Validação ..................................................................................................................... 57
5.1.1 Previsão de consumos ............................................................................................ 57
5.1.2 Solar ........................................................................................................................ 61
5.2 Caracterização do consumo de energia...................................................................... 64
5.3 Miniprodução ............................................................................................................... 67
5.3.1 Potência de 100 kW ................................................................................................ 67
5.4 Eficiência Energética ................................................................................................... 70
5.4.1 Mudança de horário Aulas ...................................................................................... 70
5.4.2 Mudança de horário Refeitório ................................................................................ 72
5.4.3 Consumos residuais (Standby) ............................................................................... 73
5.4.4 AVAC ....................................................................................................................... 74
5.5 Poupanças Totais ........................................................................................................ 75
5.6 Medidas Complementares .......................................................................................... 76
6. Conclusões........................................................................................................................... 77
7. Referências Bibliográficas .................................................................................................... 79
A. Anexos ............................................................................................................................. 81
A.1 Dados das escolas ............................................................................................................ 81
vi
A.2 Preços da electricidade ..................................................................................................... 82
A.3 Potências Instaladas ......................................................................................................... 82
A.3.1 ESVF........................................................................................................................... 82
A.3.2 ESPA .......................................................................................................................... 84
A.3.3 ESPM .......................................................................................................................... 84
A.4 Perfis de consumo de vários blocos da ESVF .................................................................. 85
A.5 Previsão do perfil de consumo .......................................................................................... 89
A.5.1 Facturas de electricidade Dom Dinis Jan-11 .............................................................. 89
A.5.2 Facturas de electricidade Dom Dinis Mai-11 .............................................................. 90
A.5.3 Facturas de electricidade Pedro Alexandrino Fev-10 ................................................ 91
A.5.4 Facturas de electricidade Pedro Alexandrino Mai-11 ................................................. 92
A.5.5 Facturas de electricidade da Escola Secundária Gil Vicente Jan-11 ......................... 93
A.5.6 Facturas de electricidade da Escola Secundária Gil Vicente Mai-10 ......................... 94
A.6 Características das Cidades ............................................................................................. 95
A.6.1 Localização das cidades............................................................................................. 95
A.6.2 Curvas de factor céu limpo ......................................................................................... 95
A.6.3 Curvas da temperatura média do ar ........................................................................... 96
A.7 Características dos Painéis ............................................................................................... 97
A.8 Ferramenta de Análise de Consumos ............................................................................... 98
A.9 Ferramenta Solar ............................................................................................................ 102
vii
Índice de Figuras
Figura 1 – Evolução e distribuição do consumo mundial de energia [1]....................................... 1
Figura 2- Desagregação de medidas que irão proporcionar a diminuição de CO2 [3] ................ 2
Figura 3 - Distribuição por sectores do consumo energético mundial e respectivo potencial de
poupança [6] .................................................................................................................................. 3
Figura 4 - Localização da ESPM (ponto A) ................................................................................. 10
Figura 5 - Planta da ESPM e indicação das novas construções ................................................ 11
Figura 6 - Pátio da ESPM ............................................................................................................ 11
Figura 7 - Piso -1 da Escola Secundária Passos Manuel ........................................................... 12
Figura 8 - Piso 0 da Escola Secundária Passos Manuel ............................................................ 12
Figura 9 - Piso 1 da Escola Secundária Passos Manuel ............................................................ 12
Figura 10 - Localização da ESGV (ponto A) ............................................................................... 14
Figura 11 - Planta da ESGV e indicação das novas construções .............................................. 15
Figura 12 – Novo espaço da ESGV (exterior) ............................................................................. 15
Figura 13 - Novo espaço da ESGV (interior) .............................................................................. 15
Figura 14 - Piso 1 da Escola Secundária Gil Vicente ................................................................. 16
Figura 15 - Piso 2 da Escola Secundária Gil Vicente ................................................................. 16
Figura 16 - Piso 3 da Escola Secundária Gil Vicente ................................................................. 16
Figura 17 - Localização da ESVF (ponto A) ................................................................................ 18
Figura 18 - ESVF antes da renovação da Parque Escolar (2009) .............................................. 18
Figura 19 - Comparação da estrutura antes e depois da requalificação ESVF ......................... 19
Figura 20 - Localização da ESDD (ponto A) ............................................................................... 21
Figura 21- Planta da ESDD e indicação das novas construções ............................................... 22
Figura 22 - Bloco central ESDD (exterior) ................................................................................... 22
Figura 23 - Bloco central ESDD (interior) .................................................................................... 22
Figura 24 – Biblioteca ESDD ....................................................................................................... 23
Figura 25 – Auditório ESDD ........................................................................................................ 23
Figura 26 - Painéis Solares e Fotovoltaicos da ESDD................................................................ 23
Figura 27 - Mini-eólica da ESDD ................................................................................................. 23
Figura 28 – Tipologia Escola Secundária D. Dinis Piso 0 ........................................................... 24
Figura 29 - Tipologia Escola Secundária D. Dinis Piso 1............................................................ 24
Figura 30 - Localização da ESPA (ponto A) ............................................................................... 25
Figura 31 - Planta da escola ESPA e indicação das novas construções ................................... 26
Figura 32 - Nova cobertura da ESPA a) ..................................................................................... 26
Figura 33 - Nova cobertura da ESPA b) ..................................................................................... 26
Figura 34 - Piso 0 da Escola Secundária Pedro Alexandrino ..................................................... 27
Figura 35 - Piso 1 da Escola Secundária Pedro Alexandrino ..................................................... 27
Figura 36 - Piso 2 da Escola Secundária Pedro Alexandrino ..................................................... 27
Figura 37 - Evolução dos consumos de energia no Inverno ....................................................... 28
viii
Figura 38 - Evolução dos consumos de energia no Verão ......................................................... 28
Figura 39 - Consumos da ESPM com e sem AVAC ................................................................... 29
Figura 40 – Horários dos períodos de facturação no ciclo diário ................................................ 32
Figura 41 - Quadro eléctrico de um bloco de sala de aulas ....................................................... 34
Figura 42 - Analisador a partir do qual se fazia a ligação do quadro ao computador ................ 34
Figura 43 – Indicação de possíveis aproximações ..................................................................... 41
Figura 44 - Processo de aproximação do modelo de previsão ................................................... 41
Figura 45 - Trajecto do Sol no hemisfério Norte nas diferentes estações do ano ...................... 45
Figura 46 - Representação das coordenadas geográficas Latitude e Longitude ....................... 46
Figura 47 - Declinação Solar ....................................................................................................... 47
Figura 48 - Evolução da equação hora ao longo do ano ............................................................ 48
Figura 49 - Definição de ângulos para a incidência da radiação solar sobre um painel
inclinado[24] ................................................................................................................................ 49
Figura 50 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESDD em Jan-11 ................ 57
Figura 51 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESDD em Maio-11 .............. 58
Figura 52 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPA em Fev-10 ................ 58
Figura 53 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPA em Mai-11 ................. 59
Figura 54 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESGV em Jan-11 ................ 59
Figura 55 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESGV em Maio-10 .............. 60
Figura 56 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPM emJan-11 ................. 60
Figura 57 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPM em Maio-11 .............. 61
Figura 58 - Perfil de consumo fim-de-semana ESPM ................................................................. 62
Figura 59 - Dados da instalação fotovoltaica ESDD ................................................................... 63
Figura 60 - Desagregação do consumo da ESVF ...................................................................... 64
Figura 61 - Desagregação do consumo da ESDD ...................................................................... 64
Figura 62 - Desagregação do consumo da ESPA ...................................................................... 65
Figura 63 - Desagregação do consumo da ESGV ...................................................................... 65
Figura 64 - Desagregação do consumo da ESPM ...................................................................... 66
Figura 65 - Evolução da produção de energia ao longo do ano ................................................. 68
Figura 66 - Evolução das poupanças ao longo do 1º ano .......................................................... 68
Figura 67 - Desagregação consumo ESVF Março-2010 ............................................................ 71
Figura 68 - Alteração da ocupação das Salas de Aula ESVF .................................................... 71
Figura 69 - Disposição dos conjuntos de lâmpadas actual e o correcto ..................................... 76
Figura A. 1- Perfil de consumo no fim-de-semana Bloco B ESVF .............................................. 85
Figura A. 2 - Perfil consumo médio do bloco B ESVF ................................................................ 85
Figura A. 3 - Perfil de consumo fim-de-semana do bloco C ESVF ............................................. 86
Figura A. 4 - Perfil consumo médio do bloco C ESVF ................................................................ 86
Figura A. 5 - Perfil de consumo fim-de-semana do bloco H ESVF ............................................. 87
Figura A. 6 - Perfil de consumo médio bloco H ESVF ................................................................ 87
ix
Figura A. 7 - Perfil de consumo no fim-de-semana Refeitório ESVF.......................................... 88
Figura A. 8 - Perfil de consumo médio dia útil Refeitório ESVF ................................................. 88
Figura A. 9 - Factura Papel da ESDD Jan-11 ............................................................................. 89
Figura A. 10 - Factura Online da ESDD em Jan-11 .................................................................... 89
Figura A. 11 - Factura Papel ESDD em Mai-11 .......................................................................... 90
Figura A. 12 - Factura Online da ESDD em Mai-11 .................................................................... 90
Figura A. 13 - Factura papel ESPA em Fev-10 ........................................................................... 91
Figura A. 14 – Factura Online da ESPA em Fev-10 ................................................................... 91
Figura A. 15 - Factura Papel ESPA em Mai-11 .......................................................................... 92
Figura A. 16 - Factura Online da ESPA em Mai-11 .................................................................... 92
Figura A. 17 - Factura Papel ESGV em Jan-11 .......................................................................... 93
Figura A. 18 - Factura online ESGV Jan-11 ................................................................................ 93
Figura A. 19 - Factura papel ESGV em Mai-10 .......................................................................... 94
Figura A. 20- Factura Online da ESGV em Mai-10 ..................................................................... 94
Figura A. 21 - Evolução do factor de céu limpo obtida através dos valores tabelados .............. 96
Figura A. 22 - Evolução da temperatura média obtida através dos valores tabelados .............. 97
Figura A. 23 – Página inicial da ferramenta consumos............................................................... 98
Figura A. 24 - Introdução dos dados da factura (ESPA Fev-10) ................................................ 98
Figura A. 25 - Potências Instaladas da escola secundária ......................................................... 98
Figura A. 26 - Taxas de ocupação .............................................................................................. 99
Figura A. 27 - Características da escola ..................................................................................... 99
Figura A. 28 - Características do mês ......................................................................................... 99
Figura A. 29 - Tarifário e Potência Contratada ......................................................................... 100
Figura A. 30 - Coluna onde se deve colocar os valores da factura online ............................... 100
Figura A. 31 - Previsão do perfil de consumo ........................................................................... 100
Figura A. 32 - Desagregação do perfil de consumo.................................................................. 101
Figura A. 33 - Horários de cada secção .................................................................................... 101
Figura A. 34 - Factores de utilização de cada tipologia ............................................................ 101
Figura A. 35 - Resultados .......................................................................................................... 102
Figura A. 36 - Página inicial da ferramenta solar ...................................................................... 102
Figura A. 37 - Localização do sistema fototovoltaico ................................................................ 102
Figura A. 38 - Características do local onde se pretende instalar o sistema fotovoltaico ........ 103
Figura A. 39 - Ângulos do painel ............................................................................................... 103
Figura A. 40 - Selecção do painel instalado .............................................................................. 103
Figura A. 41 - Características do painel instalado .................................................................... 103
Figura A. 42 - Características da instalação ............................................................................. 103
Figura A. 43 - Tipos de poupança ............................................................................................. 104
Figura A. 44 - Tarifa Venda ....................................................................................................... 104
Figura A. 45 - Valor médio diário Energia Ponta ....................................................................... 104
Figura A. 46 - Valor de poupança calculado ............................................................................. 104
x
Figura A. 47 - Dados que permitem calcular os indicadores económicos ................................ 104
Figura A. 48 - Indicadores económicos ..................................................................................... 105
Figura A. 49 - Cálculo do dia absoluto ...................................................................................... 105
xi
Índice de Tabelas
Tabela 1 - Factores de Utilização Salas de Aula ........................................................................ 37
Tabela 2 - Taxas de ocupação .................................................................................................... 37
Tabela 3 – Horário de cada parcela de potência ........................................................................ 40
Tabela 4 - Erro ESDD Jan-11 ..................................................................................................... 57
Tabela 5 - Erro ESDD Mai-11 ..................................................................................................... 58
Tabela 6 - Erro ESPA Fev-10 ...................................................................................................... 58
Tabela 7 - Erro ESPA Mai-11 ...................................................................................................... 59
Tabela 8 - Erro ESGV Jan-11 ..................................................................................................... 59
Tabela 9 - Erro ESGV Mai-10 ..................................................................................................... 60
Tabela 10 - Erro ESPM Jan-11 ................................................................................................... 60
Tabela 11 - Erro ESPM Mai-11 ................................................................................................... 61
Tabela 12 - Validação Solar valores referência .......................................................................... 61
Tabela 13- Erro ESPM solar ....................................................................................................... 62
Tabela 14 - Erro ESDD solar ....................................................................................................... 63
Tabela 15 - Relações Energia/alunos e Energia/área das escolas secundárias analisadas
C/AVAC ....................................................................................................................................... 66
Tabela 16 - Relações Energia/alunos e Energia/área das escolas secundárias analisadas
S/AVAC ....................................................................................................................................... 66
Tabela 17 - Poupança miniprodução segundo diferentes tipos de poupança ............................ 69
Tabela 18 - Indicadores económicos para cada tipo de poupança ............................................ 69
Tabela 19 - Poupança diária devido à mudança de horários das salas de aula ........................ 72
Tabela 20 - Taxas de ocupação .................................................................................................. 72
Tabela 21 - Poupança devido à alteração dos horários para todas escolas analisadas ............ 72
Tabela 22 - Poupanças de standby para as escolas analisadas ................................................ 74
Tabela 23 - Variação de Potência AVAC .................................................................................... 75
Tabela 24- Poupança AVAC ....................................................................................................... 75
Tabela 25 - Poupança Total ........................................................................................................ 75
Tabela A. 1 - Áreas e número de alunos das escolas visitadas ................................................. 81
Tabela A. 2 - Áreas das escolas analisadas ............................................................................... 81
Tabela A. 3 - Tarifário em Média Tensão .................................................................................... 82
Tabela A. 4 – Potência Instalada da ESVF ................................................................................. 84
Tabela A. 5 – Potência Instalada da ESPA ................................................................................. 84
Tabela A. 6 - Latitude e longitude das cidades ........................................................................... 95
Tabela A. 7 - Valores tabelados de factor de céu limpo ............................................................. 95
Tabela A. 8 – Valores tabelados da temperatura média do ar ................................................... 96
Tabela A. 9 - Características dos painéis ................................................................................... 97
xii
Abreviaturas e Simbologia
AM: Massa de ar
as: Ângulo de azimute solar
AVAC: Aquecimento Ventilação e Ar condicionado
aw: Ângulo de azimute do painel
En.Aulas.Est: Energia Estimada de Aulas
En.AulasManhã.Est: Energia estimada das aulas da manhã
En.AulasTarde.Est: Energia estimada das aulas da tarde
En.Bloco24h: Energia dos Equipamentos 24 horas de um bloco
ENE: Estratégia Nacional para a Energia
ESDD: Escola Secundária Dom Dinis
ESGV: Escola Secundária Gil Vicente
ESPA: Escola Secundária Pedro Alexandrino
ESPM: Escola Secundária Passos Manuel
ESVF: Escola Secundária Vergílio Ferreira
ET: Correcção da hora solar
FCT: Faculdade de Ciências e Tecnologia
FU.24H: Factor de utilização dos Equipamentos 24horas
FU.IluExt: Factor de Utilização da Iluminação Exterior
G: Constante solar efectiva
Gb: Irradiância directa
Gd: Irradiância difusa
GEE: Gases de Efeito de Estufa
Gr: Irradiância reflectida
hs: Ângulo horário
ICS: Instituto Ciências Socias
Isc: Corrente curto-circuito
IST: Instituto Superior Técnico
Kt: Factor céu limpo
L: Latitude
l: Longitude
LNEC: Laboratório Nacional de Engenharia Civil
xiii
MOP: Ministério das Obras Públicas
NOCT: Temperatura da célula nas condições padrão
Pcm: Potência média Cheia manhã
Pcn: Potência média Cheia noite
Pct: Potência média Cheia tarde
Pot.24h.Est: Potência Estimada dos Equipamentos 24horas
Pot.Aulas.Est: Potência Estimada de Aulas
Pot.IluExt.Est: Potência Estimada de Iluminação Exterior
PotB.24h: Potência Equipamentos 24 horas do bloco B
PotC.24h: Potência Equipamentos 24 horas do bloco C
PotE.24h: Potência Equipamentos 24 horas do bloco E
PotH.24h: Potência Equipamentos 24 horas do bloco H
Ppm: Potência média Ponta manhã
Ppt: Potência média Ponta tarde
Pv: Potência média Vazio
RCCTE: Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios
RSECE: Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
SCE: Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior
TaxaManhã: Taxa de ocupação das salas de aula no período de manhã
TaxaTarde: Taxa de ocupação das salas de aula no período de tarde
TIR: Taxa interna de rentabilidade
ts: Hora solar
VAL: Valor actual líquido
Voc: Tensão circuito aberto
α: Ângulo de altitude solar
β: Ângulo de inclinação do painel
δ: Declinação solar
θ: Ângulo de zénite
ρ: índice de reflectância do terreno
1
1. Introdução
1.1 Motivação e Enquadramento
Nas últimas décadas, os países industrializados adoptaram políticas de desenvolvimento
económico para aumentar o bem de estar das populações, assentes em grandes consumos
energéticos e com repercussões resultantes no impacto ambiental e na escassez dos recursos
energéticos mundiais.
Em 2010 o consumo mundial de energia atingiu o valor de 12 mil milhões de toneladas
equivalentes de petróleo sendo que 87% da parcela correspondeu a combustíveis fósseis[1].
Figura 1 – Evolução e distribuição do consumo mundial de energia [1]
Com uma matriz energética mundial tão dependente dos combustíveis fósseis, existe uma
grande emissão de gases com efeito de estufa (GEE) com impacto directo no aumento da
temperatura do planeta e potenciando alterações climáticas. Estas alterações reflectem-se no
aumento do nível médio dos oceanos por liquefacção dos pólos, na desertificação e diminuição
da periodicidade de catástrofes naturais.
Devido aos efeitos nefastos que iriam resultar no futuro das novas gerações, tem existido uma
progressiva consciencialização relativamente ao problema e adopção de soluções para o
mitigar por parte da comunidade internacional. Em Dezembro de 1997 foi estabelecido um
protocolo internacional entre 100 países onde foram definidas metas para a redução de
emissões de CO2. Este acordo internacional chamado Protocolo de Kyoto fixou o compromisso
de redução de pelo menos 5% de redução das emissões de CO2 equivalente em 2008-2012
em relação às emissões de 1990[2]. Contudo, a matriz energética mundial continuou
extremamente dependente da queima de combustíveis fósseis pelo que o aumento das
2
emissões de GEE tem continuado, frustrando as pretensões deste protocolo. Dada a expiração
do protocolo de Kyoto em 2012 já foram iniciadas as conversações para um novo acordo
internacional, que parece ser difícil de alcançar, tendo em conta os acordos modestos
alcançados em Copenhaga em 2009 e Cancun 2010.
Portugal é um país com poucos recursos fósseis endógenos pelo que a sua uma matriz
energética é bastante dependente dos combustíveis fósseis do exterior. Esta dependência é
bastante prejudicial à economia nacional devido à grande vulnerabilidade a que o país fica
sujeito em relação às flutuações dos preços internacionais. Isto acontece porque a matriz
energética mundial é composta maioritariamente por combustíveis fosseis, existindo por isso
uma grande pressão nos mercados sempre que existem flutuações significativas na produção -
decorrente por exemplo de guerras ou desastres naturais - ou no consumo - decorrente por
exemplo de estados climáticos severos ou alterações dos ciclos económicos.
Dada esta situação, Portugal tem vindo a repensar a sua matriz energética, em particular pela
maior utilização dos recursos renováveis endógenos para geração de energia. No entanto este
tipo de energia tem a desvantagem de requerer elevados investimentos que só são viáveis
muitas vezes através de incentivos económicos.
Outra forma de diminuir a dependência dos mercados internacionais é utilizar a energia de
forma mais racional e eficiente. Segundo a Agência Internacional de energia é possível realizar
uma diminuição de pelo menos 50% na emissão de GEE até 2050, sendo que a eficiência
energética deverá ser responsável por 58 % dessa diminuição[3].
Figura 2- Desagregação de medidas que irão proporcionar a diminuição de CO2 [3]
Em Março de 2007 os líderes europeus decidiram encetar esforços para tornar a Europa numa
economia eficiente com baixas emissões de carbono combatendo ao mesmo tempo as
alterações climáticas. Consequentemente, criou-se uma estratégia denominada de Iniciativa
20-20-20 onde foram estabelecidas várias metas para o ano 2020[4]
3
Redução de pelo menos 20% na emissão de GEE em relação às emissões de 1990;
20% da energia consumida na União Europeia deverá provir de energias renováveis;
Redução de 20% na utilização de energia primária através do aumento de eficiência
energética.
Assim o Estado Português definiu uma nova Estratégia Nacional para a Energia, a ENE 2020,
de forma a corresponder aos objectivos que se propôs em conjunto com os outros estados
membros e que procura não só promover a utilização de energias renováveis, diminuir as
emissões de GEE e aumentar a eficiência energética[5].
Ao nível da eficiência energética, existe um enorme potencial no sector dos edifícios, sendo
que de acordo com a EEB caso não sejam adoptadas medidas, a energia utilizada em edifícios
poderá ser maior que a utilizada nos transportes ou indústria. No entanto, estima-se que este
aumento poderá ser contrariado em mais de 60% através de uma maior utilização de energias
renováveis e através da adopção de medidas de eficiência energética [6].
Figura 3 - Distribuição por sectores do consumo energético mundial e respectivo potencial de poupança [6]
Por estes motivos, o desenvolvimento de estratégias de eficiência energética no sector dos
edifícios é um tópico de investigação e desenvolvimento muito relevante no contexto actual.
1.2 Caso de estudo
A Parque Escolar, EPE, fundada em 2007 e sediada na Avenida Infante Santo, Lisboa, é uma
empresa pública que tem o objectivo de requalificar várias escolas secundárias do país
melhorando a qualidade das mesmas. O Estado, ao criar esta empresa, viu assim uma
oportunidade para relançar economicamente o sector da construção, contribuindo ao mesmo
tempo para a melhoria da qualidade de ensino dos seus cidadãos[7].
A intervenção das escolas secundárias tem como objecto principal a requalificação do espaço
de ensino com a adequação das infra-estruturas às novas tecnologias de informação e
comunicação, ao desenvolvimento dos espaços laboratoriais, modernização de espaços
4
comuns como bibliotecas, cantinas, pavilhões, auditórios, etc. Para além disso, foram
melhoradas as condições de conforto e habitabilidade, garantindo-se a melhoria em aspectos
como a qualidade do ar, isolamento térmico, isolamento acústico e acessibilidade de forma a
cumprirem com a legislação em vigor. Espera-se ainda que as escolas requalificadas sejam
abertas à comunidade, e que sejam promovidas várias actividades extra-curriculares como
eventos sociais, culturais e desportivos.
Ao todo, foram já intervencionadas perto de 100 escolas por todo o país de um total de mais de
três centenas de intervenções preconizadas pelo programa de Modernização Escolar.
As escolas secundárias, por serem infra-estruturas com grandes áreas de implantação e por
albergarem um elevado número de pessoas, tendem a apresentar necessidades energéticas
elevadas. Estas necessidades aumentaram significativamente após a intervenção da Parque
Escolar, de forma a cumprirem os requisitos legais de conforto térmico e qualidade de ar
interior, tornando os custos operacionais de funcionamento significativamente superiores aos
anteriormente observados. Este aumento fomentou o interesse pela análise de medidas de
eficiência energética que visassem a diminuição do consumo de energia e consequentes
gastos, sobretudo no actual contexto de restrições económico-financeiras que o país atravessa.
1.3 Contributos da tese
Assim, o objectivo deste trabalho é identificar o potencial de medidas que promovam a
utilização da energia de uma forma mais racional, bem como o potencial de investimento de
miniprodução solar nos edifícios escolares intervencionados pela Parque Escolar. Esta análise
deverá permitir quantificar o impacto económico e energético gerado pelas medidas de
eficiência energética. Para avaliar o potencial destas medidas elaborou-se uma ferramenta de
cálculo que permitisse efectuar a análise em qualquer escola secundária remodelada pela
Parque Escolar.
Para analisar a forma como a energia é utilizada é necessário:
1) Processar a informação das facturas das escolas secundárias para perceber qual o
peso das necessidades energéticas (electricidade, gás) e o seu contributo para os
custos de funcionamento. Sempre que possível, é fundamental ter acesso aos perfis
diários de consumo de electricidade.
2) Posteriormente, devem ser recolhidas informações relativamente à caracterização dos
equipamentos (salas de aula, cantina, etc.) na escola e a respectiva utilização de forma
a caracterizar os factores de utilização dos mesmos.
3) A ferramenta detecta desvios ao padrão de funcionamento expectável e sugere
algumas acções para tornar o consumo mais eficiente.
Para analisar o potencial de utilização da miniprodução é necessário:
5
1. Indicar as características da instalação (área disponível de instalação, potência
pretendida, região de implantação, etc.
2. O programa calcula a quantidade de energia anual produzida com resolução horária
para aquela instalação.
3. A ferramenta analisa diferentes opções de regimes de utilização da miniprodução
calculando diferentes indicadores económicos que permitem análise o potencial do
investimento.
1.4 Estrutura da tese
O relatório está dividido em 7 capítulos. Após este capítulo 1 de introdução, é efectuada a
revisão bibliográfica no capítulo 2. No capítulo 3 faz-se a descrição das escolas analisadas
enumerando-se as principais intervenções nas suas instalações e efectuada a identificação do
problema. No capítulo 4 descrevem-se os conceitos teóricos utilizados na ferramenta, bem
como a metodologia utilizada para análise. No capítulo 5 são demonstrados os resultados
enquanto no capítulo 6 são feitas as conclusões. Por fim no capítulo 7 são descritas as
referências bibliográficas.
2. Revisão Bibliográfica
Em Portugal, na sequência das políticas europeias, têm vindo a ser implementadas vários
instrumentos políticos para promoção da eficiência energética em edifícios.
2.1 Legislação nacional de energia em edifícios
2.1.1 SCE
O Decreto-Lei n.º 78/2006, tem como principais objectivos certificar o desempenho energético
e qualidade do ar interior nos edifícios, assegurar as exigências impostas pelo RCCTE e do
RSECE e identificar medidas de correcção ou melhoria dos sistemas energéticos existentes no
edifício relativamente a problemas construtivos que prejudicam a habitabilidade do edifício [8].
2.1.2 RCCTE
O Decreto-Lei 80/2006, de 4 de Abril, o Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios (RCCTE), tem como objectivo salvaguardar a satisfação das condições
de conforto térmico dos edifícios sem necessidades excessivas de energia quer no Inverno
quer no Verão.
Este regulamento abrange os edifícios de habitação e os pequenos edifícios de serviços, desde
que a potência de climatização seja inferior a 25kW. O edifício de serviços tem de possuir uma
área útil menor que 1000m². Caso seja um centro comercial, hipermercado, supermercado ou
piscina coberta deverá ser menor que 500m²[9].
6
2.1.3 RSECE
O Decreto-Lei 79/2006,de 4 de Abril, o Regulamento dos Sistemas Energéticos de
Climatização em Edifícios (RSECE), tem como principal objectivo assegurar a eficiência
energética dos edifícios de serviços impondo limites máximos ao consumo de energia em todo
o edifício. Esta eficiência energética é assegurada fundamentalmente através da introdução de
limites de potência de climatização tentando assim evitar sobredimensionamentos que estavam
a começar a ser prática comum. Para além necessidades térmicas máximas impostas pelo
RCCTE, o RSECE obriga a existir valores mínimos de renovação do ar e estabelece limites
para a concentração de algumas substâncias poluentes[10].
2.1.4 ECO.AP
No âmbito deste ENE2020, definiu-se então o Programa de Eficiência Energética na
Administração Pública, Eco.AP, pela Resolução do Conselho de Ministros nº2 de 2011 de 12
de Janeiro de 2011, com o propósito de aumentar em 20% a eficiência energética dos serviços
públicos, equipamentos e organismos da Administração Pública. Este programa possui
também a responsabilidade de gerir e averiguar as medidas de eficiência energética aplicadas
na Administração Pública, divulgar os consumos energéticos de todos edifícios e serviços; e
ainda adoptar medidas para o ministério que apresenta maiores consumos e por fim tem a
responsabilidade de iniciar todos os processos de intervenção até 2013[11].
2.1.5 Miniprodução
Como foi referido anteriormente uma das metas da União Europeia para 2020 é que as
Renováveis deverão ter um peso de 20% na produção de energia eléctrica. Assim, no
desenvolvimento da Estratégia Nacional para a Energia (ENE 2020) determinou-se o acesso à
actividade de miniprodução de energia eléctrica, tendo sido esta regulamentada pelo
Decreto-Lei 34/2011,de 8 de Março. A miniprodução de energia é uma pequena actividade de
produção de energia eléctrica que para além de permitir o auto-consumo, permite ao produtor
vender a totalidade dessa electricidade à rede eléctrica com uma tarifa bonificada. No entanto,
estabelece várias regras como a miniprodução não poder exceder 50% da potência contratada
para consumo com o comercializador.[12]
2.2 Consumo de energia em edifícios escolares
Os edifícios escolares são edifícios de serviços com um ambiente de trabalho particular[13].
Geralmente, o horário de funcionamento inicia-se de manhã cedo e termina no final da tarde
(para escolas com cursos nocturnos, este horário estende-se durante a noite). No entanto, não
existe uma utilização regular de muitas das divisões ocupadas (e.g., instalações sanitárias,
salas de aula, laboratórios, salas de exercício ou pavilhão gimnodesportivo). O uso eficiente da
energia nestes edifícios está dependente de uma gestão correcta das instalações e de uma
manutenção qualificada. Além disso, os factores nos quais esta eficiência se deve basear são a
estrutura do edifício, a iluminação, o uso tecnológico, os sistemas de aquecimento e a
densidade ocupacional das divisões da escola.
7
De acordo com o Sistema de Certificação de Edifícios (SCE), todos os novos edifícios são
obrigados a uma certificação energética, bem como qualquer reconstrução que ultrapasse 30%
do valor do mesmo. Tal medida implica estudos meticulosos do desempenho energético e a
uma preocupação por parte dos gestores dos edifícios, visto que são aplicadas sanções às
baixas classificações energéticas.
Medidas de eficiência energética estão a ser implementadas em escolas de todo o mundo.
Encontram-se na literatura vários exemplos de intervenções realizadas em infra-estruturas
escolares. Preocupações relacionadas com o consumo de energia, qualidade do ar e conforto
térmico são as principais questões abordadas ([14] e [15]). No Canadá, o consumo médio
nacional nas escolas é de 472 kWh/m2, enquanto o edifício modelo de acordo com o Model
National Energy Code for Buildings do Canadá deverá ter um consumo de ca. 357 kWh/m2. Na
Grã-Bretanha, o Energy Efficiency Office tem desenvolvido estudos e orientações práticas para
optimizar o uso da energia nos edifícios escolares, nos quais as emissões de CO2 ascendem
aos ca. 6 milhões de toneladas, representando ca. 1% do total das emissões na Grã-
Bretanha[16]
Infelizmente, existem alguns exemplos da negligência relativamente a esta questão,
principalmente em países subdesenvolvidos. Como exemplo, na Argentina existem algumas
cidades mais recentes, de crescimento rápido, nas quais a percentagem de população jovem
está a crescer e, como tal, o consumo de energia também está a aumentar (e.g., em Santa
Rosa). Ainda assim, medidas para promover a preocupação com a eficiência energética nas
escolas não foram implementadas, o que pode vir a tornar-se um problema para o futuro [17].
Estudos relacionados com a Análise de Ciclo de Vida (LCA) dos edifícios estão também a ser
realizados, sendo esta também uma importante abordagem ao problema. A fase de construção
pode corresponder aos seguintes valores relativamente ao restante tempo de vida do edifício.
A referência [18] indica que esta fase pode corresponder a 32% da energia consumida, 30%
das emissões de CO2, 24% do consumo de materiais, de 30 a 40% da gestão de resíduos
sólidos e 17% do consumo de água potável. Números desta dimensão são uma chamada de
atenção, uma vez que a eficiência energética depende não só do comportamento dos
habitantes ou do estado do edifício, mas também da forma como é construído. De facto, esta
mesma fonte defende que a mudança na tecnologia de construção de uma escola para um tipo
pré-fabricado, permite alcançar uma redução na geração de desperdício acima dos 50%.
As medidas a serem implementadas pela administração das escolas para melhorar o
desempenho ambiental devem almejar bons níveis de rentabilidade. Entre aquelas com melhor
aspecto económico encontra-se a melhoria dos sistemas de climatização e iluminação. Por
outro lado, uma das menos atractivas é a instalação de sistemas solares para compensar as
necessidades eléctricas [14], o que é justificado pelos valores elevados do investimento inicial
que esta tecnologia acarreta. Ainda assim, tais medidas devem ser encorajadas, não só porque
podem ser associadas a medidas de poupança de custos, que diminui o período de
8
recuperação de investimento, mas também porque tecnologias sustentáveis podem inspirar os
mais jovens a ter interesse na preservação do ambiente ([19] e [20]).
Em Portugal, e para compensar o aumento do consumo de energia que tem vindo a ocorrer
depois das renovação das escolas, o Projecto Parque Escolar tem estabelecido um
compromisso, a Connected Urban Development Protocol, em parceria com a Cisco, EDP e a
Câmara Municipal de Lisboa, com um objectivo de redução do impacto ambiental das novas
tecnologias de comunicação e informação. Para isso, foram implementadas as seguintes
medidas em três escolas piloto:
Informar acerca dos custos energéticos e as emissões de gases de efeito estufa
(GEE);
Monitorizar o consumo energético dos equipamentos de forma a avaliar os hábitos de
consumo;
Optimizar o consumo global de energia, através da promoção de políticas de poupança
entre os utilizadores (professores, estudantes e empregados);
Regularizar o consumo de energia através das tecnologias de informação e infra-
estruturas de redes.
Com isto, espera-se que a utilização de tecnologias adequadas promova uma melhoria do
panorama ambiental nos edifícios escolares.
9
3. Descrição das Escolas
A requalificação promovida pela empresa Parque Escolar realizou-se um pouco por todo país,
afectando um conjunto de escolas secundárias com diferenças significativas, tanto em
condições tipo-morfológicas, como em qualidade arquitectónica e construtiva. Logo, tornou-se
necessário efectuar uma análise a escolas com diferentes tipologias com o objectivo de
averiguar a influência da tipologia nos custos de funcionamento da escola. Embora exista uma
grande heterogeneidade, o parque escolar destinado ao ensino secundário apresenta
fundamentalmente 3 tipos de tipologias, estando estas associadas à data de construção da
escola secundária:
1) Liceus Históricos;
2) Liceus MOP (Ministério das Obras Públicas);
3) Pavilhonar.
As escolas secundárias visitadas localizam-se na cidade de Lisboa, tendo havido a
preocupação de visitar pelo menos uma escola de cada tipologia para permitir estabelecer um
termo de comparação. Para além disso, foram analisadas mais escolas pavilhonares, por ser
este o tipo de tipologia mais representativo do parque escolar actual.
3.1 Liceu Histórico
As escolas históricas são as escolas construídas antes de 1935 e representam os primeiros
liceus planeados de raiz em Portugal a partir da reforma de Passos Manuel. Constituem
apenas 2 % do parque escolar (12 escolas) encontrando-se em zonas de forte centralidade e
densidade populacional.
Este tipo de escola apresenta uma estrutura assente num edifício único com pátios encerrados
apresentando uma estrutura semelhante a um convento. Na organização funcional é de realçar
a centralidade dos serviços administrativos e biblioteca conferindo-lhes um estatuto de
respeitabilidade enquanto em termos construtivos este tipo de escolas destaca-se por
apresentar paredes, divisões e portas com dimensões bastante elevadas.
10
3.1.1.1 Escola Secundária Passos Manuel
A escola secundária Passos Manuel está localizada na Travessa Convento de Jesus próximo
da Assembleia da Republica albergando em geral mais de 1200 pessoas. Destas 200 são
funcionários da escola sendo que os restantes são alunos do ensino básico e secundário. De
realçar que nesta escola apenas existem aulas no regime diurno.
Figura 4 - Localização da ESPM (ponto A)
O projecto de intervenção nesta escola foi bastante distinto das restantes escolas dada
simbologia e história da mesma. As intervenções realizadas nas infra-estruturas existentes
foram pontuais evitando a remoção e substituição das tecnologias empregadas, efectuando-se
apenas o restauro e reabilitação dos elementos danificados. Por outro lado as novas infra-
estruturas destacam-se por uma construção inovadora e criteriosa onde se destaca a
construção do refeitório sob o pátio escolar e a construção de dois ginásios sob o
polidesportivo exterior. Estas soluções inovadoras foram aplicadas porque o espaço existente
era diminuto e devido à necessidade das novas instalações estarem em harmonia com o
restante edifício.
11
Figura 5 - Planta da ESPM e indicação das novas construções
Figura 6 - Pátio da ESPM
12
Depois da intervenção da Parque Escolar a escola ficou com a seguinte estrutura:
Figura 7 - Piso -1 da Escola Secundária Passos Manuel
Figura 8 - Piso 0 da Escola Secundária Passos Manuel
Figura 9 - Piso 1 da Escola Secundária Passos Manuel
13
Legenda:
Área de docentes
Área desportiva
Biblioteca/Polivalente
Artes
Salas de aula
Ciências e Tecnologia
Área social/restauração
3.2 Escola MOP
As escolas MOP são as escolas construídas entre 1936 até 1968, no âmbito do vasto
programa de obras públicas concebido por Duarte Pacheco e representam 21% da totalidade
do parque escolar (94 escolas secundárias). Estas escolas localizam-se principalmente em
capitais de distrito em locais de boa acessibilidade, sendo que este conjunto de escolas
apresenta uma grande uniformidade tanto a nível formal como construtivo, isto devido à
adopção de estratégias de normalização existentes nessa época.
Em termos formais este tipo de escola apresenta uma configuração linear, possuindo vários
corpos que se agregam em dois ou três pisos.
Quanto aos termos funcionais, este tipo de escola apresenta uma estrutura em “U” em que a
base é a secção onde se encontram os serviços administrativos, biblioteca, salas de apoio e a
entrada principal com acesso directo ao exterior. Por sua vez nas alas do edifício localizam-se
os espaços lectivos, ficando numa ala as salas de desenho e aulas referentes ao 1º ciclo e na
ala contrária localizam-se os laboratórios e as aulas referentes ao 2º e 3º ciclo. Para além
deste grande edifício em forma de “U” existe outro edifício com dois pisos associado a este
onde se encontra o refeitório ginásio e respectivas áreas de apoio.
Por fim estas escolas destacam-se pelos revestimentos em madeira nos pisos das salas de
aulas e mosaico nos corredores, sendo que nas paredes era normalmente aplicado massa de
areia ou estuque.
14
3.2.1 Escola Secundária Gil Vicente
A escola Gil Vicente está localizada na rua da Verónica perto do Panteão Nacional.
Actualmente possui 1510 alunos sendo que 514 pertencem ao regime nocturno. Os alunos do
regime diurno são maioritariamente do ensino básico estando estes repartidos entre o 2º e 3º
ciclo. No ensino secundário a escola possui nos seus quadros mais 200 professores nas áreas
de Ciência e Humanidades. Fazem ainda parte do agregado escolar mais de 180 funcionários
administrativos.
Figura 10 - Localização da ESGV (ponto A)
O projecto de intervenção visou melhorar as condições de habitabilidade e conforto dos
utilizadores da escola secundária. Assim, reorganizou-se o edifício existente construindo-se
uma estrutura junto à entrada principal que ficasse responsável por acolher os espaços com
maior intensidade de utilização: a biblioteca, refeitório e áreas de apoio. Este núcleo também
funciona como ligação entre os blocos lectivos existentes, aumentando a versatilidade deste
estabelecimento de ensino. A requalificação visou a construção de uma nova ala para albergar
salas de TIC, construção de um edifício destinado a acolher uma sala de música e um espaço
polivalente, sendo ainda construído um polidesportivo exterior.
15
Figura 11 - Planta da ESGV e indicação das novas construções
Figura 12 – Novo espaço da ESGV (exterior)
Figura 13 - Novo espaço da ESGV (interior)
16
Depois de reformulada a escola secundária ficou com a seguinte disposição:
Figura 14 - Piso 1 da Escola Secundária Gil Vicente
Figura 15 - Piso 2 da Escola Secundária Gil Vicente
Figura 16 - Piso 3 da Escola Secundária Gil Vicente
17
Legenda:
Área de docentes
Área desportiva
Biblioteca/Polivalente
Artes
Salas de aula
Ciências e Tecnologia
Área social/restauração
3.3 Escola Pavilhonar
As escolas com tipologia pavilhonar são as escolas em que o seu período de construção se
iniciou a partir de 1968, representando 77% do parque escolar existente (356 escolas). Estas
escolas são estruturadas através de um conjunto de blocos autónomos, facilitando a adaptação
das escolas tanto a nível geográfico/topográfico como em relação ao número de alunos,
apresentando assim uma maior flexibilidade em relação às anteriores tipologias. Os blocos de
aulas são ligados por galerias exteriores cobertas, sendo que o traçado depende da morfologia
do terreno.
Neste tipo de tipologia é comum existir um bloco de um piso com a direcção, secretaria,
refeitório, biblioteca e sala de convívio, outro bloco com planta irregular com salas normais e de
desenho (2pisos) e por fim, outro bloco com planta rectangular com pátio central onde
normalmente se encontram os laboratórios.
Em termos construtivos os edifícios deste tipo de tipologia são construídos com betão armado
e possuem coberturas planas não visitáveis ou coberturas inclinadas revestidas a placas de
fibrocimento.
3.3.1 Escola Secundária Vergílio Ferreira
A escola secundária Vergílio Ferreira está localizada na zona de Carnide/Luz e tem capacidade
para alojar nas suas instalações 1200 alunos e mais de 180 docentes. Os alunos desta escola
pertencem ao 2º e 3º ciclo de escolaridade.
A descrição desta escola será mais detalhada, pois foi com base em medições no terreno mais
detalhadas que a construção da ferramenta de análise de eficiência energética foi elaborada.
18
Figura 17 - Localização da ESVF (ponto A)
Esta escola foi construída na década de 70. Quando foi inaugurada possuía um bloco de
serviços, 6 blocos de aula diversos, um bloco para aulas de construção civil e um campo
desportivo ao ar livre. Em 2009, data em que se iniciou a reforma da Parque Escolar, a ESVF
apresentava 7 blocos convencionais (A a G), bloco H, I e J (pavilhão gimnodesportivo).
Figura 18 - ESVF antes da renovação da Parque Escolar (2009)
19
A requalificação da Parque Escolar iniciada em 2009 teve como objectivo de remodelar os
blocos existentes como criar novas instalações por forma a melhorar as condições de conforto
e habitabilidade dos utentes. As alterações mais significativas foram a substituição dos antigos
blocos H e I por um novo bloco H, constituído por laboratórios, a construção do bloco I
destinado a oficinas de arte e a criação de um bloco de entrada com 3 pisos, destinado a alojar
vários serviços administrativos.
Figura 19 - Comparação da estrutura antes e depois da requalificação ESVF
Depois da requalificação a ESVF ficou com a seguinte estrutura:
Bloco de Entrada - edifício construído sendo constituído por 3 pisos. Destinado a serviços
administrativos, Salas de apoio a docentes, Reprografia, Laboratório multimédia e átrio
principal.
Bloco A - edifício remodelado constituído por 2 pisos. No piso 0 encontram-se os Acessores
de Direcção, Direcção, Sala dos Directores de Turma, Gabinete de Apoio Psicológico, Gabinete
da Associação de Pais, Sala de Reuniões, Gabinete de Atendimento, Sala dos primeiros
socorros. Por sua vez no primeiro piso encontram-se as Salas de Trabalhadores dos Docentes.
20
Bloco B - edifício remodelado constituído por 2 pisos. No piso 0 estão localizados espaços de
leitura informal, consulta de documentação, multimédia, enquanto que no piso 1 encontram-se
salas de TIC (informática).
Bloco C - edifício remodelado constituído por 1 piso, destinado a Salas de Aulas.
Bloco D - edifício remodelado constituído por 2 pisos. No piso 0 existe o Bar e uma Sala
polivalente, enquanto no piso 1 estão localizadas várias Salas de Aula.
Bloco E - edifício remodelado constituído por 1 piso responsável pelo Refeitório Escolar e os
serviços de apoio.
Bloco F - edifício remodelado constituído por 1 piso, destinado a Salas de Aulas.
Bloco G - edifício remodelado constituído por 2 pisos, destinado a Salas de Aulas.
Bloco H - edifício construído sob os antigos blocos H e I. Constituído por 2 pisos sendo
destinado a Laboratórios e Salas de Aulas.
Bloco I - edifício construído de raiz. Constituído por 2 pisos sendo destinado a Salas de
Educação Tecnológica, Salas de Desenho e Oficinas de Arte.
Bloco J - edifício constituído pelo pavilhão gimnodesportivo, Salas de Aula, Balneários, Salas
de docentes e vestiários.
Bloco L - edifício construído destinado à recolha de lixos.
Bloco P - edifício destinado a ser a portaria da escola.
21
3.3.2 Escola Secundária D. Dinis
A escola secundária de D. Dinis está localizada na freguesia de Marvila tendo sido inaugurada
em 1972. O número de alunos é de aproximadamente 1000, pertencendo ao agregado escolar
mais de 180 docentes.
Figura 20 - Localização da ESDD (ponto A)
Ao ser construída com uma tipologia pavilhonar a escola ficou disposta da seguinte forma: um
pavilhão de piso único com todo o tipo de serviços, ou seja, serviços administrativos, direcção,
sala de docentes, biblioteca, cantina e bar. Para além deste edifício, existiam mais três
pavilhões de 2 pisos destinados a Salas de Aulas, um pavilhão de dois pisos destinado a
laboratórios, um pavilhão de dois pisos destinado às oficinas de arte e por fim um pavilhão
gimnodesportivo.
A escola Dom Dinis foi umas das 4 escolas piloto que foram requalificadas na fase 0 do
programa de modernização das escolas secundárias. A requalificação desta escola foi iniciada
em 2007, tendo como principal intervenção a construção de um pavilhão central que efectua a
ligação entre os diversos pavilhões. Este novo pavilhão tem como principal função de melhorar
e centralizar os serviços melhorando também a habitabilidade deste estabelecimento de
ensino. Assim a biblioteca, sala dos directores, salas de trabalho dos docentes passaram para
o novo bloco. Foram ainda criadas novas salas de estudo e um auditório equipado com uma
bancada telescópica com mais de duzentos lugares.
22
Figura 21- Planta da ESDD e indicação das novas construções
Figura 22 - Bloco central ESDD (exterior)
Figura 23 - Bloco central ESDD (interior)
23
Figura 24 – Biblioteca ESDD
Figura 25 – Auditório ESDD
As outras alterações provocadas por esta requalificação foram a melhoria das condições
conforto e habitabilidade dos restantes pavilhões, tendo-se construído uma nova portaria.
Instalou-se ainda um sistema de AVAC com dois chillers Carrier 30RA120 (120 kWr), um
pequeno sistema fotovoltaico de 16 kW, vários painéis solares para aquecimento das águas
sanitárias do pavilhão gimnodesportivo e por fim instalou-se ainda um sistema eólico de 6 kW
tornando esta escola pioneira na utilização deste tipo de energias em edifícios escolares.
Figura 26 - Painéis Solares e Fotovoltaicos da ESDD
Figura 27 - Mini-eólica da ESDD
24
Após a requalificação a escola Dom Dinis ficou com a seguinte estrutura:
Figura 28 – Tipologia Escola Secundária D. Dinis Piso 0
Figura 29 - Tipologia Escola Secundária D. Dinis Piso 1
Legenda:
Área de docentes
Área social/restaurantes
Exteriores/zonas desportivas
Auditório
Salas de aula
Zonas de circulação
Instalações Sanitárias
A1
A4
A2
A3
A5
25
Como está demonstrado na figura anterior, o pavilhão A1 manteve a secretaria, reprografia,
associação de alunos, bar e cantina. Os pavilhões A3 e A2 continuam a apresentar a mesma
tipologia, ou seja, possuem dois pisos com salas de aula e instalações sanitárias. O pavilhão
A4 também é constituído por dois pisos mas possui a particularidade de alojar as oficinas de
artes (piso térreo) e os laboratórios (piso superior). Por fim o pavilhão A5 é o pavilhão que
integra as oficinas multimédia e as salas de TIC.
3.3.3 Escola Secundária Pedro Alexandrino
A escola secundária Pedro Alexandrino foi outra das escolas analisadas que apresenta
tipologia pavilhonar. Localiza-se em Póvoa de Santo Adrião na rua de Aquilino Ribeiro e possui
actualmente 1910 alunos. Destes, 920 pertencem ao regime diurno enquanto os restantes
pertencem ao regime nocturno (990alunos).
Figura 30 - Localização da ESPA (ponto A)
Como nas restantes intervenções, a escola viu as suas condições de utilização e gestão
melhoradas. A par disso, reorganizou-se e ampliou-se o espaço global da escola através da
colocação de um espaço coberto que para além de criar um espaço coberto para convívio
efectua a articulação entre os pavilhões. Por fim construiu-se um novo pavilhão no topo
sudoeste destinado aos cursos oficinais.
26
Figura 31 - Planta da escola ESPA e indicação das novas construções
Figura 32 - Nova cobertura da ESPA a)
Figura 33 - Nova cobertura da ESPA b)
27
Após a intervenção a escola ficou com a seguinte disposição:
Figura 34 - Piso 0 da Escola Secundária Pedro Alexandrino
Figura 35 - Piso 1 da Escola Secundária Pedro Alexandrino
Figura 36 - Piso 2 da Escola Secundária Pedro Alexandrino
28
Legenda:
Área de docentes
Área desportiva
Biblioteca/Polivalente
Artes
Salas de aula
Ciências e Tecnologia
Área social/restauração
A escola é constituída por um pavilhão central e por vários pavilhões auxiliares. O pavilhão
principal possui 3 pisos estando alojados todos os serviços necessários para o correcto
funcionamento da escola, enquanto nos restantes pavilhões encontram-se as salas de aula,
laboratórios e oficinas.
3.4 Identificação do problema
As intervenções realizadas pela Parque Escolar, apesar de terem proporcionado condições de
bem estar bastante favoráveis, provocaram um aumento das necessidades energéticas, em
particular, no consumo de energia eléctrica como se pode observar nas Figuras 37 e 38, onde
são comparados os consumos eléctricos das escolas analisadas ao longo dos diversos anos.
Figura 37 - Evolução dos consumos de energia no Inverno
Figura 38 - Evolução dos consumos de energia no Verão
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
Jan-07 Jan-08 Jan-09 Jan-10 Jan-11
Ene
rgia
(kW
h) ESGV
ESDD
ESPA
ESVF
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
Mai-07 Mai-08 Mai-09 Mai-10 Mai-11
Ene
rgia
(kW
h)
ESGV
ESDD
ESPA
ESVF
29
Nessa figura pode-se observar que após as intervenções terminarem (DD em 2009, GV e PA
em 2010) os consumos aumentaram significativamente (em geral entre 40 a 50%). Sendo que
a Vergílio Ferreira a única excepção. Com a intervenção terminada em Abril de 2011, nota-se
um ligeiro aumento, mas não muito significativo.
Em geral, os consumos são superiores aos anteriormente observáveis não só pelo aumento
das áreas de utilização, mas sobretudo pela disponibilização de novos serviços: climatização,
infra-estrutura de TI, centrais de segurança e detecção de incêndios, elevadores. Isto teve
como consequência que na maior parte das escolas tivesse sido aumentada a potência
instalada em mais de 5 vezes.
Mas o maior aumento dos consumos deve-se à utilização de sistemas de AVAC. Na Figura 38
estão representados dois perfis de consumo na mesma época do ano na ESPM,
demonstrando-se não só o aumento dos consumos aquando da utilização do sistema de
AVAC, mas também o facto de durante a noite serem por vezes deixadas a funcionar algumas
infra-estruturas eléctricas desnecessariamente.
Figura 39 - Consumos da ESPM com e sem AVAC
Logo, surgiu a necessidade de analisar os consumos das escolas para detectar desvios que
estejam a aumentar os consumos de electricidade e consequentemente a prejudicar o
orçamento das escolas.
A diminuição dos custos de electricidade poderá ser efectuada através da diminuição do
consumo de electricidade ou através de utilização alternativa da energia em diferentes
períodos de facturação existentes ao longo do dia. Segundo este raciocínio criaram-se duas
ferramentas que sugerem medidas que permitem reduzir as facturas energéticas.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
00
:00
01
:30
03
:00
04
:30
06
:00
07
:30
09
:00
10
:30
12
:00
13
:30
15
:00
16
:30
18
:00
19
:30
21
:00
22
:30
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Com AVAC
Sem AVAC
30
A primeira ferramenta de cálculo tem as seguintes funções:
Capacidade de prever o perfil de consumo de electricidade de uma
determinada escola secundária a partir das facturas mensais de electricidade;
Indicação de consumos irregulares no período de repouso (standby);
Desagregação do consumo de electricidade entre as várias componentes da
escola;
Caracterização do consumo de electricidade em função da área e número de
alunos;
Cálculo da poupança caso se adopte algumas alterações nos horários do
estabelecimento de ensino.
A segunda ferramenta irá efectuar o estudo para a implementação de um sistema fotovoltaico
nas escolas secundárias, efectuando a respectiva análise de investimento. Para efectuar esta
análise utilizaram-se os seguintes indicadores económicos:
VAL
TIR
Período de recuperação de Investimento (payback) actualizado
Estudaram-se ainda três possibilidades de utilização de miniprodução:
1) Regime previsto no decreto de Lei 34/2011, que prevê o pagamento de uma tarifa
subsidiada pré-definida;
2) Regime de auto-consumo;
3) Regime de auto-consumo com utilização de um sistema de baterias com posterior
venda da energia remanescente.
31
4. Modelação das ferramentas de eficiência energética
Neste capítulo são descritas as ferramentas desenvolvidas para ajuda à decisão relativamente
à implementação de medidas de eficiência energética para as escolas secundárias em
Portugal. Estas ferramentas foram desenvolvidas em EXCEL©Microsoft.
4.1 Ferramenta de cálculo para caracterizar o consumo
de energia
O desenvolvimento desta ferramenta foi feito com base em medições detalhadas que
ocorreram na ESVF ao abrigo de um projecto de investigação da FCT no âmbito do Programa
MIT-Portugal designado por NETZEROENERGYSCHOOL, desenvolvido pelo IST, LNEC e
ICS. Nesta secção são então descritos os conceitos teóricos relativamente aos termos de
energia presentes numa factura de electricidade, seguido de um pequeno resumo
relativamente à análise dos dados. Na terceira subsecção são descritas as medições
efectuadas e em seguida, são então descritos os cálculos relativamente às taxas de utilização
dos diferentes espaços na escola. Na quinta subsecção é feita uma descrição do modelo. A
apresentação da ferramenta e a sua utilização são descritas no Anexo.
4.1.1 Conceitos teóricos
Uma factura de consumo de electricidade é composta por várias parcelas relacionadas com o
tipo de consumo de uma determinada local/identidade sendo que estas dependem de vários
factores, como por exemplo potência contratada ou o tarifário. Para média, alta e muito alta
tensão o sistema tarifário apresenta as seguintes parcelas:
Termo tarifário
Energia Activa
Potência
Energia Reactiva
Termo tarifário
O termo tarifário fixo é o valor a pagar por ter activo o fornecimento de electricidade. Este termo
depende do nível de tensão sendo o seu valor definido por €/dia ou €/mês. No caso em estudo
será um termo com pouco peso, dada a sua ordem de grandeza relativamente aos valores das
restantes parcelas[21].
Energia Activa
A energia activa corresponde à energia que produz trabalho. O custo devido ao consumo deste
tipo de energia é calculado através da desagregação do consumo eléctrico por horas de Ponta,
Cheia, Vazio e Super-Vazio. Estes períodos possuem horários definidos consoante o ciclo
escolhido pelo consumidor existindo o ciclo diário, semanal e semanal opcional. Através destes
32
períodos, as empresas comercializadores como a EDP Comercial, pretende incentivar a
uniformização do consumo de electricidade colocando tarifas elevadas nos períodos onde
existe uma maior propensão por parte dos utilizadores em consumir energia de forma a
desincentivar o consumo nesses períodos. Como a maior parte do consumo decorre fora do
período de Vazio, as tarifas de Cheia e Ponta apresentam as tarifas mais elevados[21].
Potência
A parcela de potência utilizada é constituída por potência contratada e potência média nas
horas de Ponta.
A potência contratada é o valor máximo da potência tomada nos últimos 12 meses sendo que o
seu valor nunca poderá ser menor que 50 % da potência instalada. A potência tomada é o
maior valor de potência em intervalos de 15 minutos registado ao longo do mês[22].
A potência média em horas de ponta corresponde à reserva de potência que o país deve ter
para suprir todos os consumos eléctricos no período mais congestionado. Esta é obtida pela
divisão do consumo de energia em horário de Ponta num mês pelo número de horas de Ponta
do mês.
Energia Reactiva
A energia reactiva é outro tipo de energia que apesar de não produzir trabalho é importante
para criar fluxo magnético nas bobinas dos motores, transformadores e noutros equipamentos.
O consumo desta energia é facturado apenas quando a energia reactiva atinge um
determinado valor em comparação com o consumo de energia activa. Esta situação ocorre
quando existe um atraso significativo da corrente em relação à tensão. Para além disso é de
evitar o consumo deste tipo de energias pois provoca um maior número de perdas por
aquecimento, pois para a mesma potência existe uma maior intensidade de corrente. Em geral,
para reduzir o seu consumo, é apenas necessário a instalação de uma bateria de
condensadores[21].
Tarifário
Figura 40 – Horários dos períodos de facturação no ciclo diário
33
O preço da energia irá depender também da opção tarifária escolhida pelo consumidor
existindo no caso da média tensão as opções de curtas, média e longa utilização. Esta opção
deverá ser escolhida consoante o perfil de consumo do consumidor, isto porque ao escolher-se
um curta utilização, o preço da potência será menor mas o preço da energia será mais elevada.
No caso de longas utilizações acontece o contrário ou seja o preço da potência será mais caro
mas em contrapartida o preço da energia será consideravelmente mais baixo.
Fundamentalmente a curta utilização abrange empresas com fortes picos de potência, a média
utilização abrange empresas cujo seu funcionamento é de 1 turno (8 horas) enquanto que a
longas utilizações é uma opção rentável para empresas com funcionamentos de 2 turnos ou
contínuo.
4.1.2 Análise dos consumos energéticos
A análise dos consumos tem por base duas fontes de informação:
As facturas energéticas dos últimos anos anteriores
Análise dos dados de consumo em média tensão disponíveis de 15 em 15 minutos
para algumas escolas.
Apesar de a factura só apresentar valores agregados, é possível obter mais informação, como
por exemplo consumos médios durante a semana e fim-de-semana, ou potências médias às
horas de Ponta, pelo facto de haver 4 períodos diferentes de tarifa ao longo do dia. Por isso,
assumindo algumas hipóteses de análise, é possível extrair dos consumos agregados
informações relevantes sobre a evolução diária e semanal do consumo da escola, que à
partida só estaria disponível quando existem dados de consumo com periodicidade de 15
minutos. Essas hipóteses são:
Ao longo de um mês, em geral existem 4 fins-de-semana (8 dias não úteis) e 22 dias
úteis;
Durante a noite (Super-Vazio), só estão a funcionar as infra-estruturas de suporte
básicas e a iluminação nocturna
Ao fim de semana durante os períodos de Cheia e Ponta, os consumos deveriam ser
semelhantes aos do Super-Vazio menos a iluminação nocturna
Caso a escola não tenha aulas nocturnas nem alugue o pavilhão, o consumo de vazio
deverá ser semelhante ao Super-Vazio. As escolas têm três períodos de
funcionamento (manhã tarde e noite), sendo que o período da manhã é em geral mais
utilizado.
A cozinha funciona essencialmente no período da manhã.
Durante as férias escolares, o consumo da escola consiste basicamente nas infra-
estruturas de apoio.
34
4.1.3 Medições e Factores de utilização
Após a análise dos perfis de consumo e com a lista das potências instaladas da ESVF
efectuaram-se medições em alguns blocos da ESVF por forma a obter os factores de utilização
dos diversos sectores da escola e taxas de ocupação das salas de aula. Dada a
indisponibilidade em efectuar medições em todos os pavilhões optou-se por medir os
consumos dos blocos B C , H, E por se considerar que estes eram representativos de todos os
sectores existentes na escola.
Figura 41 - Quadro eléctrico de um bloco de sala de aulas
Figura 42 - Analisador a partir do qual se fazia a ligação do quadro ao computador
35
Estas medições foram realizadas durante uma semana, permitindo analisar ao pormenor o
comportamento de um determinado bloco. De realçar que apesar de não haver actividade
escolar no fim-de-semana, é bastante importante ter acesso aos perfis de consumo, pois
consegue-se ter uma melhor percepção da potência dos equipamentos que estão ligados
24horas (equipamentos de frio, servidores).
4.1.3.1 Factor de utilização dos Equipamentos 24 horas
Consoante o pavilhão em estudo, poderá estar associado parte da iluminação exterior ao
consumo dos pavilhões. Caso isso aconteça e fora alguma excepcionalidade, nos dias de fim-
de-semana os perfis de consumo devem apresentar dois níveis de potência, ou seja, durante o
dia apenas existe a potência dos equip24h enquanto durante a noite existe também a
contribuição da iluminação nocturna.
Através da visualização dos perfis de consumo dos dias de fim-de-semana do bloco B
identifica-se uma a potência dos equipamentos 24 horas de 1,96kW (figura A.1).
No bloco C verifica-se que existem dias em que o consumo permanece constante, ou seja, a
iluminação exterior não foi ligada. Nos 4 dias do fim-de-semana analisados o bloco C
apresenta uma potência de equipamentos de 24 horas de 0,8kW.
No bloco H é mais complicado obter a potência pois o comportamento do perfil de consumo
não está tão bem delineado. Mesmo assim consegue-se verificar que em ambos os dias existe
um limite inferior no qual se considera representar a potência dos equipamentos 24 horas do
bloco H (figura A3). Como o dia 27 de Março não apresenta um comportamento tão oscilatório,
decidiu-se obter a potência média referente à quantidade de energia consumida até às 19
horas. Obteve-se assim uma potência média de 0,75kW.
Por sua vez ao se analisar os perfis de consumo do refeitório (bloco E) referentes a alguns dias
de fim-de-semana verifica-se que não existe iluminação exterior associada a este bloco. Os
dois perfis obtidos possuem um comportamento semelhante, apresentando um consumo de
energia praticamente constante, exceptuando-se um aumento significativo no dia 14 de 9kW.
Logo calculou-se a potência média referente ao dia 15 de Maio obtendo-se 4,75kW.
Faltando a potência dos restantes pavilhões é necessário assumir a potência a sua potência.
Dado que o bloco B e o refeitório têm características diferentes - o bloco B tem salas de TIC e
o refeitório possui vários equipamentos de refrigeração, estes apresentam potências
superiores. Por outro lado verificou-se que a potência do bloco H e do bloco C são
praticamente semelhantes. Assim, para os restantes pavilhões assumiu-se que a potência de
equipamentos 24 horas é 0,8kW. Como existem mais 7 pavilhões logo:
(4.1)
36
Efectuando uma estimativa de a potência instalada para Equipamentos 24 horas de 30kW
obtém-se o seguinte factor de utilização:
(4.2)
4.1.3.2 Factor de utilização Iluminação Exterior
Analisando-se as facturas online da Vergílio Ferreira verifica-se que a potência média do
período de Vazio varia entre 20/30 kW. Assumindo que durante o período de Vazio e Super
Vazio apenas existe consumo por parte da Iluminação Exterior e dos equipamentos 24 horas
obtém-se:
(4.3)
Com uma potência instalada de 40kW de iluminação exterior (tabA.4) obtém-se o seguinte
factor de utilização:
(4.4)
4.1.3.3 Factor de utilização Refeitório
Pela observação dos diagramas de consumo do bloco E, verifica-se que o consumo de energia
é maioritariamente efectuado entre 8:00h e as 14:00h.
(4.5)
Com uma potência instalada de 71kW obtém-se o seguinte factor de utilização:
(4.6)
Este factor de utilização deverá ser utilizado para qualquer tipologia pois as cozinhas
inspeccionadas nas diversas escolas apresentavam todas a mesma estrutura.
4.1.3.4 Factor de utilização Salas de Aula
Inicialmente calcula-se a potência média das salas de aula durante o período de aulas, nos
blocos que são ocupados exclusivamente por salas de aula. Para tal obtém-se a energia
consumida nos blocos entre as 8:00h e as 18:00h e retira-se a energia consumida pelos
equipamentos 24horas. De seguida relaciona-se a potência obtida com a potência instalada do
respectivo bloco sem considerar o AVAC (Tabela A.4):
(4.7)
37
(4.8)
(4.9)
Energia Aulas
Estimada (kWh)
Potência Média Aulas Estimada
(kW)
Potência Instalada Bloco S/AVAC (kW)
Factor de Utilização.
Bloco C 36,18 3,62 16,6 0,22
Bloco H 86,81 8,68 52 0,17
Tabela 1 - Factores de Utilização Salas de Aula
Através dos valores obtidos considera-se um factor de utilização para as salas de aula de 0,19.
4.1.4 Taxa de ocupação das Salas de Aula
Finalmente a taxa de ocupação é obtida relacionando-se a energia consumida no período da
manhã (8:00h até 13:00h) e da tarde (13:00h até 18:00h) com a energia diária consumida
(4.10)
(4.11)
Assim obtém-se os seguintes resultados:
Energia Aulas Estimada
(kWh)
Energia Aulas Estimada
Manhã1 (kWh)
Energia Aulas Estimada
Tarde2 (kWh)
Taxa de ocupação
Manhã
Taxa de ocupação
Tarde
Bloco C 36,18 21,91 14,27 0,61 0,39
Bloco H 86,81 48,97 37,84 0,56 0,44
Tabela 2 - Taxas de ocupação
Com o resultado obtido toma-se a opção de se considerar as taxas de ocupação de 0,58 para o
período da manhã e 0,42 para o período da tarde.
1Considera-se que período da manhã é das 8:00h até às 13:00h
2 Considera-se que período da manhã é das 13:00h até às 18:00h
38
4.1.5 Estrutura da ferramenta
4.1.5.1.1 Modelo de previsão
A estrutura do modelo de previsão é a seguinte:
1. Escolhida a tipologia, o modelo define o conjunto de factores de utilização a serem
utilizados.
2. Efectua o cálculo da potência estimada de iluminação exterior e das salas de aula
multiplicando as potências instaladas pelos respectivos factores de utilização
Posteriormente efectua-se:
3. Através das facturas retira-se o valor da energia consumida no período de Vazio e
Super Vazio. Considerando que a potência média é a mesma para ambos os períodos,
efectua-se a soma de ambas as parcelas de energia e divide-se pelo número de horas
existente no mês. Com a potência média no vazio calculada considera-se que a
potência consumida durante o dia é a potência média do Vazio menos a potência
média de Iluminação exterior. Com o perfil de consumo definido para o dia de fim-de-
semana efectua-se o integral para obter-se a energia consumida durante um dia.
Nº. de feriados
Facturas 3
Potência Iluminação
Exterior
Energia fim-de-semana (1 dia)
4
Energia fim-de-semana +
feriados (1 mês)
7
Energia 1 dia útil
5
Energia férias (1 dia)
6 Potência média dia
Energia férias (1 mês)
Nº. dias férias
Potência Aulas
Potência Iluminação Exterior
Potências instaladas
Tipologia 1 Factores de utilização 2
Facturas
39
4. Calcula a quantidade de energia consumida nos dias de fim-de-semana e feriados,
considerando que nestes dias o consumo energético do edifício escolar é semelhante.
Caso não exista feriados, o modelo define que existem 8 dias no mês com este tipo de
comportamento.
5. Esta opção é apenas utilizada caso o mês em estudo possua dias de férias, como por
exemplo 15 dias de férias de Natal em Dezembro. São considerados dias de férias os
dias em que não existem aulas mas a escola tem os serviços em funcionamento. È
então pedido ao utilizador que insira um valor de potência correspondente à actividade
escolar existente.
6. Calcula a energia consumida nos dias de férias.
7. Calcula a energia consumida num dia útil de funcionamento da escola. O valor de
energia é desagregado nos períodos de facturação Vazio, cheia e Ponta.
Após a obtenção da energia útil torna-se possível a obtenção do perfil de consumo:
8. Por forma a prever da melhor forma o perfil de consumo existente na escola criaram-se
quatro modelos de previsão. Como existem dois horários para os períodos de
facturação (Inverno e Verão), o modelo é escolhido consoante o mês a ser analisado.
Posteriormente o modelo final é seleccionado consoante a existência de aulas no
regime nocturno e consoante a utilização do pavilhão gimnodesportivo durante a noite.
9. Neste último passo é efectuado o cálculo do perfil de consumo. Inicialmente é
calculada a potência consumida no período da manhã (08:00h-13:00h), tarde (13:00h-
18:00h) e noite (18:00h-23:00h). De seguida, com estes valores mais a energia
correspondente de cada período de facturação, é definido um sistema de equações
que permite calcular vários patamares de potência existentes durante o dia:
Pavilhão 8
Estação do ano
9
Energia 1 dia útil
Modelo de previsão seleccionado
Potência aulas
Taxas de ocupação
ão
Perfil de consumo (1 dia útil)
Aulas Noite
40
Inverno Verão
Potência média Vazio3 (Pv) 22:00h-08:00h 22:00h-08:00h
Potência Cheia manhã (Pcm) 10:30h-13:00h 08:00h-10:30h
Potência Cheia manhã2 (Pcm2) 08:00-09:00h -
Potência Ponta manhã (Ppm) 09:00h-10:30h 10:30h-13:00h
Potência Cheia tarde (Pct) 13:00h-18:00h 13:00h-18:00h
Potência Cheia tarde2 (Pct2) - 18:00h-19:30h
Potência Ponta tarde (Ppt) 18:00h-20:30h 19:30h-21:00h
Potência Cheia noite (Pcn) 20:30h-22:00h 21:00h-22:00h
Potência Outros1 08:00h-20:00h 08:00h-20:00h
Tabela 3 – Horário de cada parcela de potência
Em cada modelo são adoptadas hipóteses de forma a igualar o número de incógnitas ao
número de equações. Em todos os modelos admitiu-se que:
(4.12)
Assumiu-se esta hipótese para o modelo não necessitar de demasiadas informações para
definir o perfil de consumo diário.
Modelo de Inverno sem actividade nocturna
Neste modelo adoptaram-se as seguintes hipóteses:
(4.13)
(4.14)
Inicia-se o desenvolvimento do modelo na energia consumida no período de Vazio. Num caso
simplificado considera-se que a energia no período de Vazio era constante:
(4.15)
Contudo verificou-se que o consumo energético começa a aumentar antes do início das aulas,
observando-se em alguns casos no período nocturno:
3 Consoante o método adoptado a potência média Vazio e a potência outros poderão não
aparecer no horário inicialmente estabelecido
41
Figura 43 – Indicação de possíveis aproximações
Através da figura 43 verifica-se que existe um consumo significativo de energia antes do início
das aulas pelo que se confirma a necessidade de simular as variações de forma gradual:
Figura 44 - Processo de aproximação do modelo de previsão
Neste modelo apenas é utilizado no período da manhã. Assim utilizando a fórmula do trapézio
obtém-se a seguinte equação:
(4.16)
Neste modelo esta aproximação é apenas efectuada no período da manhã:
(4.17)
Para a energia de Ponta e energia no período de Cheias têm-se as seguintes equações:
(4.18)
(4.19)
Com as hipóteses assumidas a equação (4.15) passa a:
(4.20)
As restantes equações englobam a energia das aulas e com as hipóteses propostas ficam:
(4.21)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
42
(4.22)
(4.23)
De seguida é efectuado o balanço de energia para o período da manhã:
(4.24)
Com as hipóteses assumidas fica:
(4.25)
No balanço de energia para o período da tarde (13:00h até 18:00h) tem-se a seguinte equação:
(4.26)
Por fim para a equação do período da noite tem-se:
(4.27)
Assumindo que A=2 e com as restantes hipóteses assumidas fica:
(4.28)
Estas equações podem ser organizadas e representadas numa forma matricial:
Pv Pcm Ppm Pct Ppt Poutros B
9 0 0,5 0 0,5 0 EVazio
0 0 1,5 0 2,5 0 EPonta
1,5 2,5 1 5 0 0 ECheia
0 2,5 2,5 0 0 -5 7,5PAulasM
0 0 0 5 0 -5 5PAulasTard
-2,5 0 0 0 2,5 -2 0
Nos restantes modelos procede-se o mesmo raciocínio assumindo-se no entanto outras
hipóteses.
43
4.1.5.1.2 Modelo de Inverno com actividade nocturna
Hipóteses:
(4.29)
(4.30)
Assim obtém-se:
Pv Pcm Ppm Pct Ppt Poutros B
9 0 0,5 0 0,5 0 EVazio
0 0 1,5 0 2,5 0 EPonta
1,5 2,5 1 5 0 0 ECheia
0 2,5 2,5 0 0 -5 7,5PAulasM
0 0 0 5 0 -5 5PAulasTard
-4,5 0 0 0 4 -3 ENoite+Epav
4.1.5.1.3 Modelo de Verão sem actividade nocturna
Hipóteses:
(4.31)
(4.32)
(4.33)
Forma Matricial:
Pv Pcm Ppm Pct Ppt Poutros B
9 0,5 0 0 0,5 0 EVazio
0 0 2,5 0 1,5 0 EPonta
1,5 2,5 0 5 1 1,5 ECheia
0 2,5 2,5 0 0 -5 7,5PAulasM
0 0 0 5 0 -5 5PAulasTard
-3 0 0 0 3 -0,5 0
4.1.5.1.4 Modelo de Verão com actividade nocturna
Hipóteses:
(4.34)
(4.35)
(4.36)
44
Forma Matricial:
Pv Pcm Ppm Pct Ppt Poutros B
9 0,5 0 0 0,5 0 EVazio
0 0 2,5 0 1,5 0 EPonta
0 2,5 0 5 2,5 1,5 ECheia
0 2,5 2,5 0 0 -5 7,5PAulasM
0 0 0 5 0 -5 5PAulasT
-4,5 0 0 0 4 -1,5 ENoite+Epav
4.1.5.1.5 Modelo de desagregação
No modelo de desagregação é utilizada a parte inicial do modelo de previsão mas neste caso
já é necessário ter tanto as potências instaladas como os factores de utilização de todos os
sectores da escola.
1. Escolhida a tipologia, o modelo define o conjunto de factores de utilização a serem
utilizados.
2. Efectua o cálculo da potência estimada de iluminação exterior e das salas de aula
multiplicando as potências instaladas pelos respectivos factores de utilização.
3. É pedido ao utilizador para inserir o início e o final da actividade obtendo-se o
respectivo horário.
4. Cálculo do perfil de consumo desagregado
Perfil de consumo
desagregado
Início da actividade
Fim da actividade
3
4 Potências
médias
Potência instalada
Tipologia 1 Factores de
utilização 2
Horários
45
4.2 Estudo da implementação de painéis fotovoltaicos
Neste subcapítulo são descritos os conceitos necessários para o estudo da energia
fotovoltaica. É também abordado como foi efectuada a análise de investimento para a
implementação de um determinado sistema fotovoltaico. Assim, este subcapítulo é composto
por cinco secções. Na primeira secção são abordados os conceitos necessários para descrever
a posição relativa do Sol. Na segunda secção abordam-se os conceitos de energia solar
necessários para caracterizar a irradiância incidente numa superfície com direcção diferente
dos raios solares. A terceira secção descreve o procedimento de transformação de energia
solar para energia eléctrica via paneis fotovoltaicos e por fim na quarta secção é descrito como
foi efectuada a análise de investimento, ou seja, quais os indicadores económicos utilizados e o
seu significado. A descrição da ferramenta e da sua utilização é feita no Anexo.
4.2.1 Posição Relativa do Sol
Para calcular a energia obtida pelo um painel fotovoltaico num local específico da superfície
terrestre, é indispensável saber a localização exacta do Sol para um determinado instante.
Logo, é necessário perceber como funciona o movimento da Terra relativamente ao Sol.
A Terra demora 365,25 dias a executar uma revolução em torno do Sol. O movimento é
efectuado através de uma órbita elíptica com uma distância média ao Sol de 1,496 m 4.
Para além do movimento de translação, a Terra possui um movimento de rotação em torno do
seu próprio eixo. Este tem a particularidade de fazer um ângulo de 23,45° com a direcção
normal ao plano da eclíptica5. Esta inclinação é responsável pela sazonalidade existente na
superfície terrestre sendo que este efeito é mais acentuado nas regiões mais afastadas do
equador.
Figura 45 - Trajecto do Sol no hemisfério Norte nas diferentes estações do ano
Como Portugal está localizado no hemisfério Norte, o Sol descreve uma trajectória parabólica
de Este para Oeste com inclinação favorável a Sul. Dada a distância significativa ao equador a
duração dos dias ao longo do ano irá variar, sendo o dia mais longo a 21 de Junho e o mais
curto a 21 de Dezembro.
4 Distância definida como uma Unidade Astronómica (1 AU)
5 Plano que contem a órbita terrestre
46
4.2.1.1 Latitude (L) e longitude (l)
A latitude e longitude são coordenadas geográficas que expressam qualquer posição horizontal
na superfície terrestre. São normalmente definidas em graus.
A latitude descreve a localização de um determinado ponto na superfície terrestre em relação
à linha do equador, sendo o ângulo definido pela normal desse ponto e o plano equatorial6. Os
valores da latitude oscilam entre -90° (Pólo Sul) e 90° (Pólo Norte) sendo zero no equador, ou
seja, a latitude tem valores positivos no hemisfério Norte e valores negativos no hemisfério Sul.
A longitude descreve a localização de um determinado local na superfície terrestre em relação
ao meridiano de Greenwich7. Os valores da longitude variam entre -180° e 180° sendo zero no
meridiano de Greenwich, ou seja, caso a local em estudo esteja a Oeste do meridiano a
longitude é negativa. Caso esteja a Este do meridiano, a longitude é positiva. Por vezes
substitui-se o sinal negativo pelas letras “E” e “W”.
Figura 46 - Representação das coordenadas geográficas Latitude e Longitude
4.2.1.2 Ângulo de declinação solar (δ)
A declinação solar é definida pelo ângulo formado entre o plano do equador e uma linha
imaginária que faça a ligação entre o centro do Sol e o centro da Terra. Este ângulo varia entre
23,45° no solstício de Verão (21 de Junho) e -23,45° no solstício de Inverno (Dezembro).
6 Plano que ao intersectar a superfície terrestre origina a linha do equador
7 Meridiano que passa pela localidade de Greenwich nos arredores de Londres
47
Figura 47 - Declinação Solar
O cálculo da declinação solar para um determinado dia do ano é efectuado através da seguinte
expressão[23]:
(4.37)
4.2.1.3 Ângulo horário ( )
O ângulo horário solar é o ângulo necessário para posicionar o meridiano de um dado ponto da
superfície alinhado com o Sol. Como a Terra está a rodar logo este ângulo representa
tempo[23].
(4.38)
4.2.1.4 Hora solar ( )
A hora solar é a hora medida por um relógio solar, onde o meio-dia corresponde o momento
em que o sol atinge o ponto mais alto do dia ou seja, quando o Sol está alinhado com o
meridiano. Depende da longitude e normalmente difere da hora local definida pelo fuso horário.
Dada a existência de dois horários ao longo do ano (Inverno e Verão) é necessário efectuar a
compensação no cálculo da hora solar no Verão[23]:
(4.39)
(4.40)
4.2.1.4.1 Equação da Hora (ET)
Dado que a Terra não se movimenta a velocidade constante em torno do sol é necessário
introduzir a correcção ET. Esta correcção é obtida aproximadamente pela seguinte
expressão[23]:
(4.41)
48
(4.42)
Em que n é o dia absoluto do ano.
Figura 48 - Evolução da equação hora ao longo do ano
4.2.1.5 Ângulo de altitude solar (α)
O ângulo de altitude solar é o ângulo entre os raios de incidência do Sol e o plano horizontal. É
obtido através da seguinte expressão[23]:
(4.43)
4.2.1.6 Ângulo de zénite (θ)
O ângulo de zénite é o ângulo entre os raios de incidência do Sol e a normal a um plano
horizontal ou seja, é simplesmente o ângulo complementar ao ângulo de altitude solar[23]:
(4.44)
4.2.1.7 Ângulo de azimute solar ( )
O ângulo de azimute solar é o ângulo formado entre a projecção horizontal dos raios solares e
o eixo Norte-Sul. Este ângulo é negativo se tiver a este do eixo Norte-Sul e positivo se estiver
no lado oeste. A expressão que permite calcular este ângulo é a seguinte[23]:
(4.45)
4.2.1.8 Incidência solar não normal
No caso em estudo assume-se que os painéis fotovoltaicos possuem uma posição fixa, ou
seja, a normal do painel não possui a mesma direcção que os raios de incidência solar. Logo
49
torna-se necessário definir o ângulo de incidência como ângulo entre os raios solares e a
normal ao painel[23].
(4.46)
Este ângulo irá depender, para além dos ângulos descritos no subcapítulo anterior, das
características do painel que definem a sua orientação:
Ângulo de inclinação do painel (β)
Ângulo de azimute do painel ( )
O ângulo de inclinação do painel é formado entre a superfície e o painel. O valor deste ângulo
varia entre 0° (superfície horizontal) e 90° (superfície vertical). Por outro lado o ângulo de
azimute do painel é o ângulo formado entre projecção horizontal da normal do painel e o eixo
Norte-Sul. O ângulo é positivo ou negativo consoante a posição relativa ao eixo Norte-Sul,
sendo positivo a Oeste do eixo e negativo a Este do eixo. O seu valor varia entre -90° e 90°.
Figura 49 - Definição de ângulos para a incidência da radiação solar sobre um painel inclinado[24]
4.2.2 Energia Solar
A energia emitida pelo Sol é absorvida e reflectida pela atmosfera sofrendo uma redução
significativa até atingir a superfície terrestre. Quando os raios solares atingem a atmosfera, as
nuvens reflectem parte significativa da energia solar. Posteriormente outra parte da energia é
absorvida pelos gases existentes na atmosfera. O vapor de água, dióxido de carbono e o
ozono atmosférico destacam-se como os principais absorvedores de energia solar. Esta
absorção está na origem do efeito de estufa.
A energia que atinge a superfície terrestre possui as seguintes componentes:
50
Radiação solar directa (W/m²),
Radiação solar difusa (W/m²)
Radiação solar reflectida ((W/m²).
Por fim a radiação solar reflectida, apenas contabilizada para superfícies inclinadas, é apenas
significativa para ambientes que possuem índices de albedo8 significativos. Nesta ferramenta
optou-se por um índice de 0,6 (cidade).
4.2.2.1 Irradiância directa
A radiação solar directa é a energia emitida pelo Sol que não sofreu acção da atmosfera. Esta
irradiância é dada pela seguinte expressão [25]
(4.47)
4.2.2.2 Factor céu limpo (Kt)
A radiação incidente, como foi referido anteriormente, é fortemente afectada pelas condições
atmosféricas pelo que é necessário aplicar um factor correctivo. Este factor é chamado de
factor céu limpo (clarity índex) e caracteriza a forma como céu obstrui a passagem de radiação
solar. Este factor é definido de 0 a 1 possuindo o valor unitário quando o céu está limpo.
4.2.2.3 Constante Solar Efectiva
A Terra ao apresentar uma órbita elíptica à volta do Sol faz com que a distância entre ambos
varie durante o ano. Assim a constante solar, que muitas vezes é abordada como um valor
constante, deve ser corrigida de forma a contabilizar esta variação[24]:
(4.48)
4.2.2.4 Massa de ar (AM)
A massa de ar representa o múltiplo da distância que o raio solar tem de percorrer para atingir
a superfície terrestre, quantificando assim a influência da atmosfera na radiação solar incidente
na superfície terrestre.
(4.49)
Quanto maior for o ângulo de zénite, maior será a distância que os raios solares terão de
percorrer na atmosfera, provocando o aumento da energia reflectida e absorvida. Na melhor
das hipóteses, segundo a expressão utilizada, pelo menos 30% da energia emitida pelo Sol
não chega à superfície terrestre sob a forma de radiação solar directa (θ=0).
8 Relação entre a energia reflectida e emitida
51
4.2.2.5 Irradiância difusa
A atenuação da energia por parte da atmosfera provoca a existência de radiação solar difusa.
Esta radiação solar é parte da energia emitida pelo Sol que é dispersa pela influência das
substâncias existentes na atmosfera (gases e partículas). A expressão que permite calcular
esta fracção de energia que incide na superfície terrestre é a seguinte[26]
(4.50)
Apesar de ter uma menor contribuição na produção de energia eléctrica em relação à
irradiância directa, é uma fracção significativa da energia incidente na superfície terrestre.
Quanto maior for a atenuação da atmosfera na radiação emitida pelo Sol, maior será a
importância deste tipo de radiação.
4.2.2.6 Irradiância reflectida
Por fim existe a radiação solar reflectida. Esta fracção de energia é influenciada pelo índice de
albedo9 (ρ) do terreno envolvente sendo apenas contabilizada para superfícies inclinadas. Em
termos energéticos o peso deste tipo de irradiância é apenas significativo para ambientes com
índices de albedo elevados (neve). É dada pela seguinte expressão[24]:
(4.51)
4.2.2.7 Irradiância do painel
As expressões anteriores contabilizam a energia que incide numa superfície sem inclinação.
Como no caso em estudo os painéis fotovoltaicos deverão apresentar uma direcção e
inclinação, será necessário aplicar factores correctivos que tenham em conta as características
do painel. Assim a irradiância que incide num determinado painel é dada pela seguinte
expressão[24]:
(4.52)
4.2.3 Sistema fotovoltaico
Os sistemas fotovoltaicos são sistemas de produção de energia que aproveitam a radiação
emitida pelo Sol para produzir energia eléctrica. Ao apresentar um grande número de
configurações e por utilizar uma fonte de energia inesgotável e limpa como o Sol, tem sido uma
tecnologia com um grande desenvolvimento nos últimos anos.
Este sistema é constituído por:
Painel fotovoltaico
9 Relação entre a energia reflectida e emitida
52
Inversor (depende da instalação)
Baterias (depende da instalação)
Controlador de carga
4.2.3.1 Painel Fotovoltaico
Os painéis fotovoltaicos são formados por células solares de silício que convertem a radiação
incidente no painel em electricidade através do efeito fotovoltaico.
O silício na forma pura é um elemento com fracas propriedades de condução de electricidade.
Logo precisa de sofrer processos de transformação de forma a melhorar as suas propriedades
condutoras. Este processo de transformação, denominado por processo de dopagem consiste
simplesmente em acrescentar percentagens de outros elementos. Mediante o elemento
adicionado as características do material irão variar. Caso seja acrescentado fósforo obtém-se
um material com electrões livres (silício tipo N). Caso seja acrescentado boro invés de fósforo,
obtém-se um material com características inversas ou seja, com défice de electrões (silício tipo
P).
A célula fotovoltaica possui uma camada fina do tipo N e uma mais grossa do tipo P. Ao juntar-
se duas camadas dos semicondutores n e p cria-se uma zona de transição na fronteira entre as
duas camadas. Nesta fronteira é criado um campo eléctrico devido à migração de átomos
positivos da camada p e de átomos negativos da camada.
Assim ao incidir-se luz na célula os electrões são estimulados e com a existência do campo
eléctrico gerado na fronteira entre as duas camadas, os electrões deslocam-se da camada P
para a camada N[27].
4.2.3.2 Inversor de corrente
O inversor é um equipamento que tem a função de converter a corrente contínua para corrente
alternada. Ao contrário da energia fornecida pela rede eléctrica, a energia produzida pelo painel
fotovoltaico é produzida em corrente contínua. Como a maioria dos equipamentos estão
dimensionados para funcionar em corrente alternada, as instalações fotovoltaicas são
normalmente constituídas por este tipo de equipamento. [28]. No entanto, caso a energia
produzida seja aplicada em iluminação ou noutro tipo de equipamento que funcione em
corrente contínua, torna-se dispensável a utilização deste equipamento.
4.2.3.3 Baterias
Consoante o sistema fotovoltaico implementado, poderá compensar a utilização de baterias.
Caso o sistema esteja implementado para auto-consumo, deve existir um conjunto de baterias
para que o excedente produzido seja utilizado em momento oportuno[28].
53
4.2.3.4 Controlador de carga
O controlador de carga é um dispositivo que é instalado entre o painel fotovoltaico e as baterias
e tem a função de gerir a quantidade de carga existente na bateria. O controlador deverá
garantir o completo carregamento das baterias e deve evitar o descarregamento a partir de
certo valor[28].
4.2.3.5 Características do painel fotovoltaico
Para se efectuar o cálculo da potência produzida pelo painel solar é necessário que o
fabricante forneça várias características da célula fotovoltaica:
NOCT
Potência Máxima (Pmax)
Corrente curto-circuito (Isc) -
Tensão circuito aberto (Voc) –.
Como muita das vezes o painel não irá funcionar nas condições normais de operação, é
necessário efectuar o ajustamento dos dados para que se obtenha a potência real do painel.
4.2.3.5.1 NOCT
A NOCT é a temperatura da célula fotovoltaica quando está a funcionar nas condições normais
de operação. As condições padrão de operação são: Irradiância de 0,8kW/m², 1,5 de Massa de
ar, temperatura ambiente de 20°C e velocidade do vento menor que 1m/s[29].
4.2.3.5.2 dVoc/dT
A variação da tensão com a temperatura da célula é fundamental para proceder ao cálculo da
potência produzida, isto porque a tensão varia com a temperatura da célula[29].
4.2.3.5.3 Tensão
A tensão circuito aberto é o valor máximo de tensão eléctrica que existe entre os terminais da
célula e o obtido quando não existe carga através deles. Esta varia consoante a temperatura
da célula sendo obtida através da seguinte equação[29]:
(4.53)
A tensão no ponto máximo de potência pode ser estimada como 80% de da tensão de circuito
aberto para condições normais de operação.
4.2.3.5.4 Intensidade de Corrente
A intensidade de corrente curto-circuito é o valor máximo de corrente que a célula consegue
produzir ocorrendo quando esta está em curto-circuito. A intensidade de corrente curto-circuito
é directamente proporcional à irradiância pelo que pode ser calculado através da seguinte
equação[29]:
54
(4.54)
4.2.3.5.5 Temperatura da célula
A temperatura da célula é um dos factores que mais influencia a produção de energia eléctrica
variando significativamente com as condições atmosféricas. Esta é possível de calcular
utilizando a (NOTC) através da seguinte equação[29]:
(4.55)
Apenas pare referir que é a temperatura do ar obtida à sombra.
4.2.3.5.6 Potência Máxima
A potência máxima é obtida através da seguinte expressão[29]:
(4.56)
Contudo, o fabricante normalmente apenas fornece Isc e Voc pelo que será necessário utilizar
um factor de escala. Este factor chama-se factor de preenchimento (fill factor) e admite-se
como hipótese que não varia com a temperatura e com a irradiância. É obtido através da
seguinte expressão[29]:
(4.57)
Notar que no cálculo do factor de preenchimento utiliza-se os dados nas condições padrão.
Depois de calculado o factor de escala torna-se simples o cálculo da potência máxima[29]:
4.2.4 Análise de Investimento
Para efectuar a análise financeira da implementação de um sistema fotovoltaico deverão ser
utilizados alguns indicadores financeiros.
4.2.4.1 VAL
O valor actual líquido é um indicador financeiro que avalia um determinado investimento
através do estudo dos cash flows gerados pelo projecto e o capital investido. Quando existe
apenas o investimento inicial, o VAL é dado pela seguinte expressão[30]:
(4.58)
Em que: = Investimento inicial
= Cash Flow
55
= Número períodos de análise do projecto
= Ano em que se dá o Cash Flow Em suma, o investimento apenas é a rentável se o valor actual líquido apresentar um valor
positivo.
4.2.4.2 TIR
A taxa interna de rentabilidade é a taxa de actualização que o anula o valor actual líquido
podendo dizer-se que é a taxa mais elevada que o investidor pode contrair sem perder
dinheiro. É dado pela seguinte expressão[30]:
(4.59)
4.2.4.3 Período de retorno actualizado
O período de retorno actualizado permite calcular quantas unidades temporais são necessárias
para cobrir o investimento efectuado[30]:
(4.60)
4.2.5 Estrutura da ferramenta
A ferramenta solar está estrutura na seguinte forma:
1. Ao se seleccionar a cidade onde se pretende a instalar o sistema fotovoltaico são definidas
a latitude e longitude do local e seleccionadas as funções de factor céu limpo e
temperatura média do ar. Na ferramenta estão definidas 6 cidades de Portugal.
2. Todos os ângulos necessários para descrever o movimento do Sol são calculados
relativamente à localização definida.
3. Cálculo do factor de céu limpo e Temperatura média do ar consoante o determinado dia do
ano.
56
4. Cálculo da irradiância incidente num painel com uma determinada inclinação em relação à
superfície e em relação ao eixo Norte-Sul(aw e β),
5. Cálculo da energia eléctrica produzida pelo sistema fotovoltaico. Esta irá depender
fundamentalmente da área instalada e do tipo de painel escolhido. Na ferramenta estão
disponíveis três tipos de painel
6. Cálculo da poupança obtida. Esta poupança irá resultar em diferentes valores consoante a
forma a energia é utilizada, ou seja, se irá ser utilizada para suprir as necessidades do
estabelecimento de ensino, ou se irá aproveitar as tarifas subsidiadas impostas pelo
decreto Lei 34/2011.
7. Análise de viabilidade da instalação do sistema fotovoltaico através do cálculo dos
indicadores económicos VAL, TIR e período de retorno actualizável.
57
5. Resultados
5.1 Validação
5.1.1 Previsão de consumos
A previsão do perfil de consumo é uma função útil para as escolas que ainda não disponham
de serviço de visualização de consumos diários, com periodicidade de 15 em 15 minutos e
apenas possuem as facturas em papel. Para efectuar a validação obteve-se o perfil de
consumo médio para um dia útil do mês. De seguida calculou-se a energia correspondente a
cada período de facturação e os restantes valores necessários para efectuar a validação.
Efectuou-se a validação com informação da ESPA, ESGV e ESDD:
A validação foi feita nas 4 escolas analisadas que já aderiram ao EDP Online. Em cada escola
foi efectuada a validação para 2 meses distintos por forma a testar os modelos produzidos
(Verão e Inverno).
5.1.1.1 ESDD
Figura 50 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESDD em Jan-11
Energia Real (kWh) 1889 Erro
Energia Previsão (kWh) 1920 1,65% Tabela 4 - Erro ESDD Jan-11
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Jan-11 Previsão Inverno
58
Figura 51 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESDD em Maio-11
Energia Real (kWh) 1701 Erro
Energia Previsão (kWh) 1602 5,82% Tabela 5 - Erro ESDD Mai-11
5.1.1.2 ESPA
Figura 52 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPA em Fev-10
Energia Real (kWh) 2964 Erro
Energia Previsão (kWh) 2782 6,2% Tabela 6 - Erro ESPA Fev-10
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Previsão Verão
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
Fev-10
Previsão Inverno
59
Figura 53 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPA em Mai-11
Energia Real (kWh) 1546 Erro
Energia Previsão (kWh) 1622 4,9% Tabela 7 - Erro ESPA Mai-11
5.1.1.3 ESGV
Figura 54 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESGV em Jan-11
Energia Real (kWh) 1899 Erro
Energia Previsão (kWh) 1850 2,6 % Tabela 8 - Erro ESGV Jan-11
0
20
40
60
80
100
120
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Mai-11 Previsão Verão
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Jan-11 Previsão Inverno
60
Figura 55 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESGV em Maio-10
Energia Real (kWh) 1429 Erro
Energia Previsão (kWh) 1501 5% Tabela 9 - Erro ESGV Mai-10
5.1.1.4 ESPM
Figura 56 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPM emJan-11
Energia Real (kWh) 2486 Erro
Energia Previsão (kWh) 2475 0,5% Tabela 10 - Erro ESPM Jan-11
0
20
40
60
80
100
120
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Previsão Verão
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Jan11 Previsão Inverno
61
Figura 57 - Comparação entre a previsão e o consumo real para ESPM em Maio-11
Energia Real (kWh) 1297 Erro
Energia Previsão (kWh) 1215 6,5% Tabela 11 - Erro ESPM Mai-11
Para os meses em causa obteve-se um erro máximo de 6,5% mostrando que esta função é
uma solução credível para se obter o perfil de consumo diário caso essa informação não esteja
disponível.
5.1.2 Solar
A validação da ferramenta solar é efectuada através de diversas comparações entre valores
reais/referência e os calculados pelo simulador. Inicialmente analisa-se os valores de produção
anual de um sistema fotovoltaico com uma potência de 100kW, procedendo-se à comparação
com valores de referência fornecidos pela Parque Escolar relativamente a experiências pilotos
em diferentes zonas do País. Posteriormente é efectuada a comparação com os valores de
produção de energia das escolas visitadas, quer por análise dos perfis de consumo ou por
visualização dos valores indicados pelo painel.
Na validação solar utilizou-se sempre um ângulo de inclinação de azimute do painel de 0° e o
painel STP185S-24/Ab-110
5.1.2.1 Valores de referência fornecidos pela Parque Escolar
Neste caso, como é efectuada a comparação com valores de referência é utilizado o valor de
inclinação habitual as instalações solares (β=35°)
Produção anual simulador (MWh)
Produção anual real (MWh)
Erro (%)
Lisboa 162 150 8%
Faro 165 160 3,1%
Tabela 12 - Validação Solar valores referência
10
Características do painel em anexo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Real
Mai-11 Previsão Verão
62
Verifica-se um erro máximo de 8% mostrando neste caso uma ferramenta consistente.
5.1.2.2 Escola Secundária Passos Manuel
A ESPM possui um sistema de fotovoltaico com uma potência instalada de 6,48kWp. Quando
se efectuou a visita a esta escola não foi possível analisar em tempo real a energia produzida
por esta instalação. Contudo, com o auxílio do EDP online verificou-se a influência do sistema
fotovoltaico em dias de pouca actividade escolar (fim de semana de verão)
Figura 58 - Perfil de consumo fim-de-semana ESPM
Por volta das 06:45h da manha a iluminação exterior é desligada notando-se que durante
algum tempo o consumo permanece constante nos 25kW. A partir das 7:15h a instalação
fotovoltaica começa a produzir energia provocando uma diminuição no consumo de energia da
escola. Esta diminuição é visualizada até as 14 horas onde se atinge um mínimo de 20kW
iniciando-se a partir daí o processo contrário. Os painéis fotovoltaicos deixam de produzir
energia por volta das 19:30h. A iluminação nocturna só é activada às 21H00. Considerando
que a energia produzida é aproximadamente a área a verde do gráfico obtém-se:
(5.1)
Dado que não se possui a inclinação dos painéis, foi pedido ao simulador que calculasse a
energia para o dia 19 de Julho (dia 200) com uma inclinação de 30° para uma potência
instalada de 6.5kWp.
Energia Real (kWh) 30,6 Erro
Energia Simulador (kWh) 35,1 12,8% Tabela 13- Erro ESPM solar
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
Po
tên
cia
kW
Horas
09-Jul
19-Jul
63
Diversas razões podem explicar o erro considerável: a inclinação do painel pode não ser 30º,
no dia em questão o índice de claridade poderá ter sido menor do que os valores de referência
para a época do ano. De facto, ao se analisar valores tão pequenos de potência de um só dia,
é natural que os erros observados sejam maiores do que no caso de haver um período de
análise superior.
5.1.2.3 Escola Secundária Dom Dinis
A ESDD possui actualmente um sistema fotovoltaico com uma potência instalada de 19,7kW.
Ao contrário da ESPM, foi possível analisar os valores produzidos permitido assim analisar a
energia produzida em vários períodos de tempo (dia, mês, ano). O sistema estava já em
operação à quase 6000 horas (sensivelmente 8 meses). Neste caso para efectuar a validação
optou-se por utilizar o valor anual estimado pelo aparelho de medição.
Figura 59 - Dados da instalação fotovoltaica ESDD
Nesta escola também foi permitido estar em contacto com a instalação situada no topo do
pavilhão gimnodesportivo. Com o auxílio de instrumento de medição, verificou-se que o ângulo
de inclinação era aproximadamente 9°. Logo foi pedido ao simulador para calcular a produção
anual de energia para uma potência instalada de 20kW com β= 9°.
Energia Real (kWh) 35886 Erro
Energia Simulador (kWh) 30408 15,2% Tabela 14 - Erro ESDD solar
O erro tem a mesma ordem de grandeza (13-15%) podendo justificar esta diferença pela
possibilidade do ano em estudo ter apresentado um índice de claridade mais favorável que o
habitual.
64
5.2 Caracterização do consumo de energia
De forma a verificar qual o peso de cada secção da escola foi efectuada a desagregação do
perfil de consumo das várias escolas analisadas. Na ESVF conseguiu-se efectuar algumas
medições nos blocos B, H e no refeitório permitindo o cálculo de alguns factores de utilização.
Com a descrição das potências instaladas por bloco e com os factores de utilização calculados
obteve-se a seguinte figura:
Figura 60 - Desagregação do consumo da ESVF
Procedeu-se o mesmo raciocínio para as restantes escolas secundárias, assumindo os
factores de utilização da ESVF por falta de dados, obtendo-se assim os seguintes gráficos:
Figura 61 - Desagregação do consumo da ESDD
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Mar-11
30-05-2011
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Out-10
Jan-11
65
Figura 62 - Desagregação do consumo da ESPA
Figura 63 - Desagregação do consumo da ESGV
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Fev-10
Mai-11
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Mai-11
Jan-11
66
Figura 64 - Desagregação do consumo da ESPM
Com AVAC Energia (kWh) kWh/aluno.dia kWh/m².dia
ESDD 1893 1,333 0,178
ESVF 1602 1,120 0,098
ESPA 2957 1,542 0,237
ESGV 1965 1,163 0,153
ESPM 2145 1,664 0,129
Tabela 15 - Relações Energia/alunos e Energia/área das escolas secundárias analisadas C/AVAC
Sem AVAC Energia (kWh) kWh/aluno.dia kWh/m².dia
ESDD 1487 1,047 0,140
ESVF 1370 0,958 0,083
ESPA 1815 0,946 0,145
ESGV 1437 0,850 0,112
ESPM 1414 1,097 0,085
Tabela 16 - Relações Energia/alunos e Energia/área das escolas secundárias analisadas S/AVAC
Através da análise dos gráficos anteriores verifica-se que o sistema AVAC, quando ligado, é o
principal responsável pelo elevado consumo de energia. No entanto, nota-se uma grande
diferença no consumo de electricidade por parte do AVAC na ESVF. Ao contrário da maioria
das escolas visitadas que possuem 1 ou 2 chillers num sistema centralizado, na ESVF o
sistema de AVAC é composto por vários VRV (volume de refrigerante variável) permitindo aos
utilizadores da escola uma maior versatilidade, não sendo necessário ligar sistemas de
climatização de grande potência para apenas climatizar uma parte das instalações da escola.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Mai-11
Abr-11
67
Ao se analisar os consumos em função do número de alunos verifica-se que as ESVF e ESGV
são as que consomem menos energia em função do número de alunos (Com AVAC). No
entanto há que realçar os valores obtidos da ESGV pois ao ter aulas à noite torna-se mais
difícil obter uma relação energia/alunos favorável. As outras escolas apresentam uma relação
energia/alunos bem mais elevada não se justificando o consumo energético existente. Neste
caso destaca-se pela negativa a ESPM pois apesar de não possuir aulas à noite, que
teoricamente seria uma grande vantagem, é a escola com pior relação kWh/aluno.dia. Por
outro lado é o edifício mais antigo e onde por isso a remodelação teve contornos especiais.
A ESPA apresenta os valores menos favoráveis tanto em função de área como de alunos
devido ao elevado consumo de energia existente no horário nocturno.
A ESPM tem a particularidade de apresentar um bom valor na relação energia/área e um valor
bastante mau na relação energia/alunos (Com AVAC). Isto poderá significar que a escola não
tem o número de alunos adequado ou que a escola tem uma área não útil bastante elevada.
A ESDD apresenta valores inferiores de desempenho em comparação com a ESVF superando
apenas a ESPA nas duas relações.
Caso seja efectuada a análise dos perfis de consumo sem AVAC, os consumos em função de
área e de alunos melhoram bastante, chegando ao ponto de algumas escolas superarem os
resultados da ESVF.
Através dos gráficos anteriores verifica-se também que o pavilhão gimnodesportivo das escolas
é utilizado durante a noite para actividades extra-curriculares. Por possuir uma grande potência
de iluminação, mais de 20 kW, deve-se ter como precaução ao utilizar as instalações do
pavilhão, que este seja desligado no final da actividade, por forma a não haver um dispêndio
desnecessário de energia.
5.3 Miniprodução
5.3.1 Potência de 100 kW
A análise da introdução de miniprodução irá ser realizada através do estudo da colocação de
um sistema fotovoltaico em Lisboa com potência de instalação de 100 kW. Considera-se que
os painéis fotovoltaicos possuem uma inclinação de 30° e estão virados para sul ( =0).
São consideradas três possibilidades de utilização de miniprodução:
1) Regime previsto no decreto de Lei 34/2011, que prevê o pagamento de uma tarifa
subsidiada pré-definida, denominado Rede;
2) Regime de auto-consumo, denominado de Auto-Consumo;
68
3) Regime misto, para auto-consumo nas horas de Ponta com utilização de um sistema
de baterias e possibilidade posterior venda da energia remanescente à tarifa normal de
aquisição (não subsidiada), denominado por Baterias.
Figura 65 - Evolução da produção de energia ao longo do ano
Através da análise da figura 89 verifica-se que a produção de energia é relativamente
constante entre Abril e Setembro. A energia produzida no Verão é sensivelmente o dobro da
energia produzida no Inverno. O valor mínimo de produção de energia eléctrica acontece nos
últimos dias do ano coincidindo com a data de solstício de Inverno. Através da energia
produzida conseguem-se 3 níveis de poupança em função das diferentes estratégias:
Figura 66 - Evolução das poupanças ao longo do 1º ano
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150 200 250 300 350
Ene
rgia
(K
wh
/dia
)
Dias do ano
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 50 100 150 200 250 300 350
Euro
s (€
/dia
)
Dias do ano
Auto (€)
Rede (€)
69
Estratégia Poupança
anual (kWh) Poupança 1ºano (€)
% Poupança energética11
% Gastos anuais12
Auto-consumo
162759
17.078 €
28,6%
27,9%
Rede 40.705 € 66,7%
Baterias 25.358 € 41,8%
Tabela 17 - Poupança miniprodução segundo diferentes tipos de poupança
Verifica-se que o Auto-Consumo é claramente a opção mais desvantajosa sendo a opção Rede
a que apresenta melhores resultados. Contudo estas opções deverão ser analisadas ao longo
do seu período de funcionamento e não em apenas num ano.
A melhor forma para seleccionar a solução mais vantajosa é através os indicadores
económicos. Considerando que a instalação tem um período de funcionamento de 15 anos,
que o Investimento da instalação solar é de 190mil euros13
e que a taxa de actualização é
10% obtêm-se os seguintes valores:
Auto Rede Baterias
VAL -60.101 € 119.608 € -27.121€
TIR 3,99% 20,04% 7,78%
PRI (Payback) Actualizado 21,94 9,210 17,11 Tabela 18 - Indicadores económicos para cada tipo de poupança
Aparentemente, para o investimento, taxa e o período de funcionamento em causa, não vale a
pena instalar uma instalação de 100kW caso a energia produzida esteja destinada a suprir as
necessidades da escola num modelo de auto-consumo.
No entanto, a opção com baterias apesar de ser também uma opção de auto-consumo, possui
a particularidade de armazenar a energia produzida pela instalação sendo a energia consumida
nos períodos com tarifas menos favoráveis, ou seja, no período de Ponta onde tanto a energia
como a potência são taxadas. Caso o sistema fotovoltaico produza uma quantidade de energia
superior, a energia será vendida a uma tarifa não subsidiada14
.Contudo esta opção apresenta a
particularidade de necessitar um investimento superior em comparação com as outras opções
devido ao custo acrescido na aquisição das baterias. Considerou-se que o Investimento nesta
opção será 20% superior em relação às outras opções.
11
Percentagem dos consumos energéticos da ESPA em 2010 (568.747 kWh) 12
Percentagem dos gastos anuais da ESPA em 2010 (61000€). 13
Na opção baterias considerou-se um Investimento de 220mil euros 14
Considerou-se a tarifa do período de Cheias
70
A opção auto-consumo com baterias apesar de não apresentar um VAL positivo para os 15
anos em análise, apresenta um PRI de 17 anos que é inferior aos 25 anos estimados para a
duração deste tipo de instalação. Assim, esta solução no futuro poderá ser a melhor solução
pois:
Não está tão dependente da tarifa subsidiada.
As tarifas de electricidade têm tendência a aumentar com o tempo.
O período de retorno tem de ser inferior apenas ao período de duração do sistema
Pelo contrário, a opção de venda directa de energia para rede com tarifa subsidiada apresenta
indicadores económicos bastante favoráveis. No entanto é necessário referir que foi utilizada a
tarifa base (0,25€), que irá ser actualizada para 0,22€ já em 2012.
Em suma, se o produtor de electricidade conseguir uma tarifa, a opção injecção directa à rede
é a melhor solução. Caso contrário, será ainda viável a utilização da opção com baterias.
Deverá ter-se em conta que a análise foi efectuada para um período de 15 anos dado que o
período de duração a tarifa subsidiada. Contudo o período de vida da instalação de um sistema
fotovoltaico chega a 25 anos, sendo que neste caso as três opções apresentam indicadores
económicos favoráveis.
5.4 Eficiência Energética
5.4.1 Mudança de horário Aulas
Como foi referido anteriormente a ERSE pretende incentivar a uniformização do consumo de
electricidade através da colocação de tarifas elevadas nos períodos onde é mais provável um
grande consumo de energia. Logo a direcção das escolas ao gerir a taxa de ocupação das
instalações da escola poderá promover poupanças significativas.
Consideremos a título de exemplo passar a maior parte das aulas do período da manhã para o
período da tarde, evitando assim que o horário da tarifa de Ponta seja o horário com maior taxa
de utilização da escola, em particular das aulas. Em Março (tarifário de Inverno) os períodos de
facturação com a tarifa mais elevada são das 9:00h até 10:30h e das 18:00h até 20:30h.
71
Figura 67 - Desagregação consumo ESVF Março-2010
Ao se analisar o gráfico anterior repara-se que é exactamente no período de Ponta de manhã
onde se registam as potências mais elevadas, advindo por isso custos mais elevados na
factura de electricidade.
Figura 68 - Alteração da ocupação das Salas de Aula ESVF
0
20
40
60
80
100
120
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Real
0
20
40
60
80
100
120
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
AVAC
Aulas Noite
Aulas Tarde
Aulas Manhã
Pav.Noite
Refeitório
Outros
Ilu. Ext
Equip. 24h
Real
72
Tarifário Energia
kWh Factura
Diária Act. € Factura
Diária Nov. € Poupança
Diária €
Inverno 1430 145,41€ 142,10€ 3,31€
Tabela 19 - Poupança diária devido à mudança de horários das salas de aula
Taxa de ocupação Actual Nova
Aulas manhã 58% 35%
Aulas tarde 42% 65%
Aulas noite 0% 0%
Pavilhão Noite 100% 100%
Tabela 20 - Taxas de ocupação
Procedendo da mesma forma para as restantes escolas obtém-se:
Poupança
ESDD 3%
ESVF 2,3%
ESPA 1,7%
ESGV 1,2%
ESPM 1,3%
Tabela 21 - Poupança devido à alteração dos horários para todas escolas analisadas
Ao se alterar a taxa de ocupação das salas de aulas consegue-se provocar uma diminuição
máxima de 3% (ESDD) nos custos de electricidade. Pelas poupanças calculadas em cada
escola verifica-se que a ESDD e a ESVF são as escolas com maior carga horária escolar no
período da manhã. No caso da ESVF consegue-se uma poupança mensal de 70 euros sem
efectuar qualquer investimento material.
5.4.2 Mudança de horário Refeitório
Nas visitas efectuadas às escolas secundárias verificou-se que os refeitórios apresentam a
mesma estrutura e equipamentos. Logo assume-se que a potência instalada e o factor de
utilização são iguais para todas as escolas. Segundo as medições efectuadas a potência média
estimada do refeitório é:
(5.2)
A poupança referente a esta parcela é efectuada através das diferentes tarifas existentes ao
longo do dia. Assim, considera-se que o novo horário de utilização das instalações do refeitório
é das 10:30h até 14:00h. Logo:
8:00h
10:30h 13:00h
14:00h
Potência Antiga
Nova Potência
73
(5.3)
Utilizando as tarifas de Média Tensão em Longas utilizações para o primeiro e quarto
trimestre::
(5.4)
(5.5)
(5.6)
Neste caso resultará uma redução de 25% nos custos associados ao refeitório e 1% nos custos
totais15
.
5.4.3 Consumos residuais (Standby)
Ao se analisar os consumos das escolas secundárias e pelas visitas efectuadas às suas
instalações é injustificável haver uma discrepância tão grande nos consumos no período de
Vazio e Super-Vazio. Estas discrepâncias parecem dever-se ao facto de não haver um
procedimento sistemático ou sistema automática que garanta que todos os serviços
energéticos são desligados quando a escola é fechada (tipicamente iluminação).
Assim, considera-se que a potência de standby das escolas secundárias não deverá
ultrapassar os 25kW. Caso a escola ultrapasse esse valor deverá adoptar medidas por forma a
racionalizar o consumo de energia eléctrica.
Considera-se o período de standby das escolas é da 00:00h até 07:00h
Utilizando por exemplo o caso da ESPA:
Através de várias facturas online obteve-se o valor de potência meda de Standby:
(5.7)
Logo a quantidade de energia que é consumida a mais do que é suposto é:
(5.8)
15
Considera-se que o custo diário das escolas é180€
74
Esta poupança de energia vai corresponder a uma poupança de16
:
(5.9)
Considerando uma factura diária de 170€ para um dia útil:
(5.10)
Potência
Standby (kW) Energia
Desperdiçada (kWh)
Poupança
ESDD 32,35 51,45 2,6%
ESVF 26,22 8,54 5,7%
ESPA 33,29 58,1 1,7%
ESGV 29,75 33,25 2,3%
ESPM 35,75 75,25 3,5%
Tabela 22 - Poupanças de standby para as escolas analisadas
5.4.4 AVAC
Através da caracterização de consumos verificou-se a grande diferença nos consumos
energéticos de AVAC da ESVF para as restantes escolas. Assim faz-se uma estimativa do
quanto as outras escolas poupariam caso utilizassem o mesmo tipo de sistema.
(5.11)
Como a área das escolas varia, é necessário adimensionalizar a potência AVAC da ESVF para
saber qual seria a potência necessária para as outras escolas com o mesmo sistema de AVAC
Assim utilizando o valor de área edificada da escola obtém-se:
(5.12)
16
Para calcular a poupança utilizou-se os valores médios das tarifas de média tensão de Longas utilizações
75
Logo:
Energia AVAC (kWh)
Potência média AVAC (kW)
Potência média AVAC ESVF
17
(kW)
ΔPotência AVAC (kW)
ESDD 406 35,21 23,16 12,05
ESPA 1815 113,44 15,02 95,83
ESGV 528 40,62 17,61 22,55
ESPM 731 69,62 18,06 46,25
Tabela 23 - Variação de Potência AVAC
Factura diária (€)
Poupança (€/kW)
Poupança (€) %Poupança
ESDD 182 1,62 19,52 10,7
ESPA 325 1,7 163,3 50,2
ESGV 194 1,5 33,97 17,5
ESPM 245 0,96 44,44 18,1
Tabela 24- Poupança AVAC
Caso este tipo de medida pudesse ser adoptada poderia haver uma poupança máxima de 50%
(ESPA).
5.5 Poupanças Totais
ESDD ESVF ESPA ESGV ESPM
Mudança horário Aulas 3% 2,3% 1,7% 1,2% 1,3%
Mudança horário Refeit. 1% 1% 1% 1% 1%
Standby 2,6% 1,7% 1,7% 2,3% 3,5%
AVAC 10,7% - 50,2% 17,5% 18,1%
TOTAL S/AVAC (%) 6,6% 5% 4,4% 4,5% 5,8%
TOTAL (%) 17,3% 5% 54,6% 22% 23,9%
Tabela 25 - Poupança Total
O maior potencial de poupança verifica-se na ESDD (6,6%) devido à grande taxa de ocupação
das salas de aula que esta possui no período da manhã.
A ESPM apresenta um valor de standby bastante elevado demonstrando algum descuido na
utilização dos equipamentos.
Caso o sistema de AVAC da ESVF tivesse sido aplicado nas outras escolas secundárias, os
custos poderiam ter sido diminuídos até 54,6% (ESPA). No entanto é necessário referir que tal
raciocínio é um pouco injusto para as escolas com tipologia MOP e Histórica (ESPM e ESGV) ,
17
Valor obtido através da potência adimensionalizada e área da respectiva escola
76
sendo provável que tais soluções apenas possam ser utilizadas em escolas com tipologia
pavilhonar.
5.6 Medidas Complementares
No estudo efectuado às escolas secundárias, identificaram-se medidas complementares às
introduzidas durante as intervenções nas escolas, embora não tenham sido possíveis de
quantificar a poupança resultante:
Identificar interruptores (quais as lâmpadas referentes a cada interruptor).
Colocar sensores de presença na iluminação de circulação.
Modificar a disposição dos conjuntos de lâmpadas associados a cada interruptor. Em
algumas salas de aulas verificou-se uma incorrecta disposição dos conjuntos de
lâmpadas estando as lâmpadas associadas consoante a distância ao quadro e não às
janelas:
Figura 69 - Disposição dos conjuntos de lâmpadas actual e o correcto
Lançar campanhas de consciencialização no uso irracional de energia e demonstrar as
consequências de tais actos.
Estimular a utilização do pavilhão nas horas com menor custo. Por exemplo o horário
do pavilhão é das 18 às 23. Quanto mais tarde for, menor é o preço do kWh (Ponta,
Cheia, Vazio), pelo que o preço para alugar o pavilhão deverá seguir a mesma
evolução.
Janelas
Quadro
77
6. Conclusões
Através da elaboração deste trabalho, pretendeu-se minimizar os custos associados ao
consumo de electricidade das escolas secundárias intervencionadas pela Parque Escolar.
Estes custos poderão ser minimizados através da adopção de medidas a nível técnico como a
nível comportamental.
Para caracterizar o consumo energético de uma escola secundária que não tenha acesso aos
perfis de consumo diários, foi criado um modelo de previsão para caracterizar o perfil de
consumo da escola. Este perfil é obtido através da análise da quantidade de energia existente
em cada período de facturação (Ponta, Cheia, Vazio e Super-Vazio). Ao se comparar os
resultados com as facturas online mostrou ser uma boa alternativa possuindo apenas como
desvantagem a necessidade de saber as taxas de ocupação dos diversos espaços das
escolas, que pode no entanto ser inferido pelos padrões de utilização da escola (razão entre as
aulas de manhã e de tarde, ocupação nocturna do pavilhão, etc).
Através da análise das escolas secundárias identificaram-se algumas medidas de eficiência
energética que poderão proporcionar uma poupança significativa de energia. Assim caso sejam
alteradas algumas taxas de ocupação e caso exista um maior controlo nos consumos nos
períodos de Vazio e Super Vazio, existe um potencial de poupança de quase 10%.
Identificaram-se outras medidas de eficiência energética complementares às da Parque
Escolar – utilização de sensores de presença na iluminação dos corredores e a alteração dos
conjuntos de lâmpadas das salas de aula - não tendo sido neste caso possível quantificar o
potencial de poupança.
No entanto ao se caracterizar o consumo de electricidade das escolas secundárias verificou-se
que os sistemas de AVAC são os principais responsáveis pelo aumento significativo do
consumo de energia após as intervenções. À excepção da ESVF, o sistema AVAC é
responsável por quase 40% do consumo de energia nos dias em que é utilizado. A ESVF ao
possuir um sistema de AVAC constituído por um conjunto de VRVs independentes por
pavilhão, fica com uma instalação mais versátil capaz de suprir as necessidades das
instalações sem que ocorra desperdício de energia. O que se verifica nas outras escolas é por
exemplo a ligação do sistema de AVAC centralizado quando não há aulas e os professores e
funcionários necessitam de climatizar os espaços de trabalho.
Por outro lado quando se caracterizou o consumo de energia em função do número de alunos
e da área verificou-se que a ESVF é claramente a mais eficiente. Através da análise dos
resultados verificou-se que a existência de aulas no período nocturno aumenta
consideravelmente as necessidades energéticas das escolas secundárias, mesmo que o
número de alunos não seja muito significativo.
78
Em suma, a Parque Escolar deverá no futuro efectuar um esforço redobrado no estudo da
selecção do sistema de AVAC das escolas secundárias, devendo ter a ESVF como referência.
Para analisar a implementação de painéis fotovoltaicos concebeu-se uma ferramenta de
cálculo que calcula a produção energética de um determinado parque fotovoltaico. A sua
instalação poderá ser analisada em qualquer ponto do país e com qualquer tipo de painel. Esta
energia poderá ser convertida em poupança através de diferentes regimes onde se destaca a
venda da energia com uma tarifa subsidiada. Dado o actual valor da tarifa, é claramente a
melhor solução a ser utilizada. O regime auto-consumo com baterias utiliza a energia produzida
pelo painel para satisfazer o consumo energético da escola, em períodos de facturação com
tarifas elevadas (Período de Ponta). Se a produção dos painéis fotovoltaicos ultrapassar a
energia necessária no período de Ponta, a energia remanescente deverá ser vendida a uma
tarifa pré-definida. Apesar de os indicadores económicos não serem tão favoráveis, é uma
solução a ter em conta no futuro pois, não está tão dependente da tarifa subsidiada e no futuro
as tarifas de electricidade têm tendência a aumentar. Por fim o auto-consumo perde bastante
para as restantes opções apenas justificando em pequenas instalações.
79
7. Referências Bibliográficas
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http://unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.php
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Comportamento Térmico de Edifícios (RCCTE)," Diário da República, vol. 67, pp. 2468-
2513, Abril 2006.
[10] Decreto-Lei n.o 79/2006 de 4 de Abril, "Regulamento dos Sistemas Energéticos de
Climatização em Edifícios (RSECE)," Diário da República, vol. 67, pp. 2416-2468, Abril
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[11] RE.NEW.ABLE. ECO.AP. [Online]. http://www.renewable.pt/pt/Able/Paginas/ECOAP.aspx
[12] Decreto-Lei n.º 34/2011 de 8 de Março, "Miniprodução," Diário da República, vol. 47, pp.
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80
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[30] André Zunido and Germano Magalhães, "Análise Financeira de Projectos de Software,"
Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2006.
81
A. Anexos
A.1 Dados das escolas
Número de alunos Outros
Dia Noite Total
Dom Dinis 1005 235 180 1420
Gil Vicente 996 514 180 1690
Passos Manuel 1094 0 195 1289
Pedro Alexandrino 918 790 210 1918
Vergílio Ferreira 1260 0 170 1430 Tabela A. 1 - Áreas e número de alunos das escolas visitadas
Área Edificada (m²)
Dom Dinis 10650
Gil Vicente 12812
Passos Manuel 16576
Pedro Alexandrino 12490
Vergílio Ferreira 16425 Tabela A. 2 - Áreas das escolas analisadas
82
A.2 Preços da electricidade
Tabela A. 3 - Tarifário em Média Tensão
A.3 Potências Instaladas
A.3.1 ESVF
83
Edifício de Entrada kW
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 3,0
Iluminação Salas 4,0
Tomadas e equipamentos 10,0
Elevador 15,0
Ar condicionado 40,0
Reserva 10,0
Total 82,5
Bloco A
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 1,0
Iluminação Salas 4,0
Tomadas e equipamentos 6,0
Ar condicionado 40,0
Reserva 5,0
Total 56,5
Bloco B
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 1,0
Iluminação Salas de Aula 6,0
Tomadas e equipamentos 20,0
Elevador 12,5
Ar condicionado 40,0
Reserva 3,5
Total 83,5
Bloco C
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 0,5
Iluminação Salas de Aula 3,0
Tomadas e equipamentos 10,0
Ar condicionado 10,0
Reserva 2,6
Total 26,6
Bloco D
Iluminação de segurança 1,0
Iluminação de circulações 1,0
Iluminação Salas Aula 3,0
Tomadas e equipamentos 10,0
Bar/cafetaria 15,0
Ar condicionado 32,0
Reserva 3,0
Total 65,0
Bloco E
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação refeitório 2,5
Tomadas e equipamentos 10,0
Cozinha 25,0
Ventilação 12,0
Reserva 21,0
Total 71,0
Bloco F
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 1,0
Iluminação Salas de Aula 6,5
Tomadas e equipamentos 10,0
Ventilação 11,0
Reserva 21,0
Total 50,0
Bloco G
Iluminação de segurança 1,0
Iluminação de circulação 1,0
Iluminação Salas de Aula 6,0
Tomadas e equipamentos 10,0
Ventilação 10,0
Reserva 22,0
Total 50,0
Bloco H
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 2,0
Iluminação Salas de Aula 12,0
Tomadas e equipamentos 15,0
Elevador 12,5
Ar condicionado 30,0
Reserva 10,0
Total 82,0
Bloco I
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação de circulação 0,5
Iluminação Salas de Aula 7,0
Tomadas e equipamentos 10,0
Ventilação 16,0
Reserva 10,0
Total 44,0
Bloco J
Iluminação de segurança 1,0
Iluminação de circulação 3,0
Iluminação desportiva 21,0
Tomadas e equipamentos 5,0
Ventilação 51,0
Reserva 4,0
84
Total 85,0
Bloco L
Iluminação de segurança 0,5
Iluminação da Sala 0,5
Tomadas e equipamentos 1,0
Total 2,0
Bloco centro de recursos
Total 20,0
Portaria
Iluminação 0,5
Tomadas e equipamentos 3,0
Reserva 6,5
Total 10,0
Iluminação Exterior
Total 40,0
Tabela A. 4 – Potência Instalada da ESVF
A.3.2 ESPA
kW
Iluminação 112
Tomadas 190
Equipamentos 180
UPS 1 - Socorro 40
UPS 2 - Segurança 25
AVAC 252
Elevador 5
Pavilhão Gimnod. 30 Tabela A. 5 – Potência Instalada da ESPA
A.3.3 ESPM
Potência Instalada de 800kVA
85
A.4 Perfis de consumo de vários blocos da ESVF
Figura A. 1- Perfil de consumo no fim-de-semana Bloco B ESVF
Figura A. 2 - Perfil consumo médio do bloco B ESVF
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0 P
otê
nci
a (k
W)
Horas
09-Abr
10-Abr
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
Po
tên
cia
kW
Horas
Dia útil Abril-11
86
Figura A. 3 - Perfil de consumo fim-de-semana do bloco C ESVF
Figura A. 4 - Perfil consumo médio do bloco C ESVF
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
28-Mai
29-Mai
04-Jun
05-Jun
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Po
tên
cia
(Kw
)
Horas
Dia útil Jun-11
87
Figura A. 5 - Perfil de consumo fim-de-semana do bloco H ESVF
Figura A. 6 - Perfil de consumo médio bloco H ESVF
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Po
tên
cia
kW
Horas
26-Mar
27-Mar
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Dia útil Mar-11
88
Figura A. 7 - Perfil de consumo no fim-de-semana Refeitório ESVF
Figura A. 8 - Perfil de consumo médio dia útil Refeitório ESVF
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
15-05
16-05
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Dia útil
14-05
15-05
Mai-11
89
A.5 Previsão do perfil de consumo
A.5.1 Facturas de electricidade Dom Dinis Jan-11
Figura A. 9 - Factura Papel da ESDD Jan-11
Figura A. 10 - Factura Online da ESDD em Jan-11
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Jan-11
90
A.5.2 Facturas de electricidade Dom Dinis Mai-11
Figura A. 11 - Factura Papel ESDD em Mai-11
Figura A. 12 - Factura Online da ESDD em Mai-11
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Mai-11
91
A.5.3 Facturas de electricidade Pedro Alexandrino Fev-10
Figura A. 13 - Factura papel ESPA em Fev-10
Figura A. 14 – Factura Online da ESPA em Fev-10
0
50
100
150
200
250
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Fev-10
92
A.5.4 Facturas de electricidade Pedro Alexandrino Mai-11
Figura A. 15 - Factura Papel ESPA em Mai-11
Figura A. 16 - Factura Online da ESPA em Mai-11
0
20
40
60
80
100
120
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Mai-11
93
A.5.5 Facturas de electricidade da Escola Secundária Gil Vicente Jan-11
Figura A. 17 - Factura Papel ESGV em Jan-11
Figura A. 18 - Factura online ESGV Jan-11
0
20
40
60
80
100
120
140
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
Jan-11
94
A.5.6 Facturas de electricidade da Escola Secundária Gil Vicente Mai-10
Figura A. 19 - Factura papel ESGV em Mai-10
Figura A. 20- Factura Online da ESGV em Mai-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Po
tên
cia
(kW
)
Horas
95
A.6 Características das Cidades
A.6.1 Localização das cidades
Latitude Longitude
Cidade Horas Minutos Horas Minutos
Bragança 41 49 -6 45
Coimbra 40 12 -8 25
Évora 38 34 -7 54
Faro 37 1 -7 56
Lisboa 38 43 -9 10
Porto 41 11 -8 36 Tabela A. 6 - Latitude e longitude das cidades
A.6.2 Curvas de factor céu limpo
Kt (Tabelado) Dia Bragança Coimbra Évora Faro Lisboa Porto
Janeiro 21 0,416 0,48 0,443 0,505 0,49 0,445
Fevereiro 52 0,492 0,526 0,5 0,547 0,54 0,498
Março 80 0,515 0,534 0,511 0,566 0,553 0,526
Abril 111 0,578 0,574 0,58 0,634 0,611 0,609
Maio 141 0,61 0,569 0,607 0,667 0,626 0,611
Junho 172 0,632 0,569 0,638 0,689 0,66 0,638
Julho 202 0,703 0,615 0,699 0,714 0,709 0,675
Agosto 233 0,68 0,623 0,679 0,697 0,7 0,663
Setembro 264 0,607 0,581 0,602 0,662 0,639 0,603
Outubro 294 0,531 0,567 0,546 0,6 0,584 0,551
Novembro 325 0,484 0,531 0,486 0,535 0,529 0,492
Dezembro 355 0,406 0,541 0,466 0,522 0,505 0,472 Tabela A. 7 - Valores tabelados de factor de céu limpo
96
Figura A. 21 - Evolução do factor de céu limpo obtida através dos valores tabelados
A.6.3 Curvas da temperatura média do ar
Tg Dia Bragança Coimbra Évora Faro Lisboa Porto
Janeiro 21 2,5 9,0 9,0 12,5 9,0 8,0
Fevereiro 52 5,0 10,0 10,0 12,5 11,0 10,0
Março 80 7,5 12,5 12,5 13,0 13,0 12,5
Abril 111 10,0 15,0 14,0 15,5 15,0 14,0
Maio 141 12,5 15,0 17,5 17,5 17,0 15,0
Junho 172 15,0 18,0 20,0 21,0 20,0 18,0
Julho 202 20,0 20,0 24,0 23,0 22,5 20,0
Agosto 233 20,0 20,0 24,0 23,0 22,5 20,0
Setembro 264 15,0 20,0 21,0 22,5 20,0 17,5
Outubro 294 12,0 15,0 17,5 20,0 15,0 15,0
Novembro 325 5,0 12,5 12,5 15,0 15,0 12,5
Dezembro 355 4,0 10,0 9,0 12,5 10,0 10,0 Tabela A. 8 – Valores tabelados da temperatura média do ar
0,400
0,450
0,500
0,550
0,600
0,650
0,700
0,750
1 21 52 80 111 141 172 202 233 264 294 325 355 365
Kt(
Cla
rity
ind
ex)
Dias do ano
Bragança
Coimbra
Évora
Faro
Lisboa
Porto
97
Figura A. 22 - Evolução da temperatura média obtida através dos valores tabelados
A.7 Características dos Painéis
Painel Voc (V) Isc (A) dV/dT NOCT (°C) Pmax (W) Área (m²)
STP185S-24/Ab-1 44,6 5,4
-0,34 45
185
1,125 STP180S-24/Ab-1 44,4 5,4 180
STP175S-24/Ab-1 44,2 5,2 175 Tabela A. 9 - Características dos painéis
-
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1 21 52 80 111 141 172 202 233 264 294 325 355 365
Tem
p. m
éd
ia d
o a
r (°
C)
Dias do ano
Bragança
Coimbra
Évora
Faro
Lisboa
Porto
98
A.8 Ferramenta de Análise de Consumos
A ferramenta desenvolvida para simular os perfis de consumo e respectiva desagregação foi a
seguinte:
Figura A. 23 – Página inicial da ferramenta consumos
1. Introduzir a energia de cada período de facturação:
Figura A. 24 - Introdução dos dados da factura (ESPA Fev-10)
Na folha “FacturasPapel” existem várias facturas do mês.
2. Introduzir as potências instaladas. Para efectuar a previsão basta colocar as potências
das Salas de Aula e de iluminação exterior.
Figura A. 25 - Potências Instaladas da escola secundária
99
3. Introduzir as taxas de ocupação da escola
Figura A. 26 - Taxas de ocupação
Necessário ter em conta que a soma das três primeiras parcelas tem de ser igual a
100%. Na outra parcela é questionado ao utilizador se o pavilhão gimnodesportivo é
utilizado para actividades extracurriculares. Tomou-se a opção desta parcela apenas
poder variar de 0 a 100%
4. Introduzir características da escola.
Figura A. 27 - Características da escola
5. Introduzir características do mês de referência em análise:
Figura A. 28 - Características do mês
No mês em causa (Fevereiro) existe o feriado de Carnaval e existem dois dias de férias
(Segunda e Quarta). Caso o utilizador saiba, deve colocar o valor da potência média
nos dias de férias pois apesar de não haver aulas em dias de férias, a escola está em
funcionamento.
100
6. Introduzir respectivo tarifário e a potência contratada da escola:
Figura A. 29 - Tarifário e Potência Contratada
O tarifário da ESPA neste momento é média tensão longas utilizações. Como foi escolhido o
mês de Fevereiro seleccionou-se a opção Inverno. De Abril até Setembro deve seleccionar a
opção Verão. Caso contrário seleccione a opção Inverno.
7. Se existir a factura online do mês em causa seleccionar a página factura online e
colocar os valores ao longo do dia. Neste caso colocou-se o valor médio dos dias úteis
de Fev-10 presentes na factura online:
Figura A. 30 - Coluna onde se deve colocar os valores da factura online
8. Mudar para folha “gráficos” e analisar os gráficos obtidos:
Figura A. 31 - Previsão do perfil de consumo
101
Dado que o mês em análise é Fevereiro, o programa fez uma boa previsão.
Figura A. 32 - Desagregação do perfil de consumo
9. Existe a possibilidade de o gráfico de desagregação não estar devidamente alinhado
com a previsão ou com a factura online. Caso isso aconteça, mudar para a secção
hipóteses e faça os devidos ajustamentos nos horários de cada secção:
Figura A. 33 - Horários de cada secção
10. Se o gráfico de desagregação continuar a não corresponder à previsão ou factura
online alterar os valores da tabela factores de utilização:
Figura A. 34 - Factores de utilização de cada tipologia
Começar sempre pelo factor de utilização do sistema AVAC.
102
11. Quando os gráficos estiverem sincronizados mudar para página “Dados” para verificar
os resultados obtidos. É indicado ao utilizador o consumo da escola em função da área
edificada e em função do número de alunos. Por fim é indicado se no período de
standby existe um consumo irregular.
Figura A. 35 - Resultados
A.9 Ferramenta Solar
Figura A. 36 - Página inicial da ferramenta solar
1. Introduzir a cidade onde se pretende instalar o sistema fotovoltaico:
Figura A. 37 - Localização do sistema fototovoltaico
2. Caso a localização pretendida não esteja disponível, mudar para a página “Info” e
introduzir na linha “Outra”:
Latitude
Longitude
Factor céu limpo
103
Temperatura média do ar
Figura A. 38 - Características do local onde se pretende instalar o sistema fotovoltaico
3. Introduzir a inclinação e o ângulo de azimute do painel
Figura A. 39 - Ângulos do painel
4. Introduzir as características do painel
Figura A. 40 - Selecção do painel instalado
5. Se pretender utilizar outro painel, mudar para a folha “Info” e introduzir as
características do painel na linha “Outro”
Figura A. 41 - Características do painel instalado
6. Introduzir a potência instalada. Número de painéis e área total são automaticamente
calculados.
Figura A. 42 - Características da instalação
104
7. Introduzir a opção de poupança.
Figura A. 43 - Tipos de poupança
8. Se não seleccionar a opção auto-consumo introduzir o valor da tarifa subsidiada.
Figura A. 44 - Tarifa Venda
9. Se seleccionar a opção baterias introduzir o valor médio diário de energia consumida
no período de Ponta.
Figura A. 45 - Valor médio diário Energia Ponta
10. Carregar no botão “Cálculo da Poupança Anual”. Valor da poupança aparecerá em
baixo.
Figura A. 46 - Valor de poupança calculado
11. Seleccionar os dados que permitem calcular os indicadores económicos:
Figura A. 47 - Dados que permitem calcular os indicadores económicos
105
12. Carregar no botão Calcular Indicadores Económicos sendo disponibilizados os
indicadores na tabela seguinte:
Figura A. 48 - Indicadores económicos
13. Se pretender efectuar diferentes análises de investimento sem alterar as características
de instalação e sem alterar o valor médio de energia de Ponta, basta pressionar o
segundo botão
14. Se pretender analisar o comportamento num determinado dia inserir a data e
pressionar o botão cálculo do Dia Absoluto. Depois mudar para a página “Cálculos”.
Figura A. 49 - Cálculo do dia absoluto
106