mestrado integrado em engenharia mecânica autor: helder filipe duarte ferreira

Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira

Orientação: Prof. Vítor LealProf. Eduardo de Oliveira Fernandes Prof. Manuel Dias de Castro

ESTUD

O EXPLO

RATÓRIO

SOBRE A U

TILIZAÇÃO D

O RCCTE N

A AVALIAÇÃO D

O

DESEM

PENH

O PASSIVO

DE ED

IFÍCIOS RESID

ENCIAIS

Objectivos

Estudar a relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado);

Estudar a relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado);

Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do ESP-r e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r);

Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do RCCTE e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r);

Clarificar que níveis de requisitos permitem prescindir sistemas mecânicos de arrefecimento;

2Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

ESTUD

O EXPLO

RATÓRIO

SOBRE A U

TILIZAÇÃO D

O RCCTE N

A AVALIAÇÃO D

O

DESEM

PENH

O PASSIVO

DE ED

IFÍCIOS RESID

ENCIAIS

Metodologia

Aplicar o RCCTE a cada caso de estudo, para determinar os principais índices térmicos:• Necessidades nominais de energia útil para aquecimento;• Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento;• Produção de águas quentes sanitárias;• Necessidades globais de energia primária;

Analisar cada edifício com o software de simulação dinâmica ESP-r;• Análise do edifício em regime condicionado;• Análise do edifício em regime de flutuação livre de temperaturas;

− Implementar uma rede de escoamento dinâmica de ar para permitir ventilação natural dinâmica;

− Aplicar a norma ASHRAE 55-2004;

Compilar os resultados de todos os casos de estudo com vista a estabelecer as relações pretendidas;

Concluir e discutir os resultados perante os objectivos definidos;


CASO DE ESTUDO Nº1: HABITAÇÃO UNIFAMILIAR

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 4

HABITAÇÃO

UN

IFAMILIAR

Breve Apresentação e Caracterização

Planta do rés-do-chão da habitação Planta do 1º andar da habitação


Habitação unifamiliar de tipologia T3 Localização no concelho de Marco de Canaveses Zona climática I2-V2 Norte Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Área útil de pavimento – 150.5 m2


APLICAÇÃO D

O RCCTE: RESU

LTADO

S Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento

Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C;

Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g:

Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C;

Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2:

NIC

[kWh/m2.ano]NI

[kWh/m2.ano]

79.91 90.11

CUMPRE

NVC

[kWh/m2.ano]NV

[kWh/m2.ano]

2.25 18.0

CUMPRE

MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R

Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r



RESULTAD

OS DA SIM

ULAÇÃO

Simulação em regime condicionado

Adoptado no modelo de simulação o valor da taxa de renovação horária nominal determinada na aplicação do RCCTE – rph = 1.10

Análise mensal das necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento:

Janeiro

Feve

reiro

Março Abril

Maio

JunhoJulho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento

Ener

gia

[kW

h]


MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R

Simulação em free float com network flow

Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo a ventilação natural;

MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R

Estudo das Infiltrações

Variação da área das aberturas e da espessura das frinchas - renovação mínima de 0,6 rph;


Janeiro

Feve

reiro

Março Abril

Maio

JunhoJulho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0Abertura Janela Infitrações

Reno

vaçã

o de

Ar

[rph

]

Janeiro

Feve

reiro

Março Abril

Maio

JunhoJulho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

0.00.51.01.52.02.53.03.54.0

Abertura Janela Infitrações

Reno

vaçã

o de

Ar

[rph

]

Cozinha:

Quarto:Aberturas exteriores

activas durante o Verão


RESULTAD

OS DA SIM

ULAÇÃO

Temperaturas Interiores

Análise do comportamento do edifício em regime de free float:• Avaliar a evolução da temperatura interior

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 310%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

Cozinha Sala Quarto 2

Temperatura [°C]

% o

corr

ênci

a

Tméd =14.6 °C

NO

RMA ASH

RAE 55-2004Aplicação da Norma ASHRAE 55-2004

Calcular a % de horas da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento que cumprem os requisitos de conforto térmico:


Cozinha Sala Quarto

T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx

51.9 % 96.6 % 25.4 % 100.0 % 26.3 % 99.5 %

CASO DE ESTUDO Nº2 – EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS


EDIFÍCIO

DE APARTAM

ENTO

SBreve apresentação e caracterização

Caracterização:• Análise do piso 0;• Um piso constituído por 4 fracções autónomas:

− 2 de tipologia T1;− 2 de tipologia T2;

• Localizado em Lisboa (zona climática I1 – V2);


EDIFÍCIO

DE APARTAM

ENTO

SBreve apresentação e caracterização

Planta do piso do Edifício a analisar:


MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R



MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R


Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo ventilação natural dinâmica;


Frincha

Abertura Controlada

Abertura Fixa

RESULTAD

OS DA SIM

ULAÇÃO

Temperaturas Interiores – Fracção Autónoma T1-A

Análise do comportamento do edifício em regime de free float:


11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 330%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

Cozinha Sala Quarto

Temperatura [°C]

% o

corr

ênci

a

Cozinha Sala Quarto


66.2 % 83.2 % 28.0 % 99.8 % 22.3 % 99.9 %

Tméd = 16.0 °C

CASO DE ESTUDO Nº3 – MORADIA GEMINADA


MO

RADIA G

EMIN

ADABreve Apresentação e Caracterização

Moradia geminada de tipologia T3; Localização no concelho do Porto; Zona climática I2-V1 Norte Área útil de pavimento – 187.4 m2

Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos

Planta do rés-do-chão Planta do 1º andar



APLICAÇÃO D

O RCCTE: RESU

LTADO

S Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento

Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C;

Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g:

Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C;

Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2:

NIC

[kWh/m2.ano]NI

[kWh/m2.ano]

37.57 68.10

CUMPRE

NVC

[kWh/m2.ano]NV

[kWh/m2.ano]

1.98 16.0

CUMPRE

MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R




MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R


Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar;

Frincha

Abertura Controlada

Abertura Fixa

RESULTAD

OS DA SIM

ULAÇÃO




Cozinha Sala Quarto


53.5 % 97.6 % 20.6 % 100.0 % 27.9 % 100.0 %

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

Cozinha Sala Quarto

Temperatura [°C]

% o

corr

ênci

a

Tméd = 15.0 °C

CASO DE ESTUDO Nº4 – VARIANTE EFICIENTE DA MORADIA GEMINADA


MO

DELO

DE SIM

ULAÇÃO

EM ESP-R


Alterações relativamente ao modelo do caso de estudo anterior:• Fachada principal da moradia geminada orientada a Sul;• Maximização da área envidraçada orientada a Sul;


RESULTAD

OS DA SIM

ULAÇÃO




Cozinha Sala Suite Quarto

T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx T> Tmin T <Tmáx

68.3 % 98.6 % 88.6 % 100.0 % 89.9 % 99.7 % 20.0 % 100.0 %

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 300%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

20%

Cozinha Sala Suite Quarto

Temperatura [°C]

% o

corr

ênci

a

Tméd = 16.3 °C

ANÁLISE DE RESULTADOS & CONCLUSÕES


ANÁLISE D

E RESULTAD

OS

Estação de aquecimento em regime condicionado

Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• Relação linear significativa, com clara proporcionalidade directa;

Potenciais diferenças dos resultados:• Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos

internos;• Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior;


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Gem. Eficiente

Gem. NormalT2-DT1-B

T2-CT1-A

Unifamiliarf(x) = 1.16885327848682 xR² = 0.947433632022866

NIC ESP-r [kWh/m2]

NIC

RCC

TE [k

Wh/

m2]

RCCTE sobrestima as necessidades de

aquecimento ≈ 17 %

ANÁLISE D

E RESULTAD

OS

Estação de arrefecimento em regime condicionado

Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• Relação linear forte, com clara proporcionalidade directa;

Potenciais diferenças de resultados:• Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos

internos;• Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior;


0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

2

4

6

8

10

12

14

16

Gem. Normal

Unifamiliar

Gem. Eficiente

T1-B

T2-DT2-CT1-A

f(x) = 1.72786138235124 xR² = 0.981135427164184

NVC ESP-r [kWh/m2]

NV

C RC

CTE

[kW

h/m

2]

RCCTE sobrestima as necessidades de

arrefecimento ≈ 73 %

ANÁLISE D

E RESULTAD

OS

% horas de conforto vs NIC do ESP-r % horas de conforto vs NIC do RCCTE

Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r.

Relação linear fraca; Recta de regressão com

proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 46 %;


Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r.

Relação linear moderada; Recta de regressão com

proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 67 %;

0 10 20 30 40 50 60 70 800

10

20

30

40

50

60

70Gem. Eficiente

T2-D

T1-B

T2-C T1-A

Gem. Normal

Unifamiliar

f(x) = − 0.583635896961342 x + 61.1526763415195R² = 0.673965604130487

NIC [kWh/m2]

% ho

ras c

om T>

Tmin

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

10

20

30

40

50

60

70Gem. Eficiente

Gem. Normal

T2-D

T1-B

T2-CT1-A

Unifamiliar

f(x) = − 0.428062859420048 x + 58.8831104939622R² = 0.464769622987211

NIC [kWh/m2]

% h

oras

com

T>

Tmin

ANÁLISE D

E RESULTAD

OS

% horas de conforto vs NVC do ESP-r % horas de conforto vs NVC do RCCTE

Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r.

Recta de regressão com declive quase nulo;

Na prática verifica-se uma relativa independência entre o NVC do RCCTE e a % de horas de conforto ( > 96%);

Não existe relação linear estatisticamente significativa;


Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r.

Relação linear relativamente moderada; Recta de regressão com

proporcionalidade inversa; Coeficiente de determinação de 61 %; Elevada % de horas que cumprem os

requisitos de conforto, sempre > 96 %;

0 2 4 6 8 10 1290919293949596979899

100 Gem. Normal

Unifamiliar

Gem. EficienteT1-B

T2-CT2-D

T1-A

f(x) = − 0.283072029995933 x + 100.14976538322R² = 0.606884537237137

NVC [kWh/m2]

% h

oras

com

T<

Tmáx

0 2 4 6 8 10 12 14 1690919293949596979899

100 Gem. Normal

Unifamiliar

Gem. Eficiente T1-B

T2-DT2-C

T1-A

f(x) = − 0.11870672489083 x + 99.7027505187773R² = 0.348207076177951

NVC [kWh/m2]

% h

oras

com

T<

Tmáx

ESTUD

O EXPLO

RATÓRIO

SOBRE A U

TILIZAÇÃO D

O RCCTE N

A AVALIAÇÃO D

O

DESEM

PENH

O PASSIVO

DE ED

IFÍCIOS RESID

ENCIAIS

Conclusões

Obteve-se uma relação linear significativa entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento em ≈ 17 %;

Obteve-se uma relação linear forte entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r;• RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento em ≈ 73 %;

Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r);

Obteve-se uma relação linear relativamente fraca entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto;

Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r);

Estes casos de estudo não permitiram obter uma relação linear entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto (ESP-r);

Devido ao baixo nº de horas de conforto durante a estação de aquecimento conclui-se que nestes casos os sistemas de aquecimento são necessários para manter o edifício mais tempo com conforto térmico;

Durante a estação de arrefecimento, conclui-se que a abertura de janelas nos períodos correctos, tende a ser suficiente para promover o arrefecimento do edifício, sem recorrer a equipamentos de ar condicionado;


FIM

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

mestrado integrado em engenharia mecânica autor: helder filipe duarte ferreira

Documents