nuno ac fernandes - analise ees do software energyplus · dissertação para obtenção do grau de...

Nuno Alexandre Cerejo Fernandes

Análise Energética do Corpo Central do Edifício do DEMI-UNL através do software EnergyPlus

Modelo de simulação dinâmica multizona à luz do

RSECE-Energia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Orientador: Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho

Júri:

Presidente:

Prof. Doutor José Manuel Paixão Conde

Vogais:

Prof. Doutor Daniel Aelenei

Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho

Setembro de 2011

i

Indicação de direitos de cópia / Copyright

A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito,

perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de

exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro

meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de repositórios

científicos e de admitir a sua cópia e distribuição com objectivos educacionais ou de

investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor e editor.

iii

Dedicatória e Agradecimentos

Gostaria de agradecer ao Prof. Doutor João José Lopes de Carvalho por toda a ajuda e

acompanhamento que prestou ao longo da elaboração desta dissertação, sem os quais esta não teria

sido possível.

Um muito obrigado ao Prof. Doutor Daniel C. Vaz por ter apostado em mim durante o meu percurso

na FCT-UNL.

A special thank you to Professor Dr. Li, Yuan-Lu, retired Chair of Electrical Engineering at University

of Malaya, Malaysia, for all the time and help given in EnergyPlus.

Dedico esta dissertação a toda a minha família, por todo o apoio incondicional que me deu ao longo

de toda a vida, sem o qual nunca teria conseguido frequentar e concluir um curso superior.

À Maria, ao André Cunha, ao João, ao Hugo, à família Capote e à família Portela, ao Henri, à

Cristina, ao André Timóteo, ao Miguel, ao Flávio, à Patrícia, à Silvana, à Lúcia, ao Queiró, ao Simas, a

todos os amigos e amigas com quem tive o prazer de conviver em Eng. Física, em Eng. Mecânica e na

SCDEEC do Instituto Superior Técnico, e a todos os meus outros amigos, um enorme obrigado por todo

o apoio, por me terem feito aguentar os longos e duros anos de curso e por me terem proporcionado os

melhores momentos da minha vida. Todos eles valem mais que ouro.

v

Resumo

Nesta dissertação expõe-se o estudo da eficiência energética de um dos quatro corpos que

constituem o edifício do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial, inserido no Campus da

Caparica da Universidade Nova de Lisboa.

A análise foi feita recorrendo a uma simulação dinâmica multizona, através do software EnergyPlus.

É feita uma descrição e uma análise crítica dos dados inseridos na simulação, em particular os

referentes à arquitectura e aos elementos construtivos do edifício; às unidades de climatização e

ventilação; e aos perfis de ocupação, iluminação e de utilização dos equipamentos.

Todo este processo teve como base os regulamentos do SCE, para lhe conferirem uma maior

fiabilidade e exactidão. O estudo terá maior incidência na aplicação do RSECE-Energia, já que se trata

de um grande edifício de serviços existente, com uma potência de climatização superior a 25 kW. O

RSECE-QAI é utilizado na análise dos caudais de ar novo. O RCCTE é aplicado nos pontos interligados

com o RSECE e também aplicado na íntegra, mas neste caso apenas como exercício académico.

Após o estudo dos consumos de energia primária simulados e do funcionamento simulado dos

sistemas de climatização, são propostas algumas soluções para o aumento da eficiência energética do

corpo do edifício.

Palavras-Chave: Eficiência Energética; EnergyPlus; RCCTE; RSECE.

vii

Abstract

The objective of this dissertation is to analyze the thermal performance of one of the four blocks of

the department building of mechanical and industrial engineering, which is located in the Campus of the

Universidade Nova de Lisboa, in Caparica, Portugal.

The analysis was performed using a multizone dynamic simulation through the software EnergyPlus.

A description and critical analysis of the data entered in the simulation was made, in particular those

related to architecture and construction elements of the building, the air conditioning and ventilation units,

and the occupancy profiles, lighting and equipment utilization.

All this process was made with the Portuguese regulations for building’s energy efficiency – SCE,

RSECE and RCCTE – in mind. The RSECE-Energia regulation applies to buildings which are climatized

with systems with power in excess of 25 kW. The RSECE-QAI is used to analyze the outdoor air

necessities. The RCCTE gives instructions to calculate the heat transfer between the outside and the

interior of the building.

Solutions to increase the module’s energetic efficiency are suggested, after the analysis of the

results of the building’s energy consumption.

Keywords: Energy Efficiency; EnergyPlus, RCCTE, RSECE.

ix

Índice de Matérias

1. Introdução à análise energética realizada .................................................................................... 1

1.1. Objectivos do trabalho .......................................................................................................... 1

1.2. Enquadramento da análise energética do corpo central do DEMI-UNL ............................... 2

1.3. Aplicabilidade da regulamentação ao corpo central do DEMI-UNL ...................................... 3

1.4. Localização do edifício .......................................................................................................... 6

1.5. Descrição breve do edifício ................................................................................................... 8

1.6. Descrição breve dos sistemas de climatização e componentes associados ..................... 16

1.7. Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica .................................................. 18

1.8. Estado actual das instalações de climatização ................................................................... 19

1.9. Breve descrição do software EnergyPlus ........................................................................... 23

2. Parâmetros para a simulação do corpo central do DEMI-UNL ................................................... 29

2.1. Parâmetros iniciais necessários para o EnergyPlus ........................................................... 29

2.2. Localização do edifício e ficheiro climático utilizado ........................................................... 32

2.3. Períodos de simulação ........................................................................................................ 32

2.4. Temperaturas no solo em contacto com o edifício ............................................................. 33

2.5. Schedules ............................................................................................................................ 34

2.6. Materiais de construção ...................................................................................................... 38

2.7. Materiais dos vãos envidraçados ........................................................................................ 39

2.8. Elementos construtivos do edifício...................................................................................... 41

2.9. Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas ............................ 42

3. Simulação dos sistemas de climatização ................................................................................... 53

3.1. Introdução à simulação realizada e dados relevantes dos sistemas .................................. 53

3.2. Definição dos perfis das zonas climatizadas ...................................................................... 55

3.3. Definição das zonas climatizadas ....................................................................................... 59

3.4. Parâmetros correspondentes aos ganhos internos ............................................................ 60

3.5. Trocas de ar entre zonas .................................................................................................... 63

3.6. Definição dos sistemas de climatização e do seu circuito de água quente ........................ 64

3.7. Definição dos componentes das UTV ................................................................................. 65

3.8. Definição dos componentes do circuito de água quente e das caldeiras ........................... 67

3.9. Definição de arrefecimento teórico para o corpo do edifício .............................................. 69

3.10. Produção de águas quentes sanitárias (AQS) .................................................................... 70

3.11. Análise dos resultados da simulação .................................................................................. 70

3.12. Cálculo e análise dos IEE e da classificação energética do corpo central ......................... 77

4. Breve estudo de soluções para o aumento da eficiência e conforto do edifício ......................... 81

5. Comentários finais ...................................................................................................................... 87

x

6. Bibliografia ................................................................................................................................... 89

7. Anexos ........................................................................................................................................ 91

Anexo A – Telas finais da arquitectura do corpo central do DEMI ................................................. 91

Anexo B – Elementos construtivos das envolventes do edifício ..................................................... 95

Anexo C – Aplicação do RCCTE ao corpo central do DEMI-UNL ................................................ 105

Introdução .................................................................................................................................. 105

Localização e zoneamento climático do edifício do DEMI ........................................................ 106

Levantamento dos Espaços Não Úteis ..................................................................................... 106

Levantamento da Envolvente Exterior e Interior ....................................................................... 109

Paredes e pavimentos em contacto com o solo ........................................................................ 111

Pontes térmicas lineares (PTL) ................................................................................................. 113

Vãos envidraçados .................................................................................................................... 118

Ventilação .................................................................................................................................. 121

Inércia térmica ........................................................................................................................... 122

Ganhos internos ........................................................................................................................ 123

Resultados e análise das necessidades nominais de energia útil ............................................ 123

Utilização do software STE ....................................................................................................... 126

Resultados: Folhas de Cálculo do RCCTE ............................................................................... 127

Anexo D – Crítica aos programas utilizados ................................................................................. 151

Anexo E – Testes realizados no EnergyPlus ................................................................................ 157

xi

Índice de Figuras

Figura 1.1 – Diagrama explicativo dos passos a seguir numa análise energética segundo o RSECE. Retirado do ponto F.2 do documento [5]. ..................................................................................................... 4

Figura 1.2 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE .............................................................................. 6

Figura 1.3 – A menor distância do edifício ao litoral, segundo o site GoogleMaps.............................. 7

Figura 1.4 – Localização do edifício no terreno envolvente, segundo o site GoogleMaps. A imagem encontra-se alinhada segundo o eixo Norte-Sul, com a direcção Norte para cima. .................................... 7

Figura 1.5 – Pormenor da figura anterior, com a localização do edifício do DEMI realçada. .............. 8

Figura 1.6 – Desenho simplificado da composição do edifício do DEMI ............................................. 9

Figura 1.7 – Pormenor do corpo central do edifício do DEMI, em fotografia de satélite. Imagem retirada de GoogleMaps ................................................................................................................................ 9

Figura 1.8 – Pormenor das fachadas Oeste e Sul ............................................................................. 10

Figura 1.9 – Pormenor da fachada Este ............................................................................................. 10

Figura 1.10 – Pormenor da fachada Este ........................................................................................... 10

Figura 1.11 – Identificação de alguns elementos da envolvente exterior. ......................................... 11

Figura 1.12 – Localização dos passadiços no edifício ....................................................................... 12

Figura 1.13 – Passadiço “A” ............................................................................................................... 12

Figura 1.14 – Passadiço “B” ............................................................................................................... 12

Figura 1.15 – Passadiço “C” ............................................................................................................... 12

Figura 1.16 – Localização das zonas consideradas no Piso 1 do corpo do edifício analisado. ........ 14




Figura 1.20 – Filtros usados retirados das UTV. ................................................................................ 21

Figura 1.21 – Filtros danificados retirados das UTV. ......................................................................... 21

Figura 1.22 – Cotovelo de tubagem danificado, com isolamento térmico exposto ao exterior. ......... 21

Figura 1.23 – Chaminé do ventilador VE6, com a UTV4 e a central térmica atrás. ........................... 21

Figura 1.24 – Ferrugem nas portas de acesso a uma UTV. .............................................................. 22

Figura 1.25 – Componentes das UTV danificados. ............................................................................ 22

Figura 1.26 – Vespas encontradas nas UTV. ..................................................................................... 22

Figura 1.27 – Componente cuja protecção está danificada. As ligações eléctricas ficaram então expostas ao exterior. ................................................................................................................................... 22

Figura 1.28 – Esquema simplificado do funcionamento modular do EnergyPlus. ............................. 24

Figura 1.29 – Loops considerados no EnergyPlus. ............................................................................ 25

Figura 1.30 – Aspecto da interface EP-Launch. ................................................................................. 26

Figura 1.31 – Programa IDF Editor ..................................................................................................... 27

Figura 2.1 – Parâmetros da classe Simulation Parameters e pormenor do parâmetro SimulationControl ........................................................................................................................................ 29

xii

Figura 2.2 - Formas de edifícios que o EnergyPlus considera como de geometria convexa (lado esquerdo) e não convexa (lado direito). ..................................................................................................... 31

Figura 2.3 – Parâmetros disponíveis da classe Location and Climate ............................................... 33

Figura 2.4 – Valores introduzidos no parâmetro Schedule:TypeLimits. ............................................. 34

Figura 2.5 – Exemplos de horários em Schedule:Compact. .............................................................. 37

Figura 2.6 – Fluxograma com os passos necessários para a criação de um horário em Schedule:Compact. ..................................................................................................................................... 37

Figura 2.7 – Vários campos preenchidos no parâmetro Material. ...................................................... 38

Figura 2.8 – Visualização de vários ângulos para lâminas de estores. À esquerda encontra-se sempre o ambiente exterior e à direita o vidro............................................................................................ 40

Figura 2.9 – Alguns elementos construtivos definidos no parâmetro Construction. .......................... 41

Figura 2.10 – Desenho do corpo do edifício em estudo e dos edifícios que lhe provocam sombreamento, em formato dxf, quando visualizado no programa gratuito DraftSight. ............................ 43

Figura 2.11 – Ordem de definição de pontos escolhida. .................................................................... 44

Figura 2.12 – Diferença da definição de pontos para duas zonas com referenciais distintos, usando um sistema de coordenadas absoluto (esquerda) ou dois sistemas relativos (direita). ............................. 44

Figura 2.13 – Parâmetros disponíveis na classe Thermal Zones and Surfaces. ............................... 45

Figura 2.14 – Imagens retiradas do documento Getting Started [14]. À esquerda vemos o edifício com todas as suas paredes exteriores e interiores definidas. À direita temos o mesmo edifício, apenas com as paredes exteriores e com elementos internos com uma dada massa interna equivalente à soma de todas as paredes interiores. ................................................................................................................... 47

Figura 2.15 – Imagem retirada do documento Getting Started [14]. Uma outra definição das zonas do edifício, intermédia entre as duas definições da figura anterior. ........................................................... 47

Figura 3.1 – Alguns dos valores introduzidos no parâmetro Sizing:Zone. ......................................... 60

Figura 3.2 – Reprodução da Tabela 13 e respectiva figura explicativa da referência [15]. ............... 61

Figura 3.3 – Excerto da Tabela 10 da referência [15]. ....................................................................... 62

Figura 3.4 - Exemplificação da situação real e da situação simulada para a ventilação dos corredores. .................................................................................................................................................. 63

Figura 3.5 – Valores inseridos no parâmetro Sizing:System. ............................................................. 64

Figura 3.6 – Valores inseridos no parâmetro Coil:Heating:Water. ..................................................... 66

Figura 3.7 – Valores introduzidos no parâmetro HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate. ........................ 67

Figura 3.8 – Valores inseridos no parâmetro Boiler:HotWater. .......................................................... 68

Figura 3.9 – Evolução das temperaturas do corredor do Piso 2 (P2 ENU) e dos seus espaços adjacentes, ao longo das 24 horas de um dia de Inverno. ......................................................................... 73

Figura 3.10 – Necessidades de aquecimento máximas, em W, para as zonas climatizadas do corpo central do edifício. ....................................................................................................................................... 73

Figura 3.11 – Evolução das temperaturas das zonas climatizadas pela UTV4, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro. ................................................................................................................................... 74

Figura 3.12 – Exigência máxima de energia (em J) para as várias baterias de aquecimento das UTV, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro. .................................................................................... 74

Figura 3.13 – Evolução anual da potência de consumo das caldeiras. ............................................. 76

xiii

Figura 3.14 – Evolução das temperaturas de duas zonas – climatizadas apenas com free-cooling – e do ar exterior para o dia 23 de Julho. ...................................................................................................... 77

Figura 4.1 – Várias unidades individuais de arrefecimento ligadas às condutas da UTV6, possivelmente para colmatar as necessidades de arrefecimento da zona P3 Sala Computadores, que possuí ganhos internos de calor consideráveis. ......................................................................................... 82

Figura 4.2 – Uma das várias áreas da cobertura do edifício com potencial para a instalação de painéis solares e para aproveitamento de energia eólica. ......................................................................... 84

Figura 7.1 – Elementos mais comuns da envolvente exterior ............................................................ 95

Figura 7.2 – Pormenor da fachada do edifício.................................................................................... 95

Figura 7.3 – “Pavimentos Exteriores Ve37” ........................................................................................ 96

Figura 7.4 – Tipos de Pontes Térmicas Planas presentes no corpo central do edifício. ................... 96

Figura 7.5 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE .......................................................................... 106

Figura 7.6 – Pormenor do Quadro III.9 do RCCTE .......................................................................... 106

Figura 7.7 – Legenda para as figuras seguintes .............................................................................. 109

Figura 7.8 – Envolvente do Piso 1 .................................................................................................... 109

Figura 7.9 – Envolvente do Piso 2 .................................................................................................... 110

Figura 7.10 – Envolvente do Piso 3 .................................................................................................. 110

Figura 7.11 – Envolvente do Piso 4 .................................................................................................. 110

Figura 7.12 - «Tabela IV.2.2 – Valores de ψ de pavimentos em contacto com o terreno, com isolante térmico (W/m˚C)» ...................................................................................................................................... 112

Figura 7.13 – Localização dos vários tipos de pavimento em contacto com o solo ........................ 112

Figura 7.14 – Ponte Térmica Linear de Tipo A, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 114

Figura 7.15 – Exemplificação da PTL de locais aquecidos sobre não aquecidos. .......................... 115

Figura 7.16 – Ponte Térmica Linear de Tipo C, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 116

Figura 7.17 – Ponte Térmica Linear de Tipo D, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 116

Figura 7.18 – Ponte Térmica Linear de Tipo F, com isolante na caixa-de-ar. ................................. 117

Figura 7.19 – Extracto do Quadro III.2 A do ITE 50 [10]. ................................................................. 119

Figura 7.20 – Exemplo de transferência de calor previamente armazenado num elemento construtivo. ................................................................................................................................................ 122

Figura 7.21 – Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia útil. ................................................................................................................................................ 125

Figura 7.22 - Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia primária. ....................................................................................................................................... 125

xv

Índice de Tabelas

Tabela 1.1 – Lista das Zonas, do corpo central do edifício, consideradas nesta dissertação. .......... 14

Tabela 3.1 – Breve descrição das zonas consideradas na simulação. .............................................. 54

Tabela 3.2 – Valores das UTV relevantes para a simulação. ............................................................ 54

Tabela 3.3 – Diferenças entre os perfis utilizados na simulação e os nominais do RSECE. ............ 58

Tabela 3.4 – Resultados da simulação para os vários consumos energéticos do corpo estudado... 71

Tabela 3.5 – Valores das áreas, utilizações e IEE de referência para as várias zonas do corpo estudado...................................................................................................................................................... 78

Tabela 7.1 - Tabela resumo com a descrição das ENU consideradas para o corpo central do edifício. ...................................................................................................................................................... 108

Tabela 7.2 – Tipos de paredes e pavimentos em contacto com o solo e respectivas cotas Z. ....... 112

Tabela 7.3 – Valores das perdas de calor pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo .. 113

Tabela 7.4 – Tabela com os valores das perdas associadas às PTL. ............................................. 118

Tabela 7.5 – Necessidades globais de energia útil e primária segundo a metodologia do RCCTE. .................................................................................................................................................................. 124

xvii

Lista de Abreviaturas, Siglas e Símbolos

η – eficiência nominal de um sistema

Ψ – coeficiente de transmissão térmica linear [W/(m.ºC)]

Aext – área da superfície envolvente exterior [m2]

Ai – área de elemento que separa um espaço útil de um espaço não útil [m2]

Aint – área da superfície envolvente interior [m2]

Ap – área útil de pavimento [m2]

Au – área de elemento que separa um espaço não útil do exterior [m2]

ep – espessura entre panos de uma parede dupla [m]

Eren – contribuição de energias renováveis (excepto solar térmica) para a preparação de AQS [kWh/ano]

Esolar – contribuição de sistemas de colectores solares para a preparação de AQS [kWh/ano]

Fp – factor de conversão de energia útil para energia primária [kgep/kWh]

GD – número de graus-dia [ºC.dias]

IEE – Indicador de Eficiência Energética [kgep/(m2.ano)]

kgep – quilograma equivalente de petróleo

Nac – necessidades nominais de energia para preparação de AQS [kWh/(m2.ano)]

NI1 – valor máximo das necessidades de aquecimento para a zona de referência I1 [kWh/(m2.ano)]

Nic – necessidades nominais de aquecimento [kWh/(m2.ano)]

NIi ou Ni – valor máximo das necessidades de aquecimento para a zona do edifício [kWh/(m2.ano)]

Nt – valor máximo das necessidades nominais globais de energia primária [kgep/(m2.ano)]

Ntc –necessidades nominais globais de energia primária [kgep/(m2.ano)]

NV1 – valor máximo das necessidades de arrefecimento para a zona V1Norte [kWh/(m2.ano)]

NVc – necessidades nominais de arrefecimento [kWh/(m2.ano)]

NVi ou Nv – valor máximo das necessidades de arrefecimento para a zona do edifício [kWh/(m2.ano)]

Qa – consumo de energia útil para o aquecimento de AQS [kWh/ano]

Qaq – consumo de energia primária dos sistemas de aquecimento [kgep/ano]

Qarr – consumo de energia primária dos sistemas de arrefecimento [kgep/ano]

Qoutros – consumo de energia primária dos sistemas de iluminação, equipamento, etc. [kgep/ano]

Rse – resistência térmica superficial exterior [(m2.ºC)/W]

Rsi – resistência térmica superficial interior [(m2.ºC)/W]

U – coeficiente de transmissão térmica de um elemento da envolvente [W/(m2.ºC)]

Uw – coeficiente de transmissão térmica para vãos envidraçados [W/(m2.ºC)]

Uwdn – coeficiente de transmissão térmica para vãos envidraçados com dispositivos de oclusão nocturna [W/(m2.ºC)]

V – volume útil interior [m3]

Z – cota do terreno exterior em relação aos pavimentos interiores [m]

xviii

ADENE – Agência para a Energia

AQS – Águas Quentes Sanitárias

ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

COP – Coefficient Of Performance: eficiência nominal de uma bomba de calor

DEMI – Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial

EER – Energy Efficiency Ratio: eficiência energética nominal de um equipamento de climatização

FCT – Faculdade de Ciências e Tecnologia

FF – Factor de Forma

GPL – Gás de Petróleo Liquefeito

IDF – Input Data File (ficheiro de entrada do EnergyPlus)

PQ – Perito Qualificado

PRE – Plano de Racionalização dos consumos Energéticos

PTL – Pontes Térmicas Lineares

PTP – Pontes Térmicas Planas

QAI – Qualidade de Ar Interior

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 nos edifícios

UNL – Universidade Nova de Lisboa

URE – Utilização Racional de Energia

UCA – Unidade Condicionadora Autónoma

UTA – Unidade de Tratamento de Ar

UTV – Unidade de TermoVentilação

VE – Ventilador de Extracção


Nuno A. Cerejo Fernandes 1

1. Introdução à análise energética realizada

1.1. Objectivos do trabalho

Perante a actual conjuntura económica e social, o futuro próximo adivinha-se pobre em termos de

novos edifícios. Em contrapartida, o parque já edificado – quer o habitacional, quer o de serviços – tem

muito que caminhar, como se constata no presente estudo, no que toca a colmatar erros cometidos em

projecto, execução e manutenção, de forma a melhorar a performance térmica e a redução dos

consumos energéticos do sector.

O presente trabalho insere-se nesta temática, tendo como objectivo a análise da eficiência

energética do corpo central do edifício do Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI),

que se situa no campus da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) da Universidade Nova de Lisboa

(UNL). Esta análise foi realizada com recurso a uma simulação dinâmica multizona, no software

EnergyPlus (Departamento de Energia dos Estados Unidos da América), com o objectivo de calcular os

consumos energéticos e propor soluções para a redução destes, sem sacrifício do conforto interior.

Os principais passos do trabalho foram, resumidamente, os seguintes:

· Visita ao edifício;

· Recolha de todas as informações disponíveis (telas finais, esquemas de AVAC, memórias

descritivas, entre outras);

· Análise da arquitectura e dos elementos construtivos;

· Análise e inspecção dos sistemas de climatização e de ventilação;

· Estudo dos perfis de ocupação, utilização de equipamentos e de iluminação;

· Construção do ficheiro de simulação em EnergyPlus;

· Análise e crítica aos resultados da simulação;

· Estudo breve sobre propostas de melhoria da eficiência energética.

Toda esta análise foi feita seguindo as recomendações feitas pelos regulamentos do SCE (Sistema

nacional de Certificação Energética e da qualidade do ar interior nos edifícios) [1]. Como exercício e

também para aumentar a relevância do trabalho, fez também parte dos objectivos do trabalho estudar

em pormenor o edifício à luz do RCCTE [3], estudo esse que se apresenta no Anexo C.


2 Nuno A. Cerejo Fernandes

1.2. Enquadramento da análise energética do corpo central do DEMI-UNL

Hoje em dia já praticamente não se coloca em questão a necessidade de reduzir os consumos

energéticos e, subsequentemente, o consumo de energia primária – em particular do petróleo. Essa

necessidade tem-se tornado cada vez mais urgente nos países industrializados, em particular nos países

europeus. A Europa depende actualmente de tal forma do abastecimento de energias primárias oriundas

de países estrangeiros, que se está a tornar refém destes a nível energético. Em 2009 53,9% da energia

primária consumida na Europa foi importada1.

A Segurança de Abastecimento fica pois colocada em perigo, sendo um bom exemplo disso a

situação que ocorreu em Janeiro de 2006, quando o fornecimento de gás à Ucrânia por parte da Rússia

foi cortado, o que causou fortes perturbações ao gás fornecido à Europa. A Alemanha e Reino Unido

enfrentaram o risco de não poderem aquecer as suas habitações no Inverno2. Acrescente-se que, ao

longo da História recente, as relações entre a Europa e os países exploradores de crude (e.g. Rússia,

países árabes e sul-americanos) foram sempre muito tensas ou até mesmo de guerra, o que a coloca

numa situação muito sensível e desconfortável a nível político e económico.

Não é de admirar então que nos últimos anos tenham surgido medidas na União Europeia com o

objectivo de reduzir e controlar os consumos energéticos. Uma delas passou pela regulamentação dos

consumos energéticos dos edifícios, quer habitacionais quer de serviços, já que estes são responsáveis

por, sensivelmente, 40% do consumo de energia e de 36% das emissões de dióxido de carbono da

comunidade europeia3.

Portugal adaptou os regulamentos que possuía de encontro ao estipulado a nível europeu pela

Directiva 2002/91/CE, de 16 de Dezembro de 2002. É então criado, em 4 de Abril de 2006, o SCE [1] –

Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios. Este assegura a

aplicação de dois regulamentos: RSECE e RCCTE. O RSECE [2] – Regulamento dos Sistemas

Energéticos e de Climatização dos Edifícios –,é separado nas vertentes Energia e Qualidade do Ar

Interior (QAI). A primeira incide nos sistemas de climatização, no seu estado de manutenção e nos

consumos, enquanto a segunda incide na fiscalização das concentrações de partículas e agentes

patológicos e nocivos no ar interior, assim como do funcionamento e manutenção dos mecanismos de

remoção e eliminação destes.

O RCCTE [3] – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios –,

regulamenta a qualidade térmica da construção de edifícios.

1 Fonte: European Commission Eurostat (http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/

Energy_production_and_imports). 2 Fontes: Reuters (http://www.reuters.com/article/2009/01/07/uk-russia-ukraine-gas-factbox-

idUKTRE5062Q520090107?sp=true) BBC News (http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/8083511.stm ; http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/8179461.stm) 3 Fonte: European Commission (http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm)



A aplicação dos regulamentos, a fiscalização do cumprimento da certificação energética e a

formação de peritos qualificados que a vão realizar é assegurada pela ADENE (Agência para a Energia).

1.3. Aplicabilidade da regulamentação ao corpo central do DEMI-UNL

Refere-se novamente que toda a análise feita neste trabalho segue as recomendações feitas pelos

regulamentos RSECE e RCCTE. A aplicabilidade destes não é idêntica, sendo utilizados consoante o

edifício a ser analisado. Merece então ser analisada a aplicabilidade da regulamentação ao edifício em

estudo neste trabalho.

Antes de mais é necessário frisar que os regulamentos distinguem os edifícios novos e os

existentes, assim como os grandes edifícios de serviços, os pequenos e os de habitação. Estes

consideram que um edifício será existente caso a data de entrada do seu projecto de licenciamento seja

anterior a 4 de Julho de 2006. Consideram como grandes edifícios aqueles que não se destinem a

habitação e que tenham uma área superior a 1000 m2 (ou 500 m2 para centros comerciais,

hipermercados, supermercados e piscinas cobertas), ou que tenham uma potência dos sistemas de

climatização superior a 25 kW.

O corpo em estudo – o corpo central do edifício do DEMI – foi construído em 1997, possui mais de

2200 m2, possui uma potência de climatização superior a 25 kW e será tratado como uma fracção

autónoma do edifício, pelo que então é um edifício grande e existente, e o regulamento aplicável será o

RSECE (ao invés do RCCTE, que deve ser aplicado para edifícios pequenos e com potências de

climatização inferiores ao limite de 25 kW). Os requisitos exigidos ao edifício serão não só de consumo

energético como também de Qualidade de Ar Interior (QAI).

Para a análise à luz do RSECE é necessário encontrar o consumo energético do edifício, através da

consulta das facturas energéticas deste, caso seja existente e estas sejam fiáveis, ou através de

simulação, e compará-lo com o consumo teórico, considerado como aceitável pelo regulamento, para a

utilização específica desse edifício.

Caso não existam facturas, o edifício seja novo ou caso o limite considerado aceitável seja

ultrapassado, deve-se realizar um modelo de simulação detalhada para simular o edifício sob condições

reais ou nominais, de forma a obter os seus consumos energéticos. Se ainda assim o consumo

calculado se mantém superior aos níveis permitidos pelo RSECE, deverão ser propostas melhorias.

Todo este processo é esquematizado na Figura 1.1 (note-se que PRE, uma denominação utilizada nos

regulamentos, significa Plano de Racionalização dos consumos Energéticos, onde são apresentadas

propostas de melhorias da eficiência energética).



Além disso deve-se também comprovar que a manutenção dos sistemas e instalações de

climatização está a ser devidamente realizada e que garante a QAI e propor, caso seja possível e/ou

necessário, melhorias com viabilidade económica4.

Para realizar esta comparação entre os consumos reais ou simulados e o consumo esperado

teórico estipulado nos regulamentos é necessário recorrer aos Indicadores de Eficiência Energética, ou

IEE. Estes são calculados com base em padrões de utilização, englobando a totalidade dos consumos

de energia final – iluminação, equipamentos, climatização, AQS, elevadores, etc. – e são convertidos

para unidades de energia primária – kgep/m2.ano –, utilizando para tal os factores de conversão (Fp),

definidos nos regulamentos, para a o mix de energia primária nacional. Estes são, à data de realização

desta dissertação5, 0,29 kgep/kWh para a electricidade e 0,086 kgep/kWh para combustíveis sólidos,

líquidos e gasosos. Quanto maior for o valor do IEE calculado, maior será o consumo energético e,

assim, menor será a eficiência energética do edifício em estudo.

Figura 1.1 – Diagrama explicativo dos passos a seguir numa análise energética segundo o RSECE.

4 A viabilidade económica é um ponto a que é dada muita importância nos regulamentos. Embora estes

tenham o objectivo de tornar todos os edifícios mais “ecológicos” e com menores consumos de energia, não o fazem cegamente, analisando sempre se as melhorias terão um retorno económico viável.

5 Note-se que estes valores podem ser alterados por portaria.



Como se pode observar na Figura 1.1, existem 3 tipos de IEE:

- IEE real: retrata o consumo específico real do edifício, que é obtido através da análise de facturas

energéticas ou por recurso a simulação do seu consumo com perfis reais de utilização do edifício. Caso

seja obtido pelas facturas, o consumo de energia anual tem de ser calculado com base na média dos

consumos dos três anos anteriores à análise, para ter em conta as variações do clima que ocorrem.

- IEE nominal: retrata o consumo específico nominal do edifício, sendo obtido através de

simulação, utilizando os perfis nominais de utilização do edifício, definidos no Anexo XV do RSECE.

Note-se a diferença entre os perfis usados para a simulação do IEE real e para a simulação do IEE

nominal.

- IEE de referência: tal como o nome indica, servem de referência para comparação com os

valores de IEE reais e nominais. São definidos no RSECE, no Anexo X para edifícios existentes e no

Anexo XI para edifícios novos, e retratam qual o consumo considerado aceitável para a função ou

actividade especifica desenvolvida no edifício. Existem ainda valores alternativos para algumas tipologias

de edifícios no Anexo XII. Estes podem ser usados pelos projectistas sempre que lhes for mais favorável

para comparar e/ou para melhorar a classificação energética do edifício.

Para o cálculo do IEE real através de análise com simulação (e também do IEE nominal), utiliza-se

a seguinte fórmula6:

(1.1)

Onde Ap é a área útil de pavimento; Qaq, Qarr e QOutros são o consumo de energia primária dos

sistemas de aquecimento, arrefecimento e de outros sistemas – como a iluminação e o equipamento –,

respectivamente, em kgep/ano; NI1 e NV1 representam as necessidades máximas de aquecimento e de

arrefecimento, respectivamente, em kWh/m2.ano permitidas pelo RCCTE para o edifício em estudo, se

este se situasse na zona de referência I1-V1Norte (com 1000 graus-dia de aquecimento e 160 dias de

duração da estação de aquecimento); NIi e NVi são similares às variáveis anteriores, com a diferença de

agora serem respeitantes para o edifício em estudo para a zona em que ele de facto se encontra.

Estes últimos índices entram na equação para, como consta no Anexo IX do RSECE, ter «em conta

as diferenças de necessidades de aquecimento ou de arrefecimento derivadas da severidade do clima,

corrigidas pelo grau de exigência na qualidade da envolvente aplicável a cada zona climática, mesmo

que o edifício não esteja sujeito às exigências do RCCTE». Ou seja, fazem uma correcção para que os

edifícios que se situem em locais com clima mais exigente em termos de aquecimento e arrefecimento,

não sejam indevidamente penalizados por necessitarem de consumos mais elevados para a sua

6 cf. pág. 2440 do RSECE, referência [2].



climatização. Relembre-se que quanto maior for o IEE do edifício, menor será a sua eficiência

energética.

Os índices Ni e Nv são calculados como consta no Capítulo V, Artigo 15º do RCCTE e serão

explicados em maior detalhe mais à frente. Os valores de Ni são calculados através de fórmulas que

dependem do factor de forma do edifício, ou seja, o quão este é compacto (e.g.: com muitos pisos de

área reduzida) ou esbelto (e.g.: um único piso de área elevada), e dependem da zona climática em que o

edifício se encontra (mais especificamente do número de Graus-Dia). Os valores possíveis de Nv

encontram-se tabelados e dependem apenas da zona climática.

1.4. Localização do edifício

O edifício em estudo situa-se no Monte da Caparica, no concelho de Almada, à altitude de

aproximadamente 98 m e a uma distância de cerca de 3,6 km do litoral (cf. Figura 1.3). Em termos da

exposição e da envolvente do local, considera-se que o edifício se encontra no limite de uma zona

urbana, já que se encontra inserido no que pode ser considerado como o último alinhamento de edifícios

da sua zona (cf. Figura 1.4). Além disso este encontra-se exposto em (pelo menos) uma das suas

fachadas (cf. Figura 1.5).

Como já se viu, é relevante saber qual é o zoneamento climático considerado nos regulamentos para

este local. Do artigo 1.1 do Anexo III do RCCTE sabemos que a zona climática de Inverno de Almada

será I1 e a de Verão será V1 Sul. Consultando o Quadro III.1 do RCCTE obtemos os dados climáticos

relevantes para o concelho de Almada:

Figura 1.2 – Pormenor do Quadro III.1 do RCCTE



Figura 1.3 – A menor distância do edifício ao litoral, segundo o site GoogleMaps

Figura 1.4 – Localização do edifício no terreno envolvente, segundo o site GoogleMaps. A imagem encontra-se alinhada segundo o eixo Norte-Sul, com a direcção Norte para cima.



Figura 1.5 – Pormenor da figura anterior, com a localização do edifício do DEMI realçada.

1.5. Descrição breve do edifício

O edifício em estudo, um estabelecimento de ensino superior, está afecto ao Departamento de

Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI), no Campus da Caparica da Universidade Nova de Lisboa

(UNL). Trata-se então de um grande edifício de serviços, que possuí várias salas de aula e de estudo,

gabinetes, instalações sanitárias, salas de computadores, laboratórios e respectivas áreas técnicas e

arrumos e ainda um bar.

Além das telas finais relevantes foram também recolhidas e analisadas as memórias descritivas do

projecto de arquitectura do edifício e do sistema de climatização, em particular as correspondentes ao

corpo central do edifício. Foram também realizadas várias visitas ao local para confirmar as informações

que, como se verá mais à frente, se encontraram algumas vezes imprecisas, desactualizadas ou até

incorrectas.

Citando a Memória Descritiva do Projecto de Arquitectura deste, «o edifício é composto por 4

módulos que se articulam segundo uma ordem que obedece a um plano funcional interno». O módulo ou

corpo central do edifício, aquele ao qual se vai efectuar a análise energética, está assinalado na Figura

1.6. Este corpo tem uma área útil de cerca de 2237 m2. A área total ronda os 3045 m2.



Figura 1.6 – Desenho simplificado da composição do edifício do DEMI

Figura 1.7 – Pormenor do corpo central do edifício do DEMI, em fotografia de satélite. Imagem retirada de GoogleMaps

Na Figura 1.7 observamos que o corpo se encontra alinhado segundo o eixo Este-Oeste, estando a

sua fachada principal virada para Este. Preste-se particular atenção à orientação do corpo nas figuras

anteriores, com a direcção Norte para a direita, já que vai ser esta a orientação por defeito nas

representações futuras deste nesta dissertação, dado que é a adoptada nos desenhos das telas finais do

edifício.

O corpo do edifício desenvolve-se em 4 pisos e uma cobertura onde se encontra a área técnica dos

sistemas de climatização e AQS, visíveis na fotografia de satélite. Como se pode ver nas figuras

seguintes, as paredes exteriores são na sua maioria revestidas com tijolo ou rebocadas com areia fina e

pintadas de cor branca. Encontram-se ainda vários vãos envidraçados exteriores.



Figura 1.8 – Pormenor das fachadas Oeste e Sul

Figura 1.9 – Pormenor da fachada Este

Figura 1.10 – Pormenor da fachada Este

Embora o edifício do DEMI, e em especial o corpo central, tenha na sua envolvente exterior pelo

menos onze soluções construtivas diferentes (cf. Anexo B), as que representam a maior percentagem de

área, e assim as responsáveis por praticamente todas as trocas de calor com o exterior, são as

representadas nas figuras anteriores e que são classificadas na Figura 1.11. Algumas das soluções

construtivas apresentam pequenas diferenças, que não se repercutem significativamente no valor do

coeficiente de transmissão térmica, U. Assim fez-se um esforço por as agrupar no menor número

possível de grupos ou tipos.



Figura 1.11 – Identificação de alguns elementos da envolvente exterior.

Segundo a definição do RCCTE, “«Coeficiente de transmissão térmica de um elemento da

envolvente» é a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária

desse elemento da envolvente por unidade de diferença de temperatura entre os ambientes que ele

separa”. Explicando de outra forma, note-se que a unidade deste coeficiente U é W/m2.ºC, ou seja, o

valor deste coeficiente indica-nos a quantidade de calor, em W, que é “trocada” entre o interior e o

exterior do edifício através de um dado elemento construtivo, por cada metro quadrado (m2) deste e por

cada diferença de um grau (ºC) entre a temperatura do ar interior e do ar exterior. Um elemento que

fosse um isolante ideal teria um valor nulo. Este coeficiente já tem em consideração os fenómenos

convectivos que ocorrem no contacto entre o ar interior e exterior com as faces periféricas dos elementos

construtivos.

O estudo da composição dos vários elementos construtivos das envolventes exterior e interior

encontra-se no Anexo B.

Como seria de esperar, os regulamentos estipulam7 que as análises energéticas são feitas sempre

para uma fracção autónoma, e não para uma parte desta apenas8, sendo que cada uma deverá ter

contador(es) de energia próprio e exclusivo. Surgem então dificuldades em analisar apenas um corpo

separado dos vários que constituem o edifício, já que essa situação não está prevista nos regulamentos.

No entanto, aquando da formulação do tema desta dissertação, foi considerado que não seria possível

conseguir no tempo útil para uma única dissertação realizar a análise energética para todo o edifício.

Esta dissertação trata então do corpo que possui, com diferença considerável, a maior área

7 cf. Capítulo I, Artigo 2º, pp. 2418-2419 do RSECE. 8 Excepto no caso de uma pequena intervenção de reabilitação num edifício existente - cf. Capítulo I, Artigo 2º,

nº4, pág. 2419 do RSECE.



(aproximadamente metade de todo o edifício), o maior número de soluções construtivas e o que tem

maior número de tipos de utilização diferentes dos 4 corpos que constituem o edifício.

A separação do corpo central dos restantes corpos do edifício coincide sempre com passadiços

envidraçados (cf. figuras seguintes). Esta separação não pode ser levada à letra pois faria com que os

halls de cada piso conectassem directamente com o exterior, afastando bastante da realidade as

características térmicas do edifício. Não se pode considerar que as portas de acesso aos passadiços

estejam quase sempre fechadas porque na realidade acontece exactamente o contrário, além de que o

passadiço C (Figura 1.15) não as possui na ligação ao corpo central. Decidiu-se então substituir as

zonas de entrada de cada passadiço por um envidraçado idêntico aos presentes neste, ou seja, a

entrada do passadiço é como que bloqueada por um envidraçado, que por sua vez irá conectar com o

exterior. Pressupõe-se então que os ganhos solares e as trocas de calor por condução pelos

envidraçados dos passadiços são semelhantes aos que ocorrem através desse único envidraçado

introduzido, que as janelas dos passadiços se encontram sempre fechadas e que no geral estes não

provocam impacto significativo na temperatura interior dos corredores.

Figura 1.12 – Localização dos passadiços no edifício

Figura 1.13 – Passadiço “A”

Figura 1.14 – Passadiço “B”

Figura 1.15 – Passadiço “C”

As figuras e tabela que se seguem descrevem a divisão das zonas do corpo do edifício que foi

considerada para esta dissertação. As divisões foram feitas unindo as zonas que, tendo utilização,



ganhos solares e cargas internas semelhantes, apenas são separadas por paredes interiores. Como se

verá mais à frente, esta simplificação não provoca erros consideráveis na simulação e é até

recomendada. Os espaços que têm a designação “ENU” são considerados como sendo Espaços Não-

Úteis e/ou espaços não climatizados. A definição do que é um espaço deste tipo é dada pelo RCCTE9:

“«Espaço não útil» é o conjunto dos locais fechados, fortemente ventilados ou não, que não se

encontram englobados na definição de área útil de pavimento e que não se destinam à ocupação

humana em termos permanentes e, portanto, em regra, não são climatizados. Incluem-se aqui

armazéns, garagens, sótãos e caves não habitados, circulações comuns a outras fracções autónomas

do mesmo edifício, etc. Consideram-se ainda como espaços não úteis as lojas não climatizadas com

porta aberta ao público.”

Como os corredores e as instalações sanitárias não são climatizados – as instalações sanitárias

possuem apenas extracção de ar, pelo que (caso as suas janelas estejam fechadas, tal como é

esperado em projecto) apenas receberão ar vindo dos corredores/hall de cada piso –, decidiu-se

simplificar a simulação destes espaços, unindo as instalações sanitárias aos corredores. Como o seu

comportamento, para efeitos de simulação, acaba por ser idêntico ao dos ENU, utilizou-se a mesma

denominação para os identificar.

No Anexo A encontram-se representações das telas finais do corpo central. É importante frisar que

o edifício não se encontra como foi projectado nestas. Na área onde se encontra a zona P3 Aulas,

existiam originalmente duas zonas, separadas por uma parede interior, idênticas às zonas P4 Aulas e P4

Lab. Existem também algumas palas de sombreamento e grelhas nas telas finais que não chegaram a

ser construídas. Outras incongruências vão ser referidas e analisadas ao longo desta dissertação.

Actualmente estão a ser construídas e/ou projectadas novas salas e novos gabinetes, com paredes

interiores divisórias dentro de algumas zonas do corpo do edifício. Como se desconhece e é difícil de

prever como estas salas e gabinetes irão funcionar, decidiu-se omitir estas zonas. Em análises

energéticas futuras ao edifício, estas novas zonas terão de ser analisadas com atenção.

9 cf. RCCTE, Anexo II, alínea z), pág. 2476



Tabela 1.1 – Lista das Zonas, do corpo central do edifício, consideradas nesta dissertação.

Designação dada à Zona

Piso Denominação mais conhecida das salas que constituem a zona

Utilização

P1 C Telefonica 1 Central Telefónica Armazena os servidores telefónicos e informáticos do edifício

P1 Labs 1 Laboratório de Termodinâmica Aplicada Laboratório

P2 Bar 2 Bar Girassol Pronto-a-comer

P2 Gabs 2 Recepção e Enfermaria Gabinetes (com reduzida utilização)

P2 Labs Ala Direita 2 Laboratório de Tecnologia Mecânica (soldadura)

Laboratório onde se realizam, entre outros, trabalhos de soldadura

P2 Labs Ala Esquerda

2 Labotatório de Tecnologia Mecânica (maquinação)

Laboratório onde se realizam, entre outros, trabalhos de torneamento e fresagem

P3 Ala Esquerda 3 Sala de estudo do Piso 3 + Sala 3.8 Salas de aula

P3 Aulas 3 Sala 3.9 (Auditório) Sala de aula

P3 Gabs 3 Secretaria do Piso 3 + Reprografia + Direcção Gabinetes

P3 Sala Computadores

3 Laboratório de Desenho Assistido por Computador

Sala de aulas assistidas por computador

P4 Ala Esquerda 4 Sala de estudo do Piso 4 + Sala 4.8 + Sala 4.6 Salas de aula

P4 Aulas 4 Sala 4.7 Sala de aula

P4 Gabs 4 Secretaria do Piso 4 + Gabinetes de professores

Gabinetes

P4 Labs 4 Laboratório de Automação Industrial Laboratório

P4 Sala Computadores

4 Laboratório de Engenharia e Gestão Industrial Sala de aulas assistidas por computador

P1 ENU 1 Corredores e WC do piso 1 + Armazéns anexos

Espaço comum não climatizado

P2 ENU 2 Corredores e WC do piso 2 + Arrecadação de limpezas

Espaço comum não climatizado

P3 ENU 3 Corredores e WC do piso 3 Espaço comum não climatizado

P4 ENU 4 Corredores e WC do piso 4 Espaço comum não climatizado

Figura 1.16 – Localização das zonas consideradas no Piso 1 do corpo do edifício analisado.



1.6. Descrição breve dos sistemas de climatização e componentes associados

O projecto de climatização para o edifício, segundo a memória descritiva deste10, teve em conta «as

exigências técnicas das diversas especialidades envolvidas, características construtivas, condicionantes

internas e externas, exigências funcionais e de horário, e a intenção de obter instalações de bom

rendimento energético», assim como a facilidade de manutenção das instalações e uma preocupação

com os custos de investimento e de exploração.

Ainda segundo a memória descritiva, o rendimento energético esteve também em mente no

projecto de arquitectura: «A integração da arquitectura e das técnicas de construção, e de elementos

passivos, com destaque para o sombreamento e orientações, proporcionam a melhoria de condições de

conforto, sem aumentos de consumos energéticos».

As instalações térmicas foram projectadas de forma centralizada, para que seja menor o custo de

equipamentos centralizados de maior potência do que múltiplos equipamentos com menor capacidade.

Os sistemas de climatização encontram-se então na cobertura do edifício. A central térmica e todos os

seus sistemas adjacentes, incluindo os de armazenamento e envio de água quente, encontram-se

agrupados numa central térmica, por cima do corpo das escadas do edifício. Todas as unidades

responsáveis pelo aquecimento e ventilação do ar encontram-se distribuídas de forma organizada nas

coberturas dos corpos do edifício.

O sistema de climatização que serve o corpo central do edifício é constituído por cinco unidades de

termoventilação – UTV11 –, duas unidades de ar condicionado, denominadas por Unidades

Condicionadoras Autónomas – UCA –; e respectivas tubagens do circuito de água quente e do ar.

Cada uma das UTV é constituída por um ventilador de recirculação/extracção na sua entrada, uma

caixa de mistura com admissão, rejeição e recirculação de ar, uma secção de filtragem, uma bateria de

aquecimento a água quente e um outro ventilador de insuflação na saída.

As UTV têm uma estrutura em perfilado de aço, soldado, revestidas exteriormente com painéis de

chapa de aço galvanizado, com isolamento térmico e acústico a lã mineral, com espessura de 25mm e

dupla parede. As secções de filtragem são constituídas por pré-filtro e filtro de bolsas, com uma

eficiência de 90% gravimétrico e 65% opacimétrico (dados de projecto).

As baterias de aquecimento são de circulação forçada de água em tubo de cobre sem costura,

expandido em alhetas de alumínio com lâminas contínuas montadas em plenos paralelos.

10 Como consta nos projectos de arquitectura e de climatização do edificio do DEMI, efectuado pela empresa

GITAP. 11 Será usada a designação UTV em vez de UTA (Unidade de Tratamento de Ar) dado que as unidades

apenas têm aquecimento, não tendo arrefecimento nem controlo do nível de humidade do ar.



As condutas de ar são em chapa de aço galvanizado. Estas podem ser de forma rectangular,

circular rígida ou circular flexível. Têm isolamento térmico com manta de lã mineral de 30 mm de

espessura e massa volúmica de 40 kg/m3 sempre que estas sejam de insuflação e tenham contacto

directo com o exterior ou contactem com o interior dos tectos falsos. As tubagens de extracção e

recirculação e as de insuflação que forneçam zonas sem tecto falso não terão isolamento térmico.

Para fornecer a água quente necessária para o funcionamento das baterias de aquecimento das

UTV, existe um circuito de água quente, que liga as baterias à central térmica. O aquecimento da água

na central térmica é realizado por duas caldeiras, que funcionam a queima de gás de tipo GPL. Estas

estão preparadas para receber gás natural, como era esperado no projecto que a Faculdade fosse mais

tarde abastecida, mas até hoje tal não aconteceu.

As caldeiras de produção de água quente são do tipo monobloco, com tubos de fumo horizontais,

de tripla passagem, construídas em chapa de aço, isoladas termicamente por mantas, com protecção

metálica desmontável em chapa galvanizada pintada. A exaustão de gases de queima é feita por

chaminé em aço inox, isolada termicamente e revestida, com secção e altura recomendada pelo

fabricante.

A central térmica irá abastecer de água quente todas as UTV de todos os corpos do edifício, pelo

que a potência das caldeiras considerada nesta dissertação não será o valor real destas, mas um valor

ponderado que represente a parte da potência que será utilizada apenas pelas unidades do corpo central

em estudo.

Os dados do sistema recolhidos indicam que a água será aquecida até 80ºC e é esperado que ela

retorne a 60ºC, pelo que, desprezando as perdas nas tubagens de água quente, é suposto que as

baterias de aquecimento recebam a água quente a 80ºC e a devolvam com uma redução de 20ºC.

No que toca à tubagem de água quente esta será em aço com costura (ferro preto), série média,

e construído de acordo com a Norma DIN 2440. Foi considerado em projecto que todas as tubagens e

acessórios de água quente são isolados termicamente, com esponja de borracha (espuma elastomérica),

de células fechadas e camada exterior endurecida, de modo a formar uma barreira de vapor. O

isolamento da tubagem terá entre 13 a 19 mm de espessura, dependendo do tipo de tubo.

Nas tubagens que são de montagem nas coberturas e na central térmica, o isolamento térmico é

protegido exteriormente por um revestimento em alumínio, ou chapa galvanizada pintada. As chapas de

aço têm uma espessura mínima de 0,5 mm e protegidas da corrosão, enquanto as chapas de alumínio

têm uma espessura mínima de 0,6 mm.

Uma nota importante de referir é que se irão desprezar as UCA, pois estas foram instaladas para

fornecer ar condicionado a espaços que serviriam de bibliotecas. Estas bibliotecas foram entretanto



deslocadas do edifício. Uma foi anexada a uma sala de aulas e outra passou a ser um laboratório. Não

só o motivo pelo qual estas foram instaladas deixou então de existir, como os técnicos do campus da

Faculdade responsáveis pela manutenção do edifício, referem que não se lembram de alguma vez as

UCA terem sequer sido utilizadas.

Regressando às UTV, note-se que estas se encontram providas apenas de bateria de aquecimento,

não existindo nenhum componente ou sistema (já que se excluíram as UCA) dedicado ao arrefecimento

do ar insuflado. A explicação é que durante a concepção dos sistemas se considerou que o edifício

apenas teria necessidades significativas de aquecimento e que – tendo em conta a zona climática em

que se encontra, a sua localização perto do mar e considerando que os ganhos internos de calor não

seriam exagerados – não existiriam necessidades relevantes de arrefecimento.

O arrefecimento no período de Verão é então garantido apenas por Free Cooling, ou seja, por

insuflação do ar exterior, sempre que a temperatura deste seja inferior à presente no interior do corpo do

edifício.

Foram incorporadas em algumas UTV permutadores de calor, quando em projecto foi considerado

que as potências e caudais de ar extraído atingiam valores significativos. No caso do corpo central em

estudo apenas uma das unidades – a UTV5 – possui permutador de calor, com rendimento de 60%.

Na caixa de mistura de cada UTV existem registos para regulação do caudal na admissão de ar

novo, rejeição de ar recirculado e insuflação de ar climatizado. Estes são motorizados e manipulados

pelos controladores do sistema, podendo ir desde totalmente abertos a fechados. A admissão e rejeição

de ar permitem o já mencionado funcionamento em modo Free Cooling.

Como está descrito no projecto, o comando e controlo do sistema de climatização é realizado por

um sistema SGC, que se encontra ligado permanentemente a um computador. Este último permite uma

rápida e acessível programação remota dos controladores de cada componente do sistema. Estes

controlam quando deve o sistema de climatização ligar ou desligar alguns dos seus componentes,

através da definição de horários e da análise das temperaturas do ar extraído das zonas e da água

quente que circula nos sistemas. Este sistema de controladores pode ser considerado como avançado

para a época em que foi instalado, em 1997.

1.7. Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica

Existem 4 ventiladores de extracção no corpo central do edifício, denominados VE e distinguidos

por numeração.



Como consta no projecto de climatização do edifício, os ventiladores VE 7 e 6 são utilizados para

a extracção de gases nocivos ou com cheiros. Encontram-se ligados, o primeiro, à hotte do laboratório

da ala direita do piso 2, por cima da bancada onde se realizam trabalhos de soldadura; e o segundo

ligada ao exaustor da cozinha do Bar. Dado que o VE 7 será apenas esporadicamente utilizado, não

será considerado. O exaustor da cozinha VE 6 terá um caudal de extracção de 500 m3/h e irá ser

accionado durante o período de preparação de refeições, ou seja, entre as 11:30 e as 14 horas de cada

dia útil da semana.

De forma a evitar a propagação de cheiros da confecção de comida do Bar para os corredores e

restantes salas do edifício, o ventilador VE 4 – de extracção total de 3750 m3/h – irá extrair a maior parte

do ar interior do Bar e das suas zonas adjacentes, que assim sendo não será recirculado pela UTV 4 que

os climatiza. O ventilador é ainda encarregue de extrair o ar dos armazéns e do hall do Piso 1. No

entanto, segundo o projecto original de ventilação, a extracção desta zona será de 2500 m3/h e não

ocorrem infiltrações de ar de outras zonas suficientes sequer para compensar metade desta extracção.

Tal foi feito com o objectivo de retirar ar do corpo das escadas, que por sua vez irá entrar no edifício pelo

Piso 2. Na prática tal acaba por não acontecer, já que as portas que ligam o hall do Piso 1 ao corpo das

escadas encontram-se a maioria do tempo fechadas, já que o Piso 1 é de acesso limitado, algo que

deveria ser esperado no projecto inicial. De forma a não criar problemas na simulação, por

incongruências no balanço de ar, esta extracção do Piso 1 irá ter um valor reduzido, de forma a igualar

as insuflações e infiltrações de ar esperadas para esta zona. Sendo esta zona um espaço não

climatizado, não irá ter impacto significativo na simulação.

Por fim, o ventilador VE 3 realiza a extracção de ar das instalações sanitárias e de outros

espaços não climatizados. É de referir que embora estes locais (corredores, casas-de-banho e

armazéns) sejam considerados nesta dissertação como não sendo climatizados, a ventilação mecânica

do edifício foi projectada de forma a que o ar circule sempre das salas para os corredores, levando então

parte do ar aquecido para estes e assim aquecendo-os indirectamente (como consta na memória

descritiva do sistema de climatização). Este método tem um segundo objectivo que é evitar a

propagação de maus cheiros das instalações sanitárias para os corredores e outras zonas.

1.8. Estado actual das instalações de climatização

Antes de mais é de referir que dos componentes do sistema de climatização do edifício, apenas a

UTV8 e uma das caldeiras (e seus componentes de ligação e auxiliares) se encontram em

funcionamento regular. Os restantes encontram-se desligados há já alguns anos.

Assim o conforto térmico não tem sido garantido no interior do edifício. Dado não existirem formas

alternativas de aquecimento na maioria das zonas do edifício, torna-se assim inviável consultar as



facturas energéticas do edifício, dado que estas não representarão o consumo do sistema a funcionar

devidamente.

As UTV encontram-se paradas porque a sua manutenção foi negligenciada ao ponto dos sistemas

terem ficado danificados. No relatório de uma auditoria que foi feita ao projecto inicial da empresa

GITAP, foi analisada a escolha dos sistemas de climatização. Nele pode-se ler que foi considerado, na

altura, que os equipamentos, embora algo dispendiosos, eram robustos e iriam funcionar durante um

longo período de tempo, desde que a manutenção fosse plenamente e regularmente cumprida. Esta

afirmação é salientada no relatório porque se considerava que, dado o local de instalação, os sistemas

iriam sofrer com a intempérie por estarem instalados numa zona muito exposta e relativamente próxima

ao mar.

Por falta de fundos e/ou por questão de prioridades, a reparação dos sistemas tem sido

constantemente adiada. Em Fevereiro de 2011 foi elaborado um plano de reparação, mas até à data não

foi executado. Mas neste ponto é de salientar que até os relatórios iniciais do edifício alertavam para o

facto de os custos de manutenção compensarem a longo prazo, pois dado o preço elevado dos

equipamentos instalados, os custos de reparação de avarias, provocadas por falta de manutenção,

seriam sempre muito superiores.

Fica aqui uma lista resumida de avarias do sistema:

· As correias dos motores dos ventiladores partiram-se há muito ou as usadas não são as

correctas para a forma e espessura das polias;

· Todos os filtros encontram-se danificados e foram retirados das UTV, pelo que, sendo

rigorosos, seria proibido ligar o sistema por não garantir a qualidade de QAI mínima

regulamentar (cf. Figuras 15 e 16);

· Algumas tubagens de água quente encontram-se danificadas ou amolgadas por terem sido

pisadas. Em alguns pontos a protecção do isolamento térmico foi danificada ao ponto de

ficar em contacto com o exterior e deteriorar-se (cf. Figura 1.22);



Figura 1.20 – Filtros usados retirados das UTV.

Figura 1.21 – Filtros danificados retirados das UTV.

· Os ventiladores de extracção directa de ar ou não funcionam ou, no caso do ventilador do

bar (VE6), tem a chaminé inclinada (incorrectamente aparafusada) (cf. Figura 1.23);

· As portas de acesso das UTV encontram-se danificadas, chegando a ter algumas zonas

desfeitas pela ferrugem (cf. Figura 1.24);

Figura 1.22 – Cotovelo de tubagem danificado, com isolamento térmico exposto ao exterior.

Figura 1.23 – Chaminé do ventilador VE6, com a UTV4 e a central térmica atrás.



Figura 1.24 – Ferrugem nas portas de acesso a uma UTV.

Figura 1.25 – Componentes das UTV danificados.

· Os termóstatos e fluxostatos das UTV encontram-se danificados e inoperacionais (cf. Figura

1.25);

· Verificou-se que existem colmeias com vespas em pelo menos uma conduta de ar e num

resguardo de uma das UTV (cf. Figura 1.26);

Figura 1.26 – Vespas encontradas nas UTV.

Figura 1.27 – Componente cuja protecção está danificada. As ligações eléctricas ficaram então expostas ao exterior.



· Alguns componentes dispendiosos encontram-se em mau estado, podendo até já não ter

reparação e ser necessária a substituição. Alguns estão até a provocar curto-circuitos (cf.

Figura 1.27);

· O isolamento térmico interior das caldeiras começa a apresentar falhas;

· Entre outras.

Os quadros eléctricos dos ventiladores e das UTV encontram-se na cobertura, facto que foi muito

criticado no relatório de inspecção do projecto inicial, onde se refere que estes não têm protecção

suficiente para estarem tão expostos. Os curto-circuitos, que se verificam quando se ligam algumas UTV,

podem estar a ser provocados por alguns componentes danificados nestes quadros eléctricos. No

entanto, numa primeira inspecção visual do interior destes quadros, verificou-se que se encontravam

num estado aceitável, não aparentando à primeira vista avarias.

No que toca aos controladores, que se encontram no interior das caixas dos quadros eléctricos,

também estão obviamente desligados, mas aparentam estar em bom estado de conservação e podem

ter ainda as variáveis e programas de controlo ainda memorizados. Já o computador que monitorizava e

programava todo o sistema de controlo está danificado sem possibilidade de reparação ou recuperação.

1.9. Breve descrição do software EnergyPlus

Dada a área do edifício, terá de se efectuar uma simulação dinâmica multizona no âmbito do

RSECE, com um programa de cálculo que cumpra a norma ASHRAE 140-2004 12. Optou-se pela

utilização do programa EnergyPlus.

Trata-se de um programa de simulação integrada de edifícios e de sistemas de climatização,

desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América. Este resultou da união das

melhores potencialidades de dois programas – BLAST e DOE-2 – e ainda da introdução de novas

funcionalidades.

O EnergyPlus é constituído por vários módulos internos (cf. Figura 1.28), de forma a facilitar a

organização dos dados de entrada e também para permitir uma mais fácil introdução futura de mais

opções de cálculo. Este considera nos seus algoritmos de cálculo princípios de volumes de controlo e

conservação de massa e de energia; e de transmissão de calor por condução, convecção e radiação. O

programa calcula a condução de calor através dos elementos construtivos, em regime transiente, e

considera as suas inércias térmicas. Calcula igualmente a transferência de ar entre zonas, através de

12 ANSI/ASHRAE Standard 140-2001, Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis

Computer Programs (http://www.ashrae.org/File%20Library/docLib/Public/2004715124811_347.pdf).



uma análise por nós; e ainda analisa em detalhe os circuitos de ar e de água dos sistemas de

climatização, assim como os seus consumos.

O input do programa é feito através de ficheiros de tipo IDF (Input Data Files), onde são colocados

vários valores nos inúmeros parâmetros possíveis de simulação. Os parâmetros são por sua vez

agrupados em grupos, ou classes, segundo a área da simulação que abordam, para permitir uma mais

fácil identificação destes. Por exemplo, todos os parâmetros que definem os materiais construtivos são

agrupados numa classe Materials e todos os que definem os ganhos internos do edifício são agrupados

numa classe Internal Gains.

Os outputs do programa são inúmeros e permitem inspeccionar a influência de praticamente todas

as variáveis na simulação. Embora este número seja uma mais valia é também uma desvantagem, dado

que nem sempre é fácil saber que outputs se devem escolher e a quantidade de informação presente

nos ficheiros de saída pode ser enorme, sendo necessários programas externos para efectuar a sua

análise.

Figura 1.28 – Esquema simplificado do funcionamento modular do EnergyPlus.

O EnergyPlus efectua os seus cálculos por etapas. Para um edifício que tenha zonas a

climatizar, sistemas de climatização e equipamentos auxiliares a estes (como caldeiras ou torres de

arrefecimento), o programa calcula em primeiro lugar as cargas térmicas que existem nas zonas do

edifício (zone sizing); de seguida analisa como o sistema de climatização irá funcionar para climatizar

essas zonas (system sizing); passando depois para a mesma análise para os equipamentos auxiliares

(plant sizing). No final as ligações entre estes três elementos são analisadas, através dos cálculos do

circuito de ar climatizado (air loop) e dos circuitos de fluídos de circulação dos sistemas de climatização

(water loop). Consulte-se a Figura 1.29.



Figura 1.29 – Loops considerados no EnergyPlus.

Antes de se começar a trabalhar com este programa é fundamental ler os seus (muito úteis)

documentos de ajuda. O Getting Started [9] fornece uma introdução às bases do programa e dá

exemplos de simulações para treino. O Input-Output Reference [10] explica todos os parâmetros e

valores que podem ser introduzidos para as simulações e que tipos de resultados se podem obter. Estes

últimos são mais aprofundados no Output Details and Examples [11]. No Engineering Reference [12]

encontram-se explicados em detalhe os principais algoritmos do programa e todos os modelos físicos em

que estes se baseiam. Finalmente o Auxiliary Programs [13] explica o funcionamento dos programas

auxiliares, que são instalados com o pacote original do EnergyPlus.

Recomenda-se a leitura do Anexo D, onde é apresentada uma lista das vantagens que levaram

este programa a ser utilizado nesta dissertação, assim como uma lista das suas limitações.

Programas auxiliares do EnergyPlus

Sendo o EnergyPlus apenas o programa de simulação em si, é necessário utilizarem-se

programas exteriores para fazer o input e analisar os outputs deste. O arranque das simulações, a

escolha de ficheiros IDF e climáticos, a abertura dos ficheiros de output, as configurações do programa e

muitas outras opções são feitas na interface EP-Launch (cf. Figura 1.30), que se trata assim de uma

espécie de menu principal e inicial para o EnergyPlus.

Para a criação e edição dos ficheiros IDF necessários para efectuar as simulações, utiliza-se o

programa IDF Editor. Observem-se na Figura 1.31 os vários campos.



Figura 1.30 – Aspecto da interface EP-Launch.

Para a visualização de resultados existem vários programas, mas os mais usados nesta

dissertação foram o EP-Compare, que apresenta uma comparação entre várias simulações com gráficos

de barras de um número limitado de variáveis dos resultados; o Open Studio Results Viewer, que

necessita que o output dos resultados seja feito num ficheiro de tipo SQL, que pode atingir um tamanho

considerável; e o xEsoView, que necessita que utiliza os ficheiros de tipo ESO de output. Estes dois

últimos podem ilustrar graficamente vários resultados; embora não sejam instalados directamente com o

EnergyPlus, são gratuitos. Note-se que todos estes programas só analisam resultados que foram

pedidos no início da simulação, através do ficheiro IDF. Para se saber que tipo de resultados o programa

pode incluir no seu output, deve-se consultar o ficheiro de tipo RDD criado no final de cada simulação.



Figura 1.31 – Programa IDF Editor

Notas finais

Esta dissertação não pretende de forma alguma ser um tutorial para o EnergyPlus. Para tal o

programa traz já de origem vários materiais de apoio e vários manuais de ajuda em formato digital.

Assim sendo esta dissertação não dispensa de forma alguma a consulta dos manuais do programa e

respectivas descrições pormenorizadas para cada parâmetro e campo introduzido.

As opções tomadas na simulação em EnergyPlus realizada nesta dissertação serão explicadas

dentro do possível, com o objectivo de esclarecer os leitores e de manter o seu espírito crítico. Isto

porque para uma mesma simulação, várias opções – dentro do enorme número destas que o EnergyPlus

permite editar – poderão ser tomadas, e no final o resultado acabar por ser semelhante.

Sempre que se omita nesta dissertação algum parâmetro ou campos e valores destes, deve-se

considerar que foram utilizados os valores por defeito do programa, ou que não foram utilizados de todo

por não serem relevantes para este estudo em particular. A descrição das ligações necessárias a fazer

para a modelação do edifício e dos sistemas de climatização (que são basicamente instruções de como

ligar cada componente, como se de um puzzle se tratasse) foi omitida pois teria tanto de fastidiosa e

exaustiva como de desnecessária e irrelevante para a compreensão da simulação.



Pondo de parte então a hipótese de ser um tutorial, esta dissertação pretende no entanto chamar

à atenção para vários problemas e dificuldades que surgem na utilização do EnergyPlus e para algumas

soluções e caminhos alternativos possíveis. Pretende também salientar e demonstrar algumas das

inúmeras potencialidades deste programa.



2. Parâmetros para a simulação do corpo central do DEMI-UNL

Neste capítulo apresentam-se os vários parâmetros que são necessários introduzir no ficheiro de

simulação do EnergyPlus, de forma a garantir a correcta simulação das perdas e ganhos de calor pela

envolvente exterior do corpo central do edifício do DEMI, e assim conseguir simular correctamente as

suas necessidades de climatização para manter uma temperatura interior de conforto.

2.1. Parâmetros iniciais necessários para o EnergyPlus

Existem alguns parâmetros iniciais que são necessários para definir qualquer simulação

realizada no EnergyPlus. Estes encontram-se na primeira classe ou grupo que surge na Class List do

IDF-Editor, o Simulation Parameters.

Figura 2.1 – Parâmetros da classe Simulation Parameters e pormenor do parâmetro SimulationControl

O primeiro parâmetro a colocar é a versão do programa, no Version. Coloca-se apenas o número

da versão, neste caso a “6.0.0.023”.



O segundo parâmetro, o Simulation Control (cf. Figura 2.1) merece atenção especial. Caso o

campo Do Zone Sizing Calculation tenha o valor Yes, ou seja, o valor afirmativo, o programa calcula

quais serão as necessidades de aquecimento e arrefecimento para climatizar as zonas, a simular, do

edifício. O campo Do System Sizing Calculation utiliza os valores obtidos no campo anterior para as

zonas para determinar quais as potências e caudais necessários para os sistemas de climatização.

Finalmente o campo Do Plant Sizing Calculation utiliza os valores obtidos no campo anterior para os

sistemas para determinar quais as potências e caudais necessários para as plantas de climatização,

quer sejam de arrefecimento ou aquecimento, como torres de arrefecimento ou caldeiras.

Ainda neste parâmetro encontram-se os campos Run Simulation for Sizing Periods e Run

Simulation for Weather File Run Periods. Mais uma vez estes dependem do que se pretende simular.

Caso seja uma simulação para calcular as potências e caudais dos sistemas de climatização, durante

períodos de tempo relativamente pequenos – como o dia mais frio do ano ou um dia de projecto –, deve-

se colocar Yes no primeiro campo. No entanto se a simulação vai ser efectuada sem os campos Sizing

anteriores activados e para períodos de tempo mais longos – como um ano inteiro de simulação –, deve-

se colocar Yes no segundo campo. Note-se que estes campos são independentes um do outro e nada

impede uma simulação de correr para diferentes dias de projecto, e de seguida para um ano inteiro, tudo

numa única execução. Para mais informações, consulte-se a secção 2.3.Períodos de simulação.

No parâmetro Building inserem-se algumas informações gerais sobre o edifício, como o seu

nome, no campo Name. É também introduzido o ângulo entre o eixo norte principal, pelo qual o edifício

vai ser construído no programa, e o eixo norte real, no campo North Axis. Para o corpo central do edifício

do DEMI o valor será 0, pois ambos estão alinhados. O campo Terrain deverá reflectir a exposição ao

vento do terreno onde se situa o edifício. Dada a proximidade deste ao mar introduziu-se o valor

Ocean13. No que toca ao algoritmo utilizado para calcular a distribuição da luz solar e os sombreamentos

no interior do edifício – o campo Solar Distribution – foi introduzido o valor FullExterior. Este valor faz

com que se simulem os sombreamentos causados por elementos exteriores ao edifício e que a luz solar

que entra no seu interior irá incidir toda apenas no chão de cada zona, sem reflexões. Algoritmos mais

complexos neste campo não são possíveis por limitações do programa, dado que este só o consegue

fazer para edifícios com forma convexa, que não é o caso do corpo em estudo.

13 O valor Ocean, segundo a referência [10], considera que existe um corpo significativo de água, num raio

igual ou inferior a 5 km em torno do edifício a simular.



Figura 2.2 - Formas de edifícios que o EnergyPlus considera como de geometria convexa (lado esquerdo) e não convexa (lado direito).

Os restantes campos deste parâmetro tratam-se de valores de convergência para os cálculos da

simulação e foram deixados com os seus valores por defeito.

O parâmetro ShadowCalculation foi deixado com os seus valores por defeito. Trata da frequência

com que os cálculos das sombras devem ser realizados (o valor por defeito é de 20 em 20 minutos) e

qual o número máximo de sombras sobrepostas que este considera.

Nos parâmetros SurfaceConvectionAlgorithm: Inside e Outside escolhem-se que algoritmos

serão utilizados para calcular as trocas de calor por convecção nas superfícies do edifício, quer no

contacto com o ar exterior, quer com o ar interior, respectivamente. Utilizam-se em ambos os algoritmos

por defeito por serem os que melhor conjugam precisão com rapidez de cálculo. No primeiro utiliza-se o

algoritmo TARP e no segundo o algoritmo que foi desenvolvido no programa DOE-2.

Com a mesma filosofia, utiliza-se o algoritmo ConductionTransferFunction, para o cálculo dos

balanços de calor nas superfícies, no parâmetro HeatBalanceAlgorithm, e o algoritmo

ThirdOrderBackwardDifference para o cálculo dos balanços de calor do ar no interior das zonas do

edifício, no parâmetro ZoneAirHeatBalanceAlgorithm.

O último parâmetro utilizado nesta classe é o Timestep e trata-se do passo da simulação.

Quanto maior este valor for maior precisão se vai obter nos resultados, mas à custa de um maior esforço

computacional necessário, sendo 1 o seu valor mínimo e 60 o seu valor máximo. Para o valor 1 teremos

apenas um cálculo por cada hora do ficheiro climático, enquanto que com 60 teremos um cálculo a cada

minuto (o que resultará num excesso de informação e em dificuldades no tratamento dos resultados)

Será utilizado o valor recomendado de 6.



2.2. Localização do edifício e ficheiro climático utilizado

A introdução da localização no EnergyPlus é feita, como já foi referido, no campo Terrain do

parâmetro Building. Dada a proximidade ao mar e como a rugosidade do terreno foi considerada como

de nível II em 3 possíveis, foi colocado o valor Ocean, dado ser o que mais se aproxima desta situação.

A introdução do zoneamento climático merece uma análise cuidada. Note-se que os ficheiros

climáticos de Portugal, disponíveis gratuitamente para o EnergyPlus, são escassos e limitam-se a um

número muito reduzido de cidades portuguesas. A cidade disponível mais próxima de Almada é a de

Lisboa. No entanto Lisboa é considerada nos regulamentos uma zona climática I1-V2Sul, enquanto a de

Almada é considerada I1-V1Sul. Embora exista esta diferença, ambas as zonas possuem um número de

graus-dias14 praticamente igual: Lisboa tem 1190 enquanto Almada tem 1160. Por este motivo decidiu-se

considerar que a utilização do ficheiro climático de Lisboa é válida para a simulação do corpo central do

DEMI. Note-se no entanto que nos cálculos presentes nos regulamentos em que seja necessário

considerar o zoneamento climático, continuará a ser considerada a zona climática de Almada.

O nome completo do ficheiro climático de Lisboa utilizado será “PRT_Lisboa.085360_

INETI.epw”. A localização do edifício será introduzida no parâmetro Site:Location, em que a latitude,

longitude e fuso horário irão corresponder aos patentes no interior do ficheiro climático.

2.3. Períodos de simulação

Será necessário definir os dias e/ou períodos do ficheiro climático nos quais a simulação será

desenvolvida. Caso se pretenda uma simulação para dias extremos, ou de projecto, para cálculo das

potências máximas dos equipamentos, estes devem ser definidos nos parâmetros SizingPeriod (que se

encontram na classe Location and Climate, cf. Figura 2.3).

Dentro dos parâmetros deste tipo é possível construir um dia de projecto, com variáveis como as

temperaturas, humidades, se chove ou se neva e qual o dia de semana, entre outras opções, no

parâmetro DesignDay.

Como a simulação efectuada nesta dissertação incide sobre os consumos energéticos ao longo

de um ano será utilizado o parâmetro RunPeriod, onde serão escolhidos o dia de início e de fim de ano.

No entanto, como o edifício não funciona o ano inteiro, outras variáveis terão de se ser inseridas. Estas

são analisadas mais à frente neste trabalho. 14 Segundo a definição do RCCTE, “«Graus-dias de aquecimento (base 20ºC)» é um número que caracteriza a

severidade de um clima durante a estação de aquecimento e que é igual ao somatório das diferenças positivas registadas entre uma dada temperatura de base (20ºC) e a temperatura do ar exterior durante a estação de aquecimento. As diferenças são calculadas com base nos valores horários da temperatura do ar (termómetro seco).”



Figura 2.3 – Parâmetros disponíveis da classe Location and Climate

2.4. Temperaturas no solo em contacto com o edifício

A influência das temperaturas do solo, ao longo do ano, em contacto com zonas de um edifício,

pode ser verificada no Anexo E. O ficheiro climático inclui informação acerca destas temperaturas mas o

manual do EnergyPlus desaconselha a utilização destas, dado que, regra geral, são exageradas. Assim

utiliza-se um dos programas auxiliares: o Slab Preprocessor.

O programa Slab calcula quais as temperaturas do solo para um dado ficheiro climático, neste

caso, o ficheiro climático utilizado para Lisboa. O seu output de temperaturas para cada um dos 12

meses do ano15 foi introduzido no ficheiro de simulação, no parâmetro Site:GroundTemperature:

BuildingSurface.

As zonas climatizadas que contactam com o solo são a P1 Labs, P1 C Telefonica e a P2 Gabs.

As duas primeiras zonas contactam com o solo também por algumas das suas paredes (consulte-se o

Anexo A). Considerou-se que as temperaturas do solo em contacto com as paredes iriam ter valores

idênticos aos em contacto pelo pavimento. É óbvio que tal não acontece na realidade, mas o programa

utilizado para o cálculo destas temperaturas, o Basement, está mais focado para situações com caves.

15 O EnergyPlus considera que estas temperaturas não irão variar consideravelmente em períodos inferiores a

um mês, daí apenas serem introduzidas temperaturas apenas para cada um dos meses.



Como não é propriamente o caso destas zonas, as temperaturas que o programa sugeria não faziam

sentido no contexto. Considera-se então que a diferença das temperaturas ao longo das paredes não irá

ser relevante em relação à dos pavimentos.

Existem outros parâmetros do tipo Site (cf. Figura 2.3), mas são de tal forma específicos e

necessitam de alguns dados que não foram possíveis de recolher, pelo que se optou por os omitir. De

qualquer forma, numa visão global da simulação, estes valores não alterariam significativamente os

resultados da simulação.

2.5. Schedules16

Uma classe muito importante do EnergyPlus é a Schedules. Aqui definem-se todos os horários e

calendários necessários a outros parâmetros da simulação, desde os que definem quando o sistema de

climatização se encontra ligado ou desligado, até aos que definem os termóstatos das salas.

Antes de se criar um horário, é necessário estipular que tipos de valores vão estar definidos nele

e quais os seus limites. Tal faz-se no parâmetro Schedule:TypeLimits. Primeiro deve-se definir o nome

da variável que vai ser controlada por um ou mais horários, por exemplo, se se trata de uma

temperatura, de um interruptor ligado/desligado (on/off), de uma fracção ou até de um nível de actividade

dos ocupantes do edifício.

Podem depois definir-se os limites mínimos e máximos de cada um deles (Upper e Lower Limit

Value). Por exemplo, para as temperaturas podemos utilizar -20 a 150ºC, e para o interruptor on/off os

valores 0 e 1, 0 para desligado, 1 para ligado. Note-se que estes limites são à escolha do utilizador.

Servem principalmente para evitar que se introduzam, mais tarde nos horários, valores para as variáveis

que não façam sentido no contexto da simulação e que possam comprometer a própria execução desta

e os seus resultados.

Figura 2.4 – Valores introduzidos no parâmetro Schedule:TypeLimits.

16 O mesmo que “Horários”.



Por fim, no campo Numeric Type, introduz-se se o intervalo de valores é contínuo ou discreto.

Por exemplo, para a temperatura e para a fracção será contínuo, permitindo escolher qualquer número

real entre o limite máximo e mínimo inclusive. Mas para o interruptor o intervalo será discreto, pois um

sistema não pode ficar “meio ligado”; o seu valor terá de ser ou 0 ou 1, desligado ou ligado. Pode-se

ainda introduzir no campo Unit Type que tipo de unidade os valores terão, mas tal pode ser omitido.

O parâmetro que permite criar com maior versatilidade e liberdade os horários é o parâmetro

Schedule:Compact. No entanto, ao proporcionar maior liberdade, também acaba por ser mais difícil e

confuso de se usar. Este parâmetro apenas exige que se dê um nome ao horário e que tipo de limites

para a sua variável – definida no Schedule:TypeLimits – este irá conter.

A partir daqui todos os parâmetros são deixados em aberto para o utilizador colocar o que

entender. A consulta do manual Input-Output Reference [10] torna-se então indispensável neste ponto.

Explica-se de seguida, resumidamente, a forma como os horários no EnergyPlus são definidos (sempre

que a explicação se torne menos clara, consulte-se a Figura 2.5 e a ajuda do programa):

1. Primeiro é preciso definir para que dias do ano se está a definir o horário, usando para tal o

comando Through. O programa considera sempre que os horários são definidos a partir do dia 1

de Janeiro. Não é possível começar o horário a partir de outro dia ou arrancar com um período

de, por exemplo, 20 de Dezembro a 20 de Janeiro. É necessário dividi-lo em dois períodos, de 1

de Janeiro a 20 de Janeiro e, mais à frente, de 20 de Dezembro a 31 de Dezembro. Caso se

pretenda definir um horário para o ano inteiro, em que todos os dias são exactamente iguais,

basta colocar no primeiro campo o comando Through: 12/31, ou seja, dá a instrução para que o

horário seja considerado desde 1 de Janeiro até 31 de Dezembro. Chama-se a atenção para,

como se pôde ver, os dias terem de ser colocados com formatação americana: primeiro vem o

mês e só depois o dia.

2. Depois deve-se colocar que “tipo” de dias da semana são considerados, com o comando For. As

opções aqui são inúmeras. Podem-se escolher dias úteis, fins-de-semana, feriados e férias, um

dia específico da semana (como segunda-feira), dias de projecto ou, simplesmente, todos os

dias. Se quisermos, por exemplo, definir que queremos um sistema ligado aos dias úteis e

desligado nos restantes, devemos definir dois campos: For: WeekDays e mais tarde um campo

For: AllOtherDays. Note-se que ambos os campos se devem encontrar englobados pelo mesmo

campo Through. Caso o leitor esteja confuso com isto, note que este “aninhamento” faz lembrar

os que se usam na programação, com vários ciclos for uns dentro dos outros. Consulte a Figura

2.6 para um melhor visualização.

3. Definidos os dias do ano e da semana, passamos agora para a definição dos intervalos de horas

do dia, usando para tal o campo Until. Tal como o programa considera sempre que o horário

começa a ser sempre definido a 1 de Janeiro, para as horas considera sempre que o dia começa



às 0:00 horas e vai até às 24:00 horas. Note que esta última será exclusive. Assim, se se

pretende definir um valor desde a meia-noite até ao meio-dia, e depois outro valor até à meia-

noite, devem-se criar dois campos: Until: 12:00 e mais tarde Until: 24:00.

4. Resta então agora definir o valor que deverá ser aplicado para essa hora, que poderá ser

qualquer valor, dentro do intervalo definido para a variável. Basta simplesmente introduzir o

número.

5. Definido então o valor para um certo período horário, deve-se repetir o passo 3 até se atingirem

as 24:00 horas. Depois deve-se repetir o passo 2 até se atingir todos os dias da semana

desejados e finalmente repetir o passo 1 até se completar a definição do dia 31 de Dezembro

(12/31). O horário ficará então totalmente definido e concluído.

Note-se que a liberdade desta definição de horários acaba por torná-la muito desorganizada.

Imagine-se que, por algum motivo, se quer acrescentar um intervalo de horas numa schedule já

completamente definida. Para tal, usando o IDF-Editor, seria necessário eliminar todos os campos

abaixo do intervalo pretendido e voltar a introduzi-los mais abaixo. Recomenda-se então que numa

primeira definição se use o IDF-Editor, mas que sempre que seja necessário efectuar uma alteração, se

abra o ficheiro com um editor de texto17, já que aqui é simples eliminar ou acrescentar linhas, bastando

apenas respeitar a notação do EnergyPlus18.

17 Recomenda-se que no IDF-Editor, em File -> Save Options, se coloque a opção Saved Order of Objects

com o valor Sorted, de forma a tornar a leitura do ficheiro de texto consideravelmente mais fácil. 18 Basicamente a notação é utilizar uma vírgula ( , ) a separar os campos e valores de cada parâmetro e um

ponto e vírgula ( ; ) após o último valor de um parâmetro. Consulte-se a ajuda do programa para mais detalhes.



Figura 2.5 – Exemplos de horários em Schedule:Compact.

Figura 2.6 – Fluxograma com os passos necessários para a criação de um horário em Schedule:Compact.



2.6. Materiais de construção

No parâmetro Material são introduzidos todos os materiais de construção utilizados para definir o

edifício, à excepção dos utilizados nos vãos envidraçados.

O EnergyPlus traz de origem uma base de dados19 extremamente útil com centenas de materiais

de construção. No entanto, o facto de o programa se focar na realidade norte-americana e nas normas

ASHRAE, torna problemática a localização para Portugal. Isto porque a tradução dos materiais de

construção nem sempre é pacífica, tornando-se ainda mais difícil no que toca a materiais muito correntes

em Portugal mas quase desconhecidos na América do Norte, como o mosaico hidráulico. Mesmo assim

fez-se um esforço para conseguir traduzir o maior número de elementos, de forma a se utilizarem os

materiais guardados na base de dados, que têm informações bem mais completas do que as presentes

no ITE50 e no ITE12 [10 e 12].

A descrição dos vários materiais que constituem os diversos elementos construtivos do edifício

em estudo encontra-se no Anexo B.

Foram pesquisadas com o maior cuidado possível as propriedades dos elementos que não se

encontravam na base de dados nem nas referências, e analisou-se se os valores introduzidos faziam

sentido. A maioria dos campos a introduzir são simples e não requerem explicação, como o nome do

material (Name), a espessura em m (Thickness), a condutividade térmica em W/(m.K) (Conductivity), a

densidade em kg/m3 (Density) e o calor específico (Specific Heat).

Figura 2.7 – Vários campos preenchidos no parâmetro Material.

Outros campos, como a rugosidade do material (Roughness) já não são tão simples. A descrição

deste campo não é feita com valores mas com adjectivos que vão desde “muito polido” a “muito rugoso”

(“VerySmooth” a “VeryRough”). Como este valor é utilizado para o cálculo dos coeficientes de

convecção, em particular do ar exterior, a escolha destes valores para os materiais que contactam com o

19 Esta base de dados encontra-se sob a forma de alguns ficheiros individuais, que podem ser abertos no IDF-

Editor através do comando File-> Open DataSet



exterior foi mais cuidada e, sempre que possível, utilizaram-se os valores da base de dados do

EnergyPlus. O reboco exterior das paredes e a tijoleira de face à vista foram considerados como “algo

rugosos” (“MediumRough”) e a cobertura exterior de seixos brancos soltos como “muito rugosa”

(“VeryRough”).

No que toca às absorvências (em inglês Absorptance) dos materiais, o programa permite que se

introduzam três tipos: absorvência térmica (ou emissividade), de radiação solar e de radiação visível

(Thermal, Solar e Visible Absorptance). Recomenda-se a sua introdução, em especial destes dois

últimos, pois mesmo sendo esta facultativa, os seus valores por defeito podem ser diferentes dos valores

reais, e são valores que estes provocam algum impacto na simulação (cf. Anexo E). No que toca à

emissividade, é utilizado o valor por defeito de 0,9, pois os materiais mais utilizados no edifício simulado

– betão, tijolos e reboco – admitem valores no intervalo de 0,85 a 0,95. Estes são independentes da cor

do material, como consta no capítulo 4 da referência [15].

Devido à dificuldade de encontrar informações sobre as absorvências de radiação solar e de

radiação visível, ambos os valores foram considerados iguais e baseados na cor do material. Sempre

que o material é considerado como de cor clara, por exemplo os rebocos exteriores e a cobertura de

seixos brancos, é considerado o valor 0,2. Para a cor de tijolo foi considerado o valor 0,7. Finalmente

para os elementos em ferro, utilizou-se o valor 0,91.

Falta só referir que as caixas-de-ar do edifício são definidas no parâmetro Material:AirGap, onde

é apenas necessário introduzir o nome e a resistência térmica total do espaço de ar – que se encontra

no ITE50 – em m2.K/W.

2.7. Materiais dos vãos envidraçados

Todos os vãos envidraçados apresentam caixilharia de alumínio e a maioria destes são

constituídos por um vidro simples laminado incolor de 10 mm de espessura. Os que estão em contacto

com a zona do Bar e dos Gabinetes, na face Este do Piso 2 ao 4, são vidros duplos constituídos por um

vidro exterior simples laminado incolor com 6 mm de espessura e um vidro interior idêntico ao exterior,

mas com 5 mm de espessura. No meio destes encontra-se uma camada de ar de 12 mm.

Os vãos envidraçados que se encontram em contacto com espaços climatizados possuem

estores venezianos exteriores de lâminas metálicas.

Para a definição dos tipos de vãos envidraçados presentes no edifício, são necessários três

parâmetros do tipo WindowMaterial: Glazing, Gas e Blind. Lamentavelmente as informações presentes

no ITE 50 apenas indicam os valores do coeficiente U para os envidraçados contando já com os seus



vidros (simples ou duplos), caixa de ar (com diversos gases), caixilharia (de diversos materiais) e

dispositivos de oclusão nocturna, caso estes existam. Não foi então possível obter os valores de

resistência de cada um dos elementos isolados – à excepção do vidro, cuja condutibilidade térmica20 é

assinalada no ITE 50 como sendo de 1,00 W/(m.K) –, apenas em conjunto, e para os simular é

necessário colocar cada um dos elementos individualmente. Optou-se então por utilizar para a simulação

os valores por defeito do EnergyPlus sempre que necessário, como para a condutibilidade térmica da

caixilharia de alumínio. Sempre que foi necessário alterar as espessuras por defeito dos materiais,

interpolaram-se os restantes valores em falta.

No parâmetro Glazing são introduzidas várias informações sobre cada folha de vidro em si, seja

ela parte de um vidro simples ou duplo, em particular a sua espessura, condutividade térmica e inúmeras

emissividades e reflectividades. O vidro utilizado da base de dados foi o Clear, ou seja, vidro simples

transparente.

O parâmetro Gas é necessário para definir o tipo de gás que se encontra no interior dos vidros

duplos, que neste caso é ar. Assim utilizaram-se os dados do tipo de gás Air da base de dados.

Falta só o parâmetro Blind, onde se define a protecção solar utilizada, que se trata, relembre-se,

de estores venezianos de lâminas metálicas, de cor média. Utilizaram-se como base os valores do

elemento Blind with Medium Reflectivity Slats, retirado da base de dados do programa. Foram inseridos

os valores de 8,5 cm para a largura das lâminas, 7 cm de espaçamento entre elas, e 1º para o ângulo

destas, ou seja, totalmente fechadas.

O valor do ângulo das lâminas varia no máximo entre 0º, estando a sua face de cima paralela ao

exterior, até 180º, ficando essa face paralela ao envidraçado (cf. Figura 2.8). Um ângulo de 90º significa

então que esta lâmina se encontra perpendicular ao envidraçado. Muitas vezes estes ângulos extremos

não podem ser atingidos, dado que os valores limite dependem de espessura, largura e espaçamento

das lâminas dos estores.

Figura 2.8 – Visualização de vários ângulos para lâminas de estores. À esquerda encontra-se sempre o ambiente exterior e à direita o vidro.

20 Citando a pág. 2 do ITE 50 [5], «A condutibilidade térmica (…) é uma propriedade que caracteriza os

materiais ou produtos termicamente homogéneos, e que representa a quantidade de calor (…) que atravessa uma espessura unitária de um material, quando entre duas faces planas e paralelas se estabelece uma diferença unitária de temperatura.»



A alteração do valor do ângulo é muito relevante para a simulação e mereceu uma análise

cuidada, que se encontra resumida na secção Vãos envidraçados e dispositivos de protecção solar, em

2.9.Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas.

2.8. Elementos construtivos do edifício

Após a definição dos materiais no ponto anterior, faz-se no parâmetro Construction a sua

“montagem”. Neste é obrigatório colocar o nome de cada tipo de elemento de construção e a primeira

camada de cada um, que terá de ser sempre a mais exterior (Outside Layer). Nos campos seguintes

colocam-se os restantes elementos, pela ordem do mais exterior para o mais interior.

O preenchimento deste parâmetro é simples e directo, sendo apenas necessário chamar a

atenção para a definição dos tipos de vãos envidraçados. Quando estes têm dispositivos de protecção

solar, será necessário definir, por imposição do programa, duas vezes cada tipo de vão: uma vez sem o

dispositivo e outra vez com. Veja-se na Figura 2.9 como foram definidos os envidraçados de vidros

duplos, com e sem estores, e como foram definidos outros tipos de elementos.

Figura 2.9 – Alguns elementos construtivos definidos no parâmetro Construction.



2.9. Definição da construção do corpo central do edifício e das suas zonas

A classe Thermal Zones and Surfaces inclui os parâmetros necessários para a definição

geométrica e construção do edifício, como paredes, pavimentos, coberturas, portas e envidraçados. É

também feita a associação de cada um destes aos materiais que os constituem, que foram definidos nos

pontos anteriores.

A construção do edifício, utilizando a interface base do EnergyPlus – o IDF-Editor –, é feita

definindo pontos geométricos do edifício e ligando-os com rectas, sendo depois o desenho gravado num

ficheiro do tipo dxf. Para este ser visualizado é necessário utilizar um programa, exterior ao EnergyPlus,

para o efeito. Para esta dissertação utilizou-se o programa gratuito DraftSight. Assim sendo o processo

de desenho do edifício é feito definindo cada ponto da construção no IDF-Editor, colocando as várias

coordenadas geométricas de cada um. Depois é necessário gravar o ficheiro e visualizá-lo neste

segundo programa, para ver o desenho do edifício em três dimensões. Este processo tem de ser

repetido inúmeras vezes ao longo do processo, de forma a detectar e corrigir prontamente erros na

introdução e definição da construção.

Este método de construção do edifício é bastante complexo. Pode levar a vários erros e demorar

várias semanas a realizar e corrigir, dado apresentar as desvantagens de seguida descritas:

· As linhas do edifício não apresentam espessura: no caso das paredes não é muito grave,

desde que se tenha em atenção as áreas de cada zona. Já no caso dos pavimentos intermédios

é bem mais complicado porque a espessura destes não é representada, e caso seja significativa,

leva a problemas com a definição das alturas.

Nesta situação encontraram-se duas soluções: unir os pavimentos mas não deixar o

programa calcular a altura das zonas e introduzir o valor manualmente, descontando a

espessura do pavimento; ou então não unir os pavimentos, mas tal deixa os pisos de um edifício

desconectados e com um vazio entre eles. Isto é bastante bizarro de se observar, mas na prática

não tem qualquer influência na simulação, desde que se definam bem os materiais constituintes

e as ligações entre os elementos construtivos. Relembre-se que o programa não considera que

em elementos deixados em aberto circule ar exterior.

· Para edifícios de dimensão considerável é bastante difícil verificar se este se encontra

bem desenhado: este ponto é tanto mais grave quanto menos elaborado for o programa externo

ao EnergyPlus que se use para visualizar o desenho do edifício (ficheiro .dxf) e quanto mais

complexa for a geometria do edifício e respectivas zonas. Não obstante o EnergyPlus mostrar

avisos quando uma zona não tem chão, tecto e quatro paredes, tal torna-se irrelevante para

zonas com mais do que quatro paredes. As ligações entre chão e tecto com as paredes também

são desprezadas, porque o EnergyPlus considera que estes não têm de coincidir em forma ou



posição para que os cálculos sejam exactos. Embora tal não deixe de ser verdade, torna o

desenho do edifício ainda mais difícil de compreender. Num programa de visualização que seja

limitado, rapidamente o desenho do edifício se torna simplesmente um emaranhado de linhas,

mesmo que estas tenham cores diferentes consoante o tipo de elemento construtivo que

representem. Veja-se como exemplo o corpo do edifício representado numa situação destas na

Figura 2.10.

· A definição no editor base do EnergyPlus da geometria dos elementos construtivos é

demorada, fastidiosa e muito propensa a erros de introdução: considerando o número total

de elementos a definir, que para o corpo do edifício em estudo ronda os 350, entre paredes,

pavimentos e tectos, portas e vidros, calcule-se então o número de pontos e das suas

respectivas posições nos eixos x, y e z que serão necessários definir. Tal faz com que o desenho

de um edifício de área considerável no programa, como é o caso neste estudo, se possa alongar

por vários dias ou até semanas. Além disso, como já se referiu, será necessário gravar e abrir

várias vezes o ficheiro de desenho para verificar se o desenho se está a desenrolar como

desejado, o que aumenta ainda mais o tempo despendido.

Figura 2.10 – Desenho do corpo do edifício em estudo e dos edifícios que lhe provocam sombreamento, em formato dxf, quando visualizado no programa gratuito DraftSight.

Mais uma vez, como se pode ver, as interfaces alternativas do EnergyPlus, em especial as em

3D, desenvolvidas por empresas externas, ganham importância e peso. No entanto, dentro destas, as

que são fornecidas gratuitamente apresentam ainda (à data de publicação desta dissertação) muitas



limitações e erros. Assim sendo optou-se por preferir o rigor à poupança de tempo no desenho do

edifício nesta dissertação, utilizando-se então apenas o IDF Editor.

GlobalGeometryRules

Como a definição da geometria é feita ponto a ponto, primeiro será necessário definir com que

ordem estes são colocados, de forma ao EnergyPlus conseguir “compreender” como estes devem ser

ligados entre si e que face do elemento resultante se encontra virada para o exterior e para o interior21.

Assim, neste parâmetro, define-se qual o vértice do elemento que é sempre considerado como o

inicial (cf. Figura 2.11), tendo-se escolhido o canto inferior esquerdo (Starting Vertex Position ->

LowerLeftCorner). Depois é definida a ordem com que os restantes pontos são colocados, tendo sido

escolhido o sentido anti-horário (Vertex Entry Direction -> Counterclockwise). Definiu-se que os sistemas

de coordenadas para a construção do edifício serão relativos para cada zona ao invés de absolutos

(Coordinate System -> Relative), de forma a facilitar a introdução e correcção de coordenadas de pontos

(cf. Figura 2.12).

Figura 2.11 – Ordem de definição de pontos escolhida.

Figura 2.12 – Diferença da definição de pontos para duas zonas com referenciais distintos, usando um sistema de coordenadas absoluto

(esquerda) ou dois sistemas relativos (direita).

Zone, ZoneList e ZoneGroup

No parâmetro Zone definem-se as zonas: os seus nomes, a posição do sistema de coordenadas

relativo de cada uma em relação ao absoluto do edifício, introduzem-se os valores de altura e volume ou

se estes devem ser calculados a partir das posições dos pontos (autocalculate) e se a área dessa zona

conta para a área total do edifício ou não. Podem ser ainda escolhidos os algoritmos de convecção

usados na simulação, caso estes não tenham sido definidos nos parâmetros

SurfaceConvectionAlgorithm.

21 Felizmente o EnergyPlus, no início da simulação, cruza os dados deste parâmetro com os inseridos no

Construction e caso detecte que a face exterior da construção tenha sido definida, na geometria, como interior, ou vice-versa, cria um aviso.



Podem ser criadas listas e grupos de zonas, para serem utilizadas por outros parâmetros,

agrupando-se assim, por exemplo, as zonas com utilizações/funções similares.

Definição das geometrias dos elementos construtivos

Para se definirem as geometrias dos elementos construtivos pode-se utilizar simplesmente o

parâmetro BuildingSurface:Detailed para todos eles. No entanto é necessário inserir muita informação, o

que demora muito tempo e é propenso a erros. Na versão 6.0 do EnergyPlus, já se encontram outros

parâmetros mais específicos para cada tipo de elemento, bem mais simples de preencher e com melhor

organização do ficheiro de simulação. Como tudo indica que essa forma de definir os elementos irá ser

continuada e desenvolvida nas próximas versões do programa, será a forma utilizada nesta simulação.

Na Figura 2.13 está representada a lista completa de parâmetros que se encontram na classe Thermal

Zones and Surfaces. Note-se que os parâmetros utilizados têm números à frente, correspondentes ao

número de elementos distintos que foram introduzidos. Os que não foram utilizados têm [- - -] à frente.

Figura 2.13 – Parâmetros disponíveis na classe Thermal Zones and Surfaces.

Assim as paredes são definidas nos parâmetros Wall. Estes têm vários sub-tipos:

– Wall:Exterior: paredes exteriores;

– Wall:Adiabatic: paredes interiores de separação de zonas com temperatura idêntica22;

– Wall:Underground: paredes abaixo do solo23;

22 Estando ambas as faces a temperatura idêntica, terá um comportamento, na prática, próximo a de um

elemento adiabático. Ao considerar uma parede deste tipo como adiabática, poupa-se esforço computacional na simulação sem sacrificar significativamente a sua exactidão.



– Wall:Interzone: paredes interiores de separação entre um espaço climatizado e um espaço

não-climatizado;

– Wall:Detailed: permite definir qualquer tipo de parede. Deve ser utilizado para casos especiais

que não sejam cobertos pelos parâmetros anteriores, por necessitar de maior quantidade de informação.

Algumas paredes interiores que existem no edifício não foram consideradas na simulação. Estas

dividem salas que têm a mesma utilização e que são climatizadas pela mesma unidade, como por

exemplo as paredes que separam salas de aula anexas ou as que dividem os espaços nos laboratórios.

Esta consideração é sugerida pelo EnergyPlus, na secção “A Methodology for Using EnergyPlus” no seu

manual de ajuda “Getting Started” [9]. Este refere que a diferença entre simular um edifício com todas as

suas paredes internas ou simular o mesmo edifício apenas com as suas paredes exteriores e

substituindo as paredes omissas por um corpo teórico interior – com uma determinada “massa interna”,

igual à soma das massas destas paredes – será de tal forma pequena que faz a simplificação

compensar. Verifique-se a Figura 2.14. Entre o edifício representado de forma exacta, à esquerda, ou de

forma simplificada à direita, os resultados não apresentam diferenças apreciáveis (desde que o edifício

seja todo climatizado por uma única unidade e não existam grandes discrepâncias nos ganhos solares e

na convecção do ar entre os vários espaços).

Caso as zonas sejam climatizadas por unidades distintas, tenham ganhos de calor discrepantes

ou utilizações diferentes, deve-se utilizar uma configuração intermédia entre as representadas na Figura

2.14, como a presente na Figura 2.15. Este será o método utilizado nesta dissertação.

Sendo assim, não se introduziram detalhadamente as paredes interiores das zonas definidas,

inserindo-se apenas a sua massa, no parâmetro InternalMass. O EnergyPlus simplifica a introdução

destes valores, sendo necessário inserir apenas a área e tipo de construção que é usado nas paredes

interiores omitidas. O cálculo da massa é depois realizado automaticamente pelo programa.

23 Caso uma parede tenha uma parte debaixo do solo e outra acima, a parede deve ser definida em duas

partes.



Figura 2.14 – Imagens retiradas do documento Getting Started [9]. À esquerda vemos o edifício com todas as suas paredes exteriores e interiores definidas. À direita temos o mesmo edifício, apenas com as paredes exteriores e com elementos

internos com uma dada massa interna equivalente à soma de todas as paredes interiores.

Figura 2.15 – Imagem retirada do documento Getting Started [9]. Uma outra definição das zonas do edifício, intermédia entre as duas definições da figura anterior.

Por sua vez, os pavimentos em contacto com outras zonas são definidos no parâmetro

Floor:Detailed e os em contacto com o solo no parâmetro Floor:GroundContact. Deu-se prioridade à

utilização do Detailed em detrimento dos outros tipos de parâmetros por se ter considerado ser mais

simples de evitar erros na introdução. E, pelo mesmo motivo, os tectos e a cobertura do edifício foram

inseridos no parâmetro RoofCeiling:Detailed. As portas foram inseridas no parâmetro Door, onde é

necessário apenas colocar o seu tipo de construção, dimensões e em que parede se encontra embutida.



Vãos envidraçados e dispositivos de protecção solar

Por sua vez, para a definição dos vãos envidraçados, será necessário utilizar vários parâmetros.

Primeiro devem-se definir o caixilho dos envidraçados e os dispositivos de protecção solar. Os caixilhos

são definidos em WindowProperty: FrameAndDivider. Foi colocado como largura, da periferia para o

interior do vão, do caixilho 12,5 cm (Frame Width) e como coeficiente U o valor 25 W/(m2.K) (Frame

Conductance), dado que se considera que os caixilhos serão de alumínio. Não foram introduzidas

quadrículas nos envidraçados. Os restantes campos foram deixados com os valores por defeito.

No parâmetro Window, são inseridos o tipo de caixilho, o tipo de dispositivo de protecção solar

(se o tiver), que tipo de vão envidraçado – definido no parâmetro Construction – se trata e, finalmente,

em que elemento construtivo (neste caso parede) se encontra embutida.

Os dispositivos de protecção solar são definidos em WindowProperty: ShadingControl. Foi

necessário definir dois tipos de protecção, embora tendo as mesmas propriedades, um para os vãos

envidraçados com vidro simples e outra para vidros duplos. A associação aos tipos de vãos é feita no

campo Construction with Shading Name. Relembre-se que as protecções usadas são exteriores

(Shading Type -> ExteriorBlind).

É necessário também definir uma schedule para a activação dos estores. Esta schedule é

introduzida no campo Schedule Name e colocando a opção Yes no campo Shading Control is

Scheduled. Estudou-se a utilização de três schedules diferentes, uma primeira que se baseia nos

períodos de activação e desactivação das protecções solares estipulados no RCCTE, uma segunda

baseada na realidade do edifício, em que os estores são deixados estendidos e com as lâminas a 45º,

sendo raramente alterados ao longo do ano, e uma terceira baseada numa utilização mais activa e

sensata, em que os estores são accionados sempre e logo que se ache necessário e desactivados caso

contrário.

O RCCTE considera que na estação de aquecimento, durante o dia (solar), as protecções

solares nunca estão activadas; na estação de arrefecimento considera que estão accionadas 70% do dia

e desactivadas nos restantes 30%.



Assim considerou-se que de 1 de Novembro a 9 de Abril24, os estores estão totalmente abertos

(ou seja, recolhidos) entre as 7:00 e as 17:30 e nas restantes horas estão accionados com um ângulo de

lâminas de 1º (ou seja, com as lâminas totalmente fechadas e sem intervalos entre si por onde entre luz

solar directamente). Entre 1 de Junho a 30 de Setembro os estores estarão totalmente abertos das 7:00

às 9:00 e das 18:00 às 20:00, perfazendo cerca de 30% do dia em que existe luz solar, e estarão

fechados nas restantes horas do dia.

Note-se que este horário não terá assim em conta a variação de horas diárias de sol ao longo do

ano, apontando para uma média deste valor para cada estação. Esta consideração não tem impacto

relevante nos resultados. Pequenos testes realizados onde, para a estação de aquecimento, se

comparou o horário criado com a opção de os estores abrirem sempre que existisse luz solar, mostraram

que os valores da simulação para as necessidades de aquecimento diferiam em apenas 1% entre as

duas opções.

Para a terceira schedule os estores estarão fechados em três situações: de noite; quando o

edifício se encontra muito quente e a necessitar de arrefecimento; ou quando a luz solar que entra nas

zonas é intensa ao ponto de provocar incómodo aos utilizadores. Felizmente o EnergyPlus considera

essa mesma opção, colocando-se no campo Shading Control Type o valor

OnNightAndOnDayIfCoolingAndHighSolarOnWindow. O valor de luz solar, a passar por uma certa área

de envidraçado, que se considera que ultrapassará o limite do conforto será de 95 W/m2, valor retirado

da referência [16]. Para evitar que os estores fossem operados logo que o sol nascesse, a horas ou dias

em que ninguém se encontra no edifício para os operar, foi também introduzida uma schedule que limita

que só possam ser operados das 7h às 20h e apenas em dias úteis.

Existe no entanto um problema com esta consideração. Quem utilize o edifício facilmente verifica

que a utilização dos estores por parte dos utilizadores é desleixada. Note-se que sendo o edifício um

estabelecimento de ensino é raro o mesmo grupo de pessoas permanecer muito tempo na mesma zona,

o que contribui para que isso aconteça. Na maior parte do tempo os estores permanecem semi-abertos,

com as lâminas num ângulo de aproximadamente 45º, e raramente são operados. E se são fechados ou

abertos a meio do dia, permanecem nessa posição durante o resto do dia ou até, por vezes, vários dias.

A segunda schedule vão então reflectir esta utilização, com as lâminas permanentemente a 45º.

Fizeram-se então simulações, com uma versão de teste do edifício para estas três situações (onde

existe apenas a envolvente exterior do edifício, com os seus envidraçados, e os sombreamentos

provocados pelos edifícios vizinhos e palas; ventilação, climatização, ganhos internos, ocupação e outros

24 Relembra-se que quer no local onde o edifício se encontra na realidade, quer no local considerado na

simulação (Almada e Lisboa respectivamente), o RCCTE estipula que a estação de aquecimento dura 5,3 meses e a de arrefecimento 4 meses.



elementos não foram considerados na simulação), e compararam-se as necessidades de aquecimento e

de arrefecimento.

Observou-se que diferenças nas interpretações sobre o uso das protecções solares, mesmo que

ligeiras, podem provocar diferenças significativas nos resultados, pelo que se justifica a atenção dada a

este ponto. Por exemplo, a diferença entre a situação com os estores sempre accionados, mesmo que

com as lâminas entreabertas, provoca um aumento nas necessidades de aquecimento em relação à

agenda do RCCTE de cerca de 44%. Este aumento não é compensado (quer em valor absoluto quer

relativo) pela redução de 29% nas necessidades de arrefecimento.

Sem surpresa constatou-se que as diferenças entre a agenda do RCCTE e a consideração de

estores fechados consoante a necessidade de conforto (terceira opção), na estação de aquecimento,

são desprezáveis. Como nesta estação dificilmente o edifício aquece demasiado (relembre-se que se

excluíram os ganhos internos), ou existe exposição solar excessiva nas zonas, os estores estarão

abertos praticamente o dia inteiro e fechados de noite, como considerado no RCCTE. Já a diferença na

estação de arrefecimento começa a ser visível, pois nas horas escolhidas para o fecho dos estores

durante o dia, na agenda RCCTE, podem existir horas em que os estores abertos permitam a entrada de

demasiada radiação solar, e estejam fechados quando um maior contacto com o exterior, a uma

temperatura inferior à interior, contribuiria para um maior arrefecimento das zonas.

Para a simulação realizada nesta dissertação foi então escolhida a terceira opção. Não se deve

esquecer o impacto que uma utilização diferente dos estores provocará nos resultados. Retira-se então

daqui que, na vida real, a regulação dos estores deve ser feita com um mínimo de cuidado. Parecendo

um gesto fútil, acaba por ter um peso importante na factura energética, algo similar ao cuidado que é

necessário ter com a utilização da iluminação eléctrica.

Sombreamento

O sombreamento causado pelos edifícios da faculdade vizinhos e pelos restantes corpos do

edifício do DEMI são tratados no parâmetro Shading:Building. Neste, tal como se definem os elementos

geométricos do corpo do edifício estudado, inserem-se as geometrias dos corpos e edifícios que

provocam sombreamento. Assim, como se pode observar na anterior Figura 2.10, irão aparecer os seus

contornos desenhados no ficheiro dxf, do desenho do edifício.

Já o sombreamento provocado por palas do próprio edifício é definido de forma similar no

parâmetro Shading:Zone:Detailed. Existem parâmetros onde as palas seriam mais fáceis de definir, mas

dada a forma geométrica algo peculiar das que se encontram no edifício, será necessário utilizar este.



Pontos em comum

Os campos a preencher em comum à maioria dos parâmetros anteriores são o nome do

elemento, a que zona(s) a parede (ou elemento) pertence, que tipo de construção é utilizada nele, o seu

ângulo de inclinação (paredes: 90º, pavimentos: 180º, tectos: 0º) e, como seria de esperar, os seus

pontos geométricos, altura e comprimento.

Em alguns parâmetros é necessário referir se o elemento em causa está em contacto com vento

e se recebe luz solar directa. Relembre-se que o EnergyPlus não considera situações como óbvias. Se

um elemento é interior e tem obstáculos à luz solar e ao vento, o programa não considera esses dados

automaticamente.



3. Simulação dos sistemas de climatização

3.1. Introdução à simulação realizada e dados relevantes dos sistemas

Como já foi referido, o edifício é suposto ser climatizado por cinco UTV (em que uma delas, a UTV5,

tem recuperação de calor), que possuem apenas bateria de aquecimento, sendo o arrefecimento limitado

a free-cooling. As baterias de aquecimento funcionam a água quente, sendo esta aquecida por caldeiras

alimentadas a GPL. Cada uma das UTV vai insuflar ar para determinadas zonas do edifício. Como este

ar insuflado terá de ter uma certa percentagem de ar novo, nem todo o ar poderá ser recirculado, sendo

parte dele expulso para o exterior nas UTV ou nas próprias zonas, sendo enviado para os corredores, de

forma a aquecê-los. Esta situação será analisada com maior pormenor mais à frente. Note-se então que

os caudais de ar insuflado e recirculado não serão idênticos.

Das 19 zonas definidas no corpo do edifício para simulação, 14 irão ser climatizadas pelas cinco

UTV presentes no edifício (cf. Tabela 3.1), ficando de parte os halls, corredores, instalações sanitárias e

armazéns (ou seja, as 4 ENU). Fica também de parte o laboratório do piso 4, cuja situação será

analisada mais à frente. Relembre-se que no projecto inicial este espaço seria uma biblioteca climatizada

pela unidade centralizada de ar condicionado UCA 1, que foi desactivada logo no início da utilização do

corpo do edifício.

Será relevante para a simulação obter dados de projecto das potências de aquecimento e dos

caudais de ar e água, para as UTV, caldeiras e zonas climatizadas. Infelizmente os dados do projecto

inicial são escassos, incongruentes com a realidade ou foram simplesmente omitidos. As telas finais, a

memória descritiva, as informações técnicas dos catálogos ou mesmo as informações que estão inscritas

nas instalações, raramente apresentam os mesmos valores para a mesma variável.

Tendo tudo isto em conta, os valores utilizados para as potências de aquecimento, caudais de água

e ar total insuflado, temperaturas de projecto e outras propriedades das UTV serão retirados dos dados

de projecto das suas descrições técnicas – que se aproximam das que constam nas placas de

informação das UTV –. As informações sobre as caldeiras serão retiradas da memória descritiva das

instalações. Por sua vez os valores para os caudais de ar insuflados nas salas, ar recirculado e ar

extraído pelos ventiladores serão retirados das telas finais da rede de distribuição de ar. Todas estas

fontes foram as mais fiáveis entre as que se conseguiram encontrar.

Apresentam-se nas tabelas seguintes os dados mais relevantes dos sistemas de climatização para

a simulação. Para os sistemas que servem também zonas de outros corpos do edifício, serão

considerados valores ponderados que consideram apenas o funcionamento para o corpo central.



Tabela 3.1 – Breve descrição das zonas consideradas na simulação.

* A área actual a que corresponde esta zona, mais vulgarmente conhecida por auditório ou sala 3.9, era, no projecto

inicial, em parte climatizada pela UCA 2, que foi desactivada.

Tabela 3.2 – Valores das UTV relevantes para a simulação.

* Valores ponderados, com base no caudal insuflado, após remoção das zonas que não fazem parte do corpo central.

Nos valores para as UTV encontramos a variável Factor UA da bateria de aquecimento (W/ºC). Esta

variável define a eficiência da troca de calor entre a água que circula no interior da bateria de

aquecimento e o ar a aquecer que passa através dela.



No que toca às caldeiras, a sua potência total não será utilizada, dado que estas servem todo o

edifício e não apenas o corpo central. Tendo em conta que o caudal de água aquecida que é enviada

para o corpo central é cerca de 45% em relação ao caudal total que sai das caldeiras, a sua potência

será também reduzida nesta percentagem. Será considerada então uma potência de 90,9 kW com uma

eficiência de 0,83, um caudal de água aquecida igual à soma dos caudais fornecidos às UTV analisadas

e um aquecimento da água até aos 80ºC, utilizando GPL como combustível. Estes valores serão

analisados com maior atenção mais à frente.

Para calcular o IEE real de simulação, considera-se que todo o sistema de climatização e

equipamentos auxiliares ligam nos dias úteis, às 7 horas, uma hora antes de o edifício ter ocupação, de

forma a garantir que quando chegam os primeiros utilizadores do edifício, este já se encontra à

temperatura desejada. É desligado às 20 horas, quando o edifício volta a não ter ocupação relevante.

Nos fins-de-semana e períodos de férias escolares – que vão de 1 de Agosto a 14 de Setembro e de 21

de Dezembro a 1 de Janeiro – o edifício considera-se fechado e o sistema totalmente desligado. Todos

estes valores serão inseridos na simulação, em parâmetros que serão explicados ao longo deste

capítulo.

3.2. Definição dos perfis das zonas climatizadas

Para o projecto de climatização do edifício é fundamental conhecer para cada zona as cargas

internas provocadas pela ocupação, iluminação e utilização de equipamento. As densidades horárias de

cada um, inseridas na simulação, são baseadas nos perfis de referência que se encontram no Anexo XV

do RSECE, e depois adaptadas à realidade do edifício. Estes perfis variam consoante a utilização-tipo do

espaço analisado.

Os espaços do corpo do edifício que são climatizados têm 5 tipos principais de utilização –

Aulas, Salas de Computadores, Gabinetes, Laboratórios e Bar –. Consoante cada um será necessário

utilizar um perfil diferente, embora todos tenham pontos em comum por estarem presentes no mesmo

edifício, como se vai ver. As alterações feitas aos perfis nominais para adaptar à realidade do edifício

são descritas nos pontos seguintes, e resumidas na Tabela 3.3.

Espaços de Aulas

Incluem-se o auditório (P3 Aulas), as salas de aulas e salas de estudo (P4 Aulas, P3 e P4 Ala

Esquerda). O perfil base utilizado será o denominado Estabelecimentos de Ensino Superior.



Pelo facto de nas salas não existirem equipamentos relevantes a serem utilizados, à excepção

da utilização esporádica de projectores, opta-se por excluir a utilização de equipamentos na simulação.

No que toca à iluminação a densidade será de 5,5 W/m2.

Como a ocupação das salas é reduzida em períodos de estudo sem aulas e elevada em épocas

de exame, considera-se que o valor padrão de 10 m2/ocupante irá fornecer um valor indicado de

utilização média para a simulação do consumo anual.

Salas de Computadores

Diferem apenas do perfil anterior das salas de aulas no que toca à densidade de ocupação e ao

equipamento. A ocupação mantém-se inalterada nos 10 m2/ocupante. Devido à utilização dos

computadores, cerca de um por cada dois alunos, vai ser utilizada a densidade padrão de equipamento

do perfil Estabelecimentos de Ensino Superior de 10 W/m2 para a simulação de consumo energético

anual.

Gabinetes

Consideram-se como gabinetes as secretarias e respectivas salas anexas, reprografia, posto

médico, portaria e gabinetes de professores (P2, P3 e P4 Gabs). Será utilizado o perfil Escritórios, com a

redução da densidade de ocupação para 32,3 m2/ocupante, que se irá repercutir também numa menor

utilização de equipamento, considerando-se que irão ser utilizados computadores e impressoras com um

total de calor sensível libertado de 200 W. A densidade de iluminação utilizada será de 5,5 W/m2.

Laboratórios

São os espaços do corpo do edifício cujos perfis são mais difíceis de definir. Primeiro porque no

RSECE não se encontra um perfil que se enquadre na sua função, e segundo porque a ocupação destes

é mínima. Os laboratórios não são significativamente utilizados excepto quando existe alguma, pouco

frequente, aula de laboratório. Os dois laboratórios do piso 2 têm dois funcionários contratados a tempo

inteiro, enquanto que os laboratórios dos pisos 1 e 4 normalmente encontram-se sem qualquer utilizador.

A utilização do equipamento é também difícil de definir porque varia entre a utilização de

computadores a trabalhos de soldadura, ou até a utilização esporádica de um túnel de vento ou de

máquinas de tecnologia mecânica com considerável consumo de electricidade.

Decidiu-se então considerar 1 utilizador para cada laboratório, cujo horário de trabalho se inicia

às 8 horas e termina às 17 horas. Considera-se um período de almoço das 12 às 14 horas, onde a



ocupação é reduzida para metade. Este horário será também utilizado para os perfis de utilização de

equipamento e iluminação.

A potência do equipamento de cada laboratório será considerada como sendo idêntica ao perfil

“Estabelecimentos de Ensino Superior” patente no RSECE de 10 W/m2 e a densidade de iluminação

registada é de 3,5 W/m2.

Quanto ao laboratório do Piso 4, considera-se que este só é utilizado no máximo por uma única

pessoa e que a potência dos seus equipamentos é desprezável.

Bar

Para o Bar (P2 Bar), que serve refeições à hora do almoço, foi adoptado o perfil de Pronto-a-

Comer. No entanto é necessário alterar vários parâmetros, dado que este tem uma utilização atípica.

Relativamente aos horários, o Bar abre mais tarde e fecha mais cedo do que o indicado nos

perfis, considerando-se que o Bar funciona das 7 horas às 19 horas. Fecha mais cedo por já não ter

ocupação relevante.

A densidade do equipamento mantém-se nos 30 W/m2 mas a sua utilização entre as 14 e as 19

horas fica fixa em 75%, dado não se servirem jantares e por a ocupação pelos alunos ser reduzida

nestas horas. Note-se ainda que se considera que a comida é sempre trazida no início de cada dia e que

a sua quantidade é controlada, para que não se tenha de utilizar arca frigorífica ou outro armazenamento

de comida, durante a noite e os fins-de-semana. Tal é possível porque a logística do Bar é relativamente

simples, por este ser de pequena dimensão e não fazer um grande número de refeições.

A densidade de iluminação registada é de 4 W/m2.



Tabela 3.3 – Diferenças entre os perfis utilizados na simulação e os nominais do RSECE.

Pontos em Comum

Independentemente das funções de cada área, o edifício rege-se pelos calendários lectivos da

faculdade, pelo que se encontra praticamente sem utilização nos períodos em que não ocorrem aulas,

salvo algumas excepções pouco significativas. Assim sendo considera-se que o sistema de climatização

está totalmente desligado nos períodos de férias escolares (1 de Agosto a 14 de Setembro e de 21 de

Dezembro a 1 de Janeiro) e aos fins-de-semana. Como tal, todos os perfis têm ocupação, iluminação e

equipamento nula nestes períodos.

Não se consideram as restantes férias e feriados porque não só variam de ano para ano como

também acabam por servir para compensar os períodos excepcionais não considerados em que a

faculdade funciona, como quando são realizadas provas de avaliação ao Sábado. Ignora-se o facto de

nas quartas-feiras de tarde não existirem aulas marcadas porque por vezes realizam-se provas de

avaliação ou aulas extraordinárias.

Sempre que foi necessário estimar ou calcular valores, em especial para as perdas por radiação

e as potências dos equipamentos, que não se encontravam descritos nos regulamentos e nos manuais

do EnergyPlus, consultou-se a referência [6].



Excepções

Para os espaços não climatizados (ENU) considera-se a densidade de iluminação como sendo

nula nos dias úteis, enquanto há luz solar, e com o valor de 5,1 W/m2 nos dias úteis de noite, nos fins-de-

semana e nos períodos de férias.

A central telefónica do Piso 1 (P1 C Telefonica) é aquecida mas não tem qualquer ocupação e a

sua função é actualmente diferente do que foi inicialmente projectado. Serve agora para guardar os

servidores e sistemas anexos, pelo que actualmente necessita de ser arrefecida e não aquecida como foi

inicialmente projectado. É provável que o registo da entrada de ar aquecido nesta zona tenha sido

fechado, pelo que se considera, para fins de simulação, que embora entre ar aquecido como inicialmente

projectado, esta zona não irá ter qualquer controlo de temperatura. Em termos de equipamento,

considera-se que este funciona 24 horas por dia, o ano inteiro.

Ar Novo

As necessidades de ar novo dependem não só da densidade de ocupação como também da

actividade física que aí se realiza. Para decidir qual a necessidade de ar novo requerida para cada zona,

consultou-se o Anexo VI do RSECE. Por coincidência, para todas as utilizações irá ser utilizado o caudal

mínimo de 35 m3/(h.ocupante), à excepção das salas de aulas que terão 30 m3/(h.ocupante). Em caso de

dúvida ou na presença de vários valores possíveis, é imposto que se escolha o que pede maior

exigência de caudal de ar novo. É de referir que estes caudais de ar novo são elevados, levando por

vezes a mais de quatro renovações de ar por hora em cada sala.

Note-se que os caudais de ar novo mínimos só afectam a simulação caso os caudais de ar novo

de projecto sejam inferiores a estes primeiros. Caso tal aconteça, a simulação irá considerar que as UTV

aumentam os caudais de ar novo insuflado até atingirem o valor regulamentar.

3.3. Definição das zonas climatizadas

Para que cada uma das zonas seja simulada no EnergyPlus, será necessário definir cada uma

delas no parâmetro Sizing:Zone (cf. Figura 3.1). Neste foram introduzidos o nome de cada zona, a

temperatura de projecto do ar aquecido insuflado na zona e o rácio de humidade contida neste.

A temperatura de projecto do ar aquecido insuflado nas zonas foi considerada igual à

temperatura de projecto do ar aquecido proveniente da respectiva UTV que as serve.



As necessidades de ar novo serão introduzidas, colocando-se o valor de ar novo necessário, em

m3/s, por cada utilizador. O caudal total de ar novo necessário será calculado a cada timestep pelo

programa, proporcionalmente à densidade de ocupação horária.

A temperatura das salas será controlada por termóstatos, que serão definidos nos parâmetros

ZoneControl:Thermostat e ThermostatSetpoint:DualSetpoint. No primeiro colocam-se schedules

previamente definidas, que contêm as temperaturas de aquecimento ou de arrefecimento desejadas para

cada hora. Como será necessário criar termóstatos para o aquecimento (aquecer a zona até 20ºC) e

para o arrefecimento (arrefecer a zona desde 25ºC), estes depois são “unidos” num único termóstato de

tipo DualSetpoint, tentando manter a temperatura do ar das zonas no intervalo imposto pelos

regulamentos de 20 a 25ºC. O termóstato é depois associado às zonas no parâmetro ZoneControl.

Figura 3.1 – Alguns dos valores introduzidos no parâmetro Sizing:Zone.

3.4. Parâmetros correspondentes aos ganhos internos

Os ganhos internos (de calor latente e sensível) nas zonas dependerão, como já se sabe, da

iluminação, do equipamento, e da ocupação e actividade exercida pelos utilizadores.

A definição da iluminação é feita no parâmetro InternalGains:Lights; para o equipamento no

parâmetro InternalGains:ElectricEquipment; e para a ocupação do edifício no parâmetro

InternalGains:People. Todos eles serão associados a uma zona, ou lista de zonas com utilização



semelhante, e a um horário de funcionamento, com os valores das fracções/percentagens dos perfis

anteriormente referidos.

No que toca à iluminação, o programa necessita que se coloquem as densidades de consumo

energético para cada zona ou lista de zonas e qual a fracção dessa energia que é perdida em calor sob

as formas de radiação e convecção. A fracção de cada um deles depende da montagem da caixa onde

se encontram as lâmpadas, que no corpo do edifício serão todas do tipo fluorescente. Os valores podem

ser consultados na Tabela 13 do documento Input-Output Reference [10], que é reproduzida na figura

seguinte.

Figura 3.2 – Reprodução da Tabela 13 e respectiva figura explicativa da referência [10].

No que concerne aos equipamentos, é de referir novamente que se considera que todos eles

funcionam a electricidade – daí o parâmetro correspondente no programa ser apenas o InternalGains:

ElectricEquipment –. Este parâmetro necessita que se introduzam as densidades de consumo energético



para cada zona ou lista de zonas, qual a fracção dessa energia que é perdida em calor sensível e em

calor latente, e sob que formas (radiação e convecção).

Considera-se que os equipamentos não produzem qualquer calor latente. A única excepção

seria a dos equipamentos do Bar, mas quando estes produzem calor latente significativo, durante o

período de almoço, está ligado o ventilador de extracção VE 6. Considera-se que este removerá toda

esta carga, por motivos de simplificação.

Os ganhos de calor sensível com origem nos equipamentos serão propagados em 70% por

radiação e em 30% por convecção. Estes valores foram retirados da referência [6].

Finalmente o calor produzido pelos utilizadores, é especificado no parâmetro

InternalGains:People. Neste insere-se uma schedule com os valores horários de cada tipo de actividade

desenvolvida nos espaços pelos utilizadores e densidade de ocupação.

Utilizam-se os valores definidos pela norma ASHRAE HOF, apresentados na Tabela 10 da

referência [10] (cf. Figura 3.3). Esta actividade vai-se também repercutir na libertação de calor latente,

que é automaticamente calculada pelo programa. É ainda definido que 60% do calor libertado pelos

utilizadores será sobre a forma de radiação, valor padrão para a perda de calor para pessoas que

realizem poucos movimentos, quando não expostas a vento.

Figura 3.3 – Excerto da Tabela 10 da referência [10].



3.5. Trocas de ar entre zonas

Uma das vantagens das simulações multizona é poder simular o efeito não só da troca de calor

entre as várias zonas de um edifício por condução, entre as suas fronteiras, mas também por convecção,

pelas trocas de ar que ocorrem. Ora no projecto inicial de climatização e de ventilação do corpo do

edifício, estas trocas são projectadas de forma a que, como já foi referido, os corredores e instalações

sanitárias sejam aquecidas indirectamente por ar quente vindo das salas que são climatizadas. O ar

infiltrado nos corredores é depois enviado para o exterior, através dos ventiladores das instalações

sanitárias. Assim sendo, o caudal de recirculação ou de extracção de cada sala será inferior ao

insuflado, de forma a haver uma parte do caudal que irá sair das salas e infiltrar-se nos corredores.

Ao introduzir estes valores de caudais de infiltração das salas para os corredores, a simulação

apresenta vários erros graves por não conseguir encontrar convergência de valores no interior das salas.

Assim sendo é preciso dividir este efeito de infiltração em dois passos, esses passos que são feitos nos

parâmetros ZoneAirflow:ZoneMixing e Fan:ZoneExhaust.

No ZoneMixing são introduzidos os valores dos caudais de infiltração de ar nos corredores, vindo

das salas aquecidas. No entanto este campo apenas considera alterações no calor na zona de destino,

não afectando as zonas de origem. Ou seja, na simulação os corredores seriam aquecidos, mas os

balanços de ar e de calor no interior das salas ficariam inalterados. O parâmetro Fan:ZoneExhaust entra

para corrigir esta situação. Este considera a presença de ventoinhas de extracção, ligadas directamente

ao exterior, que terão um caudal igual ao de infiltração nos corredores para cada uma das salas. Assim o

balanço de ar e de calor no interior das salas sofrerão também alterações, como esperado. A Figura 3.4

exemplifica este processo. Estas trocas só serão relevantes no horário de funcionamento do sistema de

climatização, pelo que estes ventiladores de extracção terão um horário de funcionamento idêntico (dias

úteis entre as 7 e as 20 horas).

Figura 3.4 - Exemplificação da situação real e da situação simulada para a ventilação dos corredores de cada piso.



Note-se que a opção de enviar este ar para o exterior fará com que não seja necessário simular

as extracções de ar pelas instalações sanitárias, efectuadas pelo ventilador VE3. O consumo de

electricidade deste irá ser calculado à mesma, sendo idêntico ao consumo total somado das ventoinhas

de extracção, inseridas nas zonas, anteriormente referidas.

Relembre-se ainda que assim sendo, dos 4 ventiladores presentes no corpo central, o VE 7 e o

VE3 (instalações sanitárias) não serão considerados, o exaustor da cozinha VE 6 irá ser accionado

durante o período de preparação de refeições – entre as 11:30 e as 14 horas de cada dia útil da semana

– e o VE 4 será incluído nas extracções de ar das salas a que se encontra ligado. Para mais informações

consulte-se o sub-capítulo 1.7.Descrição breve e estado actual da ventilação mecânica.

3.6. Definição dos sistemas de climatização e do seu circuito de água quente

A definição dos sistemas de climatização é feita no parâmetro Sizing:System.

No campo Minimum System Air Flow Ratio coloca-se o valor 1, tornando assim o caudal de

insuflação dos sistemas constante e sempre igual ao seu valor máximo calculado, tal como acontece na

realidade.

Figura 3.5 – Valores inseridos no parâmetro Sizing:System.

A maior parte dos campos seguintes deste parâmetro serão deixados nos seus valores por

defeito, em particular os relacionados com a humidade, dado que os sistemas originais não a controlam.

Serão introduzidas as temperaturas de aquecimento de projecto (Central Heating Design Supply Air



Temperature) e a activação da opção de free-cooling durante o Verão, no campo 100% Outdoor Air in

Cooling.

Finalmente a definição do circuito de água quente, que liga as caldeiras às UTV, é feita em

Sizing:Plant, onde se indica que a água irá ser utilizada para aquecimento e que a temperatura máxima

desta será de 80ºC, como consta no projecto. Também no projecto consta que a água irá sair das

baterias de aquecimento das UTV a 60ºC, pelo que se insere também neste parâmetro que se espera

que a água sofra uma redução de temperatura de 20º entre a entrada e a saída do circuito.

3.7. Definição dos componentes das UTV

Relembre-se que as UTV do corpo do edifício são constituídas por um ventilador de recirculação de

ar, uma caixa de mistura de ar, uma bateria de aquecimento, filtros e um ventilador de insuflação de ar.

Após a definição na simulação de cada um dos seus componentes, estes são ligados por ordem no

parâmetro Branch. Neste definem-se as ligações entre os nós de entrada e de saída de cada

componente, como se de um puzzle se tratasse, e quais os componentes que são activos ou passivos.

Se são activos, quando são ligados ligam também a UTV e quando são desligados desligam a UTV. Se

são passivos, ligam ou desligam consoante o decidido pelos activos.

Ainda sobre este ponto é de referir que sempre que na definição de um componente seja pedido o

seu horário de funcionamento, este será o já referido período das 7 às 20 horas, nos dias úteis, excepto

nos períodos de férias. De resto encontra-se sempre desligado.

Os elementos da mistura de ar são definidos nos parâmetros OutdoorAir:Mixer,

AirLoopHVAC:OutdoorAirSystem e respectivo EquipmentList, entre outros parâmetros mais

pormenorizados. Em todos estes inserem-se, basicamente, as ligações dos vários nós e componentes.

O programa exige que a entrada de ar novo tenha um controlador, que se insere no

Controller:OutdoorAir. Como as necessidades de ar novo já foram inseridas e calculadas noutros pontos

já referidos, os caudais deste no controlador ficarão em autosize25. As suas opções de Economizer, de

LockOut Type e restantes opções avançadas foram desactivadas por não existirem no sistema real.

Os ventiladores das UTV serão definidos em Fan:ConstantVolume, já que os seus caudais

volúmicos serão sempre constantes. No entanto estes podem ser desligados e ligados consoante seja

necessário. Considera-se que os motores dos ventiladores estarão totalmente inseridos dentro das UTV,

no campo Motor in Airstream Fraction, que irá fazer com que o ar insuflado seja ligeiramente aquecido já

depois de este sair da bateria de aquecimento. Este ponto pode fazer às vezes com que a temperatura

25 Ou seja, são calculados automaticamente pelo programa.



de insuflação, ou a temperatura interior das zonas, seja ligeiramente superior ao esperado. O caudal

máximo de ar que o ventilador pode insuflar (Maximum Flow Rate) será deixado em autosize por já ser

calculado noutros pontos do programa.

As baterias de aquecimento, para cada uma das UTV, são definidas no parâmetro

Coil:Heating:Water (cf. Figura 3.6). É preciso um grande cuidado ao introduzir os valores deste

parâmetro dado que, juntamente com os parâmetros Sizing:System e Sizing:Zone, irão influenciar

consideravelmente os resultados da simulação.

Figura 3.6 – Valores inseridos no parâmetro Coil:Heating:Water.

Um campo importante neste parâmetro é o método que se utilizou para a simulação do

funcionamento das baterias de aquecimento. Seguindo o manual do programa, antes de mais é

necessário colocar o campo Performance Input Method com o valor RatedCapacity. Isto significa que o

programa vai considerar o valor da potência da bateria de aquecimento introduzida. Ao escolher-se este

método é necessário introduzir com cuidado as temperaturas de entrada e saída do ar e da água na

bateria, retirados da Tabela 3.2.

A variável U-Factor Times Area Value é colocada em autosize e no campo Rated Ratio for Air and

Water Convection, foi deixado o valor por defeito de 1. Estes valores devem ser sempre verificados no

final da simulação pois são decisivos no cálculo da eficiência das transferências de calor por convecção

entre o circuito de ar e o circuito de água quente na bateria de aquecimento, em condições nominais de

funcionamento.

Das baterias de aquecimento falta só referir que estas têm de ter um controlador para a

temperatura e caudal de entrada da água quente, definido no parâmetro Controller:WaterCoil. Neste



deve ser dada a hipótese de o caudal poder ser nulo, de forma a desligar o circuito de água quente

sempre que as baterias não sejam utilizadas.

O módulo de recuperação de calor da UTV5 foi introduzido no parâmetro Heat Recovery:

HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate. Dada a falta de informações sobre esta unidade, apenas se podem

introduzir com alguma segurança os valores dos seus caudais e do rendimento e que a unidade é de

fluxos cruzados. Os restantes valores foram calculados com o maior cuidado possível, mas não puderam

ser confirmados. Devem então ser analisados com espírito crítico. Os valores introduzidos encontram-se

na figura seguinte.

Figura 3.7 – Valores introduzidos no parâmetro HeatExchanger:AirToAir:FlatPlate.

3.8. Definição dos componentes do circuito de água quente e das caldeiras

A definição do circuito de água é feita no parâmetro Sizing:Plant, e na definição dos seus

componentes e respectivas ligações. Assim será necessário definir os vários tubos que constituem o

circuito e a bomba que realiza a circulação de água. Para efeitos de simplificação, considera-se que os

tubos de transporte de água das caldeiras para as UTV serão adiabáticos. Assim serão introduzidos no

parâmetro Pipe:Adiabatic. Tendo em conta que na realidade estes são isolados termicamente, o erro

resultante desta consideração não deverá ser relevante.

Deve ser feita no entanto uma chamada de atenção: como o programa não considera quaisquer

trocas de calor no circuito de transporte, é necessário que na definição da bomba de água, no parâmetro

Pump:ConstantSpeed, o seu funcionamento seja considerado intermitente (campo Pump Control Type,



valor Intermittent), ou seja, que desligue sempre que a água quente não seja necessária. Caso contrário

a bomba ao funcionar continuamente irá fornecer algum calor à água, mesmo que tal não seja

necessário, pelo que na estação de arrefecimento a água dentro dos tubos de transporte pode atingir

valores de temperatura extremamente elevados; de tal forma que no início da estação de aquecimento,

as caldeiras não teriam de funcionar nos primeiros meses.

Não se irão referir as inúmeras ligações necessárias a realizar aos componentes, por tal não ser

relevante. Basta referir que a água quente irá sair das caldeiras e depois ramificar-se para os vários

tubos de transporte de água para as UTV. O retorno será feito da forma inversa. De notar então que

alguns componentes auxiliares do sistema real são omitidos por falta de informações e falta de

relevância para os cálculos da simulação.

O conjunto das caldeiras será definido em Boiler:HotWater. O tipo de combustível que as

alimenta é GPL (sendo o mais idêntico no programa o valor Fuel Type -> PropaneGas). A temperatura a

que a água deverá ser aquecida é de 80ºC e o seu caudal será de 0,003 m3/s (Design Water Outlet

Temperature e Design Water Flow Rate). Este caudal de água será considerado como constante (Boiler

Flow Mode -> ConstantFlow).

Figura 3.8 – Valores inseridos no parâmetro Boiler:HotWater.

Para introduzir a eficiência nominal do conjunto das caldeiras, foi consultada a Nota Técnica NT-

SCE-01 [4]. No quadro XII do seu Anexo VIII, encontramos os valores de eficiência de sistemas de

climatização e produção de águas quentes sanitárias. Como foram instaladas em 1997, à data de

realização desta dissertação estas tinham cerca de 14 anos, ficando no intervalo de 10 a 19 anos. Sendo

caldeiras a combustível gasoso, a sua eficiência será de 0,83. Este valor foi introduzido no campo



Nominal Thermal Efficiency. De salientar que na memória descritiva do sistema de climatização, o

modelo de caldeira é apontado como tendo uma eficiência, no início do seu funcionamento, superior a

0,90. Tal facto é contrariado neste quadro, onde se pode observar que logo nos primeiros anos de idade

é considerado que esse valor não pode ser superior a 0,87. Como a eficiência do conjunto será

considerada constante e independente da sua carga de funcionamento, não se insere nenhuma curva de

eficiência, deixando-se em branco o campo Normalized Boiler Efficiency Curve Name.

Os horários de funcionamento do circuito de água quente e das caldeiras serão os mesmos que os

das UTV: dias úteis, excepto períodos de férias, das 7 horas às 20. Como se referiu, sempre que não

seja necessário aquecimento do ar exterior, o circuito também será desligado.

3.9. Definição de arrefecimento teórico para o corpo do edifício

Como já se referiu, o sistema de climatização do edifício não possui arrefecimento. No entanto,este

tem de ser inserido na simulação, dado que, segundo os regulamentos, para a simulação e cálculo do

IEE, o edifício terá sempre de garantir as condições de conforto. Assim é necessário considerar a

utilização de sistemas de “default”, com base no disposto no n.º 6 do Art.º 15.º do RCCTE, ou seja, que o

«sistema de arrefecimento é uma máquina frigorífica com EER 3».

Assim sendo criaram-se sistemas de arrefecimento com este equipamento para todas as zonas

climatizadas, que garantem que a temperatura se encontre sempre balizada entre os 20 e os 25ºC

durante o horário de funcionamento.

A zona P4 Lab é um caso aparte. Esta, já se sabe, não só não tem arrefecimento como não é

climatizada de todo. Foi então climatizada na simulação por um sistema teórico com os equipamentos

acima exigidos, que garantem ainda a insuflação do caudal de ar novo mínimo necessário.

Como estes sistemas de arrefecimento são teóricos, o seu funcionamento em simultâneo com o

sistema real de aquecimento já projectado levantou dificuldades na sua introdução na simulação. Assim

recorreu-se ao auxílio do parâmetro HVACTemplate:Zone:PTAC, que facilita a introdução e configuração

de unidades de ar condicionado individuais para cada zona; criando automaticamente a maior parte dos

componentes e parâmetros necessários. Os maiores cuidados tomados na sua definição foram a

colocação de um EER igual a 3, como exigido; e garantir que estas unidades não iriam perturbar ou

alterar os caudais de ar insuflado, ar novo, ar recirculado e ar enviado para os corredores.



3.10. Produção de águas quentes sanitárias (AQS)

As águas quentes sanitárias (AQS) serão apenas necessárias para o Bar do edifício. Para o cálculo

das necessidades de produção de AQS, optou-se por utilizar a Folha de Cálculo do RCCTE, presente no

Anexo C.

Para o consumo médio diário de AQS irá ser utilizado o valor padrão regulamentar para edifícios de

serviços de 100 litros/dia. O sistema de AQS do edifício foi analisado na dissertação entitulada Estudo da

implementação de um sistema solar térmico no edifício do DEMI (cf. referência [8]), onde é descrito o

equipamento que é utilizado para efectuar o aquecimento: «No bar do edifício do DEMI está instalado um

termoacumulador de marca Termoventil, modelo Multi-F (...). Este equipamento funciona a electricidade

da rede e tem capacidade para 100 l de água.».

Para se obter o valor da eficiência do termoacumulador, o RCCTE remete para o ponto 3 do Anexo

VI. Como se desconhecem informações detalhadas sobre o isolamento térmico do termoacumulador,

deveria ser considerada a situação mais penalizadora presente neste ponto: a de Termoacumulador

eléctrico com menos de 50 mm de isolamento térmico. Assim sendo a eficiência considerada seria de

0,80. No entanto, tratando-se de um edifício existente, pode ser antes consultada a Nota Técnica NT-

SCE-01 [4], onde no seu Anexo VIII encontramos que para um termoacumulador eléctrico, com 10 a 19

anos, como é o caso, a sua eficiência deverá ser considerada como 0,70. Será utilizado este último

valor.

Para o aumento de temperatura necessário será considerado o valor por defeito de 45ºC. O número

anual de dias de consumo considerado é de 220 dias, descontando-se assim ao ano os dias em que o

bar não funciona, como nas férias escolares.

Os valores de Esolar e Eren dependem da utilização de energia solar e de outras energias renováveis,

quer para o aquecimento de AQS, quer para a produção de electricidade, e não foram abordados por

ultrapassarem o âmbito desta dissertação e por não existirem.

O consumo de energia para a preparação de AQS calculado é de 0,74 kWh/m2.ano, ou seja, 1667

kWh/ano. Para ajudar a quantificar este valor é de referir que o limite máximo no RCCTE, caso o

presente edifício fosse novo, seria de 0,80 kWh/m2.ano.

3.11. Análise dos resultados da simulação

Os resultados mais relevantes da simulação são os que se referem aos consumos do edifício.

Estes encontram-se resumidos na Tabela 3.4. Os valores de conversão de energia útil para energia



primária (Fp) podem ser encontrados no ponto 1 do Artigo 18º do RCCTE. Para electricidade toma o

valor 0,29 kgep/kWh e para combustíveis sólidos, líquidos e gasosos toma o valor 0,086 kgep/kWh.

Tabela 3.4 – Resultados da simulação para os vários consumos energéticos do corpo estudado.

Antes de mais refere-se que é de grande importância ter as facturas energéticas do edifício, para se

poder confirmar se os resultados de simulações dinâmicas deste são congruentes com a realidade; não

se afastando mais de 10% dos valores ou, idealmente, mais de 5%. Como já se referiu, estas não

puderam ser utilizadas, dado que os sistemas de climatização se encontram desactivados há já alguns

anos, pelo que não reflectiriam os seus consumos. Dada a quantidade enorme de variáveis a controlar e

valores a inserir, fica muito difícil ter certezas quanto à exactidão da simulação, sem ter uma linha por

onde guiar como as facturas energéticas. Tal levou a um esforço ainda maior para rever várias vezes os

parâmetros e valores inseridos, de forma a garantir uma simulação fiável dentro do possível.

O consumo do fogão do Bar foi estimado considerando que a potência nominal deste será de 16 kW

– valor retirado do Quadro 3.6 da referência [6], considerando que o tipo de comida mais confeccionado

no Bar são fritos e grelhados – e que será utilizado, em média, 3 horas por dia, durante 220 dias por ano.

A iluminação tem o maior peso nos consumos do edifício. Note-se ainda que mais de 60% da

energia consumida pelo edifício é para outros fins que não a climatização deste.

A decisão de colocar a recuperação de calor na UTV5 foi tomada numa altura do projecto já algo

avançada, de tal forma que as informações detalhadas sobre esta unidade não se encontraram nos

registos das informações das restantes UTV. Assim sendo a maioria dos seus valores não podem ser

facilmente confirmados, utilizando-se os valores presentes nas plantas e na memória descritiva (muitas

vezes discrepantes entre si), que são insuficientes. Os valores em falta foram calculados e estimados de

forma conservadora, comparando-os sempre com os valores das restantes UTV.

Por

componente

Por

utilização Total % do Total

Caldeira 42798 19,13Combustível

Gasoso3681

Ventiladores e

Bombas30132 13,47 Electricidade 8738

Sistema teórico 6244 2,79 Electricidade 1811

Ventiladores 627 0,28 Electricidade 182

Aquecimento de

AQS1667 0,75 Electricidade 483

Iluminação 46820 20,93 Electricidade 13578

Equipamento 26816 11,99 Electricidade 7777

Fogão do Bar 10560 4,72Combustível

Gasoso908

33,4%

5,4%

61,2%Outros

Consumo de Energia Primária [kgep/ano]

Aquecimento

Arrefecimento

12419

1993

Utilização ComponentesConsumo

[kWh/ano]

Tipo de

Energia

Primária

22746

37158

Consumo

[kWh/(ano.m2)]



Tendo isto em conta, a redução de consumo da UTV calculada ao utilizar recuperação de calor

será de cerca de 7,5%. Note-se que nos registos de compra das unidades verificou-se que o preço da

UTV com o módulo de recuperação era sensivelmente o dobro das restantes UTV normais. Caso os

valores utilizados na simulação para esta recuperação sejam confirmados, este maior custo inicial não

compensa, dada a redução tão ligeira no consumo. Um relatório de auditoria, que foi realizado ao

projecto inicial, critica esta opção por estes mesmos motivos.

As diferenças entre as temperaturas dos espaços não climatizados (corredores e afins) e as

zonas climatizadas são consideráveis, em particular na estação de aquecimento. O ar vindo dos locais

aquecidos contribui um pouco para o aumento da temperatura (observe-se no gráfico da Figura 3.9 a

evolução da linha preta), no máximo 1,5ºC, mas não é suficiente para atingir o patamar mínimo de

conforto de 20ºC. Fica então patente que se considerou no projecto inicial que os corredores e

instalações sanitárias não têm uma permanência de utilizadores que justifique o seu aquecimento,

ficando então numa temperatura intermédia entre o exterior e os locais aquecidos.

Há no entanto um outro ponto a considerar: não deve ser esquecido que apenas se está a

analisar um dos corpos do edifício, com cerca de metade da sua área total, e que os corredores têm de

ser necessariamente “cortados” nesta análise, como já foi referido no sub-capítulo 1.5. Ficam então de

fora zonas relevantes que poderiam auxiliar o aquecimento destes locais, através de ar aquecido dos

restantes corpos do edifício e de ganhos solares.

Veja-se agora na Figura 3.10 o gráfico ilustrativo das necessidades de aquecimento de cada

uma das zonas. Como esperado, as zonas com maior volume e menores cargas internas são as que

exigem maior potência de aquecimento às UTV. Repare-se que o Bar (P2 Bar) necessita de um

aquecimento muito reduzido, devido à densidade de cargas internas que possui em relação à sua

relativamente pequena área.

Agora relembre-se que a UTV que climatiza o Bar é a UTV4, que também fornece ar quente aos

gabinetes dos pisos 2, 3 e 4 (P2, P3 e P4 Gabs) e à central telefónica (P1 C Telefonica), e atente-se às

diferenças entre as suas necessidades de aquecimento. Tal cria, hipoteticamente, uma dificuldade ao

projecto desta UTV. Se se decidir dar prioridade à climatização do Bar, os gabinetes terão um

aquecimento deficiente. No entanto se se der prioridade à climatização dos gabinetes do piso 4, o Bar

ficará sobreaquecido. Além disso as necessidades de ar novo são bastante diferentes, sendo que o Bar

precisa de um caudal superior, e o ar extraído que não é recirculado também é bastante diferente,

chegando o ar recirculado a ser nulo no Bar à hora de almoço, por causa da utilização do exaustor. Por

este motivo a simulação da UTV4 não foi fácil e teve em conta um compromisso entre estas zonas,

sendo dada prioridade aos gabinetes. Para compreender melhor esta dificuldade, observe-se o gráfico



da Figura 3.11 que ilustra a evolução das temperaturas do ar interior destas zonas ao longo do dia mais

frio do ano.

Figura 3.9 – Evolução das temperaturas do corredor do Piso 2 (P2 ENU) e dos seus espaços adjacentes, ao longo das 24 horas de um dia de Inverno.

Figura 3.10 – Necessidades de aquecimento máximas, em W, para as zonas climatizadas do corpo central do edifício.



Figura 3.11 – Evolução das temperaturas das zonas climatizadas pela UTV4, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro.

Figura 3.12 – Exigência máxima de energia (em J) para as várias baterias de aquecimento das UTV, ao longo das 24 horas do dia 31 de Janeiro.



Como a climatização dará prioridade aos gabinetes do piso 4 – note-se a linha azul que

representa este espaço, praticamente recta, perto dos 20ºC –, as outras zonas irão apresentar algumas

incongruências. Como esperado o Bar (linha preta) irá aquecer mais do que qualquer outra zona.

Embora esteja neste dia sempre abaixo do limite de 25ºC, não se deve esquecer que está representado

o dia mais frio do ano. A central telefónica (linha azul clara), por tudo o que já foi referido, pode ser

desprezada dado que até é vantajoso que a sua temperatura seja o mais baixa possível. Dadas as

diferenças entre a evolução da temperatura da zona P2 Gabs (linha vermelha) com a P4 Gabs (a azul),

tem de se assumir o compromisso de permitir que a temperatura da primeira desça abaixo dos 20ºC nas

primeiras horas que se seguem ao arranque do sistema. Caso fosse dada prioridade à zona P2 Gabs, a

zona P4 Gabs ficaria com muito mais horas em que a temperatura ficaria abaixo do ideal. Uma solução

para alterar o aquecimento dos P2 Gabs seria aumentar a temperatura do termóstato dos P4 Gabs, mas

tal é indesejado pois aumentaria ainda mais a temperatura do P2 Bar. Percebem-se assim os problemas

que surgem.

Ao esta unidade climatizar zonas com utilizações, áreas e necessidades de climatização tão

diferentes, poderá estar mal dimensionada, e além disso poderá não deter a indesejada propagação de

cheiros da confecção de comida do Bar. Talvez em vez de no projecto inicial se ter decidido climatizar à

parte as zonas que iriam ser destinadas às bibliotecas, poderia ter-se tomado essa opção para o Bar.

A exigência máxima diária das baterias de aquecimento (cf. Figura 3.12), nos dias mais frios do

ano, verifica-se para o período do arranque do sistema de climatização, entre as 7 e as 8 horas. À

medida que a utilização do edifício aumenta, assim como as suas cargas internas e ganhos solares, a

exigência vai diminuindo, até por volta das 15 horas. Daí até à paragem do sistema às 20 horas, a

exigência volta a aumentar, provocada pela diminuição da ocupação e ganhos internos, assim como o

desaparecimento dos ganhos solares.

O consumo das caldeiras é máximo nos dias mais frios do ano, tal como esperado. Note-se na

Figura 3.13 o aumento gradual que se verifica de Novembro a Janeiro, reduzindo depois até meados de

Abril. Neste período, os espaços em branco que se verificam são os correspondentes aos fins-de-

semana e às férias de Natal, em que as caldeiras se encontram desligadas. Ficam também desligadas

no período que vai de Junho até finais de Outubro. O gráfico apresenta valores superiores à potência

nominal do conjunto das caldeiras por este representar a potência de consumo, ou seja, já considera o

seu rendimento.



Figura 3.13 – Evolução anual da potência de consumo das caldeiras.

Embora o sistema de climatização esteja projectado apenas para aquecimento, o sistema entra

em free-cooling, para garantir o arrefecimento do edifício. Como já foi referido, este método consiste em

introduzir uma insuflação de 100% de ar novo. No entanto a simulação para a estação de arrefecimento,

com os, já referidos, sistemas de arrefecimento teóricos desactivados, mostra que tal não é de todo

suficiente para garantir o arrefecimento. Observe-se o gráfico da Figura 3.14.

O primeiro facto, como se pode observar, é que as temperaturas das duas zonas climatizadas

representadas (as salas de aulas P3 Ala Esquerda e P4 Ala Esquerda) encontram-se sempre acima da

temperatura de conforto máxima, mesmo durante a noite. Note-se que as restantes zonas do corpo do

edifício não representadas apresentam um comportamento idêntico. Nas curvas é possível ver a

influência da insuflação de ar exterior, a uma temperatura abaixo da interior, nas primeiras e nas últimas

horas de funcionamento do sistema (entre as 7 e as 10 horas e entre as 19 e as 20 horas). Nos restantes

períodos o free-cooling não contribui significativamente para o arrefecimento ou até poderia aquecer

ainda mais os espaços, no período entre as 12h e as 16:30h, caso não fosse desligado (garantindo as

UTV apenas o caudal de ar novo mínimo).

Assim embora, como se viu mais atrás, as necessidades de arrefecimento do edifício sejam

muito menores que as necessidades de aquecimento, teria sido positivo que o projecto inicial tivesse

considerado um sistema de arrefecimento. Isto até porque travaria a tendência que se verifica

actualmente no edifício de se colocarem várias unidades de climatização individuais em cada zona, o

que não só é muito dispendioso como pouco eficiente. Note-se que o free-cooling ainda assim reduz os



consumos energéticos de climatização de forma significativa, mas este deve ser integrado num sistema

de arrefecimento.

Figura 3.14 – Evolução das temperaturas de duas zonas – climatizadas apenas com free-cooling – e do ar exterior para o dia 23 de Julho.

3.12. Cálculo e análise dos IEE e da classificação energética do corpo central

A relevância dos IEE é abordada no capítulo 1.3. Neste ponto, após a realização da simulação,

procede-se ao cálculo do IEE real simulado e à sua comparação com o IEE de referência. Os valores

destes, para os edifícios de serviços existentes, encontram-se no Anexo X do RSECE, e ainda valores

alternativos, para alguns tipos de utilização, no Anexo XII.

O corpo em estudo possui, como já se viu, várias zonas com utilizações distintas. Assim sendo,

será necessário encontrar um IEE ponderado, calculado proporcionalmente em função das áreas úteis

respectivas a cada uma das tipologias e dos valores de IEE de referência de cada uma delas.

Consideram-se as zonas de salas de aulas, de computadores e laboratórios com utilização de

Escolas26; os gabinetes, as secretarias e a central telefónica como Escritórios; e o bar do edifício como

26 Nos valores para edifícios de serviços existentes, todos os tipos de estabelecimentos de ensino são

englobados na categoria Escolas.



Pronto-a-Comer. As áreas e IEE de referência para cada uma das utilizações são os apresentados na

Tabela 3.5.

Serão evitados os valores alternativos para os IEE de referência, presentes no Quadro XII do

RSECE, pois não foram encontradas informações fiáveis necessárias para os calcular.

Tabela 3.5 – Valores das áreas, utilizações e IEE de referência para as várias zonas do corpo estudado.

O valor do IEE ponderado foi então calculado através da seguinte fórmula:

(3.1)

Para o cálculo do IEE real de simulação, deve-se utilizar a equação (1.1):

(1.1)

Onde Ap é a área útil de pavimento; Qaq, Qarr e QOutros são o consumo de energia primária dos

sistemas de aquecimento, arrefecimento e de outros sistemas – como a iluminação e o equipamento –,

respectivamente, em kgep/ano; NI1 e NIi representam as necessidades máximas de aquecimento

permitidas pelo RCCTE, para o primeiro calculadas para o edifício na zona de referência I1-V1Norte



(com 1000 GD) e para o segundo calculadas na zona onde está localizado o edifício (Almada, com 1160

GD), ambos em kWh/m2.ano; NV1 e NVi representam as necessidades máximas de arrefecimento

permitidas pelo RCCTE, para o primeiro calculadas para o edifício na zona de referência I1-V1Norte e

para o segundo calculadas na zona onde está localizado o edifício, ambos em kWh/m2.ano.

Para o cálculo de Ni será necessário calcular o factor de forma do corpo do edifício. O que no

RCCTE é considerado como factor de forma (FF). Os regulamentos consideram que o factor de forma

define-se como o quociente entre o somatório das superfícies da envolvente exterior (Aext) e da superfície

envolvente interior (Aint) (excluindo em ambos elementos que estejam enterrados), e o volume útil interior

(V). Cada elemento da envolvente interior deverá ser afectado do coeficiente τ correspondente ao

espaço não-útil adjacente. O cálculo dos valores de τ (tau) é analisado no Anexo C. A fórmula de cálculo

do FF será então:

(3.2)

O FF lembra então o Número de Biot, em que quanto maior for a área de superfície de um corpo em

relação ao seu volume, maior será o ganho ou perda de calor (através) dele. Assim, a um menor valor

deste quociente irá corresponder um menor ganho ou perda de calor. Não será de admirar então que o

mesmo documento refira que «Na prática, um factor de forma elevado (FF > 1) conduz a uma maior

dificuldade de verificação do RCCTE.».

O valor obtido (cujo cálculo se encontra na Folha de Cálculo FC IV.1f do Anexo C) é igual a 0,31, e

é inferior a 0,5. Este valor obtido para o FF indica então que este edifício é bastante compacto, ou seja,

possui uma área de envolvente exposta ao exterior e a espaços não climatizados proporcionalmente

reduzida quando comparado com o seu volume, o que lhe irá minimizar as trocas de calor.

Temos da alínea 1 do Artigo 15º do RCCTE, que:

Assim para calcular o valor do índice NIi utiliza-se como valor de GD os graus-dia de aquecimento

para a região de Almada de 1160 e obtém-se 50,32 kWh/m2.ano, enquanto para o cálculo do índice NI1

utilizam-se os já referidos 1000 graus-dia e obtém-se 44 kWh/m2.ano.

Os valores de Nvi e Nv1 obtêm-se directamente da alínea 2 do mesmo artigo, e vão corresponder à

zona V1 Sul e V1 Norte, respectivamente, tendo então os valores de 22 e 16 kWh/m2.ano.



Substituindo as variáveis pelos seus valores temos (consultem-se os resultados da simulação

para os consumos energéticos no capítulo 3.10):

(3.3)

Assim sendo, IEEreal, simulação < IEEref ponderado pois 15,67 < 21,98, pelo que o edifício não

necessitaria de PRE.

No entanto, o valor do IEE ponderado calculado merece uma crítica. Primeiro, o consumo do

sistema de arrefecimento é consideravelmente mais baixo que o de aquecimento. Embora, como já se

referiu diversas vezes, o edifício não tenha uma necessidade de arrefecimento muito considerável –

especialmente por o edifício estar praticamente sem utilização em Agosto e durante a primeira metade

do mês de Setembro, período esse que é particularmente exigente para o arrefecimento – este valor

poderá ser demasiado baixo. Este seria provavelmente superior caso o edifício tivesse de facto instalado

um sistema de arrefecimento integrado nas UTV, com a mesma idade que estas, ao invés do sistema

teórico utilizado na simulação.

Além disso, o IEE de referência utilizado para o Bar tem um peso muito importante no cálculo do IEE

ponderado. Não se pode esquecer que nos regulamentos se espera que um Pronto-a-Comer também

sirva jantares, que não acontece no edifício. Assim sendo, o contributo do Bar para o aumento do IEE de

referência ponderado é superior ao aumento do consumo, o que poderá estar a ocultar alguma

ineficiência do edifício. Uma situação similar, mas com menos peso, acontece para os Escritórios

considerados. De qualquer forma, a diferença entre os valores de IEE real simulado e de referência

ponderado é elevada.

O cálculo de um IEE alternativo é excluído não só pelo já referido motivo de não se terem

informações fiáveis para os calcular, como também por a prática corrente ser de utilizar estes valores

para aumentar o valor do IEE de referência, e não, como agora sugerido, para o reduzir.



4. Comentários à eficiência e conforto do edifício e possíveis

melhorias

Tendo em conta o estado das instalações actuais (cf. 1.8.Estado actual das instalações de

climatização), a maior prioridade para o edifício será a reparação e posterior manutenção continuada das

instalações de climatização. Após a instalação dos novos filtros e da reactivação das UTV, será

necessária uma análise à qualidade de ar interior; mas tendo em conta o cuidado que se teve no projecto

inicial na escolha e projecto dos filtros de ar, certamente o edifício irá ser aprovado sem problemas de

maior.

Também deverá ser dada prioridade à reparação dos estores que foram danificados, ou até

arrancados, por um temporal. A sua utilização deve passar a ser mais cuidada e tal pode até ser feito de

forma simples. Será bastante positivo se se garantir que os estores, durante a estação de aquecimento,

são fechados ao final do dia, podendo essa verificação ser feita aquando da limpeza diária das salas; e

que são totalmente abertos quando a luz solar pode contribuir para o seu aquecimento. Durante a

estação de arrefecimento os estores poderiam ser deixados abertos durante a noite, de forma a auxiliar o

arrefecimento das salas, desde que tal não interfira com o trabalho dos seguranças.

A utilização da iluminação e dos equipamentos considerada na simulação é baseada numa

utilização racional, ou seja, quando uma zona não é utilizada, a sua iluminação e equipamento são

desligados. No entanto tal nem sempre acontece no edifício. Uma solução simples será alertar

professores e alunos que verifiquem quando saem das salas, nos horários destas, se a aula que

terminou é a última do dia ou se a próxima só irá ocorrer passadas algumas horas, e que nesses casos

apaguem as luzes.

Por motivos de segurança, as luzes dos corredores encontram-se ligadas todas as noites, o ano

inteiro, e por vezes durante todo o dia. Um ponto positivo é que todas elas foram mudadas para

lâmpadas economizadoras de energia.

Uma tendência que se verifica em todos os edifícios do campus da faculdade é a utilização cada

vez maior de unidades individuais de climatização para cada uma das salas, e principalmente gabinetes.

Tal faz com que se assistam a situações como vários sistemas de ar condicionado instalados em

paredes exteriores de edifícios ou instalados mesmo ao lado de unidades centralizadas, muitas vezes

deixadas sem qualquer manutenção, por vezes até a enferrujar.

Essa situação já tinha sido prevista, nos já referidos relatórios de inspecção inicial do projecto do

edifício do DEMI, que criticam a opção de, para reduzir os custos iniciais, não ter sido instalado um



sistema de arrefecimento de ar. O projecto inicial considerou que o free-cooling deveria colmatar uma

boa parte das necessidades de arrefecimento, mas, como se pôde ver nos resultados da simulação, o

sobreaquecimento das zonas é mais que visível, em especial em situações em que o ar exterior já se

encontra a uma temperatura superior a 25ºC. Além disso, o projecto inicial não contou de todo com a

presença das salas de computadores actuais, que necessitam de arrefecimento por vezes até durante a

estação de aquecimento.

Foram então instalados nos últimos anos vários equipamentos individuais, que não foram

analisados nesta dissertação, por não existirem dados suficientes sobre o seu funcionamento ou até

mesmo sobre que zonas climatizam e como. A Figura 4.1 fala por si só e mostra o quão incongruente

acabou por ser esta opção.

Esta tendência deve ser finalmente contrariada daqui em diante. Os custos de instalação de

baterias de frio nas UTV deverão ser analisados, e comparados com os custos a longo prazo da

utilização das várias unidades individuais.

Figura 4.1 – Várias unidades individuais de arrefecimento ligadas às condutas da UTV6, possivelmente para colmatar as necessidades de arrefecimento da zona P3 Sala Computadores, que possuí ganhos internos de calor consideráveis.

Dão-se de seguida exemplos de soluções que podem ser adoptadas para a redução dos consumos

energéticos do edifício e para o aumento do seu conforto. As reduções do consumo energético

apresentadas foram calculadas em simulação no EnergyPlus.



Solução A: Desactivação das UTV7 e 8

Custo: Baixo ou até nulo, dependendo de se colocar ou não, unidades de climatização individuais

nos laboratórios para compensar a desactivação das UTV.

Redução do consumo: 4717 kgep/ano em aquecimento (sem contar com os consumos de

unidades de climatização individuais) – redução de 12% do IEEreal, simulação para 13,83 kgep/m2.ano

Descrição: A desactivação das UTV 7 e 8 – dados os grandes volumes das zonas (os laboratórios

dos Pisos 1 e 2) que têm de servir, para um número relativamente pequeno de ocupantes – pouparia

energia e ainda operações de manutenção.

Como estes laboratórios possuem no seu interior salas isoladas de área mais reduzida, que

servem de gabinetes, já seria mais compensador nesta situação utilizar uma unidade de ar condicionado

individual para garantir o conforto dos ocupantes. Tal já acontece no laboratório do Piso 4.

Note-se que quando estas UTV foram projectadas, era suposto que a utilização dos laboratórios

fosse muito superior ao que actualmente se verifica. Dado o considerável volume destas zonas para uma

tão reduzida utilização, além de que os laboratórios do piso 2 costumam ter sempre as portas abertas, as

infiltrações poderão ser suficientes para garantirem os caudais de ar novo exigidos. Relembre-se que as

extracções de gases nocivos são garantidas por um dos ventiladores, independente do funcionamento

das UTV. No entanto esta opção só é viável desde que a utilização e ocupação destas zonas não seja

significativamente alterada, como a criação de novos gabinetes ou salas de aula.

Uma alternativa será marcar com antecedência as semanas em que existem aulas de laboratório –

que, se bem agendadas, ocuparão poucos dias por ano – e ligar as UTV apenas para esses períodos.

Solução B: Utilização de caudais de ar e de água mais reduzidos nas UTV

Custo: Supostamente reduzido, dependendo da complexidade técnica

Redução do consumo: 7784 kgep/ano em aquecimento – redução de 24% do IEEreal, simulação para

12,63 kgep/m2.ano

Descrição: Uma simulação realizada com o dimensionamento automático das UTV ligado revelou

que poderiam ter sido utilizados caudais de ar muito inferiores aos instalados27. Não só teriam sido

poupados custos iniciais em equipamentos menores, como também em custos de consumo e

manutenção.

A análise do custo desta solução necessita de conhecimentos técnicos que ultrapassam o âmbito

desta dissertação. Esta talvez possa ser implementada com a regulação dos controladores ou registos

27 Os caudais minímos de ar novo projectados para as UTV são, na maioria das vezes, muito superiores ao

exigido pelo RSECE. Além disso uma simulação, em que se efectuou também o dimensionamento automático das potências das baterias de aquecimento, revelou que estas poderiam ser inferiores.



das UTV; ou com a redução das velocidades dos ventiladores das UTV, caso tal seja tecnicamente

simples e economicamente viável.

Solução C: Instalação de painéis solares térmicos ou fotovoltaicos na cobertura do corpo

Custo: Elevado, a viabilidade económica depende da instalação efectuada

Redução do consumo: Variável, depende da instalação efectuada

Descrição: A instalação de painéis solares térmicos ou fotovoltaicos, embora dispendiosa, é muito

recomendada para este edifício, já que possui uma área considerável livre na cobertura, com pouco ou

nenhum sombreamento (veja-se a Figura 4.2). O estudo pormenorizado da instalação de painéis solares

térmicos, para o aquecimento de AQS para o Bar, é efectuado na referência [8], cuja leitura se

recomenda.

O aproveitamento de energia eólica é também recomendado, dada a proximidade ao mar e a sua

exposição ao vento. Um outro edifício da faculdade (DEE) está já a realizar testes para analisar a sua

viabilidade na zona. Mas mais uma vez, para estas opções, é mais importante ter em conta qual o

retorno económico, dado tratarem-se de sistemas muito dispendiosos actualmente.

Figura 4.2 – Uma das várias áreas da cobertura do edifício com potencial para a instalação de painéis solares e para aproveitamento de energia eólica.



Solução D: Melhoria do isolamento térmico da envolvente do corpo do edifício

Custo: Elevado

Redução do consumo: Desprezável

Descrição: A colocação de isolantes térmicos nas zonas com maiores coeficientes de transmissão

térmica28 e a substituição dos vidros simples por vidros duplos são medidas muito utilizadas em PRE

para habitações. No entanto, para edifícios de serviços – onde a ocupação nocturna é, regra geral, nula

ou desprezável; onde os ganhos internos prevalecem sobre todos os outros ganhos; onde a área

envidraçada é muito superior; e onde menores inércias térmicas costumam ser vantajosas – essas

medidas não são tão eficazes.

No corpo estudado a redução de consumo simulada para esta solução é praticamente desprezável,

pois reduz ligeiramente as necessidades de aquecimento mas por outro lado aumenta, numa

percentagem idêntica, as necessidades de arrefecimento. E note-se que esta solução tem custos

elevados.

Este ponto comprova a afirmação que é feita no projecto inicial, de terem existido preocupações

com o isolamento térmico do edifício, como já foi referido.

Outras soluções:

Existem ainda outras opções, de menor impacto e dimensão, cuja viabilidade necessitaria de um

estudo bem mais aprofundado mas que fica fora do âmbito desta dissertação. Uma delas é a reactivação

da UCA2. Siga-se este raciocínio: a zona P3 Aulas era antes, como já referido, duas salas distintas –

uma biblioteca e uma sala de aulas, em que a biblioteca era climatizada pela UCA2 –. Ao serem unidas,

e com desactivação da UCA2, ficamos com um espaço com utilização considerável e uma área

relativamente grande, que é climatizado pela UTV6 por uma única tubagem, que lhe dá menos de 20%

do ar insuflado que foi projectado receber. Assim sendo, a quase totalidade do ar que é recebido pela

tubagem terá de ser ar novo, de forma a garantir o seu caudal mínimo. Ora para tal acontecer, a UTV6,

por sua vez, terá de admitir a mesma percentagem considerável de ar novo, em relação ao caudal total

insuflado, exigindo então maiores necessidades de aquecimento no Inverno e subsequentes maiores

consumos de energia. Como a redefinição das condutas e caudais de ar para estas zonas poderá ser

bastante complexa e dispendiosa, justifica que se analise se a reactivação da UCA2 irá ser menos

dispendiosa a longo prazo do que o aumento de consumo da UTV629. Uma vantagem à partida é que a

zona passaria a ter arrefecimento disponível no Verão.

28 De forma a que estes fiquem dentro dos limites regulamentares, o seu valor de U terá de ser o menor

número entre 1,8 ou 2 x 0,58 = 1,16. Consulte-se o Anexo IX do RCCTE para uma melhor compreensão. 29 É ainda necessário analisar se ambos os equipamentos a funcionar em simultâneo não entram em conflito.



Além desta opção poderia também ser analisada a reactivação da UCA1 e deslocar as salas de

computadores para as salas arrefecidas por estas unidades. As várias salas de computadores do edifício

necessitam de sistemas de arrefecimento, pelos motivos já analisados, e teria sido positivo equacionar a

reactivação destas UCA, na altura em que foram instaladas as várias unidades de ar condicionado

individuais nestas salas. Mesmo que as UCA não conseguissem ter potência suficiente para garantir

uma correcta climatização, esta falta poderia ser colmatada com um menor número de unidades de ar

condicionado do que as instaladas actualmente. Além disso as UCA podem garantir um caudal de ar

novo que as unidades individuais instaladas não fornecem.

Já que se optou pela climatização das salas de computadores por várias unidades individuais de

ar condicionado, essa opção deveria ter sido estudada para o Bar do edifício. Neste caso essa opção já

seria positiva pois, como se observou no sub-capítulo 3.11, a climatização desta zona é bastante

complicada e acaba por aquecer demasiado, já que a UTV4 que a climatiza é responsável por várias

zonas de utilizações demasiado diferentes. Assim se esta zona tivesse um sistema de climatização

independente que lhe garantisse o caudal de ar novo regulamentar necessário e, ao mesmo tempo,

garantisse o seu aquecimento e, principalmente, o seu arrefecimento, os consumos energéticos

reduziriam (até porque, dados os ganhos internos verificados nesta zona, as suas necessidades de

aquecimento são reduzidas). A UTV4 teria também uma menor utilização e desgaste e uma muito maior

facilidade de controlar as temperaturas das restantes zonas a que se encontra ligada.



5. Conclusões

Embora os resultados da simulação realizada apontem para que o corpo central do edifício do DEMI

cumpra os requisitos de consumo estipulados no RSECE, dado o IEE real simulado ser inferior ao IEE

ponderado, existe um grande potencial para melhorias da eficiência energética. No entanto, dada a

situação actual do edifício, a prioridade será garantir que os sistemas de climatização voltem a funcionar

e que garantam os requisitos de QAI e, em segundo lugar, estudar uma forma económica e

energeticamente eficiente de implementar um sistema de arrefecimento centralizado no edifício.

O edifício por ter, à data desta dissertação, as unidades desactivadas e, principalmente, sem filtros,

não pode ter o seu sistema de climatização a funcionar. Caso a manutenção volte a ser realizada

periodicamente, o conforto do edifício irá decerto aumentar, embora se deva ter em mente que no Verão

esse conforto será muito menor, ou então será feito à custa de um maior consumo de unidades

individuais de climatização.

Como o valor de IEE simulado do edifício é menor que o exigido, vê-se que o cuidado com o

isolamento térmico do edifício – à excepção de um ou outro detalhe – esteve patente. Assim pode-se

afirmar que o projecto inicial da envolvente do edifício está bem conseguido, principalmente tendo em

conta que teve os custos em mente e o ano em que foi realizado.

O mesmo não se poderá dizer do projecto dos sistemas de climatização, que parece bem menos

conseguido, como até os relatórios de auditoria a esse projecto alertaram logo na altura. A instalação de

recuperação de calor ao invés da instalação de sistemas de arrefecimento não parece fazer sentido, em

especial dado que as unidades com recuperação de calor custaram praticamente o dobro das unidades

normais. A instalação de unidades com menores caudais de ar e menores potências, e que considerasse

a instalação de um sistema de arrefecimento, poderia ter sido conseguido um maior conforto no interior e

ainda provavelmente um menor custo. Poderia ter ainda sido definido com maior cuidado, na altura do

projecto inicial, como iria ser de facto a utilização futura, talvez previsível, de várias zonas; tais como as

bibliotecas desactivadas, os laboratórios e as salas que iriam receber computadores.



6. Bibliografia

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[2] Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril – Aprova o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE).

[3] Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril – Aprova o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).

[4] Agência para a Energia (ADENE). Nota Técnica NT-SCE-01 – Método de cálculo simplificado para a certificação energética de edifícios existentes no âmbito do RCCTE, Abril de 2009.

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[6] Rodrigues, António Moret; Piedade, António Canha da; Braga, Ana Marta, Térmica de Edifícios, 1ª edição, Edições Orion, Amadora, 2009.

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[9] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Getting Started, 12 de Outubro de 2010. [10] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Input/Output Reference, 11 de Outubro de 2010. [11] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Output Details and Examples, 12 de Outubro de

2010. [12] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Engineering Reference, 11 de Outubro de 2010. [13] U.S. Department of Energy – EnergyPlus Auxiliary Programs, 12 de Outubro de 2010. [14] Roriz, Luis et al.; Climatização – Concepção, Instalação e Condução de Sistemas, 2ª

edição, Edições Orion, Amadora, 2007. [15] Lamberts, Roberto; Ghisi, Enedir; Abreu, Ana Lígia Papst de; Carlo, Joyce C.,

Desempenho Térmico de Edificações, 3ª edição, LabEEE, Florinópolis, Brasil, Fevereiro de 2005.

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[18] Afonso, João Filipe dos Santos, Estudo do Comportamento Térmico de Edifícios Antigos – Um Caso de Estudo, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Monte da Caparica, 2009.

[19] Gonçalves, H.; Maldonado, E., Manual de apoio à aplicação do RCCTE, INETI, Lisboa, 2006.

Links Úteis (última actualização: Setembro de 2011)

http://www.adene.pt – Agência para a Energia;

http://www.ashrae.org/ – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers;

http://www.3ds.com/products/draftsight/free-cad-software - DraftSight, página do programa;

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/ – EnergyPlus, página principal do software;



http://www.engineeringtoolbox.com – Engineering Toolbox;

http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm – European Commission, Energy Efficiency in Buildings;

http://epp.eurostat.ec.europa.eu – Eurostat;

http://maps.google.com – Google Maps;

http://www.wolframalpha.com/ – Wolfram Alpha, computacional knowledge engine.

.



7. Anexos

Anexo A – Telas finais da arquitectura do corpo central do DEMI

Piso 1



Piso 2



Piso 3



Piso 4



Anexo B – Elementos construtivos das envolventes do edifício

Envolvente Exterior

Os elementos mais comuns da envolvente exterior e que representam a maior percentagem da área

exterior do edifício apresentam-se na Figura 7.1.

Figura 7.1 – Elementos mais comuns da envolvente exterior

Figura 7.2 – Pormenor da fachada do edifício

Encontram-se também, com menor área, elementos como a denominada “Zona com grelhas do

Piso1”, ou o “Portão Ve49”, que se podem observar na Figura 7.2.

A cobertura do edifício é feita em terraço e engloba toda a área do edifício, ou seja, tem a forma

deste visto de cima. A área dos “Pavimentos Exteriores Ve37” refere-se à área que é saliente na sala

3.05 (consulte-se o Anexo A), onde se insere o vão envidraçado Ve37, que é visível na Figura 7.3. A

varanda do Bar é também analisada pois a central telefónica, que é considerada como um espaço

aquecido, contacta com o exterior através desta.

Note-se que os pavimentos e coberturas, tratando-se de elementos horizontais, vão sofrer

fenómenos convectivos diferentes dos observados nos elementos verticais. Assim sendo é necessário

calcular os seus valores de U para fluxo de transferência de calor ascendente e descendente. Na

estação de aquecimento o fluxo será ascendente para as coberturas e descendente para os pavimentos,

acontecendo o inverso na estação de arrefecimento – deslocando-se sempre o calor da fonte mais

quente para a mais fria –. Como o ar quente tem tendência a deslocar-se para cima, não é de estranhar



que a transferência de calor por fluxo ascendente seja maior do que por fluxo descendente, o que se

repercute em maiores valores de U.

Figura 7.3 – “Pavimentos Exteriores Ve37”

Além destes elementos, vale a pena referir os vários tipos de Pontes Térmicas Planas (PTP) que se

encontraram na envolvente exterior. Estes podem-se agrupar em 5 tipos diferentes, apresentados abaixo

na Figura 7.4.

Figura 7.4 – Tipos de Pontes Térmicas Planas presentes no corpo central do edifício.

As de tipo A tratam-se de vigas embutidas no pano interior, sem entrar em contacto com o pano

exterior ou com a caixa-de-ar entre panos. Quando uma viga de tipo A encontra um vão envidraçado,

torna-se de tipo C, em que a diferença é agora contactar com o exterior através de uma viga de ferro em

I, atravessando caixa-de-ar e pano exterior.

As de tipo B encontram-se nas paredes norte e sul do corpo do edifício. Estas têm uma área de

contacto com o exterior superior aos outros tipos e não se alongam para o interior do edifício, sendo a

sua espessura igual à soma dos panos de alvenaria e da caixa-de-ar.



As de tipo D servem de apoio para os vãos envidraçados. Tratam-se apenas e só de vigas de

ferro em I. Finalmente as de tipo E só se encontram nos apoios do vão envidraçado Ve17. Tratam-se de

vigas de betão armado, cada uma com uma viga de ferro em I embutida na face exterior.

As composições detalhadas de cada um dos elementos apresenta-se de seguida. Note-se que

em nos cálculos para elementos verticais se considera o valor de Rsi de 0,13 m2.ºC/W e de Rse de 0,04

m2.ºC/W. São omitidos para simplificar a representação das composições dos elementos. Nas

excepções e para os elementos horizontais são apresentados os valores.



Como estes valores do coeficiente U foram baseados nos valores de resistências térmicas

presentes na referência [5], ITE 50, os valores utilizados na simulação acabaram por ser ligeiramente

diferentes, já que foram calculados pelo EnergyPlus. De seguida apresentam-se um resumo dos valores

calculados segundo o ITE 50 e segundo o EnergyPlus e quais as suas áreas de superfície consideradas.

Deve-se notar que o EnergyPlus não separa os valores para fluxo ascendente e descendente nos

resultados, indicando um valor médio anual.



Note-se que não é só pelo contacto com o ar exterior que a envolvente do edifício recebe calor,

sendo também aquecida por radiação da luz solar. Para este tipo de transmissão de calor vai interessar

não só novamente o coeficiente de transmissão térmica U e a área dos elementos, como também a cor

da superfície exterior. Quanto mais escura esta for, maior é a quantidade de calor que a superfície irá

absorver.

O corpo do edifício em estudo tem como cores predominantes a cor branca e a cor da tijoleira,

vermelho-escuro. A primeira será considerada cor clara e a segunda cor média. De resto irão considerar-

se as cores acinzentadas, presentes em algumas zonas cuja superfície é metálica, como em algumas

PTP por exemplo, como sendo cores médias. A cobertura irá ser considerada como tendo cor clara por

ser coberta por seixos brancos.

Envolvente Interior

Como a lista de diferentes elementos construtivos da envolvente interior é bastante extensa

(veja-se a Folha de Cálculo FC IV.1b no Anexo C), e dada a sua reduzida influência nos resultados da

simulação, não se justifica a descrição pormenorizada de todos eles. Apresentam-se de seguida apenas

os elementos mais significativos.



Anexo C – Aplicação do RCCTE ao corpo central do DEMI-UNL

Introdução

Antes de mais deve ser feita uma distinção breve entre o RSECE e o RCCTE. O RSECE

regulamenta a certificação energética para grandes edifícios e/ou com potência de climatização superior

a 25 kW. Este regulamenta os consumos e projecto de sistemas de climatização e seus componentes. O

RCCTE regulamenta a certificação energética para pequenos edifícios que tenham potência de

climatização inferior ou igual a 25 kW. Incide na análise da construção do edifício em si, na qualidade do

seu isolamento térmico, as perdas e ganhos de calor e no controlo e inspecção das suas necessidades

de climatização.

Dada a área do edifício em estudo, superior a 1000 m2 (grande edifício), a sua análise energética

deverá ser feita à luz do RSECE. Como ambos os regulamentos estão interligados, existem pontos do

RCCTE que já foram analisados neste trabalho. Os restantes pontos deste foram também analisados

num estudo que se apresenta de seguida, onde se realiza uma análise energética do edifício no âmbito

do RCCTE, na sua íntegra. Este estudo foi incluído nos objectivos desta dissertação já que foi

considerado que se trata de um exercício útil e que aumenta a relevância do presente trabalho.

Para a aplicação do RCCTE foram considerados como relevantes os seguintes pontos principais

(existem outros com menor impacto):

· Zoneamento climático;

· Perdas e ganhos de calor pela envolvente exterior do edifício;

· Perdas e ganhos de calor pela envolvente interior do edifício;

· Ganhos solares e perdas de calor pelos envidraçados;

· Perdas por ventilação e infiltração de ar;

· Ganhos internos;

· Inércia térmica e factor de forma;

· Necessidades de preparação de águas quentes sanitárias (AQS).

Alguns destes pontos são analisados em separado para os períodos de aquecimento (Inverno) e de

arrefecimento (Verão).



Localização e zoneamento climático do edifício do DEMI

O edifício em estudo situa-se no Monte da Caparica, no concelho de Almada, à altitude de

aproximadamente 98 m e a uma distância de cerca de 3,6 km do litoral (cf. Figura 1.3). Quanto à

rugosidade do local, considera-se que este se encontra no limite de uma zona urbana. Isto porque se

encontra inserido no que pode ser considerado como o último alinhamento de edifícios da sua zona (cf.

Figura 1.4), e considera-se como exposto em (pelo menos) uma das suas fachadas (cf. Figura 1.5).

Considera-se então que o local será de Rugosidade II.

Consultando o Quadro III.1 do RCCTE obtemos os dados climáticos para o concelho de Almada:


Do artigo 1.1 do Anexo III do RCCTE sabemos que a zona climática de Inverno de Almada será

I1 e a de Verão será V1 Sul. Obtém-se então do Quadro III.9 os valores médios da temperatura do ar

exterior e da intensidade da radiação solar para a estação convencional de arrefecimento:


Não são necessárias correcções devidas à proximidade ao litoral – já que o concelho de Almada

está isento dessa correcção – e devidas à altitude – já que esta sendo de 98 m está abaixo do limite de

400 m –.

Levantamento dos Espaços Não Úteis

As propriedades e a identificação dos espaços não úteis já foi realizada no capítulo 1.5. No que toca

ao RCCTE é necessário fazer um reparo relevante no que toca às instalações sanitárias. Estas, segundo

o projecto de climatização, possuem apenas extracção de ar, pelo que apenas receberão (caso as

janelas estejam fechadas, tal como é esperado em projecto) ar vindo dos corredores/hall de cada piso,

que por sua vez são ENU, por não serem climatizados. Assim sendo as instalações sanitárias terão de



ser consideradas igualmente como sendo ENU, o que entra em conflito com o descrito no RCCTE, onde

se considera que estas são sempre espaços úteis. Note-se no entanto que o RCCTE foca

essencialmente as habitações familiares, onde de facto estas devem ser aquecidas, e não os edifícios de

serviços. Seria positivo e até esperado que o projecto tivesse em conta outro tipo de aquecimento para

as instalações sanitárias, dado que os corredores não são aquecidos directamente – algo que se “sente”

muito facilmente quando se visita o edifício na estação de aquecimento –. No entanto, não estando esta

preocupação presente, terá de ser esta a realidade a considerar.

Assim sendo, as instalações sanitárias de cada piso serão incluídas na ENU dos corredores/hall do

piso respectivo, pois recebendo estas o ar dos corredores irão então ter a mesma temperatura, o que faz

que tenham o mesmo valor de τ (tau)30. A instalação sanitária para deficientes do edifício, localizada no

Piso 2, irá também, pelo mesmo motivo, ser incluída na ENU do hall deste piso.

Quanto à sala de acesso à direcção e ao secretariado no Piso 3 (cf. Anexo A), não tem insuflação ou

extracção de ar, mas considera-se que a porta que liga esta ao secretariado – um local aquecido –

estará usualmente aberta, pelo que irá ser tratada como local aquecido e não como ENU.

Existe ainda no Piso 1 um compartimento que funciona como depósito de água de dimensão

considerável (cf. Anexo A). Este tem paredes de espessura considerável e encontra-se em contacto com

o solo (está enterrado) e com o ENU 1.4, por um pequeno espaço para manutenção do depósito, além

de ter por cima uma parte do ENU 2.2. Tendo estes factos em conta e considerando que não se

encontram elementos que permitam a sua caracterização nos regulamentos, dada a pouco usual

natureza deste espaço, exclui-se este espaço do estudo do edifício. Este teria de qualquer forma pouca

ou nenhuma influência nos cálculos.

Consideram-se então como ENU no corpo em estudo os compartimentos apresentados na Tabela

7.1. As suas localizações no edifício encontram-se representadas no próximo sub-capítulo. Para

encontrar os valores de τ, consultou-se a Tabela IV.1 do RCCTE. O primeiro algarismo que surge no

nome de cada ENU corresponde ao piso onde se encontra.

30 O valor de tau é dado pelo quociente entre a diferença da temperatura interior com a temperatura do local

não aquecido e a diferença da temperatura interior com a temperatura ambiente exterior.



Tabela 7.1 - Tabela resumo com a descrição das ENU consideradas para o corpo central do edifício.

Nome do

ENU Local na Planta Tipo de ENU Ai/Au

�

(tau) Obs.

ENU 1.1 Sala dos Ventiladore

do Túnel de Vento --- --- 1 a)

ENU 1.2 Bombagem de Esgotos Armazém ∞ 0,3 b)

ENU 1.3 Lixos Armazém ∞ 0,3 b)

ENU 1.4 Área Técnica Armazém ∞ 0,3 b)

ENU 1.5 Armazém Armazém 66,32/33,68 = 1,97 0,7

ENU 1.6 Hall + Instalações

Sanitárias

Circul ção comum s m abertur

directa para o exterior 48,49/20,52 = 2,4 0,3

ENU 2.1 Arrumos Limpeza Armazém 32,79/8,55 = 3,84 0,7

ENU 2.2

Hall + Instalações

Sanitárias (inc.

Deficientes)

Circulação comum com abertura

exterior <0,05 m2/m3 268,16/122,4 = 2,19 0,5


Sanitárias

Circulação comum sem abertura

directa para o exterior 227,39/121,4 = 1,87 0,3


Sanitárias

Circulação comum sem abertura

directa para o exterior 235,49/311,4 = 0,76 0,6 c)

Observações:

a) Considera-se a ENU 1.1 como espaço fortemente ventilado pois possui uma área considerável

em que a divisória para o espaço exterior é feita por venezianas fixas em alumínio, altamente

permeáveis ao ar, o que faz até com que dentro deste ENU se encontrem folhas de árvores e

outros detritos no chão.

Segundo o RCCTE, um espaço é considerado fortemente ventilado caso se verifique neste

um valor superior a 6 renovações horárias de ar. O volume de ar deste espaço é cerca de 113

m3, com uma área de contacto directo com o exterior de 17,5 m2. Considerando que o ar só vai

entrar no espaço por metade desta área e sair pela outra metade, será necessária uma

velocidade do vento, para realizar as 6 renovações de ar, de 0,02 m/s. Esta velocidade é

bastante reduzida e então facilmente alcançável, em particular na zona em questão,

relativamente exposta ao vento, pelo que se aceita a consideração feita como válida.



b) Os ENU indicados não possuem qualquer contacto com o ar ambiente, pois as zonas de

contacto exterior estão enterradas no solo. Assim resulta Au = 0, o que faz com que Ai/Au = ∞,

ou seja, para consulta da tabela IV.1 do RCCTE, considera-se como maior que 10.

c) Todos os compartimentos situados no piso 4 têm contacto com o ambiente exterior pela

cobertura.

Levantamento da Envolvente Exterior e Interior

Figura 7.7 – Legenda para as figuras seguintes

Nota Importante: Para os desenhos não ficarem com demasiada informação e, assim, desnecessariamente confusos, não se representam os pavimentos e as coberturas sem requisitos.

Figura 7.8 – Envolvente do Piso 1



Os vários elementos construtivos da envolvente exterior e o cálculos das suas resistências

térmicas e coeficientes de transmissão térmica U são analisados no Anexo B.

A diversidade de soluções construtivas para a envolvente interior é ainda maior que na

envolvente exterior. Os vários elementos encontram-se na Folha de cálculo FC IV.1b e a análise

detalhada dos elementos construtivos mais relevantes (com maior área) encontra-se no Anexo B. É de

salientar a presença de vários envidraçados – de vidro simples fixo, em caixilharia de madeira, sem

dispositivos de oclusão –, por cima das portas que ligam diversas salas aos corredores, sendo os seus

valores de U calculados segundo o método estipulado no Quadro III.4 do ITE50 [5] – Vãos verticais em

contacto com local não-aquecido. Analisam-se ainda as pontes térmicas para a ENU 1.1, dado este ter

um valor de tau superior a 0,7. Também por este motivo, os valores de U da sua envolvente são

calculados com os valores de resistência do ar para o exterior, como se se tratasse de envolvente

exterior, já que vai ter os mesmos requisitos térmicos (cf. Figura 7.8).

Paredes e pavimentos em contacto com o solo

As perdas de calor pelos pavimentos e paredes em contacto com o solo são calculadas a partir do

perímetro destas, medido pelo interior, e do coeficiente de transmissão térmica linear Ψ, que depende da

diferença de nível entre a face superior do pavimento e a cota do terreno exterior Z. Quando a cota do

pavimento é inferior à do terreno exterior, o valor de Z é negativo; por sua vez é positivo no caso

contrário.

Os pavimentos e paredes em contacto com o solo do corpo em estudo localizam-se nos Pisos 1 e 2.

No entanto os pavimentos pertencentes ao piso 2 (na zona P2 Gabs, cf. Figura 1.17) estão 1,5 m de

altura acima da cota do terreno exterior, pelo que não serão considerados.

Para encontrar os valores de Ψ para o pavimento, necessitamos de calcular a sua resistência

térmica. Todos os pavimentos em contacto com o solo têm isolamento térmico em aglomerado negro de

cortiça, com uma espessura de 0,02 m. Consultando o Quadro I.1 do ITE 50 e tendo em conta a falta de

informação adicional, opta-se por considerar o valor da condutibilidade térmica deste isolante mais

penalizador do seu intervalo, ou seja, 0,055 W/m.°C. Vai resultar uma resistência térmica R ≈ 0,36

m2.°C/W.

A tabela de valores de Ψ de pavimentos em contacto com o terreno com isolante térmico foi omitida

no RCCTE. Esta tabela, denominada de Tabela IV.2.2, encontra-se representada na figura seguinte.



Figura 7.12 - «Tabela IV.2.2 – Valores de ψ de pavimentos em contacto com o terreno, com isolante térmico (W/m˚C)»

Os pavimentos em contacto com o solo do piso 1 apresentam para diferentes zonas, diferentes

valores de Z. Procedeu-se então à separação dessas zonas em vários tipos. Os valores de Z para cada

um encontram-se na Tabela 7.2 e as suas localizações na Figura 7.13.

Tabela 7.2 – Tipos de paredes e pavimentos em contacto com o solo e respectivas cotas Z.

Figura 7.13 – Localização dos vários tipos de pavimento em contacto com o solo

Quanto às paredes, considera-se que, em todo o perímetro, o valor do coeficiente de

transmissão térmica destas será constante e com valor U = 0,58 W/m2.°C. Consultando a tabela IV.2.3

do RCCTE encontram-se os valores de Ψ e as perdas de calor resultantes, apresentados de seguida na



Tabela 7.3. Note-se que as paredes a Sul (linha laranja) não são consideradas, dado encontrarem-se ao

nível do terreno exterior.

Tabela 7.3 – Valores das perdas de calor pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo

Pontes térmicas lineares (PTL)

O corpo em estudo, além de apresentar, como se viu, uma grande variedade de elementos na

envolvente exterior, apresenta também uma quantidade considerável de pontes térmicas lineares. Como

algumas delas não estão consideradas no RCCTE, foi necessário criar outros tipos de PTL, cada uma

delas com o valor de coeficiente de transmissão térmica linear por defeito regulamentar de Ψ = 0,5

W/m.°C 31. O valor costuma ser “prejudicial” na medida em que, habitualmente, exagera na quantidade

de calor que é perdida para o exterior. Podem no entanto existir outras situações em que o contrário se

verifique e o valor seja visivelmente reduzido para a situação analisada. Por esse motivo vai ser

justificada cada decisão de adoptar este valor por defeito.

Os tipos de PTL que não são analisados não existem no corpo em estudo.

Note-se que em todas as PTL se considera que o isolamento é aplicado na caixa-de-ar de paredes

duplas.

31 Tabela IV.3 do RCCTE, página 2495: «Nos casos de pontes térmicas lineares não consideradas nesses

quadros [os que fornecem os valores de Ψ das pontes térmicas lineares] pode utilizar-se um valor convencional de Ψ = 0,5 W/m.°C.»



Tipo A – Ligação da Fachada com Pavimentos Térreos

A figura ilustrativa da PTL Tipo A no RCCTE (cf. Figura 7.14), mostra visivelmente o isolamento

térmico do pavimento aplicado por baixo da laje e não por cima. No entanto, no edifício em estudo, o

isolamento encontra-se aplicado por cima das lajes dos pavimentos. Considera-se mesmo assim as

tabelas para este tipo de PTL, dado que os valores de Ψ serão idênticos.

Este tipo de ligação apenas se encontra num perímetro relativamente pequeno, na zona P2 Gabs, de

3,5 m.

Figura 7.14 – Ponte Térmica Linear de Tipo A, com isolante na caixa-de-ar.

Ligação da fachada com pavimentos sem isolamento sobre locais não-aquecidos

Os pavimentos que separam os vários pisos do edifício não têm nenhuma camada de isolante na

sua constituição, incluindo aqueles que separam locais aquecidos de não-aquecidos (ENU). Assim

estas zonas de contacto passam a ser incluídas nas perdas associadas à envolvente interior. Devido

à ausência de isolante, não existem PTL do «Tipo B – Ligação de Fachada com Pavimentos sobre

Locais Não-Aquecidos».

Há então agora uma perda de calor que deixou de ser contabilizada, a que é perdida pela

ligação da fachada com o pavimento sem isolamento (cf. Figura 7.15). Embora a perda de calor pelo

pavimento seja, certamente, de ordem consideravelmente superior à perda pela ligação da fachada,

esta deve, não obstante, ser também considerada. Assim sendo acrescenta-se um novo tipo de PTL,

uma Ligação de Fachada com Pavimentos sem Isolamento Térmico sobre Locais Não-Aquecidos,

com o valor de coeficiente de transmissão térmica linear por defeito de Ψ = 0,5 W/m.°C.



Figura 7.15 – Exemplificação da PTL de locais aquecidos sobre não aquecidos.

Como já se referiu, este valor costuma ser “prejudicial”, na medida em que, habitualmente,

exagera na quantidade de calor que é perdida para o exterior. Neste caso, à primeira vista, parece

acontecer o contrário, pois considerando que temos um ep = 0,375 m > 0,35 m, os valores das

tabelas Br.1 e Br.2 do RCCTE (as paredes têm isolamento na caixa-de-ar) mostram valores de Ψ de

0,80 e 0,70, para a situação de pavimento com isolamento térmico. Mas recorde-se o que já foi

acima referido, que as perdas de calor pelo pavimento deverão ser predominantes e que, assim

sendo, menor será a quantidade de calor perdida pela ligação da fachada com o pavimento.

Considerando ambos os argumentos, torna-se difícil afirmar se este valor de Ψ adoptado é ou não

representativo da situação real, sem um estudo que ultrapassa o tema desta dissertação. Fica no

entanto a chamada de atenção.

Tipo C – Ligação da Fachada com Pavimentos Intermédios

Neste caso particular temos que Ψ = Ψsup + Ψinf, pois estamos a analisar um edifício em que

todos os pisos pertencem à mesma fracção autónoma. Será então igual a 0,6 W/m.ºC.



Figura 7.16 – Ponte Térmica Linear de Tipo C, com isolante na caixa-de-ar.

Tipo D – Ligação da Fachada com Cobertura Inclinada ou Terraço

O corpo do edifício em estudo apresenta um terraço cujo desenho na zona periférica é um pouco

diferente do da figura apresentada no regulamento. No entanto considera-se que o mais importante é a

zona por onde passam os fluxos de calor, assinalados na Figura 7.17, e esta é idêntica, pelo que se vão

utilizar os valores estipulados no regulamento. Esta opção é apoiada por vários casos práticos

resolvidos, disponíveis no site da ADENE (cf. Bibliografia).

Figura 7.17 – Ponte Térmica Linear de Tipo D, com isolante na caixa-de-ar.



Tipo F – Ligação entre duas Paredes Verticais

Figura 7.18 – Ponte Térmica Linear de Tipo F, com isolante na caixa-de-ar.

Tipo G – Ligação da fachada com caixa de estore

Considera-se que este tipo de ligação não existe, pois os estores presentes nos envidraçados do

corpo são fixados no exterior, sendo que as caixas dos estores, a existir, não têm contacto com o

interior. Infelizmente as plantas do edifício não permitem confirmar totalmente esta situação, mas a

observação exterior do edifício permite indicar, dentro do possível, que é de facto a solução adoptada.

Os estores são manipulados pelo interior por um torniquete metálico, também sem permitir contacto

directo com o ar exterior.

Tipo H – Ligação Fachada/Padieira ou Peitoril

Considera-se que o isolante térmico não está complanar com a caixilharia e que assim sendo não

existe contacto entre estes. Adopta-se então o valor de Ψ = 0,2 W/m.°C, como consta no RCCTE, na

página 2498, como comentário às tabelas da PTL Tipo H.

Ligações com vãos envidraçados

Dado o número considerável de vãos envidraçados presentes no corpo do edifício, existem várias

PTL onde em vez de fachada opaca se tem vãos envidraçados. Assim, estas não só ocorrem inúmeras



vezes como são ainda de diversos tipos: Ligação de Vão Envidraçado com Vão Envidraçado entre Pisos

Intermédios, Ligação de Fachada com Vão Envidraçado, Ligação de Vão Envidraçado com Terraço,

Ligação de Vão Envidraçado com Pavimento e Ligação de Vão Envidraçado Vertical com Parede

Vertical. Como se pode ver, elas são variantes das PTL anteriormente apresentadas, mas com vãos

envidraçados em vez de elementos opacos.

Embora as suas naturezas sejam por vezes muito distintas, todas elas possuem o valor de Ψ = 0,5

W/m.°C por defeito, já que nenhuma destas situações consta dos regulamentos (o que não deixa de ser

estranho, pois encontram-se em inúmeros edifícios, especialmente de serviços). Assim sendo decide-se

agrupá-las todas num só tipo de PTL – Ligações com Vãos Envidraçados, pois esta simplificação não

causará qualquer alteração nos cálculos das perdas de calor. Note-se no entanto que em termos de

análise mais detalhada de fluxos de calor, todas elas são diferentes entre si.

Perdas resultantes associadas às PTL

Na tabela abaixo encontramos o resumo dos valores para as PTL.

Tabela 7.4 – Tabela com os valores das perdas associadas às PTL.

Vãos envidraçados

A área e o número de vãos envidraçados no corpo do edifício analisado são significativos,

contabilizando cerca de 16,4% da área útil de pavimento. O tipo de vão envidraçado mais usual é o de

uma janela, com caixilharia metálica (de alumínio) sem corte térmico, com vidros simples temperados e

fixos, de 10 mm de espessura. Os que estão em contacto com a zona do Bar e dos Gabinetes, na face



Este do Piso 2 ao 4, são vidros duplos constituídos por um vidro exterior simples laminado incolor com 6

mm de espessura e um vidro interior idêntico ao exterior, mas com 5 mm de espessura. No meio destes

encontra-se uma camada de ar de 12 mm.

Os vãos envidraçados têm como dispositivos de oclusão estores venezianos, de lâminas

metálicas de cor média, com elevada permeabilidade ao ar, de montagem exterior e sem cortinas

interiores. Apenas os envidraçados das ENU não possuem dispositivos de oclusão.

Um ponto importante para os vãos envidraçados é decidir se deve ou não ser considerada a

presença de dispositivos de oclusão nocturna. No Anexo III do ITE50 [5], podemos verificar que existem

valores diferentes, para os coeficientes de transmissão térmica U dos envidraçados, consoante estes

tenham ou não ocupação nocturna e dispositivos de oclusão nocturna em simultâneo. Para os primeiros

utiliza-se os valores de Uwdn das tabelas, enquanto para os segundos usam-se os valores de Uw (cf.

Figura 7.19). O problema coloca-se porque o edifício possui dispositivos de oclusão que são aplicados

durante a noite, mas a sua ocupação nocturna não é significativa. Como os valores de Uw e de Uwdn são

significativamente diferentes – nesta análise os valores de Uwdn podem chegar a ser 25% menores que

os valores de Uw, o que representa uma menor troca de calor pelos envidraçados –, esta consideração é

importante.

Figura 7.19 – Extracto do Quadro III.2 A do ITE 50 [5].

Acaba-se por utilizar os valores de Uwdn pois, como termo de comparação, as trocas de calor

pelos envidraçados calculadas no âmbito do RCCTE – mesmo utilizando os valores de Uwdn inferiores

aos de Uw – são consideravelmente superiores às simuladas no EnergyPlus. Assim considera-se esta

opção como aceitável.

Note-se ainda que vários vãos envidraçados presentes no edifício, não têm sempre o mesmo

tipo de janela, ou seja, muitos deles possuem uma certa área de envidraçado que é fixa e a restante

área será giratória e/ou de correr. No entanto, não existe nenhuma situação em que existam vidros



simples e duplos no mesmo envidraçado. Assim, no cálculo do U de cada um destes vãos, são tomadas

em conta as percentagens de área de cada tipo e qual o seu valor de U correspondente, segundo a

seguinte fórmula:

(7.1)

Não se estranhe então que se encontrem valores de U para os envidraçados nas folhas de

cálculo que não correspondam aos valores que se encontram no ITE50 [5], pois, nesses casos, o valor

resulta deste cálculo. Para evitar confusões optou-se por agrupar as áreas por tipo de vidro, ao invés de

as separar para cada vão envidraçado, na Folha de Cálculo FC IV.1c, com os respectivos valores de U

retirados directamente do ITE50 [5]. Depois nas folhas IV.1e e V.1d, onde se trata de cada vão

envidraçado individualmente, apresentam-se os valores calculados de U para cada um. Apresentam-se

assim ambos os valores, de uma forma que pretende facilitar a sua análise (cf. as Folhas de Cálculo do

RCCTE referidas anteriormente e daqui em diante podem ser consultadas no final deste Anexo C).

Quanto aos ganhos úteis na estação de aquecimento e ao preenchimento da Folha de Cálculo

FC IV.1e, interessam referir alguns pormenores. Um deles é o facto de não se considerar a presença de

cortinas interiores muito transparentes de cor clara, dado tratar-se de um edifício de serviços e não

residencial. Outro é que se considera o factor de orientação do Ve50 (que pertence à zona P1 Central

Telefónica) como Norte, apesar de este estar a Este, por este estar sombreado de tal forma que só

recebe radiação solar indirecta, tal como se considera que acontece com os envidraçados orientados a

Norte.

O cálculo dos factores de obstrução, de todos os envidraçados, teve em conta os diversos

sombreamentos provocados a Sul pelo corpo sul, a Oeste pelo corpo das escadas (que tem uma altura

mais elevada que o corpo central) e pelo edifício IX e a Este pelas duas alas do edifício VII, a duas

distâncias distintas. Este cálculo revelou-se assim bastante trabalhoso. Reveja-se a Figura 1.5 para se

compreender estes sombreamentos. Existem ainda alguns vãos envidraçados que possuem palas

horizontais e laterais, quer tenham estas sido colocadas de propósito para o efeito – como a colocada na

cobertura para fazer sombreamento ao Ve17 na zona P2 Bar –, quer resultem da própria forma do

edifício. Sempre que o envidraçado não dispunha de quaisquer palas de sombreamento, considerou-se o

valor como igual a 0,90. Teve-se ainda em atenção o facto de o produto entre o factor de obstrução e o

factor de orientação não poder ser inferior a 0,27.

Os valores de fracção envidraçada serão iguais a 0,70 para todos os vãos envidraçados, dado

serem todos de caixilharia metálica sem quadrícula. Também os valores do factor de correcção da

selectividade angular, para a situação de Inverno, serão iguais a 0,90, por todos os vãos conterem

apenas vidros correntes (simples e duplos).



No preenchimento da Folha de Cálculo FC V.1d, considerou-se para o cálculo do factor solar que

o dispositivo de sombreamento (estores venezianos exteriores) estaria activado a 70%. Como se trata

nesta folha de cálculo da estação de arrefecimento, considera-se que o factor de sombreamento do

horizonte (que entra no cálculo do factor de obstrução) será sempre igual a 1. Desta vez os factores de

obstrução não terão limite máximo, à excepção dos envidraçados a Norte para os quais deverá ser

considerado o valor máximo de 0,90. As fracções envidraçadas permanecem iguais e o factor de

correcção da selectividade angular dos envidraçados pode ser consultado no Quadro V.3 do RCCTE.

Ventilação

Para os cálculos a efectuar pelo RCCTE, excluem-se por completo os sistemas de climatização

e de ventilação mecânica, dado que estes, ao ultrapassarem os 25 kW de potência, devem ser

analisados segundo a metodologia do RSECE. Assim sendo, para os cálculos da ventilação, será

considerado que existe apenas ventilação natural.

No RCCTE considera-se que a ventilação será apenas relevante para a estação de

aquecimento, causando perdas de calor por infiltração de ar exterior (relembre-se que se considera

apenas ventilação natural). Os valores necessários para os cálculos destas perdas e o seu resultado

encontram-se na Folha de Cálculo FC IV.1d. Nesta, serão apenas utilizados os campos que

correspondem à ventilação natural.

Pelas informações disponíveis para o edifício, não foi possível confirmar se este cumpre a norma

NP 1037-1, pelo que se parte do princípio que não a cumpre. Pelo mesmo motivo as caixilharias não

terão classificação. Estas opções são penalizadoras, na medida em que, ao que se pôde apurar, a

maioria das caixilharias presentes no corpo central do edifício são estanques à entrada de ar.

Para encontrar a classe de exposição, é necessário consultar o Quadro IV.2 do RCCTE. Note-se

que o edifício encontra-se na Região B, por se encontrar a uma distância inferior a 5 km da costa, e com

rugosidade II, por se situar na periferia de uma zona urbana. A altura média das fachadas do corpo do

edifício será de aproximadamente 8 m. Se se calcular a altura média dos envidraçados, tendo em conta

as suas áreas32, a altura ponderada será de 7,9 m, praticamente idêntica à primeira. Assim não restam

dúvidas que o intervalo a escolher será o de altura inferior a 10 m. Temos então que a classe de

exposição será de tipo 2.

O corpo do edifício não tem caixas de estore que conectem o interior com o exterior, não possui

aberturas auto-reguláveis na fachada, as portas exteriores são consideradas como bem vedadas (como

32 onde Ai e hi representam as alturas médias e as áreas de cada vão envidraçado.



se pode constatar no local, com excepção do portão do laboratório do Piso 1) e a área de envidraçados é

superior a 15% da área útil de pavimento. Com todas estas considerações, consultando o Quadro IV.1 e

as suas anotações, temos que a taxa de renovação nominal é igual a 1,05 renovações de ar horárias.

Inércia térmica

A inércia térmica refere-se à maior ou menor capacidade da massa de um elemento construtivo

armazenar calor. Esta depende principalmente da massa destes elementos mas também depende do

seu calor específico e da sua condutibilidade térmica. Devido ao fluxo de calor demorar mais tempo a

percorrer um elemento com maior inércia térmica, pode acontecer que, entretanto, o ambiente exterior

fique a uma temperatura inferior à registada no interior deste. Levará então a que parte do calor que o

elemento “armazenou” seja libertada pela sua face em contacto com o ambiente exterior, em vez de ser

toda direccionada para a sua outra extremidade, em contacto com interior do edifício (cf. Figura 7.20).

Assim sendo, a inércia térmica causa não só um atraso no tempo na propagação das ondas de calor,

através dos elementos construtivos, como também uma atenuação da sua intensidade. Uma explicação

detalhada sobre a inércia térmica pode ser encontrada no capítulo 3.2.5 do livro Térmica de Edifícios [6].

Figura 7.20 – Exemplo de transferência de calor previamente armazenado num elemento construtivo.

O cálculo da inércia térmica do corpo estudado foi dificultado pela omissão de várias

propriedades dos elementos construtivos nas telas finais do edifício e documentação auxiliar. Quando

em dúvida, utilizaram-se os valores de massa específica, que se encontraram no ITE50 e no ITE12 [7],

que melhor representavam o elemento em questão.

Os cálculos indicaram que o corpo do edifício tem inércia média.



Ganhos internos

Retirou-se do Quadro IV.3 do RCCTE o valor para os ganhos internos de 7 W/m2, dado o edifício

estudado ser de serviços. Deve-se notar que este valor é muito simplista, como é facilmente observável

na análise de ganhos internos feita segundo a metodologia do RSECE.

Resultados e análise das necessidades nominais de energia útil

Antes de mais é preciso frisar um ponto importante: à luz do RCCTE, os edifícios existentes não

necessitam de cumprir os limites máximos das necessidades energéticas33. No entanto a sua

classificação energética é penalizada, além de que se torna necessário a aplicação de medidas,

economicamente viáveis, para a melhoria da sua eficiência energética.

No RCCTE existem três tipos de necessidades nominais de energia útil: a de aquecimento – Nic

– a de arrefecimento – Nvc – e a para produção de AQS – Nac –. Os factores relevantes para a

produção de AQS já foram abordados no texto principal e os resultados dos cálculos podem ser

consultados na folha de cálculo correspondente às AQS.

Os pontos 3, 4 ,5 e 6 do Artigo 15.º do RCCTE são importantes para realizar os cálculos

necessários para estas necessidades. Neles encontramos as seguintes fórmulas:

(7.2)

(7.3)

Os valores de Fp podem ser encontrados no ponto 1 do Artigo 18º do RCCTE e referem-se aos

factores de conversão entre energia útil e energia primária, seja esta electricidade ou combustíveis

sólidos, líquidos e gasosos. Os valores de η, que descrevem a eficiência nominal dos sistemas, podem

ser encontrados no ponto 2 deste mesmo artigo ou no Anexo VIII da Nota Técnica NT-SCE-01 [4], caso

se trate, como neste caso, de um edifício existente.

33 Citando o ponto 7 da Nota Técnica NT-SCE-01: «Para efeitos do cálculo da classe energética de edifícios

existentes, as necessidades nominais de energia útil de aquecimento (Nic), de arrefecimento (Nvc) e para preparação de águas quentes sanitárias (Nac), bem como as necessidades nominais globais de energia primária (Ntc) de cada fracção autónoma de um edifício existente, poderão exceder os respectivos valores máximos admissíveis.»



Note-se que o ponto 6 salvaguarda a situação em que o edifício não tem previsto,

especificamente, um dos sistemas de aquecimento ou arrefecimento ambiente ou de aquecimento de

AQS. Como no edifício em estudo não se encontram sistemas de arrefecimento, para os cálculos irá ser

considerado um sistema de arrefecimento, constituído por uma máquina frigorífica com eficiência (COP)

igual a 3.

Apresenta-se então de seguida uma tabela com o resumo dos resultados das necessidades de

climatização do edifício, calculadas segundo a metodologia do RCCTE, assim como os valores

considerados para os índices Fp e η. A última coluna representa a percentagem que o valor calculado é

em relação ao limite máximo. Assim, se ultrapassar os 100% significa que o valor limite máximo para

edifícios novos é ultrapassado. Os limites máximos foram calculados no texto principal no capítulo 3.12.

Tabela 7.5 – Necessidades globais de energia útil e primária segundo a metodologia do RCCTE.

Note-se que, como esperado após ler a memória descritiva do edifício e dos sistemas de

climatização deste, as exigências de aquecimento são consideravelmente superiores às de

arrefecimento.

Para ver que parcela da necessidade nominal total e da necessidade nominal global de energia

primária corresponde a cada uma das utilizações finais, apresentam-se os gráficos seguintes.



Figura 7.21 – Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia útil.

Figura 7.22 - Representação gráfica das percentagens de cada uma das necessidades nominais de energia primária.

Como se pode observar, embora a necessidade nominal de energia útil específica para o

aquecimento das AQS represente uma parcela reduzida do total, no que toca às necessidades de

energia primária toma um valor praticamente idêntico ao das necessidades de aquecimento ambiente.

Este facto é explicado pela fórmula de cálculo do Ntc em si, anteriormente referida. Note-se que

reduz para 10% as parcelas dos valores das necessidades energéticas do aquecimento e arrefecimento

ambiente, mas mantém inalterado o valor para o aquecimento de AQS. Assim a fórmula dá sempre um

grande peso relativo a este último. Tal acontece porque o regulamento pretende que a implementação

de um sistema solar para aquecimento de AQS, ou outra utilização de energias renováveis, tenha um

grande impacto na eficiência energética do edifício e na sua respectiva classificação. Note-se que os



valores das energias obtidas por fontes renováveis (os valores Esolar e Eren) são subtraídos

directamente ao valor da energia útil despendida para o aquecimento de AQS (Qa), reduzindo-o.

(7.4)

As variáveis ainda não referidas são ηa o rendimento do sistema e Ap a área útil de pavimento.

Estes valores mostram que o projecto do edifício teve preocupações com a eficiência energética,

mas que esta pode ser melhorada.

Utilização do software STE

No que toca a edifícios de serviços com área inferior a 1000 m2, os regulamentos permitem utilizar o

software RCCTE-STE, também conhecido por STE-2006, ou simplesmente STE, desenvolvido pelo

INETI, para realizar os cálculos necessários para o RCCTE e com preenchimento automático das folhas

de cálculo necessárias para realizar a certificação energética.

Lamentavelmente, devido a limitações do programa, a juntar ao facto da área do edifício estudado

ultrapassar o limite dos 1000 m2, não foi possível obter qualquer tipo de resultados após a introdução

correcta de todas as variáveis necessárias para a descrição do edifício e de posteriores alterações, na

tentativa de fazer o programa mostrar resultados.

No entanto aproveita-se o facto de se ter utilizado o software para descrever uma lista de vantagens

e limitações da versão 3 deste programa, apresentada no Anexo D.



Resultados: Folhas de Cálculo do RCCTE



Anexo D – Crítica aos programas utilizados

STE

Vantagens

· Indicado para quem necessita apenas de verificar se um pequeno edifício novo se

encontra regulamentar, sem necessidade de simulações e definições do edifício mais

avançadas;

· O preenchimento das folhas de cálculo dos regulamentos, necessárias para a certificação

energética, encontra-se automatizada e formatada correctamente.

- Assim basta ao Perito Qualificado imprimir as tabelas directamente do programa e entregá-las

à ADENE.

Limitações

· Preço;

- É a maior limitação. Isto porque o programa tem poucas funcionalidades e a quantidade de

software da concorrência que se encontra no mercado, aprovado pela ADENE, por preço

similar, são bem mais versáteis e intuitivos de usar.

· Não permite simulação multizona;

· Não é indicado para edifícios com mais de 500 m2 de área útil;

· Inúmeros bugs, especialmente na introdução de valores e sua posterior alteração;

- Muitas das vezes em que se introduziram elementos (paredes, pavimentos, etc), certos

campos para introdução dos seus valores correspondentes (resistências térmicas) estavam

desactivados e impossíveis de editar, mesmo com a alteração dos nomes e algumas

propriedades do elemento, tendo sido muitas vezes exasperante descobrir uma forma de os

activar. No que toca a alterações desses mesmos valores o problema subsistia.

- Por vezes na abertura de certas soluções construtivas anteriormente gravadas, os seus

campos apareciam com valor zero (quando antes não era esse o valor) e desactivados, sem

hipótese de edição. Após várias aberturas da solução o valor acabava mais tarde por aparecer.

- A eliminação ou alteração de certas soluções construtivas é por vezes (como exemplo os

pavimentos interiores) impossível, pois os botões para tal encontram-se desactivados. A

solução é bizarra e consiste em insistir na abertura e fecho do ficheiro e/ou do programa e em

insistir em carregar em vários campos da janela do programa até os botões ficarem

aleatoriamente activados.



· A gravação e abertura de ficheiros é pouco intuitiva;

- Isto por o programa basear-se numa única base de dados em vez de ficheiros. É necessário

por vezes recorrer à eliminação de um edifício da base de dados e importar uma nova versão

deste, quando se altera as suas soluções construtivas, de forma a evitar confusões e conflitos

dentro da base de dados, quer da parte do utilizador, quer por vezes do próprio programa.

· O programa obriga a que todos os valores cumpram os requisitos para edifícios novos e

recusa-se a mostrar resultados enquanto estes não forem alterados;

- Depois do preço, é talvez a maior limitação do programa. Quando o edifício é existente, como

é o caso nesta dissertação, os regulamentos não exigem que os requisitos sejam cumpridos.

No entanto o programa exagera neste ponto e nem deixa sequer a simulação continuar quando

os requisitos para edifícios novos não são cumpridos, quer para o dimensionamento dos

sistemas de climatização, quer até para mostrar os resultados dos cálculos, que poderiam ser

bastante úteis na resolução de problemas e no estudo de várias soluções construtivas.

Por todas estas limitações e pela necessidade de recorrer demasiadas vezes a “truques” para

conseguir o programa funcionar, quando existem vários programas da concorrência mais versáteis,

intuitivos e aprovados pela ADENE por um preço similar, é desaconselhado o uso deste programa, em

especial para os casos de estudo similares ao desenvolvido nesta dissertação.

Para reforçar esta opinião é de referir que foi necessário mais de um mês para a introdução dos

valores necessários e posteriores alterações, que já se afastavam da solução original, na tentativa de

fazer o programa mostrar resultados. No final nem assim se conseguiram obter resultados para

apresentação nesta dissertação.

EnergyPlus

Vantagens

· Totalmente gratuito;

- Desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (U.S. Department

of Energy), o download e instalação do programa é muito simples, bastando fazer o registo

gratuito no seu site da internet (consultem-se os “links úteis” na bibliografia).

· O código do programa encontra-se em open-source;

- Como o programa é open-source, todo o seu código está disponível para consulta e edição,

permitindo a construção de várias ferramentas auxiliares e modificações do programa. Também

permite uma total compreensão e análise do funcionamento deste (reforçado pelo documento de



ajuda Engineering Reference [12]), o que é muito útil, senão mesmo fundamental, para análises

detalhadas e/ou académicas de térmica de edifícios e sistemas de climatização34.

· Informação, assistência e tutoriais disponíveis gratuitamente;

- O programa traz de origem vários documentos de ajuda, alguns deles com milhares de páginas

(por exemplo, Input-Output Reference [10] tem mais de duas mil páginas, apenas para a

descrição das variáveis do programa) e ainda tutoriais e vários ficheiros de exemplo.

- Além disso, como o EnergyPlus partilha da mesma filosofia de outros programas gratuitos de

open-source, existe ainda inter-ajuda em comunidades da internet.

· Estão disponíveis vários tipos de interface;

- Embora facilitem e simplifiquem bastante as simulações pelo EnergyPlus, a maioria destas não

é gratuita nem open-source, pelo que o factor preço deixa de ser uma vantagem nestes casos,

além que a informação e tutoriais disponíveis podem ser limitados.

· Bastante versátil;

- Contendo inúmeras variáveis possíveis para simulação – que vão desde os efeitos da

iluminação solar, vento exterior e infiltrações de ar, até vários sistemas de climatização possíveis

de projectar, entre muitas outras – aliado ao facto de todas elas poderem ser alteradas da

maneira que o utilizador desejar, quase sem restrições, os casos de edifícios que se podem

simular são praticamente ilimitados.

· Fiável para a utilização na certificação energética e afins;

- Desde que o utilizador insira correctamente as variáveis para a simulação e tenha muita

atenção aos valores que são considerados por defeito pelo programa em algumas delas, o

programa é fiável o suficiente para se poder confiar nos seus resultados, dado o rigor com que

foi criado e desenvolvido. Por respeitar a norma ASHRAE 140-2004, está aprovado pela ADENE

para a simulação dinâmica multizona de grandes edifícios, para a aplicação do RCCTE e

RSECE.

Limitações

· Lista inúmera de variáveis; A enorme versatilidade deste programa cria uma desvantagem que

pode afastar logo à partida inúmeros utilizadores iniciados: a quantidade considerável de

variáveis possível. Muitas vezes são idênticas entre si, encontram-se “perdidas” no meio de

34 Para comprovar este facto basta fazer uma rápida pesquisa do número de dissertações que abordam a térmica de

edifícios e respectiva climatização, com recurso ao software EnergyPlus. Se se observarem os anos de publicação de cada uma, verifica-se facilmente que o número tem vindo a aumentar, o que mostra uma utilização do programa cada vez maior.



tantas outras ou têm nomes que não são óbvios; o que contribui para que a curva de

aprendizagem seja elevada.

· É necessário um cuidado especial na introdução de variáveis e na utilização dos defaults;

- A omissão de certas variáveis pode levar a erros de simulação, podendo até impossibilitar esta.

No entanto também se deve evitar definir variáveis a mais, dado que pode reduzir a versatilidade

e a velocidade das simulações desnecessariamente.

- Neste ponto as situações mais grave são aquelas que influenciam a simulação sem que

provoquem erros ou avisos, sendo então muito difíceis de detectar.

- É necessário ser-se consciente na utilização dos valores por defeito do programa (defaults) e

não se deve esperar que o programa “compreenda” certas situações como óbvias. Uma parede

em falta não deixa entrar ar e um tecto em falta não deixa entrar luz solar, caso tal não seja

especificamente definido.

· Curva de aprendizagem elevada e muito demorada;

- Apesar de toda a ajuda disponível no programa e que se encontra na internet e em

comunidades de ajuda online, mesmo assim existem vários problemas que, embora parecendo

simples, acabam por nem assim ser de solução acessível. Seguir os tutoriais e elementos de

ajuda permitem a um utilizador mais ou menos especializado conseguir simular casos

relativamente simples, mas para se conseguir simular casos mais avançados e complexos será

necessário fazer cursos especializados e/ou despender meses no estudo do programa.

· Demasiado localizado para a América do Norte;

- Quer a nível de dados climáticos, quer no tipo de sistemas de climatização predefinidos,

disponíveis de base no programa, nota-se uma – embora compreensível – localização patente

ao território norte-americano. Acrescentando-se ainda o facto de o programa ter em mente as

normas ASHRAE, ao invés das Normas Europeias e ISO, nas quais o RCCTE e o RSECE se

baseiam. Tudo isto traz dificuldades à simulação de edifícios localizados em território português.

· Escassez de dados climáticos para o território português;

- Encontram-se disponíveis no site do EnergyPlus vários dados climáticos para cidades chave do

território português, que englobam os locais com maior população e os tipos de clima mais

usuais. Ainda assim o número de cidades disponível é muito reduzido e pode criar bastantes

dificuldades quando se pretende simular um edifício que se encontra num local distante destas.

É de salientar que a criação de novos dados climáticos é uma tarefa bastante complexa e

demorada e necessita de informações climáticas detalhadas que podem ser de difícil acesso.

· Dificuldade em simular soluções de climatização que se afastem dos templates do

programa;



- Esta limitação é infelizmente partilhada por todos os programas de simulação dinâmica

detalhada multizona (recomenda-se a leitura do capítulo 5 da referência [14]) e relaciona-se com

a limitação já referida do EnergyPlus ser demasiado localizado para a América do Norte. Os

sistemas de climatização que o programa traz já definidos por defeito são pouco usuais no

território português e encontram-se mais indicados para um clima continental do que para o

clima marítimo típico do litoral português. Tal obriga muitas vezes a elaborar um sistema de

climatização quase do zero – o que aconteceu nesta dissertação – o que é uma tarefa nada fácil

e bastante demorada, dado o elevado número de componentes a definir, quer do sistema quer

os necessários para o controlo correcto do programa.

· É quase obrigatório ter de utilizar interfaces diferentes;

- Está frisado em vários pontos dos manuais do programa que – embora com a evolução das

versões do programa se consiga ver um esforço para minimizar esta limitação – o EnergyPlus foi

feito sem cuidados de criar uma interface amigável para o utilizador. Tal facto quase que obriga,

em especial para os utilizadores iniciados, à utilização de interfaces independentes que, como já

se referiu, na sua maioria não são gratuitos.

- Como exemplo para comprovar este ponto note-se que numa das interfaces mais conhecidas,

o DesignBuilder, a introdução de um valor e posterior correcção, que pode ser feita

automaticamente por esta interface – bastando carregar num único botão ou abrindo um

template já definido pela interface (como os perfis de utilização) –, pode levar dias ou até mesmo

semanas, a estudar manuais, a um utilizador iniciado que utiliza apenas a interface de base do

EnergyPlus. Neste aspecto o factor preço começa a pesar menos, dado que a redução de tempo

de projecto é mais que considerável. Note-se que todas as limitações do EnergyPlus acima

referidas são ultrapassadas, ou pelo menos reduzidas, nestas interfaces independentes.

- Esta dificuldade foi sentida vezes sem conta ao longo desta dissertação, já que não foi possível

encontrar na faculdade a interface DesignBuilder a tempo, o que poderia ter reduzir para pelo

menos um quarto o tempo necessário para elaborar a simulação.

- É no entanto também de referir que é bem mais indicado utilizar a interface base do EnergyPlus

para a elaboração de uma dissertação, dado que permite um controlo e compreensão das

variáveis e cálculos realizados indispensável para esta. Permite ainda a introdução e controlo de

mais factores, que podem fazer uma diferença considerável nos resultados.



Anexo E – Testes realizados no EnergyPlus

A fim de compreender a influência de alguns parâmetros chave nas simulações realizadas no

EnergyPlus, e para verificar se estes estão a ser introduzidos de forma correcta, nos parâmetros certos,

para a simulação final desta dissertação.

Construiu-se então um edifício de teste, quadrado com 6 m de lado e área de 36 m2, com

apenas uma zona, a fim de se visualizarem melhor as influências de cada parâmetro na sua temperatura

interior. As 4 paredes serão de tijolo de 20 cm e o tecto e o chão serão feitos simplesmente de betão

armado com 20 cm, sem qualquer isolamento. A altura será de 3 m, que fará um volume de 108 m3. O

edifício de teste original não terá qualquer janela, porta ou outro tipo de abertura. As paredes e cobertura

serão pintadas de cor muito escura.

O edifício será colocado, por defeito, numa zona de subúrbios de uma cidade, à altura dada por

defeito pelo ficheiro climático.

Os testes são realizados para um dia representativo da estação de aquecimento – 31 de Janeiro

–, representado sempre à esquerda, e para um dia representativo da estação de arrefecimento – 23 de

Julho –, representado sempre à direita.

Os resultados são apresentados em gráficos. As linhas a preto representam sempre a

temperatura ambiente exterior, a vermelho a temperatura interior do edifício original e a verde a

temperatura interior do edifício após um determinado parâmetro de teste alterado. O eixo vertical

representa sempre as temperaturas em ºC e o eixo horizontal as horas ao longo dos dias de teste.

Note-se que estes testes não são exaustivos, são executados de forma simples, sem grande

rigor ou análises muito cuidadas, pelo que servem apenas para dar uma melhor ideia de como

funcionam alguns parâmetros, e daí serem colocados em anexo.



Temperatura interior do edifício sem qualquer alteração

Influência das temperaturas do solo

Por defeito, o EP considera que as temperaturas do solo estão constantemente o ano inteiro a

18ºC. Por coincidência, as temperaturas do solo calculadas no programa Slab para os meses de Inverno,

rondam os 18,1ºC. Já para o mês de Julho essa temperatura é de 22,3ºC. Assim sendo, neste teste,

apenas se visualiza o teste para o dia mais quente.

Estando então agora o solo a uma temperatura 4ºC superior da inicial (a vermelho), nota-se um

aumento constante de 2ºC na temperatura interior da zona. Verifica-se assim que deve existir um

cuidado especial no cálculo das temperaturas do solo, dado que esta pode influenciar de forma visível as

temperaturas interiores de zonas em contacto com este, principalmente se tiverem um volume

relativamente reduzido.



Colocação do edifício perto do mar

Relembre-se que o edifício original está colocado numa zona de subúrbios de uma cidade.

Colocando o edifício numa zona perto do mar, e assim mais exposta ao vento, é de esperar que as

novas temperaturas interiores do edifício (a verde) sejam sempre menores que as originais (a vermelho).

Edifício sem qualquer exposição ao vento

A total remoção da exposição ao vento do edifício resulta num aumento da temperatura interior

(a verde) em relação à original (a vermelho). As semelhanças com a deslocação do local do edifício para



perto do mar são evidentes porque ambas são influenciadas pela alteração da mesma variável: a

exposição ao vento.

Sem qualquer radiação solar incidente no edifício

Considerando que nenhuma superfície do edifício se encontra exposta ao sol, a redução na

temperatura é bastante visível, em especial no dia de Verão.

Paredes e cobertura pintadas com cor clara

O edifício de teste foi originalmente pintado com cores muito escuras, de forma a serem mais

visíveis diferenças na temperatura interior. Ao pintar o edifício com cores claras, existe uma considerável



redução na radiação absorvida pelas superfícies e, assim, num menor aumento da temperatura

provocado pela radiação solar. O efeito é teoricamente idêntico ao da redução da radiação solar sobre o

edifício, sendo este mais semelhante quanto mais clara a cor for.

Redução da emissividade dos elementos de construção

Ao reduzir a emissividade de todos os materiais de construção do edifício, do valor por defeito de

0,9 (a vermelho) para 0,2 (a verde), a influência na temperatura interior é visível. Os materiais, ao

passarem a absorver uma menor quantidade de calor, transmitem a diferença de calor que deixaram de

absorver para o interior da sala, aquecendo-a.

Colocação de isolamento térmico no interior das paredes e na cobertura



Neste teste coloca-se uma camada de 3 mm de XPS, na face interior das paredes e da cobertura

do edifício. É visível que as novas temperaturas interiores (a verde) já não são tão influenciadas pela

temperatura exterior (a preto), atingindo temperaturas mais perto do desejado.

Aumento da massa dos materiais construtivos do edifício

Este teste tem como objectivo estudar a influência de um aumento na inércia térmica do edifício,

ao aumentar a massa específica dos materiais das paredes, da cobertura e do pavimento. O aumento da

inércia provoca dois efeitos: o primeiro é um “amortecimento” da variação da temperatura interior ao

longo do dia e o segundo é um “atraso” da influência da temperatura exterior na temperatura interior.

Verifique-se a diferença entre os picos da inércia original, a vermelho, e da inércia aumentada, a verde,

quer no que toca aos seus valores máximos e mínimos, como a hora em que estes ocorrem.



Introdução de uma janela na parede sul do edifício

Neste teste colocou-se uma janela de vidro simples, com 8 m2 de área, no centro da parede sul

do edifício. O impacto que esta causa é mais visível no dia de Inverno, à esquerda. Como se pode ver,

dá-se um aumento de temperatura mal o sol nasce, pelas 7 h. Nota-se ainda uma espécie de degrau que

ocorre entre as 12 e as 13 h, causada pelo facto de o sol neste ponto não incidir directamente sobre a

janela.

Nas horas em que existe radiação solar incidente sobre a janela, as temperaturas interiores

atinge valores mais elevados que anteriormente. Já nas horas em que não existe radiação solar, a nova

temperatura do edifício (a verde) com a janela fica com valores ligeiramente menores do que

originalmente (a vermelho), dado que nestas horas a perda de calor pelo vidro é superior à perda que

ocorria para a mesma área de parede.

Introdução de uma janela a sul, com pala de sombreamento sobre esta

Foi introduzido no edifício anterior, com a janela a sul, uma pala horizontal de sombreamento

sobre a janela, com uma espessura de 1 m e um ângulo de 45º em relação ao horizonte. O edifício fica

então como representado na figura abaixo.



Dada a natureza deste teste, é necessário comparar com o gráfico do teste anterior para se

notar a influência da pala. Assim sendo note-se que a temperatura exterior e a temperatura interior

original continuarão a ser representadas nos gráficos pelas linhas a preto e a vermelho, respectivamente.

A temperatura interior do edifício só com a janela a sul será representado pela linha verde e, finalmente,

a temperatura interior com a pala de sombreamento sobre a janela a sul será representada a azul.

Note-se então que a radiação solar já não aquece tanto a zona como no teste anterior, e o

arrefecimento terá um declive similar, como seria de esperar.

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