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Simulação Dinâmica e Estudo de Medidas de

Racionalização Energética do Pavilhão de Engenharia Civil

do IST

Tiago Filipe Aguiar dos Santos Vilhena

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Júri

Presidente: Prof. Doutor Mário Manuel Gonçalves da Costa

Orientador: Prof. Doutor João Luís Toste de Azevedo

Vogal: Eng.º Mário Miguel Franco Marques de Matos

Maio 2013

ii

Agradecimentos

Ao professor João Toste Azevedo, pela sua orientação, explicações, esclarecimentos, sugestões e

apoio prestados ao longo das várias etapas da realização desta dissertação. Também à Galp

Energia, por me ter concedido a oportunidade de participar no seu projecto de eficiência energética

20-20-20 em parceria com o IST e do qual também resulta esta dissertação.

À equipa de manutenção da empresa Sousa Pedro, responsável pela instalação AVAC do Pavilhão

de Engenharia Civil, sem o apoio contínuo de quem não teria sido possível compreender a estrutura,

o funcionamento e demais particularidades da referida instalação em toda a sua extensão.

Também um agradecimento à equipa do Núcleo de Manutenção do Instituto Superior Técnico

responsável pelo edifício estudado neste trabalho, personificado no Eng.º Onésimo Silva e no Sr. Luís

Rosa, pelo auxílio técnico e logístico prestados e por todas as informações e documentos oficiais

fornecidos.

Ao Eng.º Mário de Matos do Conselho de Gestão do IST, fica aqui a gratidão pelos esclarecimentos,

ajuda e material dispensados para as diversas tarefas relacionadas com a vertente de auditoria

energética que consta desta dissertação. Ao meu colega João Patrício, o agradecimento pelas várias

aclarações e informações facultadas igualmente nesse âmbito.

Por fim, deixa-se também um sentido agradecimento ao Sr. Adolfo, electricista responsável do

edifício, por todo o auxílio, tempo e material emprestados, muitas vezes em prejuízo do seu trabalho

regular, na realização de tarefas directamente ligadas à logística da medição de quadros eléctricos.

iii

Para os meus pais,

pelos anos de espera

iv

Resumo

A presente dissertação consistiu na construção de um modelo de simulação dinâmica do edifício de

Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico, localizado em Lisboa, recorrendo a um programa da

especialidade, o TRACE 700. Com o desenvolvimento do modelo, o que se pretendeu em última

instância foi testar, em ambiente de simulação, medidas que uma vez implementadas resultassem

numa redução do consumo energético do edifício. Genericamente, a criação do modelo assentou

num conjunto de parâmetros, desde a agregação de espaços em diferentes zonas térmicas e a

caracterização das envolventes opaca e translúcida até à introdução das cargas e respectivos perfis

reais de utilização do edifício. Para a determinação e definição dos campos referidos foram realizados

levantamentos aos espaços, através de inquéritos, de forma a conhecer o seu tipo de utilização e

assim poder ser feito um fraccionamento coerente do edifício em zonas térmicas e estabelecer

igualmente as respectivas cargas de iluminação, equipamentos e ocupação e os correspondentes

regimes de utilização; como auxílio a esta etapa do trabalho, nomeadamente no que concerne às

cargas de equipamentos, efectuaram-se medições com analisadores de energia para afinar as

potências de diversos aparelhos típicos de escritório introduzidas no modelo e no caso dos

laboratórios para aplicar um factor de carga aos consumos da maquinaria pesada que devido à sua

natureza funciona frequentemente a carga parcial; foram ainda consultados os projectos de

arquitectura para a definição das envolventes, bem como as memórias descritivas que serviram

também para recolher informações sobre os equipamentos e os sistemas de AVAC, tendo em vista a

modelação da instalação de climatização no programa de simulação. Depois de todas as

características e parâmetros do edifício estarem implementados no modelo, obtiveram-se os

resultados da simulação para o consumo por fonte de energia, o consumo eléctrico mensal do edifício

e consumos desagregados por utilização final. As necessidades eléctricas totais e mensais obtidas

foram comparadas com as estimativas dos registos dos consumos do edifício, decorrentes de

leituras, e após análise positiva o modelo foi considerado correctamente calibrado e portanto validada

a simulação. Assim partiu-se para o estudo de medidas de eficiência energética que abrangeram dois

campos, a alteração da instalação de iluminação e a protecção solar do edifício, decorrendo a

primeira do facto da instalação se apresentar sobredimensionada e desactualizada a nível

tecnológico, e a segunda da significativa percentagem da área total da fachada exterior que é coberta

por envidraçados (48.6%). No que concerne a iluminação, propôs-se reduzir a potência instalada nas

zonas de circulação comum através da substituição das actuais lâmpadas fluorescentes T8 por T5

mais eficientes. Relativamente à protecção solar, as alterações propostas consistiram na aplicação,

pelo exterior, de uma película de protecção solar fumada e outra do tipo espelhada aos envidraçados

dos pisos 2 e 3, pois no consumo de AVAC obtido da simulação, a maior parcela ficou a dever-se ao

arrefecimento. Os resultados das medidas testadas foram analisados sob o ponto de vista energético

e foram determinadas as poupanças resultantes na factura eléctrica do edifício, de acordo com o

respectivo contrato e tarifário em vigor.

Palavras-chave: simulação térmica dinâmica de edifício; consumo de energia; análise de medidas de

eficiência energética.

v

Abstract

The present dissertation consisted in constructing a dynamic computational simulation model of the

Civil Engineering main building located at Instituto Superior Técnico’s Alameda campus in Lisbon,

using the software TRACE 700 from TRANE. The main objective with the development of the model

was to study the implementation of measures which could produce a reduction in the building’s yearly

energy consumption. In general terms, the model’s creation was founded in a set of items and

parameters, from the aggregation of the different building spaces in thermal zones and the

characterization of the opaque and transparent envelopes to the introduction of all the loads and

matching the utilization schedules. To determine the above cited parameters, surveys were made

throughout the building’s spaces to acknowledge the use of each room and therefore ensure a

coherent thermal zoning of all areas, including the establishment of the respective lights, occupation

and various equipments loads and the corresponding user profiles. As an auxiliary to determine the

miscellaneous equipment loads, energy meters were used to calibrate by the loads of typical office

devices that were added to the model and to correct the laboratory machinery’s power consumptions,

which due to their character, often operate at partial load. Still in respect to the model’s setup, the

building’s architectural projects and descriptive memories were consulted to aid defining the

envelopes and the HVAC installation. With the model completed, several simulation results, mainly the

electric yearly and monthly energy consumption data, were compared to the actual reading based

energy records of the building and after a positive calibration/adjustment analysis the model was

calibrated and thus considered valid. Then, a number of energy efficiency measures were studied

using the simulation model mainly based on two aspects, the lights installation and the building’s solar

protection. The first aspect mentioned results from downgrading the actual lighting system, whereas

the second was brought about because of the building’s high ratio of glazed area to total facade

surface (48.6 %). In detail, the lighting measure proposes to reduce the installed power along the

common circulating areas by replacing the current fluorescent T8 lamps for the more efficient and

likewise fluorescent T5 lamps. Concerning the building´s solar protection, the projected modifications

consisted firstly in applying an outer smoked solar protection film and alternatively a mirrored

protection film to the glazed elements of the 2nd

and 3rd

floors’ facades, in two separate iterations,

since the main portion of the HVAC energy consumption in the simulation results was due to cooling.

The simulation outcome of implementing these measures was critically analyzed energy wise and the

consequent global energy consumption reduction was converted to an electric bill saving, according to

the current contractual tariff.

Keywords: dynamic building energy simulation; energy consumption, analysis of energy saving

measures.

vi

Índice

Agradecimentos .................................................................................................................................... ii

Resumo.................................................................................................................................................. iv

Abstract .................................................................................................................................................. v

Índice ..................................................................................................................................................... vi

Índice de Figuras ................................................................................................................................ viii

Índice de Tabelas ................................................................................................................................... x

Lista de Abreviações ........................................................................................................................... xii

1. Introdução .......................................................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento mundial ............................................................................................................... 1

1.2 Enquadramento europeu ............................................................................................................... 2

1.3 Contexto nacional .......................................................................................................................... 3

1.4 Regulamentação térmica dos edifícios ......................................................................................... 6

1.5 O papel da simulação dinâmica .................................................................................................... 6

1.6 Revisão bibliográfica ..................................................................................................................... 7

1.7 Objectivos ...................................................................................................................................... 9

2. Caso de estudo ................................................................................................................................ 11

2.1 Caracterização geral do edifício .................................................................................................. 11

2.1.1 Descrição geral dos espaços ............................................................................................... 13

2.1.2 Descrição geral das unidades terminais dos sistemas de climatização dos espaços ......... 14

2.2 Soluções construtivas da envolvente opaca e translúcida .......................................................... 18

2.3 Descrição da instalação de climatização .................................................................................... 21

2.4 Sistema de produção e distribuição de ar comprimido ............................................................... 28

2.5 Descrição da instalação eléctrica ................................................................................................ 28

2.6 Descrição da instalação de iluminação ....................................................................................... 29

2.7 Outros sistemas ........................................................................................................................... 37

3. Abordagem teórica e metodologia ................................................................................................ 38

3.1 Criação de espaços e zonas térmicas ........................................................................................ 39

3.1.1 Condições interiores de espaços úteis ................................................................................. 39

3.1.2 Definição de partições e espaços não úteis ......................................................................... 40

3.2 Definição das soluções construtivas ........................................................................................... 45

3.2.1 Envolvente opaca ................................................................................................................. 45

3.2.2 Envolvente translúcida ......................................................................................................... 47

3.3 Cargas térmicas nos espaços ..................................................................................................... 51

3.3.1 Ocupação ............................................................................................................................. 52

3.3.2 Iluminação ............................................................................................................................ 53

3.3.3 Equipamentos ....................................................................................................................... 53

vii

3.4 Ventilação dos espaços ............................................................................................................... 57

3.5 Modelação da instalação de climatização ................................................................................... 62

3.5.1 Modelação dos sistemas terminais de climatização no TRACE 700 ................................... 62

3.5.2 Modelação das unidades produtoras da instalação no TRACE 700 ................................... 68

4. Resultados da simulação dinâmica em condições reais ............................................................ 71

5. Estudo de medidas de eficiência energética ................................................................................ 80

5.1 Substituição da iluminação das circulações e outros espaços não climatizados ....................... 85

5.2 Aplicação de película exterior de protecção solar fumada nos envidraçados dos pisos 2 e 3 ... 90

5.3 Aplicação de película exterior de protecção solar espelhada nos envidraçados dos pisos 2 e 3

........................................................................................................................................................... 93

6. Conclusões ...................................................................................................................................... 97

7. Sugestões de trabalhos futuros .................................................................................................. 100

8. Referências bibliográficas ............................................................................................................ 101

Anexos ................................................................................................................................................ 103

A1. Desagregação de áreas por tipologia de espaço e utilização .................................................. 103

A2. Lista de equipamentos dos sistemas terminais de climatização .............................................. 104

A3. Mapas de localização das soluções da envolvente opaca ....................................................... 108

A4. Mapa de localização das soluções da envolvente translúcida ................................................. 111

A5. Desagregação de áreas por sistema terminal de climatização ................................................ 114

A6. Sistema de produção e distribuição de ar comprimido ............................................................. 115

A7. Níveis de iluminação máximos e mínimos medidos ................................................................. 116

A8. Rede de gás natural .................................................................................................................. 118

A9. Outros sistemas não considerados na simulação .................................................................... 119

A10. Factores Solares ..................................................................................................................... 120

A11. Estrutura dos inquéritos efectuados aos utilizadores dos gabinetes ...................................... 121

A12. Esquema geral da alimentação eléctrica dos laboratórios ..................................................... 122

A13. Factores de carga de equipamentos dos laboratórios ............................................................ 123

A14. Diagramas esquemáticos das estratégias de ventilação das UTA e UTAN ........................... 124

A15. Análise dos registos do consumo de electricidade de 2010 a 2012 ....................................... 126

A16. Tarifário e horário de electricidade em média tensão ............................................................. 128

A17. Características dos envidraçados com película exterior de protecção solar fumada............. 129

A18. Características dos envidraçados com película exterior de protecção solar espelhada ........ 130

viii

Índice de Figuras

Figura 1 – Orientação espacial do edifício ............................................................................................ 11

Figura 2 – Fachada sul do Pavilhão de Engenharia Civil do IST .......................................................... 12

Figura 3 – Planta do piso 0 com identificação dos dois blocos e das três torres de acesso do edifício

............................................................................................................................................................... 12

Figura 4 – Esquema de funcionamento da instalação .......................................................................... 21

Figura 5 – Circuladores do circuito dos tanques de inércia .................................................................. 23

Figura 6 – UTA 10, 11, 12 e 13 ............................................................................................................. 24

Figura 7 – Sistemas terminais de climatização por piso ....................................................................... 27

Figura 8 – Iluminação dos espaços do edifício ..................................................................................... 31

Figura 9 – Perfil da temperatura na torre de acesso Sul ao longo do dia 13 Março de 2012 .............. 43

Figura 10 – Variação da temperatura na torre de aceso sul entre 15 e 17 de Março de 2012

(medições feitas durante a tarde) .......................................................................................................... 43

Figura 11 – Caracterização de paredes enterradas pelo método ground no TRACE 700 ................... 45

Figura 12 – Caracterização de paredes interiores pelo método de temperatura constante no TRACE

700 ......................................................................................................................................................... 45

Figura 13 – Caracterização do painel de betão de 8 cm de espessura no TRACE 700 ...................... 46

Figura 14 – Implementação da parede de fachada dos pisos 1 e 2 no TRACE 700 ............................ 46

Figura 15 – Caracterização do envidraçado de 6 mm no TRACE 700 ................................................. 49

Figura 16 – Caracterização de um perfil horizontal de sombreamento da fachada do edifício no

TRACE 700 ........................................................................................................................................... 51

Figura 17 – Implementação de cargas térmicas e respectivos perfis de utilização no TRACE 700 .... 52

Figura 18 – Potência medida no quadro eléctrico 01.2.1 do piso 01 durante 24h................................ 55

Figura 19 – Consumo de energia medido no quadro eléctrico 01.2.1 do piso 01 durante 24h ............ 56

Figura 20 – Implementação da ventilação do anfiteatro VA1 no TRACE 700 ...................................... 60

Figura 21 – Implementação da ventilação de um espaço servido pela UTAN 1 no TRACE 700 ......... 61

Figura 22 – Implementação da ventilação de um grupo de gabinetes do piso 3.................................. 62

Figura 23 – Caracterização de termoventiladores com insuflação de ar novo por UTAN no TRACE

700 ......................................................................................................................................................... 63

Figura 24 – Implementação de bombas de calor reversíveis água-ar com insuflação de ar novo por

UTAN no TRACE 700 ............................................................................................................................ 64

Figura 25 – Implementação da UTA 1 no TRACE 700 ......................................................................... 64

Figura 26 – Caracterização de termoventiladores sem insuflação mecânica no TRACE 700 ............. 65

Figura 27 – Implementação de sistemas split no TRACE 700.............................................................. 66

Figura 28 – Caracterização do sistema VRV do LTI no TRACE 700 ................................................... 66

Figura 29 – Implementação da UTAN 3 no TRACE 700 ...................................................................... 67

Figura 30 – Implementação da unidade produtora bomba de calor ar-água no TRACE 700 .............. 69

Figura 31 – Implementação da parte do circuito de tanques de inércia dedicada às bombas de calor

água-ar terminais no TRACE 700 ......................................................................................................... 69

Figura 32 – Implementação da parte do circuito de tanques de inércia dedicada às UTA em modo de

arrefecimento no TRACE 700 ............................................................................................................... 70

Figura 33 – Comparação mensal entre o consumo de energia eléctrica estimado por leituras e as

necessidades determinadas pela simulação......................................................................................... 71

Figura 34 – Necessidades energéticas da simulação desagregadas por utilização final ..................... 73

Figura 35 – Desagregação das necessidades de energia obtidas na simulação por utilização final ... 74

Figura 36 – Densidade de cargas de iluminação e equipamentos por tipologia de espaço ................. 75

Figura 37 – Desagregação das necessidades de AVAC por aplicação ............................................... 78

Figura 38 – Necessidades de climatização mensais desagregadas por tipo de equipamento ............ 79

Figura 39 – Comparação das necessidades anuais de energia eléctrica desagregadas por utilização

final após alteração da iluminação ........................................................................................................ 87

Figura 40 – Comparação das necessidades eléctricas mensais após alteração da iluminação .......... 88

ix

Figura 41 – Caracterização dos envidraçados com aplicação de película exterior fumada no TRACE

700 ......................................................................................................................................................... 90

Figura 42 – Comparação das necessidades energéticas anuais desagregadas por utilização final

após aplicação de película exterior fumada .......................................................................................... 91

Figura 43 – Comparação das necessidades eléctricas mensais após aplicação da película exterior

fumada ................................................................................................................................................... 91

Figura 44 – Caracterização dos envidraçados com aplicação de película espelhada no TRACE 700 93

Figura 45 - Comparação das necessidades energéticas anuais desagregadas por utilização final após

aplicação de película exterior espelhada .............................................................................................. 94

Figura 46 - Comparação das necessidades eléctricas mensais após aplicação da película espelhada

............................................................................................................................................................... 94

x

Índice de Tabelas

Tabela 1 – Estimativas do potencial total de poupança de energia nos sectores utilizadores [3] .......... 3

Tabela 2 – Dimensões globais do edifício............................................................................................. 12

Tabela 3 – Soluções construtivas da envolvente opaca ....................................................................... 19

Tabela 4 – Soluções gerais da envolvente translúcida ......................................................................... 20

Tabela 5 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em espaços laboratoriais ....................... 32

Tabela 6 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em gabinetes .......................................... 32

Tabela 7 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em anfiteatros e outros espaços ............ 33

Tabela 8 – Níveis de iluminação medidos e recomendados para os espaços do Centro de Congressos

............................................................................................................................................................... 34

Tabela 9 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em salas de aula e de estudo ................ 35

Tabela 10 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em circulações e átrios......................... 36

Tabela 11 – Temperaturas de salas de aula e de estudo ..................................................................... 40

Tabela 12 – Temperaturas medidas em circulações no dia 2 de Março de 2012 ................................ 41

Tabela 13 – Temperaturas medidas em circulações entre 8 e 10 de Fevereiro de 2012 .................... 42

Tabela 14 – Características de vãos envidraçados [18] ....................................................................... 47

Tabela 15 – Cálculo auxiliar para os vãos envidraçados ...................................................................... 48

Tabela 16 – Cálculo auxiliar do coeficiente de transmissão térmica de um vão envidraçado .............. 48

Tabela 17 – Factor solar do vidro e da protecção [10] .......................................................................... 49

Tabela 18 – Propriedades dos vãos envidraçados implementados no modelo .................................... 50

Tabela 19 – Levantamento de equipamentos do Laboratório de Caracterização de Materiais ........... 55

Tabela 20 – Consumos eléctricos registados pelo analisador e pelos levantamentos ........................ 56

Tabela 21 – Factor de carga ................................................................................................................. 56

Tabela 22 – Cargas e perfis de utilização do Laboratório de Caracterização de Materiais ................. 57

Tabela 23 – Ventilação dos espaços servidos por UTA ....................................................................... 58

Tabela 24 – Recirculação de ar nas UTA ............................................................................................. 59

Tabela 25 – Ventilação de espaços servidos por UTAN ....................................................................... 60

Tabela 26 – Pressões estáticas de UTAN e UTA ................................................................................. 68

Tabela 27 – Períodos de funcionamento da instalação central de climatização .................................. 70

Tabela 28 - Comparação dos consumos de energia eléctrica simulado e estimado por leituras ......... 72

Tabela 29 – Consumo mensal simulado de iluminação e equipamentos ............................................. 74

Tabela 30 – Necessidades mensais de energia para climatização ...................................................... 77

Tabela 31 – Estrutura da componente de energia activa do arrefecimento ......................................... 82

Tabela 32 – Estrutura da componente de energia activa do aquecimento ........................................... 82

Tabela 33 – Estrutura da componente de energia activa da ventilação e da bombagem .................... 82

Tabela 34 – Horário de iluminação de Inverno das circulações e zonas comuns ................................ 83

Tabela 35 – Horário de iluminação de Verão das circulações e zonas comuns .................................. 84

Tabela 36 – Estrutura da componente de energia da iluminação......................................................... 84

Tabela 37 – Componentes de potência das utilizações finais .............................................................. 85

Tabela 38 – Comparação do consumo eléctrico entre os modelos de lâmpadas fluorescentes T8 e T5

............................................................................................................................................................... 85

Tabela 39 – Lâmpadas a substituir na intervenção proposta ao nível da iluminação .......................... 86

Tabela 40 – Alteração da potência de iluminação instalada com a medida proposta .......................... 87

Tabela 41 – Quantificação da poupança parcial de energia activa na factura eléctrica ....................... 89

Tabela 42 – Quantificação da poupança parcial em potência de horas de ponta na factura eléctrica 89

Tabela 43 – Quantificação do acréscimo parcial no consumo de energia activa na factura eléctrica . 89

Tabela 44 – Quantificação do acréscimo parcial em potência de horas de ponta na factura eléctrica 89

Tabela 45 – Quantificação da poupança parcial em energia activa na factura eléctrica ...................... 92




xi

Tabela 49 – Quantificação da poupança parcial em energia activa na factura eléctrica ...................... 95




xii

Lista de Abreviações

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

AVAC – Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado

AQS – Águas Quentes Solares

CO – Monóxido de Carbono

CO2 – Dióxido de Carbono

DGEG – Direcção Geral de Energia e Geologia

EER – Razão de Eficiência Energética

ERSE – Entidade reguladora dos Sistemas Energéticos

FER – Fontes de Energia Renováveis

GEE – Gases de Efeito de Estufa

GOP – Gabinete de Organização Pedagógica do IST

IEE – Índice de Eficiência Energética

IST – Instituto Superior Técnico

NM – Núcleo de Manutenção do Instituto Superior Técnico

PAC – Plano de Acções Correctivas

PNAC – Plano Nacional para as Alterações Climáticas

PRE – Plano de Racionalização Energética

QAI – Qualidade do Ar Interior

RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização de Edifícios

SC – Shading Coefficient

SCE – Sistema de Certificação Energética e Qualidade do Ar Interior em Edifícios

TEP – Tonelada Equivalente de Petróleo

U – Coeficiente de transmissão térmica

UE – União Europeia

UPAR – Unidade de Produtora de Água Refrigerada

UTA – Unidade de Tratamento de Ar

UTAN – Unidade de Tratamento de Ar Novo

UTV – Unidade de Termoventilação

VAC – Volume de Ar Constante

xiii

VRV – Volume de refrigerante variável

1

1. Introdução

O acesso à energia é fundamental para o desenvolvimento das sociedades. No entanto, a maior parte

da energia usada no mundo provém de combustíveis fósseis como o carvão, o gás ou o petróleo,

cujas reservas têm vindo a diminuir. Adicionalmente, a utilização intensiva destes combustíveis

fósseis aumenta a concentração de dióxido de carbono na atmosfera, contribuindo para o

aquecimento global do planeta, devido ao efeito de estufa. O estilo de vida da sociedade actual pode

estar ameaçado e o futuro comprometido se não forem encontradas novas soluções energéticas. Por

essa razão, multiplicam-se os esforços na promoção da utilização eficiente da energia, e na aposta

nas fontes de energia renováveis como o sol, o vento ou a água.

1.1 Enquadramento mundial

O consumo global de energia cresceu 26% entre 1990 e 2006, as emissões de CO2 associadas

cresceram ainda mais (31%) durante esse período. Tal crescimento foi impulsionado especialmente

pelos sectores de transportes, com uma subida de 40%, e de serviços, aumento de 39%, embora o

sector que utiliza mais energia e emite CO2 continue a ser a indústria, responsável por 33% do

consumo final de energia e por 39% das emissões em 2006 [1]. Deve-se ressalvar o papel

desempenhado pelos países em desenvolvimento neste cenário, uma vez que países desenvolvidos

observaram um crescimento de 19% do consumo de energia e 14% das emissões de CO2 no

intervalo 1990-2006, contra 51% de aumento nas emissões de CO2 por parte do mundo em

desenvolvimento [1]. Deve-se notar também o diferente perfil de consumo entre tais grupos de

países, dado que, nos desenvolvidos o sector de transportes é o maior consumidor de energia,

enquanto naqueles em desenvolvimento a indústria (39%) e o sector residencial (34%) são os mais

representativos em consumo de energia. Entre as fontes energéticas, o petróleo permanece como a

mais utilizada, com 37% do total de energia consumido em 2006, sendo o sector de transportes

responsável por 70% de todo o consumo de petróleo no planeta. O carvão, por sua vez, apenas

observou um crescimento no seu consumo graças à China, que respondeu por 53% do consumo

global desta fonte em 2006, já que entre os países desenvolvidos a tendência foi de queda da

participação deste recurso nas matrizes energéticas, passando de 11% em 1990 para apenas 6% em

2006 [1].

Mesmo considerando os efeitos das políticas adoptadas até meados de 2008 para aumentar a

eficiência energética e acelerar o desenvolvimento das energias renováveis a nível mundial, o

“cenário de referência” elaborado pela Agência Internacional de Energia (IEA), estima que até 2030 a

procura primária de energia cresça em média 1,6% ao ano, gerando um aumento acumulado da

ordem de 45%, o que significa um consumo superior a 17 milhões de toneladas equivalentes de

petróleo (Mtep) [1]. Ocorre que, deste total acumulado, 30% virá do petróleo, 29% do carvão e 22%

2

do gás, mantendo-se assim uma participação superior a 80% dos combustíveis fósseis na matriz

energética. Evidentemente, este cenário implicará um aumento insustentável na tendência de

aquecimento global.

Actualmente, a nível mundial, o sector dos edifícios é responsável pelo consumo de

aproximadamente 30% de todos os recursos extraídos da natureza, representando globalmente 40%

de toda energia consumida, 25% do consumo de água e 12% do uso da terra. Além de gerar 25%

dos resíduos sólidos e ser causador de cerca de 30% das emissões de gases de efeito de estufa no

planeta [2]. A longevidade dos edifícios faz com 80 a 90% do consumo de energia durante o seu uso

ou operação, seja para iluminação, aquecimento, arrefecimento e ventilação.

1.2 Enquadramento europeu

O sector dos edifícios é responsável pelo consumo de aproximadamente 40% da energia final na

Europa. No entanto, mais de 50% deste consumo pode ser reduzido através de medidas eficiência

energética, o que pode representar uma redução anual de 400 milhões de toneladas de CO2 – quase

a totalidade do compromisso da UE no âmbito do Protocolo de Quioto [3].

A União Europeia enfrenta desafios sem precedentes no domínio da energia, devido a uma acrescida

dependência das importações, à inquietação suscitada pelo abastecimento de combustíveis fósseis

em todo o mundo e às alterações climáticas, claramente perceptíveis. Todavia, por ineficiência, a

Europa continua a desperdiçar pelo menos 20% da sua energia. Com base nas tendências actuais, a

dependência da UE face às importações para satisfazer as suas necessidades em 2030 será de 90%

no caso do petróleo e de 80% no do gás. O Conselho Europeu da Primavera de 2006 apelou à

adopção, com carácter de urgência, de um Plano de Acção para a Eficiência Energética, tendo em

mente o potencial de poupança, estimado em 20%, no consumo anual de energia primária na UE até

2020 [3]. É impossível prever os preços do petróleo e do gás em 2020, principalmente se continuar a

aumentar tão rapidamente como hoje a procura por parte dos países em desenvolvimento. A

eficiência energética é então um dos principais métodos para fazer face a este desafio.

A concretização do potencial de 20% de poupança até 2020, equivalente a cerca de 390 Mtep,

produzirá grandes benefícios em termos de energia e de ambiente. As emissões de CO2 deverão

diminuir 780 Mt em relação ao cenário de referência, o que é mais do dobro das reduções que o

Protocolo de Quioto impõe à UE até 2012 [3]. As despesas adicionais de investimento em tecnologias

mais eficientes e inovadoras serão mais do que compensadas pela poupança anual em combustível,

que se estima ultrapassará os 100 mil milhões de euros [4]. A tabela 1 indica as estimativas do

potencial de poupança de vários sectores de actividade em 2020.

3

Sector

Consumo de energia em 2005 (Mtep)

Consumo de energia em

2020 mantendo o status quo

(Mtep)

Potencial de poupança de energia em 2020 (Mtep)

Potencial total de

poupança em 2020 (%)

Residencial 280 338 91 27

Edifícios comerciais (serviços)

157 211 63 30

Transportes 332 405 105 26

Indústria transformadora

297 382 95 25

Tabela 1 – Estimativas do potencial total de poupança de energia nos sectores utilizadores [3]

Em parte devido ao seu enorme contributo para o consumo total, o maior potencial de poupança

economicamente rentável corresponde ao sector dos edifícios residenciais (famílias) e comerciais

(terciário), cujos potenciais totais são hoje estimados, respectivamente, em cerca de 27% e 30% da

energia utilizada [4].

O desempenho em matéria de eficiência energética varia muito de um país para outro. A UE e o

Japão têm, por exemplo, três a quatro vezes mais eficiência energética – em termos de intensidade

energética – que os países da antiga União Soviética ou do Médio Oriente. O recente aumento dos

preços do petróleo veio chamar a atenção para o impacto do aumento da procura de energia em

resultado do rápido aumento do consumo de energia em alguns países, nomeadamente a China.

Dada a escassez de recursos energéticos e a capacidade limitada de produção excedentária,

nomeadamente em matéria de hidrocarbonetos, é óbvio que os países importadores de energia estão

cada vez mais em concorrência para o acesso aos mesmos recursos energéticos. No que respeita ao

clima, recentes comunicações sobre as alterações climáticas chamaram a atenção para a importância

de uma ampla participação como elemento essencial de qualquer estratégia a médio e a longo prazo.

Dado que o sector energético deve fornecer a maior parte dos objectivos de redução, a atenuação

das alterações do clima a nível global depende em grande parte de uma maior utilização da eficiência

energética, das fontes de energia renováveis e de outras tecnologias energéticas não poluentes em

todos os países. Na medida em que, desde a primeira crise energética no início dos anos setenta, a

UE tem aplicado políticas e programas coerentes para a promoção da eficiência energética, a

indústria europeia está agora na vanguarda da tecnologia e ocupa um lugar estratégico na

concorrência mundial no domínio das tecnologias para a eficiência energética na maior parte dos

sectores, assim resulta que a indústria europeia da construção é líder mundial nos edifícios de baixo

consumo de energia.

1.3 Contexto nacional

O contexto mundial tem reflexos importantes no contexto energético de Portugal, tornando cada vez

mais prementes as preocupações com a limitação de emissões poluentes, nomeadamente no âmbito

4

dos acordos internacionais, a que se juntam questões como a segurança do abastecimento e o efeito

sobre a competitividade económica. Actualmente existem factores de pressão que poderão conduzir

a evoluções distintas em termos das necessidades de energia. Por um lado, há toda uma pressão no

sentido da redução da procura de energia, por promoção da eficiência energética nos edifícios, redes

e equipamentos; por outro lado, há forças que apontam para um reforço da procura de energia, como

por exemplo as associadas a uma maior procura de conforto térmico e ao próprio desenvolvimento

tecnológico de forma intrínseca.

Portugal produziu, em 2011, apenas 15% da energia que consumiu, tornando-o num dos países mais

dependentes da utilização de energias fósseis importadas. Assim, cerca de 85 % da energia

consumida em Portugal no ano referido foi importada e de origem fóssil (petróleo, carvão e gás

natural) [5]. Esta situação tem consequência directa na economia, uma vez que o custo dos

combustíveis fósseis importados encarece a produção de bens e serviços em território nacional.

Adicionalmente, a utilização pouco eficiente da energia traduz-se em desvantagens preocupantes

para o país, seja do ponto de vista económico, social ou ambiental. Uma alternativa a esta situação é

o aumento da eficiência no consumo de energia e o aproveitamento do potencial de energias

renováveis, que em Portugal é assinalável, com destaque para a energia solar, eólica, hídrica e da

biomassa. Nesse sentido, cerca de 43% da electricidade produzida em 2011 já provinha de fontes

renováveis [5], que geram uma energia mais limpa, mais eficiente, mais económica e mais

sustentável.

A escassez nacional de recursos fósseis conduz a uma elevada dependência energética do exterior

(81,2% em 2009), nomeadamente das importações de fontes primárias de origem fóssil. Importa

assim aumentar a contribuição das energias renováveis: hídrica, eólica, solar, geotérmica, biomassa

(sólida, líquida e gasosa). A taxa de dependência energética tem vindo a decrescer desde 2005,

apesar de ter sofrido um ligeiro agravamento no ano de 2008 relativamente a 2007 [5].

O petróleo mantém um papel essencial na estrutura de abastecimento, representando 48,7% do

consumo total de energia primária em 2009, contra 51,6% em 2008. O gás natural contribuiu, no

último decénio, para diversificar a estrutura da oferta de energia e reduzir a dependência exterior em

relação ao petróleo. Manifestou uma evolução positiva no mix energético, representando este

combustível, em 2009, 17,5% do total do consumo em energia primária contra 17,0% em 2008. O

consumo de carvão, representou, em 2009, 11,8% do total do consumo de energia primária [5].

Prevê-se uma redução progressiva do peso do carvão na produção de electricidade, devido ao seu

impacto nas emissões de CO2.

Em 2009 o contributo das energias renováveis no consumo total de energia primária foi de 20%

contra 17,7% em 2008. É manifesto o crescimento da potência instalada em fontes de energia

renováveis (FER) nos últimos anos para produção de electricidade. Atingiu-se em 2009, 9207 MW de

potência instalada sendo 4876 MW em hídrica, 578 MW em biomassa, 3608 MW em eólica, 30 MW

5

em geotérmica e 115,2 MW em fotovoltaica. Em 2009 foram produzidos 19316 GWh de energia

eléctrica a partir de FER. A Energia Eólica tem vindo a registar uma subida tanto a nível da potência

instalada como da energia eléctrica produzida [5]

A Energia Final, em 2009, atingiu o valor de 17499 ktep, tendo-se verificado uma redução de 3% face

a 2008 que pode ser explicada em parte, por alguma melhoria da eficiência energética e,

essencialmente, pela crise económica que assolou o país. Registou-se uma diminuição do consumo

de 2,8% de petróleo, de 0,9% em electricidade e de 8,4% de gás natural. O peso do consumo dos

principais sectores de actividade económica relativamente ao consumo final de energia, foi de 27,5%

na Indústria, 38,4% nos Transportes, 18,3% no Doméstico, 12,2% nos Serviços e 3,6% nos outros

sectores (onde se inclui a Agricultura, Pescas, Construção e Obras Públicas) [5].

Dada a necessidade de acelerar a convergência com o nível de intensidade energético europeu, foi

apresentado, em 2008, o Plano de Acção Nacional para a Eficiência Energética [6], constando de

vários programas abrangentes de actuação nas várias vertentes da eficiência energética, com o

objectivo de poupar 10% de consumo de energia até 2015, baixando para isso, cerca de 1% ao ano,

o crescimento esperado da factura energética.

Empenhado então na redução da dependência energética externa, no aumento da eficiência

energética e na redução das emissões de CO2, Portugal definiu as grandes linhas estratégicas para o

sector da energia. A Resolução do Conselho de Ministros 29/2010, de 15 de Abril, aprovou a nova

Estratégia Nacional para a Energia (ENE 2020) [7] tendo em consideração os objectivos para a

política energética definidos no Programa do Governo e dando continuidade às políticas já

desenvolvidas. A ENE 2020 definiu uma agenda para a competitividade, o crescimento e uma

diminuição de dependência energética do país, através da aposta nas energias renováveis e na

promoção da eficiência energética, assegurando a segurança do abastecimento energético e a

sustentabilidade económica e ambiental do modelo energético nacional, contribuindo para a redução

de emissões de CO2.

Assim, dando cumprimento ao disposto no Decreto-Lei n.º 319/2009, de 3 de Novembro, o Governo

lançou, em desenvolvimento do Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética (PNAEE) [6] e

da ENE 2020, o Programa de Eficiência Energética na Administração Pública - Eco.AP [8], através do

qual se pretende obter até 2020, nos serviços públicos, equipamentos e organismos da

Administração Pública, um nível de eficiência energética na ordem dos 20%, em face dos actuais

valores. As grandes opções do Plano 2012-2015 (Decreto-Lei nº 64 A/2011) definiram posteriormente

a meta de redução de 25% no consumo de energia até 2020, com um objectivo de redução de 30%

no sector do estado.

6

1.4 Regulamentação térmica dos edifícios

Com o objectivo de atingir uma melhoria significativa do desempenho energético dos edifícios, a

Comissão Europeia elaborou a directiva 2002/91/CE, que visa implantar procedimentos mínimos de

desempenho energético relativamente aos edifícios novos e existentes.

Em Portugal a implementação da directiva comunitária 2002/91/CE foi efectuada pela publicação, em

3 de Julho de 2006, da revisão da regulamentação térmica dos edifícios, através do Sistema Nacional

de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior (SCE), do Regulamento dos Sistemas

Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE) e do Regulamento das Características do

Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE). A partir de 1 de Janeiro de 2009, todos os edifícios

existentes e novos ficaram sujeitos a esta regulamentação.

O SCE tem como fim a prossecução regulamentar das exigências e disposições contidas no RSECE

e no RCCTE, que genericamente consistem na melhoria do desempenho energético dos edifícios, na

utilização de energias renováveis e na garantia da qualidade do ar no interior dos edifícios. Neste

âmbito, o SCE verifica o cumprimento dos regulamentos mencionados e certifica o desempenho

energético e a qualidade do ar interior do edifício, identificando igualmente as medidas correctivas de

melhoria de desempenho nos edifícios ou nos equipamentos energéticos, na área do AVAC, em

termos de consumo e qualidade do ar interior.

De salientar que apenas o RSECE impõe a obrigatoriedade de auditoria a edifícios existentes,

enquanto o RCCTE apenas se aplica a edifícios novos de habitação.

1.5 O papel da simulação dinâmica

A simulação dinâmica de edifícios vem sendo utilizada desde meados da década de 70 do século

passado [11]. A crescente preocupação com o consumo energético, especialmente neste sector, leva

a que se recorra cada vez mais ao uso de métodos dinâmicos através de programas de simulação,

dado que estes se tratam de ferramentas de verificação que permitem recriar, com grande

aproximação, as situações reais e obter os correspondentes dados de estudo, possibilitando assim a

determinação das cargas térmicas existentes num edifício. Uma vez que numa auditoria energética o

técnico responsável tem de ter em conta um vasto conjunto de factores na determinação das cargas

térmicas de um espaço como a iluminação, a ventilação natural, a utilização de equipamentos

diversos e os níveis de ocupação e, dado que num edifício podem existir muitos espaços

diferenciados, este é um processo que envolve uma considerável quantidade de trabalho. Assim, os

programas informáticos de simulação têm aqui um papel muito importante pois permitem ao auditor

obter resultados em tempo útil. Essencialmente, estas aplicações contêm equações de transferência

de calor e massa associadas a um conjunto de algoritmos e de dados de base que possibilitam obter

resultados mediante a implementação computacional de diversos parâmetros e características tais

7

como os materiais e soluções construtivas do edifício, a sua arquitectura e envolvente, a orientação

geográfica e os níveis de iluminação, equipamentos e ocupação. Permitem ainda determinar os

consumos dos sistemas existentes ao nível da climatização, bem como do consumo global de um

edifício, tornando-se assim numa ferramenta muito útil na fase de projecto.

Uma vez que as condições exteriores influenciam os resultados de uma simulação, é necessário

utilizar dados climáticos actualizados e em conformidade com a localização do edifício pois este é um

factor importante de introdução de erros. Outras situações a ter em consideração no desenvolvimento

de um modelo de simulação, algumas delas já abordadas, são o período de simulação, a definição

das envolventes por camadas em vez da definição de um coeficiente global, a orientação do edifício,

o sombreamento existente, os horários de ocupação e respectivas densidades, as cargas térmicas

internas, a ventilação e o sistema de climatização [11].

Face à auditoria energética, a grande vantagem da simulação dinâmica é que esta permite o teste de

diversas soluções alternativas para a melhoria da eficiência de um edifício e uma comparação eficaz

entre elas, servindo como um importante suporte à decisão pela opção mais vantajosa.

Existem no mercado vários programas de simulação dinâmica do comportamento térmico de

edifícios, entre os quais se destacam o Energy+, o DOE2, o HAP, o IES, o TRANSYS e o TRACE

700.

1.6 Revisão bibliográfica

Silva [12] efectuou uma simulação dinâmica do edifício de Engenharia Civil do IST com o TRACE

700, baseada nos perfis nominais do RSECE [9], tendo realizado uma análise prévia de medidas de

melhoramento da instalação de climatização que passaram pela alteração do seu princípio de

funcionamento e substituição de alguns equipamentos. Foi também estudada uma medida ao nível da

envolvente, mais precisamente a substituição dos envidraçados existentes por vidros duplos. A

alteração do sistema de climatização consistiu essencialmente na substituição da antiga UPAR do

edifício e na implantação de uma caldeira para a produção de água quente. Os resultados das

alterações ao nível da climatização mostram um aumento dos consumos anuais de aquecimento e

arrefecimento, até porque a modificação previu a introdução de arrefecimento em espaços que na

realidade não dispõem de tal. A substituição dos envidraçados resultou numa pequena poupança,

não se revelando uma solução com suficiente impacto energético. Foi também testada a redução da

potência instalada de iluminação em 20% para a generalidade dos espaços obtendo-se uma

poupança anual superior a 58 MWh.

Numa simulação dinâmica da Torre Sul do IST feita no TRACE 700, Silvério [13] testou a redução da

potência instalada de iluminação das circulações que dispõem de horário regulado pela central de

gestão técnica do edifício, tendo também analisado o potencial de poupança da aplicação de três

8

tipos de películas de protecção solar. A alteração da iluminação que passou pela introdução de LED

em substituição de lâmpadas fluorescentes T5 e T8 mostrou algum impacto do ponto de vista

energético, resultando numa redução de cerca de 4% do consumo do edifício, mas de reduzida

viabilidade económica devido ao elevado investimento inicial que esta solução comporta. Ao nível do

controlo da radiação solar, a película interior que foi analisada não mostrou ser uma boa solução. Por

outro lado, as duas películas exteriores testadas – uma fumada e outra espelhada – produziram

melhores resultados. Das duas películas exteriores, a que originou maior redução das necessidades

energéticas foi a espelhada, mas comportando um elevado investimento. A película fumada, não

tendo obtido os mesmos níveis de poupança de energia da situação anterior, revelou-se também uma

opção viável dado que não exige um investimento tão grande.

Mafra [14] analisou os consumos energéticos de um edifício de serviços da segurança social, em

Lisboa. A informação sobre os hábitos de utilização do edifício foram recolhidos através de inquéritos

o que permitiu após pequenos ajustamentos estimar os consumos energéticos nos períodos de cheio

e vazio com uma margem inferior a 10% dos valores observados em facturas. A climatização no

edifício em análise tem um sistema VRV para a zona de atendimento sendo os gabinetes

climatizados com unidades individuais com eficiências consideradas de 1.8 a 2.2. Como medidas de

melhoria do desempenho energético do edifício considerou-se a possibilidade de substituir os

equipamentos mais antigos por outros mais eficientes (eficiência de 3.6) no entanto a análise

económica desta medida não justifica a substituição. A alteração do sistema VRV na zona de

atendimento como tem uma utilização mais intensa poderia produzir uma redução de consumos

significativa (28%) tornando-se assim uma medida atractiva. Outras medidas consideradas foram a

instalação de películas nos vidros que reduz o consumo em 3,4% e a introdução de boas práticas de

desligar equipamentos deixados em standby durante a noite que permite uma redução de 8,6%. O

estudo do efeito das medidas foi efetuado através do uso de um programa de simulação dinâmica, o

ESP-r, que foi configurado considerando 109 zonas térmicas. Os resultados do modelo permitiram

estimar as poupanças. A comparação dos resultados do modelo com os consumos facturados por

meses apresentou um desvio máximo no período de verão onde num mês os desvios excederam os

12%. A maior diferença neste caso atribuiu-se a ser período de férias de alguns dos funcionários o

que explica que o consumo real exceda o previsto no modelo, que não as considerou.

Cartas [15] efectuou uma comparação entre simulações realizadas com dois programas, ambos

acreditados pela norma ASHRAE 140, nomeadamente o Design Builder/Energy Plus (DB/E+) e o

TRACE 700 aplicados ao mesmo edifício. Da comparação entre os dois programas pode-se verifica a

maior facilidade em representar sistemas de climatização diversos no Trace enquanto este apresenta

algumas limitações no tratamento de zonas não climatizadas pois os consumos de iluminação e

equipamentos associados às mesmas não são considerados nos cálculos. Adicionalmente, no Trace

é necessário estimar e especificar a temperatura das zonas não climatizadas enquanto no DB/E+ a

temperatura dessas zonas é calculada no modelo. Para o edifício em estudo dispôs-se de informação

relativa ao consumo eléctrico e ao consumo de energia térmica pois esta é fornecida pela

9

Climaespaço. Para os consumos eléctricos a densidade de equipamentos no interior do edifício foi

usada como um parâmetro ajustado que permitiu obter uma boa representação do consumo eléctrico

ao longo do ano. Os consumos de energia térmica são exclusivamente usados para climatização mas

não conseguiram ser previstos com rigor pois enquanto para o arrefecimento se obtiveram valores

com diferenças da ordem de 10%, para o aquecimento os valores determinados pela simulação foram

cerca de 20% dos valores facturados. Comparando os dois modelos entre si, para o arrefecimento as

diferenças observadas nos resultados foram de 14% mas no aquecimento foram de 45%, no entanto

em ambos os casos o valor calculado foi muito inferior ao correspondente às facturas e em valor

absoluto é 15% da energia gasta no arrefecimento. Para o Trace verificou-se ainda a influência do

método de cálculo das cargas térmicas, permitindo observar que os resultados mais afectados são as

necessidades de arrefecimento onde se observam variações entre os vários métodos de 10%. A

imposição de condições no interior de zonas não climatizadas pode ter uma influência superior pois

observou-se que especificando os valores de forma diferente conduziram a necessidades de

arrefecimento com uma variação de 15%. Desta análise conclui-se ser muito importante uma correcta

especificação das condições dos espaços não climatizados no programa TRACE 700.

1.7 Objectivos

A presente dissertação consistiu na concepção de um modelo dinâmico de simulação térmica do

edifício de Engenharia Civil do IST, recorrendo ao programa TRACE 700, com base nos perfis de

utilização reais. Um dos objectivos com o desenvolvimento do modelo foi caracterizar e analisar a

estrutura dos consumos do edifício. Como auxílio à modelação foi feita uma auditoria energética ao

edifício, através de levantamentos e medições de consumos, donde resultaram os níveis de potência

de iluminação e equipamentos instalados, as estimativas de ocupação e se estabeleceram os perfis

reais de utilização do edifício. As medições de consumos eléctricos, efectuadas essencialmente em

espaços laboratoriais, permitiram uma afinação das cargas dos equipamentos implementadas no

programa de simulação e o modelo foi posteriormente utilizado para o estudo de introdução de

medidas de poupança de energia.

Em relação ao estudo anterior feito no edifício [12], este trabalho abrangeu ainda a vertente de

auditoria através dos levantamentos e medições referidas. Como resultado disso e como também já

se mencionou, ao nível da simulação foram introduzidos os perfis reais de utilização do edifício, o que

não aconteceu no estudo citado. No presente trabalho, a modelação da instalação regista também

diversas diferenças tanto ao nível das unidades produtoras e dos sistemas terminais, bem como ao

nível da ventilação, pretendendo-se obter uma melhor representação do sistema AVAC do edifício.

Como Cartas [15] concluiu com o seu trabalho, o TRACE 700 apresenta vantagens na caracterização

e modelação de sistemas de climatização comparativamente ao DB/E+, conseguindo simulá-los de

forma mais fiel e aproximada à realidade. Assim, uma vez que o edifício sobre o qual incide este

10

trabalho possui um sistema de climatização substancialmente complexo, justifica-se a escolha do

TRACE 700 para a realização da simulação dinâmica.

Ainda à luz do que foi feito por Cartas [15], pretende-se com este trabalho fornecer um contributo

para a correcta especificação das condições interiores de espaços definidos como não climatizados

no TRACE 700 e consequentemente uma alternativa para o método como o programa calcula a

temperatura desses mesmos locais. Assim, estas áreas foram definidas no modelo como zonas

térmicas não condicionadas com a sua temperatura a poder variar dentro duma gama de valores pré-

definida pelo programa para essa condição. Paralelamente, foi criado um sistema adicional, de

capacidade nula, que serve estes espaços, permitindo assim que a simulação faça a contabilização

das cargas existentes nestes locais devido a equipamentos e iluminação.

11

2. Caso de estudo

O estudo documentado na presente dissertação incidiu sobre o Pavilhão de Engenharia Civil do

Instituto Superior Técnico e consistiu essencialmente na realização de uma simulação térmica

dinâmica tendo em conta os padrões de utilização reais do edifício, a definição da instalação de

climatização e a caracterização das envolventes. A simulação possibilita a identificação dos

contributos para as cargas térmicas e para o consumo eléctrico do edifício. Com base nesses valores

será possível efectuar uma análise de introdução de medidas de poupança de energia.

2.1 Caracterização geral do edifício

O edifício de Engenharia Civil, situado no campus universitário da Alameda do Instituto Superior

Técnico, em Lisboa e com a orientação espacial indicada na figura 1, foi construído e equipado em

duas fases com uma diferença de alguns anos, com as telas de implantação de equipamentos AVAC

da primeira fase a datarem de 1986 e as da segunda fase originais de 1989. O pavilhão desenvolve-

se em sete pisos e dispõe de três torres de acesso interiores – Norte, Centro e Sul. Existem quatro

pisos elevados (0, 1, 2 e 3), dois (01 e 02), que devido ao declive do terreno, estão parcialmente

enterrados e um piso (03), de cota mais baixa, que é totalmente enterrado. Em termos descritivos, do

piso 0 ao 3 o edifício divide-se em dois blocos ou alas com orientações a nascente e poente

correspondentes, respectivamente, à primeira e à segunda fase de construção, apresentando

envolventes com características arquitectónicas e térmicas idênticas.

O acesso ao edifício pode ser efectuado pela entrada principal que se encontra na ala nascente do

piso 0, pelo parque de estacionamento cuja entrada está situada na ala poente do piso 03 e ainda

pela fachada poente do piso 02 através do Centro de Congressos e pelos laboratórios de pesados.

Figura 1 – Orientação espacial do edifício

12

A tabela 2 introduz algumas das principais dimensões do edifício. A explicação do cálculo da área de

pavimento útil é feita no anexo 1.

Área total de pavimento 26391 m²

Área de pavimento útil 22198 m²

Área total de fachada 10340 m²

Área total exterior envidraçada 3381 m²

Altura máxima da fachada 24 m

Tabela 2 – Dimensões globais do edifício

A figura 2 mostra a fachada sul do edifício.

Figura 2 – Fachada sul do Pavilhão de Engenharia Civil do IST

Na figura 3 identificam-se os dois blocos do edifício e as três torres de acesso.

Figura 3 – Planta do piso 0 com identificação dos dois blocos e das três torres de acesso do edifício

13

O bloco nascente foi edificado durante a primeira fase de construção, tem 4 pisos superiores (pisos 0,

1, 2 e 3) e 3 inferiores (01, 02 e 03), está orientado para o interior do Campus e inclui a entrada

principal do edifício. O bloco poente pertence à segunda fase, tem o mesmo número de pisos do

bloco nascente, sendo em disposição simétrico a este último e está orientado para a Rua Alves

Redol, com entradas ao nível desta (piso 02) para o auditório principal e salas de conferências além

da entrada de serviço para os laboratórios pesados. Os dois blocos partilham um átrio central ao nível

do piso 0 e cuja altura se estende até ao topo do piso 2, onde é coberto por uma clarabóia, com três

torres designadas por torres Norte, Centro e Sul, nas quais se localizam os elevadores e escadas de

acesso aos pisos superiores e inferiores. Cada uma das torres percorre o edifício desde o piso 03 ao

piso 3, sendo a única excepção a torre de acesso Sul que se estende apenas desde o piso 01 ao 3.

No topo destas torres, ao nível da cobertura, localizam-se os locais técnicos de AVAC com os

equipamentos primários de produção, uma torre de arrefecimento e alguns ventiladores de extracção

de ar dos espaços dos pisos superiores.

2.1.1 Descrição geral dos espaços

Nos pisos inferiores do edifício a distinção entre bloco nascente e bloco poente não é linear uma vez

que não existe nenhum átrio ou outro tipo de espaço que os divida, ao contrário dos pisos superiores

onde isso já acontece e portanto a razão da diferenciação das duas alas. O piso 3, apesar de

efectivamente já não ser separado pelo átrio central, é também dividido fisicamente num bloco

nascente e noutro poente pelo vazio correspondente a este espaço e possui igualmente uma

clarabóia sobre grande parte das zonas de circulação. Descreve-se agora, genericamente, o tipo de

espaços existentes e respectiva utilização ao longo dos diversos pisos do pavilhão.

Piso 03: o espaço é ocupado fundamentalmente pela garagem do edifício, incluindo também os

espaços técnicos reservados à central térmica e a uma unidade de tratamento de ar (UTA), ao

posto de transformação, ao gerador de emergência e ainda espaços para arrumos;

Piso 02: neste piso estão instalados diversos laboratórios, como sejam, o Laboratório de

Hidráulica, Laboratório de Geotecnia, Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais, em

que se incluem alguns gabinetes, salas de conservação e ferramentaria/oficinas. Nas zonas

laboratoriais existem ainda um sistema monta-cargas, uma ponte rolante, um sistema de carril

aéreo e é feita a distribuição de ar comprimido. Contíguo ao topo sul do piso 02 foi construído o

grande auditório do Centro de Congressos do IST, que se prolonga em altura até ao piso 0, ao

nível do qual se encontra a sua cobertura. No piso 02, situam-se desta forma as salas de

recepção, salas de conferência e respectiva circulação de acesso ao auditório;

Piso 01: este piso inclui 6 anfiteatros de aulas, a biblioteca e respectivos gabinetes de apoio,

espaços do Centro de Congressos do IST onde se incluem as salas de tradução, a sala de

videoconferência e uma sala de conferências juntamente com as respectivas circulações de

14

acesso. De salientar, que a restante área é ocupada pelos laboratórios instalados no piso 02, pois

os mesmos apresentam uma área ampla com um pé direito que vence estes dois pisos em

conjunto;

Piso 0: neste piso localiza-se a entrada principal do edifício com o respectivo hall e um acesso

directo ao grande átrio central que divide o pavilhão em duas alas; o bloco nascente inclui salas

de aula convertidas em salas de estudo, a sala de estudo 24h, o bar e o serviço da recepção do

edifício, enquanto que no bloco poente estão instalados o museu, o restaurante e quatro salas de

aula de arquitectura;

Piso 1: o bloco nascente é ocupado com salas de aula regulares e salas de aula de mestrados,

com os espaços do laboratório de tecnologias de informação (LTI), um gabinete, uma pequena

sala de videoconferência independente do centro de congressos e duas salas para seminários;

em relação ao bloco poente, este é exclusivamente constituído por salas de aula e salas de

desenho do curso de arquitectura;

Pisos 2 e 3: estes pisos estão ocupados essencialmente por gabinetes de trabalho dos centros de

investigação, gabinetes de professores, salas de secretariados e alguns laboratórios informáticos.

No anexo 1 apresenta-se a desagregação das áreas do edifício por tipologia de espaço e de

utilização.

2.1.2 Descrição geral das unidades terminais dos sistemas de climatização dos espaços

Como já foi referido, o edifício desenvolve-se em sete pisos, com quatro pisos elevados, dois que,

devido ao declive do terreno estão parcialmente enterrados e um, de cota mais baixa, que é

enterrado. Assim, cada zona do edifício mereceu, de acordo com as suas características físicas e tipo

de actividade prevista, tratamento específico diferenciado ao nível dos equipamentos de climatização.

PISO 03

Como já foi referido o piso 03 caracteriza-se como uma zona técnica e de estacionamento. Deste

modo, para a garagem foi previsto um sistema de ventilação adequado a ambientes eventualmente

poluídos (com concentração de CO). Esta ventilação, com a possibilidade de funcionamento em dois

regimes diferentes, é efectuada por um sistema de introdução de ar novo que consiste num ventilador

de insuflação, e um outro de extracção ambiente constituído por dois ventiladores de extracção. O

ventilador de insuflação descarrega na caixa-de-ar que delimita a Norte e Nascente a zona enterrada

do edifício e que serve de pleno das grelhas de insuflação colocadas na parede. Por esta câmara de

pleno passa ainda parte do ar novo a introduzir nos pisos elevados, devido à sua comunicação com a

15

courette nascente. A extracção de ar da garagem, assegurada por dois ventiladores, descarrega

através de duas chaminés colocadas no exterior, a Sul do edifício, ao nível do piso 01. A ventilação

das salas do grupo gerador e posto de transformação é assegurada por outro ventilador, sendo a

extracção realizada para uma caixa-de-ar na parede, com comunicação para o exterior. O sistema de

ventilação da Central Térmica compreende a insuflação de ar exterior a partir da câmara de pleno e a

extracção para a garagem, através de um ventilador de insuflação e outro de extracção

respectivamente. Como esta zona técnica vence dois pisos optou-se por fazer a insuflação ao nível

do Piso 03 e a extracção ao nível do Piso 02.

PISO 02

Este piso divide-se por espaços de laboratórios, salas de conferências e gabinetes do centro de

congressos, o espaço IST Press, armazéns e arrumos e instalações técnicas. As zonas deste piso

abrangidas pelo projecto da primeira fase, destinam-se essencialmente a armazéns e serviços. Os

armazéns geral e de livros são aquecidos e ventilados pela Unidade de Termoventilação 2 (UTV 2)

que funciona com ar novo ou são apenas ventilados sempre que as condições exteriores o

aconselham. A unidade de termoventilação referida está situada na Central Térmica, aspirando o ar

novo a partir da caixa-de-ar adjacente à parede enterrada desse espaço e inclui ainda um dispositivo

de humidificação, de modo a manter no armazém de livros um valor de humidade relativa adequado.

A extracção do ar destas salas e dos armazéns é assegurada por um ventilador dedicado. O espaço

referente ao IST Press e os gabinetes do Centro de Congressos apresentam fachadas para o exterior

e são por isso climatizados por unidades terminais do tipo bomba de calor água – ar reversíveis.

Relativamente à segunda fase, os ventiladores de extracção das hottes dos laboratórios de geotecnia

e de materiais não fazem parte directamente da instalação centralizada de AVAC, pelo que a sua

alimentação foi instalada a partir do quadro eléctrico geral dos espaços respectivos. O mesmo

princípio aplica-se às instalações frigoríficas e sistemas de arrefecimento das salas e câmaras

climatizadas também existentes em alguns laboratórios deste piso. As salas de conferências são

servidas por Unidades de Tratamento de Ar (UTA 10, 11, 12 e 13) instaladas na central térmica do

piso 03, sobre uma plataforma metálica a acrescentada à 1ª fase da obra. Na sua maioria as

condutas de insuflação e retorno atingem as salas de conferências através do espaço técnico de

dupla parede existente à volta do edifício nos pisos 02 e 03, devido à falta de espaço no tecto falso

destas salas, sendo a exaustão desta zona feita por um sistema de condutas próprio, ligado a um

ventilador de extracção de ar.

PISO 01

Neste piso existem diversos tipos de espaço de características diferenciadas e que, pela sua

especificidade ou irregularidade de utilização, apresentam tratamento de ar independentes, entre os

quais estão salas de aulas, laboratórios, anfiteatros para aulas e uma sala de conferências, um

estúdio de gravação, o grande auditório sul, uma sala de videoconferência e duas régies todos

espaços pertencentes ao centro de congressos e ainda a biblioteca, bem com alguns arrumos. Os

locais do centro de congressos são na sua grande maioria servidos por unidades de tratamento de ar,

16

com a excepção da sala de conferências que é climatizada por unidades do tipo bomba de calor

água-ar reversíveis. As salas de aula e laboratórios são climatizadas por termoventiladores que

dispõem de bateria de água quente e portanto promovem o aquecimento destes espaços. Unidades

de tratamento de ar a volume constante servem também os anfiteatros de aulas e a biblioteca, com a

distribuição de ar a ser feita por difusores de tecto e o retorno à máquina por grelhas para o caso dos

auditórios No outro caso a insuflação de ar é efectuada por difusores na parte da sala de leitura

enquanto na restante área da biblioteca ela é feita por grelhas inseridas na conduta “à vista”, dada a

inexistência de tecto falso nessa zona. O ar novo com que estas unidades operam é aspirado a partir

da caixa-de-ar adjacente à parede enterrada da central térmica, e as extracções, asseguradas por

ventiladores independentes dedicados a cada máquina, lançadas na garagem ao nível do piso 03.

Existem ainda neste piso dois espaços, a sala de cacifos e a câmara escura, climatizados pela UTV 1

que funciona com ar novo e promove o aquecimento e insuflação de ar nestes locais ou apenas

ventilação, dispondo o primeiro espaço de exaustão de ar para o exterior através de um ventilador de

extracção dedicado.

PISOS 0, 1 e 2

Estes pisos caracterizam-se por um tipo de utilização mista, distinguindo-se zonas de salas de aula e

de estudo, zonas de gabinetes e outras de apoio e serviços. Exceptuando algumas salas da ala

nascente do piso 0 e zona sul do mesmo piso (bar e hall de entrada), de um modo geral, todas os

espaços destes pisos são servidos por unidades de tratamento de ar novo (UTAN) colocadas de

forma central em cada piso, com as UTAN 1, 2 e 3 a servirem o bloco nascente dos pisos 0, 1 e 2

respectivamente e as UTAN 4, 5 e 6 a servirem a ala poente dos mesmos pisos. O transporte do ar

novo para esses locais é feito por redes de condutas ocultadas pelos tectos falsos dos corredores. A

insuflação de ar novo nas salas é feita por grelhas inseridas nas ramificações do tronco principal

dessas condutas. No piso 0, o restaurante é climatizado por unidades do tipo bomba de calor água-

ar, reversíveis, com um ventilador de insuflação a promover o abastecimento de ar novo para este

espaço enquanto outro ventilador faz a extracção da hotte da sua cozinha. As salas de aula são

servidas por unidades terminais de termoventilação incorporando bateria de água quente, designados

por termoventiladores. Na situação de Verão o ar novo é insuflado pela UTAN correspondente a uma

temperatura inferior à do ambiente de modo a proporcionar algum arrefecimento. A opção por este

sistema justificou-se pelo tipo e calendário de utilização destas salas, em princípio nula nos meses

mais quentes de verão. Os gabinetes dos docentes e de serviços são climatizados por unidades

terminais do tipo bomba de calor reversível água – ar. Já que a compartimentação destes espaços,

embora variável, respeita a modulação estrutural definida no projecto do edifício, foi em geral previsto

um sistema de distribuição de ar a partir dessas unidades por condutas e difusores colocados

modularmente; esta opção permite a eventual alteração da compartimentação, se for respeitada a

modulação estrutural. O ar de extracção destes pisos, após atravessar as grelhas de passagem

previstas pela arquitectura para as (paredes) portas das salas, é aspirado por ventiladores ao longo

dos corredores e transportado por condutas até aos espaços técnicos situados nas coberturas das

torres de acesso Norte, Central e Sul. Como resultado de obras de beneficiação mais recentes, foi

17

instalado no espaço do museu um sistema do tipo split, promovendo aquecimento e arrefecimento do

espaço que também dispõe de insuflação de ar novo pela UTAN 4 e na sala de estudo 24h do

mesmo piso foi implantado um sistema do tipo volume de refrigerante variável (VRV). No piso 1, as

salas V1.01 e os espaços do laboratório de tecnologias de informação (LTI) sofreram também

melhoramentos ao nível da climatização tendo sido instalados um sistema split no primeiro e no

segundo um sistema VRV. No que diz respeito aos gabinetes, o V1.47 da ala poente do piso 1 e

alguns gabinetes interiores em ambos os blocos do piso 2 experimentaram igualmente a instalação

de sistemas do tipo split de modo a melhor fazerem face às cargas térmicas existentes.

Relativamente ao Piso 0 cabe ainda acrescentar que a admissão de ar novo para a cozinha do bar,

cafeteria, portaria e segurança, é feita através dum túnel executado em alvenaria situado sob o

pavimento. A climatização destes espaços é assegurada por unidades terminais do tipo bomba de

calor água – ar reversíveis, sendo a extracção garantida por um ventilador colocado na cobertura da

torre de acesso sul.

PISO 3

Este piso constitui a zona de gabinetes e salas de trabalho dos docentes. É condicionado por

unidades terminais do tipo bomba de calor água – ar reversíveis. O transporte do ar que é climatizado

pelas unidades referidas é feito através de condutas e difusores de tecto instalados de acordo com a

modulação estrutural do edifício. Distinguem-se em geral zonas de gabinetes exteriores e interiores,

que são servidos por unidades distintas, de acordo com a diferente natureza das suas cargas

térmicas. Por essa razão também, foram instalados neste piso sistemas do tipo split em dois

pequenos grupos de gabinetes conectados entre si, em substituição das máquinas originais. A

admissão de ar novo não tratado é feita directamente do exterior, através de grelhas embutidas na

face inferior da parede da fachada deste piso, em toda a sua periferia. A extracção de ar do piso é

feita inicialmente de forma não forçada dos gabinetes para os corredores de circulação e daí é

conduzida até ventiladores de extracção situados nas casas de máquinas das torres de acesso Sul,

Central e Norte, que o ejectam para o exterior.

De um modo geral, nenhuma zona de circulação do edifício é climatizada, à excepção dos dois

corredores periféricos de ambos os blocos do piso 2, que dispõem de insuflação de ar novo tratado

por parte das UTAN locais.

Sistemas de extracção das instalações sanitárias

Estes sistemas destinam-se à exaustão do ar viciado para o exterior, através das redes de condutas

das instalações sanitárias, de modo a obter um número mínimo de renovação de ar desses locais.

Estas redes percorrem na vertical as torres de acesso interiores Norte, Sul e Central sendo a

extracção assegurada em cada torre por um ventilador – VE 9, VE 8 e VE 19 – respectivamente.

18

Sistemas gerais de extracções

De um modo geral, todos os sistemas de extracção de ar viciado dos pisos superiores descarregam

nas casas de máquinas das torres de acesso Norte ou Central ou para o interior do grande átrio

central situado entre os dois blocos do edifício, de modo a manter reduzidos os custos de exploração

do sistema na sua globalidade através do aproveitamento das características térmicas do ar perdido.

Nos pisos inferiores (01 e 02) o ar removido dos espaços de forma forçada, por ventiladores de

extracção, é lançado, através de condutas, para a zona de estacionamento do piso 03.

No anexo 2 listam-se as principais unidades dos sistemas terminais de climatização.

2.2 Soluções construtivas da envolvente opaca e translúcida

Apresentam-se na tabela 3 os principais elementos construtivos da envolvente opaca exterior e

interior, consultados nos desenhos de arquitectura [16] e respectiva memória descritiva do projecto do

edifício [17].

19

Solução Tipo Descrição Piso U

[W/(m2.°C)]

A Parede exterior

Painel de betão c/ 0.08 m + Caixa-de-ar + Betão armado c/ 0.03 m

0, 02 1.54

B Parede exterior

Alvenaria de tijolo furado de 0.20 m (com altura 0.5 m para assentamento da

caixilharia metálica na fachada) 0 1.33

C Parede exterior

Alvenaria de tijolo furado de 0.15 m 0, 01 1.61

D Parede exterior

Betão armado pré-fabricado c/ 0.08 m + Lã de rocha + Caixa-de-ar + Tijolo furado de

0.07 m 1, 2 1.47

E Parede exterior

Betão armado c/ 0.1 m (localizada acima do tecto falso até á laje do piso superior)

2 4.37

F Parede exterior

Betão armado c/ 0.1 m + Lã de rocha + Revestimento de gesso

3 1.98

G Parede exterior

Betão armado c/ 0.3 m + Caixa-de-ar + Tijolo furado de 0.15 m + Painel

contraplacado 01 1.11

H Parede exterior

enterrada

Betão armado c/ 0.3 m + Caixa-de-ar + Alvenaria de tijolo furado de 0.15 m

01, 02, 03

1.01

I Parede exterior

Betão armado c/ 0.3 m + Revestimento de madeira

01 1.11

J Cobertura

Laje horizontal de betão armado c/ 0.1 m e de betão de argila expandida c/ 0.1 m +

Camada de impermeabilização de feltro c/ 0.01 m

3, 01 1.14

K Parede interior

Alvenaria de tijolo furado de 0.15 m 3, 2, 1, 0,

01, 02 1.41

L Parede interior

Alvenaria de tijolo furado de 0.15 m + Painel contraplacado

01, 02 1.40

Tabela 3 – Soluções construtivas da envolvente opaca

Os valores do coeficiente de transmissão térmica U apresentados contabilizam a condução pelos

vários panos de cada elemento bem como a convecção nas extremidades das camadas periféricas.

No anexo 3 apresentam-se os mapas de soluções da envolvente opaca.

Quanto à envolvente translúcida, as características das soluções gerais são indicadas na tabela 4 e

os respectivos mapas de localização constam do anexo 4.

20

Solução Tipo Descrição Piso U vidro

[W/(m2.°C)]

U vão [W/(m

2.°C)]

g vão (g┴) – Verão

1 Vão

envidraçado exterior

Vidro simples incolor de 6 mm,

caixilharia metálica s/ corte térmico, estore metálico

interior

02, 01, 0

5,68 6.01 0.57

2 Vão



caixilharia metálica s/ corte térmico

0 5.62 5.87 0.82

3 Vão



caixilharia metálica s/ corte térmico,

estore de lâminas interior

0 5.62 5.77 0.56

4 Vão




exterior

02, 01, 1, 2,

3

5.68 6.01 0.35

5 Vão



caixilharia de alumínio

termolacado s/ corte térmico, sem

protecção

01, 0 5.68 6.01 0.85

6 Clarabóia de

cobertura

Placas de policarbonato

alveolar incolor de 6 a 16 mm

3 - 3.02 0.80

7 Vão

envidraçado interior


caixilharia de alumínio

termolacado com betão vibrado s/

corte térmico, estore metálico interior

0, 1, 2, 3, 01, 02

3,76 - -

8 Vão

envidraçado interior



interior

0, 01 3.73 - -

Tabela 4 – Soluções gerais da envolvente translúcida

O valor do factor solar do vidro (gv) foi calculado de acordo com o RCCTE. Segundo este

regulamento, o factor solar de um vão envidraçado (g┴) é um valor que representa a relação entre a

energia solar transmitida para o interior através do vão envidraçado, em relação à radiação solar

incidente, na direcção normal ao envidraçado [10]. Como será explicado adiante, o programa de

21

simulação utilizado neste trabalho solicita a introdução de uma propriedade do envidraçado,

denominada de shading coefficient, mas apenas nas condições de Verão, e que está relacionada com

o factor solar como definido no RCCTE. Deste modo, para a determinação posterior do shading

coefficient, apenas interessa aqui calcular o factor solar do envidraçado, nas condições da estação de

arrefecimento, como é indicado para edifícios de habitação no regulamento acima citado. O factor

solar (g) do envidraçado indicado na tabela 4 foi tomado com os dispositivos de sombreamento

móveis activados a 70%, ou seja, é ponderado com 30% do factor solar do vidro e 70 % do factor

solar do vão envidraçado com a protecção solar móvel activada. Faz-se notar que para as situações

de vãos envidraçados sem qualquer tipo de protecção solar, o factor solar de Verão do envidraçado

foi assumido como o g do vidro, tal como é indicado no RCCTE [10] para a situação de Inverno.

Relativamente aos coeficientes de transmissão da envolvente translúcida, o U do vidro apresentado

já inclui a fracção correspondente à convecção nas extremidades e o U do vão foi ponderado com o

valor anterior e com os valores tabelados no ITE 50 [18], como será descrito adiante.

2.3 Descrição da instalação de climatização

A instalação de climatização do edifício de Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico é

maioritariamente centralizada, com duas unidades produtoras de água refrigerada reversíveis

idênticas, instaladas no topo das torres de acesso central e norte do pavilhão. A figura 4 apresenta os

esquemas de produção térmica e transferência para as aplicações de climatização nas situações de

Verão e Inverno (arrefecimento e aquecimento), conforme se explica nesta secção.

Figura 4 – Esquema de funcionamento da instalação

22

A Unidade Produtora de Água Refrigerada (UPAR) é baseada num ciclo frigorífico usando o fluido

refrigerante R407C, com 6 compressores para ajuste da capacidade e dois permutadores, um com o

ar ambiente e outro com a água do circuito principal que serve os reservatórios existentes na central

térmica, instalada na cave. Em termos de operação do sistema, apenas uma unidade produtora está

em funcionamento, quer na estação de arrefecimento, quer na de aquecimento, sendo raras as vezes

em que as duas unidades funcionam em simultâneo, tentando-se ainda que ambas mantenham entre

si um histórico de número de horas de funcionamento equilibrado. A UPAR tem uma capacidade de

arrefecimento de 377.0 kW e uma razão de eficiência energética (EER) de 2.58, enquanto que em

modo bomba de calor apresenta uma capacidade de aquecimento de 377.1 kW e um coeficiente de

desempenho (COP) de 2.56, informação obtida dos manuais do fabricante e segundo as condições

da norma Eurovent. As unidades produtoras referidas são reversíveis e assim, quando em

configuração de aquecimento (bomba de calor ar-água) o permutador com o ar funciona como

evaporador, arrefecendo-o. Em modo de arrefecimento o permutador com o ar funciona como

condensador, aquecendo-o. A água refrigerada produzida a 7°C é armazenada num reservatório com

3 m3 de capacidade que serve directamente as seis unidades de tratamento de ar novo espalhadas

pelo pavilhão e ainda a UTA do auditório do Centro de Congressos – trata-se do circuito directo de

frio – constituindo a única utilização de água refrigerada que se faz no edifício. Por sua vez, a água

quente produzida pela bomba de calor ar-água é armazenada em quatro reservatórios de 7,5 m3

cada, instalados na cave e que têm uma dupla função dado que fazem parte do circuito directo de

aquecimento, servindo as unidades terminais que possuem permutadores de água quente como as

UTAN, UTA e os termoventiladores, mas também operam como apoio a um sistema secundário, o

circuito dos tanques de inércia, também designado por circuito de condensação. A configuração deste

sistema confere-lhe a possibilidade de funcionar em ambos os modos, de arrefecimento e de

aquecimento, originando-se então dois novos grandes circuitos indirectos de utilização de frio e calor

respectivamente.

Assim, para cada uma das alas do edifício, existe um depósito de água, um com 100 m3 para o lado

nascente e outro, para o lado poente, com 15 m3 de capacidade contendo 10 m

3 de água e esferas

com uma mistura eutéctica que mudam de fase a 27°C e armazenam 500kWh. A temperatura de

funcionamento indicada para a água no tanque maior é de 21°C a 27°C. Por outro lado, a capacidade

térmica das esferas no segundo tanque corresponde a 72 m3 pelo que a sua capacidade térmica é

apenas 18% inferior à do primeiro tanque. Cada um destes depósitos pode ser aquecido através de

um permutador de placas de 130 kW de capacidade com o circuito principal de água quente

acumulada nos respectivos reservatórios, a 45°C. Quando em modo de arrefecimento e de forma a

manter a temperatura dos tanques dentro dos limites exigidos, a água dos depósitos de inércia pode

também ser arrefecida através de outros dois permutadores de placas, cada um afecto a um tanque,

onde circula água de arrefecimento que vai dissipar o calor numa torre de arrefecimento do tipo

aberta, com ventilador axial e 1000 kW de capacidade, instalada no topo da torre de acesso sul do

edifício. A água do circuito de condensação é utilizada na maior parte dos casos como o fluido de

arrefecimento de condensadores de ciclos frigoríficos utilizados em unidades de tratamento de ar e

23

também em bombas de calor reversíveis água-ar que utilizam um permutador com o circuito de água

de inércia e outro permutador com o ar dos espaços que servem. Por conseguinte, os tanques de

água de inércia aumentam de temperatura na situação em que as unidades terminais alimentadas

pelo circuito de inércia se encontram em modo de arrefecimento e sofrem um decréscimo de

temperatura quando estas estão em configuração de aquecimento. No entanto, e conforme já foi

mencionado, deve-se salientar que as unidades de tratamento de ar mencionadas apenas estão

associadas ao circuito dos tanques de inércia quando operam no modo de arrefecimento, uma vez

que para aquecimento dispõem de permutadores de água quente com o respectivo circuito directo, ou

seja, com os reservatórios de água quente. Da mesma maneira e conforme já abordado atrás, para

além das UTA que têm ciclo frigorífico para arrefecimento existe ainda uma outra UTA que para esse

efeito funciona apenas com permutadores de água refrigerada, além de água quente para

aquecimento. Trata-se da UTA 9, que serve o grande auditório do Centro de Congressos. Separadas

da rede centralizada de climatização do edifício, existem ainda diversas unidades split em espaços

dos pisos 1, 2 e 3, bem como dois sistemas do tipo VRV nos pisos 0 e 1.

Para a distribuição de água refrigerada, da água quente e da água do circuito de condensação foram

instaladas electrobombas gémeas, tipo centrífugo, com motores sincronizados trifásicos, a velocidade

de rotação constante de 1500 r.p.m. Assim, existem electrobombas nos dois circuitos de

condensação das bombas de calor terminais, para os pisos inferiores e superiores, no circuito

primário dos depósitos de condensação aos permutadores de placas, no circuito da torre de

arrefecimento aos permutadores de placas, nos circuitos de água quente e água fria das UTAN dos

pisos superiores e ainda no circuito de água quente dos termoventiladores instalados nos pisos 0, 1 e

2.

Para os restantes circuitos de condensação, como os das UTA com circuito de frio por expansão

directa e condensação a água, circuito de água fria e quente da UTA 9 e o circuito primário do circuito

de inércia dos depósitos de acumulação aos permutadores de placas, foram instalados circuladores

do tipo centrífugo, in-line, com velocidade de rotação constante, como ilustra a figura 5.

Figura 5 – Circuladores do circuito dos tanques de inércia

24

A figura 6 mostra as UTA 10, 11, 12 e 13 instaladas na central térmica, sistemas tudo-ar com

arrefecimento por ciclo frigorífico e aquecimento por permutador de água quente.

Figura 6 – UTA 10, 11, 12 e 13

Devido à grande variação entre soluções apresenta-se em seguida uma listagem dos vários sistemas

terminais de climatização que se podem identificar e as correspondentes zonas e espaços genéricos

servidos.

Sistema 1 – UTA 1 a 3 e 5 a 8 – Biblioteca e anfiteatros VA 1 a VA 6 no piso 01

Fornecimento de ar a volume constante a partir de unidades de tratamento de ar, com recirculação

(UTA 1 a 3 para a Biblioteca e anfiteatros VA 1 e VA 2, e UTA 5 a 8 para anfiteatros VA 3 a VA 6). O

ar insuflado no espaço pode ser aquecido por permutador usando água quente ou pode ser

arrefecido por ciclo frigorífico que retira o calor do ar e rejeita-o para o circuito de água dos tanques

de inércia, que o dissipa posteriormente através da torre de arrefecimento. Estas unidades permitem

a filtragem, o aquecimento, arrefecimento e desumidificação do ar, consoante as necessidades. A

distribuição de ar é feita por difusores de tecto e o retorno por grelhas. O ar novo é aspirado a partir

da caixa-de-ar adjacente à parede da central térmica, e as extracções, asseguradas por ventiladores

de extracção dedicados, lançadas na garagem ao nível do Piso 03.

Sistema 2 – UTAN + Bomba de Calor reversível água-ar – Gabinetes do piso 2 com exposição

ao exterior e alguns interiores, bem como nalgumas salas do piso 1 e piso 0, num gabinete do

piso 1 e na recepção

Fornecimento de ar novo aos espaços a partir de UTAN localizadas centralmente em cada um dos

blocos dos pisos 0, 1 e 2 e que dispõem de permutadores de água refrigerada e água quente. Estas

unidades não possuem recirculação nem promovem por si mesmas a extracção de ar dos espaços.

Bombas de calor reversíveis constituídas por dois permutadores, um funcionando com água do

circuito de condensação e o outro com ar do interior da sala, permitem o aquecimento ou

25

arrefecimento dos espaços servidos. Genericamente, não há extracção mecânica do ar dos espaços

servidos por este sistema, ela dá-se através das grelhas das portas para as zonas de circulação, se

bem que alguns dos locais servidos dispõem de ventiladores de extracção independentes do sistema.

Sistema 3 – UTAN + Termoventiladores – Salas de aulas e de estudo nos pisos 0 e 1 (incluem-

se aqui as salas de aula de arquitectura e a V0.05 do piso 0 e as salas de trabalho de

arquitectura do piso 1) e alguns gabinetes do piso 2

Fornecimento de ar novo a partir de UTAN espalhadas pelo edifício. As UTAN dispõem de

permutador com água refrigerada e permutador de água quente. Nos espaços referidos, por cima dos

tectos falsos existem termo ventiladores com permutadores de água quente que permitem assim

aquecer o ar. A extracção do ar dos espaços dá-se de forma não forçada (natural), através das

grelhas das portas para as zonas de circulação.

Sistema 4 – Bomba de calor água-ar reversível com admissão natural de ar pela fachada –

Gabinetes do piso 3, sala V1.38 do piso 1 e o bar do piso 0

Fornecimento de ar novo aos espaços a partir de dispositivos de admissão na fachada do edifício.

Bombas de calor reversíveis constituídas por dois permutadores, um funcionando com água do

circuito de condensação e o outro com o ar novo. À excepção do bar que dispõe de um ventilador de

extracção dedicado, não existe extracção mecânica do ar dos espaços servidos por este sistema.

Sistema 5 – UTA 9 – Grande auditório do Centro de Congressos

UTA com fornecimento de ar novo e que usa recirculação para aumentar o caudal de ar insuflado.

Esta UTA utiliza dois permutadores, um de água refrigerada e outro de água quente para,

respectivamente, arrefecer ou aquecer o ar a insuflar.

Sistema 6 – UTA 10, 11, 12 e 13 – Sala de videoconferência do piso 01 e as três salas de

conferências do piso 02, todas pertencentes ao Centro de Congressos

Unidades de tratamento de ar que efectuam o arrefecimento ou aquecimento do ar recirculado, sem

adição de ar novo, funcionando apenas com recirculação do ar. Considera-se portanto que os

espaços servidos por estas unidades não dispõem de ventilação mecânica. O aquecimento é

efectuado por permutador de água quente e o arrefecimento por ciclo frigorífico alimentado pelo

circuito dos tanques de inércia.

Sistema 7 – Bomba de calor reversível água-ar com insuflação auxiliar – Gabinetes de apoio

aos laboratórios do piso 02 e restaurante do piso 0

Fornecimento de ar novo ao espaço a partir de ventilador de insuflação que não promove pré-

aquecimento nem pré-arrefecimento do ar insuflado. O aquecimento e arrefecimento dos espaços é

assegurado por unidades terminais do tipo bomba de calor reversível água-ar. Os espaços servidos

26

dispõem de extracção mecânica do ar através de ventiladores independentes, sendo dedicados no

caso do restaurante e comuns a outros locais no caso dos gabinetes.

Sistema 8 – Bomba de calor reversível água-ar sem insuflação mecânica associada – Sala de

conferências do Centro de Congressos e espaços adjacentes no piso 01, gabinetes, recepção

do Centro de Congressos e o espaço IST Press no piso 02

O aquecimento ou arrefecimento é efectuado por bombas de calor água-ar reversíveis constituídas

por dois permutadores, um funcionando com água do circuito de condensação e o outro com ar do

interior do espaço, que estão instaladas no respectivo tecto falso. Este sistema não promove

insuflação mecânica nem natural de ar novo para o espaço. Ao contrário dos espaços do piso 02

afectos ao sistema, os locais do piso 01 dispõem de remoção forçada do ar do seu interior através de

ventiladores de extracção independentes.

Sistema 9 – Termoventiladores sem ventilação mecânica – Laboratórios e salas de apoio a

laboratórios do piso 01 e salas de estudo interiores do bloco nascente do piso 0

Nos espaços servidos por este sistema, por cima dos tectos falsos, existem termoventiladores com

permutadores de água quente que possibilitam o aquecimento do ar local dado que não ocorre

insuflação forçada de ar novo. Assim, os locais servidos não possuem ventilação mecânica e a

extracção do ar dos espaços dá-se através das grelhas das portas para as zonas de circulação, com

excepção para as salas de estudo do piso 0, onde é promovida a remoção do ar viciado através de

um ventilador de extracção independente dos termoventiladores e partilhado também com a zona de

circulação local adjacente.

Sistema 10 – Unidades split + UTAN – Alguns gabinetes do piso 2, museu e sala V1.01 do piso

1

Sistemas split que promovem aquecimento e arrefecimento de espaços que dispõem de insuflação

mecânica por parte de UTAN. Há situações em que estes espaços têm também extracção mecânica

assegurada por ventiladores próprios para o efeito. Noutros casos não existe extracção forçada.

Sistema 11 – Unidades split sem insuflação mecânica auxiliar – Gabinete V1.47 do piso 1 e

dois pequenos grupos de gabinetes do piso 3

Sistemas do tipo split alheios à instalação principal do edifício, que promovem aquecimento e

arrefecimento de espaços que não dispõem de insuflação mecânica de ar por parte de UTAN. Os

espaços servidos por estes sistemas também não sofrem extracção forçada de ar.

Sistema 12 – Sistema VRV + UTAN dedicada – Laboratório de tecnologias de informação, piso

1

Sistema de volume de refrigerante variável independente da instalação central do edifício, que

promove aquecimento e arrefecimento do LTI e que está associado a uma UTAN exclusivamente

27

dedicada que assegura a insuflação mecânica de ar pré-aquecido ou pré-arrefecido no espaço. O ar

é extraído do espaço e recirculado para a UTAN.

Sistema 13 – Sistema VRV – Sala de estudo 24h do piso 0

Sistema de volume de refrigerante variável separado da instalação centralizada, que promove

aquecimento e arrefecimento da sala de estudo 24h e que possui um ventilador de extracção

associado que faz a exaustão do ar do espaço para o exterior.

Sistema 14 – UTAN – Circulações periféricas do piso 2, blocos nascente e poente

Unidades de tratamento de ar novo, uma em cada bloco, dispondo de permutadores de água quente

e água refrigerada que insuflam ar directamente nos corredores exteriores do Piso 2. Estes espaços

dispõem de extracção mecânica de ar viciado através de ventiladores independentes destas

unidades.

Sistema 15 – UTV – Sala de cacifos e câmara escura no piso 01 e armazém geral do

departamento e depósito de livros no piso 02

Unidades de tratamento de ar localizadas na central térmica que dispõem apenas de permutador de

água quente e humidificador, efectuando o aquecimento e humidificação do ar que insuflam nos

espaços referidos. Estas unidades não promovem a recirculação do ar dos espaços

A figura 7 mostra a distribuição dos sistemas terminais de climatização por piso.

Figura 7 – Sistemas terminais de climatização por piso

28

No anexo 5 apresentam-se as áreas dos espaços do edifício desagregadas por sistema terminal de

climatização.

2.4 Sistema de produção e distribuição de ar comprimido

No edifício existe ainda uma central de ar comprimido com uma rede de distribuição que serve os

laboratórios do piso 02. A central consiste num compressor de 45 kW do tipo parafuso de

arrefecimento a água, com controlo automático de arranque e paragem e com a instalação de um

secador de ar. O arrefecimento do compressor é efectuado por um circuito de água, através de

circulação forçada a partir do depósito de acumulação de água da rede com 100 m3, o mesmo

utilizado pelo circuito de condensação para o bloco Nascente do edifício. A distribuição de ar

comprimido é efectuada por uma tubagem em aço galvanizado com acessórios roscados e com

pontos de purga na tubagem principal.

O anexo 6 contém uma descrição mais pormenorizada deste sistema.

2.5 Descrição da instalação eléctrica

A alimentação eléctrica do Pavilhão de Civil, proveniente da rede pública, e responsabilidade da EDP

distribuição, é feita em média tensão e convertida para baixa tensão no posto de transformação

localizado no piso 03, através de três transformadores com ligação ao quadro eléctrico situado no

mesmo espaço, o QGBT (quadro geral de baixa tensão).Ainda nesse local a alimentação do edifício é

separada em duas redes de energia eléctrica, a normal e a de emergência. O transformador 1 (TR-1)

associado a um disjuntor de 1250 A serve todo o bloco nascente do edifício, através de duas calhas

canalis de 400 A cada de intensidade que percorrem as torres de acesso sul e norte, repartindo em

partes iguais a alimentação desta ala, a nível de iluminação e tomadas. Os circuitos da rede de

emergência referida atrás são alimentados por este transformador. Uma terceira calha canalis agora

de 1250 A de intensidade de corrente com origem no transformador 2 (TR-2), também ele associado

a um disjuntor de 1250 A, percorre toda a torre de acesso centro e é responsável pela alimentação de

iluminação e tomadas de todo o bloco poente do edifício. O transformador 3 (TR-3), que tem um

disjuntor de 1600 A, é unicamente responsável pela alimentação maioritária da instalação de

climatização do edifício (já que alguns circuitos desta são mantidos pelo TR-1 visto pertencerem à

rede de emergência) e ainda pela alimentação do túnel de vento existente no laboratório de

estruturas e edificações, que regista uma utilização muito esporádica. Como referido atrás, existem

circuitos da instalação AVAC que têm a sua alimentação eléctrica na rede de emergência. Nessa

situação estão as unidades de tratamento de ar novo dos pisos 0, 1 e 2, respectivos ventiladores de

insuflação, a UTA 9, diversos ventiladores de extracção entre os quais os ventiladores de extracção

das cozinhas do restaurante e do bar e ainda outros ventiladores de insuflação como o do

restaurante, todos recebendo energia pela rede de emergência, criando-se assim a possibilidade de

29

continuarem a ventilação dos locais que servem, considerados de maior importância no sistema,

mesmo em caso de falha no abastecimento. As bombas circuladoras que servem sistemas integrados

nalgumas unidades referidas estão colocadas também sobre a emergência.

A distribuição local da energia eléctrica é efectuada por quadros gerais de piso, do 03 ao 3, instalados

nas courettes das torres de acesso, com um quadro de distribuição da rede normal e um em paralelo

com a distribuição da rede de emergência, sendo os quadros de controlo de AVAC de cada piso

independentes destes. A instalação de tomadas é constituída por unidades salientes à parede no

caso dos estacionamentos, e aparelhagem embutida nos casos das salas de aula, gabinetes, zonas

de circulação e restantes espaços.

2.6 Descrição da instalação de iluminação

De maneira geral a instalação de iluminação do edifício, que não sofreu grandes alterações

relativamente à obra e projecto originais, consiste em luminárias fluorescentes tubulares e compactas

associadas a balastros ferromagnéticos, havendo no entanto algumas variações e excepções que

serão aqui descritas. Assim, nas zonas de gabinetes dos pisos 2 e 3 a instalação de iluminação é

constituída por armaduras encastradas nos tectos falsos, com lâmpadas tubulares fluorescentes T8

de 58 W, com balastro ferromagnético.

Nas salas de aula e de estudo do piso 1 e do piso 0, e nos laboratórios e salas de aula do piso 01, as

armaduras estão suspensas cerca de 0.3 m do tecto e instaladas em fiada contínua, também com

lâmpadas fluorescentes tubulares T8 de 58 W e com balastros ferromagnéticos, registando níveis

médios de iluminação (fluxo luminoso) significativamente elevados para o tipo de utilização que é feita

nestes espaços e que são apresentados na forma de tabelas após esta descrição.

Nos corredores de circulações do piso 3 foram instaladas lâmpadas fluorescentes compactas de

16 W com balastro ferromagnético por cima das portas dos gabinetes, tendo sido neste piso

privilegiada a iluminação natural através da introdução de clarabóias constituídas por placas de

policarbonato alveolar nas coberturas dos espaços referidos. Existem ainda, nestas circulações,

algumas luminárias tubulares fluorescentes T8 de 58 W instaladas em armaduras encastradas nos

tectos falsos, lâmpadas fluorescentes compactas de 10 W e luminárias do tipo LED de halogéneo de

50 W, nas zonas sem claraboia, em todos os casos servidas por balastros ferromagnéticos. Em

relação às circulações dos restantes pisos, a iluminação é assegurada por luminárias fluorescentes

variando entre as compactas de 10 W com instalação em sanca (maioritariamente desligadas) e as

tubulares T8 de 58 W com armaduras encastradas nos tectos falsos, ambas com balastros

ferromagnéticos, existindo ainda lâmpadas T8 de 36 W de potência nominal também associadas a

esse o tipo de balastro e que servem para terminar as fiadas, quando o espaço já não é suficiente

para as de 58W que são mais compridas. Em algumas zonas de circulação do piso 0, nomeadamente

nos patamares, existem lâmpadas fluorescentes de 16 W com balastro ferromagnético; o hall de

30

entrada do edifício é servido por luminárias tubulares fluorescentes T5 de 18 W novamente com o

mesmo tipo de balastro. Genericamente e como será mostrado adiante, as zonas de circulação não

registam níveis de iluminação tão elevados quanto os das salas, mas apresentam igualmente altas

potências totais instaladas que assentam não só no grande número de luminárias presentes como

também no facto de estas estarem associadas, quase sempre, a balastros ferromagnéticos,

consideravelmente menos eficientes que os electrónicos.

Nas salas de aula de arquitectura do piso 0, no espaço do laboratório de tecnologias de informação

do piso 1 e ocasionalmente nas circulações interiores do piso 1 adjacentes ao átrio central e nas

circulações dos pisos 0, 2 e 3 estão instaladas lâmpadas tubulares fluorescentes de 14 W de

potência, com armaduras encastradas nos tectos falsos e balastros electrónicos.

Descreve-se agora a iluminação dos espaços que apresentam instalações com características e

configurações mais díspares das até aqui enunciadas, como são o caso dos anfiteatros e auditório do

Centro de Congressos, do Museu e das áreas concessionadas ocupadas pelo Bar e Restaurante.

Começando pelo Museu, ali a iluminação é constituída por projectores com lâmpadas de halogéneo

de 50W e lâmpadas do tipo LED também de halogéneo de 50 W com balastro ferromagnético. A

iluminação dos Anfiteatros VA3 e VA 4 e do auditório do Centro de Congressos é constituída na zona

central por projectores de tipologia washlights equipados com lâmpadas fluorescentes compactas de

10 W, nas zonas de acesso e palco estão instalados lâmpadas dicroicas de 50 W com balastro

ferromagnético. Nestes espaços estão também presentes lâmpadas fluorescentes tubulares T8 de

58W e 36 W e compactas de 10 W de potência unitária, em ambos os casos com balastro

ferromagnético. Nos anfiteatros VA1, VA2, VA5 e VA 6 a iluminação é feita por lâmpadas compactas

fluorescentes de 16 W e novamente por tubulares fluorescentes T8 de 58W. Nas salas de

conferências do centro de Congressos do Piso 02, existem, além das T8 de 58 e 36 W e das T5 de

18 W respectivamente, lâmpadas LED de halógeneo com consumo unitário de 35 W e balastro

ferromagnético. No que concerne as concessões, a sala principal da cafetaria do Bar tem lâmpadas

dicroicas de halogéneo de 50 W com balastro ferromagnético e fluorescentes compactas de 27 W

instaladas em sanca, além das tubulares T8 de 58W que estão também presentes nos espaços de

apoio juntamente com as T8 de 36 W, todas associadas a balastros ferromagnéticos. A sala de

refeições do restaurante é iluminada com as mesmas lâmpadas compactas fluorescentes de 27 W

com balastro ferromagnético, igualmente instaladas em sanca, tendo a sua cozinha luminárias

tubulares fluorescentes T8 de 58 e 36 W de potência nominal e ainda T5 de 18 W, todas de novo com

balastros ferromagnéticos.

Na zona laboratorial do piso 02, além de lâmpadas tubulares fluorescentes T8 de 58 W existentes em

todos estes espaços, estão também instaladas no laboratório de estruturas e pesados luminárias

equipadas com lâmpadas de iodetos metálicos, com a potência de 250 W, suspensas do tecto. A

garagem do edifício, localizada no piso 03, é também iluminada por lâmpadas fluorescentes T8 de 58

W, com balastros ferromagnéticos. Para finalizar, a iluminação de emergência presente no pavilhão é

31

constituída por blocos de emergência permanentes e não permanentes que sinalizam

convenientemente as saídas de emergência e o percurso de evacuação.

A figura 8 ilustra, de forma resumida, a iluminação dos espaços do edifício.

Figura 8 – Iluminação dos espaços do edifício

Apresentam-se, nas tabelas 5, 6, 7, 8, 9 e 10, os níveis de iluminação medidos e recomendados em

diversos espaços, que ilustram, de certa forma, as elevadas potências de iluminação instaladas um

pouco por todo o edifício.

32

Piso Espaço Nível médio de

iluminação medido (lux)

Níveis de iluminação recomendados (lux) [19] Tipo de

iluminação Mínimo Médio Máximo

02 Laboratório de

Hidráulica 644

300 500 750

Fluorescente tubular T8-58W

02 Laboratório de Estruturas e Edificações

216 Lâmpadas de

iodetos metálicos

02 Laboratório de

Construção 788


02 Laboratório de

Geotecnia 158


02 Oficina 275 Fluorescente

tubular T8-58W

01 Laboratório

V01.07 454


Tabela 5 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em espaços laboratoriais





2 Gabinete 4.08 283

300 500 750


2 Gabinete 4.01 290 Fluorescente

tubular T8-58W


tubular T8-58W

2 Gabinete 4.26.2 303 Fluorescente

tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W

3 Gabinete3.16 375 Fluorescente

tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W

3 Gabinete 3.50.1 250 Fluorescente

tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W

Tabela 6 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em gabinetes

33





01 VA 1 500

200 300 500

Fluorescente tubular e compacta

01 VA 2 668 Fluorescente

tubular e compacta

01 VA 3 311 Fluorescente e

LED

01 VA 5 663 Fluorescente

tubular e compacta

01 Biblioteca 590 Fluorescente tubular T8-

58W

0 Museu 399 300 500 750 Fluorescente e incandescente

1 LTI (sala principal) 582

300 500 750

Fluorescente tubular

1 LTI (circulação de

acesso) 574


Tabela 7 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em anfiteatros e outros espaços

34





02 IST Press 393 200 300 500 Fluorescente

tubular

02 Átrio Sul 140 100 150 200 Fluorescente

compacta

02 Sala Conf. 02.1 696

200 300 500

Fluorescente compacta e

tubular

02 Sala Conf. 02.2 510 Fluorescente compacta e

tubular

02 Sala Conf. 02.3 716 Fluorescente compacta e

tubular

02 Átrio salas conf. 373

100 150 200


tubular

02 Átrio recepção

C.C. 150


01 Sala Conf. 01.1 480

200 300 500


tubular

01 Sala Videoconf. 380 Fluorescente compacta e

tubular

01/02 Grande Auditório 223 Fluorescente compacta e

tubular

Tabela 8 – Níveis de iluminação medidos e recomendados para os espaços do Centro de Congressos

35





1 Sala V1.01 638

200 300 500


1 Sala V1.06 489 Fluorescente

tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W


tubular T8-58W

0 Sala de

estudo 24h 860

Fluorescente tubular 14W


tubular T8-58W


tubular T8-58W

Tabela 9 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em salas de aula e de estudo

36





01 Circulação

Nascente Sul-Norte 657

100 150 200

Fluorescente tubular e compacta

01 Átrio zona Sul 250 Fluorescente

tubular T8-58W

0 Circulação Nascente

497 Fluorescente

tubular T8-58W

0 Hall de entrada 191 Fluorescente

tubular FT T5-18W

1 Circulação

periférica nascente 100


1 Circulação

nascente adjacente ao átrio central

290 Fluorescente

tubular T8-58W

1 Circulação poente adjacente ao átrio

central 420


2 Circulação

periférica poente 421


2

Corredor exterior p/ fachada Nascente, Sul-Norte, Bloco

Nascente

423 Fluorescente

tubular T8-58W

2 Circulação exterior Centro-Norte, B. Poente, Piso 2

465 Fluorescente

tubular T8-58W

2 Corredor p/ sala de reuniões, B Poente,

Piso 2 488


2

Corredor exterior, Topo Norte,

fachada poente, Bloco Nascente

564 Fluorescente

tubular T8-58W

3 Circulação

nascente com claraboia

56 Fluorescente

compacta 16 W

3 Circulação

periférica poente 486


3 Circulação para torre de acesso

norte 338


Tabela 10 – Níveis de iluminação medidos e recomendados em circulações e átrios

Os níveis de iluminação apresentados foram medidos nos espaços com um luxímetro, conforme o

uso que é feito da iluminação por parte dos seus ocupantes, tendo-se sempre colocado o aparelho

num local e posição de medição coerentes com a actividade aí desenvolvida, isto é, os valores foram

obtidos de medições feitas no plano de trabalho. Fizeram-se vários registos em cada espaço e

calculou-se o valor médio. Os valores mínimos e máximos registados nos espaços analisados podem

37

ser consultados no anexo 7. Para evitar contabilizar a iluminação natural, nos espaços expostos ao

exterior as medições foram feitas à noite.

Como referência para comparação, foram também indicados nas tabelas anteriores os níveis médios,

mínimos e máximos de iluminação recomendados para os espaços analisados [19]. Os valores

medidos que não são aceitáveis, seja por excesso ou por defeito, são apresentados,

respectivamente, nas cores verde e azul. Confrontando então os níveis de iluminação medidos com

os recomendados, constata-se de imediato que, principalmente nas zonas de circulação e nos átrios

e nas salas de aulas e de estudo, a instalação encontra-se consideravelmente sobredimensionada.

Por outro lado, apenas em alguns dos laboratórios e gabinetes analisados se registaram níveis de

iluminação abaixo dos mínimos recomendados.

2.7 Outros sistemas

No anexo 8 encontra-se a descrição da rede de gás natural do edifício e no anexo 9 incluem-se os

sistemas energéticos não considerados na simulação.

38

3. Abordagem teórica e metodologia

O TRACE 700 da TRANE é um programa de simulação dinâmica para cálculo de cargas térmicas que

permite fazer uma análise económica dos custos inerentes à manutenção da instalação de

climatização. Trata-se de um utilitário de código fechado, não permitindo portanto a criação de outros

tipos de sistemas de climatização para além dos que já constam originalmente da sua base de dados

e está acreditado pela norma ASHRAE 140-2004 que avalia as capacidades técnicas e aplicabilidade

de cada software de cálculo de cargas térmicas, fornecendo assim um enquadramento que permite a

validação dos resultados produzidos [11].

O TRACE é um programa largamente divulgado e tem uma interface bastante acessível ao utilizador,

oferecendo-lhe inclusivamente um guia para a construção do modelo. Neste software, o

desenvolvimento de um modelo dinâmico passa por um conjunto de etapas que se passam a

descrever sucintamente.

Inicialmente começa-se por definir a localização geográfica do edifício que vai ser modelado,

juntamente com a escolha do respectivo ficheiro climático. Em seguida define-se a geometria do

edifício, através da criação das zonas térmicas que vão ser caracterizadas pelas suas dimensões,

condições interiores, envolventes e cargas térmicas devidas à ocupação, iluminação e equipamentos

juntamente com os correspondentes horários de utilização. Nesta fase implementa-se também a

ventilação dos espaços. Num segundo nível procede-se à criação dos sistemas terminais de

distribuição de ar da instalação de climatização (air side systems), a partir de uma vasta gama de

opções disponibilizada pelo TRACE. A estes sistemas serão atribuídas, pelo utilizador, as respectivas

zonas térmicas por eles servidas. Por sua vez, num nível superior, os sistemas terão que ser

alimentados por equipamentos ou unidades produtoras, as plants, que representam as unidades de

produção térmica da instalação, existindo igualmente um conjunto de equipamentos pré-definidos na

base de dados do programa.

Em relação ao processo de cálculo do programa, este passa por cinco fases [20]. Primeiro a load

phase, onde se calculam as cargas térmicas de aquecimento e arrefecimento tendo em consideração

os dados introduzidos pelo utilizador na criação das zonas térmicas. Depois, na design phase,

executa-se o cálculo de cargas térmicas para as condições de projecto, onde portanto já entram os

dados da instalação de climatização. Na fase seguinte (air side system simulation phase)

contabilizam-se os efeitos dos ganhos térmicos do edifício no funcionamento geral da instalação de

climatização, donde resulta a determinação da carga horária dos equipamentos de cada um dos

sistemas de distribuição de ar previamente definidos. Posteriormente, dá-se a simulação do consumo

de energia dos equipamentos (unidades produtoras) associados aos sistemas – equipment simulation

phase. Finalmente, caso o utilizador pretenda, pode-se ainda efectuar a análise económica da

instalação.

39

Para o processo descrito, o TRACE dispõe de diversas metodologias de cálculo de cargas térmicas

de arrefecimento e aquecimento que ficam à escolha do utilizador.

A simulação dinâmica do Pavilhão de Civil do IST foi efectuada numa base horária, em configuração

de ano civil completo, definido como full year no programa, consistindo assim numa análise à

totalidade das 8760 horas anuais. Por conseguinte, o ficheiro climático introduzido no modelo contém

as informações associadas às condições do clima de Lisboa de um ano típico e para o total de horas

referido.

3.1 Criação de espaços e zonas térmicas

A agregação de diferentes espaços físicos do edifício, contíguos entre si, foi feita essencialmente

segundo critérios de similaridade de equipamentos terminais de climatização, de tipo de utilização e

de níveis e tipos de ocupação e cargas. Daqui resultou a criação de um total de 161 espaços ou

zonas térmicas, sendo uns individuais, imitando a situação real, e outros, conjuntos de espaços

adjacentes com características semelhantes a nível de climatização e perfis de utilização e, assim,

agrupados em zonas maiores.

3.1.1 Condições interiores de espaços úteis

Os espaços úteis são definidos no programa pela característica conditioned room, dispondo portanto

de climatização. As respectivas condições de referência interiores introduzidas no modelo seguiram

as que constam no RCCTE [10], considerando-se assim 25°C para a temperatura na estação de

arrefecimento e 20°C para a temperatura na estação de aquecimento, fixando-se ainda a humidade

relativa em 50%.

Apresentam-se, na tabela 11, as temperaturas medidas em alguns espaços condicionados e as

correspondentes temperaturas exteriores registadas.

40

Piso Espaço Temperatura medida no interior do espaço (°C)

Temperatura exterior (°C)

Data e hora da medição

0 Sala V0.02 (sala exterior) 22.0 9.5 02/02/2012, 20h

0 Sala de estudo 24h 18.0 9.5 02/02/2012, 20h

18.5 9.1 03/02/2012, 16h30



22.5 9.1 03/02/2012, 16h30

0 Sala V0.08 (sala interior) 22.0 9.5 02/02/2012, 20h

22.5 15.4 16/03/2012, 11h30


24.0 15.7 06/03/2012, 16h30



1 Sala V1.01 (topo Sul) 19.0 9.1 03/02/2012, 17h

1 Sala V1.16 23.0 9.1 02/02/2012, 17h

21.0 8.3 03/02/2012, 17h

Tabela 11 – Temperaturas de salas de aula e de estudo

3.1.2 Definição de partições e espaços não úteis

Os espaços não úteis do edifício foram também implementados no modelo e definidos com o tipo

unconditioned. Não sendo climatizados, não gozam das condições interiores dos espaços úteis,

referidas no ponto anterior. Assim, o programa permite que nestes espaços (não úteis) as

temperaturas interiores na estação de aquecimento e arrefecimento flutuem entre valores máximos e

mínimos fixados por defeito para esta situação (unconditioned room).

A alternativa, como se verá adiante, seria definir o espaço não útil de forma fictícia, isto é, como

sendo uma partição a partir do espaço útil adjacente que realmente foi criado no modelo. Dessa

forma, teria que ser escolhido um dos métodos de cálculo auxiliares de temperatura que o TRACE

disponibiliza para partições. O que, dependendo do método de cálculo escolhido, pode levar a uma

variação de 15% das necessidades de arrefecimento [15].

Então, definindo o espaço não útil efectivamente como uma zona térmica não condicionada, o

programa calcula autonomamente a temperatura do espaço dentro da referida gama imposta mas

sem necessidade de recorrer a qualquer método auxiliar. Paralelamente foi criado um sistema de

climatização com capacidade nula para servir os espaços não condicionados, pois esta é a única

forma do programa calcular as cargas de equipamentos e iluminação presentes neste tipo de

espaços. Assim, esta forma de definição de um espaço não útil e das suas condições interiores

aparenta ser mais vantajosa.

41

A tabela 12 apresenta as temperaturas de circulações medidas ao longo de um dia e a tabela 13

apresenta as temperaturas dos mesmos espaços medidas durante o período da manhã de 3 dias

consecutivos. Em ambas as tabelas inclui-se, para referência, a temperatura do ar exterior medida.

Local de medição Temperatura

medida – manhã (°C)

Temperatura medida – tarde (°C)

Temperatura medida – noite (°C)

Átrio sul – Piso 01 19 20 21

Circulação nascente sul-norte – Piso 01 19 18.5 17.5

Bloco nascente do átrio central – Piso 0 18.5 19.5 18.5

Bloco poente do átrio central – Piso 0 19 19 18

Circulação interior do bloco nascente – Piso 0

18.5 20 19

Circulação adjacente ao átrio central, bloco nascente – Piso 1

19 20 19

Circulação periférica do bloco nascente – Piso 1

20 20.5 20

Circulação adjacente ao átrio central, bloco poente – Piso 1

19.5 20 18

Circulação periférica do bloco poente – Piso 1

19 20.5 19


20 20 19


20 21 20


20 20 19.5


20 20.5 20

Circulação com clarabóia do bloco nascente, zona sul-centro – Piso 3

22 21 19.5

Circulação com clarabóia do bloco poente, zona centro-norte – Piso 3

21 22 19.5

Circulação periférica do bloco poente, zona sul-centro – Piso 3

21 21 19.5

Temperatura exterior 13.5 16.4 12.1

Tabela 12 – Temperaturas medidas em circulações no dia 2 de Março de 2012

42

Local de medição

Temperatura medida –

manhã 1º dia (°C)

Temperatura medida – manhã 2º dia (°C)

Temperatura medida – manhã 3º dia (°C)

Átrio sul – Piso 01 20 19 21

Circulação nascente sul-norte – Piso 01 19 19 20.5

Bloco nascente do átrio central – Piso 0 19 18.5 22

Bloco poente do átrio central – Piso 0 19 19 22

Circulação interior do bloco nascente – Piso 0

20 18.5 23


20.5 19 21.5


21.5 20 21.5


20 19.5 21.5


20.5 19 20.5


21 20 22


22 20 22


20.5 20 22


21 20 21.5

Circulação com clarabóia do bloco nascente, zona sul-centro – Piso 3

21.5 22 24.5

Circulação com clarabóia do bloco poente, zona centro-norte – Piso 3

21.5 21 24

Circulação periférica do bloco poente, zona sul-centro – Piso 3

20.5 21 22.5

Temperatura exterior 11.1 8.5 13.2

Tabela 13 – Temperaturas medidas em circulações entre 8 e 10 de Fevereiro de 2012

As figuras 9 e 10 ilustram os perfis diários de temperatura da torre de acesso sul do edifício. Como se

pode observar pelos resultados ocorre um aquecimento apreciável do ar nesta zona, podendo a torre

promover a circulação do ar por convecção natural caso se abram as suas janelas na parte superior,

o que não se verificava na altura das medições.

43

Figura 9 – Perfil da temperatura na torre de acesso Sul ao longo do dia 13 Março de 2012

As temperaturas exteriores medidas no dia 13 de Março foram 19.8°C de manhã, 23.0°C à tarde e

19.0°C à noite.

Figura 10 – Variação da temperatura na torre de aceso sul entre 15 e 17 de Março de 2012

(medições feitas durante a tarde)

A temperatura exterior medida na tarde dos 3 dias a que refere a figura 10 foi de 15.8°C, 15.0°C e

15.1°C, respectivamente.

Nas situações em que existiam espaços úteis adjacentes, contíguos ou com comunicação para

espaços não úteis, e quando a diferença significativa de temperaturas entre estes assim o exigiu, as

divisões físicas de separação existentes – paredes e envidraçados interiores – foram modeladas

como elementos de partição, denominadas partitions no pograma TRACE 700. Para a implementação

de uma partition foi necessário indicar as suas dimensões (comprimento e altura) e a solução

construtiva adoptada, que é previamente definida na secção respectiva da biblioteca do programa,

salientando-se que, por defeito, o TRACE 700 assume que os fluxos de calor que atravessam estes

21

23

25

27

29

31

33

-1 0 1 2 3

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Piso

Perfil diário de temperatura na torre de acesso Sul

Manhã

Tarde

Noite

19

20

21

22

23

24

25

26

-1 0 1 2 3

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Piso

Variação da temperatura dos pisos da torre de acesso Sul durante 3 dias

Dia 1

Dia 2

Dia 3

44

elementos baseiam-se exclusivamente na condução térmica. Para a caracterização da partição estar

completa é necessário ainda indicar o método através do qual o programa calcula a temperatura do

espaço adjacente não útil. Então, de modo a aproximar o mais possível o modelo à realidade, o

método genericamente utilizado foi o de adjacent room, que permitiu assim fazer a associação entre

espaços úteis e espaços não úteis anexos, como por exemplo, a dependência criada entre grupos de

salas e gabinetes que são climatizados e os corredores de circulação não condicionados que lhes

são contíguos. Deste modo, na simulação, a temperatura de um espaço não útil, além de

experimentar a flutuação já descrita, é também afectada de forma importante pelas condições do

espaço útil a que o primeiro está associado. Reciprocamente, existirão também fluxos térmicos de

espaços não úteis para os espaços úteis a que estão ligados.

Como já foi explicado, a condição que o programa sugere ser a razão para se implementar uma

partição entre dois espaços adjacentes é existir efectivamente uma diferença considerável entre as

suas temperaturas, contudo, existem algumas situações no modelo que, embora desviando-se deste

enquadramento, obrigaram necessariamente à definição de partitions e são descritas em seguida. No

caso das zonas técnicas para equipamentos de AVAC que estão espalhadas pelo edifício e que são

adjacentes a espaços climatizados, tratando-se igualmente de espaços não úteis mas com a

particularidade de não terem sido criados no modelo, o procedimento adoptado foi implementar as

partições nos espaços condicionados, com o método pro rated, que solicita a introdução de uma

temperatura de arrefecimento e outra de aquecimento e basicamente ajusta-as por comparação com

a do ambiente exterior. Na prática o que acontece então é que apesar do espaço não útil

efectivamente não existir no modelo, o seu efeito é notado, uma vez que a separação do espaço útil

para o não útil está definida e vai afectar o local condicionado, devido ao fluxo de calor através da

partição.

Uma outra situação é o caso das paredes exteriores enterradas (pertencentes à envolvente opaca

que será discutida adiante) que são implementadas no modelo também com a configuração de

partitions, agora pelo método ground, interpretando o programa que estes elementos separam um

espaço interior útil do espaço exterior adjacente – o solo. Finalmente, nos casos em que existiam

espaços adjacentes a câmaras frigoríficas e outros recintos especialmente condicionados, a

separação entre eles foi implementada como uma partição usando o método constant, com as

temperaturas de arrefecimento e aquecimento do espaço adjacente (câmara frigorifica) iguais e

constantes todo o ano.

A figura 11 mostra o método de caracterização de uma parede enterrada e a figura 12 ilustra um dos

métodos possíveis de implementação de uma parede interior.

45

Figura 11 – Caracterização de paredes enterradas pelo método ground no TRACE 700

Figura 12 – Caracterização de paredes interiores pelo método de temperatura constante no TRACE

700

3.2 Definição das soluções construtivas

3.2.1 Envolvente opaca

No que se refere à envolvente opaca, todos os materiais que constituem as diversas soluções

construtivas foram criados na biblioteca de materiais do programa, com as suas propriedades

térmicas e físicas introduzidas de acordo com o manual ITE 50 [18]. Na figura 13 ilustra-se a

caracterização do painel de betão de 8 cm de espessura no TRACE 700.

46

Figura 13 – Caracterização do painel de betão de 8 cm de espessura no TRACE 700

Como mostra adiante a figura 14, os elementos finais foram posteriormente definidos por camadas

(sendo esta a única opção disponibilizada pelo software), do exterior para o interior, acautelando-se

deste modo a questão das massas superficiais de cada pano e assim a inércia térmica da solução

resultante. Consideraram-se sempre as resistências térmicas superficiais adequadas às diferentes

situações de direcção e sentido de fluxo de calor para os ambientes interior e exterior, em

conformidade mais uma vez com o ITE 50 [18], levando a que os coeficientes de transmissão térmica

resultantes fossem os globais, ou seja, estes têm em conta não só a condução pelas camadas mas

também a convecção nas extremidades dos panos periféricos. O mesmo cuidado foi tido na adopção

dos valores para as resistências térmicas de espaços de ar não ventilados, na definição de caixas-de-

ar. Neste software cada tipo de elemento da envolvente opaca tem uma tipificação, assim sendo, uma

parede de fachada exterior foi definida como uma wall, uma parede de separação interior é uma

partition, uma cobertura tem que ser modelada no grupo roof e um pavimento será do tipo floor. Na

figura 14 mostra-se um exemplo de construção de uma parede da fachada do edifício no TRACE 700.

Figura 14 – Implementação da parede de fachada dos pisos 1 e 2 no TRACE 700

47

Ainda na figura 14, observam-se os resultados calculados pelo programa para a parede da fachada

exterior dos pisos 1 e 2, sendo o coeficiente de transmissão térmica 1.47 W/(m².K) e a inércia térmica

295 kg/m².

3.2.2 Envolvente translúcida

No programa de simulação utilizado, os envidraçados são definidos na biblioteca de vidros (glass

types library), através de diversas propriedades sendo as duas mais importantes, o coeficiente de

transmissão térmica U e o shading coefficient. Relativamente ao coeficiente U, trata-se simplesmente

do valor do coeficiente global de transmissão térmica do vão envidraçado. Já quanto ao shading

coefficient a situação é mais complexa, sendo esta grandeza por definição, o efeito de sombreamento

do tipo de vidro escolhido e equivalente na prática ao factor solar do vidro como é conhecido do

RCCTE [10] (g vidro) a dividir pela constate 0.87. O valor introduzido deve ser apenas para condições

de Verão, e portanto, para o seu cálculo apenas foi considerado o factor solar de Verão do vidro,

novamente de acordo com o RCCTE. Como as aberturas nas fachadas criadas no modelo tiveram

em conta não só as dimensões do vidro mas também as das caixilharias, ou seja, foi considerado a

totalidade do vão, tanto os valores de U como do shading coefficient foram ponderados tendo em

conta a área de vidro e a área de caixilharia. Assim, para os coeficientes de transmissão térmica

global dos vãos que foram introduzidos no modelo, a ponderação foi feita a partir dos valores do U do

vidro de 6 e 8 mm de espessura que são as situações que ocorrem no edifício e dos valores

tabelados para o U dos vãos envidraçados no ITE 50, que considera para a sua determinação a

situação típica em Portugal de 75% de vidro e 25% de caixilharia. Com base em observações ao

Pavilhão de Civil os vidros representam uma fracção de 90% da área dos vãos envidraçados e assim

estimaram-se os valores do coeficiente U, como será explicado a seguir, a partir dos dados obtidos

do ITE 50 [18] para vãos envidraçados verticais com caixilharia metálica e sem corte térmico, que são

apresentados na tabela 14. Referência apenas para as situações em que o vão é constituído por

diferentes tipos de janelas, no caso concreto janela fixa e de correr, onde foi adoptado o valor médio

dos dois, ou seja, 6.25.

Tipo de vão envidraçado Número de vidros Tipo de janela U vão [W/(m².°C)]

Simples (1 janela) 1 (vidro simples)

Janela fixa 6.0

Janela giratória 6.2

Janela de correr 6.5

Tabela 14 – Características de vãos envidraçados [18]

Exemplifica-se agora o processo de cálculo para o caso de uma janela de correr, com vidro simples

de 6 mm e protecção exterior através de estores de lâminas metálicas de cor clara, situação que se

verifica frequentemente nos pisos 2 e 3 do edifício. As tabelas 15 e 16 listam os itens considerados

na ponderação do coeficiente de transmissão térmica do vão.

48

Janela de correr

ITE 50 [18]

Fracção envidraçada

U vidro 6mm [W/(m².°C)]

Fracção de caixilharia

U caixilharia [W/(m².°C)]

U vão [W/(m².°C)]

0.75 5.68 0.25 Calculado por interpolação

inversa 6.5

Tabela 15 – Cálculo auxiliar para os vãos envidraçados

Donde,

Tem-se assim,

Janela de correr

Pavilhão de Civil

Fracção envidraçada

U vidro [W/(m².°C)]

Fracção de caixilharia

U caixilharia [W/(m².°C)]

0.9 5.68 0.1 8.96

Tabela 16 – Cálculo auxiliar do coeficiente de transmissão térmica de um vão envidraçado

Resultando então

(2)

Relativamente ao coeficiente de sombreamento (shading coefficient), e como já foi referido que os

vãos introduzidos no modelo incluem o vidro e a caixilharia, este foi também objecto de ponderação.

Assim e tendo em conta novamente que no edifício em estudo os vãos envidraçados são constituídos

aproximadamente por 90% de vidro e 10% de caixilharia, os valores do shading coefficient teriam de

ser afectados pelo seu produto com a constante 0.9, uma vez que esta propriedade, no TRACE 700,

diz respeito apenas à parte do vidro e no programa as dimensões introduzidas para os vãos tiveram

em conta também a parte da caixilharia. Ora, como o summer shading coefficient é equivalente ao

quociente do factor solar do vidro por 0.87, resultou que os valores efectivamente introduzidos no

modelo foram os do g de Verão do vidro, obtidos do RCCTE, pois por aproximação as constantes 0.9

e 0.87 anulam-se, como mostra a equação (4). A tabela 17 apresenta o factor solar do vidro e da

respectiva protecção para o exemplo em discussão. No anexo 10 constam todos os factores solares

dos vidros e das protecções que foram usados para ponderação do factor solar dos vãos

envidraçados implementados no programa.

49

g vidro (incolor, 6 mm) g protecção (estores exteriores de lâminas

metálicas de cor clara)

0.85 0.14

Tabela 17 – Factor solar do vidro e da protecção [10]

Com,

(3)

, caso o vão não disponha de qualquer dispositivo de protecção solar

(4)

Na figura 15 apresentam-se as propriedades base do vidro de 6 mm do edifício, tal como foram

implementadas na biblioteca de envidraçados do TRACE 700. Deve-se notar que, além dos valores

do coeficiente de transmissão térmica e do shading coefficient apresentados na figura ainda não

estarem ponderados, este último refere-se unicamente ao vidro, sem contemplar qualquer tipo de

protecções. Isto deve-se ao facto do programa permitir alterar localmente estas duas propriedades,

em cada espaço onde se introduz o elemento de vidro base, sem prejuízo para as suas restantes

característica definidas anteriormente na biblioteca. Assim, devido à considerável variação de

soluções existentes no edifício, esse foi efectivamente o procedimento adoptado.

Figura 15 – Caracterização do envidraçado de 6 mm no TRACE 700

50

Os valores do Summer U-factor e do Shading coefficient foram determinados e introduzidos pelo

utilizador, enquanto as restantes propriedades apresentadas na figura 15 registam os valores

definidos por defeito na biblioteca do programa.

Na tabela 4 fez-se uma apresentação prévia dos valores do coeficiente de transmissão térmica global

dos vãos envidraçados bem como do factor solar dos envidraçados, leia-se shading coefficient, tal

como foram introduzidos no modelo para algumas situações específicas. Agora, após se ter

apresentado o processo de determinação das referidas propriedades, todas as variações existentes

dos vãos exteriores são listadas na tabela 18.

Tipo de vidro e protecção

Tipo de vão

Tipo de janela

U vidro [W/(m².°C)]

U vão ponderado –

introduzido no programa [W/(m².°C)]

Shading coefficient

ponderado – introduzido no

programa

Vidro simples 6mm, protecção exterior

Simples (1 janela)

Janela de correr

5.68 6.01 0.35

Vidro simples 6mm, protecção interior

Simples (1 janela)

Janela de correr

5.68 6.01 0.57

Vidro simples, 6mm, sem protecção

Simples (1 janela)

Janela de correr

5.68 6.01 0.85

Vidro simples 6mm, protecção exterior

Simples (1 janela)

Janela fixa

5.68 5.81 0.35


Simples (1 janela

Janela fixa

5.68 5.81 0.57

Vidro simples 6 mm sem protecção

Simples (1 janela

Janela fixa

5.68 5.81 0.85

Vidro simples 8mm, sem protecção

Simples (1 janela)

Janela giratória

5.62 5.85 0.82


Simples (1 janela)

Janela de correr

5.62 5.97 0.56


Simples (1 janela)

Janela fixa

5.62 5.77 0.56

Vidro simples 8mm, sem protecção

Simples (1 janela)

Janela fixa e Janela

de correr

5.62 5.87 0.82

Clarabóia de placas de policarbonato

alveolar incolor de 6 a 16 mm

- - - 3.02 0.80

Tabela 18 – Propriedades dos vãos envidraçados implementados no modelo

Foram também criados na biblioteca do programa e posteriormente implementados nos espaços

afectados, os elementos físicos fixos de sombreamento do edifício, isto é, as palas exteriores

51

horizontais que se encontram sobrepostas aos vãos envidraçados dos pisos 3, 2, 0 e 01. No TRACE

700 estes elementos designam-se por overhangs. Mostra-se, na figura 16, um exemplo.

Figura 16 – Caracterização de um perfil horizontal de sombreamento da fachada do edifício no

TRACE 700

Como referido anteriormente, a existência de envidraçados interiores em situação de separação entre

um espaço útil e um outro não útil que lhe é adjacente, foi também definida no modelo. Assim, como

introduzido na secção 3.1.2, estas separações modelaram-se como elementos do tipo partition, onde

a solução construtiva adoptada é simplesmente o vidro, definido de antemão na biblioteca dos tipos

de construção, na secção das partições.

Distinguem-se deste modo os envidraçados exteriores que estão sujeitos a fluxos de calor por

condução, convecção e radiação, dos envidraçados interiores, submetidos, por definição do software,

unicamente a fluxos térmicos de condução.

3.3 Cargas térmicas nos espaços

Genericamente, de modo a identificarem-se a as cargas térmicas dos espaços foram feitos

levantamentos por todo o edifício que incidiram sobre os níveis locais de ocupação, iluminação e

equipamentos. No programa de simulação, as cargas referidas podem ser introduzidas sob a forma

de valores absolutos ou densidades, estando sempre associadas aos respectivos perfis,

denominados utilization schedules no TRACE 700.

52

Mostra-se na figura 17 um exemplo de implementação das cargas térmicas de um conjunto de

gabinetes. No anexo 11 apresenta-se a estrutura dos inquéritos, tal como foram feitos aos utilizadores

dos gabinetes, quando se efectuaram os levantamentos.

Figura 17 – Implementação de cargas térmicas e respectivos perfis de utilização no TRACE 700

3.3.1 Ocupação

Os perfis e o número de ocupantes (níveis de ocupação) dos espaços foram determinados a partir de

inquéritos feitos aos seus utilizadores, tendo-se também recorrido pontualmente à observação e ao

conhecimento anterior que havia dos hábitos de permanência dos espaços, por parte dos utentes.

Para espaços como salas de aulas e anfiteatros foi estimado o número de ocupantes assumindo-se

20 a 25 alunos no primeiro caso e 35 a 45 para o segundo e os perfis de ocupação foram

estabelecidos recorrendo ainda a um levantamento dos horários de utilização desses locais definidos

pelo Gabinete de Organização Pedagógica do IST (GOP). Assim, no modelo de simulação, os níveis

de ocupação foram introduzidos em termos absolutos, isto é, em número de ocupantes que foi obtido

directamente dos inquéritos ou estimado, associados aos perfis acima referidos e a um valor de

densidade de estações de trabalho (workstations), assumido como um posto por ocupante. Em cada

espaço foi ainda escolhido, dos diversos exemplos já existentes na biblioteca do programa, o tipo de

actividade que mais se assemelhava à efectivamente praticada pelos seus ocupantes, levando a

diferentes fracionamentos da carga térmica produzida, pelas parcelas latente e sensível, conforme a

tipologia por que se optou. De referir ainda que para locais de uso diferenciado como a zona de

restauração, a biblioteca, o LTI e o museu, consideraram-se também para a definição dos perfis, os

períodos diários de ocupação máxima e mínima típicos destes espaços e o encerramento no mês de

Agosto.

53

3.3.2 Iluminação

As cargas de iluminação introduzidas no modelo foram obtidas a partir de levantamentos locais que

consistiram em contagens do número de lâmpadas e luminárias de todos os espaços. Assim, no

utilitário de simulação, as potências instaladas foram implementadas em Watt sob a designação de

ganho de calor para o espaço e tiveram em conta o consumo do conjunto lâmpada e luminária com

balastro, que foi obtido através de medições feitas com analisadores de energia a alguns conjuntos,

sendo a potência nominal unitária dos diversos tipos de lâmpadas previamente conhecida. Os

horários de utilização da iluminação dos espaços foram determinados a partir de inquéritos feitos aos

seus utilizadores e introduzidos igualmente no programa em associação com as cargas

correspondentes, tendo-se também recorrido pontualmente à observação e ao conhecimento prévio

do perfil de utilização do edifício. Para espaços como as salas de aulas e anfiteatros, os perfis de

iluminação foram criados a partir dos próprios horários de utilização dos espaços que, como já foi

referido, são definidos pelo GOP. Na implementação das cargas no modelo foi também definido, no

campo devido, o tipo de iluminação de cada local, com o programa a permitir a escolha entre vários

exemplos da sua biblioteca, desde as tipologias fluorescente ou incandescente até diversas variações

que diferem entre si na percentagem de carga térmica libertada para o espaço e também na posição

em que as armaduras são montadas, isto é, podendo ser suspensas do tecto ou encastradas.

3.3.3 Equipamentos

As cargas de equipamentos e respectivos perfis de utilização foram obtidas por meio de inquéritos

aos utilizadores e levantamentos aos espaços que incidiram sobre a quantidade, potência nominal e

período diário de utilização. Com excepção da maior parte das cargas das áreas laboratoriais, as

potências dos equipamentos típicos de escritório, salas de aulas e semelhantes foram introduzidas

directamente como cargas individuais de acordo com os seus valores nominais, quando conhecidos,

indicados pelo fabricante. No caso específico de computadores, impressoras, aquecedores eléctricos,

frigoríficos e outros, os valores médios introduzidos para as cargas resultaram de medições

individuais feitas com analisadores de energia e foram associados aos respectivos horários de

utilização determinados pelos levantamentos. Admite-se assim que a tipologia de equipamentos de

escritório e salas de aulas regista consumos de energia que podem ser aproximados com razoável

rigor pelos seus perfis de utilização. Para outros equipamentos como os das concessões, as

potências eléctricas foram implementadas com base nos resultados das medições efectuadas com

analisadores de energia e levantamentos de potências instaladas, juntamente com os perfis de

utilização correspondentes. Os bastidores espalhados pelo edifício, que funcionam 24 horas por dia

todo o ano, foram igualmente alvo de medição com analisadores de energia e as potências médias

resultantes introduzidas no modelo. Sem prejuízo do anteriormente referido, salienta-se que em

espaços com vários equipamentos iguais mas períodos diários de utilização diferentes, essas cargas

foram agrupadas e introduzidas no modelo por tipo de equipamento – por exemplo carga total de

computadores, carga total de impressoras, carga total de aquecedores – e foram implementados

54

perfis de utilização médios para cada tipologia que tiveram em consideração as discrepâncias nos

períodos de funcionamento das diversas unidades do mesmo grupo. No TRACE 700, as cargas de

equipamentos são denominadas por miscellaneous loads e foram introduzidas como potências com

unidades kW ou W, associadas aos seus horários de utilização, sendo também necessário

seleccionar o contador de energia disponibilizado pelo programa, o energy meter, isto é, definir que

fonte de energia está a ser consumida pela carga em questão. No caso de estudo esse contador é na

larga maioria das vezes escolhido como electricidade, exceptuando nas cargas dos equipamentos a

gás do bar e do restaurante, onde está definido em concordância.

Como já foi referido atrás, para a maioria das cargas de equipamentos de laboratórios recorreu-se a

um método diferente, separando os diversos carregamentos em três regimes diferentes, consoante o

número de horas de utilização diária [13]. Este tratamento versou todo o tipo de aparelhagem de

elevada potência nominal e que experimenta uma utilização irregular e nalguns casos esporádica, isto

é, as máquinas que funcionam a carga parcial e que devido às suas características intrínsecas não

registam perfis de consumo constantes como os equipamentos comuns de escritório, por exemplo.

Assim, o regime mais baixo é o de 6 horas por dia e designa-se por baixa utilização, compreendendo

todas as cargas de equipamentos que funcionam até um máximo de horas por dia correspondente a

esse valor. O regime seguinte, o de média utilização, concentra as cargas que estão em

funcionamento entre 6 a 12 horas por dia e finalmente, o regime mais intenso, o de alta utilização,

engloba os equipamentos que funcionam de 12 a 24 horas por dia. No modelo de simulação, cada

um destes três regimes foi introduzido em conjunto com os horários de utilização respectivos que

reflectem os períodos de actividade já referidos. Como auxílio aos levantamentos feitos na área

laboratorial do edifício, procedeu-se também a medições nos quadros eléctricos dos laboratórios e

nalguns casos a quadros dedicados especificamente a máquinas individuais, através de analisadores

de energia, com o objectivo de corrigir ou afinar as potências introduzidas no modelo para os

equipamentos de cada uma das três gamas de utilização, permitindo assim ao programa calcular de

forma mais precisa a carga térmica deles resultante nestes espaços.

Procedeu-se então à determinação de um factor de carga [13] que se exemplifica agora para o caso

dos equipamentos do Laboratório de Caracterização de Materiais, localizado no piso 01, que é

alimentado nas vertentes de iluminação e tomadas para equipamentos, juntamente com outros

laboratórios e salas de aula adjacentes, pelo quadro eléctrico 01.2.1 (Q.D.01.2.1) da rede normal,

instalado na courette da torre de acesso norte daquele piso e que foi medido com analisador de

energia. O esquema geral da alimentação eléctrica dos diversos laboratórios do edifício pode ser

consultado no anexo 12.

A tabela 19 ilustra o levantamento de equipamentos feito no referido laboratório.

55

Equipamento Quantidade Potência nominal

unitária (W) Período diário de

utilização (h)

Máquina de corte de precisão 1 500 1.00

Polideira 1 600 3.00

Polideira trifásica 1 800 4.00


Microscópio electrónico 1 100 4.00

Monitor para microscópio 1 100 4.00

Máquina fotográfica 1 80 4.00



Máquina de corte 2 1500 1.00



Esmeril pequeno 1 120 0.50

Máquina de moldes 1 1600 1.00

Balança electrónica pequena 2 15 0.25

Computador desktop CRT 4 150 11

Computador desktop CRT 1 150 1

Retroprojector 1 100 1

Aquecedor eléctrico 2 1490 10.5

Tabela 19 – Levantamento de equipamentos do Laboratório de Caracterização de Materiais

A figura 18 mostra o consumo de potência no quadro eléctrico 01.2, indicando um valor máximo de

4kW e a figura 19 ilustra o consumo de energia durante 24h, correspondente a um total de 19.10

kWh.

Figura 18 – Potência medida no quadro eléctrico 01.2.1 do piso 01 durante 24h

56

Figura 19 – Consumo de energia medido no quadro eléctrico 01.2.1 do piso 01 durante 24h

Faz-se notar que o registo ilustrado na figura 19 refere-se a uma medição que decorreu

aproximadamente entre as 21h30 de um dia e as 21h30 do dia seguinte, totalizando assim as 24

horas indicadas. As tabelas 20 e 21 listam os consumos estimados pelos levantamentos e o medido

com o analisador, apresentando também o factor de carga.

A - Consumo diário total medido

no quadro eléctrico 01.2

(kWh)

B - Consumo diário em iluminação

afecta ao Q.E. 01.2 estimado pelos levantamentos

(kWh)

C - Consumo diário de equipamentos de escritório afectos ao Q.E. 01.2 estimado

pelos levantamentos (kWh)

D - Consumo diário de equipamentos de laboratório afectos

ao Q.E. 01.2 estimado pelos

levantamentos (kWh)

19.10 12.64 1.05 28.89

Tabela 20 – Consumos eléctricos registados pelo analisador e pelos levantamentos

Admitindo então que a iluminação e que os equipamentos típicos de escritório e salas de aulas

registam consumos de energia que podem ser aproximados com razoável rigor pelos seus perfis de

utilização, é possível calcular um factor de carga para o consumo dos equipamentos dos laboratórios,

conforme se mostra de seguida:

E - Estimativa de consumo diário de equipamentos de laboratório afectos ao Q.E. 01.2 a partir de medição

com analisador de energia (kWh) F - Factor de Carga (%)

5.41 18.7

Tabela 21 – Factor de carga

Onde o valor da estimativa do consumo diário de equipamentos de laboratório com base na medição

com o analisador de energia (E) resulta de:

(5)

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Co

nsu

mo

de

en

erg

ia e

léct

rica

(k

Wh

)

Período de medição (horas)

57

O factor de carga (F) é então igual ao quociente entre (E) e (D):

A tabela 22 apresenta as cargas finais de equipamentos do laboratório nos três períodos de utilização

definidos após aplicação do factor de carga, excluindo os computadores e aquecedores.

Período de utilização Percentagem de equipamentos de

laboratório (%)

Energia (kWh)

Potência (kW)

Baixa utilização: 0 a 6 horas/dia 95.5 5.26 0.88

Média utilização: 6 a 12 horas/dia 4.5 0.25 0.02

Alta utilização: 12 a 24 horas/dia 0.0 0.0 0.0

Tabela 22 – Cargas e perfis de utilização do Laboratório de Caracterização de Materiais

Os valores de potência da tabela 22 foram os efectivamente introduzidos no modelo, juntamente com

os respectivos horários de utilização.

Através de outras medições com analisadores de energia, determinou-se o factor de carga para a

maioria dos equipamentos dos restantes laboratórios do edifício. Essa informação pode ser

consultada no anexo 13.

Em algumas situações o processo foi mais simples do que o ilustrado aqui, uma vez que foram

medidos circuitos de quadros eléctricos que diziam respeito exclusivamente aos aparelhos que

estavam a ser analisados, nomeadamente o caso de diversos equipamentos dos laboratórios do piso

02. Nessas situações, e estabelecendo uma analogia com o exemplo mostrado, o valor (E) foi obtido

directamente da medição com o analisador, sem necessidade de se considerarem as estimativas dos

levantamentos de iluminação e equipamentos, sendo então idêntico a (A), com o factor de carga a

resultar de:

(7)

Salienta-se por fim o facto de na simulação se ter considerado, por aproximação, que a totalidade da

energia consumida por qualquer tipo de equipamento é libertada como carga térmica para o espaço,

o que tem uma razoável adesão à realidade.

3.4 Ventilação dos espaços

O TRACE 700 permite introduzir caudais de insuflação de ar em cada espaço, assim como de

extracção para o ambiente exterior, isto é, a definição de um caudal de exaustão (room exhaust). O ar

58

de insuflação é referido como ventilation air, e é entendido como ar novo do exterior, sendo possível

definir o valor do caudal de insuflação de ar quente e o de ar frio (ventilation heating e ventilation

cooling). No caso em estudo, para todos os espaços onde foi considerado ar de insuflação, não

houve diferença entre os valores de caudal de arrefecimento e de aquecimento introduzidos.

Apresentam-se em seguida os casos de todos os espaços servidos por unidades de tratamento de ar

e algumas zonas servidas por unidades de tratamento de ar novo. Os caudais de insuflação total e de

ar novo das UTA e UTAN e os de exaustão promovidos pelos ventiladores destinados a esse efeito

foram obtidos da memória descritiva das instalações mecânicas do edifício, na forma de m³/h, e

podem ser consultados no anexo 2.

A tabela 23 resume a ventilação dos espaços servidos por unidades de tratamento de ar.

UTA Espaço servido

Área (m²)

Ar insuflado (L/s/m²)

Ar novo (L/s/m²)

Extração (L/s/m²)

Ar recirculado (L/s/m²)

Ar de exaustão (L/s/m²)

UTA 1 Biblioteca 296.94 6.55 1.31 6.41 5.24 4.99

UTA 2 VA 1 78.38 13.82 4.36 15.84 9.46 6.38

UTA 3 VA 2 79.02 12.87 3.09 16.28 9.77 6.50

UTA 5 VA 4 145.86 11.81 6.55 11.48 5.26 6.23

UTA 6 VA 3 136.97 12.17 6.98 11.82 5.19 6.63

UTA 7 VA 5 117.73 8.97 4.53 10.20 4.44 5.76

UTA 8 VA 6 117.66 10.39 4.53 11.86 5.85 6.00

UTA 9 Anfiteatro Sul CC

261.88 9.42 4.26 9.04 5.16 3.87

UTA 9 Átrio do Ctr. Cong. Piso

01 168.45 9.42 4.26 10.48 5.16 5.32

UTA 10 Sala de

Videoconf. do CC

59.89 19.48 0.00 21.41 19.48 1.93

UTA 11 Sala de Conf. 1

105.11 6.16 0.00 8.09 6.16 1.93


71.42 6.42 0.00 8.35 6.42 1.93


69.12 6.63 0.00 8.56 6.63 1.93

Tabela 23 – Ventilação dos espaços servidos por UTA

O caudal de exaustão apresentado na tabela 23 trata-se do ar removido de cada espaço e que não

volta a ser recirculado, sendo ao invés extraído directamente para o ambiente exterior através de

ventiladores adequados. Por outro lado, o caudal de extracção indicado diz respeito a todo o ar

subtraído ao local em questão de forma forçada, ou seja, nele se inclui o ar que será recirculado de

volta ao espaço pela UTA e também aquele que é removido para o ambiente exterior. Todas as

variações das estratégias de ventilação destas unidades podem ser encontradas no anexo 14.

59

Faz-se ainda uma menção à UTA 4, pensada na fase de projecto, mas que nunca chegou a ser

instalada no edifício.

Na tabela 24 listam-se as percentagens de recirculação das UTA

UTA Recirculação (%)

UTA 1 80

UTA 2 68

UTA 3 76

UTA 5 45

UTA 6 43

UTA 7 49

UTA 8 56

UTA 9 55

UTA 10 100

UTA 11 100

UTA 12 100

UTA 13 100

Tabela 24 – Recirculação de ar nas UTA

A fracção de recirculação consiste no quociente entre o caudal recirculado e o insuflado, sendo o

primeiro resultante da diferença entre o segundo e o de ar novo. Constata-se então que as UTA 10,

11, 12 e 13 apenas recirculam o ar dos espaços, não promovendo a insuflação de ar novo e portanto

considera-se, tal como já referido atrás, que os locais por estas servidos não dispõem de ventilação

mecânica. Das unidades que fomentam a insuflação de ar novo, as UTA 1, 2 e 3 são as que

apresentam as mais elevadas percentagens de recirculação uma vez que funcionam com caudais de

ar novo significativamente mais baixos que as restantes.

Na figura 20 ilustra-se a implementação, no modelo, da ventilação do anfiteatro VA 1 que é servido

pela UTA 2.

60

Figura 20 – Implementação da ventilação do anfiteatro VA1 no TRACE 700

Os caudais de insuflação nas áreas servidas pelas unidades de tratamento de ar novo mostram-se na

tabela 25.

UTAN Zona servida Caudal de

insuflação (m³/h) Área

climatizada (m²) Caudal de

Insuflação (L/s/m²)

UTAN 1 Piso 0 Bloco Nascente 7300 511.60 3.96



UTAN 4 Piso 0 Bloco Poente 3900 535.61 2.02



Tabela 25 – Ventilação de espaços servidos por UTAN

Como se pode verificar na tabela anterior, ao contrário das UTA, as UTAN não dispõem de

recirculação nem de ventilador que promova a extracção ou exaustão do ar dos espaços servidos. A

figura 21 ilustra a implementação no TRACE 700 da ventilação de uma zona térmica correspondente

a um grupo de salas da ala nascente do piso 0 servidas pela UTAN 1.

61

Figura 21 – Implementação da ventilação de um espaço servido pela UTAN 1 no TRACE 700

Em todos os espaços servidos por UTAN e UTA os caudais de insuflação foram introduzidos no

modelo na forma de [L/(s.m²)]. Todos os caudais de exaustão dos espaços foram implementados

também nessa forma. Uma vez que não se dispunha de ensaios de recepção do edifício nem de

outros dados de projecto ao nível da ventilação dos espaços, mais precisamente os valores dos

caudais de insuflação e extracção nas condutas, difusores e grelhas terminais, optou-se, em cada

caso, por dividir o caudal da máquina insufladora ou extractora pela totalidade das áreas dos locais

por ela servidos. Este procedimento foi realizado para as UTA, UTAN, ventiladores de insuflação

individuais sem tratamento de ar e para os ventiladores de extracção, resultando assim em caudais

de insuflação e extracção locais normalizados por unidade de área dos espaços afectos às máquinas

referidas. Donde, distintos espaços do modelo que são servidos exactamente pelas mesmas

unidades de ventilação, apresentam entre si iguais caudais de insuflação e também de extracção

(ventilation cooling/ventilation heating e room exhaust no TRACE 700).

Os espaços do piso 3 têm ventilação natural através de grelhas de admissão de ar exterior embutidas

na face inferior da “pestana” que rodeia toda a periferia da fachada exterior do piso. Dado não ter sido

possível aceder a qualquer informação ou efectuar algum tipo de medição que permitisse conhecer

as dimensões das grelhas, após consulta de uma norma especializada [21] assumiu-se que estas

promovem um caudal de insuflação de ar de 35 m³/h, o que segundo a mesma se trata do valor típico

de projecto para um ocupante. Os valores finais de ventilação introduzidos no modelo para os

espaços referidos, em L/s, obtiveram-se fazendo o produto de 35 pelo número de ocupantes

respectivo, numa base típica de 12 a 15 m²/ocupante. Na figura 22 mostra-se a introdução, no

programa de simulação, dos dados da ventilação de uma zona térmica correspondente a um grupo

de gabinetes do piso 3.

62

Figura 22 – Implementação da ventilação de um grupo de gabinetes do piso 3

3.5 Modelação da instalação de climatização

No TRACE 700, a construção e concepção da instalação de climatização é abordada por duas

vertentes interdependentes. A primeira consiste na definição das estratégias e dispositivos de

distribuição de ar pelos espaços e respectiva climatização terminal, que é assegurada pelos airside

systems, enquanto que a segunda pauta-se pela implementação das unidades produtoras de calor e

frio, as plants, que por sua vez asseguram o aquecimento e ou arrefecimento das cooling e heating

coils dos sistemas terminais. Assim os espaços criados no modelo são alocados aos sistemas de

distribuição de ar, consoante o seu tipo de climatização terminal, sendo estes últimos depois também

atribuídos às unidades produtoras de que dependem para promover o arrefecimento e ou

aquecimento dos locais que servem.

3.5.1 Modelação dos sistemas terminais de climatização no TRACE 700

Em seguida descreve-se a modelação dos sistemas terminais de climatização dos espaços no

TRACE 700, seguindo a lógica introduzida na secção da descrição da instalação.

UTAN + Termoventiladores

Os termoventiladores que promovem o aquecimento de espaços que têm insuflação de ar novo a

partir de UTAN foram modelados como sistemas de classe heating only e do tipo ventilation and

heating, com as pressões estáticas dos ventiladores das UTAN e dos próprios termoventiladores

ambas definidas. O aquecimento e arrefecimento auxiliares promovidos pela UTAN são assegurados

pelas optional ventilation heating e cooling coils respectivamente. Quando os espaços servidos por

estes sistemas sofrem remoção mecânica do ar através de ventiladores de extracção, está também

63

definido o respectivo ventilador e a sua pressão estática. As UTAN, por si só, não promovem a

extracção do ar dos espaços nem dispõem de recirculação. Na figura 23 ilustra-se a implementação

deste sistema.

Figura 23 – Caracterização de termoventiladores com insuflação de ar novo por UTAN no TRACE

700

UTAN + Bombas de calor reversíveis água-ar

As bombas de calor terminais que promovem o aquecimento e arrefecimento de espaços que têm

insuflação de ar novo a partir de UTAN foram modeladas como sistemas de classe constant volume-

non mixing e do tipo water source heat pump, com as pressões estáticas dos ventiladores das UTAN

e das bombas de calor definidos. O aquecimento e arrefecimento auxiliares promovidos pela UTAN

são assegurados pelas optional ventilation heating e cooling coils, respectivamente. Quando os

espaços servidos por estes sistemas têm extracção, foi também definido o respectivo ventilador e a

sua pressão estática. A figura 24 mostra a implementação deste sistema feita no TRACE 700.

64

Figura 24 – Implementação de bombas de calor reversíveis água-ar com insuflação de ar novo por

UTAN no TRACE 700

Unidades de tratamento de ar

As unidades de tratamento de ar que permitem o aquecimento e arrefecimento dos espaços que

servem foram modeladas como sistemas de classe constant volume-non mixing e do tipo variable

temperature constant volume, com as pressões estáticas dos ventiladores de insuflação, extracção e

de exaustão, quando se adequa, definidos. Na figura 25 mostra-se a implementação deste sistema no

modelo.

Figura 25 – Implementação da UTA 1 no TRACE 700

65

Termoventiladores sem insuflação de ar novo

Os termoventiladores que promovem o aquecimento de espaços que não têm insuflação de ar novo,

foram modelados como sistemas de classe heating only e do tipo unit heaters, com a definição do

respectivo ventilador dos termoventiladores. Quando os espaços servidos têm extracção, está

também definido no sistema o respectivo ventilador e a sua pressão estática. A figura 26 apresenta a

caracterização deste sistema no TRACE 700.

Figura 26 – Caracterização de termoventiladores sem insuflação mecânica no TRACE 700

Bombas de calor reversíveis água-ar sem insuflação mecânica auxiliar

Estas unidades que promovem o aquecimento e arrefecimento dos espaços onde estão instaladas

foram modeladas como sistemas de classe constant volume-non mixing e do tipo water source heat

pump, com as pressões estáticas dos ventiladores de insuflação das bombas de calor definidos.

Quando os espaços servidos por estes sistemas têm extracção, está também definido o respectivo

ventilador e a sua pressão estática.

Unidades split

As unidades split que promovem o aquecimento e arrefecimento dos espaços que servem foram

modeladas como sistemas de classe constant volume-non mixing e do tipo packaged terminal air

conditioner quando são afectas exclusivamente a um espaço. Outros sistemas split mantêm a mesma

classe mas caracterizam-se pelo tipo single zone quando servem simultaneamente vários espaços do

modelo, que são por isso agrupados numa zona térmica criada especificamente para esse efeito no

processo de alocação ao sistema em questão. As pressões estáticas dos ventiladores de insuflação

estão definidas no modelo e no caso dos espaços servidos por estes sistemas disporem também de

insuflação de ar novo, os ventiladores das UTAN e respectivas pressões estáticas estão igualmente

implementadas. Novamente, quando os espaços servidos por estes sistemas têm extracção, está

também definido o respectivo ventilador e a sua pressão estática. Na figura 27 mostra-se a

implementação das duas variantes deste sistema

66

Figura 27 – Implementação de sistemas split no TRACE 700

Sistemas de Volume de Refrigerante Variável

Os sistemas de volume de refrigerante variável foram modelados como pertencendo à classe de

variable volume e sendo do tipo variable refrigerante volume, com os ventiladores de insuflação

principais definidos e também os auxiliares, no caso de haver insuflação de ar novo através de UTAN.

A figura 28 ilustra a implementação do sistema VRV do LTI.

Figura 28 – Caracterização do sistema VRV do LTI no TRACE 700

67

Unidades de termoventilação - UTV

As unidades de termoventilação que promovem o aquecimento e ventilação dos espaços que servem

foram modeladas como sistemas de classe heating only e do tipo ventilation and heating, estando

definidas as pressões estáticas dos respectivos ventiladores de insuflação. No caso dos espaços

servidos terem extracção própria, os ventiladores correspondentes foram também implementados.

Unidades de tratamento de ar novo – UTAN

As unidades de tratamento de ar novo que, além de servirem como auxiliares de outros sistemas já

referidos, através da insuflação de ar tratado e pré-aquecido/arrefecido, servem também directamente

as circulações periféricas do piso 2 e para esse efeito, foram modeladas como um sistema de

categoria constant volume-non mixing e do tipo variable temperature constant volume, precisamente

com o objectivo de insuflar ar quente e ar frio nas zonas referidas. Têm também um ventilador de

extracção definido para a função de room exhaust, uma vez que estas circulações têm extracção

mecânica para o exterior, ou seja, exaustão. Na figura 29 mostra-se a implementação da UTAN 3 no

programa de simulação.

Figura 29 – Implementação da UTAN 3 no TRACE 700

Na tabela 26 listam-se as pressões estáticas conhecidas das UTAN e UTA.

68

Unidades Fabricante Pressão estática (Pa)

UTAN 1 Carrier 140

UTAN 2 Carrier 150

UTAN 3 Carrier 150

UTA 1 Carrier 160

UTA 2 Carrier 100

UTA 3 Carrier 100

Tabela 26 – Pressões estáticas de UTAN e UTA

A potência destas unidades à carga máxima não é conhecida pois não consta das memórias

descritivas das instalações mecânicas do edifício, sendo assim adoptaram-se os valores que o

programa assume por defeito.

3.5.2 Modelação das unidades produtoras da instalação no TRACE 700

Faz-se agora uma descrição da modelação das unidades produtoras no TRACE 700, que segue

também a linha já apresentada na secção da descrição da instalação.

Dada a complexidade da instalação AVAC do edifício, esta foi dividida no modelo de simulação em

diversas unidades produtoras de frio e calor. A bomba de calor reversível água-ar foi modelada como

uma water source heat pump, com condensador arrefecido a ar (na função de UPAR), produzindo

assim água refrigerada nos meses de arrefecimento e assegurando a produção de água quente nos

meses de aquecimento, tendo também capacidade de acumulação. Relativamente ao circuito dos

tanques de inércia, este foi desacoplado em duas partes, uma respeitante àquela que serve as

bombas de calor reversíveis água-ar que se encontram instaladas nos espaços e outra que serve as

UTA quando estas têm os seus ciclos frigoríficos em funcionamento. Assim, no que concerne a

fracção das bombas de calor água-ar locais, implementou-se uma unidade produtora também do tipo

water source heat pump, com capacidade de acumulação, mas neste caso na sua forma original, isto

é, com a água a ser a fonte de energia e também o meio de rejeição de calor dos condensadores,

uma vez que estes sistemas terminais promovem aquecimento e arrefecimento dos espaços que

servem. Esta unidade produtora funciona todo o ano e promove a rejeição do calor da água para um

tanque denominado de heat sink, aproximando deste modo a existência dos tanques de inércia no

modelo. Já na parte referente à alimentação das UTA e de forma a poder introduzir no modelo o

circuito da torre de arrefecimento, a produção de frio foi modelada através dum equipamento

designado por water cooled unitary, com capacidade de acumulação de energia e apenas a funcionar

em modo de arrefecimento, cujo condensador é arrefecido a água e com esta a rejeitar o calor para

uma torre de arrefecimento. Assim, com o fracionamento descrito, assegurou-se uma reprodução

com a maior fidelidade possível da operação que o circuito de inércia desempenha na realidade. Para

os sistemas tipo split e VRV foram criadas duas unidades produtoras do tipo genérico air cooled

69

unitary, distinguindo-se entre air to air heat pump e VRF heat pump, respectivamente. O chiller do LTI

foi modelado como um air cooled chiller só para produção de água refrigerada, com a respectiva

produção de água quente a ser simulada por uma unidade de produção de calor do tipo resistência

eléctrica.

A figura 30 ilustra a implementação da unidade produtora bomba de calor reversível ar-água. Nas

figuras 31 e 32 mostra-se a implementação do circuito dos tanques de inércia.

Figura 30 – Implementação da unidade produtora bomba de calor ar-água no TRACE 700

Figura 31 – Implementação da parte do circuito de tanques de inércia dedicada às bombas de calor

água-ar terminais no TRACE 700

70

Figura 32 – Implementação da parte do circuito de tanques de inércia dedicada às UTA em modo de

arrefecimento no TRACE 700

Foram ainda implementados no modelo, conforme as condições reais verificadas actualmente, os

horários de funcionamento da instalação apresentados na tabela 27.

Unidade produtora Período/Época Horário Estado

Arrefecimento (UPAR e outras sistemas produtores de frio)

Abril - Outubro

7h-20h, 2ª a 6ª ON

00h-7h/20h-24h, 2ª a 6ª OFF

00h-24h, fins-de-semana e feriados

OFF

Janeiro - Março/ Novembro - Dezembro

00h-24h, todos os dias OFF

Aquecimento (Bomba de Calor e outros sistemas produtores

de calor)

Janeiro - Março/ Novembro-Dezembro

7h-20h, 2ª a 6ª ON

00h-7h/20h-24h, 2ª a 6ª OFF

00h-24h, fins-de-semana e feriados

OFF

Abril - Outubro 00h-24h, todos os dias OFF

Tabela 27 – Períodos de funcionamento da instalação central de climatização

71

4. Resultados da simulação dinâmica em condições reais

Neste capítulo apresentam-se os resultados principais da simulação dinâmica do Pavilhão de Civil em

condições de utilização reais, fazendo-se a comparação com os registos de consumo eléctrico

decorrentes de leituras dos contadores. É ainda abordada uma análise térmica prévia ao edifício.

O pavilhão possui contadores dedicados ao registo do consumo de gás e também para o consumo da

parcela da instalação de climatização que é alimentada pelo transformador 3. O consumo dos

restantes dois transformadores também é conhecido, mas ao invés do TR-3, estes não estão

associados especificamente a nenhuma utilização final concreta. Existem ainda contadores de

electricidade e gás natural exclusivamente dedicados aos espaços concessionados.

O gás natural apresenta um consumo muito pouco significativo, menos de 5% de toda a energia

consumida no edifício, pois apenas é utilizado nas duas concessões existentes - bar e restaurante - a

nível de equipamentos de cozinha para a confecção de refeições.

A figura 33 ilustra a comparação entre o consumo eléctrico mensal obtido dos registos de leituras de

2012 e as necessidades simuladas.

Figura 33 – Comparação mensal entre o consumo de energia eléctrica estimado por leituras e as

necessidades determinadas pela simulação

Observa-se, genericamente, que nos meses de aquecimento os resultados da simulação apresentam

um desvio por excesso relativamente aos registos das leituras, enquanto nos meses de arrefecimento

o desvio é por defeito, isto é, a simulação apresenta um sobredimensionamento na estação de

aquecimento e um subdimensionamento na estação de arrefecimento. Salienta-se o mês de Agosto

como o de menor consumo, o que se justifica pelo encerramento de 2 semanas que ocorre nesse

período e pelo facto dos regimes de utilização do edifício nesse mês serem também mais baixos,

devido, essencialmente, à menor ocupação registada no edifício. Verifica-se ainda que os resultados

0

30000

60000

90000

120000

150000

180000

210000

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Consumo mensal de energia eléctrica vs. necessidades simuladas (em kWh)

Simulação

Registos leituras 2012

72

da simulação nos meses de Maio e Junho apresentam as maiores diferenças em relação aos

consumos estimados pelos registos decorrentes de leituras do ano de 2012, contribuindo

significativamente para o desvio global registado, o que também se pode observar na tabela 28. Há

vários factores que podem ajudar a explicar estas discrepâncias, como o facto dos equipamentos

AVAC, e nomeadamente a UPAR, estarem a funcionar a carga parcial e portanto longe do seu ponto

óptimo de funcionamento (diminuindo assim consideravelmente a sua eficiência), ou

intermitentemente, com paragens e arranques sucessivos, especialmente nesta altura de maiores

necessidades de arrefecimento devido à imposição climática do Verão. Outro motivo a ter em conta

prende-se com a grande variabilidade de regimes de utilização de equipamentos e iluminação que

ocorre neste período, em diversos locais do edifício, por se tratar duma janela temporal coincidente

com a época de final de semestre e com o período de exames, e cuja consideração é assim mais

complexa, podendo portanto não ter sido acautelada com o devido rigor nos perfis de utilização

produzidos com base nos inquéritos e posteriormente implementados no modelo. Ainda assim e

apesar destas duas excepções, pode-se afirmar que os resultados do modelo de simulação

espelham, de forma consistente e coerente a realidade do resto do ano.

Na tabela 28 faz-se a comparação entre o consumo eléctrico mensal determinado pela simulação

final e o obtido dos registos decorrentes de leituras de 2012.

Mês Consumo eléctrico

simulado (kWh) Consumo eléctrico leituras

2012 (kWh)

Janeiro 196193 181296

Fevereiro 170291 165765

Março 191804 172614

Abril 156934 157884

Maio 154436 184950

Junho 164185 201753

Julho 174449 181257

Agosto 76971 83973

Setembro 167736 171216

Outubro 154662 168339

Novembro 172151 180225

Dezembro 183561 181239

Total 1963373 2030511

Tabela 28 - Comparação dos consumos de energia eléctrica simulado e estimado por leituras

Na primeira iteração realizada, o modelo de simulação produziu resultados que apresentaram um

desvio, por excesso, de cerca de 28% relativamente ao consumo do edifício estimado pelos registos

de leituras do ano de 2012.

73

Após afinação e conforme ilustrado na figura 33 e inferido da tabela 28, o desvio médio global entre o

consumo eléctrico anual da simulação final e o consumo eléctrico estimado pelos registos de 2012 é

de 3.3%. Os desvios máximo são de 18.6% e 16.5%, observados em Junho e Maio respectivamente,

enquanto Abril com 0.6% e Dezembro com 1.3% apresentam os desvios mínimos registados. Uma

vez que o desvio global é inferior a 10% considera-se validada a simulação e, portanto, o modelo.

É necessário no entanto fazer uma ressalva para o facto de apenas se terem considerado os registos

do consumo de energia eléctrica no ano de 2012, ignorando-se os dos dois anos anteriores. A

explicação assenta na análise dos registos dos três anos em questão e de daí se ter constatado que

ambos os desvios por excesso, não só entre o ano de 2010 e 2012, como também entre 2011 e 2012

eram largamente superiores a 10% (cerca de 23% e 15% respectivamente), ou seja, registou-se um

elevado decréscimo no consumo eléctrico do edifício entre qualquer um dos dois primeiros anos e o

ano 2012. O que associado ainda ao facto de todas as cargas e correspondentes perfis introduzidos

no modelo terem sido baseados, construídos e fundamentados nos levantamentos realizados no

último dos anos referidos e onde se sentiram claramente alterações nos hábitos de utilização do

Pavilhão de Civil relativamente aos anteriores, levou à decisão tomada. No anexo 15 faz-se uma

análise mais detalhada dos registos dos consumos de energia eléctrica nos anos de 2010, 2011 e

2012.

Apresentam-se, nas figuras 34 e 35, as necessidades anuais de energia eléctrica desagregadas por

utilização final.

Figura 34 – Necessidades energéticas da simulação desagregadas por utilização final

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

Arrefecimento Aquecimento Ventilação Bombagem Iluminação Equipamentos

Necessidades energéticas anuais por utilização final - energia eléctrica (kWh)

74

Figura 35 – Desagregação das necessidades de energia obtidas na simulação por utilização final

A utilização final com mais necessidades de energia é a iluminação com 35% do total de

necessidades do edifício. A climatização, que engloba o arrefecimento, o aquecimento, a ventilação e

a bombagem, totaliza também aproximadamente 35% das necessidades anuais de energia eléctrica

do edifício. Os outros equipamentos existentes no edifício são responsáveis pelos restantes 30% das

necessidades eléctricas anuais. A justificação para o facto de a iluminação constituir a maior fatia das

necessidades energéticas prende-se precisamente com os elevados níveis de potência instalados,

estando mesmo, em muitos casos, sobredimensionados e também devido à antiguidade e reduzida

eficiência do material, como são os casos dos balastros ferromagnéticos e das lâmpadas

fluorescentes de baixa eficiência ainda maioritariamente presentes na instalação do edifício.

A tabela 29 introduz as necessidades mensais de iluminação e equipamentos obtidas na simulação.

Mês Necessidades de iluminação (kWh) Necessidades de equipamentos (kWh)

Jan 61129 60660

Fev 56541 54901

Mar 65102 65857

Abr 60185 55991

Mai 63047 47255

Jun 61175 43596

Jul 53074 40792

Ago 24265 16881

Set 58511 42197

Out 63452 52252

Nov 61157 60278

Dez 59461 58350

Total 687098 599010

Tabela 29 – Consumo mensal simulado de iluminação e equipamentos

Arrefecimento 14%

Aquecimento 10%

Ventilação 7%

Bombagem 4%

Iluminação 35%

Equipamentos 30%

Desagregação das necessidades eléctricas anuais por utilização final

75

Os valores considerados para os consumos de iluminação não tiveram em conta o nível de

luminosidade natural pois é prática corrente a utilização de iluminação artificial. Assim os consumos

obtidos numericamente correspondem ao número de dias de aulas e/ou exames, permitindo constatar

um consumo menor em Dezembro e entre Julho e Setembro, períodos em que se verificam

interrupções de aulas. Não se consideraram as férias de Páscoa pois estas correspondem a um

período curto em que muitos alunos continuam a utilizar os espaços. Em relação aos equipamentos,

os consumos foram assumidos como proporcionais aos consumos globais no edifício.

Mostra-se, na figura 36, uma análise de cargas térmicas no edifício e onde aquelas devidas a

equipamentos apenas contabilizaram a energia eléctrica.

Figura 36 – Densidade de cargas de iluminação e equipamentos por tipologia de espaço

É possível constatar na figura 36 que as densidades das cargas de iluminação da área de gabinetes,

das zonas referentes a salas de aula e de estudo (onde também se incluem anfiteatros e outras

salas) e das zonas de circulação e vestíbulos são semelhantes. As três grandes tipologias de

espaços referidas correspondem às três maiores áreas genéricas, sendo que as que são cobertas por

gabinetes e salas têm áreas semelhantes (superior para a primeira tipologia) e a maior pertence às

circulações. Assim, percebe-se que as duas principais zonas responsáveis pela maior parte do

consumo de iluminação são a formada por circulações, átrios e outros espaços comuns e, depois, a

dos gabinetes, correspondente à totalidade dos pisos 2 e 3 e alguns outros locais do edifício. Como a

área das salas é ligeiramente inferior à dos gabinetes conclui-se que estas zonas são o terceiro

grande centro de consumo de iluminação. Os espaços laboratoriais, que ocupam grande parte do

piso 02 e estão também presentes noutros locais do edifício, totalizam a quarta maior área entre as

tipologias apresentadas, registando a mais baixa densidade de iluminação e sendo assim

0

25

50

75

100

125

Gabinetes Salas aula/estudo

Laboratórios Circulações Restauração

Car

ga [

kWh

/(m

².an

o)]

Tipologia de espaço

Densidade de cargas de iluminação e equipamentos por tipologia de espaço [kWh/(m².ano)]

Iluminação

Equipamentos

76

responsáveis por um consumo absoluto inferior ao das três tipologias de espaços já referidas. As

duas concessões, o bar e o restaurante, apresentam uma densidade de iluminação semelhante à dos

gabinetes, das salas e das circulações, mas a sua área é consideravelmente inferior, o que explica o

valor obtido, já que a potência de iluminação instalada nos espaços concessionados não é

especialmente elevada quando comparada com os outros locais referidos. Resulta então que, das

tipologias consideradas, a zona da restauração é o centro de menor consumo absoluto de iluminação.

Em relação às cargas de equipamentos e à excepção da área das concessões onde apenas se

considerou nesta análise o consumo de energia eléctrica, observa-se que os gabinetes apresentam o

valor mais elevado, seguidos dos laboratórios e das salas de aula, estudo e anfiteatros. As zonas de

circulação e átrios obviamente não registam cargas de equipamentos. Esta hierarquização das

tipologias de espaços segundo as densidades de equipamentos era expectável e vem confirmar a

informação que já era conhecida dos levantamentos feitos ao edifício, que apontava a área de

gabinetes como a maior consumidora de energia na utilização de equipamentos, seguida da zona

laboratorial, uma vez que estas apresentavam não só os maiores níveis de potência instalada de

equipamentos, bem como os respectivos perfis de utilização mais intensivos. Tal como acontecia com

a iluminação, a densidade de equipamentos das concessões é superior à de todas as outras

tipologias, sendo mesmo significativamente maior neste caso. A reduzida área da zona de

restauração também explica este valor, mas estes espaços apresentam efectivamente um nível

elevado de potência instalada de equipamentos, assente essencialmente nos diversos aparelhos

frigoríficos que funcionam 24 horas por dia e de maneira ininterrupta ao longo do ano. Conclui-se

assim que a zona da restauração é, juntamente com a tipologia dos gabinetes, um dos principais

centros de consumo de energia do edifício no que se refere à utilização de equipamentos.

Na tabela 30 listam-se as necessidades mensais das várias aplicações no âmbito da climatização,

determinadas pela simulação.

77

Mês Arrefecimento (kWh) Aquecimento (kWh) Ventilação (kWh) Bombagem (kWh)

Jan 7661 48318 11135 7289

Fev 7844 34255 10155 6595

Mar 11769 29209 11884 7983

Abr 11940 11241 10676 6901

Mai 24289 927 11993 6925

Jun 40347 245 11793 7031

Jul 61923 149 12093 6418

Ago 25928 55 4855 4987

Set 48948 193 11483 6404

Out 20264 625 11462 6608

Nov 10466 22385 10730 7136

Dez 7331 40933 10545 6942

Total anual

278711 188536 128803 81217

Total global

677266 kWh

Tabela 30 – Necessidades mensais de energia para climatização

As necessidades de arrefecimento obtidas na simulação para os meses de Inverno, nomeadamente

Novembro, Dezembro, Janeiro, Fevereiro e Março e as necessidades de aquecimento nos meses de

Verão (Maio a Setembro) são resultado do cálculo executado pelo programa, tendo em conta as

condições computacionais estabelecidas na implementação do sistema de climatização no modelo, e

não espelham a realidade da operação da instalação do edifício. As necessidades de bombagem

foram calculadas tendo em consideração um constrangimento do TRACE 700 que obriga todas as

bombas de circulação implementadas a terem o mesmo horário de funcionamento que é definido no

programa para as unidades produtoras a que estão associadas. Assim, os resultados obtidos para

esta aplicação reflectem um período de funcionamento igual ao da produção central, ou seja,

compreendido entre as 7h e as 20h, não contabilizando, por conseguinte, consumos de bombagem

que eventualmente ocorram fora deste horário.

Apresenta-se na figura 37 a desagregação do consumo de AVAC.

78

Figura 37 – Desagregação das necessidades de AVAC por aplicação

Tal como já foi evidenciado atrás, observa-se na figura 37 que, no que respeita a climatização, o

arrefecimento é a aplicação responsável pelas maiores necessidades, registando 41% do total de

AVAC. Segue-se o aquecimento, abrangendo 28% do total de necessidades de climatização, e por

fim a ventilação e a bombagem com 19% e 12%, respectivamente. O resultado obtido para o

arrefecimento é a consequência directa das elevadas necessidades de iluminação e de equipamentos

registadas e só não é mais acentuado visto que uma parte considerável dos espaços onde existem

cargas térmicas devidas a estas utilizações – zona laboratorial do piso 02 e do piso 01, algumas salas

de estudo do piso 0, circulações, instalações sanitárias e estacionamento – não dispõe de sistemas

que promovam arrefecimento ou é, efectivamente, não condicionada, não reclamando portanto

quaisquer necessidades de arrefecimento. Em contrapartida, essas cargas térmicas (decorrentes dos

elevados consumos de iluminação e equipamentos determinados na simulação) levam a menores

necessidades de calor nos espaços condicionados, resultando assim que o consumo de aquecimento

determinado pela simulação é significativamente mais reduzido que o de arrefecimento. O facto das

necessidades de ventilação serem também expressivas, representando quase metade das

necessidades de arrefecimento, prende-se, tal como no caso destas, com as elevadas cargas de

iluminação e equipamentos determinadas.

Como já foi referido, a simulação determinou que a climatização (aquecimento, arrefecimento,

ventilação e bombagem) é responsável por 35% (677266 kWh) das necessidades energéticas anuais

do edifício. Este valor é comparável ao obtido na auditoria, que estabeleceu o consumo de AVAC na

ordem de 31% (cerca de 615000 kWh) do consumo eléctrico total do edifício estimado pelos registos

das leituras dos contadores de energia eléctrica.

As necessidades de climatização podem ainda ser desagregadas de forma mais detalhada por mês e

pelos diversos tipos de equipamentos existentes na instalação, como se mostra na figura 38.

Arrefecimento 41%

Aquecimento 28%

Ventilação 19%

Bombagem 12%

Desagregação das necessidades anuais de climatização

79

Figura 38 – Necessidades de climatização mensais desagregadas por tipo de equipamento

No que se refere apenas à climatização, o maior consumo é o de arrefecimento, seguindo-se, em

partes praticamente iguais, o aquecimento e a ventilação e bombagem. Ainda em relação ao mês de

Agosto e no seguimento do que já tinha sido constatado na figura 33 e na tabela 30, observa-se que

este é um dos meses de menor consumo energético de climatização, apesar de se tratar duma época

que comporta tipicamente grandes necessidades de arrefecimento por razões climáticas, o que é de

novo explicado pelo encerramento do edifício para férias nesse período. Assim, é o mês de Julho o

que apresenta maiores necessidades de arrefecimento, seguido pelos meses de Setembro e Junho.

Constata-se também que Janeiro, Dezembro e Fevereiro são os meses com maiores necessidades

de aquecimento e Abril e Outubro os meses onde essas necessidades são menores, sendo neste

último praticamente residuais. Relativamente às necessidades de arrefecimento nos meses de

Inverno e às necessidades de aquecimento nos meses de Verão, as considerações feitas aos

resultados apresentados na tabela 30 são, também aqui, válidas.

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000


Ventilação dos espaços (kWh)

Controlos das unidades produtoras (kWh)

Bombas circulaçao aquecimento (kWh)

Bombas de água de condensação (kWh)

Bombas circulação arrefecimento (kWh)

Torre de arrefecimento e ventiladores p/ condensadores das unidades produtoras (kWh) Compressor em Aquecimento (kWh)

Chiller/Compressor em Arrefecimento (kWh)

80

5. Estudo de medidas de eficiência energética

As medidas propostas com vista à melhoria da eficiência energética do edifício consistem na

alteração das características da envolvente translúcida ao nível do sombreamento através da

aplicação de películas de protecção solar aos envidraçados dos pisos superiores e na alteração da

instalação de iluminação de um conjunto de espaços com a mesma tipologia.

Relativamente à vertente do sombreamento, o compromisso desejado entre os requisitos de Inverno

e os de Verão obriga a que no projecto de um edifício se acautele uma relação equilibrada entre a

área da envolvente opaca e a área translúcida, já que no Inverno, devido às necessidades de

aquecimento, o interesse é promover os ganhos solares, sendo, ao invés, conveniente limitá-los no

Verão. Com os dispositivos de sombreamento móvel o que se pretende é minimizar os ganhos

solares na estação de arrefecimento e maximizá-los na estação de aquecimento. No entanto, a

restrição dos ganhos solares deverá ser uma preocupação a considerar em todos os edifícios,

começando logo na fase de projecto, através de diversas escolhas arquitectónicas donde se

destacam o tipo de envidraçados utilizados e o respectivo controlo solar. Assim e em concreto para o

caso de estudo, que tem uma área envidraçada correspondente a cerca de 48.6% da área total de

fachada, justifica-se a análise da aplicação de películas de protecção solar. A colocação de películas

permite reduzir os ganhos solares, levando consequentemente a uma redução no consumo de

arrefecimento e a um aumento das necessidades de aquecimento.

No que concerne à iluminação, que conforme os resultados da simulação indicam, se trata da

utilização com o maior consumo elétrico anual, a instalação do Pavilhão de Civil está, como

anteriormente aludido, sobredimensionada e desactualizada a nível tecnológico, sendo em larga

escala constituída por lâmpadas fluorescentes T8 com balastros ferromagnéticos. Convém no entanto

observar que, actualmente, em muitas salas as luminárias não dispõem de deflectores, o que por um

lado pode explicar alguns dos elevados valores dos níveis de iluminação medidos e, por outro, requer

uma análise mais cuidada da iluminação do edifício, de modo a evitar problemas de encandeamento.

Assim, como estudo prévio sem recorrer à simulação, propôs-se a substituição das lâmpadas

fluorescentes T8 de 58W de consumo nominal por lâmpadas T5 fluorescentes tipo ecotube com 35 W

de potência e com capacidade retrofit que permite a sua adaptação às armaduras existentes,

eliminando-se ainda os balastros ferromagnéticos. Esta solução conduz a uma redução do fluxo

luminoso quase equivalente à redução da potência da lâmpada, pois os rendimentos das T5

comparados com aqueles das T8 são ligeiramente maiores e as armaduras mantêm-se, mas é

compensada pelo sobredimensionamento da instalação.

Outra solução consiste em trocar as armaduras e as lâmpadas T8 de 58 W, propondo-se a análise da

instalação de lâmpadas T5 de 28 W com 93 Lm/W que promovem um fluxo luminoso equivalente a

55% do fluxo da instalação original e que com armaduras de melhor rendimento poderão permitir

atingir um nível de iluminação que (em relação ao da instalação actual) apresente uma redução

81

menor do que aquela que resulta da aplicação das T5 de 35 W e, portanto, com ganho de eficiência

no consumo eléctrico. Esta foi a solução testada em simulação e será avaliado o impacto da

aplicação desta medida em todos os espaços de circulação, uma vez que estes apresentam elevados

valores de potências instaladas de iluminação e registam horários de funcionamento da instalação

que são mantidos regularmente pelo pessoal não docente.

Para se avaliar o impacto económico e financeiro das medidas de eficiência energética aplicadas é

necessário ter em consideração o tarifário de energia eléctrica em vigor para o edifício. Para a

alteração da factura eléctrica na vertente da energia, é então desagregada a variação do consumo

anual de cada aplicação (arrefecimento, aquecimento, ventilação, bombagem e iluminação) pelas

percentagens de utilização em cada regime horário contemplado na tarifa (horas ponta, cheia, vazio e

supervazio) [13], que são apresentadas nas tabelas 31, 32, 33 e 36. Finalmente, considerando os

correspondentes preços unitários da energia em cada regime, obtém-se então um resultado anual em

euros. Para este cálculo admitiu-se, por aproximação, que o horário da ventilação e da bombagem é

o mesmo, funcionando das 07h às 20h de segunda a sexta-feira, tanto no Verão como no Inverno.

No que respeita à componente de potência, admite-se que a fracção contratada se mantém inalterada

e que a única variação se deve à potência de horas de ponta. Deste modo, para cada aplicação,

quantificou-se, em kWh, a sua variação anual de energia apenas no período de horas de ponta

(produto da variação total de energia de cada aplicação pela respectiva percentagem de utilização em

horas de ponta) e, por média aritmética, determinou-se um valor mensal para a variação do consumo

de energia em horas de ponta (em kWh). Em paralelo, foi estabelecido um valor médio de horas de

ponta mensais para cada aplicação, como se apresenta na tabela 37, que consistiu na determinação

do número médio diário de horas de ponta considerando os horários de verão e inverno (e os

diferentes horários de utilização de cada zona no caso da iluminação), sendo então estimado o valor

total para um mês. Posteriormente, fez-se o quociente entre o valor médio mensal de energia em

horas de ponta (kWh) e o número médio mensal de horas de ponta determinado, resultando num

consumo médio mensal de potência de horas de ponta (kW). Através da respectiva tarifa de potência,

este último foi convertido num valor mensal em euros e finalmente foi estimada a importância anual

correspondente.

A energia eléctrica, em média tensão, é fornecida ao Instituto Superior Técnico pela EDP, tendo por

base um contrato estabelecido entre as duas entidades que contempla um consumidor de alta

utilização. O tarifário em vigor no IST e a constituição dos diferentes períodos horários são

apresentados no anexo 16.

Assim, a partir do horário de média tensão que consta do anexo 16 e do horário da instalação de

climatização apresentado na tabela 27 é possível estruturar a componente de energia das utilizações

finais arrefecimento, aquecimento e ventilação e bombagem, como se mostra nas tabelas 31, 32 e

33.

82

Arrefecimento Dia horário de

Inverno Dia horário de

Verão Total %

Horas totais - 13 13 100

Horas de Ponta - 3 3 23

Horas Cheia - 10 10 77

Horas Vazio Normal - 0 0 0

Horas Super Vazio - 0 0 0

Tabela 31 – Estrutura da componente de energia activa do arrefecimento

Aquecimento Dia horário de

Inverno Dia horário de

Verão Total %

Horas totais 13 - 13 100

Horas de Ponta 4 - 4 31

Horas Cheia 9 - 9 69

Horas Vazio Normal 0 - 0 0

Horas Super Vazio 0 - 0 0

Tabela 32 – Estrutura da componente de energia activa do aquecimento

Ventilação e Bombagem

Dia horário de Inverno

Dia horário de Verão

Total %

Horas totais 13 13 26 100

Horas de Ponta 4 3 7 27

Horas Cheia 9 10 19 73

Horas Vazio Normal 0 0 0 0

Horas Super Vazio 0 0 0 0

Tabela 33 – Estrutura da componente de energia activa da ventilação e da bombagem

Nas tabelas 34 e 35 listam-se os horários de iluminação de Inverno e Verão dos espaços

intervencionados no âmbito desta medida.

83

Piso Iluminação zonas comuns

e circulações - Inverno Horário dias

úteis Horário Sábado

Horário Domingo

Horário Feriados

Piso 0

Hall de entrada 16h30 - 9h30 16h30 - 9h30 16h30 - 9h30 16h30 -

9h30

Circulação interior Nascente 24h 24h 24h 24h

Casas de banho 24h 24h 24h 24h

Piso 1

Circulações interiores 16h30 - 20h30 OFF OFF OFF

Circulações periféricas 7h - 20h30 OFF OFF OFF


Piso 2

Circulações interiores 16h30 - 20h30 OFF OFF OFF

Circulações periféricas 7h - 20h30 OFF OFF OFF


Piso 3

Circulações com clarabóia 17h - 23h OFF OFF OFF

Circulação periférica Poente 17h - 23h OFF OFF OFF


Piso 01

Átrio Sul e circulações Nascente e Norte

7h - 21h OFF OFF OFF

Piso 02

Átrio Sul 7h - 18h OFF OFF OFF

Piso 03

Garagem 7h - 21h OFF OFF OFF

Tabela 34 – Horário de iluminação de Inverno das circulações e zonas comuns

84

Piso Iluminação zonas

comuns e circulações - Verão

Horário dias úteis

Horário Sábado

Horário Domingo

Horário Feriados

Horário Agosto

Piso 0

Hall de entrada 20h30 - 8h 20h30 - 8h 20h30 - 8h 20h30 - 8h OFF

parcial

Circulação interior Nascente

24h 24h 24h 24h OFF

parcial

Casas de banho 24h 24h 24h 24h OFF

parcial

Piso 1

Circulações interiores 18h30 - 20h30

OFF OFF OFF OFF

parcial

Circulações periféricas 7h - 20h30 OFF OFF OFF OFF

parcial


parcial

Piso 2

Circulações interiores 18h30 - 20h30

OFF OFF OFF OFF

parcial

Circulações periféricas 7h - 20h30 OFF OFF OFF OFF

parcial


parcial

Piso 3

Circulações com clarabóia 19h - 23h OFF OFF OFF OFF

parcial

Circulação periférica Poente

19h - 23h OFF OFF OFF OFF

parcial


parcial

Piso 01

Átrio Sul e circulações Nascente e Norte

7h - 21h OFF OFF OFF OFF

parcial

Piso 02

Átrio Sul 7h - 18h OFF OFF OFF OFF

parcial

Piso 03

Garagem 7h - 21h OFF OFF OFF OFF

parcial

Tabela 35 – Horário de iluminação de Verão das circulações e zonas comuns

Assim, é possível estruturar também a componente de energia da iluminação destes espaços, como

mostra a tabela 36.

Iluminação Semana Horário

Inverno Semana Horário

Verão Totais %

Total Horas 687 618.5 1305.5 100

Horas Ponta 177.5 90 267.5 20

Horas Cheia 368 396 764 59

Horas Vazio Normal 85.5 76.5 162 12

Horas Super Vazio 56 56 112 9

Tabela 36 – Estrutura da componente de energia da iluminação

Na tabela 37 listam-se as componentes de potência das utilizações finais.

85

Utilização Nº médio de horas de ponta mensais

Arrefecimento 67.7

Aquecimento 88.7

Ventilação e Bombagem 78.2

Iluminação 66.8

Tabela 37 – Componentes de potência das utilizações finais

5.1 Substituição da iluminação das circulações e outros espaços não

climatizados

A medida de poupança energética proposta no âmbito da iluminação das circulações e de diversos

outros espaços, na sua maioria não climatizados, consiste na redução da potência de iluminação

instalada, através da substituição das actuais lâmpadas fluorescentes tubulares T8 de 58W de

potência nominal e 72 W de potência de conjunto (que inclui o consumo do balastro ferromagnético)

existentes nos espaços referidos, por lâmpadas de menor potência e maior eficiência, nomeadamente

as fluorescentes tubulares T5 de 28W com balastro electrónico.

Os consumos de conjunto dos dois modelos de lâmpadas fluorescentes foram obtidos por medição

com um analisador de energia e são apresentados na tabela 38.

Modelo Consumo nominal Consumo medido

Lâmpadas a substituir Fluorescente tubular

T8-58W 58 W

72 W (lâmpada com balastro)

Lâmpadas a instalar Fluorescente tubular

T5-28W 28 W

28 W (lâmpada com balastro)

Tabela 38 – Comparação do consumo eléctrico entre os modelos de lâmpadas fluorescentes T8 e T5

A tabela 39 lista o número de luminárias a substituir, de acordo com a medida proposta.

86

Piso Espaço Lâmpadas de 58 W

00 Corredor Nascente 35

1 Corredor Nascente periférico 51

1 Corredor Nascente interior 40

1 Corredor Poente periférico 32

1 Corredor Poente interior 40

2 Corredor Nascente periférico 84

2 Corredor Nascente interior 40

2 Corredor Poente periférico 38

2 Corredor Poente interior 40

3 Corredor com clarabóia Nascente 13

3 Corredor com clarabóia Poente 7

3 Corredor exterior Poente 26

01 Corredores Nascente e Norte 82

01 Átrio da torre de acesso Sul 59

03 Garagem 87

00 Casas de banho 24

1 Casas de banho 24

2 Casas de banho 24

3 Casas de banho 24

Tabela 39 – Lâmpadas a substituir na intervenção proposta ao nível da iluminação

Apresenta-se na tabela 40 a alteração da potência de iluminação instalada nos espaços, resultante

da aplicação da medida de eficiência energética em discussão, conforme implementada no modelo.

87

Piso Espaço Iluminação corrente (W) Iluminação modificada (W)

00 Corredor Nascente 2768 945

1 Corredor Nascente periférico 3920 1377

1 Corredor Nascente interior 2999 1199

1 Corredor Poente periférico 2490 864

1 Corredor Poente interior 2999 1199

2 Corredor Nascente periférico 6048 2268

2 Corredor Nascente interior 2880 1080

2 Corredor Poente periférico 2736 1026

2 Corredor Poente interior 2880 1080

3 Corredor com clarabóia

Nascente 5790 5205

3 Corredor com clarabóia Poente 1147 832

3 Corredor exterior Poente 3385.5 2215.5

01 Corredores Nascente e Norte 5904 2214

01 Átrio da torre de acesso Sul 4248 1593

03 Garagem 6264 2349

0 Casas de banho 1728 648




Tabela 40 – Alteração da potência de iluminação instalada com a medida proposta

Esta alteração foi apenas testada em ambiente de simulação, não se tendo avaliado a sua

funcionalidade prática, e a comparação das necessidades eléctricas anuais desagregadas por

utilização final entre a simulação real e a simulação modificada apresenta-se na figura 39.

Figura 39 – Comparação das necessidades anuais de energia eléctrica desagregadas por utilização

final após alteração da iluminação

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

Simulação Real (kWh)

Simulação alteração Iluminação (kWh)

88

Na figura 40 comparam-se as necessidades eléctricas mensais entre as duas situações.

Figura 40 – Comparação das necessidades eléctricas mensais após alteração da iluminação

Como era expectável constata-se uma redução significativa das necessidades anuais de iluminação

e, apesar desta medida ter sido implementada quase exclusivamente em espaços não climatizados,

verificam-se ainda ligeiras variações nas necessidades de arrefecimento, de ventilação e bombagem

e de aquecimento (decréscimo nas duas primeiras e aumento na terceira) uma vez que estes locais

influenciam indirectamente os espaços climatizados que lhes são contíguos. A diminuição das

necessidades de arrefecimento e o aumento das necessidades de aquecimento em locais

climatizados resultam assim, ainda que por via indirecta, da menor carga térmica devida a iluminação

libertada nos espaços onde se introduziu esta alteração, que por sua vez afectam os espaços

condicionados adjacentes, como já foi referido. Globalmente regista-se uma ligeira descida nas

necessidades de climatização, uma redução acentuada nas necessidades de iluminação e

consequentemente uma clara diminuição do total das necessidades energéticas do edifício, que está,

portanto, associada essencialmente ao decréscimo da iluminação.

Determinação da redução da factura eléctrica

Com a alteração proposta, a redução global do consumo energético anual é de 138538 kWh, isto é,

cerca de 7.1% do consumo eléctrico total do edifício, verificando-se, em termos parciais, uma

poupança de 140948 kWh assente em iluminação, arrefecimento, ventilação e bombagem, e um

acréscimo de 2410 kWh nas necessidades de aquecimento. Estes efeitos na factura eléctrica são

quantificados nas tabelas 41, 42, 43 e 44.

0

25000

50000

75000

100000

125000

150000

175000

200000


Necessidades eléctricas mensais

Simulação real (kWh)

Simulação alteração Iluminação (kWh)

89

Componente Energia

Redução no

consumo (kWh)

Poupança Horas

Ponta (€)

Poupança Horas

Cheia (€)

Poupança Horas vazio Normal (€)

Poupança Horas Super

Vazio (€)

Poupança total (€)

Iluminação 136289 2570.41 7261.07 1233.14 913.82 11978.44

Arrefecimento 3948 85.63 274.51 - - 360.14

Ventilação 359 9.14 23.66 - - 32.81

Bombagem 352 8.96 23.20

32.17

Total 140948 2674.14 7582.45 1233.14 913.82 12403.55

Tabela 41 – Quantificação da poupança parcial de energia activa na factura eléctrica

Componente Potência

Energia Horas Ponta anual

(kWh)

Energia Horas Ponta mensal

(kWh)

Horas Ponta

mensais (h)

Redução Potência

Horas Ponta mensal (kW)

Poupança anual (€)

Iluminação 27257.80 2271.48 66.8 34.00 2674.40

Arrefecimento 908.04 129.72 67.7 1.92 87.91

Ventilação 96.93 8.08 78.2 0.10 8.12

Bombagem 95.04 7.92 78.2 0.10 7.97

Total 28357.81- 2417.20 - - 2778.40

Tabela 42 – Quantificação da poupança parcial em potência de horas de ponta na factura eléctrica

Componente Energia

Aumento do consumo (kWh)

Acréscimo Horas Ponta (€)

Acréscimo Horas

Cheia (€)

Acréscimo Horas Vazio

(€)

Acréscimo total (€)

Aquecimento 2410 70.45 150.16 - 220.61

Tabela 43 – Quantificação do acréscimo parcial no consumo de energia activa na factura eléctrica


Energia Horas Ponta anual

(kWh)


(kWh)

Horas Ponta

mensais (h)

Aumento Potência

Horas Ponta mensal (kW)

Acréscimo anual (€)

Aquecimento 747.10 124.52 88.7 1.40 55.20

Tabela 44 – Quantificação do acréscimo parcial em potência de horas de ponta na factura eléctrica

Globalmente verifica-se então uma poupança anual na factura de electricidade, contabilizando as

vertentes de energia e potência, de 14906 €. No âmbito deste trabalho não se fez uma análise do

custo de implementação desta medida, o que deverá ser efectuado com um estudo mais detalhado

sobre o impacto de uma alteração da iluminação.

90

5.2 Aplicação de película exterior de protecção solar fumada nos

envidraçados dos pisos 2 e 3

Após análise dos resultados da simulação dinâmica real e ao constatar-se, na vertente da

climatização, que o consumo de arrefecimento é superior ao consumo de aquecimento, uma primeira

medida de poupança energética a considerar deverá versar alterações no âmbito dos dispositivos de

controlo solar do edifício com o propósito de se minimizarem os ganhos solares na estação de

arrefecimento e maximizá-los na estação de aquecimento. Deste modo, a aplicação de películas de

protecção solar aos envidraçados exteriores, reduzindo assim o seu factor solar e consequentemente

os ganhos solares resultantes, com o objectivo final de diminuir as necessidades de arrefecimento, é

uma opção a explorar.

Assim, a alteração concreta proposta para aos envidraçados exteriores dos pisos 2 e 3 por serem

referentes a espaços que dispõem de arrefecimento, consiste na aplicação de uma película exterior

de protecção solar fumada que foi testada no programa de simulação. A área envidraçada designada

para aplicação da película corresponde a 1308 m². Apresentam-se agora as modificações feitas,

conforme implementadas no modelo e de acordo com a informação do anexo 17.

Na figura 41, que ilustra as propriedades dos envidraçados implementados no programa após

aplicação da película exterior fumada, deve-se salientar que, enquanto o shading coefficient

apresenta já o seu valor final, ponderado para a parte envidraçada do vão, o coeficiente de

transmissão térmica indicado é o do vidro, tendo sido posteriormente ponderado com a parte da

caixilharia, sendo o valor global para o vão, daí resultante, introduzido localmente em cada espaço,

de acordo com o tipo de janela existente, tal como referido anteriormente.

Figura 41 – Caracterização dos envidraçados com aplicação de película exterior fumada no TRACE

700

91

A figura 42 compara as necessidades energéticas desagregadas por utilização final entre a simulação

em condições reais e a simulação com aplicação de película fumada. Na figura 43 faz-se a

comparação das necessidades eléctricas mensais entre as duas simulações referidas.

Figura 42 – Comparação das necessidades energéticas anuais desagregadas por utilização final

após aplicação de película exterior fumada

Figura 43 – Comparação das necessidades eléctricas mensais após aplicação da película exterior

fumada

Como seria de esperar, as necessidades de arrefecimento diminuem, registando-se também um

aumento nas necessidades de aquecimento mas que em termos absolutos não vence o decréscimo

anterior. Uma vez que a aplicação desta película permite um controlo, leia-se, restrição dos ganhos

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000


Simulação película fumada (kWh)

0

25000

50000

75000

100000

125000

150000

175000

200000


Necessidades eléctricas mensais


Simulação película fumada (kWh)

92

solares de radiação, a carga térmica resultante é menor, compreendendo-se assim que as

necessidades energéticas de arrefecimento diminuam e que essa diminuição seja mais acentuada

nos meses de Verão, como se pode confirmar, respectivamente, pelas figuras 42 e 43. Pela mesma

razão, a menor carga térmica nos espaços devida à redução da energia transmitida, para o interior,

por radiação solar, leva ao aumento já constatado das necessidades de aquecimento do edifício, com

especial enfâse nos meses de Inverno. Verifica-se ainda uma redução não desprezável nas

necessidades de ventilação e de bombagem, concluindo-se, por fim, que há uma diminuição global

das necessidades eléctricas do edifício.


Com a medida proposta, a redução global do consumo é de 68426 kWh, ou seja, cerca de 3.5 % do

consumo eléctrico total do edifício, observando-se em termos parciais, uma poupança de 77594 kWh

pela qual são responsáveis o arrefecimento, a ventilação e a bombagem, e por outro lado, um

aumento de 9168 kWh nas necessidades de aquecimento. Quantificam-se nas tabelas 45, 46, 47 e

48 os efeitos das alterações nas necessidades das utilizações finais referidas, a nível da factura

eléctrica.

Componente Energia

Redução no consumo (kWh)

Poupança Horas Ponta

(€)

Poupança Horas

Cheia (€)

Poupança Horas Vazio (€)


Arrefecimento 57210 1240.83 3977.87 - 5218.70

Ventilação 11367 289.42 749.30 - 1038.72

Bombagem 9017 229.58 594.39 - 823.97

Total 77594 1759.82 5321.56 - 7081.39

Tabela 45 – Quantificação da poupança parcial em energia activa na factura eléctrica


Energia Horas Ponta anual (kWh)

Energia Horas Ponta

mensal (kWh)

Horas Ponta mensais (h)

Redução Potência Horas

Ponta (kW)


Arrefecimento 13158.30 1879.76 67.7 27.77 1273.86

Ventilação 3069.09 255.76 78.2 3.27 257.23

Bombagem 2434.59 202.88 78.2 2.59 204.05

Total 18661.98 2338.40 - - 1735.14


Componente Energia


Aumento em Horas Ponta

(€)

Aumento em Horas Cheia (€)

Aumento em Horas Vazio (€)

Aumento total (€)

Aquecimento 9168 268.01 571.23.6 - 839.24


93



Energia Horas Ponta

mensal (kWh)

Horas Ponta mensais (h)

Aumento Potência Horas Ponta mensal

(kW)

Aumento anual (€)

Aquecimento 2842.08 473.68 88.7 5.34 210.00


Resulta então que, anualmente totaliza-se uma poupança global de 7767 € na factura eléctrica, entre

componentes de energia e potência.

5.3 Aplicação de película exterior de protecção solar espelhada nos

envidraçados dos pisos 2 e 3

Foi também estudada a aplicação de uma película de protecção solar espelhada aos envidraçados

dos pisos 2 e 3. Ao contrário da película proposta na medida anterior, esta é uma película de classe

reflectora, registando-se portanto algumas diferenças entre ambas. Desde logo, o factor solar ou

coeficiente de sombra da película espelhada é inferior ao da fumada, permitindo assim uma melhor

restrição dos ganhos solares por radiação. A película espelhada possui também, como é óbvio,

melhores propriedades reflectoras, não só para a radiação incidente que vem do exterior mas

igualmente para a luz oriunda do interior do espaço. Promove ainda uma menor transmissão total de

radiação solar, resultando novamente num melhor controlo dos ganhos. Por outro lado, a película

fumada tem melhores propriedades no que concerne a luz visível já que naturalmente apresenta uma

maior capacidade de transmissão da luz solar para o interior.

A área destinada à colocação da película espelhada corresponde novamente a 1308 m². Esta medida

foi igualmente testada apenas em simulação e na figura 44 apresentam-se as alterações ao

envidraçado, conforme implementadas no modelo e de acordo com a informação do anexo 18.

Figura 44 – Caracterização dos envidraçados com aplicação de película espelhada no TRACE 700

94

A figura 45 compara as necessidades energéticas desagregadas por utilização final entre a simulação

real e a simulação com aplicação de película espelhada. Na figura 46 faz-se a comparação das

necessidades eléctricas mensais entre estas duas simulações.

Figura 45 - Comparação das necessidades energéticas anuais desagregadas por utilização final após

aplicação de película exterior espelhada

Figura 46 - Comparação das necessidades eléctricas mensais após aplicação da película espelhada

Tal como para a situação da película fumada, observa-se novamente uma diminuição das

necessidades de arrefecimento e um aumento nas necessidades de aquecimento. Precisamente pela

razão exposta na análise da medida de racionalização energética precedente, constata-se também

neste caso que a diminuição das necessidades eléctricas do edifício é maior nos meses de Verão. De

igual modo, a menor carga térmica nos espaços devida à menor energia transmitida para o interior

por radiação solar, com especial enfâse nos meses de Inverno, leva ao aumento das necessidades

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000


Simulação película espelhada (kWh)

0

25000

50000

75000

100000

125000

150000

175000

200000



Simulação película espelhada (kWh)

95

de aquecimento do edifício. Verifica-se também uma ligeira redução nas necessidades de ventilação

e bombagem, concluindo-se, por fim, que há uma diminuição do total das necessidades eléctricas do

edifício.


Com a implementação desta medida, a redução do consumo anual é de 86.6 MWh, isto é, cerca de

4.4 % do consumo eléctrico total do edifício, confirmando-se assim a vantagem técnica da película

espelhada sobre a fumada. Regista-se, parcialmente, uma poupança de 99.7 MWh assente em

arrefecimento, ventilação e bombagem e, por outro lado, um aumento de 13.1 MWh em aquecimento.

Nas tabelas 49, 50, 51 e 52 quantifica-se a redução resultante da factura eléctrica.

Componente Energia

Redução no consumo

(kWh)

Poupança Horas Ponta

(€)

Poupança Horas Cheia

(€)

Poupança Horas Vazio

(€)


Arrefecimento 74144 1608.11 5155.31 - 6763.42

Ventilação 14146 360.17 932.49 - 1292.66

Bombagem 11463 291.86 755.63 - 1047.49

Total 99753 2260.14 6843.43 - 9103.57

Tabela 49 – Quantificação da poupança parcial em energia activa na factura eléctrica




(kWh)

Horas Ponta

mensais (h)

Redução Potência Horas

Ponta (kW)


Arrefecimento 17053.12 2436.16 67.7 35.98 1650.92

Ventilação 3819.42 318.29 78.2 4.07 320.11

Bombagem 3095.01 257.92 78.2 3.30 259.40

Total 23967.55 3012.36 - - 2230.43


Componente Energia


Aumento em Horas Ponta (€)

Aumento em Horas Cheia

(€)

Aumento em Horas Vazio

(€)

Aumento total (€)

Aquecimento 13125 383.68 817.78 - 1201.46


96




(kWh)

Horas Ponta

mensais (h)

Aumento Potência Horas Ponta mensal

(kW)

Aumento anual (€)

Aquecimento 4068.75 678.13 88.7 7.65 300.64


Anualmente totaliza-se então uma poupança global de 9832 € na factura eléctrica.

97

6. Conclusões

Neste capítulo será feita uma avaliação final dos objectivos atingidos com o trabalho e será também

desenvolvida uma análise critica dos principais resultados obtidos. Esperava-se com este trabalho

produzir um modelo dinâmico que simulasse de forma mais fiel possível o comportamento energético

e térmico do edifício de Engenharia Civil. Deste modo, com um modelo devidamente calibrado e

afinado, o principal objectivo seria estudar a viabilidade da adopção de eventuais medidas de

poupança energética.

No que se refere à afinação das necessidades energéticas de climatização, as necessidades de

AVAC (exclusivamente de energia eléctrica para caso de estudo), obtidas na simulação real e

apresentadas na secção dos resultados, consideraram-se validadas após comparação com os

registos de consumo de electricidade em 2012 decorrentes de leituras e outras informações

adicionais obtidas na auditoria energética, como se explica em seguida. Assim, sabe-se que a maior

fatia do consumo de climatização está alocada ao transformador 3, mas que também existem

circuitos alimentados pelo TR-1, entre os quais alguns de emergência, e ainda outros servidos pelo

TR-2, como é o caso de sistemas do tipo split que servem espaços da ala poente do edifício. Deste

modo, através de levantamentos e medições efectuadas (auditoria energética), o consumo anual

destes equipamentos de climatização não afectos ao TR-3 foi estimado num valor superior a 115000

kWh. Por outro lado, na consulta dos registos do consumo eléctrico de 2012, constatou-se que o

consumo do transformador 3 foi cerca de 500000 kWh, e sabe-se por meio de inquérito que o túnel

de vento praticamente não funcionou nesse ano, sendo este o único equipamento não pertencente à

instalação de climatização que também é alimentado pelo TR-3, donde a estimativa do consumo total

em AVAC do edifício, no ano em análise, se cifra em cerca de 615000 kWh. Assim, o valor obtido por

simulação para a globalidade desta utilização final, totalizando 677266 kWh, apresenta um desvio de

cerca de 9% relativamente à estimativa decorrente da auditoria e dos registos de leituras, sendo

portanto aceite como válido.

A simulação, afinada de acordo com a auditoria energética de apoio, produziu resultados que

permitiram identificar o contributo anual das diferentes utilizações finais para o total das necessidades

de energia eléctrica e ainda quantificar o peso das diferentes fontes de energia nas necessidades

globais do edifício. Deste modo, com 687097 kWh, a iluminação revelou-se como a utilização de

maior consumo, sendo responsável por 35% do consumo eléctrico total do edifício, que é explicado

pelo sobredimensionamento da instalação e contribui também para os resultados das necessidades

de climatização que serão discutidos adiante. Com 30% do consumo eléctrico, correspondentes a

599010 kWh, seguiu-se o grupo genérico dos equipamentos, tendo as utilizações finais de

arrefecimento, aquecimento, ventilação e bombagem registado 14%, 10%, 7% e 4% referentes a

278711 kWh, 188536 kWh, 128803 kWh e 81217 kWh respectivamente. Somadas, estas três

utilizações totalizam aproximadamente 35% do consumo eléctrico anual, constituindo assim a parcela

de AVAC. Observou-se ainda que o principal recurso energético utilizado no edifício é a electricidade,

98

registando 95% do total de energia consumida, com o gás natural a ser responsável pelos restantes

5%, uma vez que apenas é utilizado nas cozinhas das áreas de restauração para o funcionamento de

equipamentos utilizados na confecção de refeições.

Reportando agora em detalhe aos resultados da simulação para a estrutura geral do consumo de

AVAC, verifica-se que a maior parcela é devida ao arrefecimento, solicitando 41% da energia

destinada à climatização. Este resultado é a consequência natural do elevado consumo em

iluminação e também em equipamentos que ocorre no edifício e só não é mais destacado pois uma

parte considerável dos espaços onde existem cargas térmicas devido a estas utilizações é,

efectivamente, não condicionada, não reclamando portanto necessidades de arrefecimento. Por outro

lado, e também devido aos elevados consumos de iluminação e equipamentos determinados pela

simulação, as necessidades de aquecimento são consideravelmente mais baixas que as de

arrefecimento (as cargas térmicas existentes nos espaços condicionados levam a menores

necessidades de calor nestes locais), registando um parcial de 28%. Seguem-se, por fim, a ventilação

e a bombagem com, respectivamente, 19% e 12% de toda a energia gasta em AVAC.

Em relação à análise térmica da simulação real, os níveis para as cargas de equipamentos e

iluminação resultantes por tipologia de espaço corroboram em larga medida os resultados da

simulação para o consumo energético das diferentes unidades produtoras da instalação de

climatização. Assim, o programa determinou que ao nível das unidades produtoras o maior consumo

de energia para arrefecimento dá-se naquela referente ao sistema dos tanques de inércia,

exactamente o que serve a grande maioria dos espaços da tipologia gabinetes. As zonas de

restauração que têm, como foi mostrado, juntamente com os gabinetes, as cargas térmicas devidas a

equipamentos e iluminação mais elevadas, são igualmente servidas por este sistema. Por outro lado,

dos espaços climatizados, as salas de aulas e de estudo são as que registam menores cargas

térmicas de iluminação e equipamentos. Na instalação de climatização existente estes espaços não

dispõem de arrefecimento verificando-se no entanto que existem alturas do ano em que a

temperatura destes locais aumenta acima de níveis de conforto. O consumo de energia em

arrefecimento da unidade produtora resulta principalmente das necessidades que são satisfeitas

pelas unidades terminais de climatização que servem a maior parte dos espaços arrefecidos através

do sistema dos tanques de inércia. Os sistemas split em arrefecimento, apesar de experimentarem

uma utilização intensiva, representam uma pequena parcela do consumo total devido a servirem um

número de zonas térmicas muito mais reduzido. Analogamente é possível também para a situação de

aquecimento verificar a mesma dependência qualitativa entre as cargas de equipamentos e

iluminação dos espaços e as necessidades de energia para a sua climatização. Deste modo, os

sistemas que servem a maioria das áreas de gabinetes e a totalidade da zona de restauração

registam efectivamente um menor consumo em aquecimento do que os sistemas que climatizam a

maior parte das salas de aula e de estudo, o que claramente confirma os resultados obtidos da

análise térmica que mostravam que ambas as cargas de equipamentos e iluminação das salas eram

menores que as dos gabinetes e da restauração. A validade desta relação entre as cargas existentes

99

nos espaços e a energia necessária para a sua climatização ganha maior consistência à luz do facto

de ser ter considerado na modelação que toda a energia despendida pelos equipamentos seria

libertada como carga térmica para o espaço. Finalmente, para o caso dos laboratórios e das

circulações não se pode estabelecer este tipo de relação, uma vez que se tratam de locais não

condicionados na sua quase totalidade, mantendo-se de qualquer forma as considerações já feitas

aquando da apresentação dos resultados da análise de cargas térmicas.

Da análise das medidas de racionalização energética testadas em simulação, verificou-se que a

alteração da instalação de iluminação mostrou ser a que comporta maiores benefícios energéticos e

consequentemente financeiros, com uma poupança de 138536 kWh anuais, significando cerca de

7.1% do consumo eléctrico total. A aplicação da película exterior fumada de protecção solar, embora

apresente uma margem de poupança de energia que não deve ser desprezada, calculada em

68426 kWh e que constitui uma redução de 3.5% do consumo eléctrico anual, não se consegue

aproximar dos valores de redução de consumo alcançados pela alteração anterior. Posteriormente foi

ainda testada a colocação de uma película exterior de protecção solar espelhada que se traduziu

numa poupança anual um pouco superior à situação da película fumada, apresentando uma redução

de cerca de 4.4% do consumo eléctrico anual, mas ainda inferior ao ganho obtido com a medida de

iluminação. Assim, das três propostas analisadas, conclui-se que a alteração da instalação de

iluminação posiciona-se como a medida de poupança de energia com maior impacto energético e

financeiro.

100

7. Sugestões de trabalhos futuros

Por fim, deixa-se aqui um conjunto de propostas para trabalhos futuros:

1. Efectuar um estudo de iluminação em todos os espaços para determinar os níveis de iluminação

nos planos de trabalho que se podem obter com as diferentes soluções possíveis alternativas,

tais como lâmpadas fluorescentes T5 ou LED. Com base neste estudo, pode-se utilizar o modelo

de simulação dinâmica que foi preparado nesta dissertação para analisar o impacto resultante, da

aplicação das diferentes soluções de iluminação propostas, nas necessidades de climatização do

edifício.

2. Realização de um estudo mais aprofundado da instalação de climatização do edifício e avaliar a

exequibilidade e potencialidade de substituição de alguns equipamentos, como tubagens e seus

isolamentos, bombas de circulação, por exemplo com caudal variável ajustado com a carga dos

circuitos, válvulas e diversas unidades terminais dos espaços. Estudar a possibilidade de eliminar

o sistema de inércia, substituindo-o por uma solução que passe pela produção directa de água

refrigerada e água quente por parte das duas unidades ar-água já existentes do tipo chiller

reversível. Em paralelo, as unidades terminais do tipo bomba de calor reversível água-ar deverão

ser substituídas por unidades do tipo ventiloconvectores dispondo de permutadores de água

refrigerada e de água quente. As restantes unidades terminais que são alimentadas pelo sistema

de condensação – UTA em modo de arrefecimento – serão também modificadas de forma a

poderem ser servidas, tanto a operar em aquecimento como em arrefecimento, pelas unidades

produtoras principais. No âmbito de uma possível remodelação dos sistemas, considerar a

implementação de um sistema de arrefecimento para as salas de aulas e outros espaços com

grandes cargas térmicas, tais como as salas de estudo.

3. Introduzir um sistema automatizado como um contactor com temporizador para que a central de

ar comprimido funcione apenas no período de horas de trabalho dos laboratórios que serve e

instalar ainda uma válvula de fecho a jusante do depósito com controlo de débito para normalizar

o consumo do ar comprimido, evitando assim as fugas.

4. Averiguar em simulação a potencialidade da substituição dos actuais envidraçados exteriores

simples de 6 mm dos pisos superiores por vidros duplos, eventualmente com baixa emissividade

e isolamento térmico.

5. Avaliar, através de simulação, a viabilidade da instalação de um sistema de extracção de ar

viciado das zonas de circulação do piso 3 sob a clarabóia, onde na estação de arrefecimento se

atingem temperaturas muito elevadas que levam ao sobreaquecimento dessas áreas, acabando

por afectar as condições interiores dos espaços climatizados adjacentes.

101

8. Referências bibliográficas

1. IEA, Key World Energy Statistics, OECD/IEA, 2011

2. IEA, IEA Score Board 2009 - 35 Key Energy Trends Over 35 Years, OECD/IEA, 2009.

3. Europeia, Comissão, Plano de Acção para a Eficiência Energética: Concretizar o Potencial,

Bruxelas, 2006

4. Europeia, Comissão., Livro verde sobre a eficiência energética, Bruxelas, 2005

5. A Factura Energética Portuguesa, Direcção Geral de Energia e Geologia, 2011

6. PNEE 2006 – Plano Nacional para a Eficiência Energética, Resolução do Conselho de Ministros

n.º 80/2008 de de Maio de 2008

7. Estratégia nacional para a Energia ENE 2020, Resolução do Conselho de Ministros n.º 29/2010,

de 15 de Abril de 2010

8. Programa de Eficiência Energética na Administração Pública — ECO.AP, Resolução de Conselho

de Ministros 2/2011, Diário da República, 1.ª série — N.º 8 — 12 de Janeiro de 2011, pp 270-271.

9. Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril (DIÁRIO DA REPÚBLICA-I SÉRIE-A), Regulamento dos

Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

10. Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril (DIÁRIO DA REPÚBLICA-I SÉRIE-A), Regulamento das

Características de Comportamento Térmico dos Edifícios.

11. Roriz, Luis, Climatização – Concepção, Instalação e Condução de Sistemas, 2ª Edição, Orion,

Lisboa, 2006.

12. Silva, Onésimo, Eficiência Energética do Pavilhão de Civil do Instituto Superior Técnico, Colégio

de Engenharia Mecânica, 2009.

13. Silvério, Diogo, Simulação dinâmica do comportamento térmico da Torre Sul do campus da

Alameda do IST, Instituto Superior Técnico, UTL, 2011.

14. Mafra, Claúdia, Análise Energética de edifício da Segurança Social em Lisboa, Instituto Superior

Técnico, UTL, 2011.

15. Cartas, Joana, Simulação dinâmica de um edifício de escritórios com os programas EnergyPlus e

Trace 700, Instituto Superior Técnico, UTL, 2011.

16. Arquitectos, Pardal Monteiro. Projecto de Arquitectura do Pavilhão de Civil do Instituto Superior

Técnico. 1989

17. Arquitectos, Pardal Monteiro. Projecto de Execução do Pavilhão de Civil do Instituto Superior

Técnico. 1989

18. Santos, Pina dos; Matias, Luis; “Coeficientes de transmiss o térmica de elementos da envolvente

dos edifícios” ICT Informa o técnica – Edifícios - ITE 50, 2ª Edição, LNEC, Lisboa, 2006.

19. Rodrigues, Pierre, Manual de Iluminação Eficiente, 1ª Edição, PROCEL, 2002

102

20. TRANE, TRACE 700 User’s Manual – Building Energy and Economic Analysis v6.2, 2010

21. Instituto Português da Qualidade, CTA 17; Norma Portuguesa NP 1037-1 2002: Ventilação e

evacuação dos produtos da combustão dos locais com aparelhos a gás; Edição IPQ, Monte da

Caparica, 2002.

103

Anexos

A1. Desagregação de áreas por tipologia de espaço e utilização

Áreas Piso

4 Piso

3 Piso

2 Piso

1 Piso

0 Piso 01

Piso 02

Piso 03

Total (m²)

Salas de aula 0 0 0 1906 535 127 0 0 2568

Salas de estudo 0 0 0 0 646 0 0 0 646

Anfiteatros de aulas 0 0 0 0 0 696 0 0 696

Gabinetes-secretariados e semelhantes

0 2021 1572 36 53 5 152 0 3839

Salas de reuniões-seminários-apresentações

0 35 296 196 0 0 0 0 527

Laboratórios 0 58 201 413 0 533 2198 0 3404

Salas de bolseiros e Salas de computadores

0 163 201 0 0 0 0 0 363

Biblioteca 0 0 0 0 0 297 0 0 297

Espaços do Centro de Congressos

0 0 0 0 0 166 508 0 674

Museu 0 0 0 0 264 0 0 0 264

Restauração 0 0 0 0 602 0 0 0 602

Arrumos-Armazéns-Arquivos 0 34 111 20 42 197 363 817 1585

Circulações e vestíbulos 3 1139 969 832 2204 1012 761 106 7026

Instalações Sanitárias 0 83 83 83 83 89 105 0 525

Instalações Técnicas 237 19 16 50 6 8 224 717 1278

Estacionamento 0 0 0 0 0 0 0 2044 2044

Não identificado 0 0 0 0 0 0 53 0 53

Total (m²) 240 3551 3449 3536 4436 3131 4364 3684 26391

Na determinação da área de pavimento útil foram contabilizadas todas as áreas listadas na tabela, à

excepção dos arrumos do piso 03, de toda a área correspondente a instalações técnicas, do

estacionamento e dos espaços não identificados, que totalizam a área de pavimento não útil do

edifício.

104

A2. Lista de equipamentos dos sistemas terminais de climatização

Equip. Tipo Potência

Aquecimento (W)

Potência Arrefecimento

(W)

Potência sensível de

arrefecimento (W)

Caudal ar trat. (m³/h)

P. Estát. (Pa)

Potência do compressor

(kW)

UTAN 1

Unidade de Tratamento de Ar Novo

- - - 7300 140 0.88/1.50

UTAN 2 - - - 16420 150 0.88/1.50

UTAN 3 - - - 7000 150 1.50/2.00

UTAN 4 19850 19200 10850 3900 - -

UTAN 5 72100 69750 39500 14190 - -

UTAN 6 30200 29200 16550 5940 - -

UTA 1

Unidade de Tratamento

de Ar

- - - 7000 160 14.92

UTA 2 - - - 1230 100 9.50

UTA 3 - - - 3660 100 9.50

UTA 5 26250 47020 32550 6200 - -

UTA 6 28350 46250 31900 6000 - -

UTA 7 17250 27950 16900 3800 - -

UTA 8 19250 30500 21500 4400 - -

UTA 9 46100 96300 68400 14600 - -

UTA 10 2500 16500 15600 4200 - -

UTA 11 6600 11700 9500 2330 - -

UTA 12 5600 9000 7100 1650 - -

UTA 13 5600 8400 6700 1650 - -

105

Equip. Tipo

Pot. frigor.

sensível (W)

Potência frigor

total (W)

Pot. caloríf.

(W)

Caudal (m³/h)

P. Estát. (Pa)

Potência do

compress. (kW)

Consumo (W)

BC 1 (Piso 0)

Bomba de calor

reversível água-ar

- - - 610 25 0.09 1140

BC 1 (Piso 2) - - - 560 25 0.09 1140

BC 1 (Piso 3) - - - 535 25 0.09 1140

BC 2 (Piso 3) - - - 850 30 0.09 1200

BC 2 (Piso 3) - - - 855 30 0.09 1200

BC 2 (Piso 3) - - - 700 30 0.09 1200

BC 2 (Piso 3) - - - 950 30 0.09 1200

BC 3 (Piso 0) - - - 1640 45 0.11 1800

BC 3 (Piso 0) - - - 1250 45 0.11 1800

BC 4 (Piso 0) - - - 1640 30 0.14 2200

BC 4 (Piso 0) - - - 1820 30 0.14 2200

BC 4 (Piso 2) - - - 1120 30 0.14 2200

BC 4 (Piso 3) - - - 1350 30 0.14 2200

BC 4 (Piso 3) - - - 1760 30 0.14 2200

BC 5 (Piso 2) - - - 1700 60 0.14 2250

BC 5 (Piso 3) - - - 1700 60 0.14 2250

BC 1 (2ª fase) 2500 3000 2500 595 - - -

BC 2 (2ª fase) 3000 3500 2600 850 - - -

BC 3 (2ª fase) 4300 5000 3000 1250 - - -

BC 4 (2ª fase) 5700 7000 4000 1640 - - -

BC 5 (2ª fase) 7000 8500 4500 1700 - - -

BC 6 (2ª fase) 13440 17600 8380 4000 - - -

BCC 1 (Piso 1)

Bomba de calor de chão

- - - 500 - 0.08 700

BCC 2 (Piso 1)

- - - 750 - 0.10 1400

BCC 1 (2ª fase)

2500 2800 2000 450 - - -

BCC 2 (2ª fase)

2900 3500 2500 650 - - -

BCC 3 (2ª fase)

4500 5300 3000 750 - - -

106

Equipamento Tipo Potência

aquecimento (W)

Caudal (m³/h)

Pressão estática

(Pa) Potência do motor (kW)

TV 1 (1ª fase)

Termoventilador

- 340 - 0.064

TV 2 (1ª fase) - 480 - 0.068

TV 3 (1ª fase) - 800 - 0.110

TV 1 (2ª fase) 2000 350 - -

TV 2 (2ª fase) 3300 550 - -

TV 3 (2ª fase) 4500 800 - -

TV 4 (2ª fase) 8000 1420 - -

UTV 1 Unidade de Termoventilação

- 500 80 0.325 (humidificador 2.4 kW)

UTV 2 - 1270 80 0.400 kW (humidificador 2.4 kW)

Equipamento Tipo Caudal de

insuflação de ar (m³/h)

Pressão estática (Pa)

Potência do motor (kW)

VI 1

Ventilador de insuflação

37400 300 5.50

VI 2 3000 60 0.75

VI 3 6630 80 1.10

VI 5 5350 140 -

VI 6 500 150 -

107

Equipamento Tipo Caudal de

extracção de ar (m³/h)

Pressão estática (Pa)

Potência do motor (kW)

VE 1

Ventilador de extracção

2315 100 0.55

VE 2 3135 100 0.80

VE 3 7150 150 1.50

VE 4 11025 150 1.50

VE 5 6600 165 1.10

VE 6 2160 120 0.55

VE 7 2400 160 0.55

VE 8 2940 145 0.80

VE 9 1680 135 0.40

VE 10 900 120 0.40

VE 12 1160 160 0.55

VE 13 3000 105 0.55

VE 14 1250 85 0.55

VE 15 1800 85 0.55

VE 16 1850 85 0.55

VE 17 15600 180 2.20/3.00

VE 18 17600 140 2.20/3.00

VE 19 5180 180 -

VE 20 2850 110 -

VE 21 2815 110 -

VE 22 1625 100 -

VE 23 3500 500 -

VE 24 2000 160 -

VE 25 4780 80 -

VE 26 2640 80 -

VE 27 2025 100 -

VE 28 1150 250 -

VE 29 2980 160 -

VE 30 3000 80 -

VE 31 5250 180 -

VE 32 1820 75 -

VE 33 3270 75 -

VE 34 3270 80 -

VE 35 1920 80 -

VE 36 2800 100 -

VE 37 1800 100 -

VE 38 1800 120 -

108

A3. Mapas de localização das soluções da envolvente opaca

110

A solução K é a parede interior mais comum do edifício, estando presente em todos os pisos. A

solução L está presente nos anfiteatros e nas salas de conferência do Centro de Congressos, nos

pisos 01 e 02.

111

A4. Mapa de localização das soluções da envolvente translúcida

113

A solução 7 corresponde ao elemento interior mais comum e está presente em todo o edifício, do piso

02 ao piso 3. A solução 8 pode ser encontrada no piso 0 (Museu) e no piso 01, na zona do Centro de

Congressos.

114

A5. Desagregação de áreas por sistema terminal de climatização

Sistema Piso

3 Piso

2 Piso

1 Piso 00

Piso 01

Piso 02

Piso 03

Total (m²)

Sistema 1 – UTA 1 a 3 e 5 a 8 0 0 0 0 973 0 0 973

Sistema 2 – UTAN + Bomba de Calor reversível água-ar

0 706 163 215 0 0 0 1084

Sistema 3 – UTAN + Termoventiladores

0 503 1800 570 0 0 0 2873

Sistema 4 – Bomba de calor água-ar reversível com admissão natural de ar

pela fachada 2438 645 71 256 0 0 0 3410

Sistema 5 – UTA 9 0 0 0 0 168 262 0 430

Sistema 6 – UTA 10, 11, 12 e 13 0 0 0 0 60 246 0 306

Sistema 7 – Bomba de calor reversível água-ar com insuflação auxilar

0 0 0 388 0 111 0 499

Sistema 8 – Bomba de calor reversível água-ar sem insuflação mecânica

associada, 0 27 0 0 78 130 0 235

Sistema 9 – Termoventiladores sem ventilação mecânica

0 0 0 213 678 0 0 891

Sistema 10 – Unidades split + UTAN 0 548 95 263 0 0 0 906

Sistema 11 – Unidades split sem insuflação mecânica auxiliar

52 0 16 0 0 0 0 68

Sistema 12 – Sistema VRV LTI + UTAN

0 0 433 0 0 0 0 433

Sistema 13 – Sistema VRV – Sala de estudo 24h

0 0 0 221 0 0 0 221

Sistema 14 – UTAN 0 461 0 0 0 0 0 461

Sistema 15 – Unidades de Termoventilação (UTV)

0 0 0 0 150 254 0 404

Sem sistema/sem condicionamento 840 440 801 1584 822 2921 2932 10340

Total (m²) 3330 3330 3380 3710 2929 3923 2932 23535

115

A6. Sistema de produção e distribuição de ar comprimido

A instalação compreende um sistema de produção e uma rede de distribuição de ar comprimido às

áreas de laboratório do piso 02 do edifício. De acordo com o projecto, os pontos de consumo foram

previamente definidos; os caudais estimados tiveram em conta uma futura expansão da rede de

distribuição e coeficientes de simultaneidade de utilização.

A produção de ar comprimido obtém-se em unidade de compressão, com capacidade de 45 kW,

refrigerada a água, associada a um depósito de regularização de pressão e de caudal. O ar

comprimido será posteriormente seco e filtrado de modo a obter-se ar isento de óleo e de água e

isento de partículas com dimensões acima de 0.01 μm e um conteúdo de óleo inferior a 0.01 mg/m³ à

temperatura de 20°C. Para o efeito preconizou-se um sistema, que para além da unidade de

compressão e do depósito de regularização, compreende também um separador de condensados,

uma pré-filtragem de partículas acima de 1 μm, um secador de ar por refrigeração mecânica e um

filtro de retenção de partículas acima de 0.01 μm. As principais características funcionais do sistema

são as seguintes:

- Pressão de serviço: 7 bar

- Caudal à pressão de serviço: 7 m³/min

- Ponto de orvalho do ar à saída do secador: regulável de 2 a 6°C

- Qualidade do ar obtido:

isento de partículas de dimensão superior a 0.01 μm

conteúdo de óleo inferior a 0.01 mg/m³

A rede de distribuição foi realizada de acordo com o encaminhamento e os calibres definidos nas

peças desenhadas do projecto, com as linhas gerais dispostas na horizontal junto ao tecto, com uma

pendente mínima de 0.5% para os pontos de purga existentes em todas as extremidades daquelas

linhas, a partir das quais se desenvolvem as linhas de serviço em forma de “pesco o de cisne” até

1.2 m do pavimento. Na sua extremidade há válvulas de macho esférico e um “ponto de toma”

roscado com acessórios standard. Os acessórios terminais de preparação de ar, nomeadamente de

filtragem, regulação de pressão, de lubrificação e uniões standard foram posteriormente

seleccionados de acordo com os equipamentos instalados.

116

A7. Níveis de iluminação máximos e mínimos medidos

Piso Espaço

Nível de

iluminação

mínimo medido

(lux)

Nível de

iluminação

máximo medido

(lux)

Nível de

iluminação médio

medido (lux)

00 Hall de entrada 120 260 191

00 Museu 140 590 363

00 Sala de estudo 24h 540 810 648

00 Sala V0.03 670 815 759

01 Biblioteca 320 1000 590

01 Anfiteatro VA 2 480 920 668



01 Sala de cacifos 130 160 145

1 Sala V1.01 450 1200 538

1 Sala V1.06

(videoconferência) 490 515 502

1 Sala de aulas V1.09 1030 1260 1164

1 Sala de aulas V1.17 685 1100 894

1 Sala de aulas V1.25 720 1070 923

1 Sala de aulas V1.23 720 1080 935

1 LTI 380 780 582

1 Acesso LTI 480 670 574

2 Gabinete 2.13 260 270 265

2 Gabinete 4.01 280 300 290

2 Gabinete 4.08 280 285 283

2 Gabinete 4.26.1 200 320 241

2 Gabinete 4.26.2 300 305 303

3 Gabinete 3.24 270 280 275

3 Gabinete 3.16 350 400 375

3 Gabinete 3.27 420 510 453

3 Gabinete 3.50 380 435 402

3 Gabinete 3.51 300 550 438

3 Gabinete 3.66 280 485 364

3 Gabinete 3.67 300 335 319

01 Laboratório V01.07 230 615 454

02 Laboratório de Hidráulica 550 770 644

117

02 Laboratório de Estruturas

e Edificações 180 250 216

02 Laboratório de Construção 500 100 788

02 Oficina 220 330 275

02 Laboratório de Geotecnia 130 230 185

01 Sala de Conferências do

Ctr. Congressos 411 565 480

01 Sala de Videoconferência

do Ctr. Congressos 200 760 380

02 Sala de Conferências 1 do



Ctr. Congrfessos 520 750 468



02 Auditório do Ctr

Congressos 110 950 239

IST Press 280 400 340

02 Átrio das salas de

conferência 260 460 373

02 Átrio sul 110 160 140

00 Circulação nascente 450 550 500

1 Circulação interior poente

adjacente ao átrio central 220 380 290

2 Circulação poente

periférica 430 500 465

2 Circulação periférica

nascente, topo Norte 430 690 564

2 Circulação periférica

nascente 150 620 423

3 Circulação poente para

torre de acesso norte 200 400 338

01 Circulação nascente 600 730 657

01 Átrio sul 200 300 250

118

A8. Rede de gás natural

O edifício possui uma rede de gás natural para abastecimento de duas cozinhas, uma no bar e outra

no restaurante. O fornecimento efectua-se a partir da rede de distribuição de gás a baixa pressão

existente. O ramal de alimenta o da instala o satisfaz o caudal nominal de 41m³/hora. A “ponta à

vista” do ramal tem aproximadamente uma cota de 30 cm em rela o ao pavimento e um

afastamento também de 30 cm em relação ao plano marginal do edifício. O contador está instalado

em local ventilado.

No cálculo dos traçados da instalação de gás foram tidos em conta os seguintes parâmetros de

dimensionamento:

a) Caudais instantâneos dos aparelhos de utilização

Cozinha do bar

Esquentador: 5,5 m³/h

Fogão sem forno: 6,5 m³/h

Máquina de café: 1,0 m³/h

Cozinha do restaurante

Fogão com 4 queimadores e forno: 8,5 m³/h

Grelhador de chapa: 2,0 m³/h

Fritadeira basculante: 3 m³/h

Marmita sistema banho-maria: 8 m³/h

Esquentador: 5,5 m³/h

Máquina de café: 1 m³/h

119

A9. Outros sistemas não considerados na simulação

Rede de distribuição de água do edifício

O sistema de distribuição de água no Pavilhão de Civil é constituído por duas redes independentes, a

de uso doméstico e a rede de incêndio. A entrada de água potável no edifício é efectuada no bloco

poente, com ligação directa ao ramal de fornecimento da EPAL, subdividindo-se no piso 03 para a

rede de uso doméstico e para um reservatório de 120 m3, onde se inicia a rede de incêndio. A rede de

uso doméstico é constituída por um ramal de abastecimento de todas as instalações sanitárias,

restaurante e bar e ainda por um sistema de circulação para o Laboratório de Hidráulica.

A rede de incêndio do edifício é constituída por bocas-de-incêndio no exterior, carretéis em todos os

pisos e por um sistema automático de extinção de incêndio no piso 03, com a pressurização da rede

a ser efectuada por duas electrobombas e uma bomba do tipo jockey.

Elevadores

No edifício estão instalados seis elevadores, dois em cada torre de acesso aos Blocos Nascente e

Poente, com capacidade de carga para 10 pessoas, com sistema de travagem e nivelamento de piso,

com acesso a partir de todos os pisos do edifício. Os elevadores são de guias, com roda de tracção e

roda de freio montadas no mesmo veio, accionado por um motor eléctrico trifásico. Em termos do seu

funcionamento, os dois elevadores instalados na Torre Central são os mais utilizados pelos alunos e

Professores, devido à sua proximidade com a entrada principal do edifício e livre acesso aos pisos

superiores do Bloco Nascente e Poente.

120

A10. Factores Solares

Tipo de protecção solar Factor solar

Interior: Estores de lâminas de cor clara 0.45

Exterior: Estores venezianos de lâminas metálicas de cor clara 0.14

Elemento

Factor

solar do

vidro

Factor solar de

Verão do

envidraçado

Factor solar de

Inverno do vão

envidraçado

Vidro incolor de 6

mm com protecção

interior

0.85 0.57 0.85

Vidro incolor de 6

mm com protecção

exterior

0.85 0.35 0.85

Vidro incolor de 6

mm sem protecção 0.85 0.85 0.85

Vidro incolor de 8

mm com protecção

interior

0.82 0.56 0.82

Vidro incolor de 8

mm sem protecção 0.82 0.82 0.82

121

A11. Estrutura dos inquéritos efectuados aos utilizadores dos gabinetes

Piso:

Nº do gabinete: Número/ Quantidade

Potência unitária (W) Horário de Utilização

Computador com monitor CRT

Das às

Computador com monitor LCD

Das às

Computador Portátil

Das às

Impressora laser

Das às

Impressora de jacto de tinta

Das às

Fotocopiadora

Das às

Outros equipamentos

Das às

Climatização

Verão: Das às Inverno: Das às

Aparelho individual só de arrefecimento

Das às

Aparelho individual de arrefecimento/aquecimento

Das às

Aquecedor eléctrico

Das às

Iluminação

Das às

Ocupantes

-

Das às Das às Das às Das às Das às

Comentários:

122

A12. Esquema geral da alimentação eléctrica dos laboratórios

123

A13. Factores de carga de equipamentos dos laboratórios

Laboratório Consumo energético

diário a 100% de carga (kWh)

Consumo energético diário medido (kWh)

Factor de carga (%)

Laboratório de Estruturas e Edificações

539.33 52.19 9.7

Laboratório de Hidráulica

416.11 243.88 58.6

Laboratório de Construção

278.89 29.17 10.5

Oficina do LERM 144.41 13.44 9.3

Laboratório de Geotecnia e Vias de

Comunicação 250.87 48.42 19.3

Equipamento Consumo energético

a 100 % da carga (kWh)

Consumo energético medido (kWh)

Factor correctivo (%)

Estufas 2 0.08 4.5

Prensa hidráulica 44 13.69 31

Forno de secagem de areias

56 7.84 14

Central de ar comprimido

405 16.75 4.2

Para o caso dos equipamentos analisados individualmente, no consumo energético a 100% da carga

e no medido considerou-se igual período de funcionamento da máquina em questão.

124

A14. Diagramas esquemáticos das estratégias de ventilação das UTA e

UTAN

Caso das UTA 1, 2 e 3

Caso das UTA 5, 6, 7 e 9

Caso da UTA 8

125

Caso das UTA 10, 11, 12 e 13

Esquema das UTAN

126

A15. Análise dos registos do consumo de electricidade de 2010 a 2012

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Consumo mensal de energia em horas ponta nos anos de 2010 2011 e 2012

2010 (kWh)

2011 (kWh)

2012 (kWh)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

Comparação do consumo mensal de energia em horas cheia entre os anos de 2010 2011 e 2012

2010 (kWh)

2011 (kWh)

2012 (kWh)

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000

Consumo mensal de energia em horas de vazio (vazio normal e supervazio)

2010 (kWh)

2011 (kWh)

2012 (kWh)

127

Como tinha sido discutido superficialmente no capítulo dos resultados da simulação real, a análise

dos registos de consumo eléctrico de 2010, 2011 e 2012 permitiu verificar uma diminuição anual

continuada no consumo do edifício em todos os períodos horários, ao longo dos últimos três anos.

Concretamente, constatou-se que as diferenças nos consumos globais dos anos de 2010 e 2011 para

2012 foram sobretudo devido a alterações no consumo em horas vazio e também em horas cheia. De

facto, são estes dois períodos que registam maior diminuição de consumo entre os dois primeiros

anos e 2012 e portanto são os que representam um peso maior no decréscimo global. Em particular,

analisando apenas os anos de 2010 e 2012 por períodos horários, a redução absoluta é maior no

período de horas cheia, enquanto a diminuição relativa (35.1%) é mais acentuada em vazio. No

entanto, por apresentar o maior decréscimo absoluto entre os 3, o período de energia cheia é o que

tem maior peso na redução global do consumo do edifício entre estes dois anos (46.5% da

diminuição global), ou seja, é neste regime que ocorre a maior parte da poupança de energia.

Considerando apenas 2011 e 2012, verificou-se que foi no período de horas vazio que se registou a

maior redução anual de consumo não só em termos relativos (25.7%) como também absolutos,

quando comparado com os dois restantes períodos horários. Por conseguinte foi a redução do

consumo de energia em horas vazio que teve maior preponderância (44.5%) na diminuição global do

consumo do edifício entre 2011 e 2012, quer dizer, foi neste período que se verificou a maior parte da

poupança de energia registada entre os dois anos referidos.

128

A16. Tarifário e horário de electricidade em média tensão

Energia activa Preço (€/kWh) Factor

Energia activa vazio normal 0.0591 1.0000

Energia activa super vazio 0.0585 1.0000

Energia activa ponta 0.0734 1.0000

Energia activa Cheia 0.0706 1.0000

Redes Energia activa Preço (€/kWh) Factor

Redes vazio normal 0.0163 1.0000

Redes super vazio 0.0160 1.0000

Redes ponta 0.0209 1.0000

Redes cheia 0.0197 1.0000

Potência Preço

(€/kW.mês) Factor (Ref.: factura de Dezembro de 2011)

Contratada 1.2890 0.7562

Horas de Ponta 7.1240 0.7562

Ciclo Semanal Normal - Média Tensão

Inverno Verão

Segunda a Sexta

Ponta 9h30-12h

Ponta 9h15-12h15

18h30-21h

Cheias

07h-9h30

Cheias

07h-9h15

12h-18h30 12h15-24h

21h-24h

Vazio normal

00h-02h Vazio normal 00h00-02h

06h-07h

06h-07h

Super vazio 02h-06h Super vazio 02h-06h

Sábado

Cheias 9h30-13h

Cheias 09h-14h

18h30-22h 20h-22h

Vazio normal

00h-02h

Vazio normal

00h-02h

06h-9h30 06h-09h

13h-18h30 14h-20h

22h-24h 22h-24h


Domingo

Vazio normal

00h-02h Vazio normal

00h-02h

06h-24h 06h-24h


129

A17. Características dos envidraçados com película exterior de

protecção solar fumada

O valor do shading coefficient introduzido na biblioteca do programa (solução geral) para os

envidraçados onde se aplicou esta película foi interpolado, para a espessura de 6mm, entre os dois

valores apresentados do coeficiente de transmissão de energia – valor g – dos vidros de 4mm e

duplo. O valor de U (coeficiente de transmissão térmica) introduzido na solução geral (solução base

da biblioteca) foi o do vidro incolor de 6 mm de espessura, que na realidade está presente no edifício.

Para as restantes propriedades que constituem dados de entrada na caracterização do envidraçado,

na base de dados do TRACE 700, foram introduzidos os valores do vidro de 4mm, a saber:

Visible transmissivity – Luz visível transmitida

Inside visible reflectivity – Luz visível reflectida (interna)

Solar transmissivity – Total transmissão solar

Inside solar reflectivity – Total reflexão solar

130

A18. Características dos envidraçados com película exterior de

protecção solar espelhada

O valor do shading coefficient introduzido na biblioteca do programa (solução geral) para os

envidraçados onde se aplicou esta película foi interpolado, para a espessura de 6mm, entre os dois

valores apresentados do coeficiente de sombra dos vidros de 4mm e duplo. O valor de U (coeficiente

de transmissão térmica) introduzido na solução geral foi o do vidro incolor de 6 mm, efectivamente

existente no edifício, já que se observou que o U do vidro de 4mm com película não sofre alteração

em relação à situação sem película. Para as restantes propriedades que constituem dados de entrada

na caracterização do envidraçado, na base de dados do TRACE 700, foram introduzidos os valores

do vidro de 4mm, a saber:

Visible transmissivity – Luz visível transmitida

Inside visible reflectivity – Luz visível reflectida (interna)

Solar transmissivity – Total transmissão solar

Inside solar reflectivity – Total reflexão solar

simulação dinâmica e estudo de medidas de … · 1.5 o papel da simulação dinâmica ... figura...

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