tese instalaçoes para uma vivenda - projeto

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Projecto de Instalações e Equipamentos para uma Vivenda Unifamiliar com Piscina

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Projecto de Instalações e Equipamentos para uma

Vivenda Unifamiliar com Piscina

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Projecto de Instalações e Equipamentos para uma

Vivenda Unifamiliar com Piscina

Orientador(es):

Doutor Avelino Virgílio Fernandes Monteiro de Oliveira

Professor Adjunto, ISEC

Engenheiro José Manuel Fresco Tavares de Pina

Professor Adjunto, ISEC

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ii

iii

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Dedico este trabalho inteiramente ao meu filho, Adair Ricardo Monteiro Lima, o qual veio

constituir uma motivação extra na minha dedicação a este projecto, mas principalmente

porque ele se tornou o principal incentivo de empenho para atingir da melhor forma possível

os objectivos propostos para este.

iv

v

Agradecimentos

Várias foram as pessoas que me acompanharam e incentivaram durante a minha vida

académica.

Os meus primeiros agradecimentos são dirigidos à minha mãe, Filomena Vieira Pereira que,

apesar de muitas dificuldades, nunca deixou de lutar para conseguir os meios para que eu um

dia aqui chegasse, e que, principalmente, sempre me incentivou a lutar pelos meus sonhos e a

nunca desistir daquilo em que acredito.

Aos meus orientadores, Professor Doutor Avelino Virgílio Fernandes Monteiro de Oliveira e

Professor José Manuel Fresco Tavares de Pina, pela dedicação, disponibilidade, incentivo e

apoio dado ao longo da realização deste projecto.

Aos meus colegas, em especial à minha colega e amiga de longa data Ângela Maria Pereira

Veiga, que sempre me ajudou, acompanhou e incentivou não só ao longo da realização deste

projecto, mas também ao longo de todo o meu percurso académico.

Aos meus amigos que sempre me acompanharam nesta caminhada, com os quais partilhei

momentos únicos e inesquecíveis.

Aos Senhores Viriato Miranda e Felisberto de Pina que foram as duas pessoas que me deram

a mão no momento em que mais precisei tendo sido com a ajuda deles que consegui vir para

Portugal fazer o meu curso.

vi

vii

Resumo

A segurança, o conforto, a eficácia nas comunicações e a redução do consumo energético

constituem actualmente os parâmetros fundamentais a ter em conta no projecto de instalações

e equipamentos eléctricos e mecânicos de edifícios.

A automatização de sistemas de controlo de equipamentos, a diversificação das fontes de

energia, a exploração das energias renováveis e a garantia de segurança das pessoas são

algumas das técnicas cada vez mais utilizadas com vista ao aumento do nível de qualidade de

vida dos utilizadores e à maximização da eficiência energética dos edifícios.

Nesta tese, apresenta-se o projecto de sistemas de aquecimento de ambiente e de produção de

águas quentes sanitárias de uma moradia unifamiliar utilizando colectores solares, tendo

sempre em conta a sua viabilidade técnica e económica.

De igual modo, projectaram-se todas as suas instalações eléctricas, incluindo as

Infraestruturas de Telecomunicações (ITED) e de domótica (este último inclui apenas a

descrição das funções a desempenhar, os equipamentos necessários e a rede de comando e

potência).

Palavras-chave: sistema solar térmico, cargas térmicas, piso radiante, domótica, instalações

eléctricas, ITED.

viii

ix

Abstract

Safety, comfort, efficiency in communications and energy consumption reduction are now the

basic parameters to be taken into account in the installation of electrical and mechanical

equipments in buildings.

The automation of the control systems, the diversification of energy sources, the exploitation

of renewable energy and the guarantee of people’s security are some of the main techniques

that are increasingly being used in order to enhance the life quality of users and maximize the

energy efficiency of buildings.

The objective is to carry out the projects of the heating systems and hot water production in a

small residence using solar collectors. The design of a system technical and economical

sustainable is the main goal. In addition, projected to all electrical installations, including the

Telecommunications Infrastructure (ITED) and home automation (the latter includes only the

description of the tasks, the necessary equipment and control and power network).

Keywords: solar thermal system, thermal loads, radiant floor, home automation, electrical

installations, ITED.

x

xi

Índice

Agradecimentos v�

Resumo vii�

Abstract ix�

Índice xi�

Lista de Figuras xv�

Lista de Tabelas xvii�

Nomenclatura xix�

1� Introdução 1�

1.1� Descrição da moradia 2�

2� Aquecimento ambiente 3�

2.1� Sistema de aquecimento 3�

2.2� Ventilação 4�

2.3� Águas quentes sanitárias 4�

2.4� Energia solar térmica 5�

2.5� Cargas térmicas de aquecimento 5�

2.5.1� Perdas de calor por condução através da envolvente 5�2.5.2� Perdas por ventilação 9�2.5.3� Intermitência no aquecimento 10�2.5.4� Cargas térmicas de aquecimento dos espaços 10�2.5.5� Carga térmica de aquecimento da moradia 11�

2.6� Necessidade de energia primária 11�

2.7� Piso radiante 12�

2.7.1� Localização dos colectores e projecto dos circuitos 12�2.7.2� Caudal de impulsão e montante da tubagem 14�2.7.3� Perda de carga e grupo de impulsão 15�

2.8� Fonte de calor 17�

2.8.1� Cálculo e dimensionamento do sistema solar 18�2.8.2� Apoio convencional e acumulação de água quente 18�2.8.3� Grupo de circulação e tubagem do circuito hidráulico 19�

xii

2.8.4� Central de controlo solar 19�2.8.5� Dissipação para a piscina 20�

2.9� Avaliação técnica e económica do sistema 20�

2.9.1� Tempo de retorno de investimento 22�2.10�Observação final 23�

3� Sistema solar térmico para preparação de Água Quente Sanitária (AQS) 27�

3.1� Equipamentos integrantes do sistema 27�

O sistema solar térmico para produção de AQS tem como equipamento base:

colectores solares, componentes hidráulicos, acumulador, sistema de apoio e central de

controlo. 27�

3.1.1� Instalação dos colectores 27�3.1.2� Circuito hidráulico solar 28�3.1.3� Grupo de circulação e tubagem do circuito hidráulico 28�3.1.4� Acumulação e produção de AQS 28�3.1.5� Sistema de apoio convencional 29�3.1.6� Central de controlo solar 29�

3.2� Cálculos e dimensionamento 29�

4� Instalações eléctricas 31�

4.1� Características gerais da instalação 31�

4.2� Concepção das instalações 31�

4.2.1� Quadros eléctricos 31�4.2.2� Condutores e canalizações 32�4.2.3� Aparelhagem 33�

4.3� Ligação à terra 34�

4.4� Dimensionamento dos condutores de alimentação 34�

4.4.1� Secção dos cabos e características das protecções 35�4.4.2� Verificação da queda de tensão 35�

5� Domótica 37�

5.1� Sistema EIB 37�

5.1.1� Topologia 38�5.1.2� Componentes do sistema, interfaces, sensores e controladores 38�5.1.3� Software e Programação 39�5.1.4� Limitações 39�

xiii

5.2� Aplicação à moradia 40�

5.2.1� Detecção de intrusão 40�5.2.2� Detecção de incêndios 40�5.2.3� Detecção de gás 40�5.2.4� Detecção de inundações 41�5.2.5� Comando de Estores 41�5.2.6� Portas Controladas 41�5.2.7� Rega do jardim 42�5.2.8� Multimédia 42�5.2.9� Controlo de tomadas 42�5.2.10� Controlo de iluminação 43�5.2.11� Controlo do Aquecimento de ambiente 43�

6� ITED 45�

6.1� Redes, classe de ligação da cablagem e categoria dos materiais 45�

6.2� Entrada dos cabos 45�

6.3� Espaços de alojamento de equipamentos e armários 46�

6.3.1� Caixa de entrada de moradia unifamiliar (CEMU) 46�6.3.2� Armário de telecomunicações individual (ATI) 46�

6.4� Rede de tubagem 46�

6.4.1� Rede de tubagem individual 47�6.5� Caixas 47�

6.6� Rede individual de cabos 48�

6.6.1� Rede individual de pares de cobre 48�6.6.2� Rede individual de cabos coaxiais 48�6.6.3� Rede individual fibras ópticas 49�

6.7� Distribuição do sinal 49�

6.8� Dispositivos terminais 49�

6.9� Antenas 50�

7� Conclusão 51�

Referências 53�

xiv

xv

Lista de Figuras

Figura 2.1. Comparação de custos entre energia solar + apoio e energia convencional 22

Figura 2.2. Total de custos dos sistemas durante 18 anos 23

Figura 2.3. Comparação entre as necessidades da piscina e a potência fornecida pelos

colectores 24

Figura 2.4. Comparação entre a energia necessária para o aquecimento de ambiente e a

energia fornecida pelos colectores solares 25

Figura 2.5. Comparação anual entre os custos de energia convencional gás natural e

energia fornecida pelo apoio dos colectores solares 25

xvi

xvii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1. Temperatura interior de projecto em função do espaço da moradia· 4

Tabela 2.2. Cargas térmicas de aquecimento dos espaços· 11

Tabela 2.3. Dados e pressupostos 18

Tabela 3.1. Dimensionamento dos equipamentos do sistema 30

Tabela 4.1. Secção dos condutores de alimentação dos quadros e características dos

disjuntores 35

Tabela 4.2. Valores da queda de tensão da entrada e da instalação 36

Tabela 6.1. Atenuações máximas da rede CATV 48

Tabela 6.2. Cálculo das atenuações 49

xviii

xix

Nomenclatura

Abreviaturas

AFS Água Fria Sanitária.

AQS Água Quente Sanitária.

ATI Armário de Telecomunicações Individual.

CATV “Community Antenna Television”.

CC Cabo Coaxial.

CEMU Caixa de Entrada de Moradia Unifamiliar

CV Caixa de Visita.

DAB “Digital Audio Broadcasting”.

EIB “European Installation Bus”

EIBA “European Installation Bus Association”

EN “European Norm”. Norma Europeia.

ES Entrada Subterrânea.

ETS “EIB Tool Software”

FM “Frequency Modulation”. Modulação em frequência.

MW Microondas.

IFV Infravermelho..

ITED Infra-estruturas de Telecomunicações em Edifícios.

ITUR Infra-estruturas de Telecomunicações em Urbanizações.

LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil.

MATV “Master Antenna Television”.

NP Norma Portuguesa.

PAT Passagem Aérea de Topo.

PC Par de Cobre.

PE Protecção Eléctrica.

PVC Policloreto de Vinilo.

QE Quadro de Entrada.

RC-CC Repartidor de Cliente de Cabo Coaxial.

RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios.

RC-PC Repartidor de Cliente de Par de Cobre.

xx

RTIEBT Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão.

SCE Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior.

TCD-C Tecnologias de Comunicação por Difusão, em cabo coaxial. TT Tomada de Telecomunicações

UTP “Unshielded Twisted Pair”.

ZAP Zona de Acesso Privilegiado.

Letras e símbolos

A Altura (mm)

A Área (m2)

C Comprimento (m).

S Área de uma superfície (m2).

V Volume (m3).

IB Corrente de serviço (A).

IZ Corrente máxima admissível (A).

KS Factor de simultaneidade.

KV Coeficiente de equilíbrio.

L Largura (mm).

P Profundidade (mm).

R Resistência eléctrica.

SD Potência de dimensionamento.

SF Secção do condutor de fase.

SPE Secção do condutor de protecção.

ST Potência total.

U Coeficiente de transmissão térmica superficial.

Vn Caudal volumétrico [m3/h]

X Reactância (H)

xxi

Caracteres gregos

ψ Coeficiente de transmissão térmica linear (W/m.ºC).

θ Temperatura do ar (ºC)

� Coeficiente de resistividade térmica do condutor [ºC-1];

1

1 Introdução

Numa época em que o desenvolvimento sustentável e, em particular, a utilização de sistemas

solares se encontram na primeira linha do discurso político, os projectos de sistemas de

aquecimento de ambiente e de produção de Água Quente Sanitária (AQS) foram elaborados

tendo como fonte de calor os colectores solares. Uma vez que o nível de exigência dos

utilizadores é cada vez maior, as normas e os regulamentos acompanham esta tendência sendo

também mais exigentes no que respeita à eficiência energética e ao comportamento térmico

dos edifícios.

Assim, o dimensionamento e a análise de desempenho do sistema solar térmico para a

produção de AQS foi realizado recorrendo ao software SolTerm do INETI e o desempenho do

sistema solar para o aquecimento de ambiente foi efectuado recorrendo aos conhecimentos

adquiridos nas aulas da Unidade Curricular de Equipamentos Térmicos. O projecto de

aquecimento ambiente cumpre o Regulamento das Características de Comportamento

Térmico dos Edifícios (RCCTE) publicado pelo Decreto-Lei nº 80/2006, de 4 de Abril.

Numa perspectiva complementar, a Domótica vem simplificar o quotidiano das pessoas. O

projecto de domótica apresenta um conjunto de soluções tecnológicas que tornarão a moradia

num espaço de lazer, com os respectivos requisitos de segurança, conforto e comunicação.

O conforto e a segurança das pessoas também passam pela eficácia na alimentação dos

equipamentos tecnológicos e dos aparelhos electrodomésticos e por conseguinte pela

protecção das pessoas e equipamentos. O projecto de instalações eléctricas define as

instalações de utilização da moradia tendo em vista o conforto e a segurança dos utilizadores.

Por sua vez, para responder ao nível de exigência imposto à comunicação, o projecto de

Infraestruturas de Telecomunicações em Edifícios (ITED) apresenta infra-estruturas de

telecomunicações modernas, fiáveis e adaptadas ao serviço de operadores públicos. O

projecto de ITED baseia-se no Manual ITED (2ª Edição) que tem em atenção a realidade do

país e os desenvolvimentos europeus em matéria de telecomunicações.

Para a avaliar a viabilidade económica do projecto de aquecimento de ambiente através de um

sistema solar térmico, efectuou-se um estudo económico do sistema utilizando o indicador

tempo retorno do investimento, o qual indica o tempo que o proprietário levará a recuperar

2

capital investido no sistema [1]. Procedeu-se também a uma avaliação em termos técnicos,

isto é, elaborou-se um estudo do desempenho do sistema onde se verifica o aproveitamento da

energia captada pelos colectores.

1.1 Descrição da moradia

Os sistemas e instalações projectados dizem respeito a uma moradia unifamiliar constituída

por dois pisos sendo o piso 0 do tipo T3 composto por três quartos, duas salas, uma cozinha,

uma garagem, uma lavandaria, um economato, uma despensa, um escritório e quatro casas de

banho. Por sua vez, o piso 1 é constituído por um quarto e um varandim (ver peças

desenhadas nº 1, anexo 1). A moradia encontra-se implantada em Lagoa das Talas, na

freguesia de Turquel, concelho de Alcobaça, a uma altitude aproximada de 42 metros [2]. A

moradia foi concluída em 2010, pelo que face aos regulamentos tem de respeitar os requisitos

mínimos impostos no que diz respeito aos elementos da envolvente de edifícios novos. A

fachada principal da moradia encontra-se orientada a norte.

As características construtivas da moradia e climatologia do local são apresentados nos

anexos 2 e 3, respectivamente.

3

2 Aquecimento ambiente

No Inverno, a energia térmica necessária para um edifício proporcionar aos seus utilizadores

condições de conforto térmico é determinada através do cálculo das cargas térmicas de

aquecimento, as quais servirão de base para a selecção de todo o equipamento a instalar.

Para que o sistema de aquecimento escolhido siga as directrizes do Sistema Nacional de

Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior (SCE) – Decreto-Lei nº 78/2006 de 4 de

Abril, foi aplicado à moradia o Regulamento das Características de Comportamento Térmico

dos Edifícios (RCCTE) – Decreto-Lei nº 80/2006 de 4 de Abril.

2.1 Sistema de aquecimento

A vivenda será aquecida através de piso radiante, sendo a fonte de calor constituída por

colectores solares instalados na cobertura (ver peças desenhadas nº 2, anexo 1). O período de

aquecimento ambiente decorre entre os meses de Outubro e Abril, sendo que nos restantes

meses, de Maio a Setembro, a energia produzida será dissipada para a piscina através de um

permutador de placas, o qual separa hidraulicamente o circuito solar de aquecimento ambiente

do circuito de aquecimento da piscina.

No entanto, serão estudadas hipóteses alternativas de sistemas de aquecimento de forma a

determinar qual o sistema técnica e economicamente mais viável utilizar para tal aplicação.

A moradia encontra-se localizada numa zona do continente pertencente à zona climática I2 e

V1 [3]. As condições nominais de temperatura exterior de projecto para uma probabilidade

acumulada de ocorrência de 2,5%, indicadas no Decreto-Lei nº 118, de 7 de Maio de 1998,

em alternativa as indicadas na publicação “Temperaturas Exteriores de Projecto e Números de

Graus-Dias”, do “LNEC” e do “IM”, são as seguintes [4]:

- Temperatura (bolbo seco) exterior de projecto para Inverno……… 0 ºC

- Temperatura (bolbo seco - �bs) exterior de projecto para Verão…. 28 ºC

No anexo A da norma EN 12831, de Março de 2003, vêm indicadas as temperaturas interiores

de projecto que deverão ser adoptadas para vários tipos de espaços, em função do grau de

conforto térmico pretendido. Para este caso adoptou-se as seguintes:

4

Tabela 2.1 Temperatura interior de projecto em função do espaço da moradia

Espaço

Temperatura de bolbo seco Inverno

Sala, cozinha, quartos e escritório 20ºC Casas de banho 24ºC

Para efectuar os cálculos das cargas térmicas, é necessário proceder ao levantamento das

dimensões dos elementos da envolvente da moradia. Recorreu-se assim à planta,

apresentando-se no anexo 4 o levantamento e os cálculos correspondentes.

É também necessário conhecer os coeficientes de transmissão térmica superficial (U) dos

elementos da envolvente, cujo cálculo se encontra no anexo 5 e para o qual foram

consideradas as características construtivas indicadas no anexo 2. O valor do coeficiente U

para as janelas foi obtido na publicação ITE-50 do LNEC.

2.2 Ventilação

A ventilação dos espaços que constituem a vivenda será feita de forma natural, isto é, sem

recurso a meios de ventilação mecânica, excepto na cozinha que possuirá um exaustor.

A moradia, com uma classe de exposição 2, não cumpre a norma NP 1037-1, pois para além

de possuir um exaustor na cozinha, as fachadas possuirão aberturas não auto-reguláveis. As

portas exteriores serão bem vedadas e a área de envidraçados é superior a 15% da área útil de

pavimento.

2.3 Águas quentes sanitárias

O aquecimento de águas sanitárias será feito através de uma caldeira mural a gás (com

isolamento térmico de espessura entre 50 e 100 mm, com rede interna de distribuição com

pelo menos 10 mm de isolamento térmico) e por um sistema de aquecimento de

aproveitamento da radiação solar por colectores solares planos.

5

2.4 Energia solar térmica

Serão utilizados colectores solares como fonte de calor para o aquecimento ambiente e AQS.

Como foi referido os colectores solares são a primeira hipótese para o aquecimento. Serão

estudadas hipóteses alternativase, caso se conclua que o sistema solar não é viável, os

colectores servirão apenas para a produção de AQS, análise que será feita no capítulo

seguinte.

2.5 Cargas térmicas de aquecimento1

A carga térmica de aquecimento de um local é a taxa à qual o calor deve ser fornecido para

manter a temperatura do ar desse local constante e no nível pretendido [3].

Na determinação da carga térmica de aquecimento não são considerados os ganhos de calor,

tais como os ganhos solares ou os ganhos devidos à ocupação (pessoas), por terem um

carácter aleatório [3,5].

Assim, as perdas de calor a considerar são classificadas da seguinte forma:

a) - Calor transferido através da envolvente exterior (paredes, janelas, portas, tectos e

pavimentos);

b) - Calor transferido através da envolvente interior com outros locais não aquecidos e/ou

aquecidos a temperaturas inferiores (paredes, divisórias, portas, tectos e pavimentos);

c) - Calor transferido através da entrada de ar por infiltração e/ou ventilação;

d) - Outras perdas de calor.

2.5.1 Perdas de calor por condução através da envolvente

As perdas de calor por transmissão através dos elementos da envolvente (paredes, janelas,

pavimentos, tectos e portas) são devidas à diferença de temperatura entre o interior e o

exterior e resultam da soma das cinco parcelas seguintes [3]:

1 Todos os cálculos das cargas térmicas de aquecimentos estão apresentados nas folhas anexas 4.

6

Qt = Qext + Qlna + Qltd + Qpe + Qpt (2.1)

em que: Qext – perdas pelos elementos em contacto com o exterior, [W);

Qlna – perdas pelos elementos em contacto com espaços não aquecidos, [W];

Qltd – perdas ou ganhos pelos elementos em contacto com espaços adjacentes aquecidos a

temperatura diferente, [W];

Qpe – perdas pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo, [W];

Qpt – perdas pelas pontes térmicas existentes na envolvente do espaço aquecido, [W];

2.5.1.1 Perdas pelos elementos em contacto com o exterior

As perdas de calor de cada espaço aquecido para o ambiente exterior através das paredes,

coberturas e pavimentos exteriores, suas pontes térmicas planas e envidraçados, determinam-

se pela seguinte equação [3]:

Qext,n = [W] (2.2)

em que:

Ak - é a área [m2] do elemento k do espaço n aquecido, em contacto com o exterior;

Uk - é o coeficiente global de transmissão térmica superficial [W/m2.ºC] do elemento k da

envolvente;

- é a temperatura [ºC] interior do espaço aquecido n;

- é a temperatura [ºC] exterior de projecto;

2.5.1.2 Perdas pelos elementos em contacto com espaços não aquecidos

As perdas de calor pelas paredes, tectos, pavimentos e envidraçados, que separam o espaço

aquecido de um espaço não aquecido (por exemplo: arrecadações, armazéns, garagens,

7

corredores ou escadas de acesso dentro do mesmo edifício, sótãos não habitados, etc.) são

calculadas através da seguinte equação [3]:

Qlna,n = [W] (2.3)

A temperatura do ar no local não aquecido (�a) terá um valor intermédio entre a temperatura

dos locais aquecidos envolventes e a temperatura exterior. O RCCTE admite que �a toma o

valor resultante da seguinte equação [3]:

(2.4)

Assim, a equação das perdas de calor para os espaços não aquecidos é:

Qlna,n = [W] (2.5) O regulamento admite ainda que o valor de � toma os valores indicados na tabela IV.1 (do

RCCTE).

Neste caso os espaços anexos não aquecidos são a lavandaria, o economato e o sótão não

habitado sobre as instalações sanitárias, a cozinha, a sala e os quartos, para os quais os

coeficientes � são apresentados no anexo 4.

2.5.1.3 Perdas ou ganhos pelos elementos em contacto com espaços

adjacentes aquecidos a temperatura diferentes

Quando há um compartimento adjacente (x) aquecido a uma temperatura diferente do espaço

aquecido (n) existe transferência de calor de um para o outro – perda ou ganho de calor

consoante a temperatura do espaço adjacente é inferior ou superior à do local em estudo. O

calor transferido é dado por [3]:

Qltd,n = [W] (2.6) em que é a temperatura [ºC] do espaço adjacente;

8

Neste caso as casas de banho apresentam uma temperatura de 24 ºC, enquanto que os

restantes espaços anexos (cozinha, quartos, corredor e sala2) estão a 20 ºC. Sendo assim

haverá transferência de calor das casas de banho para estes espaços anexos, isto é, uma perda

de calor para as casas de banho e um ganho de calor para os espaços anexos.

2.5.1.4 Perdas pelas paredes e pavimentos em contacto com o solo

O RCCTE trata as perdas de calor através de pavimentos e de paredes em contacto com o solo

como se fossem pontes térmicas lineares [3].

Assim, as perdas de calor calculam-se utilizando a seguinte equação:

Qpe,n = [W] (2.7)

em que:

- é o coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC] do elemento j, em contacto com o

solo2;

- é o comprimento total [m] do elemento j, medido pelo interior;

2.5.1.5 Perdas pelas pontes térmicas existentes na envolvente do espaço

aquecido

O RCCTE estabelece que deverão ser contabilizadas, pelo menos, as perdas de calor através

das pontes térmicas lineares indicadas na tabela IV.3 do regulamento.

Assim, as perdas de calor pelas pontes térmicas lineares calculam-se utilizando a seguinte

equação [3]:

2 Para perdas dos elementos em contacto com o solo o coeficiente é função da diferença de nível entre a face superior do pavimento e a cota do terreno exterior Z;

9

Qpt,n = [W] (2.8)

- é o coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC] da ponte térmica j;

- é o desenvolvimento linear (comprimento total) [m] da ponte térmica j, medido pelo

interior;

2.5.2 Perdas por ventilação

A potência calorífica necessária para aquecer um determinado caudal de ar de ventilação de

um espaço é dada por [3]:

Qra,n = �.cp.Vn .(�i,n − �atm ) 0,34.Vn .(�i,n − �atm ) [W] (2.9)

em que:

Qra.n– são os ganhos instantâneos de calor [W], por renovação de ar do espaço n;

Vn– é o caudal volumétrico [m3/h] de ar novo que entra no espaço interior n;

O caudal de ar novo de renovação depende da existência ou não de um sistema de ventilação

mecânica. Este caudal é muitas vezes expresso na forma do número de renovações horárias do

ar interior (Rph), isto é [3]:

Rph [h-1]· (2.10)

onde V representa o volume do espaço [m3].

A vivenda em estudo encontra-se localizada na região A, na periferia da zona urbana

(rugosidade II) e tem uma cota média ao solo menor que 10 m [3].

Do Quadro IV.2 do RCCTE retira-se a informação que a classe de exposição ao vento da

fachada da vivenda é “Exp.2”.

O sistema de ventilação da vivenda integra apenas o exaustor da cozinha sendo os restantes

espaços ventilados de uma forma natural. O exaustor da cozinha, por ter um funcionamento

esporádico, não é considerado.

10

De acordo com os dados obtidos dos quadros do RCCTE (Quadro IV.1 e Quadro IV.2)

obtém-se o valor de Rph (h-1) o qual neste caso será agravado de 0.1 uma vez que a área dos

envidraçados é superior a 15% da área útil do pavimento, conforme apresentado no anexo 4.

No entanto, como as portas exteriores são bem vedadas, este valor é reduzido de 0.05 [3].

2.5.3 Intermitência no aquecimento

De acordo com a norma EN 12831, de Março de 2003, para determinar a potência de

reaquecimento pode ser utilizado o método simplificado de acordo com a seguinte equação

[3]:

QR,n = An.fR (2.11)

em que:

An – é a área [m2] do pavimento do espaço aquecido n;

fR – é o factor de correcção [W/m2] que depende do tempo de reaquecimento e diminuição da

temperatura interior. Os valores considerados podem ser os indicados na Tabela 2,

apresentada no RCCTE.

Considerando uma diminuição de temperatura de 2 ºC durante o instante em que se desliga o

sistema ou se reduz a temperatura, uma inércia térmica forte (massa do edifício alta) e um

período de reaquecimento de 2 horas3, o factor de reaquecimento fR é de 11 W/m2 [3].

2.5.4 Cargas térmicas de aquecimento dos espaços

A carga térmica de cada espaço é a soma das perdas de calor determinadas anteriormente (por

transmissão, por ventilação e para reaquecimento):

Qaq,n= Qt,n+ Qra,n+ QR,n [W] (2.12)

3 O piso radiante tem um tempo de aquecimento elevado. Mas neste caso considera-se que o sistema não é desligado, ou seja, é mantida no mínimo.

11

Assim, a tabela 2.2 indica os valores de Qaq,n para cada espaço da vivenda.

Tabela 2.2 Cargas térmicas de aquecimento dos espaços

Espaço Qt,n Qra,n QR,n Qaq,n [W] [W] [W] [W]

Escritório 1760,753 701,023 437,25 2899,026 Piso.1 1857,288 820,608 561,5115 3239,408 Sala.2 482,325 548,32 222,86 1253,505

Cozinha 2362,348 951,051 571,23 3884,629 Sala.1 1991,397 1021,103 636,9 3649,4

Quarto.1 984,22 409,32 234,85 1628,39 Quarto.2 343,249 255,481 153,45 752,18 Quarto.3 499,023 255,481 153,45 907,954 Corredor 1349,135 334,598 200,97 1884,703

IS.1 497,927 21,317 64,02 583,264 IS.2 682,803 36,628 110 829,431 IS.3 489,731 21,39 64,24 575,361 IS.4 333,436 9,981 31,13 374,547

2.5.5 Carga térmica de aquecimento da moradia

A carga térmica de aquecimento da moradia será a soma das cargas térmicas dos espaços

aquecidos:

Qaq= (2.13)

Neste caso a moradia necessitará de uma carga térmica de, aproximadamente, 23 kW.

2.6 Necessidade de energia primária

O RCCTE disponibiliza folhas de cálculo para determinação das necessidades de energia para

aquecimento e arrefecimento4 de um edifício (ver Anexo 6). Para esta moradia as

necessidades brutas de aquecimento são de 39924,91 kWh/ano.

4 Não é âmbito deste projecto o cálculo das cargas de arrefecimento, pelo que não foi preenchido as folhas que dizem respeito a este tema.

12

Na determinação da necessidade de aquecimento, as folhas do RCCTE consideram os ganhos

úteis de energia. Como já foi referido, não se vai entrar com esta parcela uma vez que ela

apresenta um carácter aleatório, sendo só consideradas as necessidades brutas.

2.7 Piso radiante

Os sistemas de pavimento radiante utilizam tubos de polietileno reticulado embebidos na

camada de regularização dos pavimentos, por onde se faz passar água aquecida no Inverno e,

eventualmente, água arrefecida no Verão [6].

Estes sistemas são sobretudo vantajosos para aquecimento porque proporcionam uma

distribuição de temperaturas no espaço aquecido muito próxima da ideal, com valores

ligeiramente mais elevados junto ao pavimento e ligeiramente mais baixos nas camadas

superiores [6], Acresce que não levantam problemas estéticos ou de colocação do mobiliário

como acontece, por exemplo, com a instalação dos radiadores.

A temperatura superficial do pavimento não deverá superar os 28 ºC (ou até um pouco menos)

de forma a evitar o agravamento ou o aparecimento de varizes nas pernas dos ocupantes [5,6].

2.7.1 Localização dos colectores e projecto dos circuitos

Neste caso serão utilizados dois coletores5, um que servirá o piso 0 (instalado na parte central

do corredor), com 11 circuitos, e outro destinado ao piso 1, com apenas 1 circuito.

Cada local será aquecido por circuitos independentes de forma a permitir a regulação

autónoma da temperatura de cada espaço.

No dimensionamento de piso radiante o primeiro cálculo a efectuar consiste na determinação

do comprimento (C) de cada circuito, obtido através da seguinte equação [6]:

[m] (2.14)

5 Cada colector pode ter no máximo 12 circuitos

13

em que:

A = é a Área a aquecer coberta pelo circuito [m2];

e = Espaçamento entre tubos6 [m];

l = Distância entre o colector e a área a aquecer [m];

Nota: Os cálculos referentes ao piso radiante são apresentados no Anexo 4.

2.7.1.1 Temperaturas superficiais máximas e temperatura da água de

impulsão

Pelos motivos já expostos, é conveniente que a temperatura média superficial do pavimento

não seja superior a 28°C.

A partir do gráfico7, disponibilizado no catálogo da Uponor8 é possível determinar as

temperaturas máximas superficiais do pavimento s [ºC] em função de Qaq,n [W/m2] e de i

[ºC], de cada espaço considerando a diferença de temperatura de 10ºC [6].

Para as casas de banho as temperaturas superficiais máximas consideradas corresponderam ao

valor máximo aconselhável (28ºC), uma vez que o gráfico não contém a curva de i superior a

21ºC. A diferença de temperatura entre a impulsão da água e o retorno fixa-se em 10ºC [6].

O valor da temperatura média da água nos tubos emissores ma [ºC] depende da transmissão

térmica do local Qaq,n [W/m2], da temperatura interior de projecto i [ºC] e do coeficiente de

transmissão térmica U,n [W/m2 ºC]), segundo a expressão [6]:

Qaq,n = U,n*[ ma - i] [W/m2] (2.15)

O coeficiente U,n, diz respeito às camadas sobre os tubos.

6 De acordo com o catálogo da Uponor para o sistema tradicional, o qual foi escolhido, o espaçamento entre os

tubos será constante em toda a instalação e tem um valor de 20 cm. 7 Ver anexo 7. 8 A uponor é um fabricante pan-Europeu de sistemas de aquecimento e canalizações. Fazem o estudo, concepção

e instalação de pisos radiantes.

14

Neste caso a temperatura de impulsão da água será 40,51 ºC, que é a maior das temperaturas

de todos os circuitos. Por sua vez a temperatura de retorno será a diferença entre a

temperatura de impulsão e o gradiente térmico9, isto é 30,51 ºC.

2.7.2 Caudal de impulsão e montante da tubagem

O caudal da água através de um circuito de aquecimento por piso radiante é função da

potência térmica emitida, que se supõe ter um valor idêntico à carga térmica Qaq,n, e da

diferença de temperatura entre a impulsão e o retorno do circuito.

Sendo a diferença de temperatura constante e igual a 10 ºC, o caudal é função unicamente da

carga térmica segundo a expressão:

Qaq,n = m * Cp * ( imp - ret) [kcal/h] (2.16)

em que:

m – é o caudal de água [kg/h];

Cp – é o calor específico da água10 [1 kcal/kg ºC];

imp - ret – é a diferença de temperatura entre a impulsão e o retorno;

Em Qaq,n, tem que se considerar a potência térmica emitida por cada circuito, incluindo a

emitida nos trajectos desde o local aquecido até ao colector [6].

As cabeças electrotérmicas constituem dispositivos de controlo e, graças ao seu ciclo de

abertura e fecho, permitem a passagem do caudal calculado. Desta forma é possível efectuar a

regulação de cada local de forma independente [6].

Para o cálculo da rede de tubos de ligação, entre o local de impulsão e os colectores, é

necessário conhecer o caudal em circulação em cada ramal [6].

9 É a diferença de temperatura entre a água de impulsão e retorno. 10 A carga térmica vem expressa em W pelo que será feita a conversão de cal/h para W através da seguinte

correlação: 1cal/h = 1,16*10-3 W

15

Uma vez conhecido este dado, introduz-se no gráfico de perdas de carga11 e selecciona-se as

dimensões dos tubos de acordo com o limite de perda de carga linear, que normalmente se

fixa em 0.2 kPa/m [6].

Neste caso o tubo de distribuição desde o local de impulsão até o colector do piso 0 será do

tipo wirsbo – evalpex 50 x 4.9, o qual proporcionará uma perda de carga de 0.06 kPa/m. Para

o piso 1, será feita uma derivação do tubo do piso 0 (evalpex 50 x 4.9) com um tubo wirsbo –

evalpex 16 x 1.9, que proporciona uma perda de carga de 0.0775 kPa/m.

Os tubos de distribuição dos colectores até os espaços a aquecer serão do tipo wirsbo –

evalpex 16 x 1.9.

2.7.3 Perda de carga e grupo de impulsão

Através do esquema da instalação determina-se a perda de carga desta, a qual será a maior

entre as perdas de carga de todos os traçados possíveis que a água pode seguir, desde o grupo

de impulsão até ao de retorno do circulador [6]. As perdas de carga em circuitos emissores,

desde a fonte de calor até os colectores e tubos de distribuição obtêm-se através dos gráficos

de perdas de carga apresentados no Anexo 7. As perdas de carga nos tubos do trajecto mais

desfavorável devem ser somadas às perdas singulares: colectores, joelhos, derivações em tês,

válvulas, etc [6].

Neste caso a maior perda de carga será o do circuito da sala, com 59.34 kPa.

Adicionando as perdas de carga dos acessórios12 e dos tubos de distribuição do grupo de

impulsão - colector, tem-se uma perda de carga total de 65.35 kPa.

O grupo de impulsão, ao misturar a água de retorno do chão radiante e da impulsão do

depósito, garante uma temperatura de impulsão correcta aos colectores [6].

11 Disponibilizado nos anexos do catálogo da Uponor (anexo 7). 12 Foram considerados os acessórios mais prováveis de pertencerem ao circuito, embora na realidade possa ter

mais ou menos acessórios. No entanto, não deve interferir de uma forma significativa no resultado, uma vez que

esses acessórios não proporcionam grandes perdas de carga.

As perdas de carga dos acessórios foram determinadas conforme o anexo do catálogo da Uponor apresentado no

Anexo 7.

16

A selecção da bomba é feita tendo em conta a perda de carga da instalação mais desfavorável

e o caudal total da instalação (Q= 1,593 m3/h; H= 6,535 m).

A bomba adequada para o grupo de impulsão será uma bomba com referência UPS 32-120 F

cuja curva característica é apresentado no anexo 8.

O grupo de impulsão possuirá um sistema de compensação da temperatura exterior composto

por central de regulação, sonda exterior, sonda interior e sonda de impulsão. A central, para

além de comandar o motor térmico que acciona a válvula de duas vias, controla ainda o

circulador de modo a serem automatizados o seu funcionamento e paragens, e contra o

bloqueio e congelação da água [6].

Quando se trata de piso radiante, outro passo importante é o balanceamento dos circuitos, isto

é, o cálculo do equilíbrio da válvula misturadora. A válvula misturadora divide a instalação

num circuito primário (a partir do gerador de calor) e num circuito secundário (a partir da

válvula misturadora até aos circuitos) [6]. O coeficiente de equilíbrio (Kv) do grupo de

impulsão entre primário e secundário é dado pela seguinte expressão:

Kv = Ci / �P (2.17)

em que:

Ci – é o caudal no primário [m3/h] = Qaq,n/� i;

Qaq,n – é a potência térmica instalada [kcal/h] = mt* Cp * ( imp - ret);

mt – é o caudal total de água expulsado pelo secundário [kg/h];

Cp – é o calor específico da água [1 kcal / kg ºC]

� i – é o salto da temperatura pelo primário [ºC];

P – é a pressão disponível no primário [bar];

A temperatura de retorno do piso radiante calculada é de 30.76 ºC.

Admite-se que a temperatura de impulsão de água a partir do grupo de bombagem do depósito

acumulador é de 60ºC.

Com estes dados � i = 60 – 30.51 = 29.48 ºC, pelo que o valor de Ci é igual a 0.5405 m3/h

(0.15 l/s)

17

O Kv depende da pressão disponível no primário e do caudal impulsionado [6]. Para este caso

prático tem-se uma P = 80 kPa (0.8 bar)13, pelo que Kv = 0.604.

2.8 Fonte de calor

Como já foi referido anteriormente, o aquecimento da água que circulará nos tubos do piso

radiante será efectuado através de colectores solares complementado por um equipamento de

apoio quando a radiação solar for insuficiente.

Cobrindo completamente o telhado da fachada sul com colectores solares FKT- 1S, tem-se

um total de 13 colectores de 2.25 m2 cada (ver peças desenhadas nº 2, Anexo 1).

O cálculo da potência fornecida pelos colectores foi feito para os meses de aquecimento, (6.3

meses, conforme indicado no RCCTE para a zona em questão (I2)), isto é, considera-se que a

estação de aquecimento está compreendida entre os meses de Outubro e Abril. A potência útil

dos colectores é calculada através da equação [7]:

Pu= Ac* [Ig *F´(�.�) – F´.UL(Tf-Ta)] [W] (2.18) em que: Ac – é a área útil do colector, [m2];

Ig – radiação global incidente sobre o colector, [Wh/m2];

F´(�.�) – rendimento óptico do colector;

F´.UL – perdas térmicas, [W/m2 K], depende do tipo de colector

Ta – temperatura do ar, [ºC];

Tf - é a temperatura média do fluído, entre a entrada e a saída do colector, [K], dada pela

seguinte expressão: Tf = (Tfe+Tfs)/2, em que Tfe e Tfs representam as temperaturas do fluído

de entrada e saída do coletor respectivamente14 .

13 Esta pressão é referente à pressão disponível pelo grupo de impulsão AGS 20. 14 Tfe é considerada a temperatura da água da rede (15ºC)

18

2.8.1 Cálculo e dimensionamento do sistema solar

Para efeito de selecção de equipamentos para o sistema de aquecimento de água, considerou-

se os seguintes pressupostos:

Tabela 2.3. Dados e Pressupostos

Localização Tipo de

cobertura

Inclinação dos

colectores

Temperatura de

acumulação

Temperatura de

impulsão

Alcobaça Inclinada 38º Azimute sul 60 ºC 40,51 ºC

Temperatura da

rede AFS

Caudal no

primário

Nº de

colectores

Modelo Área de

capitação

Necessidade

anual

15 ºC 650 l 13 FKT -1S 29, 25 m2 39924.91 kWh

De acordo com estes dados, os parâmetros de cálculo e dimensionamento do equipamento são

os seguintes:

Energia solar anual produzida15 = 14645.51 kWh;

Produtividade: 500,701 [kWh /m2 colector];

2.8.2 Apoio convencional e acumulação de água quente

O apoio convencional foi dimensionado considerando o mês de menor insolação, o qual,

conforme os dados obtidos do software SolTerm (ver Anexo 3), corresponde ao mês de

Dezembro com uma irradiação de 1.8 kWh/m2 e 9.46 horas de sol sendo de 190,27 W/m2 de

radiação global diária incidente sobre o colector. Isto é, neste mês os colectores solares

fornecerão diariamente 2646.853 W e o apoio terá de fornecer os restantes 20178,5 W.��

Será utilizada como apoio convencional uma caldeira mural a gás. �

A acumulação de água quente será feita através de um depósito de acumulação solar de dupla

camisa. Este depósito armazena na camisa interna o AQS, e na camisa exterior a água para o 15 Este valor diz respeito aos 6 meses de estação de aquecimento.

19

aquecimento ambiente. A camisa interna deverá ter vitrificação a quente do seu interior de

forma a assegurar as condições de higiene recomendadas para AQS de consumo. Para o

funcionamento deste sistema solar será necessário prever um volume de acumulação que, face

ao consumo diário estimado de AQS e do piso radiante, optimiza o rendimento da instalação

solar, reduzindo o consumo da energia de apoio.

O modelo adoptado apresenta 750 litros de capacidade útil.

2.8.3 Grupo de circulação e tubagem do circuito hidráulico

O grupo de circulação forçada terá de vencer as perdas de carga decorrente da resistência à

circulação do fluido solar no circuito hidráulico. Esta perda de carga deverá ser verificada

com base nos traçados finais da tubagem.

A estação solar adequada para o número de colectores em causa será o grupo AGS 20 o qual

inclui todos os componentes hidráulicos do grupo de circulação já instalados numa caixa

isoladora, facilitando uma instalação mais rápida, logo mais económica e correcta.

O circuito hidráulico deverá garantir o transporte da energia solar térmica de forma eficiente.

Para tal será necessário assegurar velocidades de circulação e perdas de carga adequadas, bem

como dimensionar o vaso de expansão de forma a proteger a instalação das dilatações

decorrentes do aquecimento do fluido solar. Assim evita-se que a válvula de segurança actue

frequentemente, o que originaria intervenções de reparação indesejadas.

Para uma perda de carga reduzida na tubagem do circuito solar é aconselhado um diâmetro de

tubagem que permita obter uma velocidade de escoamento entre 0,5 m/s e 2 m/s [8].

O vaso de expansão será do tipo SAG80, com 80 litros de capacidade útil unitária, evitando a

actuação da válvula de segurança e consequente perda de líquido solar. O número de vasos de

expansão necessários dependerá do traçado final do circuito primário solar e

consequentemente do volume de líquido na tubagem, pelo que deverá ser verificado

posteriormente o volume adequado.

2.8.4 Central de controlo solar

Como se pretende controlar o funcionamento do circuito de aquecimento do piso radiante,

AQS e dissipação para a piscina, o controlador será o B-Sol 300. Este controlador permite a

gestão do funcionamento do grupo de circulação em função da medição diferencial dos pontos

20

de maior e menor temperatura do circuito e adicionalmente controla a actuação de uma

válvula desviadora para o circuito de dissipação de calor.

2.8.5 Dissipação para a piscina

Para permitir a dissipação para a água da piscina do excedente de energia captada, será

necessário definir dois circuitos hidráulicos independentes, alimentados pelo mesmo grupo de

colectores solares:

- Circuito 1: responsável pelo aquecimento da água para o aquecimento de ambiente e AQS

(circuito prioritário);

- Circuito 2: responsável pela dissipação para a piscina nos períodos em que não é efectuado o

aquecimento de ambiente (circuito secundário).

A transferência de calor para a piscina será através de um permutador de placas. Dada a

dimensão do sistema solar térmico, o permutador de placas deverá apresentar uma potência de

permuta de referência de 11 kW (ver Anexo 9).

2.9 Avaliação técnica e económica do sistema

Como já foi referido, o sistema foi dimensionado considerando como energia primária a

energia solar. Nesta secção procede-se a um estudo técnico e económico deste sistema,

comparando com outras soluções de aquecimento.

A avaliação económica é uma componente importante de qualquer projecto, pois indica a

compensação ou não do investimento num determinado sistema. No entanto, há que ter em

conta que a decisão final cabe sempre ao proprietário, funcionando assim a avaliação

económica apenas como um indicador.

A avaliação económica deste sistema será feita através do indicador de tempo de retorno de

investimento, o qual traduz o tempo em que o investidor recupera o capital investido [1].

O tempo de retorno do investimento depende do custo total do sistema, o qual inclui o

investimento total, o custo de transporte, o custo da instalação do sistema e da redução de

custos proporcionado ou conseguido com o sistema solar.

21

Outro factor importante a ter em conta é a vida útil do equipamento, visto este ser o ponto a

partir do qual se consegue saber a viabilidade do investimento. Neste caso vai-se considerar

que os colectores solares têm uma vida útil de 18 anos.

- Custo total �

Investimento total inicial16 – 17000 "

Transporte + instalação – 20% do investimento = 3400 "

Custo total = 20300 "�

- Redução de custos A redução de custos neste caso é dada pelo custo da energia produzida pelos colectores

solares (custo que teria de ser suportado se fosse utilizado a energia convencional).

Será feito o estudo comparando colectores solares com uma caldeira mural a gás butano e a

gás natural. Assim:

- Energia anual produzida pelos colectores – 14645,51 kWh/ano

- Necessidade anual de energia – 39924,91 kWh/ano

- Energia anual fornecida pelo apoio – 25279,4 kWh/ano

O gás butano e o gás natural apresentam, respectivamente, um PCI de 12,2 kWh/m3 e 10,5

kWh/m3. Assim se fosse utilizado energia convencional em vez de colectores solares seria

necessário, 1200,45 m3/ano de gás butano e 1394,81 m3/ano de gás natural.

Assim, os custos inerentes a cada solução são:

- Redução de custo de energia em relação a gás butano17 – 1656,62 �/ano;

- Redução de custo de energia em relação a gás natural18 – 1185,59 �/ano;

- Custo da energia fornecida pelo apoio (caldeira a gás natural) – 2046,43 �/ano

- Custo da energia fornecida pelo apoio (caldeira a gás butano) – 2860 �/ano 16 A lista de medições é apresentada no anexo 12. O resultado da soma da lista de medições, foi arredondado

para 17000 uma vez que podem faltar alguns acessórios. 17 Preço do gás butano = 1,38 "#� $

��

18 Preço do gás natural =0,85"#� $

22

2.9.1 Tempo de retorno de investimento

O tempo de retorno do investimento é dado pela relação entre o custo total e a redução de

custos [1]. Assim, o tempo de retorno de investimento de um sistema solar comparado com

um sistema convencional a gás butano e a gás natural será de 12 anos e 17 anos,

respectivamente.

Conclui-se que comparado com um sistema de aquecimento utilizando uma caldeira a gás

natural o tempo de retorno é muito maior, dado o menor preço do gás natural. A figura 2.3

mostra o cenário da evolução de custos durante os 18 anos de vida útil dos colectores solares,

utilizando os sistemas: colectores solares, caldeira a gás butano e a gás natural. Foi

considerado a substituição/reparação de alguns equipamentos ao fim de dez anos de

actividade com um custo equivalente a 10% do investimento inicial. No que diz respeito aos

sistemas convencionais, foi considerado um aumento de preço dos combustíveis de 2% ao

ano. Na Figura 2.4.faz-se a comparação do custo total dos sistemas ao fim de dezoito anos

Figura 2.1.Comparação de custos entre energia solar + apoio e energia convencional

23

Figura 2.2.Total de custos dos sistemas durante 18 anos

2.10 Observação final

Relativamente ao cenário apresentado sobre 18 anos, pode-se dizer que realmente existe a

redução de custos utilizando colectores solares, principalmente se o apoio for a gás natural.

No entanto não se pode deixar de lado o tempo de retorno do investimento o qual é elevado,

principalmente comparado com o gás natural.

Considerando os aspectos económicos na opção pelo gás butano, o investimento pode ser

compensador uma vez que o custo suportado pelo sistema solar + apoio (gás butano) é quase

menos de metade que o custo suportado pelo sistema convencional, e com a recuperação do

investimento o utilizador teria mais 6 anos para usufruir do sistema.

Em relação ao gás natural, claramente o investimento não será compensador, porque, embora

o sistema solar introduza uma redução de custo notável, o tempo de retorno é quase

praticamente igual ao tempo de vida útil dos colectores, o que quer dizer que o utilizador não

terá vantagem nenhuma em apostar nesse sistema.

24

A figura seguinte mostra o desempenho dos colectores solares utilizando a piscina como

dissipador de energia.

Figura 2.3. Comparação entre as necessidades da piscina e a potência fornecida pelos colectores

Embora os colectores solares possam ser utilizados para o aquecimento da piscina verifica-se

que existe muito desperdício da energia. De facto a piscina necessita apenas de 7 colectores

para que as suas necessidades sejam supridas no mês menos favorável (Maio), (ver Anexo 9).

Assim a utilização de colectores solares para o aquecimento de ambiente pode não se traduzir

num sistema viável economicamente.

Tecnicamente a energia fornecida pelos colectores solares fica muito aquém da necessidade

total (figura 2.6), o que se traduz numa grande quantidade de energia convencional de apoio.

Por outro lado, mesmo sendo utilizado a piscina como um dissipador nos meses em que não

se aquece a moradia, existe muito desperdício de energia, quase o equivalente à energia

fornecida pelos colectores (figura 2.5). Este desperdício resulta do facto de se tratar de uma

piscina exterior não coberta, a qual nestas alturas a radiação solar existente pode ser o

suficiente para manter a água numa temperatura confortável.

Outro aspecto técnico importante a ser avaliado é o desempenho do sistema ao longo dos 18

anos. Apesar de não ter sido considerado aquando da comparação dos custos, o desempenho

do sistema após a recuperação do investimento, comparado com o gás butano, não será o

25

mesmo que inicialmente, o que se traduz em mais energia de apoio, logo mais custos

adicionais.

Figura 2.4. Comparação entre a energia necessária para o aquecimento de ambiente e a energia

fornecida pelos colectores solares

Economicamente, comparado com a energia convencional a gás natural, o tempo de retorno

do investimento num sistema solar para aquecimento do ambiente é muito elevado e a

diferença de custo da energia durante o tempo útil de vida dos colectores não é significativa,

como se pode constatar no gráfico seguinte (Figura 2. 7).

Figura 2.5. Comparação anual entre os custos de energia convencional gás natural e energia fornecida

pelo apoio dos colectores solares

26

Assim, como já foi referido, do ponto de vista económico, a utilização de um sistema solar

para o aquecimento de ambiente não se traduz num investimento viável, sendo então uma

caldeira mural a gás o sistema recomendável.

27

3 Sistema solar térmico para preparação de

Água Quente Sanitária (AQS)

Neste capítulo descreve-se um sistema solar exclusivo para preparação de AQS. Ao contrário

do que foi concluído no capítulo anterior, a utilização de colectores solares para a produção de

AQS não só é bastante rentável em termos energéticos como também se traduz num

investimento compensador, como se pode verificar no relatório económico da SolTerm

apresentado no Anexo 10.

Os colectores solares captam a energia proveniente da radiação solar sendo essa energia

armazenada em depósitos acumuladores que alimentam a rede de distribuição de AQS. Desta

forma assegura-se uma economia na utilização do sistema convencional de apoio, que fica

reservado para complemento de energia na preparação de AQS, quando a radiação solar

disponível não for suficiente.

3.1 Equipamentos integrantes do sistema

O sistema solar térmico para produção de AQS tem como equipamento base: colectores

solares, componentes hidráulicos, acumulador, sistema de apoio e central de controlo.

3.1.1 Instalação dos colectores

Serão instalados, no telhado virado a sul (ver peças desenhadas nº 3, anexo 1), uma fila de

dois colectores planos distribuídos por uma bateria com uma inclinação de 38º. A correcta

inclinação dos colectores é muito importante porque a sua capacidade de captarem mais ou

menos radiação solar depende desta.

Os colectores devem incorporar os acessórios hidráulicos necessários para garantir o

equilíbrio hidráulico, assegurando um rendimento adequado e protegendo a instalação. A

energia será transferida para o fluido solar, que deverá conter as proporções de água e dos

inibidores de corrosão adequados, bem como de anticongelante (glicol) de acordo com as

temperaturas mínimas registadas no local, de modo a proteger convenientemente a instalação

28

hidráulica.

3.1.2 Circuito hidráulico solar

O circuito primário onde circula o fluido solar que transporta a energia será em anel fechado,

com retorno à bateria de colectores solares. Deverão ser contemplados os correspondentes

grupo de circulação e de segurança, assegurando assim o bom funcionamento da instalação.

A tubagem, com isolamento térmico, e acessórios hidráulicos deverão estar preparados para

funcionar correctamente no campo das temperaturas máximas a que o circuito hidráulico

estará sujeito.

3.1.3 Grupo de circulação e tubagem do circuito hidráulico

O grupo de circulação e a tubagem do circuito hidráulico devem obedecer ao exposto na

secção 2.9.3, sendo o grupo de circulação forçada adequado o AGS 5 equipado com vaso de

expansão da gama 555, com 8 litros de capacidade útil unitária.

Tal como na situação anterior apresenta-se somente um valor provisório do volume dos vasos

de expansão, que necessita de ser confirmado após o traçado final dos circuitos.

3.1.4 Acumulação e produção de AQS

Para a energia solar contribuir para a produção de AQS será necessário prever um depósito de

acumulação central, com um volume de acumulação proporcional ao consumo diário

estimado19 de AQS. O sistema solar optimiza as trocas de calor para a AQS, pois recebe a

água fria da rede, fornecendo-lhe a energia captada nos colectores. Consegue-se deste modo

um aproveitamento máximo do rendimento do sistema solar térmico.

Deve ser utilizado um depósito de permutador interno de serpentina simples, com vitrificação

a quente do seu interior de forma a assegurar as condições de higiene recomendadas para

19 De acordo com o RCCTE, O consumo de referência de água quente sanitária para utilização em edifícios de habitação é de 40 litros de água quente a 60°C por pessoa e por dia. Para este caso, tratando-se de um T3, considerou que a moradia é habitada por 4 pessoas o que equivale a ter um consumo de 160 litros de água a 60ºC por dia.

29

AQS de consumo.

3.1.5 Sistema de apoio convencional

Como o sistema solar térmico está sempre dependente das condições de radiação disponíveis,

será necessário prever um sistema convencional de apoio para produção de AQS. Este sistema

baseia-se numa caldeira associada ao depósito de acumulação instalado em série com o

circuito de abastecimento de AQS, e entrará em funcionamento quando a energia solar não

estiver disponível ou for insuficiente.

O apoio funciona assim exclusivamente como complemento do sistema solar térmico,

recebendo a água quente do depósito solar e assegurando o fornecimento de AQS,

independentemente da radiação solar disponível, sem interrupções nem oscilações de

temperatura e de conforto para os utilizadores. No âmbito da regulamentação em vigor,

optimizam-se assim as emissões de gases com efeito estufa associadas aos consumos de

energia convencional, melhorando a classificação energética do edifício.

3.1.6 Central de controlo solar

Para o controlo da gestão do funcionamento do grupo de circulação em função da medição

diferencial dos pontos de maior e menor temperatura do circuito solar, será utilizado o modelo

B-Sol 100. Este modelo inclui um visor com a informação das várias temperaturas do circuito

primário, o modo de funcionamento da instalação e a optimização do rendimento da mesma

por variação da velocidade de circulação de acordo com as condições de radiação existentes.

3.2 Cálculos e dimensionamento

Todos os cálculos e dimensionamento do sistema foram efectuados no software SolTerm. Os

resultados são apresentados no Anexo 10.

Os cálculos relativos ao dimensionamento das tubagens de distribuição de Água Fria Sanitária

(AFS) e AQS estão apresentados no anexo 11 e foram efectuados tendo em conta o Decreto-

lei nº 23/95 de 23 de Agosto.

30

Na tabela 3.1 apresenta-se uma síntese dos cálculos e dimensionamento do equipamento

necessário para o funcionamento do sistema solar térmico e o respectivo desempenho

energético.

Tabela 3.1. Dimensionamento dos equipamentos do sistema

Área de captação solar Nº de colectores 2 Esolar efectiva [kWh] 3049 Produtividade [kWh/(m² colector)] Caudal no circuito primário [l/h] 100 Área de captação [m2] 4.5 Área ocupada pelo campo [m2] 4,75 Acumulação AQS solar [l] 191 Sistema de apoio Tipo Caldeira20 Potência nominal [kW] 24

São apresentados nas peças desenhadas nº3 no Anexo 1 os esquemas e a rede de distribuição de AQS.

20 A caldeira servirá o AQS e o piso radiante;

31

4 Instalações eléctricas

O projecto de instalações eléctricas deve garantir fundamentalmente dois parâmetros: a

segurança das pessoas e bens e o conforto dos utilizadores. O primeiro é conseguido através

da protecção das pessoas contra choques eléctricos com a protecção de circuitos e

equipamentos contra sobreintensidades e sobretensões atmosféricas. O segundo consegue-se

através da flexibilidade e expansibilidade da instalação, isto é, a garantia da satisfação das

necessidades e conforto na completa fruição dos espaços e a garantia da eficácia de

alimentação de todos os aparelhos electrodomésticos de uso corrente e outros que venham a

ser identificados [9].

4.1 Características gerais da instalação

Foram projectadas as instalações de utilização da habitação, cujas especificações estão

descritas sumariamente nesta Memória Descritiva.

O dimensionamento dos principais elementos das referidas instalações foi efectuado tendo-se

em consideração as regulamentações em vigor, em especial, o disposto das Regras Técnicas

das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão (RTIEBT).

A alimentação trifásica (400V) será feita a partir da rede de distribuição pública de energia

eléctrica em baixa tensão.

4.2 Concepção das instalações

As instalações de utilização serão constituídas fundamentalmente por: quadros eléctricos, de

entrada e parciais, condutores e canalizações eléctricas, aparelhagem eléctrica e sistema de

protecção das pessoas contra contactos directos e indirectos.

4.2.1 Quadros eléctricos

O quadro de entrada será localizado no local indicado na planta, será constituído por uma

estrutura metálica ligada à terra com um aparelho de corte de entrada simultâneo para todos

os condutores activos (fase e neutro), [9].e alimentará, além dos quadros parciais, os circuitos

32

de iluminação e tomadas a ele ligados o seu equipamento principal está claramente

referenciado no esquema em anexo (peças desenhadas nº 4, Anexo nº 1 )

Os quadros parciais a instalar nos locais indicados nas plantas alimentarão os circuitos de

iluminação e tomadas a ele ligados. Os seus equipamentos principais estão claramente

referenciados nos esquemas eléctricos em anexo.

4.2.2 Condutores e canalizações

- As secções dos condutores das canalizações foram determinadas de acordo com os critérios

de aquecimento, de protecção contra sobreintensidades e de queda de tensão e. que devem

obedecer às secções mínimas definidas regulamentarmente: 1,5 mm2 para os circuitos de

iluminação e 2,5 mm2 para circuitos de tomadas de uso gerais e força motriz.

- A alimentação do quadro da entrada será feita por canalizações enterradas. Os cabos

dessas canalizações devem ser protegidos contra as deteriorações causadas pelos abatimentos

do terreno, acções químicas e impactos de qualquer natureza [9]. Para fazer face aos efeitos

dos abatimentos do terreno, os cabos devem ser enterrados, pelo menos, 0,60 m da superfície

do solo ou a pelo menos 1 m nas travessias de vias acessíveis a veículos automóveis [9].

- A distância mínima entre duas canalizações eléctricas e não eléctricas enterradas que se

cruzem deve ser, em regra, 0,20 m ou serem separadas por meio de dispositivos de protecção

com segurança equivalente [9]. As canalizações enterradas devem ser sinalizadas por meio de

um dispositivo não degradável, colocado a, pelo menos, 10 cm acima destas [9].

As canalizações foram dimensionadas com base nas características dos condutores (tipo de

isolamento e modo de instalação).

- As canalizações dos circuitos de saídas serão constituídas por condutores (H07V-U ou

H07V-R), enfiados em condutas circulares, (tubos do tipo rígido (VD), embebidos em roços

elementos da construção da moradia, em alvenaria ou colocados no pavimento. Os traçados

dessas canalizações serão horizontais e verticais, não sendo admitidos outros traçados [9].

A protecção contra sobrecargas e curtocircuitos dos condutores das canalizações será

assegurada por disjuntores quando as suas características respeitarem simultaneamente as

33

duas condições seguintes [11]:

;

;

em que:

IB – é a corrente de serviço da canalização, [A];

In – é a corrente estipulada da protecção, [A];

IZ – é a corrente máxima admissível nos condutores da canalização,

I2 – é a corrente convencional de funcionamento da procteção, [A];

1,45*IZ – é a corrente limite térmica da instalação;

4.2.2.1 Protecção das pessoas

A protecção das pessoas será feita tendo em conta duas hipóteses de contacto:

O contacto directo com as partes activas da instalação (contacto directo) e o contacto com

massas que possam ficar em tensão na consequência de um defeito de isolamento (contacto

indirecto).

- A protecção contra contactos directos será feita através do isolamento de todas as partes

activas, em que a remoção deste só será possível apenas por destruição.

- A protecção contra contactos indirectos é realizada mediante a ligação de todas as partes

metálicas da instalação à terra de protecção e a utilização de interruptores e disjuntores

diferenciais com alta sensibilidade (30 mA) instalados nos quadros eléctricos da instalação.

4.2.3 Aparelhagem

A aparelhagem eléctrica será do tipo embebido e terá as seguintes características principais:

- Interruptores, comutadores para 250V / 10A e em montagem embebida, com as partes

acessíveis e espelhos isolantes, e fixação ao invólucro através de ligações rígidas por

parafusos;

34

- Tomadas de corrente de usos gerais para 250V/16A com pólo de terra, do tipo “Schuko”,

- Tomadas do tipo saliente estanques e de alvéolos protegidos para aplicação no exterior do

edifício.

- Tomadas de corrente de estores para 250V / 10A com pólo de terra;

4.3 Ligação à terra

A ligação da terra de protecção deverá garantir não só a protecção contra choques eléctricos

mas também viabilizar o escoamento das correntes de defeito à terra tornando mais eficaz o

automatismo dos dispositivos de protecção diferencial [9].

Inclui: eléctrodo de terra (conjunto de varetas de aço/cobre ou de chapas de aço galvanizado,

enterradas verticalmente no solo com uma distancia mínima de 0,8 m entre a superfície do

solo e a parte superior do eléctrodo), condutor de terra, ligador amovível e condutores de

protecção [9].

Os condutores de protecção terão o isolamento de cor verde/amarelo, enfiados nos mesmos

tubos dos condutores activos e serão constituídos por condutores do mesmo tipo que estes.

Serão ligados ao barramento de terra do quadro eléctrico de entrada por meio de ligadores de

aperto por parafusos.

4.4 Dimensionamento dos condutores de alimentação

O dimensionamento dos condutores de alimentação é feito tendo como base a corrente de

serviço (IB) calculada para toda a instalação que está dependente da potência total instalada e

do factor de simultaneidade previsto (KS)

Potência de dimensionamento21

SD (QE) – 20,7 kVA;

SD (QP1) – 3,45 kVA;

SD (QP2) – 2,3 kVA;

21 A potência de dimensionamento foi determinada através do Simulador de potência contratada da ERSE.

35

4.4.1 Secção dos cabos e características das protecções

A tabela 4.1 apresenta as secções dos condutores de alimentação dos quadros e as

características das suas respectivas protecções.

Tabela 4.1. Secção dos condutores de alimentação dos quadros e características dos disjuntores

Condutores de alimentação22 Protecção

Quadros IB IZ S In I2 1,45*IZ

QP1 10 24 4 32 42 34,8

QP2 15 24 4 25 36 34,8

QE 30 56 6

Nota: a corrente IZ do QE corresponde à secção recomendada para entradas trifásicas para a

potência de 20,7 kVA. A protecção do quadro da entrada é da responsabilidade da EDP pelo

que não foram determinadas as suas características.

4.4.2 Verificação da queda de tensão

Como já foi referido, a secção dos condutores depende da queda de tensão da instalação, isto

é, a queda de tensão total deve ser menor que 5% da tensão de alimentação, medida desde a

sua origem até o ponto mais afastado da instalação e não deve ultrapassar os 1,5% [9].

Caso estas condições não se verifiquem, deve-se proceder ao aumento da respectiva secção

até que as condições sejam cumpridas.

A queda de tensão é dada pela seguinte expressão:

(4.1)

22 Para os quadros parciais foram considerados condutores em condições normais, isto é, temperatura da alma condutora 70 ºC e temperatura ambiente 30 ºC com isolamento em PVC. Quanto ao quadro de entrada não foi considerado o factor de temperatura do solo por falta de dados relativos à temperatura deste da região em estudo e os condutores são isolados em PVC.

36

em que:

R – é a resistência dos condutores, [�]; depende da temperatura do ambiente a que os

condutores estão sujeitos e tem como base a resistência à temperatura de 20 ºC (R20 [�/km])

que é função da secção do condutor.

cos – factor de potência ( foi considerado 0,8 porque, embora a maior parte dos receptores

sejam resistivos, há alguns indutivos (máquinas de lavar, frigorifico, lâmpadas fluorescente

etc.))

I – é a corrente que atravessa a respectiva canalização, [A];

X – é a reactância dos condutores, [H];

Tabela 4.2.Valores da queda de tensão da entrada e da instalação

Troço R20

[�/km]

R [�] l [mH/km] X [H] C [km] �V [V]

Entrada 3,08 0,0160

- - 0,005 0,662 ( 1,5%* U)

�V1 (QE – QP2) 7,41 0,385 - - 0,05 5,335

�V2 (QE – Pa23.) 12,41 1,913 - - 0,152 1,949

Queda de tensão total da instalação = �V1 + �V2 7,284 V ( 5% U)

23 Refere-se ao ponto mais afastado da instalação (iluminação do jardim). Para determinar a queda de tensão nesse troço considerou-se que as 8 lâmpadas dos circuitos são de 18 W e cos = 0,85.

37

5 Domótica

A domótica (automatização doméstica), é uma área da tecnologia com desenvolvimentos

recentes assinaláveis que permite a gestão de todos os recursos habitacionais e permite o uso

de dispositivos para automatizar as rotinas e tarefas de um edifício, distinguindo-se do

controlo normal pelo nível de centralização da supervisão.

A domótica traduz-se num sistema fiável e seguro, pois existem tecnologias que permitem

detectar falsos alarmes, evitando confusões e preocupações desnecessárias.

Pretende-se definir todos os equipamentos necessários, para que o sistema a implementar vá

de encontro com a funcionalidade e estética, para uma utilização simples, eficiente e

tecnologicamente avançada pelos seus utilizadores.

5.1 Sistema EIB

Para a vivenda, optou-se pela utilização da tecnologia KNX da Konnex Association, que é um

protocolo aberto (Standard) e não proprietário, desenvolvido tendo por base a norma EIB

(European Installation Bus) e tradicionalmente regido pela EIBA (EIB Association).

O sistema KNX é composto por uma rede de potência (actuadores) que controlam

directamente as cargas e por uma rede de comando (sensores e detectores) que controla os

actuadores separados fisicamente. Cada participante do Bus de comando tem o seu

microprocessador permitindo uma gestão descentralizada. [10]

Através de uma única linha de Bus, efectua-se a comunicação directa entre todos os

participantes do Bus e dado que todos dispõem de inteligência própria, não é necessária uma

unidade específica que se dedique ao controlo do funcionamento correcto do Bus [10]. Desta

forma, cada um realizará todas as suas funções independentemente do Bus, dando ao sistema

uma grande robustez [10].

38

5.1.1 Topologia

O sistema EIB está organizado segundo uma estrutura hierarquizada.

- Linha EIB - é a entidade mais pequena do sistema; é constituída por uma alimentação e por

produtos EIB (participantes). Uma linha EIB suporta um máximo de 256 participantes,

incluindo repetidores. O cabo recomendado pela EIBA deve respeitar determinadas normas e

requisitos. Os cabos YCYM 2x2x0,8 ou J-Y(St)Y 2x2x0,8 são exemplos [10].

- Zona ou Área EIB - no caso da instalação projectada prever mais de 256 participantes tem-se

de acrescentar mais linhas. Para interligar as várias linhas entre si é necessário definir uma

linha principal, onde todas as outras serão ligadas, através de Acopladores de Linha. É

possível interligar até 15 linhas secundárias à linha principal. Ao conjunto de várias linhas dá-

se o nome de Área EIB [10].

- Rede EIB - para instalações de grande dimensão é possível interligar, através de Acopladores

de Área, várias áreas, formando uma rede EIB [10]. No máximo pode-se ter 15 áreas. Um

sistema EIB suporta vários tipos de topologia de rede, no entanto em caso algum deve ser

criado um circuito fechado, em anel [10].

5.1.2 Componentes do sistema, interfaces, sensores e controladores

-Fonte de alimentação - é parte fundamental do sistema. É este aparelho que gera a tensão de

funcionamento do sistema, 29V DC;

- Acoplador de linha e repetidores – o acoplador, aparelho modular, poderá ser utilizado para

interligar duas linhas (acoplador de linha) ou uma área à rede (acoplador de área), permitindo

um isolamento galvânico entre as mesmas. Um repetidor tem como função reproduzir as

mensagens que recebe, actuando como amplificadores de sinal;

- Acoplador de Bus (Bus Coupling Unit – BCU) - não sendo um produto autónomo, é de

extrema importância no âmbito EIB. Presente em todos os produtos, este elemento permite

gerir a comunicação numa rede EIB. É responsável pela codificação e descodificação das

mensagens trocadas entre produtos do sistema;

- Cabo Bus – serve como meio de transmissão de informações entre os participantes;

- Sensores e Detectores – são os responsáveis pela medição e detecção e são estes que

transmitem a informação para o Bus;

39

- Actuadores – actuam de acordo com as instruções recebidas derivadas das informações dos

sensores e detectores. Alguns actuadores encontram-se ligados à corrente 230V, de forma a

poderem accionar os aparelhos aos quais estão ligados;

- Interfaces – Funcionam como elemento de ligação entre todos os outros elementos do

sistema;

- Controladores – permitem ao utilizador fazer alterações, programar ou controlar o sistema.

- Central – É o ponto-chave de todo o sistema. Recebe toda a informação e permite a

supervisão da rede.

5.1.3 Software e Programação

Existem programas informáticos que permitem a criação de menus gráficos representativos da

instalação. Normalmente são aproveitadas plantas dos edifícios, que podem ser

complementadas com imagens [10]. O objectivo é conseguir visualizar o estado de todos o

circuitos (segurança, temperatura, iluminação, etc.) e ao mesmo tempo poder alterá-los [10].

O funcionamento do sistema será definido através da programação dos produtos EIB. A

programação é feita através de um PC utilizando um software dedicado ao efeito, o ETS (EIB

Tool Software). Este programa informático permite a criação do projecto, a escolha dos

produtos a utilizar, a atribuição dos endereços físicos, a criação dos endereços de grupo e a

parametrização dos produtos [10].

Nota: para este caso não foi feita a parte de programação, limitando-se este capítulo à

descrição das funções pretendidas para a vivenda.

5.1.4 Limitações O sistema EIB deve obedecer a algumas limitações [10]:

- A distância total não deve superar os 1000 m.

- A distância máxima entre a fonte de alimentação e o dispositivo deve ser menor que 350 m.

- A distância máxima entre os dispositivos não deve superar os 750 m.

- A distância mínima entre fontes de alimentação dentro da mesma linha dever ser maior que

200 m.

40

5.2 Aplicação à moradia

5.2.1 Detecção de intrusão

A segurança contra intrusão será garantida através de detectores de movimento, instalados no

exterior da moradia, nas quatro fachadas, e pelos contactos electromagnéticos instalados em

todas as portas e janelas com ligação para o exterior. Os contactos magnéticos permitem ao

utilizador saber qual o estado (aberta ou fechada), de cada porta e janela e o alerta só poderá

ser gerado após activação do alarme (O sistema de alarme é activado/desactivado através de

chaves de código).

Os detectores são de dupla tecnologia (MW e IFV) e ligam a iluminação exterior antes de a

moradia ser invadida e accionando o alarme que será configurado de forma a quando activado

fazer soar a sirene exterior e ainda enviar um alerta ao proprietário e às autoridades.

Os equipamentos base do sistema de segurança são os detectores, o controlador da sirene

exterior e a UPS – sistema de alimentação ininterrupta, que garante o funcionamento do

sistema de segurança em caso de falha de energia eléctrica da rede e protege a alimentação

dos dispositivos de domótica contra defeitos na rede.

5.2.2 Detecção de incêndios

Sempre que houver fumo fora de normal e temperaturas elevadas os detectores de fumo

estrategicamente colocados na moradia transmitirão automaticamente uma sinalização e

alarme a uma central de detecção de incêndios que por sua vez desencadeará o alarme

automaticamente cortando a electricidade. Em caso de incêndio a central accionará

automaticamente os bombeiros locais e transmitirá um alerta ao proprietário pelo telefone.

5.2.3 Detecção de gás

A detecção de gás será composta por detectores de gás colocados em possíveis pontos de fuga

de gás (na cozinha junto ao fogão e na lavandaria junto à caldeira). Em caso de alarme, a

electroválvula de corte será accionada automaticamente cortando o gás da respectiva zona e

efectua a chamada telefónica de aviso.

41

5.2.4 Detecção de inundações

A detecção de inundações é composta por sondas de inundações colocadas em possíveis

pontos de fugas de água (casas de banho, cozinha e lavandaria). O sistema de detecção de

inundações não só permite a activação do alarme mas também permite a identificação do local

onde a mesma ocorreu, facilitando o diagnóstico da origem do incidente. Existe a

possibilidade de corte do abastecimento de água, tanto no caso de alarme de inundação

através da actuação automática da electrovávula de corte, evitando danos próprios e alheios,

como por comando directo, por exemplo, durante ausências prolongadas.

5.2.5 Comando de Estores

Os estores são comandados através de relés de estores para instalações múltiplas.

Trata-se de um dispositivo de embutir com aro de suporte, sem garras, que será fixado por

parafusos numa caixa de interruptor (derivação), completado com as tampas cegas. Podem

comandar-se até quatro motores com dois relés.

Ao relé é associado um comando centralizado (interruptor de estores) que trabalha em

circuito prioritário e que pode ser combinado com temporizadores, sensores solares etc.,

permitindo assim o controlo horário, por posição do sol ou por cenários.

Cada motor terá um comando individual (teclas de estores exclusivamente).

5.2.6 Portas Controladas

O controlo da porta de acesso à moradia é feito através do vídeo porteiro “Doorstation”

exterior com câmara de filmar incorporada, com visão nocturna e botão de chamada. Do

interior o controlo é feito através de um monitor a cores com tecnologia mão livres e visor

LCD. Através de uma interligação com a rede de TV é possível a visualização em qualquer

televisor da moradia quem está na porta.

A porta de acesso é dotada de uma fechadura especial com abertura por código e a esta função

serão integrados cenários de comando local e remoto (telefone ou Internet para permitir o

acesso autorizado à moradia, em caso de ausência, ao pessoal doméstico regular, reparações

etc.) O portão da garagem é aberto automaticamente através de um comando remoto.

42

5.2.7 Rega do jardim

A rega automática, integrada num sistema de domótica permite ter uma performance muito

superior e poupar alguns euros comparado com a rega automática normal. Normalmente uma

rega tem uma função horária para regar à noite, independentemente das condições

meteorológicas, da presença de pessoas no local, de ter alguma janela aberta etc. Todos estes

aspectos são resolvidos integrando a rega no sistema de domótica.

O controlo do sistema de rega será por horário e de uma forma automática através da estação

meteorológica. Assim tem o poder de inibir o sistema de rega em caso de chuva, ou aumentar

o tempo de rega em caso de temperatura excessiva etc.

Na central de supervisão pode-se visualizar estados, alterar horários e controlar manualmente

os circuitos de rega.

5.2.8 Multimédia

A central multimédia é um equipamento baseado numa arquitectura PC que disponibiliza

conteúdos multimédia: som (CD, rádio), vídeo (DVD) e TV. É ligado ao sistema domótico e

pode ser comandado (ON/OFF) por este. Substitui os equipamentos dedicados (leitores de CD

e DVD e sintonizadores de rádio/TV), sendo, para além disso, um PC com uma configuração

robusta. Pode centralizar a comunicação com a Internet e disponibilizar conteúdos de som e

vídeo on-line (estações de rádio pela Internet, vídeo streaming).

5.2.9 Controlo de tomadas

Existem módulos para tomadas que asseguram a activação/desactivação de dispositivos e

equipamentos a elas ligados, tanto para controlo energético como para utilização

programada. Os equipamentos serão tanto ligados/desligados automaticamente ou através de

comando remoto (telemóvel, telecomando etc.).

São instalados alguns desses módulos na cozinha, com a função de ligar/desligar aparelhos

quando comandados e também desligar os aparelhos que ficam em stand-by, nomeadamente

microondas, forno eléctrico, máquina de lavar loiça etc. Os módulos instalados na sala têm a

função de controlar os candeeiros, a fim de criar ambientes diferentes (por exemplo, ao entrar

na sala pressionar cenário leitura e automaticamente o candeeiro por cima do sofá liga, a

43

iluminação de tecto apaga, os estores fecham e a climatização é activada para 22º), e desligar

os aparelhos em stand-by.

5.2.10 Controlo de iluminação

O controlo da iluminação é feito na garagem, através da combinação da luminosidade e

detecção de movimento (por exemplo, detecta movimento de dia e a iluminação não acende,

acende apenas durante a noite), no exterior através da combinação da luminosidade e o

horário (acende de noite com o crepúsculo e apaga a uma determinada hora) e é feito ainda na

sala através da regulação de intensidade e através de cenários de ambiente, isto é, dependendo

dos hábitos do utilizador poderá definir cenários para: jantar, filme, estudo, reunião familiar,

visitas etc.

5.2.11 Controlo do Aquecimento de ambiente

A forma mais agradável de reduzir os custos de controlo de temperatura será a integração da

função termostática no sistema domótico e a integração de todas as funções disponíveis para

optimizar a climatização: controlo de aquecimento; controlo de exposição solar; controlo de

abertura/fecho de portas e janelas.

O controlador e regulador de temperatura reúne funções de vários equipamentos num só: a par

da sua função como regulador de temperatura, o equipamento dispõe ainda de quatro botões

tácteis de programação livre, bem como de um display LCD de grandes dimensões que

assegura indicação de informações sobre o estado dos equipamentos, hora, data, temperatura

ambiente etc.

São instalados nos espaços aquecidos e pelo facto de integrarem a função termostática, além

de permitirem a regulação da temperatura de cada espaço enviam ordens de regulação a um

actuador de electroválvulas que adequam o fluxo de água quente que passa na tubagem do

sistema de aquecimento à necessidade num determinado instante e num determinado espaço.

Ao controlo do aquecimento ambiente pode ser integrado o controlo de AQS e piscina. Os

sistemas solares vêem equipados de central de controlo (B-Sol), ver secção 2.9.4 do capítulo

2, através de um interface para PC, todas as informações recolhidas pela B-Sol podem ser

44

processadas no sistema domótico, e assim aproveitando as funções domóticas já existentes, os

sistemas serão controladas a partir da central.

Também se pode integrar a central de regulação do piso radiante ao sistema domótico.

É apresentada no anexo 1 as peças desenhadas nº 5 com a rede de potência e de comando dos

equipamentos de domótica.

45

6 ITED

A presente memória discritiva pretende estabelecer as regras e especificações técnicas dos

materiais, dispositivos e equipamentos constituintes das infra-estruturas de telecomunicações,

as quais devem ser entendidas como requisitos mínimos para a moradia.

O projecto foi elaborado tendo em atenção as disposições legais impostas pelo Manual ITED

2ª Edição.

Na instalação das infra-estruturas de telecomunicações, o instalador deverá tomar em

consideração o projecto e os requisitos do Manual ITED 2ª Edição.

6.1 Redes, classe de ligação da cablagem e categoria dos materiais

A moradia será constituída por três redes:

- Redes de pares de cobre (PC), constituído por 4 pares de cobre do tipo UTP e categoria 6, no mínimo, e classe de ligação E; - Redes cabo coaxial (CC) de categoria mínima TCD-C-H; - Redes de fibras ópticas (FO), de classe de ligação no mínimo OF-300 e categoria

monomodo (OS1 ou OS2);

6.2 Entrada dos cabos

A ligação à rede pública de telecomunicações deverá ser uma ligação subterrânea (ES), através

de uma caixa de visita (CVM) que ligará à caixa de entrada de moradia unifamiliar (CEMU),

deverá ser formada por dois tubos com diâmetro mínimo de Ø40 mm [11].

Os tubos enterrados, devem ser em material não metálico, com interior liso, devem resistir a

uma força de compressão média de 1250 N e ter protecção contra impactos mecânicos [11].

Deverão ainda ser estabelecidos à profundidade mínima de 0,60 m, no interior de uma vala,

cujo trajecto deve ser o mais rectilíneo possível, para ajudar o enfiamento dos cabos [11].

46

6.3 Espaços de alojamento de equipamentos e armários

6.3.1 Caixa de entrada de moradia unifamiliar (CEMU)

A CEMU é destinada ao alojamento de dispositivos de derivação para cabos de pares de

cobre, cabos coaxiais e fibra óptica entre as redes públicas de telecomunicações ou

provenientes de uma ITUR, e a rede individual de cabos. Deverá ser localizada no limite de

terreno e numa zona acessível aos operadores públicos de telecomunicações e ligará a uma

caixa de visita multi-operador (CVM) e terá as dimensões mínimas, internas [11]:

230 x 230 x 110 (AxLxP [mm])

6.3.2 Armário de telecomunicações individual (ATI)

O ATI, destinado à colocação de dispositivos (passivos e activos), interliga os cabos

provenientes da CEMU (par de cobre, cabo coaxial e fibra óptica) à rede individual [11] no

interior da moradia.

O ATI é instalado dentro da moradia junto ao quadro eléctrico (QE), donde será alimentado, e

deve ser equipado no seu interior, com uma tomada de corrente a 230 V com ligação à terra e

um barramento de terra de protecção, aonde se efectuarão as ligações de terra necessárias

[11]. Deverá ficar localizado a uma cota mínima 1,5 m do pavimento.

O ATI deverá ficar interligado aos armários que contêm os contadores de água, gás e

electricidade [11].

6.4 Rede de tubagem

As tubagens ficarão embebidas nas paredes e no pavimento. Será utilizado tubo do tipo VD-M

nas paredes ou VD-F quando colocado no pavimento [11], podendo ser utilizado outro tipo de

tubo de acordo com o Manual ITED.

A ligação entre a CEMU ao ATI será realizada por meio de dois tubos de diâmetros Ø32 mm

[11] e haverá uma ligação entre o ATI e o quadro eléctrico com um tubo com diâmetro

mínimo de 20 mm [11].

47

A Passagem Aérea de Topo (PAT) deverá ter um tubo de diâmetro Ø40 mm [11]. e servirá

apenas para a passagem de cabos provenientes das antenas para o ATI [11].

6.4.1 Rede de tubagem individual

As tubagens de distribuição da rede individual foram dimensionadas recorrendo a seguinte

expressão:

(6.1)

em que

DTubo – é o diâmetro interior mínimo do tubo que se pretende calcular;

d1, d2, … dn – é o diâmetro de cada um dos cabos que se pretendem utilizar;

n – é o número de cabos a utilizar;

Os diâmetros das tubagens assinaladas nas peças desenhadas são os diâmetros imediatamente

superiores aos diâmetros calculados existentes no mercado.

6.5 Caixas

As caixas de passagem da rede individual devem ter as dimensões mínimas de 160x80x55 e

deverão ser colocadas sobre as portas a altura de 2,25 m, e as caixas de aparelhagem servirão

para a instalação de tomadas de telecomunicações (TT) e serão instaladas a 30 cm acima do

pavimento, medida no centro [11].

Estas caixas devem ser em material isolante, protegidas contra a entrada de água, resistentes à

propagação da chama, e devem estar identificadas com a letra T, na face exterior da tampa

[11]. A marcação supracitada pode da mesma cor da tampa ou moldada.

48

6.6 Rede individual de cabos

6.6.1 Rede individual de pares de cobre

A distribuição a partir do ATI será efectuada em cabos de categoria 6, no mínimo, de forma a

garantir a classe E de ligação entre o RC-PC e as TT [11]. A distribuição a partir do RC-PC

será feita em estrela [11].

6.6.2 Rede individual de cabos coaxiais

Tal como a rede de pares de cobre, a distribuição de cabos será feita em estrela a partir do

RC-CC. A rede de cabos coaxiais é partilhada pelos sistemas de CATV e MATV.

A atenuação entre o secundário do RC-CC e a tomada menos favorável (-F) da moradia foi

calculado através do software CADited/itur24 2010, disponibilizado pela TEKA Electrónics,

para frequências 60, 90 e 750 MHz.

As atenuações na cablagem não devem ultrapassar a atenuação máxima permitida.

A atenuação máxima permitida é determinada através das fórmulas da tabela 6.1, [11]:

Tabela 6.1.Atenuações máximas da rede CATV

Frequência [MHz] Atenuação máxima permitida [dB]

60 6+aRC+aTT

90 7+aRC+aTT

750 22+aRC+aTT

em que

aRC – atenuação introduzida pelo RC-CC de CATV, do ATI; aTT – atenuação introduzida pela TT;

A tabela seguinte apresenta as atenuações entre o secundário do RC-CC assim como as

atenuações máximas que seriam admitidas, para as três frequências piloto.

24 A cadited/itur permite determinar o nível de sinal e perdas de inserção nos cabos coaxiais de acordo com o Manual ITED 2ª edição.

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Tabela 6.2. Atenuação calculada

Frequência [MHz] Atenuação na cablagem

[dB]

Atenuação máxima

permitida [dB]

60 13,6 19,6

90 13,8 20,8

750 17 39

6.6.3 Rede individual fibras ópticas

Os cabos de fibras ópticas individuais devem ser do tipo G657 A ou B, já que têm elevada

imunidade a curvaturas mais exigentes [11]. São utilizadas normalmente com pré-

conectorização, conectorizados localmente através de fusão com “pigtails”, ou com recurso a

conectorização mecânica [11].

6.7 Distribuição do sinal

A rede de cabos deve distribuir o sinal para que fiquem disponíveis: uma tomada de pares de

cobre (RJ45) e uma tomada mista (RJ45+TV) nos quartos; nas salas e na cozinha (estas

afastadas de fontes de humidade e calor) [11].

Na sala, está previsto uma zona de acesso privilegiado (ZAP), onde se localizarão duas

tomadas de TV e dados, duas tomadas RJ45 e duas tomadas de fibras ópticas.

6.8 Dispositivos terminais

Nas ITED´s são utilizados os seguintes aparelhos terminais:

- Tomadas coaxiais: podem ser dupla, com dois terminais tipo IEC (um macho para TV e uma

fêmea para satélite) ou podem ser tripla, com três terminais, dois do tipo IEC e um do tipo F

(macho para TV, fêmea para satélite e fêmea, FM+DAB para rádio) [11];

- Tomadas RJ45 (8 contactos): são tomadas de 8 pinos e devem estar em conformidade com

as regras aplicáveis;

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- Tomadas mistas ou de espelho comum – estas tomadas podem alojar, num espelho comum,

vários tipos de ligações (8 contactos, TV, dados). Recomenda-se o uso destes tipos de

tomadas uma vez que facilita a instalação e torna a instalação final com uma apresentação

mais estética [11].

- Tomadas de fibras ópticas: são instaladas pelo menos duas tomadas de FO (localizadas na

ZAP) e o canal de comunicação é garantido entre o secundário do RC-CC e as duas

tomadas25 [11].

6.9 Antenas

As antenas e equipamentos a instalar devem garantir que os níveis de sinal e qualidade nas

tomadas de telecomunicações estejam dentro dos limites impostos para cada um dos sete tipos

de modulação. No anexo 1 nas peças desenhadas nº 6 apresenta-se os valores de níveis de

sinal de cada tomada da instalação para cada tipo de modulação. Os níveis de sinal foram

calculados através do CADited/itur.

A antena (MATV) a utilizar será do tipo Yagi de 3 eixos, que apresenta um largura de banda

típica - canal 21 a 69 (banda UHF).

As peças desenhadas do projecto ITED, estão apresentados nas peças desenhadas nº 6 no

anexo 1.

25 Esta situação só se verifica nas moradias unifamiliares. Noutras situações, os canais de comunicação são possibilitados a partir do secundário do RG-FO até as duas tomadas FO (localizadas na ZAP).

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7 Conclusão

Ao longo da realização deste trabalho procurou-se sempre que os sistemas e as instalações

projectadas tenham o melhor desempenho e procurou-se aumentar a eficiência energética da

vivenda, nomeadamente com a utilização de sistemas solares para a produção de água quente

sanitária e de água quente para o aquecimento ambiente. Contudo, outro aspecto explorado foi

a parte económica, pois do ponto de vista do utilizador este aspecto é bastante importante.

A análise técnico-económica permitiu a avaliação da compensação do investimento num

sistema solar para aquecimento ambiente e com base nos resultados obtidos ficou evidente

que a utilização deste sistema não é compensador. De facto, além do elevado tempo de

retorno de investimento, 63,31% da necessidade energética terá de ser fornecida através de

um sistema de energia convencional o qual se traduz em custos adicionais. Aliado ao grande

desperdício de energia produzida pelos colectores no período de Verão, conclui-se que o

investimento nesse sistema se revela bastante desvantajoso.

Em relação ao AQS, a conclusão é oposta e o investimento é compensador. Proporciona uma

redução de 77,3% no consumo de energia convencional, contribuindo assim para uma redução

substancial dos encargos com as facturas mensais.

Por outro lado, ambos os sistemas proporcionam benefícios a nível ambiental (redução de

emissão de CO2).

Relativamente às outras áreas técnicas de projecto do presente trabalho, os pressupostos

principais são a segurança das pessoas e o conforto. Para que o utilizador se sinta

completamente satisfeito nesses dois aspectos, procurou-se que a vivenda, tendo em conta as

imposições dos regulamentos e normas, seja moderno, flexível e expansível para que consiga

seguir as evoluções tecnológicas.

De facto, a rápida evolução tecnológica e o aumento das necessidades da sociedade actual,

leva a que as pessoas queiram mudar o seu padrão de vida exigindo cada vez mais

comodidade e segurança. Esta realidade, hoje ambicionada por muitos, exige um grande

esforço económico. Como foi visto no ponto 5, uma casa inteligente oferece muitas vantagens

ao utilizador, mas como pode ser constatado na lista de medições no Anexo 12, 55,72% do

custo total dos projectos da moradia é referente aos equipamentos de domótica.

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Referências

[1] – Fernando Abecassis, Nuno Cabral, “Análise económica e financeira de projectos”,

(1983);

[2] – Alcobaça, página Web, www.oesteonline.pt

[3]- Decreto-lei 80/2006 de 4 de Abril – “Regulamento das características e comportamento

térmico de edifícios” (RCCTE);

[4] – Decreto-lei nº 118/98 de 7 de Maio – “Regulamento dos sistemas energéticos de

climatização em edifícios condições nominais exteriores”;

[5] – Miraldo Pedro. (2009), “Cálculo das cargas térmicas”;

[6] – Aplicações de Aquecimento Radiante e Climatização, “Manual Técnico”, página web,

www.uponor.pt;

[7] – Grade António. (2009), “Sistemas solares térmicos”;

[8] – Decreto-lei nº 23/95 de 23 de Agosto – “Regulamento geral dos sistemas públicos e

prediais de distribuição de água e de drenagem de águas residuais”;

[9] – Josué Lima Morais, José Marinho Gomes Pereira, “Guia técnico das instalações

eléctricas” (2006);

[10]- Almeida António. (2009), “ A tecnologia KNX/EIB”;

[11] – Manual ITED 2ª Edição “Prescrições e Especificações Técnicas das Infra-estruturas de

Telecomunicações em Edifícios” (2009);

[12] – NP 4448 (2006), “ Aquecimento solar, Instalações solares térmicas para aquecimento

de piscinas, Regras de dimensionamento, concepção e instalação” Norma Portuguesa, 2006;