Análise do Comportamento Térmico de Construções não ... · Iluminação Natural Vs...

Universidade do Minho Escola de Engenharia

Pedro Correia Pereira da Silva Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VIsualDOE

Tese de Mestrado em Engenharia Civil – Ramo de Processos e Gestão da Construção

Trabalho efectuado sob a orientação do Professor Luís Manuel Bragança de Miranda e Lopes Professora Maria Manuela de Oliveira Guedes de Almeida

Janeiro de 2006

DECLARAÇÃO

Nome

Pedro Correia Pereira da Silva _________________________________________________________________

Endereço electrónico: [email protected]______________ Telefone: _225029712 _____ / _962702074 _____

Número do Bilhete de Identidade: _11472760 _____________

Título dissertação □/tese □

_Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE_________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

Orientador(es):

_Professor Luís Manuel Bragança de Miranda e Lopes, Professora Maria Manuela de Oliveira Guedes de Almeida _______

____________________________________________________ Ano de conclusão: _2006_______

Designação do Mestrado ou do Ramo de Conhecimento do Doutoramento:

Mestrado em Engenharia Civil __________________________________________________________________

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA TESE/TRABALHO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE;

Universidade do Minho, _05/_01/_2006_ Assinatura: ________________________________________________

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AGRADECIMENTOS

Mesmo considerando que esta dissertação é um trabalho de investigação

individual, a sua realização não teria sido possível sem o apoio de várias

pessoas. Como tal, gostaria de reiterar os meus mais sinceros agradecimentos:

Ao meu orientador e co-orientadora, Professor Luís Bragança e Professora

Manuela Almeida, respectivamente.

Ao Arquitecto Paulo Mendonça, pois foi grande impulsionador do Projecto

“Células de Teste de Soluções não Convencionais”, sobre o qual se baseia

grande parte desta dissertação. Além de ter ajudado bastante na minha

integração no ramo da investigação.

Ao Eng.º Ricardo Mateus e Eng.ª Sandra Silva, por estarem sempre disponíveis

para me ajudar quando tal foi necessário.

À Fundação para a Ciência e a Tecnologia, pois foi devido ao financiamento

desta fundação que possibilitou a execução do Projecto “Células de Teste de

Soluções não Convencionais”.

À Sara Veiga, pela sua grande ajuda na verificação ortográfica da

dissertação.

À minha Noiva, pelo seu apoio em todas as alturas, pela sua compreensão e

pela sua palavra amiga nos momentos mais necessários.

Por último, é com grande contentamento que agradeço aos meus Pais, pois

sem eles e sua ajuda incondicional, este trabalho nunca poderia ter sido

desenvolvido.

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ANÁLISE DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE CONSTRUÇÕES NÃO

CONVENCIONAIS ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO EM VISUALDOE

RESUMO Energia - uma das principais causas da poluição ambiental. De forma a

promover a redução do consumo energético, é fundamental a aplicação dos

princípios do desenvolvimento sustentável ao sector da construção.

Contabiliza-se que existam na União Europeia (dos 15) cerca de 164 milhões

de edifícios, responsáveis por 40% da procura de energia final e 1/3 das

emissões de gases de efeito de estufa. Edifícios sustentáveis são aqueles que

têm o mínimo impacto negativo no ambiente natural e construído. Para a

construção de edifícios sustentáveis, são necessárias várias medidas: desde a

regulamentação energética, implementação de normas de conforto térmico

que considerem formas de o atingir com o menor consumo energético

possível, até à consciencialização dos intervenientes da utilização de soluções

energeticamente eficientes. Neste contexto, são introduzidas várias soluções a

adoptar nos edifícios, de forma a aumentar a sua performance energética.

Para a implementação das soluções energeticamente eficientes, é

fundamental a utilização de ferramentas de simulação, de forma a prever a

solução que vai resultar na melhor performance do edifício. Neste trabalho,

utilizaram-se as Células de Teste existentes na Escola de Engenharia,

Universidade do Minho, com vista à verificação da performance de soluções

energeticamente eficientes, através da simulação em VisualDOE. O modelo

utilizado e respectivas simulações foram calibrados utilizando o sistema de

aquisição de dados das Células de Teste, de forma a obter a resistência

térmica “in-situ” de alguns elementos da envolvente medição e um ficheiro

climático. Através da comparação da construção tradicional utilizada em

Portugal, com a construção integrando materiais com menor impacto

ambiental e soluções solares passivas, foi demonstrado que a soluções

propostas, aplicada nas Células de Teste, é energeticamente mais eficiente.

Por outro lado, foi avaliada a metodologia de cálculo do novo Regulamento

Térmico Português e verificou-se que esta obtém resultados muito semelhantes

à simulação dinâmica na previsão das necessidades de aquecimento /

arrefecimento.

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THERMAL PERFORMANCE EVALUATION OF NON CONVENTIONAL

CONSTRUCTIONS THROUGH SIMULATION IN VISUALDOE

ABSTRACT Energy - one of the main causes of the environmental pollution. In order to

promote the reduction of the energy consumption, it is fundamental to employ

the sustainable development principles in the construction sector. In the

European Union of the 15, there are about 164 million buildings, responsible for

40% of the final energy demand and 1/3 of the emissions of greenhouse gases.

Sustainable buildings are those that have the minimum negative impact in the

natural and constructed environment. Different measures are necessary for the

construction of sustainable buildings: since energy regulation, implementation

of thermal comfort standards that consider forms of reaching it with the lowest

energy consumption and the awareness of the intervening parts to the benefits

of the use of energy efficient solutions. In this context some solutions are

introduced to implement in buildings with the intension of increasing their

energy performance. For the implementation of the energy efficient solutions in

buildings, it is fundamental to use simulation tools, in order to foresee the

solution that results in the best performance for the building. In this work, one

used the Test Cells constructed in the School of Engineering, University of Minho,

for testing the performance of energy efficient solutions. The model used and

the respective simulations were calibrated using the data acquisition system of

the Test Cells to obtain the “in-situ” thermal resistance of some building

envelope components and a weather file. By the comparison between the

traditional construction in Portugal, with the construction integrating low

environmental impact materials and passive solar solutions, it was

demonstrated that the proposed solutions, constructed in the Test Cells, are

more energy efficient. On the other hand, the methodology proposed in the

new Portuguese Thermal Regulation was evaluated and it became clear that

the results obtained by this regulation are very similar to the dynamic simulation,

in terms of the heating / cooling energy requirements.

ÍNDICE

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ÍNDICE GERAL

CAPÍTULO 1 – ENQUADRAMENTO E MOTIVAÇÃO DA DISSERTAÇÃO. .................... 1 1.1. Enquadramento................................................................................................. 1 1.2. Objectivos .......................................................................................................... 3 1.3. Organização...................................................................................................... 4

CAPÍTULO 2 – SUSTENTABILIDADE.................................................................................. 6

2.1. Desenvolvimento sustentável .......................................................................... 6 2.1.1. Alterações Climáticas ................................................................................. 7 2.1.2. Metas para atingir a sustentabilidade...................................................... 9

2.2. A Energia .......................................................................................................... 11 2.2.1. Caracterização do sector energético ................................................... 13

2.3. Sector dos Edifícios ......................................................................................... 16 2.3.1. Caracterização do Sector dos Edifícios em Portugal .......................... 17 2.3.2. Consumo Energético dos Edifícios .......................................................... 18

CAPÍTULO 3 – TÉRMICA DOS EDIFÍCIOS ..................................................................... 23 3.1. Conforto Térmico............................................................................................. 23

3.1.1. Mecanismos de Regulação Térmica do Corpo Humano ................... 24 3.1.2. Balanço Energético................................................................................... 26 3.1.3. Cálculo da Temperatura de Conforto ................................................... 27 3.1.4. Propostas para a Actualização das Normas de Conforto.................. 30

3.2. Balanço Térmico ............................................................................................. 34 3.2.1. Mecanismos de Transmissão de Calor ................................................... 34 3.2.2. Trocas de Calor nos Edifícios.................................................................... 36 3.2.3. Novos métodos para Estimar o Coeficiente “U”................................... 38

3.3. Isolamento Térmico......................................................................................... 39 3.3.1. Funções dos Isolantes Térmicos ............................................................... 39 3.3.2. Classificação dos Isolantes Térmicos ...................................................... 40 3.3.3. Espessura Óptima dos Isolantes Térmicos .............................................. 40

3.4. Humidade nos Edicícios ................................................................................. 42 3.4.1. Cálculo das Condensações nos Edifícios .............................................. 44

3.5. Pontes Térmicas............................................................................................... 47 3.5.1. Avaliação das Pontes Térmicas............................................................... 48

3.6. Inércia Térmica................................................................................................ 49 3.6.1. Avaliação da Inércia Térmica ................................................................. 49

3.7. Ventilação........................................................................................................ 51 3.7.1. Ventilação para a Qualidade do Ar Interior ......................................... 52 3.7.2. Ventilação para o Conforto Térmico ..................................................... 53 3.7.3. Ventilação para a Prevenção de Condensações .............................. 54 3.7.4. Mecanismos Impulsionadores da Ventilação ....................................... 55 3.7.5. Infiltrações................................................................................................... 57 3.6.6. A Ventilação Natural................................................................................. 58

3.8. Iluminação....................................................................................................... 60 3.7.1. Princípios da Iluminação........................................................................... 61 3.7.2. Iluminação Natural Vs Artificial ................................................................ 64

Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE

x Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

3.7.3. Princípios da Iluminação Natural............................................................. 65 3.7.4. Princípios da Iluminação Artificial............................................................ 68 3.7.5. Sistema de Iluminação Eficiente ............................................................. 69

CAPÍTULO 4 – EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DOS EDIFÍCIOS .......................................... 71 4.1. Performance dos Edifícios .............................................................................. 71

4.1.1. Sistema de Avaliação da Performance de Edifícios............................ 73 4.2. Ferramentas de Simulação ............................................................................ 76

4.2.1. Precisão das Ferramentas de Simulação............................................... 78 4.2.2. Execução de Modelos.............................................................................. 80 4.2.3. Dados Climáticos....................................................................................... 82 4.2.4. Desafios e Limitações das Ferramentas de Simulação........................ 85 4.2.5. Novas Aplicações das Ferramentas de Simulação.............................. 90

4.3. Regulamentação Térmica ............................................................................. 94 4.3.1. RCCTE .......................................................................................................... 96 4.3.2. RSECE ........................................................................................................... 98 4.3.3. SCE ............................................................................................................. 101 4.3.4. Programas de Incentivos ........................................................................ 102

4.4. Soluções Energeticamente Eficientes......................................................... 104 4.4.1. Forma e Orientação do Edifício ............................................................ 104 4.4.2. Sistemas Solares Passivos para Aquecimento ..................................... 105 4.4.3. Sistemas Passivos para Arrefecimento.................................................. 108 4.4.4. Considerações sobre algumas Soluções ............................................. 111 4.4.5. Integração de Soluções Energeticamente Eficientes........................ 120 4.4.6. Análise da Performance de Edifícios Sustentáveis na Europa.......... 123

4.5. Reabilitação de Edifícios.............................................................................. 124 4.4.1. A Reabilitação em Portugal................................................................... 127 4.4.1. Ferramentas de Avaliação da Reabilitação...................................... 128

CAPÍTULO 5 – PREVISÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS ...... 130 5.1. RCCTE.............................................................................................................. 130

5.1.1. Estrutura do RCCTE .................................................................................. 131 5.1.2. Metodologias de Avaliação da Performance Térmica do RCCTE.. 136

5.2. VISUALDOE ..................................................................................................... 148 5.2.1. Introdução dos Dados do Projecto ...................................................... 150 5.2.2. Execução da Simulação ........................................................................ 156 5.2.3. Análise de Resultados ............................................................................. 158

CAPÍTULO 6 – CASO DE ESTUDO............................................................................... 162

6.1. Introdução ao Caso de Estudo.................................................................... 162 6.1.1. Células de Teste ....................................................................................... 163 6.1.2. Instrumentação das Células de Teste .................................................. 167

6.2. Aplicação do RCCTE ao Caso de Estudo................................................... 168 6.2.1. Cálculo das Necessidades de Aquecimento ..................................... 171 6.2.2. Cálculo das Necessidades de Arrefecimento .................................... 172

6.3. Aplicação do VisualDoe ao Caso de Estudo ............................................ 173 6.3.1. Introdução dos Dados das Células de Teste....................................... 174 6.3.2. Execução da Simulação das Células de Teste................................... 176 6.3.3. Calibração do Modelo das Células de Teste...................................... 178

ÍNDICE

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CAPÍTULO 7 – RESULTADOS E CONCLUSÕES........................................................... 182 7.1. Resultados Pretendidos................................................................................. 182 7.2. Análise de Dados Obtidos “in-situ”............................................................. 183

7.2.1. Análise de Dados – Primavera............................................................. 183 7.2.2. Análise de Dados – Verão.................................................................... 185 7.2.3. Análise de Dados – Outono ................................................................. 186 7.2.4. Análise de Dados – Inverno.................................................................. 188 7.2.5. Comparação da Performance dos Compartimentos...................... 189

7.3. Análise de Dados Obtidos com a Aplicação do RCCTE .......................... 190 7.3.1. Necessidades de Aquecimento........................................................... 190 7.3.2. Necessidades de Arrefecimento.......................................................... 191 7.3.2. Comparação da Performance dos Compartimentos...................... 191

7.4. Análise de Dados Obtidos com a Aplicação do VisualDOE ................... 192 7.4.1. Análise da Performance da Células de Teste .................................... 196 7.4.2. Comparação com os Resultados Obtidos no RCCTE....................... 199

CAPÍTULO 8 – CONCLUSÕES E EXPECTATIVAS FUTURAS ........................................ 201

8.1. Conclusões .................................................................................................... 201 8.2. Expectativas Futuras ..................................................................................... 204

ANEXO I – FICHEIRO CLIMÁTICO DO VISUALDOE .................................................. 206 AI.1. Preparação do Ficheiro Climático ............................................................ 206

AI.1.1. Obtenção dos Parâmetros .................................................................. 207 AI.2. Geração do Ficheiro Climático ................................................................. 211

ANEXO II – COEFICIENTE DE CONDUTIBILIDADE TÉRMICA “IN-SITU”..................... 213 AII.1. Justificação ................................................................................................. 213 AII.2. Método Utilizado......................................................................................... 214 AII.3. Aplicação às Células de Teste ................................................................. 217

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................. 220


xii Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 2

Figura 2.1 – Chicago 1995, fotografia de Gary Braasch.......................................... 7 Figura 2.2 – Efeito das alterações climáticas nos glaciares..................................... 8 Figura 2.3 – Consumo de Energia Final em 2002 [tep/pessoa] ............................. 13 Figura 2.4 – Emissão de CO2 em 2002 [t CO2/pessoa] .......................................... 14 Figura 2.5 – Consumo de Electricidade em 2002 [kWh/pessoa] .......................... 14 Figura 2.6 – Consumo de Energia Final por Sector em Portugal........................... 15 Figura 2.7 – Utilização de Energias Renováveis por Sector em Portugal ............. 15 Figura 2.8 – Distribuição dos consumos energéticos no Sector dos edifícios em Portugal ......................................................................................................................... 18 Figura 2.9 – Habitação sustentável com princípios bioclimáticos........................ 20 CAPÍTULO 3

Figura 3.1 – Balanço térmico no corpo humano .................................................... 27 Figura 3.2 – Valor Médio do factor de forma entre uma pessoa sentada e uma superfície horizontal ou vertical quando a pessoa pode ser rodada sobre um eixo vertical................................................................................................................... 28 Figura 3.3 – Zonas de conforto para o Verão e Inverno. ....................................... 29 Figura 3.4 – Temperatura resultante óptima de conforto...................................... 30 Figura 3.5 - Temperatura de Conforto em edifícios climatizados......................... 32 Figura 3.6 - Temperatura de Conforto em edifícios não-climatizados. ............... 32 Figura 3.7 - Mecanismos de transmissão de Calor em edifícios ........................... 35 Figura 3.8 – Balanço energético no edifício ............................................................ 38 Figura 3.9 – Determinação da espessura óptima de isolamento......................... 42 Figura 3.10 – Temperatura interior de uma parede com isolamento térmico.... 43 Figura 3.11 – Verificação de condensações superficiais....................................... 45 Figura 3.12 – Perfil de humidade para uma parede dupla................................... 46 Figura 3.13 – Fluxo de calor ao longo de um elemento de construção ............. 47 Figura 3.14 – Variação da temperatura superficial de uma parede ao longo de um dia............................................................................................................................ 51 Figura 3.15 – Ventilação nos edifícios ....................................................................... 52 Figura 3.16 – Altura do nível de pressão neutra ...................................................... 56 Figura 3.17 – Design para a ventilação natural. ..................................................... 60 Figura 3.18 – Combinação dos componentes do ambiente visual. .................... 61 Figura 3.19 – Funcionamento de envidraçados electrocrómicos........................ 66 Figura 3.20 – Algumas soluções para a iluminação natural.................................. 67 Figura 3.21 – Fluxo energético em lâmpadas incandescentes. ........................... 68 Figura 3.22 - Fluxo energético em lâmpadas de Descarga gasosa. ................... 68 Figura 3.23 – Área de envidraçado ideal em relação à área da fachada....... 70 CAPÍTULO 4

Figura 4.1 – Simulação do fluxo de calor numa caixilharia de PVC. ................... 77 Figura 4.2 – Software RUNEOLE para geração de ficheiros climáticos................ 85 Figura 4.3 – implementação do modelo de térmica e ventilação.. ................... 91

ÍNDICE

Universidade do Minho – Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Civil xiii

Figura 4.4 – Zonamento climático no novo RCCTE................................................. 98 Figura 4.5 – Exemplo do modelo de cálculo do Índice de Eficiência Energética....................................................................................................................................... 100 Figura 4.6 – Certificado Energético dos Edifícios................................................... 101 Figura 4.7 - Ilustração da ferramenta “online” para obtenção do subsídio..... 103 Figura 4.8 – Sistema solar passivo de ganho directo com armazenamento térmico. ....................................................................................................................... 107 Figura 4.9 – Sistema solar passivo de ganho indirecto – Parede de Trombe.... 107 Figura 4.10 – Sistema solar passivo de ganho isolado – Termo-sifão. ................. 107 Figura 4.11 – Arrefecimento radiativo – sistema com isolamento de tecto amovível. ..................................................................................................................... 109 Figura 4.12 – Sistema de ventilação de conforto diurna – ventilação cruzada....................................................................................................................................... 110 Figura 4.13 – Arrefecimento evaporativo – “roof-spaying” ................................. 110 Figura 4.14 – potencial de poupança energética pela aplicação da ventilação em Portugal. ........................................................................................... 112 Figura 4.15 – configurações de paredes-asa.. ...................................................... 113 Figura 4.16 - Tubagem de Luz Horizontal ................................................................ 116 Figura 4.17 – Esquema de sistema Caldeira + Armazenador Térmico............... 119 Figura 4.18 – Introdução de soluções energeticamente eficientes................... 121 Figura 4.19 – Eficiência energética de edifícios bioclimáticos ........................... 124 Figura 4.20 – Eficiência energética da Solução de ganho directo ................... 124 Figura 4.21 – causas da deterioração dos edifícios e seu peso. ........................ 127

CAPÍTULO 5

Figura 5.1 – Exemplo do cálculo do coeficiente de transmissão térmica linear (ϕ ) de uma ponte térmica ...................................................................................... 139 Figura 5.2 – Configuração do separador decimal no Windows......................... 149 Figura 5.3 – Diagrama de fluxo de informação do VisualDOE ........................... 150 Figura 5.4 – Definição das unidades a utilizar no VisualDOE ............................... 151 Figura 5.5 – Definição das componentes da base de dados de vãos envidraçados do VisualDOE .................................................................................... 152 Figura 5.6 – VisualDOE, Pasta Projecto.................................................................... 153 Figura 5.7 – VisualDOE, Pasta Blocos ....................................................................... 154 Figura 5.8 – VisualDOE, Pasta Compartimentos .................................................... 154 Figura 5.9 – VisualDOE, Pasta Envolvente............................................................... 155 Figura 5.10 – VisualDOE, Pasta Sistemas de Climatização................................... 156 Figura 5.11 – VisualDOE, Pasta Zonas ...................................................................... 156 Figura 5.12 – Ficheiro de “input” do DOE-2.1E ....................................................... 158 Figura 5.13 – VisualDOE – Diagnóstico. Pasta Zonas e Sistemas de Climatização...................................................................................................................................... 159 Figura 5.14 – VisualDOE – Gráficos........................................................................... 160

CAPÍTULO 6

Figura 6.1 – Localização das Células de Teste na Escola de Engenharia, Universidade do Minho. ............................................................................................ 163


xiv Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

Figura 6.2 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste Convencional. ............................................................................................................ 164 Figura 6.3 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste Convencional. ............................................................................................................ 165 Figura 6.4 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste tipo Passys. .......................................................................................................................... 167 Figura 6.5 – Estação meteorológica. ...................................................................... 167 Figura 6.6 – Planta com a disposição dos sensores de temperatura superficial....................................................................................................................................... 168 Figura 6.7 – Data-Logger das Células de Teste. .................................................... 168 Figura 6.8 – Células de Teste com estufa (foto da esquerda) e sem estufa (foto da direita).................................................................................................................... 169 Figura 6.9 – Folha de cálculo de Excel para obtenção do coeficiente de condutibilidade térmica. .......................................................................................... 170 Figura 6.10 – Definição da “Envolvente” das Células de Teste. ......................... 176 Figura 6.11 – Adição de materiais no Ficheiro de “Input” do VisualDOE. ......... 177 Figura 6.12 – Alteração de elementos construtivos no Ficheiro de “Input” do VisualDOE. ................................................................................................................... 177 Figura 6.13 – Definição da inércia térmica dos compartimentos. ..................... 178 Figura 6.14 – Gráfico comparando a temperatura interior medida “in-situ” e a obtida pelo VisualDOE na 1ª versão da simulação.............................................. 180 Figura 6.15 – Gráfico comparando a temperatura interior medida “in-situ” e a obtida pelo VisualDOE na 26ª versão da simulação............................................ 180

CAPÍTULO 7

Figura 7.1 – Humidade relativa entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada. ...... 184 Figura 7.2 – Temperatura resultante entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada....................................................................................................................................... 184 Figura 7.3 – Humidade relativa entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta... 185 Figura 7.4 – Temperatura resultante entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta....................................................................................................................................... 186 Figura 7.5 – Humidade relativa entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada....................................................................................................................................... 187 Figura 7.6 – Temperatura resultante entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada. ..................................................................................................................... 187 Figura 7.7 – Humidade relativa entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta....... 188 Figura 7.8 – Temperatura resultante entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta....................................................................................................................................... 188 Figura 7.9 – Temperatura interior da CTnC – Sul, entre 10 a 16 de Novembro. 193 Figura 7.10 – Temperatura interior da CTnC – Norte, entre 1 a 7 de Janeiro. ... 193 Figura 7.11 – Temperatura interior da CTC entre 9 a 14 de Fevereiro................ 193 Figura 7.12 – Temperatura interior da CTP entre 11 a 17 de Outubro................ 194 Figura 7.13 – Temperatura interior da CTnC – Sul, entre 8 a 14 de Setembro... 194 Figura 7.14 – Temperatura interior da CTnC – Norte, entre 18 a 24 de Junho .. 195 Figura 7.15 – Temperatura interior da CTC entre 21 a 27 de Agosto ................. 195 Figura 7.16 – Temperatura interior da CTP entre 6 a 12 de Junho...................... 195

ÍNDICE

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ANEXO I

Figura AI.1 – Folha de cálculo utilizada para obter os parâmetros necessários para o ficheiro climático. ......................................................................................... 211 Figura AI.2 – Organização de parâmetros de forma a gerar um ficheiro climático...................................................................................................................... 211 Figura AI.3 – Ultimação do ficheiro climático para o VisualDOE........................ 212 Figura AI.4 – Ferramenta de conversão do VisualDOE para o ficheiro climático....................................................................................................................................... 212

ANEXO II

Figura AII.1 – Sensor de fluxo de calor e temperatura superficial interior instalados na Célula de Teste Convencional. ....................................................... 215 Figura AII.2 – Sensor de temperatura superficial exterior instalado na Célula de Teste não Convencional........................................................................................... 215 Figura AII.3 – Distribuição dos sensores de fluxo de calor nas Células de Teste....................................................................................................................................... 217


xvi Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

ÍNDICE DE TABELAS

CAPÍTULO 2

Tabela 2.1 – Taxionomia do desenvolvimento sustentável ..................................... 9 Tabela 2.2 – Consumo de Energia Final em 2002.................................................... 13 Tabela 2.3 – Consumo de Electricidade e emissões de CO2 em 2002 ................ 14 Tabela 2.4 – Caracterização do Sector Energético em Portugal ........................ 15

CAPÍTULO 3

Tabela 3.1 – Actividade Metabólica correspondente a várias acções.............. 24 Tabela 3.2 – Isolamento típico de algumas combinações de vestuário ............ 25 Tabela 3.3 – Classificação de alguns isolamentos térmicos.................................. 40 Tabela 3.4 – Variação da pressão de vapor ao longo de uma parede ............ 46 Tabela 3.5 – Cálculo do amortecimento e atraso térmico para uma parede.. 50 Tabela 3.6 – Concentração admissível de alguns poluentes ............................... 53 Tabela 3.7 – Iluminância recomendada por tarefa visual .................................... 62 Tabela 3.8 – Iluminância recomendada por zona do edifício ............................. 62 Tabela 3.9 – Reflectância das superfícies recomendada..................................... 63 Tabela 3.10 – Razão de luminâncias recomendada ............................................. 63 Tabela 3.11 – FLD recomendado para alguns tipos de espaços ......................... 64 Tabela 3.12 – Propriedades de algumas fontes luminosas artificiais.................... 69

CAPÍTULO 4

Tabela 4.1 – Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício ........................................................................................................................... 75 Tabela 4.2 – Classificação das formas existentes para determinar bases de dados meteorológicas................................................................................................ 82 Tabela 4.3 – Limites e forma de obter os consumos energéticos no RSECE ..... 100 Tabela 4.4 – Ciclo de vida de alguns componentes dos edifícios..................... 126

CAPÍTULO 5

Tabela 5.1 – Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício ......................................................................................................................... 138 Tabela 5.2 – Ganhos térmicos internos médios por tipo de edifícios ................. 140 Tabela 5.3 – Factor de Orientação ......................................................................... 141 Tabela 5.4 – Energia solar média incidente por zona climática......................... 141 Tabela 5.5 – Factor de fracção envidraçada....................................................... 142 Tabela 5.6 – Coeficiente de absorção de superfícies exteriores........................ 145 Tabela 5.7 – Temperatura média (Tm) e intensidade da radiação solar (Ir) para a estação de arrefecimento ................................................................................... 146 Tabela 5.8 – Factor correcção da selectividade angular, para o caso do Verão (Fw)................................................................................................................................ 147

ÍNDICE

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xvii

CAPÍTULO 6

Tabela 6.1 – Elementos construtivos da CTnC ....................................................... 165 Tabela 6.2 – Elementos construtivos da CTP .......................................................... 166 Tabela 6.3 – Área útil e pé-direito das Células de Teste ...................................... 171 Tabela 6.4 – Perdas Térmicas das Células de Teste no Inverno .......................... 171 Tabela 6.5 – Ganhos Térmicos das Células de Teste no Inverno ........................ 172 Tabela 6.6 – Perdas Térmicas das Células de Teste no Verão ............................ 172 Tabela 6.7 – Perdas Térmicas das Células de Teste no Verão ............................ 173 Tabela 6.8 – Parâmetros do ficheiro climático para o VisualDOE. ..................... 174

CAPÍTULO 7

Tabela 7.1 – Necessidades de aquecimento para as CT.................................... 190 Tabela 7.2 – Necessidades de arrefecimento para as CT................................... 191 Tabela 7.3 – Necessidades energéticas anuais para as CT ................................ 192 Tabela 7.4 – Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT sem estufa 194 Tabela 7.5 – Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT com estufa196 Tabela 7.6 – Energia consumida pelas Células de Teste, caso base................. 196 Tabela 7.7 – Energia consumida pelas Células de Teste, primeira alternativa. 197 Tabela 7.8 – Energia consumida pelas Células de Teste, segunda alternativa....................................................................................................................................... 198 Tabela 7.9 – Energia total consumida pelas Células de Teste, terceira alternativa. .................................................................................................................. 199 Tabela 7.10 – Comparativo entre necessidades energéticas das CT obtidas pelo RCCTE e pelo VisualDOE..................................................................................200

ANEXO I

Tabela AI.1 – Parâmetros necessários do ficheiro climático para o VisualDOE....................................................................................................................................... 206 Tabela AI.2 – Conversão de Unidades. .................................................................. 207

ANEXO II

Tabela AII.1 – Intervalos de dados utilizados para o cálculo da Resistência Térmica “in-situ”.......................................................................................................... 218 Tabela AII.2 – Verificação da variação da Resistência térmica por intervalo de dados........................................................................................................................... 218 Tabela AII.3 – Teste de variância e convergência para os valores calculados da Resistência Térmica “in-situ”..................................................................................... 218

CAPÍTULO 1 – Enquadramento e Motivação da Dissertação

Universidade do Minho – Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Civil PÁGINA 1

DISSERTAÇÃO COM VISTA À OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE

EM ENGENHARIA CIVIL

Opção de Processos e Gestão da Construção

TEMA:

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE CONSTRUÇÕES

NÃO CONVENCIONAIS ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO EM VISUALDOE

CAPÍTULO 1 – ENQUADRAMENTO E MOTIVAÇÃO DA DISSERTAÇÃO

1.1. ENQUADRAMENTO

Um dos grandes desafios que a humanidade tem de ultrapassar é a

problemática das alterações climáticas e degradação do meio ambiente. É

sabido que estes desafios estão intimamente relacionados com o actual

consumo de energia e formas de a obter. Assim, quanto maior o consumo

energético, mais rapidamente se levará à delapidação de várias matérias-

primas e consequente crise ambiental. No sector da construção, um dos

principais desafios é o aumento, por parte de população em geral, das

exigências de conforto no interior das habitações, levado a um aumento na

potência dos equipamentos de aquecimento e arrefecimento, resultando num

aumento do consumo engético.


PÁGINA 2 Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

De forma a ser possível um desenvolvimento sustentável, este aumento

contínuo no consumo energético não se pode manter. Uma das formas de

reduzir este consumo energético é a utilização de soluções construtivas

projectadas de forma a tirar partido das condições ambientais e, assim, reduzir

as necessidades de utilização de sistemas de aquecimento e arrefecimento.

Pretende-se, porém, manter as condições de conforto interior. Desta forma é

possível reduzir a energia consumida nos edifícios e ajudar a combater os

problemas energéticos que cada vez mais nos preocupam.

O projecto de um edifício é uma actividade multi-disciplinar, onde todas as

disciplinas dos edifícios e partes interessados têm de colaborar, logo desde a

fase inicial do desenho esquemático do edifício. Para ser possível assegurar

uma performance ambientalmente eficiente do edifício, esta colaboração

tem de se manter durante todo o ciclo de vida do edifício – projecto,

construção, utilização, remodelação, reabilitação e até na demolição. Só

assim é provável que sejam tomadas as decisões “correctas”, sobre todos os

pontos de vista, sendo esta afirmação especialmente verdadeira na fase de

projecto conceptual do edifício, pois é nesta fase que se tomam as decisões

que condicionam a performance final do edifício. Como tal, para que se

tomem medidas sustentadas, é necessário prever e avaliar a performance de

todas as ideias, segundo vários critérios: conforto, estética, energia, impacto

ambiental, economia, etc. Assim a fase de design é uma fase iterativa de

geração de ideias, previsão e avaliação. No caso de previsões e avaliações

erradas, a performance do edifício será diferente da esperada, ou seja, para

minimizar o risco de fracasso da performance do edifício, é necessário tomar

sempre decisões informadas.

Com o intuito de projectar soluções construtivas energeticamente eficientes,

as ferramentas de simulação térmica são instrumentos muito poderosos,

possibilitando o teste de várias soluções propostas e a escolha daquela que

apresente a maior eficiência energética. Com o aparecimento e crescente

exigência da regulamentação térmica dos edifícios, a utilização destas

ferramentas de simulação torna-se imprescindível, para garantir que os



edifícios apresentem performances térmicas melhores ou iguais às requeridas

pelos respectivos regulamentos a que estão sujeitos.

1.2. OBJECTIVOS

Com este trabalho é proposto o estudo do comportamento térmico de

soluções construtivas não convencionais, projectadas com considerações

bioclimáticas. As soluções testadas apresentam dois tipos de construção – um

do tipo leve com a utilização de grandes espessuras de isolamento, outra do

tipo pesada com recurso a paredes de terra compactada (Adobe), com

grande capacidade de armazenamento térmico. Para estudar a viabilidade

destas soluções será utilizado o Programa de simulação térmica – VisualDOE,

de forma a simular o comportamento térmico destas soluções propostas,

comparando as soluções inovativas com as convencionais.

Complementarmente, é proposta a utilização das Células de Teste que foram

construídas no Campus de Azurém, Universidade do Minho, de forma a

proceder à calibração do modelo das simulações efectuadas, assim como à

realização de testes “in-situ”, de forma a aumentar o rigor das simulações

efectuadas com o Programa VisualDOE.

Também é proposto o estudo das soluções apresentadas através da

metodologia de cálculo seguida pelo Regulamento das Características do

Comportamento Térmico dos Edifícios (nova versão – entra em vigor em

Janeiro de 2006), de forma a testar a aproximação à situação real que se

consegue obter seguindo esta metodologia de verificação do

comportamento térmico dos edifícios.

Finalmente, serão apresentadas algumas soluções e metodologias com vista

ao melhoramento da eficiência energética dos edifícios, apresentando as suas

vantagens.



1.3. ORGANIZAÇÃO

A dissertação é iniciada com a apresentação da sua motivação e respectivo

enquadramento, apresentando a problemática energética e a contribuição

do sector da construção, assim como a referência aos objectivos a atingir com

a realização deste trabalho.

Seguidamente são definidos de uma forma mais ampla os problemas

ambientais da actualidade e a problemática do desenvolvimento sustentável.

São também apresentados as várias formas de energia e seus problemas

associados. Foi realizada uma caracterização do sector energético, com

maior ênfase no sector da construção, em termos Mundiais, Europeus e em

Portugal.

De forma a introduzir o tema da térmica dos edifícios, foram referidos vários

conceitos base, absolutamente necessários para a compreensão deste tema.

Por outro lado, também foram referidos conceitos intimamente ligados à

performance energética dos edifícios, tais como a ventilação, humidade,

inércia térmica, entre outros.

O assunto subsequente foi a eficiência energética dos edifícios e formas de a

avaliar. Também foram referidas as ferramentas de simulação com vista à

melhoria da eficiência. Analisou-se a regulamentação térmica em Portugal e

alterações efectuadas nesta. Seguidamente propuseram-se várias soluções a

introduzir nos edifícios para promoverem a eficiência energética.

No ponto seguinte foram apresentadas duas metodologias para a previsão da

performance energética dos edifícios. Em primeiro lugar foi apresentada a

metodologia seguida pelo novo Regulamento das Características do

Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), que será introduzido em

Portugal em Janeiro de 2006. Seguidamente, apresentou-se a ferramenta de

simulação VisualDOE, onde foram referidos todos os passos necessários para a

caracterização da performance dos edifícios e calibração dos modelos a

utilizar.



Posteriormente foi introduzido o caso de estudo realizado neste trabalho – a

caracterização da performance das Células de Teste, construídas na

Universidade do Minho, Escola de Engenharia, as quais apresentam um

módulo com a construção tradicional Portuguesa e outro com soluções com

vista à eficiência energética. Assim, é apresentado o comportamento “in-situ”

destas e sua previsão segundo as duas metodologias referidas previamente.

Por último, são discutidos todos os resultados e conclusões que foram obtidos

durante a realização do trabalho apresentado na dissertação.



2. CAPÍTULO 2 – SUSTENTABILIDADE

2.1. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

“O ambiente é o local onde todos nós vivemos, e o desenvolvimento é aquilo

que todos nós fazemos na tentativa de melhorar o nosso lote dentro desse

meio” - Gro Harlem Brundtland

Desenvolvimento Sustentável:

Sustentabilidade – a condição na qual o ecossistema mantém a diversidade e

a qualidade – e assim a sua capacidade para suportar as pessoas e o resto

das formas de vida – e o seu potencial para se adaptar e modificar e

providenciar um vasto leque de opções e oportunidades para o futuro.

Desenvolvimento – a condição na qual todos os membros da sociedade

podem determinar e atingir as suas necessidades e ter uma vasta gama de

opções para atingir o seu potencial (Paris e Kates, 2003).

CAPÍTULO 2 – Sustentabilidade


De forma resumida, o desenvolvimento sustentável pode ser definido como a

melhoria da qualidade de vida a curto prazo, sem comprometer a qualidade

de vida a longo prazo. Pode-se considerar que a sustentabilidade abrange três

ramos distintos – ramo social, ramo ambiental e ramo económico.

2.1.1. ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS

O conflito de interesses entre o desenvolvimento económico e o ambiente tem

conduzido a um estado de urgência global. Tal é despoletado por uma

constante procura de benefícios imediatos, sem considerar as consequências

a longo prazo. Neste momento, em termos ambientais existem problemas de

contaminação e degradação dos ecossistemas, esgotamento de recursos,

crescimento descontrolado da população mundial, desequilíbrios

insustentáveis, conflitos destrutivos, perda de diversidade biológica e cultural e

o aparecimento de mega-cidades com altas concentrações de emissões de

poluentes (Figura 2.1). Estas alterações ambientais ultrapassam a habilidade e

potencialidade das várias correntes científicas em avaliar e recomendar. As

tentativas das instituições políticas e económicas em adaptar o mundo para

lidar com tais mudanças não estão a resultar. De forma a manterem-se

abertas opções para as gerações vindouras, a geração actual deve começar

a trabalhar agora, de forma conjunta, em termos nacionais e internacionais.

Figura 2.1 – Chicago 1995, fotografia de Gary Braasch



Em 1983 as Nações Unidas nomearam uma comissão internacional para

propor estratégias de desenvolvimento sustentável. Esta comissão, presidida

pelo Primeiro-Ministro Norueguês Gro Harlem Brundtland, publicou o seu

relatório em 1987, intitulado "Our Common Future" - conhecido como

"Brundtland Report". Tal foi um marco que desencadeou uma larga escala de

acções, incluindo as Reuniões Mundiais de desenvolvimento sustentável,

promovidas pelas Nações Unidas, em 1992 (Conferência do Rio) e 2002

(Conferência de Joanesburgo), a Convenção Internacional das Mudanças

Climáticas e os programas mundiais "Agenda 21" (Bruntland, 1987).

Este relatório conclui que a continuação da situação actual de consumo

energético desmedido pode levar a alterações climáticas muito graves

devido ao efeito de estufa, poluição e acidificação do ar devido à queima de

combustíveis fósseis ou a riscos de acidentes nucleares (Figura 2.2). Assim, é

fundamental para um desenvolvimento sustentável seguir um caminho que

leve à redução da utilização de energia. O que não significa a escassez de

energia essencial, mas sim o uso produtivo e eficiente da energia primária. Nos

próximos 50 anos, as várias nações vão ter a oportunidade de produzir os

mesmo níveis de energia, mas utilizando apenas metade da energia primária

actualmente consumida. Isto requer mudanças estruturais profundas em

termos sócio-económicas e institucionais e é um importante desafio à

sociedade global.

Figura 2.2 – Efeito das alterações climáticas nos glaciares

A última Reunião Mundial de desenvolvimento sustentável mostrou que

inúmeras organizações internacionais e nacionais, corporações transnacionais



e organizações não governamentais possuem como missão o

desenvolvimento sustentável, o que se revelou um ponto bastante favorável.

Negativamente, foi observado que os resultados ambientais estavam bastante

abaixo do esperado. Por outro lado é necessário ultrapassar o facto de ainda

não existir nenhum indicador de sustentabilidade que seja universalmente

aceite. Apenas com o consenso neste ponto se poderá unir esforços e

trabalhar no mesmo sentido, facilitando a definições de objectivos a atingir.

Com este objectivo em mente, Parris e Kates definiram uma taxionomia de

objectivos que descreve o desenvolvimento sustentável – Tabela 2.1 (Parris e

Kates, 2003).

Tabela 2.1 – Taxionomia do desenvolvimento sustentável

Sustentabilidade Desenvolvimento

Terra Sobrevivência infantil

Biodiversidade Esperança de vida

Educação

Igualdade

Natureza

Ecossistemas

Pessoas

Igualdade de oportunidades

Serviços do

ecossistema Saúde

Recursos Sectores produtivos

Suporte de

vida

Ambiente

Economia

Consumo

Culturas Instituições

Grupos Capital social

Estados Comunidade

Locais

Sociedade

Regiões

Fonte: Paris e Kates, 2003.

2.1.2. METAS PARA ATINGIR A SUSTENTABILIDADE

O primeiro passo no combate às alterações climáticas foi dado com a

implementação do Protocolo de Quioto, onde são definidos limites para as

emissões dos principais Gases de Efeito de Estufa (GEE) – reduzir os nível de GEE

em 5% até 2012, em comparação com os níveis de 1990. Portugal aderiu à

Convenção Estrutural de Alterações Climáticas das Nações unidas (UN FCC)



em Dezembro de 1993, produzindo dois relatórios sobre as alterações

climáticas em Portugal. No segundo relatório, de Novembro de 1997, está

previsto que as emissões de CO2 subam 69% entre 1990 a 2010. A União

Europeia assina o Protocolo de Quioto em Dezembro de 1997, onde se

compromete a reduzir as emissões de GEE em 8% até 2008 ou 2012. Através de

um Acordo de Partilha de Responsabilidades entre os Estados Membros da

União Europeia (Decisão n.º 2002/358/CE, de 25 de Abril), com metas

diferenciadas para cada Estado Membro, Portugal tem de limitar o aumento

da emissão de GEE em 27%; assim, Portugal ratifica o Protocolo de Quioto em

Março de 2002. Este entra mundialmente em vigor em 16 de Fevereiro de 2005,

quando 55 países ratificaram este protocolo, representado 55% do total das

emissões de CO2 em 1990. Complementarmente, os “European Environment

and Sustainable Development Advisory Councils” recomendaram, em

Novembro de 2004, uma redução de 30% até 2020 e de 70% até 2050, da

emissão de gases de efeito de estufa, em relação aos níveis de 1990, com o

intuito da manutenção da concentração destes gases em 450 ppmv de CO2

equivalentes (Monteiro, 2005).

Com vista a quantificar o esforço necessário para Portugal cumprir este

Protocolo, é criado o Plano Nacional para as Alterações Climáticas (PNAC),

onde são definidas políticas e medidas necessárias nos vários sectores, assim

como os instrumentos necessários para o seu cumprimento. Também é

proposta uma monitorização contínua das emissões de GEE e uma

maleabilidade do PNAC de forma a possibilitar ajustes necessários, conforme a

resposta dada nos vários sectores (PNAC, 2001).

Um grande advento para o Desenvolvimento sustentável foi a instituição da

“uma Década por uma Educação para o Desenvolvimento Sustentável” 2005-

2014, por parte das Nações Unidas. Esta iniciativa propõe promover um

consumo responsável – os três R’s – Reduzir, Reutilizar, Reciclar; impulsionar o

desenvolvimento técnico científico para a sustentabilidade; promover acções

socio-políticas com vista à protecção do meio ambiente e à solidariedade; a

promoção do conceito de benefícios globais a longo prazo, em vez dos

benefícios individuais a curto prazo (Educadores por la sostinibilidade, 2004).



2.2. A ENERGIA

Devido à redução do custo e massificação do uso da energia, desencadeado

pela Revolução Industrial, aliado ao aumento dos padrões de vida das

populações, o consumo energético teve um aumento exponencial. Como tal,

este consumo exacerbado de energia levou à depleção de várias matérias-

primas, assim como a uma crise ambiental. Apenas com estes indicadores

ambientais deveriam ter sido tomadas medidas drásticas, de forma a travar

este aumento do consumo energético. Mas foi com as crises petrolíferas de

1973 e 1979 que foram despoletadas medidas para reduzir o consumo

energético e a elevada dependência do petróleo (A Green Vitruvius, 1999).

A energia pode ser utilizada na forma de calor ou potencial mecânico e é

obtida de diversas formas – queima de combustíveis, divisão da estrutura

nuclear de átomos, radiação solar, etc. As forma de energia mais utilizadas

são (Sabady 1979):

• Petróleo – a combustão do petróleo e seus derivados é a forma de

energia mais utilizada, sendo gastos aproximadamente 5 biliões de

toneladas de petróleo por ano. Com esta taxa de consumo, as reservas

previstas de petróleo são avaliadas em 45 anos, mas à medida que os

equipamentos de extracção são mais eficientes e que o petróleo se

torna mais valioso, várias jazidas passam a ser economicamente viáveis

e consequentemente as reservas de petróleo aumentam;

• Carvão - a combustão do carvão era a principal fonte energética até

1958. Mas este, além da intensa produção de fumo, implica problemas

ambientais muito graves.

• Energia Atómica – a obtenção de energia pela divisão da estrutura

nuclear de átomos tem um grande potencial de superação das

necessidades energéticas, mas ainda existem vários problemas técnicos

que necessitam de ser ultrapassados, tais como os resíduos radioactivos

e o desmantelamento de reactores nucleares. Como tal, só



posteriormente à resolução de todos os problemas técnicos que advêm

da utilização da energia nuclear será possível a sua utilização óptima;

• Energia Solar – esta energia provém da radiação solar, em termos de luz

visível de ultravioletas e infravermelhos. O fluxo de radiação solar que

atinge a atmosfera terrestre é de cerca de 1394 W/m2. Mas cerca de 30

a 40% desta radiação é absorvida pela atmosfera, chegando a uma

superfície ao nível do mar entre 0.855 kW/m2 a 1,00 kW/m2. Assim, a

radiação solar tem um grande potencial de aproveitamento, mas

ainda é necessário um aumento significativo na eficiência de

aproveitamento desta fonte de energia;

• Outras formas – tais como a energia hídrica e o gás natural. Estas formas

de energia são relativamente menos poluentes e com menores

problemas técnicos do que as referidas anteriormente (excepto a

energia solar). Não conseguem, porém, suprir todas as necessidades

energéticas existentes. Por exemplo, o Brasil, considerado um país com

um dos maiores potenciais de aproveitamento de energia hídrica,

apenas consegue suprir 13% das suas necessidades energéticas a partir

da energia hídrica (IEA Energy Statistics).

Em termos do mercado energético residencial, o petróleo, a electricidade e o

gás natural são as fontes energéticas mais importantes, mas a combustão de

biomassa (madeira, resíduos, etc) e carvão é uma forma de obtenção de

energia que é utilizada por cerca de 3 biliões de pessoas. Em termos de

consumo energético, o sector residencial tem um peso de 50% em países

desenvolvidos, podendo atingir os 95% em países subdesenvolvidos O

combustível mais poluente em termos da emissão de CO2, SO2, NOx e

partículas é o carvão, seguido do petróleo. Adicionalmente, a queima de

carvão leva à emissão de vários poluentes com malefícios para a saúde, tais

como partículas, monóxido de carbono, formalaído e matéria orgânica

cancerígena. A exposição a estes poluentes está associada a doenças como

cancro do pulmão, infecções respiratórias, entre outras. Então, é essencial

promover a utilização de outros combustíveis com queima mais limpa, tanto

ambientalmente, como para a saúde dos utilizadores, como o gás natural,

devendo ser utilizado em equipamentos para aquecimento, em edifícios



residenciais, substituindo outras fontes tais como o carvão e o petróleo

(Balaras, droutsa, Dascalaki e Kontoyiannidis, 2005).

2.2.1. CARACTERIZAÇÃO DO SECTOR ENERGÉTICO

Neste momento, o consumo energético não está distribuído de forma

equitativa. As Nações mais desenvolvidas têm consumos per capita muito mais

elevados do que a média mundial. Por exemplo a América do Norte, em 2002,

teve um consumo de energia final per capita de 4.39 tep/pessoa, enquanto

que a média mundial estava nos 1.15 tep/pessoa, como se pode verificar na

Tabela 2.2 e na Figura 2.3. Se considerarmos a soma do consumo de energia

final na América do Norte e União Europeia, é possível verificar que 40.7% do

consumo de energia final está distribuído por 12.9% da população mundial

(IEA Energy Statistics).

Tabela 2.2 – Consumo de energia final em 2002

Consumo de Energia Final

[Mtep]

Consumo de Energia Final per capita

[tep/pessoa] Portugal 20.77 2.00 União Europeia 1056.83 2.77 América do Norte 1841.06 4.39 Mundial 7094.97 1.15

Fonte: IEA Energy Statistics

012345

Portugal UniãoEuropeia

América doNorte

Mundial

Figura 2.3 – Consumo de energia final em 2002 [tep/pessoa]

Outros indicadores energéticos importantes são o consumo de electricidade e

as emissões de CO2. A partir da Tabela 2.3 e das Figuras 2.3 e 2.4, é possível

verificar que as tendências que estes indicadores seguem são semelhantes às



do consumo de energia final. No caso do consumo de electricidade, a

América do Norte e a União Europeia representam 40.5% do consumo mundial

e para as emissões de CO2, 48.2% do total de emissões mundiais.

Tabela 2.3 – Consumo de electricidade e emissões de CO2 em 2002

Consumo de Electricidade per capita

[kWh/pessoa]

Emissões de CO2 per capita

[t CO2/pessoa] Portugal 4290 6.07

União Europeia 6719 8.41 América do Norte 10776 15.62 Mundial 2373 3.89

Fonte: IEA Energy Statistics

0

5

10

15

20

Portugal União Europeia América doNorte

Mundial

Figura 2.4 – Emissão de CO2 em 2002 [ton CO2/pessoa]

0200040006000

80001000012000

Portugal UniãoEuropeia

América doNorte

Mundial

Figura 2.5 – Consumo de electricidade em 2002 [kWh/pessoa]

Portugal, em relação à União Europeia, apenas representa 1.7% do total de

emissões de CO2, 2% do total de consumo de electricidade e 2% do consumo

de energia final. Se comparamos os consumos e emissões de CO2 per capita

de Portugal, verifica-se que estão sempre um pouco abaixo da média

Europeia, mas acima das médias Mundiais. Em relação ao consumo

energético por sector, em Portugal os sectores com maior peso são:



transportes (36.4%), indústria (29%), doméstico (16.1%) e serviços (12.3%). De

todos estes sectores, apenas a indústria e o doméstico utilizam fontes de

energia renováveis. No sector da indústria as fontes renováveis cobrem 9.9%

do total utilizado, enquanto que no sector doméstico estas cobrem 37.5% do

total, como se pode verificar na Tabela 2.4 e nas Figuras 2.6 e 2.7.

Tabela 2.4 – Caracterização do sector energético em Portugal

SECTOR: CONSUMO TOTAL (%)

CONSUMO ELÉCTRICO (%)

RENOVÁVEIS (%)

PESO DAS RENOVÁVEIS

(%) AGRICULTURA E PESCAS 2.2 2.1 - - INDÚSTRIA 29.0 35.6 31.8 9.9 CONSTRUÇÃO E OBRAS PÚBLICAS 4.0 1.6 - -

TRANSPORTES 36.4 1.1 - - SECTOR DOMÉSTICO 16.1 27.4 68.2 37.5 SERVIÇOS 12.3 32.2 -

Fonte: DGGE – Balanços Energéticos 1990-2003

2.2%

29.0%4.0%

36.4%

16.1%12.3%

0% 10% 20% 30% 40%

SERVIÇOS

SECTOR DOMÉSTICO

TRANSPORTES

CONSTRUÇÃO EOBRAS PÚBLICASINDÚSTRIA

AGRICULTURA EPESCAS

Figura 2.6 – Consumo de energia final por sector em Portugal

31.8%

68.2%

INDÚSTRIASECTOR DOMÉSTICO

Figura 2.7 – Utilização de energias renováveis por sector em Portugal



Concluindo, o consumo energético é dos maiores problemas da actualidade.

A humanidade está em luta contra o esgotamento das reservas de

combustíveis sólidos, dos quais nos tornámos dependentes, enquanto que, por

outro lado, a queima destes combustíveis fósseis causa grandes problemas

ambientais (Wilde e van der Voorden, 2004).

2.3. SECTOR DOS EDIFÍCIOS

Nas sociedades tradicionais, a construção de edifícios era baseada nos

recursos naturais existentes localmente, no clima e na mão-de-obra local.

Assim, as habitações reflectiam, por um lado um profundo conhecimento das

condições climáticas, por outro lado a performance dos materiais utilizados na

construção. Também existia um claro conhecimento de como os processos de

projecto, construção e edifício interagiam entre si, assim como com os

utilizadores e o ambiente. Tradicionalmente, não era possível despender de

enormes quantidades de energia. As habitações reflectiam esse facto e não

era necessário a utilização massiva de energia de forma a proporcionar o

conforto interior (Ngowi, 1997).

No entanto o desenvolvimento do sector dos edifícios levou à construção de

habitações que não eram projectadas com características apropriadas ao

clima exterior em que se inseriam, dependendo unicamente dos sistemas de

aquecimento / arrefecimento para proporcionar o conforto térmico. Este

facto, aliado a um aumento da qualidade de vida e exigência de conforto no

interior das habitações, levou à utilização generalizada de equipamentos de

aquecimento e arrefecimento e, consequentemente, a um aumento

insustentável do consumo engético dos edifícios. Como tal, as estratégias

utilizadas no sector da construção necessitam de uma profunda revisão,

começando pela construção de edifícios que tirem proveito do meio

ambiente, de forma a reduzirem as necessidades de aquecimento /

arrefecimento, até à utilização de materiais com baixa energia incorporada.



O sector dos edifícios está entre os maiores consumidores energéticos e de

matérias-primas. É estimado que, mundialmente, sejam emitidas 6 biliões de

toneladas de dióxido de carbono devido à actividade humana.

Aproximadamente 37,5% destas emissões são, de uma forma ou de outra,

devido ao sector dos edifícios. Na Europa, este sector utiliza cerca de um terço

de todas as matérias-primas e energia final, produzindo cerca de metade das

emissões de dióxido sulfúrico, 27% das emissões de óxido nitroso, 10 % das

emissões de partículas, os quais estão todos relacionados com as alterações

climáticas, ou seja, são GEE. A distribuição da emissão de GEE é dividida em

2/3 por parte de edifícios residenciais e 1/3 por parte dos edifícios de serviços.

Assim, os edifícios estão entre os grandes poluidores da actualidade. Com a

construção de edifícios energeticamente mais eficientes seria possível reduzir

em 60% as emissões de carbono, ou seja, em 1,35 biliões de toneladas

(Tzikopoulos, Karatza e Paravantis, 2005).

2.3.1. CARACTERIZAÇÃO DO SECTOR DOS EDIFÍCIOS EM PORTUGAL

Em Portugal, o sector dos edifícios representa 3.3 milhões de fogos (em 2002),

com a construção de 200 000 novos fogos apenas entre 2000 e 2002. O peso

deste sector no consumo de energia final é de 28.4% (16.1% doméstico, 12.3%

serviços), o que corresponde a um consumo de 5.4 Mtep. Como tal, este é um

sector com grande peso ao nível energético, sendo fundamental para a

redução do consumo energético. Entre 1998 e 2003, a evolução deste sector

não foi encorajadora em termos energéticos, pois passámos de consumos na

ordem dos 3.5 Mtep em 1998, para os 5.4 Mtep em 2003. O peso deste sector

no consumo final aumentou de 21% em 1998, para 28.4% em 2003.

A distribuição do consumo energético no sector dos edifícios em 1998 era de

50% para águas quentes sanitárias e cozinhas, 25% para aquecimento e

arrefecimento e 25% para iluminação e equipamentos (Figura 2.8), mas a

tendência é para que o aquecimento e arrefecimento aumentem o seu peso,

devido ao aumento das exigências de conforto. Todos estes consumos de

energia têm potencial para serem reduzidos; as águas quentes sanitárias



podem ser obtidas através da aplicação painéis solares; a iluminação e

equipamentos podem ser reduzidos com o aumento da eficiência dos

equipamentos; o aquecimento e arrefecimento podem ser melhor geridos

com a aplicação de normas e princípios que promovam a utilização racional

de energia (Eyckmans e Cornillie, 2002).

25%

25%

50%

Águas QuentesSanitárias eCozinhaAquecimento eArrefecimento

Iluminação eEquipamentos

Figura 2.8 – Distribuição dos consumos energéticos no Sector dos edifícios em Portugal

2.3.2. CONSUMO ENERGÉTICO DOS EDIFÍCIOS

O consumo energético total dos edifícios pode ser dividido em:

• Energia de produção (ou incorporada) – energia consumida na

aquisição de matérias-primas, no seu processamento, manufactura,

transporte, construção, manutenção, alteração, na demolição e

reciclagem dos materiais utilizados nos edifícios. Recentemente tem sido

dada mais atenção à energia incorporada nos materiais e sua

avaliação durante o ciclo de vida do edifício. A energia incorporada

contabiliza as emissões de poluentes das águas dos rios e oceanos,

assim como dos poluentes do ar que contribuem para o efeito de

estufa. A energia incorporada pode ser dividida em directa –

manufactura e transporte dos materiais e equipamento necessários

para a construção; e indirecta – processamento, transporte, conversão

e fornecimento da energia à construção;

• Energia induzida – energia consumida durante a construção do edifício;

• Energia de operação – energia necessária para manter os níveis de

conforto requeridos;



• Energia cinzenta – perdas por conversão de energia (rendimento),

durante o transporte de materiais, construção do edifício, aquecimento,

etc.

A energia incorporada recorrente nos edifícios representa a energia não

renovável consumida para manter, reparar, restaurar, reabilitar e substituir

materiais, componentes ou sistemas durante o ciclo de vida do edifício. À

medida que aumenta a eficiência energética dos edifícios, a razão energia

incorporada / energia consumida durante a fase de utilização do edifício vai

aumentando. Por exemplo, num edifício energeticamente eficiente a energia

incorporada pode representar 15% da energia consumida em toda a vida útil

do edifício (A Green Vitruvius, 1999).

De entre todos os consumos energéticos e de matérias-primas referidos, o que

mais se destaca é o consumo energético durante a fase de utilização. Como

tal, apenas com a inclusão de medidas de eficiência energética no projecto,

ao nível da envolvente, compartimentação, materiais, aproveitamento da

energia solar e das condições ambientais exteriores, será possível uma drástica

redução dos consumos energéticos para aquecimento, arrefecimento e

iluminação. A aplicação de princípios bioclimáticos em edifícios é um factor

essencial para a redução do consumo energético e das emissões de Carbono

no sector dos edifícios. A Arquitectura bioclimática é aquela que, durante o

projecto do edifício, tem em conta as condições climáticas a que estará

sujeito o edifício e a utilização de sistemas solares passivos, de forma a

aumentar a eficiência energética. Como tal, e sabendo que um edifício

bioclimático pode consumir 10 vezes menos energia em aquecimento do que

um edifício convencional, este tipo de arquitectura revela-se uma boa opção

para o aumento da eficiência energética dos edifícios. O custo adicional de

um edifício bioclimático ronda os 3-5% para edifícios novos. Nos casos de

reabilitações, este custo pode subir um pouco, mas será amortizado em

poucos anos, pelo que, mesmo em termos económicos, os edifícios

bioclimáticos são compensadores. A arquitectura bioclimática (Figura 2.9)



indica que os seguintes factores sejam tomados em consideração no projecto

dos edifícios:

• Topografia – inclinação, orientação, vista;

• Movimento do sol – altitude solar e azimute;

• Condições climáticas – vento, radiação solar, temperatura, humidade;

• Condições ambientais – iluminação natural, sombreamento do edifício;

• Peso, volume e altura do edifício;

• Normas locais de arquitectura;

• Disponibilidade local dos materiais de construção.

Figura 2.9 – Habitação sustentável com princípios bioclimáticos: Moradias Oásis

A Arquitectura Vernacular também é uma corrente arquitectónica sustentável,

cuja grande força consiste na mistura de várias opções de design, com o

intuito de proporcionar uma harmonia natural entre o clima, a arquitectura e

as pessoas.

Com o progressivo aumento dos problemas ambientais ao nível local, regional

e global, é necessário um maior empenho na construção de edifícios

sustentáveis. Neste contexto, a sustentabilidade embarca uma vasta gama de

elementos: local de implantação do edifício, urbanística, consumo energético,

poluição ambiental, ciclo de vida e impacto ambiental dos materiais,

condições ambientais interiores, conforto humano e produtividade. Assim,



edifícios sustentáveis podem ser definidos como edifícios que têm o mínimo

impacto negativo no ambiente construído e natural. O relacionamento e

interacções entre a maior parte destes elementos da sustentabilidade estão

incluídos no projecto de um edifício com preocupações energéticas. O design

do edifício terá de ser uma integração, cuidadosamente pensada, da

arquitectura e da engenharia eléctrica, mecânica e estrutural. Além dos

conceitos tradicionais de estética do edifício – orientação, proporções,

textura, sombras e luz – a equipa de projecto tem de se centrar também nos

custos a longo termo – custo ambientais, económicos e humanos.

A selecção cuidadosa dos materiais de construção é a forma mais fácil de

integração dos princípios de sustentabilidade nos edifícios. Os materiais

naturais têm, geralmente, menor energia incorporada e menor toxicidade que

os materiais sintéticos. Requerem menor processamento e têm também menor

impacto ambiental. Assim, quando materiais naturais de baixa energia

incorporada são inseridos nos sistemas dos edifícios, esses sistemas tornam-se

sustentáveis (Goodhew e Griffiths, 2005).

Um indicador que cada vez mais terá de ser levado em consideração durante

o projecto de um edifício, além da performance energética, é a performance

ambiental dos edifícios. Esta requer a análise de uma variedade de critérios

relacionados com o efeito do edifício no meio ambiente. Um dos impactos

mais significativos é a energia. Inicialmente apenas era considerado o impacto

energético ao nível da utilização do edifício, mas este não é o único impacto

em termos ambientais. Também é necessário considerar o impacto da

produção dos materiais utilizados nos edifícios, o impacto da construção do

edifício e suas técnicas associadas e o impacto da demolição do edifício. A

análise do impacto ambiental do consumo energético dos edifícios pode ser

dividida em vários efeitos:

• Uso de fontes energéticas não renováveis;

• Potencial de aquecimento global;

• Potencial de acidificação;



• Potencial de reacções fotoquímicas com o Ozono.

Assim, estes impactos ambientais dependem do tipo de energia que é

utilizado no edifício, assim como dos resíduos provocados pela utilização da

energia.

Nos últimos anos tem sido desenvolvido um vasto leque de medidas de forma

a melhorar a eficiência energética dos edifícios, aumentar o uso de energias

renováveis e utilizar as energias fósseis da forma mais eficiente possível. A maior

parte dessas medidas toma a forma de componentes energeticamente

eficientes dos edifícios, como por exemplo bombas de calor, estufas, sistemas

de envidraçados avançados, isolamento térmico, etc. Os esforços da União

Europeia para um desenvolvimento sustentável, promovendo melhores

projectos, materiais, construção e equipamento mais eficiente, estão a

produzir resultados. Observando o aumento do numero de habitações entre

1990 e 2000 – 1.1% – e comparando com o aumento da procura de energia

final – 0.7% – é possível afirmar que o sector da construção está

energeticamente mais eficiente.

CAPÍTULO 3 – Térmica dos Edifícios


3. CAPÍTULO 3 – TÉRMICA DOS EDIFÍCIOS

3.1. CONFORTO TÉRMICO

O conforto térmico é reconhecido como não sendo um conceito exacto, que

não implica uma temperatura exacta. O conforto térmico depende de

factores quantificáveis – temperatura do ar, velocidade do ar, humidade, etc.

e de factores não quantificáveis – estado mental, hábitos, educação, etc.

Assim, as preferências de conforto das pessoas variam bastante consoante a

sua aclimatização particular ao ambiente local (Khedari et al, 2000).

Com o intuito de obter um ambiente interior dos edifícios termicamente

confortável para os seus ocupantes, as normas sobre conforto térmico são

uma ferramenta essencial. Inicialmente estas normas tinham como principal

preocupação definir as condições de conforto térmico, sem ter em conta os

consumos energéticos necessários para atingir o conforto. Mas devido aos

problemas ambientais que são cada vez mais evidentes e à necessidade do



desenvolvimento sustentável, estas normas de conforto térmico têm de

considerar formas de o atingir com o menor consumo energético possível

(Nicol e Humphreys, 2002).

Por outro lado, o aumento da utilização de equipamentos para arrefecimento

do espaço na Europa é preocupante, em termos ambientais, devido ao

grande aumento do consumo energético, contribuindo para o excesso das

emissões de CO2 e o consequente aquecimento global. Assim, até a energia

vir de fontes renováveis, a climatização de espaços deverá ser reservada para

as necessidades especiais de climas extremos, e não para melhorar os efeitos

de um fraco design climático dos edifícios. A solução é um bom design

climático, utilizando dados realísticos de conforto térmico (Humphreys e Nicol,

2002).

3.1.1. MECANISMOS DE REGULAÇÃO TÉRMICA DO CORPO HUMANO

O balanço térmico no corpo humano é função da energia produzida no

interior do corpo e das perdas térmicas para o exterior. A energia produzida no

interior do corpo é chamada de Actividade Metabólica e depende do tipo de

actividade efectuada (Tabela 3.1). A unidade utilizada para caracterizar a

actividade metabólica é o met, que corresponde ao calor libertado por uma

pessoa em descanso – 100 W. Considerando que, em média, as pessoas têm

uma superfície de pele de 1.8 m2, 1 met corresponde a 58.2 W/m2 (Dias de

Castro, 2000).

Tabela 3.1 – Actividade metabólica correspondente a várias acções ACTIVIDADE Met

Dormir 0.7

Sentado 1

Andar (1.2 m/s) 2.6

Escrever 1.1

Conduzir 1.2

Cozinhar 1.6 a 2

Dançar 2.4 a 4.4

Desportos 3.6 a 8.6

Fonte: ASHRAE 1997



O corpo humano possui mecanismos para controlar estas trocas de calor: o

hipotálamo é o centro de controlo que, a partir da temperatura interior, regula

o caudal sanguíneo e a intensidade da transpiração, de forma a igualar a

energia produzida no interior do corpo e as perdas térmicas para o exterior.

Mas este mecanismo apenas funciona para um dado limite de condições

exteriores, ou seja, se uma pessoa estiver exposta a temperatura muito baixas

ou muito altas, por um grande período de tempo, estes mecanismos não

possuem capacidade de resposta (ASHRAE, 1997).

Um factor muito importante para o conforto térmico é a roupa utilizada por

cada pessoa. A unidade utilizada para caracterizar o efeito de isolamento

proporcionado pela roupa, no conforto térmico, é o clo. Assim, 1 clo é o

equivalente a 0.155 m2.ºC/W. A Tabela 3.2 apresenta o valor de clo para

algumas combinações de vestuário (Krieder e Rabl, 1994).

Tabela 3.2 – Isolamento típico de algumas combinações de vestuário Vestuário clo

Calções, camisa de manga curta 0.36

Calças, camisa de manga curta 0.57

Calças, camisa de manga comprida 0.61

Igual ao anterior mais casaco 0.96

Calças, camisa de manga comprida, T-Shirt, camisola 1.01


Saia até ao tornozelo, camisa de manga curta, meias, sandálias 0.54


Fonte: McCullough and Jones, 1984

Se a temperatura interior de um ser humano for inferior a 28 ºC, este pode ter

sérios problemas cardíacos e de arritmia; acima de 46 ºC, pode ter danos

cerebrais irreversíveis. Assim, é imperativo um bom controlo térmico. O

objectivo é proporcionar condições exteriores tais, que seja reduzida ao

mínimo a necessidade do corpo utilizar os seus mecanismos de regulação

térmica – Conforto Térmico (ASHRAE, 1997).



3.1.2. BALANÇO ENERGÉTICO

A taxa de produção de energia do corpo humano (Actividade metabólica) é

a soma das taxas de produção de calor (Q& ) e de trabalho (W& ), como se

pode verificar na equação 3.1:

Equação 3.1

CAMWQ ⋅=+ && com:

M - Actividade metabólica (met);

Ac – Área superficial do corpo humana (m2).

A produção de calor é igual ao fluxo de calor instantâneo com o exterior, os

seus modos de transferência de calor mais importantes são apresentados na

equação 3.2:

Equação 3.2

latressensresevapradcon QQQQQQ ,,&&&&&& ++++= com:

conQ& - perdas de calor por condução pela pele (W);

radQ& - perdas de calor por radiação pela pele (W);

evapQ& - perdas de calor por evaporação pela pele (W);

sensresQ ,& - perdas de calor sensíveis devido à respiração (W);

latresQ ,& - perdas de calor latentes devido à respiração (W);

Exemplificando, o balanço térmico do corpo humano pode ser observado na

Figura 3.1:



Figura 3.1 – Balanço térmico no corpo humano

3.1.3. CÁLCULO DA TEMPERATURA DE CONFORTO

Para o cálculo da temperatura de conforto, os métodos com maior aceitação

são os referidos na norma ASHRAE 55 de 1992 e na ISO 7730. Para a norma

ASHRAE, são apresentados vários gráficos, a partir dos quais e com a utilização

de uma Temperatura Resultante (Tr), calculada a partir da equação 3.3, se

obtém uma temperatura de conforto para o Verão ou Inverno:

Equação 3.3

cr

acSrr

TTT

αααα

++

= com:

rα - Coeficiente de radiação = 4.9 W/m2 ªC;

cα - Coeficiente de convecção = 2.9 W/m2 ªC; Ta – Temperatura ambiente (ºC).

O parâmetro ST pode ser calculado com recurso à equação 3.4 e refere-se à

temperatura média radiante, ou seja, é a temperatura que uma pessoa sente

devido à temperatura radiante das várias superfícies a que está exposto.

conQ&

radQ&

sensresQ ,&

latresQ ,&

evapQ&



Equação 3.4

∑=

−⋅=N

iiPiS FTT

1

44 com:

Ti – Temperatura da superfície i (ºC);

iPF − - Factor de forma entre a pessoa e a superfície i.

O factor de forma pode ser obtido através da utilização dos gráficos

executados por Fanger e dependem da posição e orientação das pessoas.

Um exemplo desses gráficos pode ser observado na figura 3.2 (Fanger, 1982).

Figura 3.2 – Valor médio do factor de forma entre uma pessoa sentada e uma superfície horizontal ou vertical quando a pessoa pode ser rodada sobre um eixo vertical. Fonte: Fanger, 1982 Por último, antes de se considerar os gráficos de conforto é necessário fazer

uma correcção à Temperatura Resultante, de forma a contabilizar a

actividade Metabólica e o isolamento de vestuário da pessoa, como se pode

verificar na equação 3.5 (Kreider et al, 1994).

Equação 3.5

)2.1()0.1(_ −⋅+−= metcloTT rcorrr Com esta Temperatura Resultante é possível consultar o gráfico da Figura 3.3

de forma a conhecer a zona de conforto para o Verão e Inverno.



Figura 3.3 – Zonas de conforto para o Verão e Inverno. Fonte: ASHRAE, 1997 O modelo PMV (Predicted Mean Vote – voto previsto médio) apresentado na

norma internacional ISO 7730 é utilizado desde 1980. Este é baseado num

modelo estático de transferência de calor, calibrado a partir de um grande

número de pessoas numa câmara climática. A escala vai de -3 a 3: -3 muito

frio, -2 frio, -1 levemente frio, 0 neutro, +1 levemente quente, +2 quente, +3

muito quente. A partir desta norma, para estimar a temperatura óptima de

conforto, é utilizado o gráfico da Figura 3.4, com a temperatura óptima para

condições específicas de Actividade Metabólica e Isolamento do vestuário.



Resistência térmica da roupa [m²K/W]

Roupa [clo]

Act

ivid

ade

[W/m

²]

Act

ivid

ade

[met

]

Temperatura operativa óptima

Figura 3.4 – Temperatura resultante óptima de conforto. Adaptado de: Roulet; Fanger et al, 1980; Fanger et al, 1985

3.1.4. PROPOSTAS PARA A ACTUALIZAÇÃO DAS NORMAS DE CONFORTO Nos últimos anos têm sido efectuados vários estudos de forma a actualizar as

normas de conforto térmico existentes. Vários autores verificaram que as

normas ISO e ASHRAE não se aplicam a todos os locais e propuseram algumas

soluções para melhorar estas normas.

Assim, num estudo efectuado por Dear, chegou-se a valores de temperatura

de conforto interior entre os 23 – 28 ºC para locais com temperaturas médias

exteriores de 25 ºC e entre 26 – 31 ºC em locais com temperaturas médias

exteriores de 33 ºC, com uma aceitação de 90% (Dear et al, 2002).

Outro estudo, realizado na Tailândia, mostrou que em escritórios equipados

com ar-condicionado eram aceitáveis temperaturas de 28 ºC e para

escritórios com ventilação natural, a temperatura poderia chegar aos 31 ºC

(Glicksman et al, 2001).



Por último, um estudo com o intuito de reduzir as cargas térmicas de

arrefecimento registou votos de sensação térmica em alunos de liceu,

utilizando arrefecimento por unidades ventiladoras. Este estudo concluiu que a

temperatura neutra era de 30.6 ºC com velocidade do ar de 1.0 m/s e

humidade relativa entre 50 a 60%, mas que poderia chegar aos 33.5 ºC se a

humidade fosse entre 50 – 80% com velocidade do ar de 2.0 m/s (Khedari et al,

2000).

Na biologia, a teoria da adaptação define que um ambiente óptimo não é

constante, antes deverá providenciar uma variação óptima a uma frequência

óptima. A estabilidade aparente de um organismo apenas existe porque esta

é modificável. A ligeira instabilidade é a condição necessária para a

verdadeira estabilidade do organismo. Como tal, os edifícios podem oferecer

diferentes tipos de condições térmicas aceitáveis, devido à capacidade de se

adaptarem dentro de variedade óptima de condições. Foi introduzido o

conceito de “erro adaptativo” de forma a explicar a diferença entre a estreita

zona de conforto prevista e a larga zona de conforto medida por

observações. Como resposta a esta teoria, surge uma nova tendência, com

aplicação nas normas de conforto térmico – o modelo adaptativo. Este

conceito explica as discrepâncias existentes entre os índices de conforto

térmico racionais (física e fisiologia da transferência de calor) e os valores

obtidos “in-situ” – PMV: votos previstos médios de conforto (Kindangen, 1997).

O princípio adaptativo pode ser caracterizado como: “se ocorre uma

mudança tal que provoque desconforto, as pessoas reagem de forma que

tende a restaurar o seu conforto” – Nicol e Humphreys, 2002.

Os modelos de conforto adaptativo são pensados para situações onde as

pessoas têm a possibilidade de se adaptar ao ambiente (ajustar as roupas,

abrir janelas para aumento da velocidade do ar), e assim, têm zonas de

conforto térmico substancialmente maiores do que as normas racionais,

possibilitando o dimensionamento de equipamentos de aquecimento /

arrefecimento com menor potência, originando menores consumos



energéticos. No modelo adaptativo, é proposto uma equação de regressão

que relaciona a temperatura interior de conforto com a temperatura média

mensal exterior. Uma das aplicações destas normas adaptativas é a

possibilidade de preverem a temperatura interior de conforto através da

temperatura exterior, sendo muito útil para avaliar se soluções passivas de

aquecimento / arrefecimento são viáveis para o edifício.

A partir de um estudo em 160 edifícios, tentou verificar-se o estado térmico dos

ocupantes e compará-lo com as previsões dos modelos PMV e adaptativo,

como mostram as Figuras 3.5 e 3.6 (Dear et al, 2002).

Figura 3.5 - Temperatura de conforto em edifícios climatizados. Fonte: Dear et al, 2002

Figura 3.6 - Temperatura de conforto em edifícios não-climatizados. Fonte: Dear et al, 2002



Depois deste estudo, foi proposta uma revisão à norma ASHRAE 55: em

edifícios não ventilados é aconselhada a utilização do modelo adaptativo, em

vez do PMV, para obter a temperatura interior de conforto, onde se relaciona

o conforto térmico com a temperatura exterior (Dear et al, 2002).

O modelo PMV apresenta resultados muito bons para edifícios com AVAC,

porém, para edifícios sem AVAC prevê-se uma sensação térmica mais quente

que os ocupantes realmente sentem. O modelo adaptativo prevê bastante

bem a sensação térmica em edifícios não-climatizados em climas quentes,

mesmo não considerando a actividade e vestuário, possuindo erros grandes

noutros tipos de climas. Assim, a precisão do modelo adaptativo deve-se

apenas às expectativas dos ocupantes, ou seja, o facto de o edifício não ser

climatizado e a habituação a altas temperaturas, levam os ocupantes a ter

baixas expectativas quanto ao comportamento térmico do edifício. Como tal,

é possível corrigir o modelo PMV, a partir de um factor de expectativa (e), que

pode variar entre 0.5 a 1 – para edifícios climatizados e=1. Para edifícios não-

climatizados este factor depende da duração da estação quente, assim

como da existência de edifícios climatizados na vizinhança e seu número.

Outro factor que contribuía para a diferença entre a sensação térmica

calculada pelo modelo PMV e a realmente sentida, era a taxa metabólica.

Esta era estimada através de questionários onde se identificavam as

actividades, mas as pessoas, ao sentirem-se quentes, tendem a abrandarem a

sua actividade e consequentemente reduzirem a taxa metabólica. Assim para

os períodos quentes terá de se reduzir a taxa metabólica prevista no modelo

PMV. Com a implementação destas duas correcções no modelo PMV, este

consegue prever com bastante precisão a sensação térmica em edifícios não

climatizados (Fanger et al, 2002).

Outra proposta de alteração do modelo PMV é um ajuste ao índice PMV a

partir de um estudo estatístico entre as diferenças do modelo PMV e as

medidas in-situ. Assim, através da equação 3.6, é calculado o factor de ajuste

(DPMV-ASHRAE) e seguidamente aplica-se a equação 3.7 para obter o valor do

PMV ajustado (Humphreys et al, 2002).



Equação 3.6 2000838.0)(201.1%)(00584.00949.003.4 arASHRAEPMV TclometHRTD +⋅+++−=−

Com:

HR% – Humidade Relativa (%).

Equação 3.7 )(8.0 ASHRAEPMVAjustado DPMVPMV −−=

Observando todos os pontos de vista referidos anteriormente, é possível

concluir que a escolha do melhor método de previsão do conforto térmico

ainda não é consensual, ou seja, existem defensores da aplicação do modelo

adaptativo mais extensamente, enquanto que outros acham preferível a

revisão do modelo PMV.

3.2. BALANÇO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS

Os edifícios filtram a passagem de luz, ar, ruído e energia, entre os ambientes

interior e exterior, ou seja, providenciam o contraste entre o exterior e o interior.

A Envolvente (exterior) do edifício é toda a construção, tomada como um

todo ou uma parte, que separa o interior de um edifício do exterior. Os

elementos da envolvente são as porções da envolvente do edifício que têm

uma construção consistente, tais como uma parede, cobertura, pavimento,

janela ou porta. Assim, para o cálculo do balanço térmico dos edifícios é

necessário contabilizar as trocas de calor da envolvente do edifício (ASTM,

1999).

3.2.1. MECANISMOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR

O calor pode ser definido como energia em trânsito devido à diferença de

temperatura. A transmissão de calor pode ocorrer segundo três mecanismos,

como se pode observar na Figura 3.7:



• Condução;

• Convecção;

• Radiação.

Figura 3.7 - Mecanismos de transmissão de calor em edifícios

Condução – este mecanismo de transmissão de calor tem base na

transferência de energia cinética a nível molecular em sólidos, líquidos ou

gases. Nos líquidos e sólidos não condutores eléctricos, a condução térmica

dá-se devido às oscilações longitudinais da estrutura. Em metais a condução é

semelhante à condução eléctrica, ou seja, devido ao movimento de electrões

livres; e nos gases é divido à colisão elástica das moléculas. O fluxo de calor é

sempre na direcção da redução da temperatura, como deduzido da

segunda lei da Termodinâmica. Nos edifícios, o processo de transmissão de

calor mais significativo é a condução e depende da condutividade térmica

dos materiais - λ [W/m.ºC] e da espessura do elemento da envolvente - e [m],

como se pode verificar na Lei de Fourier para a condução - equação 3.8.

Equação 3.8

dedTAQ )..(λ−=& com:

A – área do elemento (m2);

dT/de – gradiente de temperatura (ºC/m).



Convecção – este mecanismo de transmissão de calor tem base na

transferência de energia por movimento dos fluidos, líquidos ou gasosos, e

condução molecular. Assim, este mecanismo ocorre na transmissão de calor

de um sólido para o ar adjacente, ou entre duas superfícies a diferentes

temperaturas. A transmissão de calor por convecção aumenta na medida

que aumenta a velocidade do fluxo do fluído. A convecção pode ser Natural

– gerada internamente devido à não-homogenidade da densidade por

diferenças de temperatura – ou Forçada – quando o fluxo é produzido por

fontes externas.

Radiação – este mecanismo de transmissão de calor tem base na

transferência de energia por ondas electromagnéticas. Para ocorrer este tipo

de transmissão de calor, apenas é necessária a existência de duas superfícies

a diferentes temperaturas, em que, devido à vibração das moléculas

superficiais é emitida energia radiante através do espaço até atingir uma

superfície opaca, a qual absorve parte desta energia e reflecte a restante

(ISQ, 2000).

3.2.2. TROCAS DE CALOR NOS EDIFÍCIOS

A contabilização das trocas de calor (Q) pelos elementos da envolvente dos

edifícios pode ser executada da seguinte forma (equações 3.9):

Equação 3.9

∑=

−=n

ieiiiCond TTAUQ

1).(. com:

iU - Coeficiente de condutibilidade térmica do elemento i (W/m2.ºC);

iA - Área do elemento i (m2);

iT - Temperatura interior (ºC);

eT - Temperatura exterior (m2);

De forma a obter o Coeficiente de condutibilidade térmica (U) de cada

elemento da envolvente, serão contabilizadas a parcela por convecção (hi e



he) e a parcela por condução, a partir da resistência térmica (R = e/λ ), como

é possível observar na equação 3.10:

Equação 3.10

i

n

i i

i

e he

hU111

1+

+= ∑

= λ com:

1/hi – Resistência térmica superficial interior (m2.ºC/W);

1/he - Resistência térmica superficial exterior (m2.ºC/W).

No caso do elemento em estudo pertencer à envolvente interior do edifício,

mas separando o espaço útil de um espaço não útil (diferenças térmicas

relativamente elevadas), já se podem verificar trocas de calor importantes

para o balanço térmico dos edifícios. Assim, a contabilização das trocas de

calor (Q) dum elemento da envolvente interior tem o procedimento

semelhante ao enunciado anteriormente, mas com a particularidade de ao

calcular o coeficiente U não se contabilizar o 1/he mas sim duas vezes o 1/hi.

O balanço energético de um edifício tem de ser dividido em dois períodos –

Verão e Inverno, pois o sentido dos fluxos de calor vai ser diferente em cada

um destes períodos. Para o Verão, o parâmetro a calcular são as necessidades

de arrefecimento ( ArrefNecQ _ ), enquanto que para o Inverno são as

necessidades de aquecimento ( AquecNecQ _ ). Assim o balanço energético pode

ser representado pela equação 3.11 – Verão e a equação 3.12 – Inverno.

Equação 3.11

SolRadGIVentCondArrefNec QQQQQ __ +++=

Equação 3.12

SolRadGIVentCondAquecNec QQQQQ __ −−+= com:

VentQ - Trocas de calor devido à ventilação do espaço:

SolRadQ _ - Ganhos térmicos devido à radiação solar:

GIQ - Ganhos térmicos devido aos equipamentos interiores.



Um método de cálculo das três parcelas referidas anteriormente

( SolRadGIVent QQQ _;; ), será apresentado no Capítulo 5. Na Figura 3.9 apresenta-se

um desenho esquemático exemplificando o balanço energético num edifício

para o período de Verão e de Inverno.

Figura 3.8 – Balanço energético no edifício

3.2.3. NOVOS MÉTODOS PARA ESTIMAR O COEFICIENTE “U”

Com o aumento da necessidade da eficiência energética dos edifícios, o nível

de conhecimento dos parâmetros que condicionam a sua performance

também precisa de aumentar. O coeficiente global de perdas de calor e a

capacidade calorífica são dois parâmetros fundamentais para o

Verão

GIQ

SolRadQ _

CondQ

GIQ

CondQ

GIQ CondQ

VentQ

INVERNO

GIQ

SolRadQ _

CondQ

GIQ

CondQ

GIQ CondQ

VentQ



conhecimento da performance térmica da envolvente dos edifícios. Como tal

Lundin sugere um método dinâmico para estimar o coeficiente de

condutibilidade térmica (U) a partir da equação 3.13 (Lundin et al, 2005):

Equação 3.13

dtdCPPU totdomcalortotθαθ +∗+=∗ com:

θ – diferença entre a temperatura exterior e a interior;

Pcalor – calor fornecido ao sistema de aquecimento;

α – factor de ganho;

Pdom – carga de calor doméstica;

Ctot – capacidade calorífica total.

3.3. ISOLAMENTO TÉRMICO

O isolamento térmico tem como função principal o aumento da resistência

térmica da envolvente do edifício, de forma a reduzir as trocas de calor entre

o edifício e o exterior, reduzindo as necessidades de aquecimento e

arrefecimento, assim como o risco de condensações (ver ponto 3.4). São

considerados isolantes térmicos materiais com λ ≤ 0.065 W/m.ºC e R > 0.5

m2.ºC/W, de forma a garantir que a espessura do material é suficiente para

reduzir o fluxo de calor (Freitas, 2002).

3.3.1. FUNÇÕES DOS ISOLANTES TÉRMICOS

Ao retardar o fluxo de calor pela envolvente do edifício, os isolamentos

térmicos possuem várias funções (ASHRAE, 1997):

• Conservam a energia devida à redução das perdas de calor;

• Controlam a temperatura superficial de equipamentos e estruturas;



• Ajudam a controlar a temperatura de um processo químico,

equipamentos e estruturas;

• Previnem as condensações em superfícies com a temperatura inferior

ao ponto de orvalho;

• Reduzem as flutuações térmicas dos espaços, aumentando o conforto

térmico.

3.3.2. CLASSIFICAÇÃO DOS ISOLANTES TÉRMICOS

Os isolantes térmicos podem ser classificados quanto a: natureza – mineral,

vegetal ou sintética; estrutura – fibrosa, celular ou mista; modo de Produção –

pré-fabricados ou formados “in-situ”; apresentação – rígidos, semi-rígidos ou

granulares. Na Tabela 3.3 são apresentados vários isolantes térmicos com a

respectiva classificação (Freitas, 2000).

Tabela 3.3 – Classificação de alguns isolamentos térmicos

Produto Natureza Estrutura Produção

Condutibilidade térmica

(W/m.ºC)

Lã de rocha Mineral Fibrosa Placas; Mantas 0.04

Lã de vidro Mineral Fibrosa Placas; Mantas 0.04

Vidro celular Mineral Celular Placas 0.05 Aglomerado negro de cortiça Vegetal Celular Placas; Granel 0.045

Fibra de coco Vegetal Celular Placas; Mantas 0.044 Poliestireno expandido Sintético Celular Placas 0.04

Poliestireno expandido extrudido

Sintético Celular Placas 0.035

Poliuretano Sintético Celular in-situ 0.03 Fonte: Freitas, 2000

3.3.3. ESPESSURA ÓPTIMA DOS ISOLANTES TÉRMICOS

Durante o projecto é necessário decidir qual a espessura de isolamento

térmico a aplicar na envolvente. Para tal, é fundamental executar um estudo

económico de custo/benefício da aplicação do isolamento. A espessura



óptima do isolamento pode ser encontrada comparando a diminuição das

necessidades de aquecimento / arrefecimento com o aumento de custo

devido ao isolamento. A ASHRAE apresenta um método de escolha da

espessura óptima de isolamento representado pelas equações 3.14 e 3.15,

onde se encontra o valor máximo das poupanças económicas (Pec).

Equação 3.14

ar

ararji

aq

aqaqjiec

FAECNarFAECNaqP

ηη)()()()( ,, ⋅⋅∆

+⋅⋅∆

= com:

jiNaq ,∆ , jiNar ,∆ - Variação das necessidades de aquecimento / arrefecimento;

aqC , arC - Custo da energia para aquecimento / arrefecimento;

aqFAE , arFAE - Factor de actualização da energia para aquecimento /

arrefecimento;

aqη , arη - Rendimento dos equipamentos de aquecimento / arrefecimento.

Equação 3.15

++

+⋅−+

=CV

J

AAE

AAEJ

AAE

TT

TTTFAE

1111 com:

AAET - Taxa de aumento anual do custo da energia;

JT - Taxa de juros;

CV - Ciclo de vida do isolamento.

Com a aplicação destas expressões é possível identificar a espessura óptima

do isolamento a aplicar, como se mostra na Figura 3.9 (ASHRAE, 1997).



Figura 3.9 – Determinação da espessura óptima de isolamento. Fonte: ASHRAE (1997) 3.4. HUMIDADE NOS EDICÍCIOS

A humidade nos edifícios é muito problemática, originando a redução da

eficiência energética, gastos em manutenção, problemas de durabilidade e

redução do conforto. A degradação dos edifícios devido à acção da

humidade é o factor com maior peso na limitação da vida útil dos edifícios. A

humidade nos edifícios pode ter origem em (ASHRAE, 1997):

• humidade de construção – é a humidade que se manifesta numa fase

imediatamente posterior à construção, ou seja, durante a maturação

do betão.

• Humidade do terreno – é a humidade proveniente do solo, que atinge

a habitação devido à ascensão capilar, através das fundações ou

paredes.

• Humidade de precipitação – infiltração de água provocada pela

chuva, devido a problemas de estaqueadade da envolvente. Muitos

vezes este problema agrava-se devido à acção combinada da chuva

e do vento.



• Humidade de condensação – humidade devido à saturação do vapor

de água. Pode ocorrer no interior ou na superfície dos paramentos.

• Humidade devida a fenómenos de higroscopicidade – diversos

materiais de construção têm na sua constituição sais solúveis em água,

sendo estes materiais higroscópicos, isto é, com a capacidade de

absorverem a humidade do ar, dissolvendo os sais e devolvendo ao

ambiente, em função da variação da pressão parcial e temperatura,

podendo voltar a cristalizar os sais, com significativo aumento de

volume.

• Humidade devida a causas fortuitas – como o nome indica, a

humidade aparece devido a causas acidentais, tais como inundações,

algerozes entupidos, tubos de água e de esgoto partidos, etc.

De entre todas as causas de humidade referidas anteriormente, a mais

frequente nos edifícios é a humidade de condensação. De forma a evitar a

ocorrência das condensações é necessário ventilar – diminui os níveis de

humidade interiores e isolar – aumento da temperatura das paredes e

consequentemente diminuição do grau de saturação (Figura 3.10)

Figura 3.10 – Temperatura interior de uma parede com isolamento térmico. Fonte: Freitas, 2002



3.4.1. CÁLCULO DAS CONDENSAÇÕES NOS EDIFÍCIOS

As condensações ocorrem quase exclusivamente no Inverno, pelo que apenas

é necessário verificar se ocorrem neste período. Nas superfícies exteriores da

envolvente não ocorrem condensações neste período, pois estas superfícies

estão a temperaturas mais elevadas que o ar em contacto, como tal possuem

um menor grau de saturação. Assim, é necessário verificar a ocorrência de

condensações superficiais interiores (1) e as condensações interiores (2).

Em ambos os casos as variáveis necessárias para o cálculo são: a medição da

humidade relativa (HR) interior e exterior, a temperatura interior e exterior.

Seguidamente é necessário calcular a temperatura superficial interior e

exterior – xT , a partir da equação 3.16:

Equação 3.16

)( eix

Totix TT

RR

TT −⋅−= com:

TotR - Resistência térmica total do elemento da envolvente (m2.ºC/W);

xR - Resistência térmica do elemento da envolvente, no ponto onde é

necessário calcular a temperatura (m2.ºC/W).

1. Condensações superficiais

Para verificar a ocorrência de condensações superficiais, apenas é necessário

verificar se a temperatura superficial é superior ou inferior ao Ponto de Orvalho

– temperatura à qual, para uma dada humidade, o ar atinge o ponto de

saturação. Assim, se a temperatura superficial for superior ao ponto de orvalho,

não ocorrem condensações. Na Figura 3.11 é apresentado um exemplo de

verificação de condensação superficial pelo método gráfico:

Definindo as condições a que está o ar interior – Ti = 20 ºC; HRi = 70%

É possível verificar que apenas ocorrem condensações se a temperatura

superficial for inferior ao ponto de Orvalho, ou seja, inferior a 14 ºC.



Figura 3.11 – Verificação de condensações superficiais. Fonte: ASHRAE, 1997

2. Condensações interiores

Para este caso, é necessário calcular a temperatura ao longo do elemento da

envolvente, ou seja, em cada material constituinte do elemento, através da

equação 3.16. Seguidamente, é necessário calcular a pressão de saturação

(Ps) e a pressão do vapor ao longo de elemento, a partir das equações 3.17 e

3.18. No caso da pressão de vapor ultrapassar a pressão de saturação, ocorre

a condensação. A partir da Tabela 3.4 e da Figura 3.12 é apresentado um

perfil de humidade numa parede dupla de tijolo.

Equação 3.17 )ln(/ 6

35

24321 TKTKTKTKKTKPs ⋅+⋅+⋅+⋅++= com:

K1 = -5.8002206; K2 = 1.3914993: K3 = -4.8640239e-2; K4 = 4.1764768e-5; K5 =

-1.4452093e-8; K6 = 6.5459673.



Equação 3.18

Material

Parede

Parede

Material

PePe

PP

=∆∆

com:

MaterialP∆ - variação da pressão de vapor até ao material;

ParedeP∆ - Pressão do vapor interior – pressão de vapor exterior;

MaterialPe - Permeância ao vapor de água até ao material;

ParedePe - Permeância ao vapor de água interior – Permeância ao vapor de

água exterior.

Figura 3.12 – Perfil de humidade para uma parede dupla Tabela 3.4 – Variação da pressão de vapor ao longo de uma parede

Ponto Temperatura (ºC) Ps (Pa) Pvapor (Pa) Tsup_i 17.98 2050 1420

Tp1 17.62 1950 1246 Tp2 15.70 1830 1156 Tp3 14.71 1600 1135 Tp4 10.66 1280 1134 Tp5 9.36 1200 1044

Tsup_e 9.01 1150 870



3.5. PONTES TÉRMICAS

O fluxo de calor, em termos gerais, dá-se perpendicularmente à superfície,

através da condução térmica e do diferencial de temperatura. Mas

considerando que o fluxo de calor segue a trajectória com menor dissipação

de trabalho, ou seja que o fluxo de calor procura o “caminho mais curto”, se o

“comprimento” é medido em resistência térmica - Figura 3.13 (Ecobuild, 2001).

Figura 3.13 – Fluxo de calor ao longo de um elemento de construção Devido às pontes térmicas, o fluxo de calor pode ter uma componente lateral

muito elevada, podendo atingir os 50%, reduzindo assim, de forma significativa,

a resistência térmica da envolvente do edifício. Adicionalmente, as pontes

térmicas reduzem a temperatura superficial dos elementos, o que pode

aumentar o risco de condensações e crescimento de bolor, além de

originarem a heterogeneidade de temperaturas superficiais. As pontes

térmicas podem ocorrer devido a (Ben-Nakhi, 2003):

• Alterações nas propriedades térmicas da envolvente do edifício na direcção

lateral – interface entre as vigas de betão e as paredes de alvenaria;

• Alterações de espessura da construção – um envidraçado inserido numa

parede;

• Diferença entre a área superficial interior e exterior – cantos;

• Geração de calor dentro de um elemento de construção do edifício –

tubagem de água quente.



O tratamento das pontes térmicas é executado essencialmente a partir do

reforço da resistência térmica da zona da ponte térmica. Assim, este

tratamento pode ser local – aplicação de isolamento apenas na zona da

ponte térmica – ou geral – aplicação de materiais, isolantes ou não, para

aumentar a resistência global da envolvente.

3.5.1. AVALIAÇÃO DAS PONTES TÉRMICAS

A avaliação das pontes térmicas é, normalmente, executada de duas formas:

consulta de manuais com exemplos de pontes térmicas ou através de

ferramentas de simulação. O problema é que os manuais podem não

representar a ponte térmica em estudo e as ferramentas de simulação, além

de muito demoradas, podem não possibilitar a modelação de fronteiras

múltiplas heterogéneas dinâmicas. Actualmente, este problema tem vindo a

ser ultrapassado devido à implementação de catálogos e manuais

computorizados “on-line”, com mais de 3000 representações de pontes

térmicas, a implementação de procedimentos nas ferramentas de simulação,

que possibilitam a modelação da condução a 3D (através de métodos

numéricos, como o método dos elementos finitos).

Ben-Nakhi testou a implementação de um módulo para estimação das pontes

térmicas, numa ferramenta de simulação, através da condução dinâmica em

3D, comparando os resultados obtidos com este módulo, com os resultados

analíticos, concluindo que os resultados são muito próximos. Assim, estes

módulos são indispensáveis nas ferramentas de simulação térmica dos

edifícios, de forma a aumentar cada vez mais a precisão dos resultados

obtidos com estas ferramentas. Neste caso, devido ao peso que as pontes

térmicas podem ter nos edifícios, este módulo poderá ser muito importante.

Mas devido à consciencialização dos problemas resultantes das pontes

térmicas, estas estão, cada vez mais, a ser evitadas e tratadas. As pontes

térmicas mais comuns vêm muitas vezes referenciadas nos regulamentos

térmicos dos diversos países de forma a serem sistematicamente corrigidas,

logo na fase inicial do projecto (Ben-Nakhi, 2003).



3.6. INÉRCIA TÉRMICA

A inércia térmica dos edifícios é um parâmetro muito importante para o

balanço térmico do edifício. A inércia térmica é o fenómeno pelo qual o

edifício amortece as acções térmicas exteriores e interiores do edifício,

proporcionando uma menor variação da temperatura interior. Tendo em

conta que as acções térmicas exteriores (temperatura exterior, radiação solar)

variam periodicamente, o efeito da inércia térmica é essencial para o

conforto térmico. A inércia térmica é função da massa térmica do edifício, ou

seja, do calor armazenado e pode ser representado pela equação 3.19

(Ecobuild, 2001):

Equação 3.19 Tcmq e ∆⋅⋅=∆ com:

m – massa do elemento (Kg);

Ce – calor específico (KJ/Kg.ºC)

Como tal, um corpo maior, de maior massa e/ou com maior calor específico,

acumula ou liberta a mesma quantidade de energia com menor variação de

temperatura. Para a maioria dos materiais dos edifícios o calor específico está

situado entre 0.85 a 0.95 KJ/Kg.ºC, o que explica o facto de apenas se

mencionar a massa. Uma importante excepção é a madeira, cujo calor

específico está situado entre 1.7 a 3.0 KJ/Kg.ºC.

3.6.1. AVALIAÇÃO DA INÉRCIA TÉRMICA O cálculo do efeito da inércia térmica no comportamento térmico do edifício

é bastante complexo, pois é necessário a utilização de sistemas de equações

dinâmicos, de forma a conseguir contabilizar todos os fluxos energéticos ao

longo do tempo. Mas com recurso a algumas simplificações, Mitjá (1986)

apresenta uma forma de avaliar a inércia térmica, decompondo a sua acção

em dois princípios – o Atraso térmico (Φ ) e o Amortecimento térmico (µ ). Estes



parâmetros podem ser calculados a partir das equações 3.20 a 3.22 (Krieder e

Rabl, 1994):

Equação 3.20

πα ⋅⋅=Φ∑n

i

Tx2

com:

x – espessura da parede (m);

T – período temporal (h);

n – número de elementos;

α - difusibilidade térmica (m2/h).

Equação 3.21

eCd ⋅=

λα com:

d – peso específico do elemento (Kg/m3);

λ - condutibilidade térmica (Kcal/h.m.ºC);

eC - calor específico (Kcal/Kg.ºC).

∑⋅⋅−

= niT

x

eα

π

µ

A partir deste método, é apresentado um exemplo do cálculo da temperatura

superficial da envolvente interior de um compartimento, patente na Tabela 3.5

e na Figura 3.14.

Tabela 3.5 – Cálculo do amortecimento e atraso térmico para uma parede Parede Área (m2) X (m) T (h) α tot (m2/h) µ Φ (h)

1 10.15 0.17 24 0.003 0.31 4.48

Materiais Ce (Kcal/KgºC)

d (Kg/m3)

λ (Kcal/h.mºC) α (m2/h)

Reboco 0.24 1800 0.6 0.0014 Tijolo furado (15cm) 0.2 1300 0.35 0.0013

∑= 0.0027



Figura 3.14 – Variação da temperatura superficial de uma parede ao longo de um dia 3.7. VENTILAÇÃO

As trocas de ar entre o edifício e o exterior podem ser divididas em dois

mecanismos – Ventilação e Infiltração. A ventilação é a entrada de ar

intencional, entre o edifício e o exterior, através de janelas, grelhas, etc.,

enquanto que a infiltração é a entrada de ar fortuito, através de fendas ou

aberturas não intencionais. A ventilação pode ser dividida em Natural ou

Forçada. A ventilação natural ocorre através da produção de diferenças de

pressão naturais ou artificiais, e a ventilação forçada, também chamada de

ventilação mecânica, ocorre através da introdução de ventiladores e

condutas de admissão e exaustão (ASHRAE, 1997).

A ventilação dos edifícios é, cada vez mais, um factor com enorme

importância na performance energética das habitações. Principalmente com

a mudança das técnicas de construção, em que, para reduzir as perdas de

calor, foi aumentada a estaqueidade da envolvente dos edifícios, reduzindo

assim a taxa de infiltração de ar nas habitações. Como tal, ao projectar uma

habitação, é sempre necessário prever uma dada taxa de ventilação, com

vista à supressão de três tipos de necessidades: 1. qualidade do ar interior; 2.

conforto térmico; 3. prevenção de riscos de condensação. A utilização da



ventilação para atingir os três objectivos referidos é esquematizada na

Figura 3.15.

Figura 3.15 – Ventilação nos edifícios

3.7.1. VENTILAÇÃO PARA A QUALIDADE DO AR INTERIOR

A qualidade do ar interior é um parâmetro essencial tanto para a saúde dos

ocupantes, assim como para o seu bem-estar e produtividade. Assim, a

ventilação tem de ser projectada em função das fontes de poluentes interiores

e exteriores, fornecimento de ar puro, remoção das cargas poluentes,

actividade dos ocupantes e operação e manutenção apropriada do sistema

de ventilação. Uma qualidade do ar interior pode ser definida como ar livre de

poluentes que causam irritação, desconforto ou doenças nos ocupantes. Para

o fornecimento de ar puro existe uma grande variedade de métodos, mas o

mais comum é a utilização de filtros, sendo estes muito eficazes para poeiras.

Resumindo, é necessário remover o ar interior viciado, substituindo-o por ar

fresco exterior.

De forma a calcular a taxa de ventilação necessária para a qualidade do ar

interior, é necessário conhecer os níveis de poluente admissíveis (Tabela 3.6) e

a taxa de produção do poluente em questão. Seguidamente, utiliza-se a

equação 3.22. Esta equação admite que o ar interior está perfeitamente

2COP& = Produção de CO2;

EvaporaçãoQ& = Perdas de calor devido ao arrefecimento evaporativo;

PW& = Produção de vapor.

EvaporaçãoQ&−2

21 COP&−PW&−3



misturado, o que é uma aproximação bastante aceitável para a maioria dos

edifícios (Givoni, 1998).

Tabela 3.6 – Concentração admissível de alguns poluentes

Poluente Concentração Exposição

Dióxido de Carbono 1.8 g/m3 Contínua

Compostos Orgânicos Voláteis totais 600 µg/m3 Contínua Ozono 200 µg/m3 Contínua Partículas Suspensas no Ar (PM10) 150 µg/m3 Contínua Formaldeído 100 µg/m3 Contínua Pesticida C10H6Cl8 5 µg/m3 Contínua

Fonte: ASHRAE, 1989; RSECE, 2005.

Equação 3.22

VPCCi &

&+= 0 com:

Ci – concentração interior do poluente admissível (µg/m3);

C0 – concentração exterior do poluente (µg/m3);

P& – taxa de produção do poluente (µg/s);

V& – taxa de ventilação (m3/s).

Normalmente este método de cálculo para previsão da taxa de ventilação

necessária apenas é utilizado uma vez, ou seja, identificando o poluente

dominante e calculando a taxa de ventilação necessária para o manter

abaixo da concentração admissível, os restantes poluentes também vão estar

em concentrações abaixo das admissíveis (Allard, 1998).

3.7.2. VENTILAÇÃO PARA O CONFORTO TÉRMICO

A utilização da ventilação para promover um maior conforto térmico é

adequada para o Verão. Podendo ser aproveitada de duas formas:

1. aumento da velocidade do ar – resulta num aumento das perdas de calor

por convecção pelo corpo humano e aumentam a taxa de evaporação ao



nível da pele; 2. arrefecimento da massa estrutural do edifício durante a noite,

aproveitando a massa estrutural arrefecida durante o dia de forma a diminuir

a temperatura interior (este técnica é chamada ventilação nocturna e será

abordada mais extensivamente no Capítulo 4).

De forma a calcular a taxa de ventilação necessária para promover o

conforto térmico, é utilizada a Equação 3.23, onde a partir da temperatura

interior de conforto (Ti) e da carga térmica interior, é executado um balanço

energético entre a carga térmica que entra no edifício e a carga térmica que

sai, calculando assim a taxa de ventilação necessária para remover uma

certa quantidade de calor (Q) do edifícios.

Equação 3.23

( )etP TTCQV

−⋅⋅=ρ

& com:

ρ - densidade do ar (Kg/m3);

CP – calor específico do ar (J/Kg.ºC).

3.7.3. VENTILAÇÃO PARA A PREVENÇÃO DE CONDENSAÇÕES

Em compartimentos que possuem fontes de produção de vapor muito

intensas, é necessário a utilização da ventilação, de forma a reduzir os níveis

de humidade presente e assim prevenir a ocorrência de condensações. Por

exemplo, em cozinhas, as taxas de produção de vapor costumam ser muito

altas, sendo necessário ao projectar este compartimento calcular a taxa de

ventilação necessária para não ocorrerem condensações. Para tal é possível

aplicar a equação 3.24 e encontrar a taxa de ventilação necessária para

remover a produção de vapor interior.

Equação 3.24

wewi

PWVρρ −

=&

& com:



weρ - densidade do vapor de ar exterior (Kg/m3);

wiρ - densidade do vapor de ar interior (Kg/m3);

PW& - taxa de produção de vapor (Kg/h).

3.7.4. MECANISMOS IMPULSIONADORES DA VENTILAÇÃO

A ventilação dos edifícios pode ser obtida através de três mecanismos

distintos: 1. diferenciais de pressão devido ao vento; 2. diferenciais de

densidade do ar devido à diferença de temperatura entre o exterior e o

interior; 3. sistemas de ventilação mecânicos.

Para o caso 1 e 2, o fluxo de ar é obtido através de aberturas na envolvente

dos edifícios, normalmente obtidos com a abertura das janelas. Ultimamente, é

normal a introdução de orifícios de ventilação (grelhas de ventilação)

acoplados aos envidraçados. Assim, para calcular o caudal que atravessa as

aberturas dos edifícios é utilizada a equação 3.25 e 3.26 (ASHRAE, 1997).

Equação 3.25

ρ/2 PACV D ∆⋅⋅=& com:

CD – coeficiente de descarga;

A – área da aberturas (m2);

P∆ - variação da pressão (Pa).

Equação 3.26

eiD TTC −⋅+= 0045.04.0 com:

O diferencial de pressão ( P∆ ) pode ser obtido utilizando as expressões 3.27 ou

3.28 consoante sejam devido ao vento ou à temperatura, respectivamente.

Equação 3.27

iVPe PVCPP −⋅⋅+=∆2

2

_ ρ com:



Pe – pressão estática exterior (Pa);

Pi – pressão interior (Pa);

CP_V – coeficiente de pressão superficial devido ao vento;

V – velocidade do vento (m/s).

O valor do CP_V, para várias situações, pode ser obtido através da consulta do

Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes

(RSA, 1983).

Equação 3.28

( ) ( )TTTHHgP ei

NPNi−

⋅−⋅⋅=∆ ρ com:

g – constante gravitacional (9.81 m/s2);

H – altura da abertura (m);

HNPN – altura do nível de pressão neutra (m);

T – média entre a temperatura interior e exterior (ºK).

O nível de pressão neutra é a altura do edifício, onde o nível de pressão

exterior é igual ao nível de pressão interior. Este pode ser aproximado a

metade do pé direito da habitação, como se pode observar na Figura 3.16.

Figura 3.16 – Altura do nível de pressão neutra



Mas na maior parte das situações o diferencial de pressão pode ser atribuído

tanto ao efeito do vento, como ao diferencial de temperaturas. Assim, o

caudal de ar devido à combinação destes dois efeitos é obtido através da

equação 3.29.

Equação 3.29 22TV VVV &&& += com:

VV& - caudal de ar devido ao vento (m3/s);

VV& - caudal de ar devido à diferença de temperatura (m3/s).

Em relação à ventilação mecânica, a obtenção da diferença de pressão

apenas pode ser calculada se for conhecida a localização de todas as

aberturas na envolvente e a relação entre a diferença de pressão e o fluxo de

ar em cada abertura. Mas a taxa de ventilação é, naturalmente, controlada

pelo sistema mecânico, pelo que apenas é necessário calcular as

necessidades de ventilação, de forma a programar o sistema mecânico de

ventilação para fornecer a taxa de ventilação calculada. Os sistemas de

ventilação mecânicos podem funcionar de três formas: por insuflação, por

extracção ou misto. Mas o sistema por insuflação deve ser evitado, pois o ar

de extracção sai do edifício por exfiltração, não sendo possível a recuperação

do calor (A Green Vitruvius, 1999).

3.7.5. INFILTRAÇÕES Para suprimir as necessidades de ventilação, em alguns casos, as infiltrações

pela envolvente do edifício podem ser suficientes. Mas a determinação

analítica da taxa de renovações de ar por infiltração é dependente de

factores muito variáveis, tais como o clima, a operação dos equipamentos e

as actividades dos ocupantes. Assim, em fase de projecto, uma das únicas

formas de ter uma ideia da taxa de infiltração é a utilização de valores

tabelados do caudal de ar de escape através de vários componentes

padronizados, como caixilho de porta calafetado, lareira com porta de vidro,

etc (Exemplo no livro ASHRAE, 1997, Tabela 3, Página 28.18). Calculando o



somatório do caudal de ar que atravessa cada componente, é possível prever

a taxa de infiltração do compartimento. Por outro lado, se a avaliação da

taxa de infiltração for em edifícios existentes, a forma mais fiável é a utilização

de métodos experimentais, tais como:

• Porta-Ventiladora – este método consiste na pressurização e

despressurização mecânica, a partir de uma porta ajustável com um

ventilador acoplado, de um compartimento e respectiva medição do

fluxo de ar do ventilador a uma dada pressão. Existem dois tipos de

testes neste método, o mais simples – método de um ponto – é utilizado

quando o único propósito é a quantificação da taxa de infiltração,

enquanto que o outro – método de dois pontos – quando o propósito é

quantificar a taxa de infiltração além de permitir estimar o coeficiente

e o expoente do fluxo de ar do edifícios. Para mais informações sobre

este método pode-se consultar a ASTM Standard E 1827.

• Gases Traçadores – neste método, é insuflado um gás no

compartimento (que não exista antes da insuflação) e seguidamente é

medida a sua concentração, de forma a determinar a taxa de

infiltração. Para a medição das taxas de troca de ar, podem ser

utilizadas três técnicas: decaimento ou aumento da concentração;

concentração constante; e injecção constante. Para mais informações

sobre este método pode-se consultar a ASTM Standard E 741.

3.6.6. A VENTILAÇÃO NATURAL A ventilação natural é um método muito eficiente para providenciar as

necessidades de ventilação dos edifícios, pois não apresenta consumos de

energia, ao contrário da ventilação mecânica. Como tal, a ventilação natural

é uma forma de aumentar a eficiência energética dos edifícios. Por outro

lado, estudos sugerem que o síndrome dos edifícios doentes é observado,

quase exclusivamente, em edifícios com ventilação mecânica (Baker, 1993).

Relativamente à ventilação para a qualidade do ar e prevenção das

condensações, as taxas de renovação necessárias são facilmente atingidas

pela ventilação natural, sendo apenas necessário precaver os problemas do



ambiente exterior, como o ruído e poluição. Para o caso das necessidades

para o conforto térmico, as taxas de ventilação necessárias podem ser difíceis

de obter, mas como estão bem identificadas, é possível conhecer em quais a

ventilação natural é suficiente. Mas mesmo que a ventilação natural não seja

suficiente para atingir o conforto térmico, esta pode sempre reduzir as cargas

térmicas a retirar pelo sistema de arrefecimento mecânico, aumentando

também a eficiência energética.

A ventilação natural é maioritariamente induzida devido ao efeito do vento.

Por exemplo, para um caso corrente onde existe uma diferença de 5 ºC entre

a temperatura interior e exterior, com uma velocidade do vento de 2 m/s, a

taxa de renovação horária por efeito de vento seria 5.4 vezes superior à

induzida pela diferença de temperaturas (Givoni, 1998). Como tal, devido à

grande aleatoriedade do vento, a ventilação natural pode ter uma eficiência

reduzida, comparativamente à ventilação mecânica. Mas, com um estudo

adequado das características locais do vento, é possível optimizar a

ventilação natural, de forma a obter uma solução muito vantajosa. Para tal, é

imprescindível estudar o clima, numa escala global, regional, local e ao nível

do microclima. Adicionalmente, no ambiente urbano é necessário atentar à

diminuição da velocidade do vento até 30%, para o caso de ventos fortes ou

moderados, comparativamente ao ambiente rural, devido à grande

rugosidade e número de obstáculos. Outro efeito do ambiente urbano é o

aumento da turbulência, até 100%, assim como, para ventos fortes, a criação

de fluxos de ar com rotação ciclónica (Allard, 1998).

Concluindo, a ventilação natural pode ser uma solução bastante eficiente,

mas apenas com um adequado estudo de todas as condicionantes – clima,

dimensão e orientação das aberturas, forma do edifício, necessidades, etc. –

é possível utilizar a ventilação natural como uma solução óptima, ou seja, é

necessário desde o projecto do edifício considerar as especificidades da

inclusão da ventilação natural, de forma a exponenciar o efeito deste, como

é possível observar na Figura 3.17.



Figura 3.17 – Design para a ventilação natural. Fonte: Habitação Simpsons-Lee, desenho de Craines

3.8. ILUMINAÇÃO

A função da iluminação é tornar o ambiente visual visível e adequado, ou

seja, permitir a execução das tarefas visuais necessárias, além de

proporcionar conforto visual. Tal é conseguido com a Luz – parte visível do

espectro electromagnético, com comprimento de onda entre os 380 a

780 nm. A luz pode ser fornecida de forma natural – luz solar – de forma

artificial – lâmpadas – ou através da combinação de ambas. O ambiente

visual pode ser dividido em duas componentes:

• Componente passiva – usualmente pode ser definido como o

compartimento composto pelas várias superfícies e mobiliário, que

reflectem a luz com maior ou menor intensidade;

• Componente activa – a luz que torna o compartimento visível.

Assim, o ambiente visual é a multiplicação destas duas componentes, como é

apresentado na Figura 3.18. Como tal, é necessário atentar que para um dado

ambiente, pode haver um ambiente visual diferente, dependendo da luz

incidente. Uma boa iluminação, só por si, não proporciona um ambiente visual



agradável. A fraca iluminação pode causar a tensão ocular, fadiga, dor de

cabeça e irritabilidade. Como tal, a avaliação da iluminação é muito

importante e deve ser executada de forma quantitativa e qualitativa. Os

aspectos quantitativos são relacionados com a determinação da quantidade

de iluminação necessária para executar as tarefas requeridas. Os aspectos

qualitativos estão relacionados com o conforto visual e podem ser avaliados

em termos de encadeamento e atenção / distracção dos ocupantes (Santos,

2004).

Figura 3.18 – Combinação dos componentes do ambiente visual. Fonte: Majoros, 1997

A iluminação é um assunto com grande peso no bem-estar diário das pessoas

pois que o ambiente visual está intimamente ligado à vivência humana. A

visão engloba cerca de 90% de toda a informação sensorial dos seres

humanos. Qualquer actividade está, em maior ou menor parte, ligada à visão.

Como tal, é essencial um bom projecto de iluminação para qualquer edifício.

3.7.1. PRINCÍPIOS DA ILUMINAÇÃO

A quantidade de radiação visível emitida por uma fonte de radiação é

definida como fluxo luminoso e a sua unidade é o Lúmens (lm). Este é definido

em termos da potência radiativa pela sensibilidade espectral do olho humano.

Assim, para definir a eficiência de uma fonte luminosa, deve dividir-se o fluxo

luminoso pela potência necessária. O limite teórico desta eficiência é de

683 lm/W, o que corresponde à conversão de uma luz monocromática com o

comprimento de onda de 555 nm. Um dos parâmetros mais importantes é a



iluminação ou iluminância da superfície a ser iluminada, que se exprime em lux

e corresponde a lm/m2. As iluminâncias recomendadas podem ser divididas

por tarefas ou por zonas do edifício e são apresentadas na Tabela 3.7 e 3.8,

respectivamente.

Tabela 3.7 – Iluminância recomendada por tarefa visual

Iluminância

Recomendada (lux)

Exemplos de actividades

Tarefas com poucas exigências visuais 300 - 500 máquinas de pouca precisão;

Tarefas com exigências visuais normais 500 -1000 salas de aula; gabinetes

Tarefas com exigências visuais Especiais 1000 - 2000 salas de desenho; inspecção de materiais

Tarefas com exigências visuais de elevada exactidão 3000 - 5000 fabrico de relógios;

indústria electrónica;

Tarefas com exigências visuais de excepcional exactidão 5000 - 7500 micro-electrónica;

Tarefas com exigências visuais muito especiais 10000 - 20000 cirurgias;

Fonte: Santos, 2000

Tabela 3.8 – Iluminância recomendada por zona do edifício

Zona do Edifício Iluminância recomendada (lux)

Zonas de passagem 50 - 100

Salas de jantar 100

Salas de estar; Cozinhas 200

Zonas de estudo 300 - 500

Fonte: Santos, 2000

Como já referido, a combinação da iluminação com as características das

superfícies determina a resposta visual humana. Assim, é necessário definir um

parâmetro para quantificar esta combinação de efeitos, ou seja, o fluxo

luminoso emitido. Este é definido pela sua distribuição angular, em ângulo



sólido, sendo denominado por intensidade luminosa e a sua unidade é a

candela (cd). O fluxo luminoso emitido por um objecto é chamado de brilho e

a sua unidade é a luminância, que corresponde a:

πiareflectâncluxânciaIlu ∗)(min

(cd/m2).

Para uma melhor avaliação do brilho dos objectos foi definido o contraste, o

que representa a razão entre o brilho de uma superfície e o seu fundo

imediato. O contraste pode ser quantificado pela razão de luminâncias ou de

reflectâncias das superfícies em estudo. Para a definição de um espaço

visualmente confortável nos edifícios, podem ser definidos tipos de contraste:

um entre as superfícies da envolvente do compartimento, outro entre a

superfície e o observador. Os valores recomendados do contraste são

apresentados na Tabela 3.9 e 3.10.

Tabela 3.9 – Reflectância das superfícies recomendada

Superfícies Reflectância Recomendada

Tectos 0.70 - 0.85 Paredes (adjacentes a fontes luminosas) 0.6 - 0.7 Paredes (restantes) 0.4 - 0.5 Pavimentos 0.15 - 0.3

Fonte: Santos, 2000

Tabela 3.10 – Razão de luminâncias recomendada

Tipo de razão Razão de Luminâncias

Tarefa visual / ambiente 0.70 - 0.85 Tarefa visual / campo periférico 0.6 - 0.7 Fonte luminosa / espaço adjacente 0.4 - 0.5 Observados / interior em geral 0.15 - 0.3

Fonte: Santos, 2000

Um parâmetro muito utilizado na avaliação da iluminação de um

compartimento (principalmente para a iluminação natural) é o Factor Luz do

Dia (FLD). Este pode ser definido como a razão entre a iluminância de um



certo ponto do espaço interior, num plano de trabalho horizontal, e a

iluminância proveniente do exterior, para um céu encoberto padrão1. Alguns

valores recomendados para este parâmetro são apresentados na Tabela 3.11.

Tabela 3.11 – FLD recomendado para alguns tipos de espaços

FLD (%) Espaço Médio Mínimo

Igreja 5 1 Escritório 5 22 Sala de aula 5 2 Sala de estar 1.5 0.5 Quarto de dormir 1 0.3 Cozinha 2 0.6

Fonte: A Green Vitruvius, 1999

Por último, um outro factor a controlar para um bom conforto visual é o

encadeamento, ou seja, fontes luminosas com um brilho extremo que atingem

o campo visual. O encadeamento é muito difícil de quantificar, sendo que

pode resultar na distracção dos ocupantes, e até no impedimento da

realização das tarefas visuais. De forma a evitar ou reduzir o encadeamento, é

necessário um adequado posicionamento das fontes de luz artificial,

luminâncias adequadas das superfícies e acautelar a incidência da radiação

solar directa nos olhos dos ocupantes.

3.7.2. ILUMINAÇÃO NATURAL VS ARTIFICIAL

A iluminação pode ser obtida de forma natural (luz solar), artificial (lâmpadas)

ou uma combinação de ambas. Com vista à redução dos consumos

energéticos dos edifícios, a iluminação natural é a melhor opção. A

iluminação natural é a forma mas antiga de iluminação, mas na actualidade

apenas ganhou popularidade desde a crise petrolífera. Em termos

energéticos, a iluminação natural promove poupanças uma vez que não tem

custos de operação, além de reduzir as necessidades de arrefecimento,

devido a uma maior eficiência luminosa. Em edifícios comerciais a iluminação

1 Céu Encoberto Padrão é definido pela Commission International de L’Éclairage (CIE) como um céu completamente coberto de nuvens, três vezes mais brilhante no zénite do que no horizonte e com uma iluminância mínima de 5000 lux, proporcionada por um hemisfério.



artificial pode chegar aos 33.3% da factura energética total, enquanto que

em edifícios residenciais pode atingir os 25%.

Como tal, a iluminação natural pode ser um factor essencial para a eficiência

energética dos edifícios. É certo que a iluminação natural, devido à sua

aleatoriedade e inexistência durante a noite, não pode satisfazer todas as

necessidades de iluminação, mas nos períodos que está disponível pode

reduzir substancialmente os consumos energéticos subjacentes à iluminação

artificial (West, 2001).

Por outro lado, a ausência de luz natural pode levar à depressão, problemas

nos ossos devido à falta de vitamina D e distúrbios de sono e concentração.

Em termos mais subjectivos, existem também várias razões para a preferência

da iluminação natural. Em primeiro lugar, é fácil perceber que a visão

humana foi desenvolvida para a luz solar. Como tal, o facto da luz natural

variar ao longo do dia é um factor que proporciona conforto. Finalmente, a

obtenção da iluminação natural requer, quase sempre, a inclusão de

envidraçados, o que proporciona a visão para o exterior, proporcionando

também conforto. Em termos profissionais, a desconcentração que pode

advir do exterior, normalmente é diluída no aumento da motivação que

advém da visão para o exterior.

3.7.3. PRINCÍPIOS DA ILUMINAÇÃO NATURAL

O principal elemento para fornecer a iluminação natural é o envidraçado,

pelo que é necessária uma cuidadosa escolha do tamanho e forma destes,

de modo a promoverem uma iluminação natural conveniente, em função da

profundidade do compartimento, orientação do envidraçado, etc. Também

se pode dividir os envidraçados para suprir diferentes necessidades, como por

exemplo, colocar uma janela a maior altura para proporcionar a iluminação

natural a maiores profundidades. Para proporcionar a vista para o exterior,

pode ser colocada uma janela a uma altura mais baixa. Com o avanço

científico foram criados envidraçados que permitem um maior controlo da



intensidade e propriedades ópticas da luz solar, assim como o fluxo de calor

que os atravessa. Neste campo podemos inserir os envidraçados crómicos,

que podem alterar a sua cor, desde transparentes até escuros, como se pode

observar na Figura 3.19, controlando assim a radiação que os atravessa e

prevenindo o sobreaquecimento e o encadeamento. Estes envidraçados

podem dividir-se em 3 tipo: fotocrómicos – alteram a sua cor em função da luz

incidente; termocrómicos - alteram a sua cor em função da temperatura;

electrocrómicos - alteram a sua cor em função de impulsos eléctricos (A

Green Vitruvius, 1999).

Figura 3.19 – Funcionamento de envidraçados electrocrómicos Adicionalmente, existem sistemas de distribuição da iluminação natural,

utilizados para proporcionar uma melhor distribuição da luz solar, ao longo do

compartimento. Actualmente existem várias soluções para receber e

redireccionar a luz solar, de forma a alcançar maiores profundidades no

compartimento e reduzir o excesso de luminosidade perto dos envidraçados

(Figura 3.20). De entre estas soluções, existem algumas que requerem

mudanças arquitecturais profundas – átrios, clarabóias, poços de luz, etc;

enquanto que outras podem ser aplicadas facilmente – envidraçados

reflectores prismáticos, sistemas de sombreamento, etc.



Figura 3.20 – Algumas soluções para a iluminação natural

3.7.4. PRINCÍPIOS DA ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL

A iluminação artificial é obtida pela utilização de lâmpadas – aparelhos que

transformam a energia eléctrica em radiação, em que parte da radiação é

luz. Dependendo da forma como produzem a luz, as lâmpadas podem ser:

• Incandescentes – produzem a luz através da radiação produzida por

um filamento aquecido pela passagem de corrente eléctrica; O

material do filamento mais corrente é o tungsténio, mas actualmente o

halogéneo é muito utilizado devido à sua maior eficiência. Na

Figura 3.21 está representado o ciclo de conversão deste tipo de

lâmpadas.

Iluminação Unilateral pelo Envidraçado

Iluminação por Clarabóia

Poço de Luz Poço de Luz



Figura 3.21 – Fluxo energético em lâmpadas incandescentes. Fonte: Majoros, 1997

• Descarga gasosa – é baseada em transições quânticas entre níveis

energéticos discretos. Os comprimentos de onda resultantes desta

transição não costumam cair nos visíveis, pelo que são utilizados

revestimentos especiais para converter os comprimentos de onda. Por

exemplo, os revestimentos de fósforo utilizados em lâmpadas de

descarga gasosa – as chamadas lâmpadas fluorescentes. Na

Figura 3.22 está representado o ciclo de conversão deste tipo de

lâmpadas.

Figura 3.22 - Fluxo energético em lâmpadas de descarga gasosa. Fonte: Majoros, 1997 De forma a promover a eficiência energética, o tipo de lâmpadas a utilizar

deve ser escolhido em função do tipo de requerimentos e espaços. Também

é necessário ter em conta que a energia consumida na iluminação depende

da potência dos equipamentos de iluminação, assim como do tempo

durante o qual estão ligados. Na Tabela 3.12 são apresentadas as eficiências

e utilizações de alguns tipos de lâmpadas (Majoros e Dr. Habil, 1997).



Tabela 3.12 – Propriedades de algumas fontes luminosas artificiais

Fonte Luminosa Eficácia (lm/W)

Vida útil (h) Utilização

Vela 0.15 +/- 24 Decorativos

tungsténio 10 - 20 1000 Espaços de utilização eventual

Lâmpada Incandescente

halogénio 15 - 25 2000 Tarefas que requerem condições luminosas

especiais; efeitos especiais

Fluorescente 50 - 90 10000 Escritórios; espaços comerciais

Vapor de Mercúrio 50 - 60 10000 Espaços interiores

comerciais; exterior Sódio a alta pressão 100 - 150 15000 Espaços interiores

comerciais; exterior

Lâmpada de Descarga Gasosa

Sódio a baixa pressão 200 - Exterior, especialmente em

estradas Fonte: Khedari, 2000

3.7.5. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO EFICIENTE

Para um sistema de iluminação eficiente, é necessário um cuidadoso projecto,

que avalie as potencialidades da iluminação natural, a escolha adequada do

tipo de envidraçado, tamanho e orientação. Importa ainda aplicar lâmpadas

eficientes e com a potência adequada para o espaço e para as tarefas a

executar. Os critérios a seguir são a maximização da iluminação natural e

utilização de um sistema de iluminação artificial de reserva com potência

adequada.

Para analisarmos a iluminação natural, é necessário definir um índice de forma

(K) do compartimento, como por exemplo:

Equação 3.30

hDWDWK⋅+

⋅=

)( com;

W – largura do compartimento (m);

D – profundidade do compartimento (m);

h – altura entre a superfície de trabalho e o tecto (m).



Outro factor importante é a avaliação da radiação visível que atinge a

superfície de trabalho, que compreende a soma de três factores:

• Componente céu – radiação que atinge a superfície de trabalho

emitida directamente pelo céu;

• Componente exterior reflectida - radiação que atinge a superfície de

trabalho devido a reflexões exteriores ao compartimento;

• Componente exterior reflectida - radiação que atinge a superfície de

trabalho devido a reflexões interiores ao compartimento.

Ghisi efectuou um estudo onde determina a área ideal de janela em

Florianópolis (Brasil), considerando a iluminação natural e os consumos

energéticos resultantes da variação da dimensão da janela. Os resultados

obtidos por este estudo não podem ser directamente extrapolados para

outras localizações, pois os resultados dependem da integração de vários

factores (sombreador, tipo de envidraçado, etc.) e do tipo de clima. No

entanto, o estudo apresenta uma metodologia para o cálculo da área de

envidraçado ideal, como se pode observar na Figura 3.23, que pode ser

aplicado em qualquer clima, através da modelação de um

compartimento e aplicação numa ferramenta de simulação. Para o caso

específico onde foi aplicada esta metodologia, atingiram-se reduções do

consumo energético que chegariam aos 44% (Ghisi e Tinkerb, 2005).

Figura 3.23 – Área de envidraçado ideal em relação à área da fachada. Fonte:

Ghisi e Tinkerb, 2005.

CAPÍTULO 4 – Eficiência Energética dos Edifícios


4. CAPÍTULO 4 – EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DOS EDIFÍCIOS

4.1. PERFORMANCE DOS EDIFÍCIOS

A avaliação da performance dos edifícios é um ponto fulcral para a eficiência

energética, pois apenas com o seu conhecimento, é possível identificar se os

edifícios possuem, ou não, boa eficiência energética. Apresentam-se de

seguida alguns conceitos fundamentais no que respeita à compreensão da

análise da performance dos edifícios.

- Previsão: desenvolvimento de modelos que simulam comportamentos

supostamente reais. Estes modelos podem ir desde uma ideia que existe na

nossa mente, desde cálculos numéricos até um elaborado programa

computacional de simulação de edifícios. Como tal, dependendo do tipo de

performance que se precisa prever e respectiva complexidade, deverá ser

escolhido um método que se adeque;



- Avaliação: a avaliação da performance envolve a comparação entre as

performances de várias alternativas de design, e entre as normas existentes

que regulam a performance que o edifício deverá possuir;

- Avaliação Ambiental: para avaliar a performance ambiental, é necessária a

produção de critérios de decisão, além da comparação ambiental da

performance das várias opções;

- Precisão da previsão: a precisão das previsões de performance dependem

do modelo utilizado e da exactidão dos dados de entrada. Como tal, de

forma a introduzir dados precisos, é necessário conhecer a forma como os

edifícios são geridos e utilizados.

A avaliação da performance dos edifícios é um processo que implica um alto

grau de dificuldade, pois um edifício é um sistema complexo, em que cada

subsistema (paredes exteriores, cobertura, envidraçados, etc) tem um papel

importante na performance energética global. Adicionalmente, existem

efeitos cruzados entres os vários subsistemas que podem ser bastante

relevantes. Nos últimos anos têm sido desenvolvidos vários tipos de sistemas

para classificar as habitações, os quais se podem englobar em três categorias:

• Sistema de pontos – cada subsistema do edifício é analisado, sendo-lhe

atribuído um certo número de pontos;

• Sistema de performance – aqui é atribuído um índice de performance

em termos de consumo anual energético (aquecimento, arrefecimento,

águas quentes sanitárias, etc);

• Sistema de consciencialização – aqui é apresentado um consumo

anual de referência, tendo em consideração a zona climática na qual

se insere.

A utilização dos métodos de previsão e avaliação da performance dos

edifícios traz numerosas vantagens, quer a nível económico, quer a nível

ambiental, que compensam inteiramente os custos acrescidos da realização

de análises e simulações desde a fase inicial do projecto.



Um dos efeitos mais visíveis é a redução da potência instalada dos

equipamentos de AVAC. Este facto, normalmente, é considerado uma

desvantagem pelos projectistas, pois as suas comissões são muitas vezes uma

percentagem do custo dos equipamentos. Assim, só através da mudança

desta forma de pagamento aos projectistas – pagamento adiantado – se

pode incentivar a introdução das ferramentas para redução dos consumos

energéticos de edifícios. Esta mudança, aliada a programas governamentais

que promovam a colaboração entre os vários intervenientes do projecto,

através do pagamento de subsídios se o edifício se revelar energeticamente

eficiente, pode resultar numa alteração das atitudes vigentes actualmente no

mercado, promovendo assim a construção em massa de edifícios

energeticamente eficientes (Papamichael, 2000).

4.1.1. SISTEMA DE AVALIAÇÃO DA PERFORMANCE DE EDIFÍCIOS

A maior parte dos sistemas de classificação foi desenvolvido apenas para

habitações novas, talvez pela maior facilidade de avaliação na fase de

projectos, apenas recorrendo aos desenhos e especificações. Mas, de forma a

englobar tanto os edifícios novos como os existentes, é apresentado o sistema

de classificação misto, entre um sistema de performance e um sistema de

consciencialização, proposto por Zmeureanu. Desenvolver um sistema de

classificação deste tipo é bastante complexo, pois é necessário ter em conta

a performance térmica real da envolvente exterior, assim como o

comportamento dos ocupantes. O sistema proposto consiste em realizar os

seguintes passos (Zmeureanu et al, 1999):

1. Análise das facturas energéticas das habitações, procedendo a uma

normalização em termos climáticos, ao cálculo do consumo energético

anual normalizado (NAC) e do custo energético anual normalizado

(NACo). Estes valores são comparados com os obtidos em casas de

referência e assim pode informar-se o cliente da rentabilidade de uma

análise mais detalhada.



2. Atribuição de um índice de performance energética nos termos do

custo energético anual normalizado (NACo) – por exemplo, pode

utilizar-se a expressão 4.1:

Equação 4.1

( )[ ]aNACoIND

−⋅−+−=

λexp1100100 com,

λ - custo energético anual de edifício energeticamente eficiente [€/m2];

a - custo energético anual normalizado médio de um edifício [€/m2].

3. Utilização de uma câmara de infravermelhos de forma a detectar

vazios e pontes térmicas. Cálculo das infiltrações de ar, utilizando o

método dos gases traçadores ou a porta-ventiladora. Finalmente, são

escolhidas algumas localizações representativas para medir a

resistência térmica da envolvente exterior. Aqui podem ser utilizados três

métodos, todos com as sua vantagens e desvantagens:

• calcular o fluxo de calor pela envolvente com sensores de fluxo

de calor e as temperaturas superficiais com termopares;

• calcular o fluxo de calor e as temperaturas superficiais com um

pirómetro infravermelho;

• definir por inspecção visual o tipo e a espessura dos panos

constituintes da envolvente exterior, obtendo a resistência

térmica por consulta de tabelas.

4. Obtenção de dados necessários para o programa de simulação

térmica – medidas e tipos de parede e janelas exteriores, tipo e

capacidade do sistema de aquecimento / arrefecimento, etc.

5. Desenvolvimento e calibração (utilizando as facturas energéticas) de

um modelo computacional de simulação térmica. Avalia-se, assim, o

potencial de poupanças energéticas e estima-se a utilização

energética intrínseca, ou seja, estimam-se os consumos energéticos,

retirando a parte da iluminação e de águas quentes sanitárias.



6. Selecção das medidas de conservação energética mais rentáveis e

estimação do potencial de poupança energética, através da

simulação computacional. Estimação dos custos iniciais da reabilitação

energética.

7. Redacção de um relatório sumário onde se discutem todos os

resultados obtidos através desta análise energética.

A partir deste sistema de classificação, é possível quantificar o potencial de

poupança energética em edifícios novos1, através da razão entre a resistência

térmica da envolvente exterior e o valor mínimo da resistência térmica para

uma casa energeticamente eficiente. Se a avaliação for para edifícios

existentes, então a melhor forma de determinar o potencial de poupança

energética será através da análise da energia intrínseca. Os encargos e

tempo necessário para efectuar um diagnóstico completo a partir deste tipo

de sistema de classificação são apresentados na Tabela 4.1 (Zmeureanu et al,

1999).

Tabela 4.1 – Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício

Tarefas Tempo médio (min) Custo (€)

1 - "in situ" Utilização da câmara infravermelhos 30 42.1 Inspecção visual 30 42.1 Avaliação da resistência térmica - 3º método 60 83.4 Medição da taxa de renovação de ar horária 20 27.5 Avaliação da eficiência do sistema de aquecimento / arrefecimento 20 27.5

Determinação custo energético anual normalizado 30 42.1 Obtenção dos parâmetros necessários para a simulação computacional 40 55.9

Transporte e instalação de equipamento 20 27.5 Total 250 348

2 - no escritório Desenvolvimento do modelo computacional de simulação térmica 80 111.8

Estimação do potencial de poupança energética Relatório final Total 1+2 330.0 460.2

Fonte: Zmeureanu et al, 1999

1 Para estes casos não se executam os passos 1 e 3.



4.2. FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO A simulação de edifícios pode ser definida como a introdução das

características do edifício que, com um certo grau de abstracção,

representem a realidade. Como um edifício é composto por milhares de

variáveis, é necessário apenas representar as mais importantes e simplificar ou

não introduzir as de menor importância (Adelard et al, 1999).

Assim, para simular a realidade utilizando ferramentas de simulação é

necessário executar três tarefas (Augenbroe, 2002):

• Criação do modelo – nesta fase é executado uma representação

esquemática do edifício (modelo) numa dada fase, a partir da redução

deste a uma forma idealizada, com um dado nível de abstracção;

• Simulação – nesta fase é introduzido o modelo na ferramenta de

simulação e ajustada a ferramenta de modo que os resultados obtidos

reflictam o que se pretende avaliar;

• Análise de resultados – nesta fase são analisados todos os resultados

obtidos pela ferramenta de simulação, de forma a produzir os

indicadores de performance que se pretende quantificar.

As ferramentas de simulação estão firmemente integradas no sector da

construção há mais de duas décadas. Estas trouxeram um aumento de

rapidez na fase de projecto, uma maior eficiência, a possibilidade de testar

uma vasta gama de soluções de design, resultando no aperfeiçoamento das

soluções de projecto. Assim, as ferramentas de simulação da performance

energética dos edifícios podem aumentar a competitividade, produtividade,

qualidade e a eficiência na indústria da construção, assim como facilitar a

aplicação de tecnologias inovadoras.

Devido ao grande desenvolvimento na capacidade de processamento dos

computadores, é possível simular as várias soluções de projecto com rapidez,

mesmo com ferramentas de simulação mais complexas e eficientes. Muito

devido à vertiginosa evolução da potência de computação, é agora possível



simular o comportamento dos edifícios e seus componentes a partir de

algoritmos e de dados físicos, de uma forma e complexidade impossíveis há

alguns anos atrás. Desta forma, é possível simular a performance energética

dos edifícios de um modo cada vez mais rigoroso. Tal facto é muito importante

para o mercado da construção, principalmente com a entrada em vigor de

normas baseadas na performance dos edifícios. Estas ditam que é necessário,

mesmo em fase de projecto, que o edifício esteja dentro das normas em vigor,

o que poderá ser facilitado com a utilização de software de simulação da

performance energética dos edifícios. Por exemplo, a transmissão de calor

através da envolvente do edifício pode ser simulada com relativa facilidade,

facilitando a verificação da existência de pontes térmicas na envolvente,

como se pode observar na Figura 4.1 (Hensen e Nakahara, 2001).

Figura 4.1 – Simulação do fluxo de calor numa caixilharia de PVC. Fonte: Deleme SA

Mas as ferramentas de simulação possuem outras aplicações com grande

utilidade, como o apoio ao desenvolvimento de regulamentos térmicos. Com

estas ferramentas é possível verificar as soluções energeticamente mais

eficientes para um dado clima, desenvolvendo um consumo de referência

para cada região. No desenvolvimento de regulamentos térmicos, as

ferramentas de simulação podem ser utilizadas para a obtenção da equação

de cálculo do valor máximo do coeficiente de transmissão térmico das

paredes e tectos. Tal pode ser conseguido através da simplificação dos



resultados de simulação anual dinâmica, numa equação estática, como a

observada no desenvolvimento dos regulamentos térmicos do Egipto (ver

Huang et al, 2002).

Ao aplicar as ferramentas de simulação em projectos, é necessária uma

avaliação cuidada do tipo de integração a executar. É possível identificar

quatro tipos de integração (Augenbroe, 2002):

1. criação de duas equipas separadas, uma de projecto e outra de

simulação, onde a partilha de informações é orientada apenas para a

partilha de dados e não existe uma gestão desta troca de informações;

2. semelhante à referida anteriormente, mas com a particularidade da

criação de um módulo de gestão de dados, baseado num fluxo lógico

de troca de informação específico do projecto;

3. execução de reuniões entre as equipas de projecto e a de simulação,

com uma vasta gama de discussão das soluções apresentadas pelas

duas equipas, durante todas as fases de projecto;

4. criação de uma ferramenta de gestão que analisa toda a informação,

de projecto e das simulações, podendo na prática ser considerada

uma ferramenta de simulação “amiga do utilizador”, com a diferença

de a parte de simulação ser executada por especialistas e os seus

resultados serem compilados numa ferramenta de gestão de

informação.

Analisados os quatro tipos de integração, é possível concluir que apenas com

as integrações tipo 3 e 4 existe uma partilha de informações dinâmica,

aumentando a aplicabilidade dos resultados obtidos pelas ferramentas de

simulação no projecto, o que tendencialmente levará a uma maior eficiência

do projecto.

4.2.1. PRECISÃO DAS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO

A precisão das ferramentas de simulação pode variar muito. Esta depende

primariamente da exactidão do modelo, da precisão da simulação e da

correcta análise do resultados. A precisão da simulação depende das



ferramentas em si, pois existem algumas que são criadas especificamente

para terem elevada performance, enquanto que outras são criadas para a

redução do tempo de execução da simulação. O modelo depende, em

grande parte, da exactidão dos dados de entrada. O factor humano é

também muito importante para o resultado da simulação, pois é necessário

compreender os modelos e conhecer a fundo o que se vai simular, de modo a

preparar os dados de entrada do modelo. Cada programa tem as suas

especificidades, pelo que para se produzirem resultados com grande precisão

é necessário conhecer o programa a fundo, de forma a ultrapassar as

pequenas incongruências de cada programa.

Em todas as formas de avaliação da performance dos edifícios, desde as

ferramentas de simulação, até aos conselhos de especialistas baseados no seu

julgamento pessoal, não é costume a determinação das incertezas

subjacentes às avaliações. Assim, os resultados das avaliações são

apresentados na forma de valores determinísticos. Mas para determinar a

precisão das ferramentas de simulação é necessária a quantificação das

incertezas. Estudos efectuados por Wit mostram que as incertezas podem

atingir valores altos, sendo imperativo apresentar as incertezas associadas às

avaliações da performance dos edifícios. Neste estudo foram encontradas as

fontes de incerteza com maior relevância:

• taxas de infiltração;

• estratificação da temperatura interior;

• temperatura exterior;

• transferência de calor interior por convecção;

• distribuição da radiação solar incidente;

• distribuição dos ganhos internos;

• trocas de calor radiantes entre as superfícies das paredes interiores;

• transferência de calor exterior por convecção.

De todos os factores mencionados, os que representam a maior percentagem

de incerteza são a taxa de infiltração, devido à variabilidade do vento, e a



estratificação da temperatura interior. Tal deve-se ao facto da maioria dos

modelos simular o volume de ar interior apenas a partir de um nó, apresentado

a temperatura média, o que pode levar a erros com algum peso se

considerarmos a estratificação da temperatura interior (Wit e Augenbroe,

2002).

4.2.2. EXECUÇÃO DE MODELOS

O ponto de partida para a maior parte das ferramentas de simulação

energéticas é a realização de um modelo. A segurança nos resultados obtidos

pela simulação está intrinsecamente relacionada com a exactidão do

modelo. Assim, é necessário introduzir o máximo de esforço possível na

produção de um modelo satisfatório. Pedrini apresenta uma metodologia para

a calibração de modelos de edifícios existentes, onde relaciona um aumento

de complexidade do modelo com o nível de resultados obtidos. Esta

metodologia baseia-se na análise dos dados de entrada “inputs” – modelos

que representam o edifício a partir de um certo nível de abstracção –, e dos

dados de saída “outputs” – relatórios que contêm os resultados obtidos pelas

simulações. Esta metodologia começa pela compilação dos dados existentes:

• Plantas arquitectónicas – identificação das geometrias, áreas de

envidraçados, elementos de construção, etc;

• Sistema de iluminação eléctrico - potência das lâmpadas, distribuição,

etc;

• Sistema secundário de ar condicionado – planos das tubagens de

distribuição de ar, característica dos sistemas como as temperaturas de

conforto, capacidade total e sensível de arrefecimento, etc;

• Sistema primário de ar condicionado – planos das tubagens de

distribuição de água fria, característica do chiller como o modelo, ano,

COP, etc;

• Horários de utilização da iluminação e ar condicionado e número de

ocupantes;

• Inventário de equipamento com consumos energéticos significativos;



• Histórico dos consumos energéticos mensais;

• Consumos energéticos horários, para um período representativo;

• Propriedades dos componentes dos edifícios.

Para o clima português, nesta primeira fase, é também necessário definir os

sistemas de aquecimento utilizados e sua potência, pois no nosso clima os

consumos energéticos para aquecimento são preponderantes para o

consumo energético total.

Com todas estas informações, é possível realizar um primeiro modelo, simular e

comparar com os consumos mensais medidos. Com este procedimento

identifica-se as principais fontes de cargas térmicas e consumos energéticos,

estando a situação preparada para o segundo passo de calibração, uma

auditoria:

• Classificação das zonas por tipo de utilização, iluminação artificial e

controlo climático;

• Medição de vários parâmetros através de instrumentos portáteis – níveis

de iluminação, fluxo de ar, temperatura, etc;

• Introdução de sensores fixos nas várias zonas, acoplados de Data-

Loggers .

O terceiro passo consiste na divisão do consumo energético total em partes,

ou seja, no cálculo da percentagem de energia gasta pela iluminação,

equipamentos e arrefecimento e aquecimento. Para o último passo, é

necessário medir os consumos reais e potências associadas aos sistemas de

aquecimento e arrefecimento. Seguindo todos estes passos é possível obter

um modelo bastante rigoroso, garantindo-se uma simulação com resultados

muito precisos (Pedrini e Lamberts, 2001).



4.2.3. DADOS CLIMÁTICOS Os dados climáticos são um dos parâmetros mais importantes na simulação

térmica dos edifícios, principalmente na previsão das necessidades de

aquecimento/arrefecimento e respectivo dimensionamento dos sistemas de

climatização. Assim, se para uma dada localização não existirem dados

climáticos, estes terão de ser gerados a partir de um software existente. Os

dados climáticos podem ser obtidos em diferentes formas, com diferentes

complexidades. A escolha do tipo de dados climáticos a utilizar depende do

que se pretende estimar, como tal os vários tipos de dados climáticos podem

ser sistematizados da forma apresentada na Tabela 4.2:

Tabela 4.2 – Classificação das formas existentes para determinar bases de dados meteorológicas. Designação Utilização Vantagens e desvantagens

Dados Graus-Dia "Bin"

avaliação dos consumos para aquecimento

(-) Volume de informação insuficiente; (+) Facilidade de utilização (tabela).

Anos Múltiplos (MY)

Consumos energéticos e avaliação térmica

(+) Excelente precisão; (-) Altos tempos de computação; (-) Grande volume de informação.

Anos meteorológicos típicos (TMY) e Anos de teste de referência (TRY)

Consumos energéticos e avaliação térmica

(+)Boa precisão das necessidades; média energéticas; (-) Possibilidade de escolher um ano não adaptado às necessidades dos edifícios.

Dias representativos e pequenas sequências de anos de referencia

Dimensionamento de sistemas AVAC e Solares

(+) Ganho temporal; (-) Possibilidade de sub/sobrestimar a potência do equipamento.

Geradores de ficheiros climáticos

Fornecer dados inexistentes, dimensionamento de

equipamento e avaliação das necessidades energéticas

(-) Dificuldade na modelação das variáveis climáticas.

Fonte: Adelard et al, 2000.

Dados Graus-Dia "Bin" – este método simplificado para obtenção das

temperaturas, foi criado para estimar as cargas térmicas de aquecimento /

arrefecimento.



Anos meteorológicos típicos (TMY) e Anos de teste de referência (TRY) – este

conceito foi apresentado de forma a aumentar a precisão da estimação das

necessidades energéticas, contendo dados climáticos horários representativos

de um ano típico.

Dias representativos – este conceito foi criado para reduzir o tempo

computacional, para utilização em simulações e ferramentas de design

simplificados. Estes dias representam as condições climatéricas típicas e

correspondem à média e extremos das condições de cada dado climático.

Anos múltiplos (MY) – este conceito apresenta vários anos de dados climáticos

(podendo ir de 5 a 100 ou mais anos); não vingou inicialmente devido à

complexidade de cálculo necessária, mas devido ao progresso dos

computadores, este tipo de dados climáticos começa a ser utilizado, ainda

que necessitando de maior esforço, pois existem muitos mais dados a ser

tratados (Hui e Cheung, 1997).

Geradores de ficheiros climáticos – estas rotinas utilizam a análise estatística

para modelar os dados climáticos. Geralmente utilizam médias mensais de

dados diários para gerar as variáveis climáticas, a partir de distribuições

estatísticas e correlações. Quando possível, têm em conta as interacções

entre as diversas variáveis.

Devido à grande intensidade de radiação solar em Portugal, o potencial de

aplicação do design solar passivo é muito grande. Foi finalmente ultrapassada

a desconfiança que esta tecnologia despertava, devido à tentativa frustrada

de implementação nos anos 80, quando a tecnologia ainda não estava

suficientemente avançada e os materiais utilizados eram de fraca qualidade.

Actualmente esta tecnologia sofreu avanços, tendo a manutenção incluída

durante 5 anos, garantia e incentivos do Governo. Assim, a determinação dos

dados climáticos de várias localizações de Portugal seria muito útil para uma

melhor e mais precisa avaliação da performance da aplicação dos sistemas

solares passivos nos edifícios. Os programas de simulação da performance



energética dos edifícios utilizam, geralmente, uma base de dados climáticos

com a duração de 1 ano. Como tal, de forma a conseguir avaliar a longo

termo a performance dos sistemas do edifício, é necessário utilizar ficheiros

climáticos TMY ou TRY. A geração deste tipo de dados climáticas tem de ser

cuidadosa, pois a única forma de obter uma boa precisão da performance

energética a longo termo é se as sequências climáticas que ocorrem neste

ano médio, forem representativas das que ocorrem a longo termo. Kalogirou

descreve uma forma de gerar ficheiros climáticos TMY representativos a longo

termo (Kalogirou, 2003):

• Obtenção do ficheiro climático TMY através da análise estatística de

vários anos de dados meteorológicos, onde são eliminados os dados

estatisticamente errados (chamados outsiders).

• Cálculo da Função Distribuição Acumulada mensal (FDA) e a longo

prazo (FDALT), para cada parâmetro meteorológico e utilização do

método estatístico de Filkenstein-Schafer, através da equação 4.2, para

obter as médias:

Equação 4.2

∑=

−=N

iLT FDAFDA

NFS

1

1

• Aplicação factores de peso a cada parâmetro, de forma a escolher

qual a importância relativa de cada parâmetro no resultado final.

• Cálculo da raiz quadrada do desvio padrão para cada mês, em todos

os anos.

• Por último, escolha do mês representativo para cada parâmetro.

Para programas de simulação mais avançados são normalmente utilizados os

ficheiros climáticos tipos TMY-2, os quais são baseados nos TMY, mas

apresentam os dados de forma horária, em vez de mensal.

Em Portugal, face ao novo Regulamento Térmico prestes a entrar em vigor,

com maiores restrições ao nível dos consumos energéticos dos edifícios, será



conveniente a utilização de programas de simulação do comportamento

energético dos edifícios. Como tal, de forma a garantir bons resultados nas

simulações, é extremamente importante utilizar dados climáticos precisos,

podendo ser necessária a geração de ficheiros climáticos TMY de forma

analítica ou com a utilização de geradores de ficheiros climáticos, como por

exemplo o RUNEOLE (Figura 4.2), de forma a reduzir o tempo de computação

e aumentar a precisão dos dados climáticos (Adelard et al, 2000).

Figura 4.2 – Software RUNEOLE para geração de ficheiros climáticos. Fonte: Adelard et al, 1999

4.2.4. DESAFIOS E LIMITAÇÕES DAS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO

Os desafios que se apresentam a estas ferramentas de simulação actualmente

são: 1) a sua integração como um todo; 2) aumento no controlo de

qualidade; 3) a exploração das oportunidades que surgem com a explosão

da Internet.

1) para a caracterização item é necessário que as várias ferramentas com

provas dadas no mercado se interliguem de forma mais eficiente,

reduzindo assim de forma substancial o tempo de simulação e a vasta

gama de conhecimentos necessários para dominar todos programas

das diferentes áreas (térmica, ventilação, iluminação, etc.) ou que

apareçam ferramentas novas com todas estas áreas integradas;



2) o controlo de qualidade das ferramentas de simulação é essencial para

prevenir a utilização de ferramentas que contenham algum tipo de

problema no seu “motor” de cálculo. Basta um pequeno erro nos

milhares de linhas de comando do programa para que o resultado da

sua simulação esteja distorcido, resultando em erros de avaliação e

consequentemente na escolha de soluções que não são as mais

apropriadas;

3) o aproveitamento das oportunidades que surgiram com a Internet

pode ser de vários tipos: desde a ligação eficiente de equipas de

projecto com empresas especializadas em simulação, até à partilha de

conhecimentos e particularidades das várias ferramentas de simulações

em bases de dados “on-line” e de rápida consulta.

Desafio 1) verifica-se que têm sido desenvolvidos três tipos de soluções para

vencer este desafio –> 1º – criação de procedimentos para troca de

informação entre as várias ferramentas; 2º – criação de ferramentas,

chamadas intermédias, que interligam as várias ferramentas existentes, de

forma a compatibiliza-las; 3ª – criação de ferramentas integradas que simulem

os diferentes domínios necessários

Assim, podemos identificar as ferramentas de simulação de edifícios inseridas

em quatro categorias:

1. Stand-alone – estas ferramentas não possuem ligações com outras;

como tal, sempre que se parte para outra aplicação, é necessário criar

um novo modelo de projecto;

2. Inter-operáveis – estas ferramentas possuem procedimentos de troca ou

partilha de informações com outras ferramentas, que são invocados

manualmente. Por exemplo, utilizando esta ferramenta é possível definir

a geometria do edifício em plataforma CAD e introduzir numa

ferramenta de simulação energética a geometria;

3. Emparelhados – estas ferramentas possuem ligações a outras

aplicações, em que durante a simulação a ferramenta “chama” outras

aplicações, sempre que necessário. Tal se deve a ferramentas



intermédias2 de pré e pós-processamento, que interligam as várias

ferramentas;

4. Integrados – ferramentas que possuem a capacidade de simular

diferentes domínios, utilizando um único modelo de projecto.

A grande diferença entre estas ferramentas é que as inseridas nas categorias 3

e 4 são ferramentas que suportam uma partilha de informações dinâmica,

resultando na harmonização dos resultados das várias ferramentas e

facilitando a sua comparação. Como tal, é possível uma escolha de soluções

bastante mais sustentada, pois possibilitam a tomada de decisões multi-

disciplinar. Assim, estas ferramentas aumentam a precisão do resultado final.

Adicionalmente estas ferramentas com troca de informações dinâmicas

apenas necessitam de um modelo, o que torna a gestão do mesmo muito

mais simples, facilitando o teste a várias opções (Citherlet e Hand, 2002; Laine

et al, 2001; Liebich, 2003).

Desafio 2) este apenas pode ser ultrapassado com a certificação e teste das

várias ferramentas de simulação, ou seja, é necessária uma revisão da

literatura em que se baseia a ferramenta, verificação dos códigos utilizados,

verificação analítica, comparação entre modelos, análise da sensibilidade e

verificação empírica. Esta última acaba por ser a mais importante e envolve a

comparação dos resultados obtidos com uma simulação executada pela

ferramenta com os dados medidos num protótipo com as mesmas

características da simulação. Devido à dificuldade subjacente a estes testes

empíricos, foi desenvolvido um software que possui uma grande aceitação no

mercado e com provas dadas – BESTEST. Este software baseia-se na realização

de testes comparativos entre programas, confrontando o programa a avaliar

com outros, considerados de topo na simulação da performance dos edifícios

(Judkoff e Neymark, 1995).

Desafio 3) para o aproveitamento das potencialidades da Internet, é

necessário atentar que grande parte destas ferramentas requerem informação 2As ferramentas intermédias resultam de um Aliança Internacional de Interoperabilidade (IAI – International Alliance for Interoperability), onde já se encontram associadas mais de 600 companhias, de várias áreas.



detalhada sobre as propriedades dos materiais de construção, entre outras.

Tal pode ser problemático, moroso e algumas vezes não se possui confiança

absoluta na proveniência desses dados. Em Portugal já existem bases de

dados de confiança, como as que se encontram no livro “Coeficientes de

Transmissão Térmica da Envolvente Exterior” do LNEC. São, porém, tabelas

muito estáticas e não acompanham a evolução do mercado nem a

introdução de produtos inovadores. Seria necessário que estas tabelas fossem

disponibilizadas “Online” e constantemente actualizadas. Também seria de

grande utilidade que estas bases de dados tivessem a opção de exportar os

dados para programas de tratamento de dados, como o Excel, de forma a

facilitar a introdução da informação detalhada que as ferramentas de

simulação necessitam (Papamichael, 2000). Outro exemplo da utilização da

Internet em conjunto com as ferramentas de simulação é o observado no

projecto “SmartHomes”, onde a Internet é utilizada para, em tempo real,

controlar a habitação, através de vários sensores e actuadores lá instalados.

Este projecto é discutido com maior pormenor no ponto 4.2.5.

Em termos de limitações das ferramentas de simulação, é possível referir que,

frequentemente, as questões inovadoras que estas ferramentas têm que

enfrentar, superam a capacidade de resposta do programa. Considerando

que estão constantemente a ser desenvolvidos novos componentes a aplicar

em edifícios, de forma a torná-los mais eficientes, as ferramentas devem

possuir facilidade de integração de novos módulos e funcionalidades. Se

algumas destas soluções inovadora podem ser simulados facilmente,

mantendo a estrutura da ferramenta de simulação, como por exemplo o

aparecimento de envidraçados inovadores, que implicou modificar as

características de condutibilidade e do factor solar para os caracterizar;

existem outras soluções que apenas com a introdução de novos comandos

possibilitam a simulação. Por exemplo, ao integrar uma Parede de Trombe

num edifício, apenas era possível simular correctamente com a introdução de

novos comandos e funcionalidades. Como tal, é necessário que estas

ferramentas, além de serem em código aberto, tenham linguagem simples de

manusear (Basic, Visual Basic, etc), de forma a facilitar a introdução de novos

procedimentos, com capacidade de resposta às questões inovadoras



propostas. Este problema coloca-se mais em termos de investigação ou

projectos especiais, pois perante a construção tradicional, em princípio, estas

ferramentas já possuem capacidade de resposta para qualquer questão que

surja (Zweifel, Achermann e Duerig, 2001).

A problemática da utilização de ferramentas de simulação é algo que tem

vindo a usufruir de variadíssimos estudos. Nesta matéria é possível encontrar um

estudo realizado por Donn, onde este realizou uma série de entrevistas de

forma a compilar as dificuldades mais pertinentes na utilização de programas

de simulação (Donn, 2001):

• limite temporal na preparação do modelo;

• ausência de orientação clara sobre os parâmetros que têm um peso

muito grande na performance energético dos edifícios, e os que são

insignificantes;

• inexistência de “guidelines” da performance dos edifícios que

forneçam uma base para a compreensão das recomendações das

simulações;

• inexistência de ferramentas para resumir e detectar padrões resultantes

do excesso de informação produzido pelos programas de simulação

durante a fase de teste das várias soluções.

No artigo de Donn, estão discutidos com maior profundidade todos estes

pontos apresentados anteriormente. Mas a principal conclusão retirada destas

entrevistas é a necessidade de melhores especificações incluídas nas várias

ferramentas que ajudam a garantir os bons resultados obtidos pela sua

utilização, como procedimentos que identifiquem qualquer tipo de má

definição dos dados de entrada, além da certificação das ferramentas, para

garantir a confiança dos utilizadores, resultando na utilização quase global

destas ferramentas, aumentando-se assim as garantias de eficiência

energética dos edifícios (Donn, 2001).

Concluindo, as ferramentas mais sofisticadas existentes actualmente no

mercado já ultrapassaram um grande número de limitações, tais como a



introdução de ferramentas integradas, sistemas de certificação da qualidade

e aproveitamento das potencialidades da Internet. Mas outra inovação ainda

não referida é a introdução do ambiente Windows e programação em Visual

Basic. Tal resultou em interfaces mais “amigas do utilizador”, que dispensam a

preparação manual do ficheiro de entrada, reduzindo substancialmente o

tempo necessário para a preparação da simulação. No entanto este tipo de

interfaces tem o problema de limitar as opções possíveis, ou seja, funcionam

muito bem para a generalidade dos casos, mas para situações complexas,

não contabilizadas no programa, apenas compreendendo a programação

que está por trás da interface gráfica, é possível alterar e simular o que

realmente se pretende.

4.2.5. NOVAS APLICAÇÕES DAS FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO

Integração da Térmica e Ventilação – Inicialmente os modelos de simulação

térmica eram baseados na análise dos dados de infiltração e climáticos,

produzindo assim modelos inadequados. Mas devido à importância da

ventilação na performance energética das habitações, é necessário aplicar

modelos mais eficientes, inclusivamente o escoamento através de grandes

envidraçados, pois neste caso o escoamento é bi-direccional, sendo

necessários cálculos distintos. Assim, para combinar os modelos térmicos com

os de ventilação existem duas hipóteses:

• primeiro é utilizado o modelo térmico para calcular as temperaturas das

diversas zonas, usando taxas de ventilação predefinidas, seguidamente

calcula-se os fluxos das zonas através de um modelo de ventilação;

• primeiro é utilizado o modelo de ventilação para calcular os fluxos,

utilizando temperaturas predefinidas; seguidamente utiliza-se o modelo

térmico para recalcular as temperaturas das zonas, possuindo já os

fluxos como dados de entrada.



Koinakis estudou a implementação de um procedimento de combinação de

um modelo térmico e de um modelo de ventilação, através de passos hora a

hora, como se pode observar na Figura 4.3. Depois da implementação deste

procedimento, foi simulado um apartamento de 4 andares situado em Atenas

e montado um sistema de medição para a validação do modelo. Este estudo

concluiu que este modelo combinando a térmica e a ventilação possui

resultados bastante precisos e de confiança para vários tipos de fenómenos

dinâmicos de ventilação, desde fenómenos de infiltração a ventilação

cruzada (Koinakis, 2005).

Figura 4.3 – implementação do modelo de térmica e ventilação. Fonte: Koinakis, 2005.

Aplicação de sistemas de monitorização – A integração de sistemas de

monitorização nos edifícios não está ainda muito desenvolvido, mas devido à

sua rápida evolução e ligação aos computadores, é algo que no futuro

próximo deverá ser integrado nos edifícios de forma a aumentar a eficiência

energética destes. Se considerarmos o exemplo da indústria automóvel, a

integração de sensores para a monitorização destes, foi um passo de grande

importância para melhorar a performance dos automóveis. Actualmente

todos os sensores estão ligados a um sistema central (centralina) que recebe

todas as informações dos sensores e as processa de forma a aumentar a



eficiência dos automóveis, avisando se existe algum problema no sistema.

Como tal, o aumento da eficiência energética dos edifícios pode passar por

um bom planeamento e implementação de sistemas de controlo complexos e

independentes (John, Clements-Croome e Jeronimidis, 2005).

Um projecto com grande potencial de êxito, nesta área, é o chamado

“SmartHomes”, que consiste na utilização da Internet para controlar a

temperatura, humidade, CO2 e consumo energético da habitação, através de

vários sensores montados na habitação, ligados directamente à Internet,

sendo possível verificar em tempo real a performance da casa. Como já foi

referido, os hábitos dos utentes tem um peso bastante elevado na eficiência

energética das habitações. Porém, com o desenvolvimento deste tipo de

serviço a performance energética da habitação poderá passar a ser

controlada por especialistas, levando ao aumento da eficiência energética.

Neste projecto têm sido utilizadas ferramentas de simulação de forma a

(Clarke et al, 2004):

• avaliar o consumo energético, identificando medidas com prioridade

para reduzir os consumos energéticos;

• avaliar o consumo energético, temperatura e humidade, de forma a

assegurar uma cobrança equitativa dos serviços energéticos;

• aumentar a eficiência do controlo do sistema de aquecimento /

arrefecimento;

• desenvolver estratégias de distribuição da energia, reduzindo o

fornecimento de energia em excesso – aproximação da procura à

oferta.

Ferramentas de simulação simplificadas – no sector dos edifícios, estas

ferramentas podem ser fundamentais para, em fases iniciais do projecto,

ajudarem os arquitectos e engenheiros a aumentarem a eficiência energética

dos edifícios. Um problema muito comum é a inexistência de ficheiros

climáticos para vários locais. Como tal, Westphal propõem uma forma de

obter ficheiros climáticos simplificados, utilizando valores médios mensais de

temperatura, média e máxima, velocidade do vento e a insolação diária. Esta



metodologia apenas consegue prever com alguma precisão o consumo

energético anual. Para uma grande precisão, alguns autores acreditam ser

imprescindível a simulação de ficheiros climáticos de anos múltiplos (MY). Mas

com esta metodologia simplificada, é possível obter resultados muito úteis em

fases iniciais, para testar as várias soluções possíveis. Apenas apresenta erros

maiores ao simular soluções que se baseiem na inércia térmica do edifício. Esta

metodologia gera dois dias típicos de cada mês: um que representa o dia

com maior carga de arrefecimento e outro que representa o dia com maior

carga de aquecimento, de cada mês.

Westphal testou esta metodologia com o software BESTEST, revelando-se

bastante precisa para edifícios de baixa massa térmica, quer na previsão das

cargas de aquecimento / arrefecimento, quer nas cargas de pico para

aquecimento / arrefecimento. Em edifícios de grande massa térmica, os

resultados não foram satisfatórios na previsão das cargas de aquecimento /

arrefecimento, enquanto que nas cargas de pico de aquecimento foram

bastante precisos. Assim, esta metodologia funciona muito bem para as fases

iniciais do projecto dos edifícios, tendo em atenção a melhoria da

performance com a adição de massa térmica, assim como para o

dimensionamento dos sistemas de aquecimento (Westphal e Lamberts, 2004).

Ferramentas de Avaliação do Ciclo de Vida - Na última década têm sido

desenvolvidos sistemas de avaliação de ciclo de vida dos edifícios, de forma a

avaliar do ponto de vista ecológico a sua performance. Estas ferramentas

criam perfis ambientais para todos os elementos de construção, considerando

todo o ciclo de vida destes materiais, desde o processamento ao

desmantelamento. Também são avaliadas as performances ambientais dos

vários sistemas existentes nos edifícios, considerando o tipo de combustível que

utilizam. Normalmente os cálculos são efectuados a partir da contabilização

de emissões com impacto no ambiente, sendo a unidade mais utilizada o

CO2-equivalente. Este tipo de análise tem a grande vantagem de integrar os

aspectos ecológicos logo na fase conceptual do projecto Esta informação



ambiental estará disponível e será utilizada durante todo o restante projecto,

promovendo assim o desenvolvimento sustentável.

4.3. REGULAMENTAÇÃO TÉRMICA

A implementação de regulamentação térmica é uma medida com grande

potencial de diminuição do consumo energético dos edifícios, a partir da

imposição de limitações, de várias formas, que condicionam a performance

energética dos edifícios. Mas os regulamentos do comportamento térmico dos

edifícios podem ser muito diversos, com diferentes aproximações. Segundo o

Conselho Energético Mundial estes regulamentos podem ser classificados da

seguinte forma, organizados com nível crescente de eficácia (Energy

efficiency policies and indicators, 2001):

1) Apenas impõem valores máximos para cada um dos elemento individuais

da envolvente do edifício;

2) Impõem valores máximos para as necessidades de aquecimento

/arrefecimento, tendo em conta a ventilação, ganhos solares passivos e

ganhos internos;

3) Contabilizam a performance energética do edifício, onde estipulam o

máximo consumo anual de energia primária / final, para o edifício, por

unidade de área / volume, tendo em conta as necessidades de

aquecimento/arrefecimento e respectivo rendimento dos equipamentos

associados, produção de águas quentes sanitárias, ventilação,

elevadores, etc, contabilizando outros ganhos por energia solar –

colectores solares, fotovoltaícos.

4) No último tipo de regulamento, além de contabilizar a performance

energética do edifício, entram em linha de conta com a energia

incorporada dos materiais de construção.

Como tal, o potencial de redução de consumos depende do tipo de

regulamento a implementar, assim como da exigência destes. Com a entrada

em vigor dos regulamentos de térmica dos edifícios nos países da União

Europeia, desde a década de 60, os consumos energéticos dos edifícios têm



diminuído significativamente. Por exemplo, na Dinamarca estes consumos

tiveram uma diminuição de 25% entre 1972 e 1999. Em Portugal os dois

regulamentos de performance térmica dos edifícios em vigor são o

Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios

(RCCTE), apenas entrando em vigor em 1991, e o Regulamento dos Sistemas

Energéticos de Climatização dos Edifícios (RSECE), apenas entrando em vigor

em 1998, podendo ser considerados do tipo 2.

A União Europeia está a realizar um esforço comum na redução dos consumos

energéticos dos edifícios. Como tal, foi aprovada uma proposta com o intuito

de rever todos os regulamento energéticos dos edifícios de todos os estados-

membros, de forma a harmonizar as metodologias de cálculo, criar requisitos

mínimos para a performance energética dos edifícios, implementar a

certificação energética dos edifícios, entre outras propostas. Este tipo de

acções é cada vez mais usual. O México, os Estados Unidos e o Canadá, por

exemplo, também têm uma proposta para unificar as suas normas de

eficiência energética dos edifícios. Actualmente, muitos países da União

Europeia já actualizaram os seus regulamentos térmicos, como é o caso da

Alemanha, com poupanças energéticas até 30% comparadas com o

regulamento anterior. Em Portugal prevê-se a entrada em vigor do novo

RCCTE em 2006, onde será actualizado para tipo 3), aumentando-se

substancialmente os requisitos mínimos, promovendo a utilização de energias

renováveis e beneficiando materiais certificados. Espera-se com este

regulamento aumentar substancialmente a performance energética dos

edifícios e revolucionar o mercado da construção. Contudo, apenas com a

implementação de regulamento tipo 4) será possível atingir a eficiência

ambiental, além da eficiência energética (Carlo, Ghisi e Lamberts, 2003).

O grande impulsionador da revisão dos regulamentos térmicos foi a directiva

Europeia sobre a performance energética dos edifícios (Directive 2002/91/EC)

onde é imposto que todos os estados-membros apliquem novos regulamento

harmonizados. O objectivo desta directiva é o aumento do desempenho

energético dos edifícios na Comunidade Europeia, contabilizando as



condições climáticas externas e as condições locais, bem como as exigências

de conforto interior e a rentabilidade económica. Assim, esta directiva requer

o estabelecimento de requisitos mínimos da performance energética: edifícios

novos ou sujeitos a grandes reabilitações, aplicação da certificação

energética dos edifícios; definição de índices baseados na performance dos

edifícios, inspecção regular de sistemas existentes nos edifícios e, para edifícios

com equipamentos de grandes potências instaladas, é necessária a avaliação

de alternativas menos consumidoras (Balaras et al, 2005).

Em Portugal, a nova regulamentação de Térmica dos Edifícios referida possui

dois tipos de sistemas de classificação dos edifícios: o RCCTE e o RSECE,

complementados com um Sistema Nacional de Certificação Energética e da

Qualidade do Ar Interior nos edifícios (SCE). Estes sistemas são uma

combinação de um sistema de performance e um sistema de

consciencialização, mas todos na óptica de novos edifícios (ou seja apenas

analisam o projecto). Somente na certificação existem auditorias (simples, no

caso de edifícios residenciais e mais complexas em edifícios de serviços), que

classificam na óptica dos edifícios existentes (Zmeureanu et al, 1999).

4.3.1. RCCTE

O RCCTE tem a vertente dos edifícios residenciais e edifícios de serviços sem

sistema de climatização. Neste momento o RCCTE em vigor está bastante

desactualizado, pois os valores mínimos estipulados são já superados pelo

mercado da construção há alguns anos. Um dos grande benefícios deste

regulamento foi a generalização da utilização do isolamento térmico na

envolvente e impedir que alguns edifícios fossem projectados sem terem

consideração pormenores como a orientação, localização, etc.

O novo RCCTE segue a mesma metodologia de aplicação do actual, de

forma a tirar partido dos hábitos e conhecimentos existentes. Mas, devido à

crescente utilização, tanto de sistemas de aquecimento, como de

arrefecimento, o novo RCCTE teve de ser actualizado de forma a limitar



efectivamente o consumo energético destes. Por outro lado, é necessário

atentar que a utilização destes sistemas a nível residencial é muito imprevisível,

pois mesmo que a habitação possua estes sistemas, nada garante a sua

utilização. Assim, foi necessário o recurso a condições interiores padrão, como

referência para os consumos energéticos nominais. Assim este regulamento,

dependendo da localização do edifício, define deste modo valores de

referência (Nt) de forma a limitar as necessidades globais anuais nominais

específicas de energia primária (Ntc), o que quer dizer que o valor de Ntc não

pode ser superior ao Nt especificado no regulamento. Na equação 4.3 e 4.4 é

apresentada a expressão utilizada no RCCTE para a limitação das

necessidades globais anuais nominais específicas de energia primária.

Equação 4.3 Ntc = 0,1 (Nic/ηi) Fpui+ 0,1 (Nvc/ηv) Fpuv + Nac Fpua (kgep/m2.ano) com:

ηi, ηv – rendimento do sistema de aquecimento e arrefecimento,

respectivamente;

Nic, Nvc, Nac – necessidades específicas de aquecimento, arrefecimento e

Águas Quentes Sanitárias (AQS), respectivamente (kWh/m2.ano);

Fpui, Fpuv, Fpua - factores de ponderação das necessidades de aquecimento, de

arrefecimento e de preparação de AQS, respectivamente (kgep/kWh).

Equação 4.4

Nt = 0,9 (0,01 Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na) (kgep/m2.ano) com:

Ni, Nv, Na – necessidades de referência de aquecimento, arrefecimento e

preparação de AQS, respectivamente (kWh/m2.ano).

Por outro lado, foram actualizados vários pormenores em relação ao actual

RCCTE, como um zonamento climático reformulado (Figura 4.4), onde foi

prevista a influência da proximidade à faixa litoral. As condições de conforto

interiores também foram revistas, passando para 20 ºC no Inverno e 25 ºC e

50% de humidade relativa no Verão. A taxa de renovação de ar foi

modificada para 0.6 renovações por hora. O consumo de água quente



sanitária de referência é de 40 litros de água quente a 60ºC por pessoa e por

dia. A contabilização do efeito das pontes térmicas foi modificada. A

metodologia de cálculo das Necessidades de aquecimento foi revista,

enquanto que a de arrefecimento foi totalmente reformulada.

Estas são apenas algumas actualizações e modificações, entre várias outras. A

apresentação das metodologias de cálculo das necessidades de

aquecimento / arrefecimento é feita de forma pormenorizada no Capítulo 5.

Figura 4.4 – Zonamento climático no novo RCCTE. Fonte: RCCTE, 2005.

4.3.2. RSECE

O RSECE tem a vertente dos edifícios de serviços ou residenciais, com sistema

de climatização. O regulamento actualmente em vigor tinha como objectivo

a limitação da potência dos sistemas de climatização. Previa algumas

medidas de eficiência energética e também alguns procedimentos para a

recepção, instalação e manutenção dos sistemas de climatização. No

entanto, este regulamento não teve muito impacto, principalmente devido a



não serem requeridas verificações técnicas por parte das Câmaras Municipais.

Como tal, o facto referido anteriormente, acrescido do grande aumento da

utilização de sistemas de climatização, principalmente no sector residencial

devido ao aumento das exigências de conforto interior, torna imprescindível a

revisão do actual RSECE, de forma a diminuir o consumo energético resultante

dos equipamentos de aquecimento e arrefecimento, registado na última

década.

Assim, o novo RSECE apresenta quatro objectivos principais:

• Definir as condições de Qualidade do Ar interior (QAI) necessárias nos

espaços, consoante as respectivas actividades e fontes poluentes. Tal é

conseguido apresentando os limites permitidos da concentração dos

vários poluentes, quer para edifícios residenciais, quer para edifícios de

serviços;

• Limitar o consumo energético global dos edifícios, consoante o tipo de

edifícios. Assim, os edifícios estão divididos em: serviços e residenciais,

novos ou existentes, pequenos ou grandes. Em termos dos limites

impostos para consumos energéticos, estes podem ser obtidos de duas

formas, consoante o tipo de edifício:

1. através de um índice de eficiência energética (IEE), o qual pode ser

obtido através do modelo apresentado na Figura 4.5;

2. limitando as necessidades de energia nominais máximas a 80 % das

permitidas pelo RCCTE.

O valor do consumo energético pode ser obtido através de três formas,

consoante o tipo de edifício (na Tabela 4.3 é apresentado, de forma

resumida o tipo de limite e a forma de cálculo do consumo energético,

por tipo de edifícios):

1. auditoria energética;

2. simulação dinâmica detalhada;



3. simulação dinâmica simplificada;

• Impor regras para os sistemas de climatização, de forma a melhorar a

sua eficiência energética, assim com garantir a qualidade do ar interior.

Definir procedimentos de manutenção dos equipamentos adequados;

• Obrigar à monitorização das práticas de manutenção dos

equipamentos dos sistema de climatização.

Figura 4.5 – Exemplo do modelo de cálculo do Índice de eficiência energética. Fonte: ADENE. Tabela 4.3 – Limites e forma de obter os consumos energéticos no RSECE

Tipo de Edifício Consumo Energético Limite

Serviços Existentes Auditoria Serviços Novos Simulação dinâmica detalhada

IEE

Serviços; Pequeno Novos

Residencial Novos Simulação dinâmica simplificada 80% do

RCCTE

Fonte: RSECE, 2005



Figura 4.6 – Certificado energético dos edifícios. Fonte: DGGE

4.3.3. SCE

A implementação do Sistema Nacional de Certificação Energética e da

Qualidade do Ar Interior nos edifícios, além de obrigatória devido à Directiva

n.º 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho de 16 de Dezembro de

2002, tem grande interesse do ponto de vista da eficiência energética dos

edifícios, pois irá “obrigar” os intervenientes no sector da construção a cumprir

o regulamento térmico a que estão sujeitos (RCCTE ou RSECE), resultando na

construção de edifícios energeticamente mais eficientes e garantindo o

conforto térmico e a qualidade do ar interior.

A certificação energética

também irá beneficiar os

utentes, pois será obrigatório

os edifícios possuírem um

certificado identificando o

nível de performance

energética (escala – do A ao

H, sendo o A o mais eficiente,

como é possível observar na

Figura 4.6). Tal já se verifica

nos frigoríficos, congeladores,

etc.

Os “alvos” do SCE são os edifícios novos, edifícios com grandes intervenções

de reabilitação, grandes edifícios públicos e todos os edifícios para venda,

locação ou aluguer. Em termos de objectivos, é possível identificar quatro:

• Assegurar o cumprimento do RCCTE e RSECE e a qualidade do ar

interior, para que seja possível emitir licenças de construção e utilização;



• Inspeccionar os edifícios de serviços durante o seu funcionamento

normal, de forma a assegurar a qualidade do ar interior, onde o tempo

entre inspecções depende do tipo e dimensão do edifício;

• Obter os consumos energéticos dos edifícios existentes; dependendo do

tipo de edifício, tal pode ser feito de forma nominal ou de utilização

real;

• Identificar as necessidades, do edifício e respectivo sistema de

climatização de efectuar medidas correctivas, de forma a melhorar a

sua performance energética ou de qualidade do ar interior. Em relação

às condições de qualidade do ar interior, se for verificado que não

apresenta a qualidade requerida, são sempre necessárias medidas

correctivas; enquanto que no caso da performance energética apenas

são necessárias medidas correctivas se estas apresentarem viabilidade

económica.

4.3.4. PROGRAMAS DE INCENTIVOS Além da implementação dos regulamentos térmicos do edifícios, uma medida

governamental que pode ajudar sobremaneira ao aumento da eficiência

energética dos edifícios é a introdução de fortes programas de incentivos que

aliciem arquitectos e engenheiros na realização de edifícios com baixos

consumos energéticos. No Canadá foi implementado um programa de

incentivos que consiste em duas fases (Beausoleil-Morrison et al, 2001):

• O primeiro passo é a utilização de uma ferramenta “on-line” onde se

introduz a localização geográfica do edifício, tipo de edifício, área útil,

áreas e valor do coeficiente de transmissão térmica da envolvente, tipo

de sistema AVAC, eficiência do sistema de aquecimento e

arrefecimento, taxa de renovação de ar horária, potência da

iluminação artificial e tipo de iluminação natural, custo dos combustíveis

e electricidade. Com esta ferramenta é obtido o consumo energético

estimado, onde se refere as probabilidades de obter o incentivo, assim

como o valor do incentivo previsto para o projecto (Figura 4.7);



Figura 4.7 - Ilustração da ferramenta “online” para obtenção do subsídio. Fonte: NRC-CPIB – Natural Resources of Canada.

• O segundo passo é a utilização de um software de simulação

energética detalhado. Este simulador tem dois componentes: uma

interface gráfica onde se caracteriza o edifício e sistemas integrados,

um processador de regras onde se verifica se o edifício cumpre todos os

requisitos mínimos e se os sistemas estão bem dimensionados. O

resultado final da aplicação desta ferramenta é, então, o valor do

incentivo a atribuir ao edifício.

Este tipo de acções são bastante benéficas, pois “obrigam” os intervenientes

do projecto a utilizar estas ferramentas de simulação de forma a encontrar as

soluções energeticamente mais eficientes (Beausoleil-Morrison et al, 2001).



4.4. SOLUÇÕES ENERGETICAMENTE EFICIENTES

O parque de edifícios é um factor chave em termos ambientais. Os edifícios

estão omnipresentes e apresentam consumos energéticos para aquecimento,

arrefecimento e iluminação. Nos países pertencentes à Organização de

Cooperação Económica e Desenvolvimento (OCDE), o sector residencial

abarca 1/3 das necessidades energéticas. Assim, devido aos problemas

ambientais já referidos e de acordo com os princípios do Desenvolvimento

Sustentável, é muito importante que os edifícios sejam projectados

considerando a sua integração com o meio ambiente (forma, orientação,

etc.) e se implementem tecnologias energeticamente sustentáveis, para fazer

frente aos problemas do consumo energético, como o custo, depleção dos

materiais, emissão de gases de efeito de estufa, etc. A implementação de

novas tecnologias não depende apenas da sua viabilidade económica, mas

também da estética, facilidade de uso e aceitação do mercado e até da

possibilidade de utilização em reabilitações. Com o avanço das tecnologias

de iluminação natural, ventilação, células fotovoltaicas e materiais de

mudança de fase, a sua implementação com sucesso apenas é possível com

um design cuidadoso e avaliação científica (West, 2001).

4.4.1. FORMA E ORIENTAÇÃO DO EDIFÍCIO

Ao projectar edifícios com vista à eficiência energética, o primeiro passo é a

determinação da correcta forma e orientação do edifício. Apenas com a

realização deste ponto é possível atingir reduções do consumo energético

entre 30 a 40%. A correcta organização espacial do edifício tem de ser

conseguida inicialmente, pois, posteriormente à construção do edifício não é

viável, económica nem ambientalmente, a alteração da organização. Assim,

é necessário ter em conta que:

• Compartimentos com necessidades energéticas elevadas devem ser

colocados a Sul, para beneficiarem mais profundamente do efeito do

sol;



• Compartimentos com necessidades energéticas intermédias, podem

ser colocados em orientações menos favoráveis, como Este e Oeste;

• Compartimentos com necessidades energéticas reduzidas devem ser

colocados a Norte, servindo assim de espaço tampão.

A forma do edifício deve ser tal que minimize os ganhos térmicos no Verão e

perdas de calor no Inverno. Como tal, para Portugal, os edifícios devem ser

alongados no eixo Este-Oeste, de forma a beneficiarem de grandes fachadas

a Sul, as quais recebem três vezes mais radiação solar no Inverno, enquanto

que no Verão recebem três vezes menos radiação solar, do que as fachadas

a Este e Oeste. Outras considerações a ter com a forma do edifício podem ser

o baixo ratio superfície / volume, redução da área superficial exposta a norte e

a ventos fortes. Por outro lado, é importante a construção de edifícios com

envolventes de boa qualidade, mesmo que estas apresentem um maior custo

inicial. Com a redução das necessidades de aquecimento e arrefecimento e

iluminação, o período de amortização deste investimento pode ser

relativamente curto (A Green Vitruvius, 1999).

4.4.2. SISTEMAS SOLARES PASSIVOS PARA AQUECIMENTO

Considerando que o aquecimento dos edifícios residenciais em Portugal

representa 25% dos consumos energéticos do sector dos edifícios, a redução

das necessidades de aquecimento é essencial para o aumento da

sustentabilidade dos edifícios. Os sistemas de aquecimento convencionais

utilizam maioritariamente fontes energéticas não renováveis, de forma a

fornecer o calor necessário para o aquecimento da habitação. Já um sistema

solar passivo apenas utiliza a energia do sol, de forma a fornecer, total ou

parcialmente, o calor necessário para o aquecimento. Este tipo de sistema tira

partido dos elementos construtivos dos edifícios, como as janelas, paredes,

pavimento e cobertura, com o intuito de desempenharem funções de

recolha, armazenamento, utilização e distribuição da energia solar. Os

sistemas solares passivos podem ser divididos em (Teixeira, 1984; Lanham,

Gama e Braz, 2004):



• Sistemas de ganho directo – são os sistemas mais simples e vulgarmente

utilizados. Neste sistema a radiação solar é captada por um

envidraçado, normalmente virado a sul. Para o aumento da eficiência

destes sistema é normal a utilização de massa térmica para armazenar

a radiação solar em excesso durante o dia, libertando-a durante a

noite, quando é mais necessária, como mostra a Figura 4.8. Não

obstante este ser um sistema muito simples, pode ser muito eficiente,

principalmente quando bem projectado e também devido ao avanço

na tecnologia dos materiais de construção os envidraçados estão

cada vez mais eficientes, com maior resistência térmica e possibilidade

de alterarem o factor solar consoante a radiação incidente;

• Sistemas de ganho indirecto – os sistemas de ganho indirecto diferem

do anterior na medida em que a radiação solar não atinge

directamente o compartimento, mas sim um espaço intermédio. Os

ganhos de calor ocorrem através da condução pela superfície, ou

convecção, no caso da abertura de orifícios entre eles. Neste caso a

retenção da energia solar no espaço intermédio é a partir do efeito de

estufa. Exemplos deste tipo de sistema são as paredes com efeito do

estufa, parede de Trombe (Figura 4.9), estufas, entre outras.

• Sistemas de ganho isolado – este tipo de sistema é em tudo semelhante

ao sistema de ganho indirecto, mas neste caso existe uma separação

entre o espaço de armazenamento térmico e o espaço a ser

aquecido. Esta separação pode ser física ou através da colocação de

isolamento entre o compartimento e o espaço intermédio, onde a

transferência de calor se dá através da convecção natural. Exemplos

deste tipo de sistema são os sistemas de Termo-sifão (Figura 4.10) ou

estufas, onde a parede de separação é isolada.



Figura 4.8 – Sistema solar passivo de ganho directo com armazenamento térmico.

Figura 4.9 – Sistema solar passivo de ganho indirecto – Parede de Trombe.

Figura 4.10 – Sistema solar passivo de ganho isolado – Termo-sifão.



4.4.3. SISTEMAS PASSIVOS PARA ARREFECIMENTO

Mesmo tendo em conta que a maior parte da energia utilizada nos edifícios é

para aquecimento, a utilização de ar condicionado está a aumentar

substancialmente. Com tal, a fracção energética consumida pelos edifícios

está a aumentar. Para promover o arrefecimento passivo, Givoni identifica

várias técnicas passivas, tais como a ventilação natural (especialmente o

esforço para arrefecer a massa térmica dos edifícios durante a noite), o

arrefecimento evaporativo, arrefecimento radiativo, etc (Givoni, 1998). Outras

técnicas para reduzir as cargas de arrefecimento incluem o controlo dos

ganhos solares através das paredes, envidraçados e coberturas (pode ser

conseguido a partir do sombreamento e aplicação de isolamento) e a

utilização de equipamento de arrefecimento eficiente. Os sistemas de

arrefecimento passivos podem ser uma forma muito eficiente de reduzir os

consumos energéticos dos edifícios. Estes sistemas transferem o calor do

edifício para a atmosfera ou para a terra, com nenhuma ou pouca utilização

de sistemas mecânicos. Podem ser agrupados em cinco tipos:

1. Ventilação de conforto diurna – estes é o sistema passivo mais utilizado,

onde se proporciona um fluxo de ar exterior durante o dia, removendo

directamente os ganhos de calor. Assim, através do aumento da

transferência de calor convenctiva e evaporativa e da diminuição da

temperatura interior, obtém-se o conforto térmico. É necessário ter

atenção que a velocidade do ar interior não deve ultrapassar os 2 m/s.

Na Figura 4.12 é possível observar a implementação de um sistema de

ventilação de conforto diurna, através da aplicação da ventilação

cruzada;

2. Ventilação nocturna – este sistema utiliza o ar frio nocturno para

arrefecer a massa térmica interior. A massa térmica absorve os ganhos

de calor durante o dia. De forma a reduzir os ganhos de calor, os

envidraçados devem estar fechados durante o dia. Muitas vezes

utilizam-se ventiladores de tecto para aumentar as trocas de calor entre

os ocupantes e a massa térmica. Neste sistema, quanto menor for a

temperatura nocturna mais eficiente é o sistema.



3. Arrefecimento evaporativo – este sistema reduz a temperatura do ar de

ventilação através da evaporação da água. Se for um sistema directo,

o processo evaporativo arrefece a temperatura do ar e aumenta a

humidade. Sistemas indirectos fornecem água fria, de forma a arrefecer

a temperatura do ar através de um permutador de calor. Este tipo de

sistemas apenas é eficiente em climas secos. Um exemplo de um

sistema deste tipo é o “roof-spaying”, onde através de um jacto de

água projectado do telhado, é criada uma cortina de ar frio na

fachada do edifício, promovendo o arrefecimento, como mostra a

Figura 4.13;

4. Arrefecimento radiativo – estes sistemas removem o calor dos elementos

exteriores do edifício através da troca de radiação entre estes e o céu.

Um exemplo deste sistema pode ser observado na Figura 4.11;

5. Arrefecimento acoplado de terra – aqui a terra funciona como um

dissipador de calor, devido a, normalmente, a terra estar a uma

temperatura inferior à exterior. É utilizado um sistema mecânico para

transferir os ganhos de calor do edifício para a terra.

Figura 4.11 – Arrefecimento radiativo – sistema com isolamento de tecto amovível.



Os sistemas de ventilação para arrefecimento consomem menos energia,

requerem menor manutenção, têm menores custos iniciais e são “amigos” do

ambiente, quando se compara com os sistemas de climatização. Somente

necessitam de um maior esforço de projecto e de simulações eficientes, de

forma a garantir que proporcionem o conforto térmico. Os níveis de

ventilação, além de dependerem da geometria do edifício, também

dependem do microclima apenas com um esforço acrescido de modelação

e simulação é possível prever o fluxo de ar por ventilação natural, e respectiva

estimação da transferência de calor (pois o processo dominante é muitas

vezes a convecção de que dependem da velocidade do ar). Carrilho da

Graça sugere a utilização de modelos computacionais de dinâmica de fluidos

para uma mais eficiente estimação do fluxo de ar (Ver artigo de Carrilho da

Graça et al, 2001).

Ao projectar um edifício, de forma a optimizar a ventilação natural, têm de se

estudar os seguintes aspectos:

Figura 4.13 – Arrefecimento evaporativo – “roof-spaying”. Fonte: M. Leandro

Figura 4.13 – Sistema de ventilação de conforto diurna – ventilação cruzada



• forma dos edifícios:

• distribuição dos espaços;

• dimensão e localização das aberturas;

• características e quantidade da massa térmica;

• interacção com o sistema AVAC;

• dispositivos de sombreamento;

• resistência térmica e capacidade calorífica da envolvente exterior do

edifício.

O controlo do sistema de ventilação deverá ser manual. Mesmo com a

implementação de sistemas de controlo automático, é sempre necessário que

manualmente se possa cancelar as suas ordens.

4.4.4. CONSIDERAÇÕES SOBRE ALGUMAS SOLUÇÕES

Ventilação de conforto diurna Num estudo efectuado por Kindangen, este observou que, no Verão, um

pequeno incremento na velocidade do ar, a partir de ar calmo, melhora

significativamente as condições de conforto. Contudo, se o ar não se

encontrar calmo, um pequeno aumento na velocidade deste não irá resultar

num aumento significativo das condições de conforto (Kindangen, 1997).

A ventilação de conforto diurna resulta em temperaturas interiores muito

próximas da temperatura exterior. Como tal apenas é proveitoso utilizar esta

técnica se, com a temperatura exterior, for possível atingir o conforto térmico.

Adicionalmente, o aumento da velocidade do ar aumenta a taxa de

evaporação, podendo-se atingir o conforto térmico a temperaturas mais

elevadas do que seria de prever. Como tal, a ventilação é um meio de

minimizar o efeito psicológico das altas humidades relativas e para aumentar

as perdas de calor convectivas. Estudos realizados em Portugal concluíram

que este possui grande potencial de poupança energética pela aplicação da

ventilação de conforto diurna, como se pode observar na Figura 4.14 (Allard,

1998).



Figura 4.14 – potencial de poupança energética pela aplicação da ventilação em Portugal. Fonte: Allard, 1998.

A aplicação da ventilação natural em habitações uni-familiares é bastante

simples, com um adequado projecto e localização das aberturas, de forma a

maximizar o diferencial de pressões. Também é bastante simples a utilização

do efeito de estratificação do ar, devido à diferença de temperaturas e

pressões, com recurso a aberturas no telhado ou chaminés solares, de forma a

aumentar o potencial de ventilação. Em edifícios multi-familiares, a ventilação

de conforto diurna pode ser uma das únicas forma eficientes de ventilação

natural, contando que os apartamentos possuem paredes exteriores em lados

opostos do edifício.

Por outro lado, em compartimentos com apenas uma parede exterior,

também é possível aplicar a ventilação natural. Tal é conseguido com recurso

à colocação de duas janelas na mesma fachada e utilização dos gradientes

de pressão criados. Mas, de forma a potenciar os gradientes de pressão, são

necessárias algumas modificações de design, como a integração das

chamadas “Paredes-asa”, que são pequenas projecções arquitectónicas, em

relação ao compartimento, como se pode observar na Figura 4.15 (Givoni,

1998).



Figura 4.15 – configurações de paredes-asa. Fonte: Givoni, 1998.

Ventilação nocturna

A partir do estudo de Carrilho da Graça é possível verificar que o

arrefecimento passivo por ventilação nocturna é potencialmente bastante

eficiente, podendo promover a redução de horas de desconforto térmico em

cerca de 57%, mas é apenas aplicável em zonas com grandes amplitudes

térmicas diárias. Ao analisar a integração da ventilação nocturna num edifício,

é necessário analisar alguns pontos cruciais (Carrilho da Graça, 2001;

Tzikopoulos, Karatza, e Paravantis, 2005; Glicksman, Norford e Greden, 2001):

• Ventilação natural, híbrida ou mecânica – um dos primeiros passos é o

cálculo da taxa de renovação de ar prevista para o edifício. O

problema é que o cálculo desta taxa é complexo e será necessária a

utilização de ferramentas de cálculo;

• Transferência de calor – de forma a simular a ventilação nocturna, é

necessário um coeficiente de transferência de calor conventivo

bastante preciso, o que pode ser problemático;

• Armazenamento de calor – a capacidade de armazenamento de calor

de um compartimento consiste na capacidade de armazenamento de

calor utilizável, em termos térmicos, por todas as superfícies fronteira e

mobiliário do compartimento. Depende da espessura de cada

construção, das suas propriedades térmicas, do período de flutuação



da temperatura do ar imperturbado e da transferência de calor

superficial.

A eficiência de um sistema de ventilação nocturna pode ser avaliada através

do estudo da capacidade de armazenamento de calor e dos ganhos e

perdas térmicas. Assim, é possível avaliar o efeito da ventilação nocturna

através de modelos paramétricos ou ferramentas de simulação. Pfafferott

testou a ventilação nocturna de um edifício de escritórios através de uma

ferramenta de simulação, onde utilizou medições “in-situ” para calibrar o

modelo. Este conclui que, através da ventilação nocturna, a temperatura

interior média reduz cerca de 2-3ºC; enquanto que com a implementação do

sombreamento, atinge reduções de 3-4ªC. Com a combinação de ambos,

atinge reduções de 5.7ºC (Pfafferott, Herkel e Jäschke, 2003).

Estufas A aplicação de estufas pode ser muito útil, pois estas, além de servirem de

espaço tampão, também podem ser utilizadas para aplicação de estratégias

solares passivas, como o ganho directo ou indirecto, em espaços contíguos à

estufa. A estufa, ao actuar como um espaço tampão, vai reduzir as perdas de

calor pela envolvente; e mesmo na inexistência de ganhos solares directos é

uma solução eficiente. De forma a armazenar a radiação solar captada pela

estufa e devolvê-la ao espaço útil, quando este é necessário, podemos

recorrer a duas soluções:

• A introdução de uma parede com massa térmica suficiente para

armazenar e distribui-lo posteriormente;

• A Inserção aberturas na parte inferior e superior da parede de

separação entre o espaço útil e a estufa, de forma a usufruir da

convecção natural.

Por outro lado, a introdução de uma estufa numa fachada exterior, resulta

numa redução das exigências dessa fachada, como a utilização de vidro

duplo, isolamento, estanqueidade. As estufas devem possuir, pelo menos, dois

terços de envidraçados móveis, de forma a promoverem a ventilação natural



e evitarem o sobreaquecimento. Deve ser colocado isolamento móvel para

proteger os envidraçados durante a noite e reduzirem as perdas térmicas. Não

devem ser utilizados sistemas de aquecimento na estufa, pois tal resultará em

mais perdas energéticas do que ganhos.

Sombreamento

Os dispositivos de sombreamento, quando colocados convenientemente,

permitem a redução da Iluminância (evitando o encadeamento ou brilho

excessivo), dos ganhos solares no Verão e das perdas de calor durante a noite.

Ao considerarmos o dispositivo de sombreamento a colocar, é necessário

decidir se são exteriores ou interiores:

• o sombreamento exterior é mais eficiente na redução dos ganhos

solares, pois os raios solares são interceptados antes de atingirem os

envidraçados. Mas estes dispositivos são normalmente mais

dispendiosos na instalação e manutenção;

• dispositivos interiores são mais económicos e fáceis de ajustar a

qualquer situação, protegendo melhor os ocupantes do

encadeamento e brilho excessivo;

• dispositivos instalados no interior de envidraçados duplos, com aberturas

de ventilação para o exterior, combinam as vantagens dos dois

sistemas anteriores.

Por outro lado é também necessário decidir se os dispositivos de

sombreamento são móveis ou fixos. Neste campo, normalmente é preferível

utilizar dispositivos fixos no exterior e dispositivos móveis no interior. Os

dispositivos exteriores são mais utilizados para a protecção da radiação solar

e, quando bem projectados, não necessitam de ser móveis; enquanto que os

dispositivos interiores são mais apropriados para as questões da iluminação,

assim é preferível serem móveis, de forma aos ocupantes ajustarem os

dispositivos consoante as suas necessidades (A Green Vitruvius, 1999).



Tubagens horizontais de iluminação

A iluminação natural pode resultar em poupanças energéticas substanciais,

principalmente em edifícios comerciais de ocupação diurna. Assim, é

necessário integrar sistemas de iluminação natural nos edifícios, com vista à

sua sustentabilidade. Como exemplo de um desses sistemas temos as

tubagens horizontais de luz:

aplicadas, maioritariamente, em fachadas cortina, de forma a reduzir os

ganhos solares mas proporcionando iluminação natural. Para tal,

coloca-se uma tubagem no tecto falso com espelhos, para

redireccionar a luz, e filtros com absorção / reflexão de infravermelhos

(Figura 4.16);

Figura 4.16 - Tubagem de luz horizontal

Paredes de terra

A construção de edifícios com paredes termicamente eficientes, em que, ao

mesmo tempo, não são consumidas grandes quantidades de energia na sua

construção ou demolição, é uma forma de promover a redução do consumo

energético. As paredes em terra são ambientalmente sustentáveis, devido à

grande disponibilidade local, assim como aos baixos consumos energéticos

para produção. Para que estas paredes possam ser aceites, é necessário

conhecer a sua performance térmica e que esta respeite os regulamentos

térmicos em vigor. Uma vantagem deste tipo de paredes é a sua grande

massa térmica, o que resulta em pequenas variações de temperatura. De

forma a promover uma maior aceitação deste tipo de paredes, é necessário



desenvolver as técnicas de produção para uma melhor performance térmica,

assim como a obtenção das propriedades térmicas reais deste tipo de

parede, de forma a possibilitar a previsão do comportamento dos edifícios a

partir de programas de simulação térmica de edifícios (Goodhew e Griffiths,

2005).

Materiais de mudança de fase

As propriedades termo-físicas dos materiais de construção têm grande

influência na performance energética dos edifícios. Considerando o design

solar passivo, a capacidade de armazenamento de calor é o parâmetro

dominante. Os sistemas pesados tradicionais podem ter problemas de excesso

de massa térmica e de custo. Mas combinando materiais de construção

tradicionais com uma camada interior composta por materiais de mudança

de fase (PCM – Phase Change Material) é possível atingir um controlo de

temperatura interior (a partir do calor latente de fusão dos materiais PCM) a

um custo aceitável. Ao projectar um sistema com materiais PCM, os

parâmetros fundamentais a controlar são a temperatura de fusão do material –

que deverá ser abaixo da temperatura de conforto para o verão, mas o mais

próximo possível desta; a temperatura de solidificação – que deverá ser acima

da temperatura de conforto para o Inverno, mas o mais próximo possível

desta; o calor libertado ao solidificar – o mais alto possível; e o calor absorvido

ao liquefazer – o mais alto possível.

Os materiais PCM podem ser definidos por duas componentes: um composto

químico, orgânico ou inorgânico, que possui uma mudança de fase a uma

dada temperatura de operação; e uma estrutura porosa que actua como

uma substância que armazena calor. Estes materiais armazenam o calor com

a fusão da sua estrutura porosa, absorvendo o calor do espaço. Quando a

estrutura se encontra totalmente fundida, o material não armazena mais calor.

A libertação do calor dá-se quando a temperatura do espaço é inferior à

temperatura de solidificação e o material solidifica progressivamente,

libertando todo o calor armazenado para o espaço (Heim e Clarke, 2004).



Fachadas de pele dupla

Em edifícios altos, as fachadas de vidro são muitas vezes utilizadas devido ao

baixo tempo de aplicação, pouca manutenção e durabilidade. Mas este tipo

de construção tem cargas de aquecimento e arrefecimento muito altas. Uma

forma de baixar estas cargas é a utilização do sistema de pele dupla de vidro.

Este sistema é composto por duas folhas de vidro separadas por um espaço

de ar relativamente grande. Assim, o espaço de ar funciona como uma zona

tampão que reduz as perdas e proporciona ganhos térmicos devido à

radiação solar e devido ao efeito de estratificação do ar. Existe uma boa

ventilação dentro do espaço de ar, além de neste sistema ser possível abrir as

folhas de vidro de forma a possibilitar a ventilação natural e a ventilação

nocturna. Este tipo de sistema facilita também a implementação de

sombreadores eficientes no espaço de ar. O grande problema deste tipo de

configuração é o seu custo económico – é um sistema construtivo ainda não

muito utilizado e possui o dobro da quantidade de vidro. Como tal, para utilizar

este tipo de sistema é necessário fazer um estudo comparativo entre custos de

construção / energia poupada, através de programas de simulação térmica

(VisualDOE, Transys, EnergyPlus, etc) e de análise de ciclo de vida (EcoPro,

IDEMAT, LCAD). Para climas agressivos, este estudo resulta normalmente em

vantagem para a o sistema de pele dupla de vidro, mas para climas amenos,

apenas com a simulação prévia é possível encontrar a solução mais

económica, em termos de custo, energia e consequências ambientais. Para

atingir a solução mais eficiente em termos globais é necessário analisar dois

itens específicos; a solução que apresenta o menor consumo energético em

termos dos recursos energéticos do país; e a solução cujo custo de ciclo de

vida é menor, em termos do proprietário do edifício. Cetiner define um critério

de selecção do tipo de pele de vidro a escolher (simples ou dupla), para

edifícios de escritório, segundo os item referidos anteriormente (ver artigo

Cetiner e Ozkan, 2005).

Sistema misto caldeira + massa térmica

Na procura de menores consumos energéticos dos edifícios, Stritih testa a

eficiência da implementação de um sistema composto por uma caldeira a



biomassa e uma unidade de armazenamento térmico. Este sistema pode ser

visto como um sistema de cogeração, ou seja, em edifícios onde o

aquecimento seja a partir de uma caldeira central, muitas vezes o calor

gerado pela caldeira é excessivo para as necessidades do edifício, sendo este

excesso de calor é armazenado num unidade armazenadora de calor.

Quando a unidade armazenadora se encontrar totalmente carregada, é

possível desligar a caldeira e fornecer o calor da unidade de armazenamento

ao edifício. Com este sistema é possível aumentar a eficiência energética dos

sistemas de aquecimento, uma vez que se reduzem as perdas. O sistema é

esquematicamente representado na Figura 4.17 (Stritih e Butala, 2004).

Figura 4.17 – Esquema de sistema caldeira + armazenador térmico. Fonte: Stritih e Butala, 2004

Sistemas solares para aquecimento a água

Os sistemas solares para aquecimento de águas quentes sanitárias têm já

grande aplicação no mercado, pelo que o dimensionamento e montagem

deste tipo de sistemas é algo já bastante estudado e aplicado com bons

resultados. Sabendo que os sistemas solares de aquecimento a água são

bastante similares aos para aquecimento de água quentes sanitárias e que

funcionam com a água a temperaturas mais baixas, são equipamentos

bastante bons aplicar os sistemas de pavimentos radiantes em edifícios

residenciais.



O projecto de um sistema solar de aquecimento deve ser considerado em três

partes:

1. Determinação das necessidades de aquecimento e de água quente

do edifício;

2. Estimar a fracção dessas necessidades que pode ser coberta pelo

sistema solar;

3. Efectuar um estudo económico onde se compare o custo da energia

que se irá poupar com o sistema solar, com o custo do sistema solar.

Em termos do estudo económico, a variável mais sensível e que mais

cuidadosamente deve ser estudada é a área do colector. A partir de um

estudo de Martínez com intuito de desenhar e estudar o comportamento de

um sistema solar de aquecimento de pavimento radiante numa habitação em

Murcia – Espanha, verificou-se que nos meses com maiores necessidades de

aquecimento (Janeiro e Fevereiro) este sistema cobriu, respectivamente, 42.8%

e 34.2% das necessidades de aquecimento (Martinez et al, 2005). Estes

resultados demonstram que este tipo de sistema pode ser muito eficiente nas

habitações Portuguesas.

4.4.5. INTEGRAÇÃO DE SOLUÇÕES ENERGETICAMENTE EFICIENTES As decisões sobre a escolha e subsequente integração de componentes

energeticamente eficientes nos edifícios necessita de uma cuidadosa reflexão

durante a fase de projecto, como o observado na Figura 4.18. De forma a

tornar um edifício energeticamente eficiente é necessário, muitas vezes,

avaliar objectivos contraditórios relativamente à performance do edifício,

como o conforto térmico e a qualidade do ar interior. Assim, as ferramentas de

simulação dos edifícios, aparentam ser um instrumento muito importante, para

uma apropriada integração de componentes energeticamente eficientes nos

edifícios. Estas ferramentas podem fornecer informação detalhada sobre a

performance térmica dos edifícios que ainda estão em fase de projecto,

permitindo assim comparar diferentes opções de projecto em condições



semelhantes. No entanto, o uso generalizado destas ferramentas

computacionais não tem ocorrido. As tecnologias inovadoras são aplicadas

nos edifícios sem nenhuma, ou pouca, avaliação prévia através de

ferramentas de simulação, o que poderá levar ao seu mau aproveitamento e

consequentemente a denegrirem estas tecnologias.

Figura 4.18 – Introdução de soluções energeticamente eficientes. Fonte: West, 2001.

Os edifícios estão, cada vez mais, sujeitos a regulamentos com requisitos de

performance quantificáveis, o que requer uma mais intensiva utilização de

ferramentas computacionais, de forma a garantir que o edifício cumpra esses

mesmos requisitos. Ao longo dos últimos anos, os esforços para integrar a

simulação computacional dos edifícios durante a fase de projecto tiveram

bastantes problemas:

• Indisponibilidade de ferramentas computacionais adequadas, ou seja,

as ferramentas existentes não davam resposta aos problemas

específicos encontrados no projecto;

• Descrença dos resultados obtidos pelas ferramentas computacionais,

podendo também os resultados computacionais não serem úteis numa

fase de projecto;

• Alto grau de conhecimento necessário para a utilização das

ferramentas de simulação de edifícios;

• Custos associados à compra e utilização destas ferramentas;



• Problemas de partilha de informação entre o “projecto” e a

“simulação”.

A partir de diversos casos de estudo, é possível observar que a selecção das

componentes energeticamente eficientes para os edifícios ocorrem

maioritariamente na fase de projecto conceptual. No entanto, estes

componentes são escolhidos graças à prévia utilização noutros projectos.

Assim, normalmente não são efectuadas comparações entre a performance

de várias alternativas. A simulação de edifícios é utilizada maioritariamente

depois da fase de projecto conceptual e apenas para verificar se a

performance energética corresponde às expectativas. Assim, para projectar

edifícios energeticamente eficientes é necessário utilizar as ferramentas

computacionais logo desde a fase de projecto conceptual. Enquanto a

escolha de componentes energeticamente eficientes não for suportada por

dados computacionais significativos, as decisões serão sempre tomadas de

forma intuitiva.

Actualmente, a maior parte destes problemas já estão ultrapassados, existindo

ferramentas de simulação de edifícios criadas para responderem a problemas

específicos, com resultados comprovados. Estas ferramentas podem ser desde

muito simples a muito complexas, dependendo do que é pretendido.

Adicionalmente existe já uma grande aposta na formação nesta área,

existindo já um vasto número de consultores externos. Várias ferramentas

computacionais são gratuitas e cada vez mais com uma maior

interoperabilidade entre elas. Para escolher componentes energeticamente

eficientes, é conveniente seguir o seguinte procedimento (Wilde e Voorden,

2004):

• definição de um espaço de opções onde estão identificadas as

combinações entre os componentes energeticamente eficientes e o

design dos edifícios, que apresentam melhores resultados;

• Identificação das funções mais relevantes de todas as opções de

design, de forma a encontrar critérios de selecção relevantes;



• Especificação de Indicadores de Performance (IPs) objectivos, requisitos

e restrições. Os IPs permitem quantificar a performance de cada opção

de design;

• Cálculo dos IPs para todas as opções de design do edifício. Neste ponto

as melhores ferramentas a utilizar são as computacionais;

• Avaliação da performance final, onde é executada uma média

pesada que contabiliza a performance individual de cada opção de

design.

Relativamente à informação necessária para a escolha dos componentes

energeticamente eficientes, podemos dividi-la em 5 parâmetros:

1. Descrição geométrica do design do edifício – por exemplo a partir de

sistemas CAD;

2. Componentes energeticamente eficientes existentes no mercado e sua

funções associadas;

3. IPs existentes que possam avaliar na totalidade as respectivas funções;

4. Informação sobre a performance das diversas opções – pode ser obtida

a partir de ferramentas computacionais de simulação energética de

edifícios;

5. Informações sobre os factores preferenciais, os quais são necessários

para decidir quais as melhores opções a utilizar no projecto.

4.4.6. ANÁLISE DA PERFORMANCE DE EDIFÍCIOS SUSTENTÁVEIS NA EUROPA Foi realizado um estudo onde foram caracterizados 77 edifícios Europeus

construídos com princípios bioclimáticos, em termos de eficiência energética.

Por outro lado, foi analisada a eficiência da integração de várias técnicas

solares passivas. Com este estudo, é possível concluir que os edifícios

bioclimáticos em Portugal têm uma eficiência energética de 66,7% (Figura

4.19), o que coloca Portugal num bom nível, comparativamente a outros

Países da Europa. Também é verificado que a inclusão nos edifícios das



técnicas solares passivas de ganho directo (Figura 4.20), sombreamento e

água quente solar, aumenta a eficiência energética destes edifícios,

enquanto que as paredes de armazenamento térmico, ventilação natural e

estufas reduzem a eficiência energética dos mesmos. No caso das paredes de

armazenamento térmico, o problema poderá ser devido a um mau

dimensionamento. Em relação às estufas e à ventilação natural, estas

poderiam não ter o controlo adequado, o que resulta, obviamente, num

comportamento que não seria benéfico para a performance energética dos

edifícios. Como tal, também é possível concluir que a forma como o edifício é

utilizado determina a sua eficiência energética. Quando os utilizadores são

descuidados, a poupança energética não é conseguida. Como tal, apenas

utilizadores educados e informados convenientemente podem ajudar a baixar

o consumo energético dos edifícios (Tzikopoulos, Karatza e. Paravantis, 2005).

Figura 4.19 – Eficiência energética de edifícios bioclimáticos, na Europa

Figura 4.20 – Eficiência energética da solução de ganho directo

Fonte: Tzikopoulos, Karatza e Paravantis, 2005

4.5. REABILITAÇÃO DE EDIFÍCIOS A reabilitação de edifícios pode ser entendida como um melhoramento na

qualidade do edifício, comparativamente com a que este apresentava

inicialmente. Mas existem outras operações que, de uma forma ou de outra,



são importantes para a manutenção ou aumento da performance energética

dos edifícios:

• Conservação ou Manutenção: Operação destinada a conferir a

edifícios não degradados uma qualidade equivalente à inicial;

• Recuperação: Operação sobre edifícios degradados devido à não

realização de obras de conservação com a periodicidade devida;

• Beneficiação: Operação que confere a edifícios degradados uma

qualidade superior à que tinham aquando da sua construção.

Podem ser apresentados dois pontos cruciais, para a importância da

reabilitação do parque de edifícios existente:

1. no passado, a construção de edifícios não tinha em conta a sua

optimização energética, nem a minimização dos seus efeitos

ambientais. Considerando que o ciclo de vida dos edifícios e dos seus

componentes é muito elevado (ver Tabela 4.4), uma grande parte dos

edifícios existentes encontram-se nessas condições;

2. a idade dos edifícios é um factor determinante para a performance

global dos edifícios, pois quantos mais antigos, mais deteriorados estão

e menores performances energéticas apresentam. Mas os ocupantes

desses edifícios desejam níveis de conforto similares aos das habitações

mais recentes, utilizando para isso muito mais energia. Por exemplo, o

consumo energético para aquecimento é fortemente influenciado pela

idade do sistema central de aquecimento – correlação de 0,83, pela

idade do edifício – correlação de 0,57, pela idade do sistema de

distribuição – correlação de 0,43 e pela idade dos terminais de

aquecimento – correlação de 0,19.



Tabela 4.4 – Ciclo de vida de alguns componentes dos edifícios. Ciclo de vida Elemento do edifício

*Base de Dados **Estimado - ENVOLVENTE Janelas 51 78 Portas 33 62 Portas de Garagem 17-48 58-62 Clarabóias 62 70 Coberturas 32-54 65-73 Tubos de queda 36-49 60 - INTERIORES Portas 53 66-69 Pavimentos 40-59 56-79 Canalização 44-63 56-68 Tubos 23-47 55-64 - AVAC Caldeiras 25-38 55-57 Radiadores 62 64 Tubos 46 66 *Base de dados INVESTIMMO – Projecto Europeu para a renovação de edifícios **Estimações a partir de modelos de deterioração – software INVESTIMMO Fonte: Balaras et al, 2005

Como tal, é possível concluir que a protecção e reabilitação do património

edificado, além de ser culturalmente positivo, também poderá ser

economicamente atractivo, pois os custos de reabilitação são muito inferiores

aos custos de demolição e reconstrução. Adicionalmente, se os princípios de

sustentabilidade foram aplicados, as reabilitações são muito atractivas,

aumentando a performance dos edifícios existentes (Balaras et al, 2005).

Um estudo muito interessante na área da deterioração dos edifícios foi

realizado por Balaras, que apresenta as causas que têm maior importância

para a deterioração dos edifícios, como é possível observar na Figura 4.21.

Assim, é possível conhecer os pontos que têm de ser analisados com maior

cuidado, durante o projecto de um edifício, para que este tenha uma maior

vida útil, sem apresentar sinais de degradação.



Figura 4.21 – causas da deterioração dos edifícios e seu peso. Fonte: Balaras et al, 2005

4.4.1. A REABILITAÇÃO EM PORTUGAL

O estado de degradação em que se encontra grande parte do parque

habitacional do nosso país assume proporções que podem ser consideradas

preocupantes. Tal situação provoca uma diminuição da qualidade de vida

das populações e uma deterioração do património edificado, enquanto

memória colectiva. A palavra Património é sinónimo de herança, que deve ser

transmitida às gerações futuras com o intuito de ser preservada e valorizada.

Actualmente nos edifícios habitacionais do Património municipal e nacional, a

degradação encontrada nos diversos elementos que os constituem deve-se

principalmente ao “envelhecimento” dos vários materiais e componentes, à

ausência de manutenções periódicas que assegurem a sua preservação e

também devido à sua má concepção e/ou deficiente execução, na sua fase

de construção ou em intervenções posteriores. Como causas da degradação

do património em geral, podemos considerar:

• o desaparecimento dos artesãos (que noutros países europeus são

valorizados e incentivados);



• conservação básica dos edifícios inexistente (limpeza dos telhados

antes do Inverno, pintura das fachadas e caixilhos, etc.);

• má gestão do estado, de modo a contemplar no orçamento geral

verba para a conservação dos edifícios;

• intervenções de restauro ou reabilitação mal concebidas;

• o uso dos edifícios de forma inadequada às suas funções e

características.

Verifica-se que em Portugal, nos últimos anos apenas 10% do total do

investimento é destinado à conservação e recuperação do património

edificado ao passo que a média europeia é de cerca de 40%. De um modo

geral, Portugal ainda não se encontra sensibilizado para a reabilitação de

edifícios. Embora se reconheça a existência de trabalho válido de reabilitação

e reconstrução de alguns Monumentos Nacionais e outras construções de

grande relevo arquitectónico, muito se poderá e deverá realizar no futuro para

enriquecer a leitura do património edificado português.

Logo, a tendência será inevitavelmente um aumento de investimento na

conservação e recuperação. A sustentar esta tendência, temos a

“reocupação” dos centros urbanos pela população que até há pouco tempo

sobrevalorizava em demasia as zonas periféricas das cidades em relação aos

centros urbanos. Também o Governo, através de políticas habitacionais, em

parceria com as Câmaras Municipais, incentiva o processo de conservação e

reabilitação, procurando melhorar as carências habitacionais, investindo em

arranjos de espaços sociais dos bairros de arrendamento público, motivando

assim a recuperação dos centros urbanos (Silva e Godinho, 2004).

4.4.1. FERRAMENTAS DE AVALIAÇÃO DA REABILITAÇÃO

A recuperação e reabilitação de edifícios é um fenómeno com cada vez

maior peso no sector dos edifícios. Como tal, é normal que ferramentas de

avaliação e optimização destes processos surjam no mercado. Uma dessas

ferramentas é a EPIQR (Método de requalificação de performance energética



e qualidade do ambiente interior), esta ferramenta tem como objectivos que

uma requalificação / reabilitação apresente (Martínez, Velázquez e Viedma,

2005):

• melhoria da qualidade do ambiente interior;

• optimização de consumo energético;

• implementação de energia solar;

• rentabilidade.

Esta ferramenta divide o edifício em 50 elementos discretos (paredes,

pavimento, cobertura, sistema de aquecimento, etc.) onde para cada um dos

elementos é avaliado o estado de degradação (4 estados de degradação),

apresentando até 6 possíveis opções para a substituição. Depois de

seleccionadas as opções, estas são avaliadas do ponto de vista da qualidade

do ambiente interior, consumo energético, custo e medidas de reabilitação.

A qualidade do ambiente interior é avaliada em termos de humidade, ruído,

conforto térmico, qualidade do ar, iluminação e segurança.

Em termos energéticos, é estudado o aquecimento do espaço, águas quentes

sanitárias, substituição da caldeira, arrefecimento do espaço, iluminação

artificial de espaços comuns, isolamento das tubagens de distribuição para

aquecimento e utilização de válvulas termostáticas para radiadores.

No custo, é estudada a descrição dos trabalhos de reabilitação, a

organização da classificação dos trabalhos e a identificação dos custos

associados.

Assim, esta é uma ferramenta expedita que procura a eficiência energética

dos edifícios através da comparação das várias soluções / problemas. No

entanto, é necessário ter em conta que, sendo este um sector em rápido

crescimento, estão continuamente a aparecer novas soluções, pelo que é

necessário que estas ferramentas sejam regularmente actualizadas (Karlsson,

Roos e Karlsson, 2000).



5. CAPITULO 5 – PREVISÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS

5.1. RCCTE

O RCCTE é o actual regulamento Português, aprovado em 1990, onde é

imposta a qualidade mínima necessária aos edifícios relativamente ao seu

comportamento térmico. Considerando que o RCCTE em vigor é já “obsoleto”,

como foi referido no Capítulo 4, foi necessário proceder à sua revisão e

actualização. Como tal, foram modificados alguns pormenores, aumentado o

nível de exigência, mas mantida a sua estrutura original. Assim, a nova versão

do RCCTE, além de promover edifícios energeticamente mais eficientes, com

menos patologias devido a condensações e com melhor qualidade de ar

interior – objectivos do RCCTE, também pode facilitar a possibilidade das

empresas da área operarem em diferentes países da Comunidade Europeia,

devido à harmonização dos regulamentos térmicos ao nível da Comunidade

Europeia. Espera-se que em Janeiro de 2006 esta actualização da

regulamentação térmica entre em vigor. Seguidamente será apresentada a

CAPÍTULO 5 – Previsão do Comportamento Térmico dos Edifícios


estrutura desta versão actualizada do RCCTE, assim como a metodologia de

cálculo utilizada para a previsão do comportamento térmico dos edifícios.

5.1.1. ESTRUTURA DO RCCTE

Este Regulamento é composto por 20 artigos e 9 Anexos. Assim, os artigos

definem toda a organização do regulamento remetendo para anexo todas as

definições, dados climáticos e metodologias de cálculo. Resumidamente os

artigos que constituem este regulamento são:

1º Artigo - aqui são expostos quais os objectivos que este regulamento

pretende atingir com a sua implementação (estes já foram referidos

anteriormente);

2º Artigo - neste ponto é introduzido o âmbito de aplicação do

regulamento e excepções prevista. Também é definido o significado

de fracção autónoma e grandes remodelações;

3º Artigo - este ponto refere que todas as definições e referências

necessárias para a aplicação deste regulamento se encontram no

Anexo II;

4º Artigo - aqui são introduzidos os índices utilizados na quantificação

energética do edifício – Nic; Nvc; Nac; Ntc, assim como os parâmetros

complementares a quantificar – U (coeficiente de transmissão

térmica); inércia do edifício; Factor solar dos envidraçados e taxa de

renovação horária;

5º Artigo - este ponto refere que cada fracção autónoma não pode

ultrapassar o valor máximo admissível das necessidades nominais

anuais de energia útil para aquecimento, Ni, valor este que é fixado

no artigo 17.º;

6º Artigo - este artigo é semelhante ao anterior mas relativamente ao

valor das necessidades nominais anuais de energia útil para

arrefecimento, Nv;

7º Artigo - este artigo é semelhante ao anterior, mas relativamente ao

valor das necessidades nominais anuais de energia útil para produção



de águas quentes sanitárias, Na; além de definir a obrigatoriedade de

implementação de um sistema de colectores solares térmicos para

águas quentes sanitárias, sempre que haja uma exposição solar

adequada;

8º Artigo - este ponto refere que as necessidades nominais globais de

energia primária dos edifícios, Ntc, não podem ultrapassar um valor

máximo de energia primária, Nt, o qual é fixado no artigo 17º, definido

como a soma dos valores máximos determinados nos artigos 5º, 6º e

7º, convertidos para energia primária a partir de Factores de

Ponderação, Fpui, Fpuv, Fpua;

9º Artigo - aqui é referido que os valores máximos de Ni e Nv, têm de ser

obtidos sem ultrapassar os requisitos mínimos em relação ao

coeficiente de transmissão térmica e factor solar, definido no

artigo 18º;

10º Artigo - neste ponto refere-se que os edifícios isentos de satisfação

dos artigos 5º, 6º e 8º, têm de cumprir os valores máximos de

coeficiente de transmissão térmica, área e factor solar dos vãos

envidraçados, inércia térmica e protecção solar das coberturas, caso

contrário é anulada a isenção referida;

11º Artigo - aqui é referido que os métodos de cálculo a utilizar na

obtenção dos valores das necessidades nominais de aquecimento,

arrefecimento, águas quentes sanitárias e os parâmetros referidos nos

artigos 9º e 10º, são descritos nos anexos IV, V, VI e VII;

12º Artigo - este ponto define as obrigações das entidades com

competência para o licenciamento dos edifícios, nos termos da

certificação energética e qualidade do ar interior;

13º Artigo - este artigo define a informação mínima necessária que deve

conter qualquer pedido de licenciamento, para demonstração do

cumprimento deste regulamento;

14º Artigo - aqui define-se quem possui a responsabilidade pela

demonstração da conformidade do projecto e da execução da

construção com a exigências deste regulamento;



15º Artigo - neste artigo são regulamentadas as violações ao projecto

passíveis de serem consideradas contra-ordenações puníveis com

coima, assim como o valor das coimas a aplicar;

16º Artigo - este ponto indica as condições interiores de referência das

habitações:

• condições de conforto para estação de aquecimento – 20ºC e

para a estação de arrefecimento – 25ºC e 50% de humidade

relativa

• taxa mínima de renovação do ar – 0.6 RPH

• consumo de referência para água quente sanitária – 40 lts de

água quente a 60ºC por dia e por pessoa;

17º Artigo - aqui são definidos os valores máximos das necessidades de

energia útil para aquecimento, arrefecimento e águas quentes

sanitárias.

• o valor limite de Ni depende do Factor de Forma (FF – anexo II do

RCCTE) e dos Graus-Dias - base 20ºC1 (GD – anexo III do RCCTE)

da seguinte forma:

a) para FF ≤ 0,5 -> Ni = 4,5 + 0,0395 GD

b) para 0,5 < FF ≤ 1 -> Ni = 4,5 + (0,021 + 0,037 FF) GD

c) para 1 < FF ≤ 1,5 -> Ni = [4,5 + (0,021 + 0,037 FF) GD] (1,2 - 0,2 FF)

d) para FF > 1,5 -> Ni = 4,05 + 0,06885 GD

• o valor limite de Nv apenas depende da localização:

a) Zona V1 (Norte) -> Nv = 16 kWh/m2.ano

b) Zona V1 (Sul) -> Nv = 22 kWh/m2.ano

c) Zona V2 (Norte) -> Nv = 18 kWh/m2.ano

d) Zona V2 (Sul) -> Nv = 32 kWh/m2.ano

e) Zona V3 (Norte) -> Nv = 26 kWh/m2.ano

f) Zona V3 (Sul) -> Nv = 32 kWh/m2.ano

g) Açores -> Nv = 21 kWh/m2.ano

h) Madeira -> Nv = 23 kWh/m2.ano

1 Valor que representa o somatório das diferenças positivas entre a temperatura base (20ºC) e a temperatura exterior, para a estação de aquecimento.



• o valor limite de Na é obtido pelas Equações 5.1 e 5.2,

apresentadas posteriormente, ao ser definido o anexo VI do

RCCTE;

• o valor das necessidades globais anuais nominais específicas de

energia primária, Ntc, é obtido pela Equação 4.3 definida no

Capítulo 4 desta dissertação;

• o valor de Ntc não pode ultrapassar um valor de referência das

necessidades totais, Nt, o qual já foi definido pela Equação 4.4

do Capítulo 4;

18º Artigo - neste ponto é referido que o valor dos requisitos de qualidade

térmica previamente mencionados estão definidos no anexo IX do

RCCTE. Também se refere que, para espaços não-úteis, se o valor de τ

(definido no anexo IV do RCCTE) for superior a 0.7, o elemento de

separação entre o espaço útil e o não-útil têm os mesmos requisitos

que um elemento da envolvente exterior;

19º Artigo - aqui são definidos alguns valores limite referidos previamente

no regulamento, tal como a área útil de pavimento máxima que

isenta uma habitação unifamiliar da demonstração do cumprimento

do valor de Na;

20º Artigo - o último artigo apresenta os factores de conversão entre

energia útil e primária (Fpu), assim como o rendimento de alguns

equipamentos (η).

Relativamente aos anexos deste regulamento, estes apresentam-se

organizados da seguinte forma:

Anexo I - neste ponto são definidos os espaços que podem ser

considerados como não-úteis, os quais não são incluídos no cálculo de

Nic, Nvc e Ntc;

Anexo II - aqui são apresentadas todas as definições consideradas

significativas e com importância para uma melhor compreensão do

regulamento, além de apresentar a fórmula de cálculo do factor de

forma, como se pode observar na Equação 5.1;



Equação 5.1

FF = (Aext + Σ (τ Aint)i) / V;

Anexo III - este ponto apresenta o zonamento climático por concelhos e

zonas climáticas e os dados climáticos de referência, com correcções

consoante a altitude do local. Também é apresentada a energia solar

média incidente numa superfície vertical durante a estação de

aquecimento e os valores médios da temperatura exterior e a

intensidade da radiação solar durante a estação de arrefecimento;

Anexo IV - neste ponto é definido o método de cálculo das necessidades

de aquecimento. Este método está dividido em três parcelas: perdas de

calor pela envolvente; perdas de calor por renovação de ar; ganhos

úteis. Assim, é apresentado a forma para calcular estas três parcelas,

além de serem fornecidas várias folhas de cálculo, assim como várias

tabelas necessárias para o cálculo das necessidades de aquecimento.

Este ponto será referido mais extensivamente no Capítulo 5.1.2;

Anexo V - aqui é definido o método de cálculo das necessidades de

arrefecimento. Este método está dividido em quatro parcelas: cargas

térmicas pela envolvente; cargas térmicas por renovação de ar;

ganhos térmicos devido à radiação solar pelos envidraçados; ganhos

térmicos internos. Assim, é apresentada a forma para calcular todas

estas parcelas, além de fornecer várias folhas de cálculo, assim como

tabelas necessárias para o cálculo das necessidades de arrefecimento.

Este ponto será referido mais extensivamente no Capítulo 5.1.2;

Anexo VI - neste ponto é definido o método de cálculo das necessidades

de energia para preparação de águas quentes sanitárias. Este método

é regido pelas Equações 5.2 e 5.3:

Equação 5.2 Nac = (Qa / ηa - Esolar - Eren) / Ap (kWh/m2. ano) com:

Qa – energia útil dispendida com sistemas convencionais de

preparação de AQS;



ηa – eficiência de conversão desses sistemas de preparação de AQS;

Esolar – contribuição de sistemas de colectores solares para o

aquecimento de AQS;

Eren – contribuição de quaisquer outras formas de energias renováveis

(solar fotovoltaica, biomassa, eólica, geotérmica, etc.) para a

preparação de AQS, bem como de quaisquer formas de recuperação

de calor de equipamentos ou de fluidos residuais;

Ap – área útil de pavimento;

Equação 5.3 Qa = 0,081 . MAQS . nd (kWh/ano) com:

MAQS – consumo médio diário de referência de AQS;

∆T – aumento de temperatura necessário para preparar as AQS:

nd – número anual de dias de consumo de AQS.

Anexo VII - este ponto apresenta os princípios de cálculo de dois

parâmetros térmicos necessários para a aplicação deste regulamento,

o Coeficiente de Transmissão Térmica (U) e a Inércia Térmica do Edifício;

Anexo VIII - aqui são apresentadas as fichas de preenchimento necessário

por forma a obter a licença de construção e utilização das habitações;

Anexo IX - neste ponto são definidos os requisitos mínimos que os edifícios

têm de respeitar de forma a cumprir este regulamento. Assim, são

apresentados os Coeficientes de transmissão térmica máximos

admissíveis para zonas correntes e não correntes, o factor solar máximo

admissível e os valores de referência para dispensa da verificação

detalhada do RCCTE.

5.1.2. METODOLOGIAS DE AVALIAÇÃO DA PERFORMANCE TÉRMICA DO RCCTE

Em termos de performance térmica dos edifícios, o RCCTE apresenta dois

parâmetros fundamentais: necessidades de aquecimento e necessidades de

arrefecimento. Assim, vão ser apresentadas as metodologias utilizadas pelo



RCCTE para a determinação das necessidades de aquecimento e

arrefecimento.

Cálculo das Necessidades de Aquecimento - Nic

O RCCTE considera que as necessidades de aquecimento são obtidas pelo

balanço de: 1 – perdas de calor pela envolvente (Qt); 2 – perdas de calor por

renovação de ar (Qv); 3 – os ganhos úteis (QGU). Como se pode observar na

equação 5.4.

Equação 5.4 Nic = (Qt + QV - QGU) / Ap (kWh/m2. ano)

1 – Qt – as perdas de calor pela envolvente, Equação 5.5, são consideradas

como sendo a soma das perdas por zonas correntes (paredes, envidraçados,

pavimento e cobertura) em contacto com o exterior (Qext) ou locais não

aquecidos (Qlna), perdas por paredes ou pavimentos em contacto com o solo

(Qpe) e perdas por pontes térmicas (Qpt).

Equação 5.5 Qt = Qext + Qlna + Qpe + Qpt (kWh/ano)

• Qext: para calcular este termo é necessário: seleccionar todos elementos

em contacto com o exterior; obter a área (Ai) de todos os elementos,

medida pelo interior; obter o valor de Graus-Dias (GD) do local (este

valor está tabelado no anexo III do RCCTE); calcular o coeficiente de

transmissão térmica (Ui) de cada elemento; e utilizar a equação 5.6;

Equação 5.6

∑=

⋅⋅⋅=N

iiiext AUGDQ

1024.0 (kWh/ano)

• Qlna: relativamente a este termo é necessário executar todos os passos

referidos para o Qext, mas para elementos em contacto com locais não

aquecidos. Por outro lado, é necessário obter um coeficiente que



contabilize a razão de amplitude térmica entre o interior e o exterior e a

amplitude térmica entre o local não aquecido e o interior (τ) (este valor

pode ser obtido recorrendo à Tabela 5.1). Seguidamente, é necessário

aplicar a Equação 5.7;

Tabela 5.1 – Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício Ai/Au (1)

Tipo de espaço não-útil 0 a 1 1 a 10 > 10

CIRCULAÇÃO COMUM sem abertura directa para o exterior 0.6 0.3 0

a) Área de aberturas permanentes /volume total < 0,05 m2/m3 0.8 0.5 0.1

com abertura permanente para o exterior (p.ex.,para

ventilação ou desenfumagem)

b) Área de aberturas permanentes /volume total ³ 0,05 m2/m3 0.9 0.7 0.3

ESPAÇOS COMERCIAIS 0.8 0.6 0.2 EDIFÍCIOS ADJACENTES 0.6 0.6 0.6 ARMAZÉNS 0.95 0.7 0.3 GARAGENS a) Privada 0.8 0.5 0.3

b) Colectiva 0.9 0.7 0.4 c) Pública 0.95 0.8 0.5

VARANDAS, MARQUISES E SIMILARES 0.8 0.6 0.2 COBERTURAS SOBRE DESVÃO NÃO HABITADO (ACESSÍVEL OU NÃO) a) Desvão não ventilado 0.8 0.6 0.4

b) Desvão fracamente ventilado 0.9 0.7 0.5 c) Desvão fortemente ventilado 1

(1) Ai - área do elemento que separa o espaço útil interior do espaço não-útil Au - área do elemento que separa o espaço não-útil do ambiente exterior Equação 5.7

τ∑=

⋅⋅⋅⋅=N

iiia AUGDQ

1ln 024.0 (kWh/ano)

• Qpe: para obter este termo é necessário: seleccionar todos os elementos

em contacto com o terreno; obter o perímetro (B) do(s) elemento(s) em

contacto com o terreno, medido pelo interior; obter o valor de Graus-

Dias (GD) do local; obter o coeficiente de transmissão térmica linear (ϕ )

de cada elemento (este valor está tabelado no anexo IV do RCCTE,

tabela IV.2, onde são apresentado alguns exemplos); e utilizar a

equação 5.8;



Equação 5.8

∑=

⋅⋅⋅=N

iiipe BGDQ

1024.0 ϕ (kWh/ano)

• Qpt: por último é necessário obter este termo, sendo necessário:

seleccionar todas as pontes térmicas (normalmente são ligações entre

elemento; obter o valor de Graus-Dias (GD) do local; obter o perímetro

(B) das pontes térmicas; obter o coeficiente de transmissão térmica

linear (ϕ ) de cada ponte térmica (este valor está tabelado no anexo IV

do RCCTE, tabela IV.3, onde são apresentado os casos mais comuns),

na figura 5.1 é apresentado um exemplo de ponte térmica; e utilizar a

Equação 5.9.

Figura 5.1 – Exemplo do cálculo do coeficiente de transmissão térmica linear (ϕ ) de uma ponte térmica. Fonte: RCCTE, 2005.

Equação 5.9

∑=

⋅⋅⋅=N

iiipt BGDQ

1024.0 ϕ (kWh/ano)

2 – QV – as perdas de calor por renovação de ar por ventilação natural pode

ser obtida a partir de – cálculo da área útil de pavimento (AP); obtenção do

pé-direito (Pd); obtenção do valor de Graus-Dias (GD) do local; cálculo da

taxa de renovação do ar horária (Rph). Pode-se adoptar como valor de Rph

0.6 h-1, no caso do edifício estar conforme a norma NP 1037-1. Caso contrário,

é necessário utilizar o Quadro IV.1 do Anexo IV do RCCTE; e utilizar a

Equação 5.10.



Equação 5.10 )34.0(024.0 ⋅⋅⋅⋅⋅= phdPV RPAGDQ (kWh/ano)

Em edifícios que utilizem ventilação mecânica, a taxa de renovação horária

depende do valor mais alto entre a taxa de insuflação e a de extracção. Para

sistemas de caudal variável, utiliza-se o caudal médio diário.

3 – QGU – os ganhos úteis são obtidos através do produto dos ganhos brutos

(QG) com o factor de utilização dos ganhos (η), como mostra a Equação 5.11.

Para obter o termo QG é necessário calcular os ganhos internos (QGi) e os

ganhos solares (QS) – Equação 5.12. Enquanto que para obter o η é necessário

calcular a inércia térmica do edifício e aplicar o seu factor associado (a) e um

factor que relaciona os ganhos térmicos com as perdas térmicas do edifício (γ)

– Equação 5.13.

Equação 5.11 η⋅= GGU QQ (kWh)

Equação 5.12 ISG QQQ += (kWh)

Equação 5.13

111

1≠⇒

−−

=+

γγγη

a

a

11

=⇒+

= γηa

a

• Qi: este termo pode ser calculado a partir de: obtenção da área útil de

pavimento (AP); duração média da estação de aquecimento (M), a

qual se encontra no Anexo III do RCCTE; ganhos térmicos internos

médios por área útil (qi) (este valor pode ser obtido pela consulta da

Tabela 5.2); e aplicação da Equação 5.14;

Tabela 5.2 – Ganhos térmicos internos médios por tipo de edifícios

TIPO DE EDIFÍCIO qi (W/m2)

Residencial 4 Escritórios; Comércio; Restauração; Consultórios; Serviços de Saúde; etc 7

Hotéis 4 Outros edifícios com pequena carga de ocupação 2

Equação 5.14 720.0⋅⋅⋅= PiI AMqQ (kWh)



• QS: de forma a calcular este termo, é necessário: conhecer o valor

médio mensal da energia solar média incidente numa superfície vertical

orientada a sul (Gsul – kWh/m2.mês) (este valor pode ser conhecido

através de consulta à Tabela 5.4); obter o factor de orientação (Xj), ver

Tabela 5.3; conhecer a duração média da estação de aquecimento

(M), a qual se encontra no Anexo III do RCCTE; determinar a área

efectiva da superfície n que recebe radiação solar na orientação j (Asnj)

(este valor pode ser obtido utilizando a Equação 5.16); e aplicação da

Equação 5.15;

Tabela 5.3 – Factor de orientação ORIENTAÇÃO N NE e NW E e W SE e SW S Horizontal

Xj 0.27 0.33 0.56 0.84 1 0.89

Tabela 5.4 – Energia solar média incidente por zona climática

ZONA ENERGIA SOLAR MÉDIA INCIDENTE NUMA SUPERFÍCIE VERTICAL ORIENTADA A SUL - GSUL (kWh/m2.mês)

I1 - Continente 108 Açores 70 Madeira 100 I2 - Continente 93 Açores 50 Madeira 80 I3 - Continente 90 Açores 50 Madeira 80

Equação 5.15

∑ ∑

⋅⋅=

j nSnjjsulS AXMGQ (kWh)

Equação 5.16 ⊥⋅⋅⋅⋅= gFFFAA wgSeSnj (m2) com:

Ae – área do envidraçado (m2);

FS – factor de obstrução – este factor contabiliza a redução da transmissão de

radiação solar devido a vários obstáculos, utilizar Equação 5.17;



Fg – factor fracção envidraçada – este factor entra com a redução da

transmissão de radiação solar devido ao caixilho do envidraçado, ver

Tabela 5.5;

Fw – factor de correcção da selectividade angular dos envidraçados – este

factor é de 0.9 para vidro simples e duplos, enquanto que para vidros especiais

é necessário utilizar os valores fornecidos pelos fabricantes;

g┴ – factor solar da superfície – este valor pode ser obtido consultando a

Tabela IV.4.1 e IV.4.2 do RCCTE, relativamente a superfícies de vidro ou de

plástico, respectivamente.

Tabela 5.5 – Factor de fracção envidraçada

CAIXILHO TIPO DE CAIXILHARIA S/ quadrícula C/ quadrícula

Alumínio ou Aço 0.7 0.6 Madeira ou PVC 0.65 0.57 Fachada Cortina 0.9 -

Equação 5.17 fhS FFFF ⋅⋅= 0 com:

Fh – factor obstrução por obstáculos exteriores ao edifício, utilizar Tabela IV.5 do

RCCTE, atentado para que o ângulo de horizonte (α) é o ângulo formado

entre o ponto médio do vão envidraçado e o obstáculo em questão;

F0 – factor obstrução por elemento horizontais sobrepostos ao envidraçado,

como palas e varandas, utilizar Tabela IV.6 do RCCTE, atentado para que o

ângulo da pala (α) é o ângulo formado entre o ponto médio do vão

envidraçado e a extremidade da pala;

Ff – factor obstrução por elemento verticais adjacentes ao envidraçado, como

palas e corpo do edifício, utilizar Tabela IV.7 do RCCTE, atentado para que o

ângulo da pala (α) é o ângulo formado entre o ponto médio do vão

envidraçado e a extremidade da pala.

Calculando os factores Xj, Fh, F0, e Ff, é necessário garantir que o produto de

todos estes factores é sempre igual ou superior a 0.27.



• γ : para obter este termo, apenas é necessário aplicar a Equação 5.18,

com todos os termos já previamente definidos;

Equação 5.18

Vt

g

QQQ

PerdasGanhos

+==γ

• a: este termo depende da inércia térmica do edifício da seguinte forma

– inércia térmica fraca => a = 1.8; inércia térmica média => a = 2.6;

inércia térmica forte => a = 4.2.

De forma a obter a Inércia Térmica do edifício, o RCCTE sugere o seguinte

procedimento:

1. Calcular a massa dos elementos exteriores, em contacto com

outra fracção ou espaço não-útil, sabendo que se o elemento

não possuir isolamento térmico, a massa superficial útil (Msi) é

metade da massa total do elemento (mt); enquanto que se o

elemento possuir isolamento térmico Msi = mt , contabiliza-se a

massa a partir do isolamento para o interior. Mas em nenhum dos

casos a Msi pode ultrapassar os 150 Kg/m2;

2. Calcular a massa dos elementos em contacto com o solo,

sabendo que se o elemento não possuir isolamento térmico a

massa superficial útil (Msi) é 150 Kg/m2, enquanto que se o

elemento possuir isolamento térmico Msi = mt , contabiliza-se a

massa a partir do isolamento para o interior. Mas em nenhum dos

casos a Msi pode ultrapassar os 150 Kg/m2;

3. Calcular a massa dos elementos interiores, sabendo que Msi = mt,

mas a Msi não pode ultrapassar os 300 Kg/m2;

4. No caso dos elemento contemplados nos Pontos 1 e 2 possuírem

revestimentos superficiais com uma resistência térmica

compreendida entre 0.14 ≤ R ≤ 0.5 m2.ºC/W, é necessário

multiplicar a Msi por uma factor correctivo r = 0.5;



5. No caso dos elemento contemplados no Pontos 3 possuírem

revestimentos superficiais com uma resistência térmica superior a

0.14, é necessário multiplicar a Msi por um factor correctivo

r = 0.75, quando o revestimento apenas se apresenta numa face

do elemento, ou r = 0.5 quando o revestimento se apresente nas

duas faces do elemento;

6. Por último é necessário aplicar a Equação 5.19, sabendo que Si é

a área superficial interior do elemento.

Equação 5.19

P

iisi

A

SMI

∑ ⋅= (Kg/m2);

Cálculo das Necessidades de Arrefecimento - Nic

A metodologia de cálculo proposta pelo RCCTE para as Necessidades de

Arrefecimento é muito semelhante à metodologia de cálculo para as

necessidades de arrefecimento, mas com algumas adaptações para o Verão.

Enquanto que para as necessidades de aquecimento são utilizados os Graus-

Dia, para as necessidades de arrefecimento é utilizada a Temperatura ar-sol2.

Por outro lado, estas metodologias referidas são complementares, pois

enquanto que para o Inverno os ganhos diminuem as necessidades e as

perdas aumentam as necessidades, no Verão passa-se o contrário. A

Equação 5.20 é aquela que rege as necessidades de arrefecimento. O factor

de utilização dos ganhos (η) é calculado de forma semelhante à descrita para

o caso das necessidades de aquecimento.

Equação 5.20 Nvc = [Qg.(1- η)] / Ap (kWh/m2. ano)

Os ganhos térmicos brutos (Qg) estão divididos em quatro componentes, como

se pode observar na Equação 5.21. Esta divisão é executada de forma muito

2 Temperatura fictícia que representa o efeito combinado da radiação solar incidente na envolvente e as trocas de calor por radiação e convecção entre a superfície e o meio envolvente.



semelhante ao caso das necessidades de aquecimento. Assim, o termo Qg é

composto por: cargas térmicas resultantes da diferença de temperatura entre

o interior e o exterior do edifícios e da incidência da radiação solar na

envolvente opaca exterior (Q1); cargas térmicas resultantes da incidência da

radiação solar na envolvente transparente (Q2); cargas térmicas resultantes da

renovação de ar (Q3); cargas térmicas resultantes de fontes internas ao

edifício (Q4), como equipamentos, pessoas, etc.

Equação 5.21 Qg = Q1 + Q2 + Q3+ Q4

1 – Q1 – de forma a calcular as cargas térmicas resultantes da envolvente

opaca é necessário: obter o coeficiente de transmissão térmica (Ui) de cada

elemento – este valor é semelhante ao utilizado no caso das necessidades de

aquecimento; obter a área (Ai) de todos os elementos, medida pelo interior;

conhecer o valor da temperatura interior de conforto para o Verão (Ti), a qual

está definida no artigo 16º do RCCTE (25 ºC); conhecer o valor da temperatura

média do ar exterior na estação convencional de arrefecimento (Tm) – este

valor pode ser consultado na Tabela 5.7; obter a intensidade média de

radiação total incidente (Irj) para cada orientação j – este valor encontra-se

na Tabela 5.7; conhecer o valor do coeficiente de absorção da superfície

exterior (α), este valor pode ser obtido consultando a Tabela 5.6; utilizar o valor

da condutância térmica superficial exterior da envolvente (h0), admite-se que

este valor é 25 W/m2.ºC; e utilizar a Equação 5.22.

Tabela 5.6 – Coeficiente de absorção de superfícies exteriores

CÔR DA SUPERFICIE

Clara -> Branco, Creme, Amarelo, Laranja, Vermelho

claro

Média -> Vermelho escuro, Verde claro,

Azul claro

Escura -> Castanho, Verde escuro, azul vivo,

azul escuro, preto

COEFICIENTE DE ABSORÇÃO 0.4 0.5 0.8

Equação 5.22

( ) ∑ ∑∑

⋅⋅⋅

+⋅⋅⋅−⋅=

i jjii

iiiim IrAU

hAUTTQ

01 928.2 α



Tabela 5.7 – Temperatura média (Tm) e intensidade da radiação solar (Ir) para a estação de arrefecimento

ZONA Tm N NE E SE S SO O NO HORIZ. V1 N 19 200 300 420 430 380 430 420 300 730 V1 S 21 200 310 420 430 380 440 430 320 760 V2 N 19 200 320 450 470 420 470 450 320 790 V2 S 23 200 340 470 460 380 460 470 340 820 V3 N 22 200 320 450 460 400 460 450 320 800 V3 S 23 210 330 460 460 400 470 460 330 820 Açores 21 190 270 360 370 340 370 360 270 640 Madeira 21 200 300 380 380 320 370 380 300 700

Observando a Equação 5.22 é simples verificar que a primeira parte da

equação diz respeito às cargas térmicas resultantes da diferença de

temperatura entre o interior e o exterior, enquanto que a segunda parte da

equação diz respeito às cargas térmicas resultantes da incidência da

radiação solar. Por outro lado, como a Temperatura média (Tm) é inferior à

Temperatura de conforto de verão (Ti), a primeira parte da equação vai

diminuir as necessidades de arrefecimento. Nestes termos não são

contabilizadas as trocas de calor dos elementos em contacto com o solo,

assim como das pontes térmicas.

2 – Q2 – de forma a calcular as cargas térmicas resultantes da incidência da

radiação solar na envolvente transparente é necessário: obter a intensidade

média de radiação total incidente (Irj) para cada orientação j – este valor

encontra-se no Anexo III do RCCTE; determinar a área efectiva da superfície n

que recebe radiação solar na orientação j (Asnj); e utilizar a Equação 5.23.

Equação 5.23

∑ ∑

⋅=

j jsnjj AIrQ2

Asnj: este valor é obtido de forma semelhante à descrita para o caso da

estação de aquecimento, mas com algumas correcções para a situação

de Verão. Assim, considerando a Equação 5.16 e 5.17 temos:

• Fg – é o mesmo que para o caso de Inverno, obtido através da consulta

da Tabela 5.5;



• Fw – semelhante ao caso do Inverno, mas neste caso depende da

orientação do envidraçado, sendo necessário consultar a Tabela 5.8;

• Fh – toma o valor de 1 para o caso de Verão;

• F0 e Ff – semelhantes ao caso do Inverno, mas devido a diferentes

relações solares durante o Inverno e o Verão, as Tabelas a consultar são

diferentes, ou seja, nestes casos é necessário consultar o Quadro V.1 e

V.2, respectivamente;

• g┴ – em relação a este factor, é necessário considerar que existem

protecções solares 70% activas, ou seja, o valor final do factor solar é a

soma de 30% do factor solar do vidro e 70% do factor solar do vidro com

protecção solar activa a 100%. O factor solar sem protecção é obtido

de forma semelhante ao caso de Inverno, através da consulta das

Tabelas IV.4.1 e IV.4.2. O factor solar com protecção pode ser obtido

através da consulta do Quadro V.4 do RCCTE, para vidros simples e

duplos comuns, mas para vidros especiais é necessário utilizar a

Equação 5.24 ou 5.25 consoante o vidro seja simples ou duplo,

respectivamente.

Tabela 5.8 – Factor correcção da selectividade angular, para o caso do Verão (Fw) TIPO DE VIDRO N NE / NO E / O SE / SO S Simples 0.85 0.9 0.9 0.9 0.8 Duplo 0.8 0.85 0.85 0.85 0.75

Equação 5.24

85.0

'⊥⊥

⊥

⋅=

gvgg

Equação 5.25

75.0

'⊥⊥

⊥

⋅=

gvgg com:

g’┴ – factor solar com protecções 100% activas e vidro comum;

g┴v – factor solar do vidro especial.

3 – Q3 – o cálculo das cargas térmicas resultantes da renovação do ar é

executado de forma semelhante ao caso de Inverno. Assim é necessário:

obter a taxa de renovação do ar horária (Rph), de forma semelhante ao caso



do Inverno; determinar a área útil de pavimento (Ap); obter do pé-direito (Pd);

utilizar o valor da temperatura interior de conforto para o Verão (Ti –> 25º C);

conhecer o valor da temperatura média do ar exterior na estação

convencional de arrefecimento (Tm –> Tabela 5.7); e utilizar a Equação 5.26.

Equação 5.26 ( ) )34.0(928.23 ⋅⋅⋅⋅⋅−= phdPim RPATTQ (kWh/ano)

É necessário atentar que, como a Temperatura média (Tm) é inferior à

Temperatura de conforto de Verão (Ti), as cargas térmicas resultantes da

renovação do ar vão reduzir as necessidades de arrefecimento.

4 – Q4 – o cálculo das cargas térmicas resultantes de fontes internas é

executado de forma semelhante ao caso de Inverno, sendo assim necessário:

determinar a área útil de pavimento (Ap); obter os ganhos térmicos internos

médios por área útil (qi) (este valor pode ser obtido pela consulta da

Tabela 5.2); e aplicar a Equação 5.27;

Equação 5.27 928.2⋅⋅= PiI AqQ (kWh)

5.2. VISUALDOE

O VisualDOE é uma aplicação em ambiente Windows que permite estimar a

performance energética dos edifícios. O motor de cálculo utilizado para a

simulação horária das cargas térmicas é o DOE-2.1E. A versão 3.1 do VisualDOE

já pode ser considerada como verdadeiramente gráfica, permitindo um maior

controlo, em tempo real, da introdução dos elementos geométricos do edifício

a partir de imagens que o programa produz, as quais podem ser actualizadas

a qualquer momento. Outra melhoria, em termos gráficos, desta versão é a

possibilidade de editar as peças desenhadas simplesmente com a utilização

do ponteiro do rato. Como tal, o VisualDOE pode ser utilizado sem

conhecimentos de programação, tornando mais simples a avaliação da

performance energética dos edifícios. Contudo, é necessário ter em atenção



alguns pormenores que podem levar a conflitos do programa, tal como a

utilização da vírgula como separador decimal na configuração do Windows

(Figura 5.2) ou a gravação dos projectos em estudo no VisualDOE numa

directoria diferente daquela onde foi instalado o programa (por exemplo

C:\Programas\GDT\Visualdoe\). No entanto, para utilizações mais avançadas

é sempre necessário um conhecimento relativamente aprofundado do motor

DOE-2.1E.

Figura 5.2 – Configuração do separador decimal no Windows

Em termos gerais, a interface do VisualDOE cria uma interacção entre o

ficheiro do projecto que se pretende estudar e livrarias e bases de dados que

esta ferramenta possui, resultando na criação de um ficheiro de “Input” para o

motor DOE-2.1E. Este último utiliza o seu motor de cálculo para obter a

simulação pretendida, com recurso ao ficheiro de dados climáticos, assim

como à sua base de dados própria, resultando num ficheiro de “output”

contendo os resultados desejados com a simulação. De forma a uma melhor

interpretação dos resultados obtidos, tanto o VisualDOE como o próprio DOE-

2.1E criam relatórios com os resultados obtidos. Este processo pode ser

observado de forma esquemática no Figura 5.3.



Figura 5.3 – Diagrama de fluxo de informação do VisualDOE

A metodologia utilizada pelo VisualDOE é bastante útil pois permite utilizar

todas as potencialidades já existentes do DOE-2.1E, mas simplificando o

processo de execução do seu ficheiro de “input”. Consegue assim simular, de

forma precisa, a performance energética de edifícios que sejam projectados

com soluções não convencionais. Para utilizadores mais avançados, torna-se

até possível a introdução de rotinas novas, de forma a simular soluções não

contempladas no DOE-2.1E.

De forma a simular a performance energética de um edifício utilizando o

VisualDOE, é necessário considerar três passos distintos: Introdução dos dados

do projecto; Execução da simulação; Análise dos resultados.

5.2.1. INTRODUÇÃO DOS DADOS DO PROJECTO

Ao iniciar a utilização do programa VisualDOE é sempre necessário escolher as

unidades a utilizar: SI ou IP. Por defeito, as unidades que o programa escolhe

Ficheiro de “Input” do DOE

Base de dados do VisualDOE

Interface do VisualDOE

Ficheiro do Projecto

Relatórios e gráficos

do VisualDOE Processador

de texto

Ficheiro de “output” do DOE

Base de dados do DOE

Dados climáticos

do DOE

Relatórios do DOE

Motor de Simulação

do DOE



são as IP. Para escolher as unidades SI é necessário iniciar um novo projecto e

escolher o “template” destas unidades, como se pode observar na Figura 5.4.

Figura 5.4 – Definição das unidades a utilizar no VisualDOE

Antes de iniciar a utilização do programa é conveniente configurar as bases

de dados existentes no VisualDOE, de forma a introduzir soluções e materiais

que não estão pré-definidos no mesmo, através do sistema de definição de

bases de dados que o VisualDOE possui, como se pode observar na Figura 5.5.

Assim, as bases de dados existentes são: Vidros [Glazings] – definição de vidros

com as características iguais ou semelhantes ao caso em estudo; Vãos

[Openings] – definição das dimensões do vidro, do caixilho e dos

sombreadores, como se mostra na Figura 5.5; Materiais [Materials] – definição

das características dos materiais constituintes dos elementos de construção

(paredes, pavimentos, etc); Elementos de Construção [Constructions] –

definição dos materiais que constituem os elementos, assim como a sua

ordem; Tipo de Ocupação [Occupancy] – definição do tipo de ocupação do

edifício e suas características, tais como a densidade ocupacional, a

temperatura de conforto para a estação de aquecimento e arrefecimento,

etc; Horários [Schedule] – definição dos horários ao longo do dia, em termos

de fracções de um dado número, on/off, temperaturas, períodos temporais ou

qualquer outro número; Taxas de Utilização [utility rates] – definição dos custos

energéticos de vários tipos de fontes energéticas, tais como a electricidade,

gás natural, etc.



Figura 5.5 – Definição das componentes da base de dados de vãos envidraçados do VisualDOE

Seguidamente, é desencadeada a introdução dos elementos referentes ao

edifício em estudo. O VisualDOE está subdividido em 6 pastas contendo

diferentes elementos:

• Pasta Projecto ------------------------->

• Pasta Blocos ---------------------------->

• Pasta Compartimentos ------------->

• Pasta Envolvente --------------------->

• Pasta Sistemas de climatização ->

• Pasta Zonas ----------------------------->

Pasta Projecto

Esta pasta contém informações genéricas sobre o projecto em estudo, como o

nome, endereço, etc., tal como é possível observar na Figura 5.6. Por outro

lado é nesta pasta que se escolhe o ficheiro climático a utilizar – aqui é

possível empregar um ficheiro existente no VisualDOE ou adicionar um ficheiro

específico de outras localizações ou com características distintas (no

Capitulo 6 é apresentada uma forma de realizar um ficheiro climático para

este programa utilizando dados de um sistema de medição).



Figura 5.6 – VisualDOE, pasta projecto

Convém notar que inicialmente apenas se pode aceder à pasta projecto e

blocos, mas ao serem introduzidos os dados necessários em cada uma destas

pastas, a próxima pasta torna-se acessível, sendo este processo repetido até

todas as pastas estarem acessíveis. Este sistema é muito útil, pois torna a

introdução dos elementos geométricos do edifício um processo sistemático,

evitando erros por omissão de dados.

Pasta Blocos

Nesta pasta é possível definir as características geométricas do edifício em

estudo de duas formas: podem-se utilizar as geometrias predefinidas do

programa ou utilizar uma geometria específica e inserir os dados geométricos,

como se pode observar na Figura 5.7; também é possível introduzir os dados

geométricos do edifício a partir de ficheiros em formato CAD já existentes, se

estes ficheiros obedecerem a algumas regras que são referidas no manual do

VisualDOE (Green Design Tools, 2001). Seguidamente, é necessário definir o tipo

de elemento construtivo do pavimento, tecto e partições do edifício, para

cada bloco. Também é possível definir o pé-direito e o número de andares do

edifício.



Figura 5.7 – VisualDOE, pasta blocos

Pasta Compartimentos

Nesta pasta são definidos os parâmetros relativos aos diversos compartimentos

presentes no edifício, tal como a potência de iluminação e equipamentos, o

tipo de ocupação, se é um espaço útil ou não-útil e a taxa de infiltração,

como se pode observar na Figura 5.8. Enquanto se vai definindo os vários

compartimentos, aquele que está seleccionado aparece representado a

amarelo na planta esquemática do edifício, que aparece no lado esquerdo

da janela.

Figura 5.8 – VisualDOE, pasta compartimentos



Pasta Envolvente

Esta pasta tem o intuito de definir os elementos construtivos das paredes da

envolvente, assim como a integração dos vãos envidraçados. Tendo sido

definidos os vários vãos na base de dados, aqui apenas é necessário indicar e

colocar os respectivos vãos. Enquanto se definem as várias paredes da

envolvente, aquela que está seleccionada aparece representado por um

traço vermelho, na planta esquemática do edifício, que aparece no lado

esquerdo da janela. E também apresentada uma vista frontal da parede, de

modo a ser possível verificar a correcta do vão envidraçado, como se pode

observar na Figura 5.9.

Figura 5.9 – VisualDOE, pasta envolvente

Pasta Sistemas de Climatização

Nesta pasta é possível configurar o(s) sistema(s) de climatização a utilizar. O

VisualDOE possui uma vasta gama de sistemas, desde painéis de pavimento

para aquecimento, até sistemas de ar-condicionado multi-zona. Em primeiro

lugar é fundamental escolher se o sistema a utilizar é comum a todo o edifício

ou se existe um sistema por bloco ou zona. Seguidamente é necessário

escolher e configurar o(s) sistema(s) de climatização. Este programa possui um

editor onde se podem modificar vários parâmetros específicos de cada

sistema, além de ser possível modificar as curvas específicas de todos os



equipamentos de climatização. Na Figura 5.10 está apresentada a pasta

sistemas de climatização e o respectivo editor.

Figura 5.10 – VisualDOE, pasta sistemas de climatização

Pasta Zonas

Esta pasta tem como intuito a configuração do termóstato dos equipamentos

de aquecimento e/ou arrefecimento, assim como do caudal de ar de entrada

e de escape, como se pode observar na Figura 5.11. Nesta pasta, a zona que

está a ser configurada aparece a amarelo na planta esquemática

representada na parte esquerda do ecrã.

Figura 5.11 – VisualDOE, pasta zonas

5.2.2. EXECUÇÃO DA SIMULAÇÃO

Posteriormente à introdução de todos os dados relativos ao projecto, é

possível executar uma simulação inicial, de forma a avaliar a performance

energética do edifício. Para uma análise de resultados mais simples, é



necessário escolher os relatórios que mais se adequam ao caso em estudo. No

VisualDOE a configuração da simulação está subdividida em 3 pastas

contendo diferentes elementos:

• Pasta Simulação --------------->

• Pasta Relatórios Padrão ----->

• Pasta Relatórios Horários ---->

Pasta Simulação

Esta pasta serve apenas para ordenar a execução da simulação pretendida,

além de possuir duas opções:

1 - utilizar um ficheiro de “input” já existente – esta opção é apresentada para

que se possam editar os ficheiros de “input” criados pelo VisualDOE, de forma

a aproveitar as potencialidades do DOE-2.1E;

2 - não criar relatórios horários - esta última opção é útil para casos onde

apenas se está a testar várias opções e como a criação dos relatórios horários

pode ser um processo moroso, esta opção pode tornar o processo de

comparação de várias soluções mais rápido.

Pasta Relatórios Padrão

Esta pasta contém os relatórios padrão que podem ser seleccionados para

serem criados pelo VisualDOE. Estes relatórios contêm os resultados energéticos

em termos anuais ou mensais, além de detalhes do edifício ou ficheiro

climático utilizado. Assim, dependendo do tipo de análise, podem ser

seleccionados os relatórios mais convenientes.

Pasta Relatórios Horários

Esta pasta contém os relatórios horários que podem ser seleccionados para

serem criados pelo VisualDOE. Adicionalmente é possível utilizar um editor

onde se escolhem os parâmetros necessários para o estudo. É conveniente

atentar que quantos mais parâmetros forem escolhidos para analisar em

termos horários, mais pesada fica a simulação, podendo resultar num processo

moroso.



Depois de executar a simulação é criado um ficheiro “input” o qual é utilizado

pelo motor do DOE-2.1E. Assim, antes de executar a análise de resultados,

pode ser necessário editar este

ficheiro, para casos que não estão

previstos pelo VisualDOE, sendo

necessário modificar certas linhas

de comando do ficheiro “input” de

forma a aproximar o modelo à

realidade. Um caso muito simples

em que tal pode ocorrer é em

relação às estufas, neste caso o

VisualDOE não possui nenhuma

opção, mas com a introdução de

uma simples linha de comando

pode-se definir que um certo

espaço é uma estufa, como se

pode observar na Figura 5.12.

5.2.3. ANÁLISE DE RESULTADOS

A análise dos resultados obtidos pelo VisualDOE pode ser executada de várias

formas. Em termos gerais esta ferramenta produz dois grandes grupos de

resultados, como se pode observar no esquema da Figura 5.3:

• Relatórios e gráficos realizados pelo VisualDOE;

• Relatórios realizados pelo DOE-2.1E.

A causa da diferença destes dois grupos de resultados é que, enquanto os

relatórios executados pelo VisualDOE são direccionados para a plataforma

Windows, com possibilidade de exportar os resultados em ficheiros de rich text

format (*.rtf), compatíveis com os processadores de texto mais utilizados; os

relatórios executados pelo DOE-2.1E são direccionados para o sistema

Figura 5.12 – Ficheiro de “Input“ do DOE-2.1E



operativo DOS, embora o acesso aos relatórios horários apenas se possa fazer

com recurso aos relatórios do DOE-2.1E. Uma inovação do VisualDOE é a

possibilidade de criar e editar uma grande quantidade de gráficos,

possibilitando a exportação destes como imagens em formatos compatíveis

com a maioria dos processadores de imagem (*.JPG, *.BMP, etc).

Relatórios e gráficos do VisualDOE

Depois de executada a simulação, o VisualDOE apresenta três tipos de

resultados – diagnóstico, relatórios e gráficos. Analisando cada um destes tipos

de resultados, temos:

• Diagnóstico – apresenta duas pastas, uma relativa às zonas do edifício,

apresentando as temperatura máximas e mínimas, as horas com

temperatura abaixo da temperatura de conforto de Inverno e as horas

com temperatura acima da temperatura de conforto de Verão, por

cada zona do edifício, a segunda respectiva ao sistema de

climatização, apresentando a carga de pico e a capacidade de

aquecimento e arrefecimento, como se pode observar na Figura 5.13;

Figura 5.13 – VisualDOE – diagnóstico. Pasta zonas e sistemas de climatização

• Relatórios – podem ser consultados os relatórios relativos aos detalhes

de arquitectura do edifício, detalhes das várias zonas, detalhes do

sistema de climatização e performance energética do edifício. Nestes



relatórios também é possível consultar os consumos energéticos totais

por tipo de consumo (aquecimento, arrefecimento, etc.);

• Gráficos – aqui é possível trabalhar os resultados obtidos de forma

gráfica, desde as temperaturas exteriores aos dados horários

seleccionadas anteriormente à simulação. Em todos os gráficos é

possível definir variados parâmetros, como se pode observar na

Figura 5.13.

Figura 5.14 – VisualDOE – gráficos

Relatórios do DOE-2.1E

Depois de executada a simulação, o DOE-2.1E produz três ficheiros contendo

diferentes tipos de resultado – ficheiro de “output”, ficheiro de dados horários e

ficheiro de estatísticas climáticas. Resumidamente, temos;

• Ficheiro de “Output” – neste ficheiro são apresentados todos os

relatórios padrão seleccionados antes da execução da simulação;

• Ficheiro de dados horários – neste ficheiro são apresentados os

relatórios horários seleccionados antes da execução da simulação;

• Ficheiro de estatísticas climáticas – neste ficheiro são apresentados, de

forma resumida, vários dados climáticos presentes no ficheiro climático

utilizado para a simulação. Estes dados vão desde as temperaturas

médias, Graus-Dia, até à radiação solar incidente.

Com base em todos os relatórios e gráficos resultantes da simulação

executada no VisualDOE, é relativamente simples proceder à análise da



performance energética do edifício. Adicionalmente, o VisualDOE permite

criar várias alternativas ao caso base simulado, onde, a partir de pequenas

modificações, como a espessura do isolamento em algumas paredes, é

possível verificar de forma expedita a consequência, em termos energéticos,

destas pequenas alterações. O VisualDOE permite utilizar até 99 alternativas ao

caso base. Este procedimento é de grande utilidade na fase de projecto,

permitindo escolher dentro das várias opções disponíveis aquela com uma

melhor performance energética.



6. CAPÍTULO 6 – CASO DE ESTUDO

6.1. INTRODUÇÃO AO CASO DE ESTUDO

O Caso de Estudo proposto é a análise da performance térmica das Células

de Teste construídas na Universidade do Minho, Escola de Engenharia, em

Guimarães – na Figura 6.1 é possível identificar as Células de Teste no Pólo de

Azurém. Uma Célula de Teste pode ser definida como um protótipo à escala

real, construído com o intuito de aplicar elementos ou sistemas construtivos de

edifícios, submetendo-os a condições reais e testando assim a sua

performance. As Células de Teste (CT) em questão foram projectadas pelo

Arquitecto Paulo Mendonça, com o apoio do Laboratório de Física e

Tecnologia das Construções. O pressuposto para a construção das CT foi a

possibilidade de comparar a performance de uma solução executada a partir

de soluções convencionais da construção Portuguesa, Célula de Teste

Convencional, com uma solução não-convencional construída com base em

princípios bioclimáticos. Adicionalmente, foi construída uma terceira CT com a

possibilidade de integrar diferentes componentes de diversos tipos para serem

submetidos a diferentes estratégias de ensaio em função das características

CAPÍTULO 6 – Caso de Estudo


que se pretendem avaliar. Para tal, foi utilizada a metodologia seguida no

Projecto Europeu Passys para a construção desta terceira CT – Célula de Teste

tipo Passys (Maldonado e Afonso, 1994).

Figura 6.1 – Localização das Células de Teste na Escola de Engenharia, Universidade do Minho. Fonte: Google Earth

De forma a comparar a performance energética das Células de Teste, foram

utilizadas três metodologias: medição da performance “in-situ”; aplicação da

metodologia de cálculo do RCCTE de forma a estimar as necessidades de

aquecimento e arrefecimento; e utilização da ferramenta de simulação da

performance energética – VisualDOE.

6.1.1. CÉLULAS DE TESTE

Como já foi referido previamente, as Células de Teste são divididas em três

Células independentes:

• Célula de Teste Convencional (CTC) – esta é a célula com uma

construção semelhante à convencional Portuguesa, sendo as paredes

exteriores duplas constituídas por (do exterior para o interior) tijolo

furado de 11 cm, caixa de ar de 4 cm, isolamento de poliestireno

extrudido (PXS) de 4 cm e tijolo furado de 15 cm, além de uma camada

de 2 cm de reboco em ambas as faces. As paredes interiores são

simples e constituídas por um pano de tijolo furado de 11 cm e com

uma camada de 2 cm de reboco em ambas as faces. O pavimento é



constituído por uma laje de betão aligeirada de 25 cm, uma camada

de regularização de 4 cm e o revestimento em placas de lamparquet.

A cobertura é composta por uma laje de betão aligeirada de 25 cm. A

CTC é composta por três divisões, a primeira pretende simular um

quarto de dormir, a segunda uma casa de banho e a terceira um hall,

como é possível observar na Figura 6.2.

Figura 6.2 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste Convencional.

• Célula de Teste não Convencional (CTnC) – esta Célula é dividida em

dois compartimentos, como é possível observar na Figura 6.3. O

compartimento 1 possui uma massa térmica elevada e pretende simular

um quarto de dormir, enquanto que o compartimento 2 tem baixa

massa térmica e pretende simular um escritório. A CTnC foi construída

segundo princípios bioclimáticos, ou seja, o compartimento 1 tem

elevada massa de forma a aproveitar o efeito da inércia térmica; possui

uma fachada a sul com envidraçado de forma a tirar proveito da

energia solar passiva, mas com a aplicação de sombreadores

horizontais e verticais, de forma a não provocar sobreaquecimento

durante o Verão; é utilizado um material disponível localmente – a

terra, de forma a construir a parede sul e oeste do compartimento 1; foi

construída uma estufa como uma estratégia de ganho indirecto; para o

compartimento 2 foi utilizado um envidraçado de grandes dimensões

de forma a aproveitar a iluminação natural que este proporciona. Os

1

2 3 Norte



elementos construtivos da CTnC podem ser observados na Tabela 6.1,

atentando para o facto de estarem identificados do exterior para o

interior.

Tabela 6.1 – Elementos construtivos da CTnC Compartimento 1 Compartimento 2

Oeste - parede dupla com uma placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm, espaço de ar de 4 cm, isolamento de aglomerado negro de cortiça com 5 cm, parede de terra compactada (adobe) com 15 cm, caiada pelo interior

Oeste - parede tripla com uma placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm, espaço de ar de 6 cm, uma placa de aglomerado madeira/ cimento com 19 mm, isolamento de aglomerado negro de cortiça com 8 cm, isolamento de fibras de côco com 2 cm, uma placa de gesso cartonado com 13 mm

Sul - parede simples de terra compactada (adobe) com 15 cm de espessura e caiada de ambos os lados

Norte - parede simples constituída por uma placa de policarbonato alveolar com 10 mm

Paredes

Divisória - Placa de contraplacado com 1 cm

Pavimento

Laje de betão alveolar com 20 cm, camada de regularização com 4 cm, revestimento em placas de lamparquet

Placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, isolamento de aglomerado negro de cortiça com 8 cm, espaço de ar de 10 cm, isolamento de fibras de côco com 2 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 19 mm, revestimento em placas de lamparquet

Cobertura Isolamento de aglomerado negro de cortiça com 8 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, espaço de ar de 15 cm, laje de betão alveolar com 20 cm.

Placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, isolamento de aglomerado negro de cortiça com 8 cm, isolamento de fibra de côco de 2 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 19 mm.

Figura 6.3 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste não Convencional.

1

2 Norte



• Célula de Teste tipo Passys (CTP) – esta célula é dividida em dois

compartimentos, como se pode observar na Figura 6.4, onde o

compartimento 1 é o espaço de teste a elementos construtivos,

enquanto que o compartimento 2, também chamado de zona de

serviço, tem como função alojar equipamentos do sistema de medição,

como o computador, data-logger, etc. Os elementos construtivos da

CTP podem ser observados na Tabela 6.2, atentando para o facto de

estarem identificados do exterior para o interior. Tabela 6.2 – Elementos construtivos da CTP Compartimento 1 Compartimento 2

Sul - parede simples constituída por uma placa de policarbonato alveolar com 10 mm

Norte - parede simples com uma placa de aglomerado madeira / cimento de 19 mm.

Este (divisória com CTC) - parede simples com camada de reboco de 2 cm, tijolo furado com 11 cm, camada de reboco de 2 cm, isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 20 cm.

Este (divisória com CTC) - parede simples com camada de reboco de 2 cm, tijolo furado com 110 cm, placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm.

Oeste 1 (divisória com compartimento 1 da CTnC) - parede simples com camada de terra compactada (adobe), isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 20 cm.

Oeste 2 (divisória com compartimento 2 da CTnC) - parede dupla com placa de gesso cartonado com 13 mm, espaço de ar com 5 cm, placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm, isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 20 cm.

Oeste (divisória com compartimento 2 da CTnC) - parede dupla com placa de gesso cartonado com 13 mm, espaço de ar com 5 cm, placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm.

Paredes

Divisória - parede simples com uma placa de aglomerado madeira / cimento de 12 mm, isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 10 cm.

Pavimento

Placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, espaço de ar de 10 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 19 mm, isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 25 cm, camada de óleo de côco com 5 cm, revestimento em lamparquet.

Placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, espaço de ar de 10 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 19 mm

Cobertura

Placa de contraplacado com 5 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm, isolamento de poliestireno extrudido (PXS) com 30 cm.

Placa de contraplacado com 5 cm, placa de aglomerado madeira / cimento com 12 mm.



Figura 6.5 – Estação meteorológica.

Figura 6.4 – Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste tipo Passys.

6.1.2. INSTRUMENTAÇÃO DAS CÉLULAS DE TESTE

De forma a avaliar a performance “in-situ” das Células de Teste, assim como

proceder à comparação entre as soluções escolhidas, foi necessário instalar

um sistema de medição nas Células de Teste. O sistema de medição pode ser

dividido em três componentes base:

• Estação meteorológica – este componente

alberga todos os sensores configurados para medir

parâmetros climáticos considerados relevantes.

Assim, a estação meteorológica (Figura 6.5) é

composta por 1 sensor de temperatura e

humidade relativa; 1 sensor de velocidade e

direcção do vento; 1 sensor de luminosidade;

1 sensor de precipitação.

• Sistema de medição das Células de Teste - este

componente alberga todos os sensores

configurados para medir parâmetros interiores considerados relevantes.

Assim, este sistema é composto por 7 sensores de temperatura interior,

um por cada compartimento, onde para os casos do compartimento 1

da CTC e da CTP e os dois compartimentos da CTnC, estes sensores

também possuem a capacidade de medir a humidade relativa; 33

1

2

Norte



sensores de temperatura superficial, distribuídos pela 3 Células de Teste,

como se pode ver na Figura 6.6; 4 sensores de fluxo de calor, parede

oeste do compartimento 1 da CTnC, parede sul do compartimento 1 da

CTnC, parede oeste do compartimento 2 da CTnC e parede este do

compartimento 1 da CTC; 2 sensores de luminosidade, compartimento 1

da CTC e compartimento 2 da CTnC; 2 sensores de fluxo de ar,

compartimento 1 da CTC e compartimento 1 da CTnC.

• Sistema de armazenamento de dados – este componente alberga o

data-logger (Figura 6.7) com dois multiplexadores (de forma a obter

todas as entradas necessárias) e um computador de apoio.

Figura 6.6 – Planta com a disposição dos sensores de temperatura superficial.

Figura 6.7 – Data-Logger das Células de Teste.



Com o sistema de instrumentação em funcionamento foi possível obter os

dados necessários de forma a possibilitar a comparação da performance das

Células de Teste (estes valores serão apresentados e comentados no

Capítulo 7), a obtenção de um ficheiro climático e o cálculo do coeficiente

de condutibilidade térmica “in-situ” de várias paredes, entre outros.

6.2. APLICAÇÃO DO RCCTE AO CASO DE ESTUDO

Uma das metodologias utilizadas para proceder à avaliação da performance

da Células de Teste foi, como referido anteriormente, o novo Regulamento das

Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE). Assim, foi

seguida a metodologia apresentada no Capítulo 5, de forma a obter o valor

das Necessidades de Aquecimento e as Necessidades de Arrefecimento para

a CTC, CTnC e CTP antes e depois da aplicação da estufa na fachada Sul

(Figura 6.8). Em termos gerais, para a aplicação do RCCTE a este caso, é

necessário identificar o concelho onde foram construídas as Células de Teste –

Guimarães – de forma a conhecer a sua zona climática – I2, V2.

Figura 6.8 – Células de Teste com estufa (foto da esquerda) e sem estufa (foto da direita). Por outro lado, no caso dos parâmetros - Graus-Dia (GD), Energia solar média

mensal incidente numa superfície vertical orientada a sul (Gsul) e Temperatura

média na estação de Verão (Tm) – o valor utilizado não foi o apresentado no

Anexo III do RCCTE. Foram utilizado os valores obtidos “in-situ”, de forma a

calcular os parâmetros necessários, de modo a obter como que uma



“calibração” do modelo, aumentando a precisão da metodologia ao caso de

estudo.

Adicionalmente, para os casos das paredes instrumentadas com sensores de

fluxo de calor, o coeficiente de transmissão térmica foi calculado a partir dos

valores de fluxo de calor e temperatura superficial (interior e exterior) das

paredes, medidos “in-situ”, o que irá resultar na utilização dos valores reais do

valor U, em vez de valores tabelados. Este procedimento foi baseado na

NORMA ASTM C1155 – 95 (no Anexo II é apresentado o método de cálculo

para obtenção do coeficiente de transmissão térmica a partir de valores

medidos “in-situ”). Com o intuito de tornar o processo de cálculo do coeficiente de transmissão

térmica (U) das parede mais célere, foi criada uma folha de cálculo em Excel

(Figura 6.9), onde apenas é necessário seleccionar os materiais que compõem

as várias camadas da parede, de forma a obter o valor de U, peso específico

(útil no cálculo da inércia térmica) e custo energético.

Figura 6.9 – Folha de cálculo de Excel para obtenção do coeficiente de condutibilidade térmica.



6.2.1. CÁLCULO DAS NECESSIDADES DE AQUECIMENTO

Para o cálculo das Necessidades de Aquecimento anuais das Células de

Teste, o primeiro passo realizado foi a medição do pé-direito e da área útil do

pavimento de todas as Células, valores esses apresentados na Tabela 6.3:

Tabela 6.3 – Área útil e pé-direito das Células de Teste CTC CTnC Área útil de Pavimento [m2] 14.3 18.3 Pé Direito [m] 3.2 2.8

Seguidamente foi necessário obter as perdas térmicas das Células de Teste,

através da envolvente exterior, pontes térmicas, pavimento, cobertura,

paredes em contacto com áreas não-úteis, envidraçados e renovação do ar,

utilizando para tal os valores calculados de U, medindo as áreas das paredes,

pavimento, coberturas e envidraçados e medindo o perímetro das pontes

térmicas lineares. Os valores das perdas térmicos para cada Célula de Teste

são apresentados na Tabela 6.4:

Tabela 6.4 – Perdas térmicas das Células de Teste no Inverno PERDAS TÉRMICAS (W/ºC)

Com Estufa

Sem Estufa

Com Estufa

Sem Estufa

Paredes Exteriores 25.1 45.5 14.4 17.6 Pontes Térmicas 0.84 0.96 Pavimento 18.6 21.63 Cobertura 8 20.8 Paredes em contacto com zonas não úteis 25.2 8.91 10.37 7.86

Envidraçados 20.1 22.95 10.3 22.79 Renovação do ar 10.5 9.3 CTnC CTC

Posteriormente foi necessário calcular a inércia térmica das Células de Teste a

partir dos pesos específicos dos elementos construtivos e obedecendo a regras

referidas no Capítulo 5. Para o RCCTE, a inércia térmica do compartimento é

utilizada de forma a obter o factor de utilização dos ganhos solares. Assim

temos a CTnC e CTC com inércia forte.



Para o cálculo dos ganhos térmicos apenas temos os ganhos solares, pois as

Células de Teste não estão apetrechadas com equipamentos eléctricos ou

iluminação. Assim, a partir dos valores tabelados apresentados no RCCTE e

calculando o factor de sombreamento das várias palas existentes obtiveram-

se os valores apresentados na Tabela 6.5:

Tabela 6.5 – Ganhos térmicos das Células de Teste no Inverno

Ganhos Solares brutos

Factor de utilização

Ganhos úteis

S/ Estufa 0.99 1126.1 CTnC C/ Estufa 1137.5 0.97 1103.4 S/ Estufa 0.98 1384.0 CTC C/ Estufa 1412.3 0.97 1369.6

Obtendo os valores dos ganhos e perdas térmicas das Células de Teste, foi

possível calcular as Necessidades de Aquecimento para cada caso – estes

valores serão apresentados e comentados no Capítulo 7.

6.2.2. CÁLCULO DAS NECESSIDADES DE ARREFECIMENTO

O cálculo das necessidades de arrefecimento é executado de forma

semelhante ao das necessidades de aquecimento, ou seja, realizando um

balanço entre as perdas e os ganhos térmicos, sendo que neste caso os

ganhos aumentam as necessidades. De forma a calcular as perdas térmicas, o

procedimento é muito simples, uma vez que os valores das perdas pela

envolvente exterior, envidraçados e renovação de ar, foram já previamente

calculados aquando das necessidades de aquecimento. A única diferença

será a utilização da diferença entre a temperatura de conforto para o Verão

(25 ºC) e a temperatura média, ao invés do valor de Graus-Dia. Os valores

obtidos são apresentados na Tabela 6.6:

Tabela 6.6 – Perdas térmicas das Células de Teste no Verão PERDAS TÉRMICAS (kWh)

CTnC CTC Com Estufa 773 856 Sem Estufa 1056 1055



O passo seguinte será o cálculo dos ganhos térmicos. Nas Células de Teste os

ganhos térmicos presentes são os ganhos solares pelos envidraçados

(calculados de forma semelhante ao caso de Inverno mas com as tabelas a

utilizar adaptadas para o Verão) e os ganhos solares pela envolvente opaca

(este caso também é calculado de forma semelhante ao Inverno mas é

utilizado um factor de absorção da parede e a radiação solar incidente ao

invés de utilizar os Graus-Dia). Aplicando a metodologia apresentada no

Capítulo 5, atingiu-se os valores apresentados na Tabela 6.7:

Tabela 6.7 – Perdas térmicas das Células de Teste no Verão

GANHOS TÉRMICOS (kWh) CTnC CTC

Ganhos solares através de:

Com Estufa

Sem Estufa

Com Estufa

Sem Estufa

Envidraçados 786 807 450 582 Envolvente opaca 877 1151 596 638

TOTAIS 1663 1958 1046 1220

Obtendo os valores dos ganhos e perdas térmicas das Células de Teste foi

possível calcular as Necessidades de Arrefecimento para cada caso –> estes

valores serão apresentados e comentados no Capítulo 7.

6.3. APLICAÇÃO DO VISUALDOE AO CASO DE ESTUDO

De forma a estudar a performance energética das Células de Teste no

VisualDOE, o primeiro passo executado foi a obtenção de um ficheiro

climático apropriado ao caso em estudo. Em situações correntes e para as

principais cidades de Portugal, existem já vários ficheiros disponíveis na página

de Internet do Departamento de Energia dos Estados Unidos (U.S. Department

of Energy, 2005), mas para situações experimentais é habitual obter um ficheiro

climático com base em parâmetros medidos “in-situ”. Assim, para este caso de

estudo, a partir dos parâmetros medidos pela estação meteorológica das

Células de Teste, calcularam-se os parâmetros necessários para obter um

ficheiro climático compatível com o VisualDOE, como se pode observar na

Tabela 6.8. Mas, atentando para o facto de o ficheiro climático necessário

para o VisualDOE ter os parâmetros em unidades IP, enquanto que o sistema



de medição utilizado nas Células de Teste apresenta os parâmetros em

unidades SI, foi necessário converter as unidades de todos os parâmetros. A

metodologia seguida para obtenção do ficheiro climático está descrita

detalhadamente no Anexo I.

Tabela 6.8 – Parâmetros do ficheiro climático para o VisualDOE. Parâmetros Medidos

"In-Situ" Parâmetros Necessários Calculados a partir de:

1) Temperatura Temperatura de bolbo seco 1) 2) Humidade Relativa Temperatura de bolbo húmido 1); 2) 3) Precipitação Razão de humidade 1; 2) 4) Direcção do Vento Entalpia 1); 2) 5) Velocidade do Vento Precipitação 3) 6) Radiação solar total horizontal Direcção do Vento 4) Velocidade do vento 5) Radiação solar total horizontal 6)

Radiação solar directa 6)

6.3.1. INTRODUÇÃO DOS DADOS DAS CÉLULAS DE TESTE

De forma a possibilitar uma introdução de dados sistemática no VisualDOE, foi

necessário inserir nas bases de dados desta ferramenta os elementos existentes

nas Células de Teste:

• Envidraçados – vidro simples, vidros duplo e policarbonato;

• Vãos – CTC (1 vão na fachada sul e 2 vãos na fachada norte), CTP (1

vão na fachada sul), CTnC (1 vão na fachada sul e 2 vãos na fachada

norte);

• Materiais de Construção – tijolo, aglomerado madeira / cimento, gesso

cartonado, fibra de côco, etc;

• Paredes exteriores – parede dupla de tijolo, parede simples de adobe,

parede dupla de adobe e aglomerado madeira / cimento com

isolamento, etc;

• Paredes interiores – parede simples de tijolo, parede simples de adobe

com isolamento, etc;



• Pavimentos – CTC, CTP (compartimento 1 e 2), CTnC (compartimento 1

e 2);

• Coberturas – CTC, CTP (compartimento 1 e 2), CTnC (compartimento 1

e 2).

Com todas as bases de dados definidas, foi criado um novo projecto no

VisualDOE e iniciada a introdução dos dados de forma semelhante à referida

no Capítulo 5, preenchendo as várias pastas constituintes da ferramenta:

• Pasta Projecto – aqui foi definido o nome do projecto – “Células de

Teste”, e introduzido o ficheiro climático adequado –

“Guimarães04_UM”, entre outros aspectos;

• Pasta blocos – nesta pasta foi utilizado o editor de blocos do VisualDOE

para definir a planta das Células de Teste e seguidamente foram

escolhidos os elementos construtivos para o pavimento, cobertura e

paredes interiores, já introduzidos na base de dados. Como os

elementos construtivos do pavimento e cobertura das Células de Teste

diferem entre os vários compartimentos e o VisualDOE apenas permite

escolher 1 cobertura, 1 pavimento e 1 parede interior por bloco, foi

necessário editar o ficheiro de “Input” criado posteriormente pelo

VisualDOE (este procedimento é desenvolvido no ponto 6.3.2);

• Pasta Compartimentos – aqui foi definido que os compartimentos 2 e 3

da CTC, o compartimento 2 da CTP e as estufas, são espaços não-úteis.

Também foi definido que não existem pessoas, equipamentos e

iluminação em nenhum dos compartimentos;

• Pasta Envolvente – nesta pasta foram introduzidos todos os vãos,

previamente definidos nas bases de dados do VisualDOE, nas fachadas

correspondentes, como se pode observar na Figura 6.10. Seguidamente

foi seleccionado o elemento construtivo de cada fachada.

• Pasta Sistemas de Climatização – aqui foi escolhido um sistema de

climatização com aquecimento e arrefecimento com capacidade de

manter a temperatura nos espaços úteis em 20 ºC, para a estação de

aquecimento e 25 ºC, para a estação de arrefecimento;



• Pasta Zonas – nesta pasta apenas foi necessário escolher a sensibilidade

do termóstato – 2 ºC.

Figura 6.10 – Definição da “envolvente” das Células de Teste.

6.3.2. EXECUÇÃO DA SIMULAÇÃO DAS CÉLULAS DE TESTE

Com todos os dados das Células de Teste introduzidos foi executada uma

primeira simulação, onde o único intento era a geração de um ficheiro de

“Input” caracterizando as Células de Teste. Assim, para uma maior

aproximação do modelo criado à situação real, foram necessárias algumas

alterações no ficheiro de “Input” inicial:

• Introdução de todos os materiais e elementos construtivos em falta no

ficheiro “Input”. Para se realizar esta tarefa de forma rápida e utilizar as

potencialidades do VisualDOE, pode ser executada a simulação várias

vezes, alterando os elementos utilizados e copiando os materiais e

elementos adicionais para o ficheiro de “input”, como se pode observar

na Figura 6.11;

Norte



Figura 6.11 – Adição de materiais no ficheiro de “Input” do VisualDOE.

• Alteração dos elementos construtivos das paredes interiores, coberturas

e pavimentos. Para tal pode ser utilizado o editor próprio do VisualDOE e

alterar directamente o nome da construção utilizado numa primeira

instância pelo VisualDOE, pelo elemento realmente utilizado nas Célula

de Teste, como se pode observar na Figura 6.12;

Figura 6.12 – Alteração de elementos construtivos no ficheiro de “Input” do VisualDOE.

• Definição de espaços como estufas (este procedimento foi

exemplificado no Capítulo 5.2.2);



• Alteração da inércia térmica dos compartimentos. Este procedimento

pode ser necessário se identificado na calibração algo que possa

indicar um problema na inércia térmica calculada automaticamente

pelo VisualDOE. Assim, para mudar a inércia térmica do compartimento

é necessário modificar o valor apresentado na linha de comandos do

ficheiro de “Input” – FLOOR-WEIGHT, do valor zero (neste caso o

VisualDOE calcula automaticamente o valor da inércia térmica), para o

valor calculado analiticamente, como se pode observar na Figura 6.13.

Figura 6.13 – Definição da inércia térmica dos compartimentos.

6.3.3. CALIBRAÇÃO DO MODELO DAS CÉLULAS DE TESTE

Em qualquer modelo a utilizar nas ferramentas computacionais é necessário

proceder sempre à sua calibração, de forma a ajustar, com a maior precisão

possível, o modelo à realidade e assim diminuir o erro sistemático do modelo.

Como tal, neste caso de estudo também foi executada a calibração do

modelo a utilizar nas simulações, a partir de:

• Utilização de um ficheiro climático que represente as condições

climáticas a que as Células de Teste estiveram realmente expostas

(apresentado no Anexo II);



• Cálculo do coeficiente de condutibilidade térmica “real” de algumas

paredes exteriores, a partir da medição do fluxo de calor e temperatura

superficial das paredes em questão (apresentado no Anexo II);

• Comparação da temperatura interior dos compartimentos medida

“in-situ”. Com a temperatura calculada pela ferramenta de cálculo e

execução dos devidos ajustes, através por exemplo da inércia térmica.

A utilização de um ficheiro climático obtido a partir do sistema de medição

existente nas Células de Teste vai garantir que a ferramenta de simulação

utilize, nos seus cálculos, temperaturas exteriores e intensidades de radiação

iguais às que as CT foram expostas. Este facto é muito importante para o

aumento da aproximação da simulação ao caso real.

A obtenção do coeficiente de condutibilidade térmico “in-situ” das paredes

exteriores também é bastante importante, pois é através destas que se

processam uma grande percentagem das trocas de calor entre o interior e o

exterior. Como tal, introduzindo no VisualDOE os valores “reais” de U das

paredes exteriores, faz com que a precisão da simulação também aumente

significativamente.

Por último, o recurso à comparação das temperaturas interiores medidas

“in-situ” com as calculadas pelo VisualDOE, através do modelo realizado, é

importante para executar os ajustes finais do modelo e impedir erros

significativos. Por exemplo, no caso de estudo, a partir desta comparação foi

detectado um problema no cálculo automático da inércia térmica realizado

pelo VisualDOE, assim como erros na caracterização geométrica de

sombreadores. Estes problemas podem ser observados na Figura 6.14, pois as

oscilações de temperatura são amortecidas na simulação do VisualDOE

(problemas devido à inércia térmica), assim como a temperatura máxima é

bastante inferior na simulação do VisualDOE (problemas na definição dos

sombreadores e valor da inércia térmica). Detectados estes problemas, foram

sucessivamente corrigidos até se obter uma versão do modelo que,



provavelmente, não possui nenhum erro, como se pode observar na

Figura 6.15.

Célula ConvencionalJaneiro

02468

1012141618202224

1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10

"in-Situ"VisualDOE_ver1

Figura 6.14 – Gráfico comparando a temperatura interior medida “in-situ” e a obtida pelo VisualDOE na 1ª versão da simulação.

Célula ConvencionalJaneiro

02468

1012141618202224

1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10

"in-Situ"VisualDOE_ver26

Figura 6.15 – Gráfico comparando a temperatura interior medida “in-situ” e a obtida pelo VisualDOE na 26ª versão da simulação.

Em qualquer caso, o perfeito ajuste do modelo à realidade será sempre algo

intangível, pois as Células de Teste foram utilizadas para várias experiências e

sofreram várias obras, que mesmo com a máxima cautela em todas as

intervenções, têm alguma repercussão nas temperaturas medidas “in-situ”.

Como não é possível representar estes eventos no modelo, tal resulta em

pequenos desvios entre os dados obtidos por simulação e os obtidos “in-situ”.

Tem

pera

tura

(ºC

) Te

mpe

ratu

ra (º

C)



Com o modelo calibrado foram executadas várias simulações, com o intuito

de:

• Calcular o erro com que é possível simular o caso de estudo no

VisualDOE;

• Testar a performance das Células de Teste, com maior ênfase na

comparação entre a Célula de Teste Convencional e a Célula de Teste

não Convencional;

• Comparar os resultados atingidos pela metodologia do Regulamento

das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios com os

resultados atingidos pelo VisualDOE;

• Verificar o aumento de eficiência energética que pode ser atingindo

com a aplicação de estufas;

Os resultados obtidos com as simulações referidos e seus respectivos

comentários serão apresentados no Capítulo 7.



7. CAPÍTULO 7 – RESULTADOS

7.1. RESULTADOS PRETENDIDOS

Com esta dissertação pretendeu-se estudar a performance energética de

algumas soluções inovadoras com vista à redução dos consumos energéticos

no sector dos Edifícios e assim promover o desenvolvimento sustentável. Deste

modo, podemos agrupar os resultados obtidos da seguinte forma:

• Recolha e análise de dados obtidos a partir do sistema de medição

instalado nas Células de Teste (Caso de Estudo);

• Implementação de um modelo das Células de Teste com boa

aproximação à realidade, de forma a garantir elevada precisão da

simulação em VisualDOE;

• Análise da performance de algumas soluções construtivas não

convencionais através de dados “in-situ”, simulação em VisualDOE,

aplicação da metodologia de cálculo do RCCTE;

• Verificação da eficiência da metodologia de cálculo do RCCTE.

Assim, a base do trabalho desta dissertação assenta na análise da

performance energética das soluções propostas na Células de Teste (CT), com

CAPÍTULO 7 – Resultados


o recurso a dados “in-situ”, além da utilização de ferramentas de simulação

para prever o desempenho energético de edifícios, depois de

adequadamente calibrado o modelo a utilizar.

7.2. ANÁLISE DE DADOS OBTIDOS “IN-SITU”

Com recurso ao sistema de medição instalado nas Células de Teste foi

confrontado a performance higrotérmica da Célula de Teste Convencional

(CTC) com a da Célula de Teste não Convencional (CTnC), através da

comparação entre a temperatura resultante1 (Tr) e a humidade relativa (HR)

de ambas as Células de Teste, em períodos de Primavera, Verão, Outono e

Inverno. A humidade relativa foi obtida directamente do sistema medição,

mas a temperatura resultante foi calculada a partir das equações 7.1 e 7.2:

Equação 7.1 Equação 7.2

cr

icr

ααTαTαTr

+×+×

= S ; ∑=

×=n

1ipiSI FTST com:

rα – Coeficiente de transferência de calor por radiação (4.9 w/m2.ºK);

cα – Coeficiente de transferência de calor por convenção (2.9 w/m2.ºK);

TSI – Temperatura superficial interior (ºC);

FPI – Factor de posição.

7.2.1. ANÁLISE DE DADOS – PRIMAVERA

O período de Primavera escolhido foi entre 14 a 20 de Maio de 2004, devido às

altas temperaturas verificadas neste mês, assim como ao facto de ter sido um

período muito estável. Para além disso, nesta data as CT já possuíam Estufa e

neste período a divisória entre a parte Sul e Norte da CTnC esteve fechada.

1 Esta temperatura entra em consideração com a temperatura interior (Ti) e a temperatura média radiante

( ST ) devido às superfícies circundantes



Assim, a partir das Figuras 7.1 e 7.2 é possível verificar as humidades relativas e

temperaturas resultantes sentidas nas Células e no exterior.

Humidade Relativa (%)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21 7 17

HoraCTnC - Sul CTnC - Norte

CTC Exterior Figura 7.1 – Humidade relativa entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada.

Temperatura Resultante(ºC)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21 7 17

HoraCTnC - Sul CTnC - NorteCTC Exterior

Figura 7.2 – Temperatura resultante entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada.



Analisando este período, é possível concluir que a CTC vai apresentar sempre

maiores HR. Relativamente a temperatura interiores, o compartimento norte da

CTnC apresenta maior oscilação térmica, com as maiores temperaturas

máximas assim como as menores temperaturas mínimas. No entanto, o

compartimento Sul da CTnC possui temperaturas interiores inferiores às da CTC.

7.2.2. ANÁLISE DE DADOS – VERÃO

O período de Verão escolhido foi entre 15 a 20 de Setembro de 2003, devido a

serem verificadas temperaturas normais para uma estação de Verão, assim

como ao facto de ter sido o período mais estável observado para esta

estação. Nesta data as CT ainda não possuíam Estufa e neste período a

divisória entre a parte Sul e Norte da CTnC esteve aberta. Assim, a partir das

Figuras 7.3 e 7.4 é possível verificar as humidades relativas e temperaturas

resultantes sentidas nas Células e no exterior.


20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21

HoraCTnC - Sul CTnC - Norte

CTC Exterior

Figura 7.3 – Humidade relativa entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta.




0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21


Figura 7.4 – Temperatura resultante entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta.

Analisando este período, é possível concluir que a CTC vai apresentar sempre

maiores HR. Relativamente a temperatura interiores, o compartimento norte da

CTnC apresenta maior oscilação térmica, ou seja, as temperaturas máximas

mais elevadas e as menores temperaturas mínimas mais baixas. No entanto, o

compartimento Sul da CTnC possui temperaturas interiores semelhantes às da

CTC, embora um pouco mais baixas.

7.2.3. ANÁLISE DE DADOS – OUTONO

O período de Outono escolhido foi entre 12 a 16 de Novembro de 2004,

devido à verificação de temperaturas normais para a estação de Outono,

assim como ao facto de ter sido o período mais estável observado para esta

estação. Nesta data as CT já possuíam Estufa e neste período a divisória entre

a parte Sul e Norte da CTnC esteve fechada. Assim, a partir das Figuras 7.5 e

7.6 é possível verificar as humidades relativas e temperaturas resultantes

sentidas nas Células e no exterior.




20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15


Figura 7.5 – Humidade relativa entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada.


0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15


Figura 7.6 – Temperatura resultante entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada.

Analisando este período, é possível concluir que o compartimento sul da CTnC

vai apresentar sempre menores HR. Relativamente a temperaturas interiores, o

compartimento norte da CTnC apresenta as menores temperaturas máximas

assim como as menores temperaturas mínimas. No entanto, o compartimento

Sul da CTnC possui temperaturas interiores semelhantes à da CTC, embora as

temperaturas máximas sejam um pouco mais baixas.



7.2.4. ANÁLISE DE DADOS – INVERNO

O período de Inverno escolhido foi entre 17 a 23 de Janeiro de 2004, devido à

verificação de temperaturas normais para a estação de Inverno, assim como

ao facto de ter sido o período mais estável observado para esta estação.

Nesta data as CT ainda não possuíam Estufa e neste período a divisória entre a

parte Sul e Norte da CTnC esteve aberta. Assim, a partir das Figuras 7.7 e 7.8 é

possível verificar as humidades relativas e temperaturas resultantes sentidas nas

Células e no exterior.


20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21 7 17


Figura 7.7 – Humidade relativa entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta.


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 11 21 7 17 3 13 23 9 19 5 15 1 11 21 7 17HoraCTnC - Sul CTnC - Norte

CTC Exterior Figura 7.8 – Temperatura resultante entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta.



Analisando este período, é possível concluir que os três compartimentos têm

comportamentos muito semelhantes relativamente à HR, embora um pouco

mais baixas na CTC. Relativamente a temperaturas interiores, a CTnC

apresenta as menores temperaturas máximas assim como as menores

temperaturas mínimas, com um comportamento muito semelhante na parte

Norte e a Sul.

7.2.5. COMPARAÇÃO DA PERFORMANCE DOS COMPARTIMENTOS

Em termos gerais, é possível concluir que durante a estação de arrefecimento,

a CTnC, compartimento Sul, apresenta um comportamento Higrotérmico

semelhante ao da CTC, apresentando temperaturas interiores semelhantes,

mas com menores humidades relativas. Este comportamento apenas é

possível, relativamente a temperaturas interiores semelhantes, no caso da

divisória entre o compartimento Sul e o Norte da CTnC se encontrar fechado.

De outro modo, o compartimento Sul da CTnC apresenta performances

inferiores às da CTC.

Relativamente à estação de aquecimento, é possível verificar um melhor

comportamento da CTC no que toca a maiores temperaturas interiores,

principalmente no caso de a divisória entre o compartimento Sul da CTnC e o

Norte estar aberta. No entanto, a CTC tem normalmente maiores HR. Este

melhor comportamento da CTC pode ser explicado pelo facto desta Célula

possuir um envidraçado de maiores dimensões, aumentando assim os ganhos

solares directos.

As altas humidades relativas da CTC durante a estação de arrefecimento

podem ser um factor de desconforto, principalmente durante os períodos de

temperaturas altas. Durante a estação de aquecimento, a HR não tem um

peso significativo para o conforto. No entanto, altas humidades relativas são

mais propícias para danificar os elementos de construção.



Com base nos dados recolhidos “in-situ”, é possível concluir que as

performances térmicas da CTC e do compartimento Sul da CTnC são

semelhantes, o que faz com que o compartimento Sul da CTnC seja viável pois

apresenta menor energia incorporada e menor custo de construção. O

compartimento Norte da CTnC apresenta uma performance térmica inferior;

porém, este compartimento foi projectado para o aproveitamento da

iluminação natural e não tinha como prioridade o comportamento térmico.

7.3. ANÁLISE DE DADOS OBTIDOS COM A APLICAÇÃO DO NOVO RCCTE

A aplicação da metodologia do novo RCCTE ao caso de estudo resultou na

obtenção das Necessidades nominais de energia útil por estação de

aquecimento e arrefecimento, por área útil de pavimento. Para a aplicação

desta metodologia às Células de Teste, concluiu-se que seria mais eficiente

considerar a CTnC apenas como uma zona independente, pois no caso de

serem consideradas duas zonas (compartimento Norte e Sul), as trocas de

calor entre elas não seriam convenientemente estimadas.

7.3.1. NECESSIDADES DE AQUECIMENTO

O cálculo das necessidades de aquecimento foi executado para a Célula de

Teste Convencional e Célula de Teste não Convencional, com a introdução

de estufa e sem introdução de estufa. Assim, obtiveram-se os resultados

apresentados na Tabela 7.1:

Tabela 7.1 – Necessidades de aquecimento para as CT CTnC CTC

Com Sem Com Sem Necessidades nominais de energia útil para a estação

de aquecimento: Estufa Estufa Estufa Estufa Totais [kwh/ano] 2341 2564 1440 1846

Por área útil de pavimento [kwh/m2.ano] 127.7 139.8 100.9 129.4

Observando a tabela anterior é possível concluir que a CTC apresenta

menores necessidades energéticas de aquecimento por área útil de



pavimento, comparativamente à CTnC, algo que já seria previsível pela

análise dos dados medidos “in-situ”, principalmente considerando que os

resultados apresentados pelo RCCTE vêem a CTnC como um todo, resultando

na penalização do compartimento Sul, devido às performances inferiores do

compartimento Norte.

7.3.2. NECESSIDADES DE ARREFECIMENTO

O cálculo das necessidades de arrefecimento foi executado para a Célula de

Teste Convencional e Célula de Teste não Convencional, com a introdução

de estufa e sem introdução de estufa. Assim, obtiveram-se os resultados


Tabela 7.2 – Necessidades de arrefecimento para as CT CTnC CTC

Com Sem Com Sem Necessidades nominais de energia útil para a estação

de arrefecimento: Estufa Estufa Estufa Estufa Totais [kwh/ano] 907.5 940.4 197.6 432.6


Observando a tabela anterior, é possível concluir que a CTC apresenta

menores necessidades energéticas de arrefecimento por área útil de

pavimento, comparativamente à CTnC, algo que já seria previsível pela

análise dos dados medidos “in-situ”, principalmente considerando que os

resultados apresentados pelo RCCTE consideram a CTnC como um todo,

resultando na penalização do compartimento Sul, que apresenta melhores

performances, devido ao compartimento Norte, que possui performances

inferiores.

7.3.2. COMPARAÇÃO DA PERFORMANCE DOS COMPARTIMENTOS

Com a aplicação do RCCTE às CT, obtiveram-se menores necessidades

energéticas anuais na CTC, como se pode observar na Tabela 7.3. Estes

resultados vieram confirmar as conclusões retiradas a partir da análise dos

dados recolhidos “in-situ”, os quais mostravam que a CTC tem um

performance térmica ligeiramente superior.



Tabela 7.3 – Necessidades energéticas anuais para as CT CTnC CTC

Com Sem Com Sem Necessidades nominais de energia útil anuais

Estufa Estufa Estufa Estufa Totais [kwh/ano] 3248.5 3504.4 1637.6 2278.6


Por outro lado, é possível concluir que, para qualquer caso, a aplicação de

um estufa na fachada Sul das CT é uma solução eficiente, resultando em

reduções das necessidades energéticas anuais no ordem dos 7% para a CTnC,

28% para a CTC e 53% para a CTP. O aumento da eficiência energética é mais

significativa na CTC, comparativamente à CTnC, pois uma vez que a CTC não

segue um design bioclimático a margem de aumento de performance com a

aplicação de soluções solares passivas é superior.

7.4. ANÁLISE DE DADOS OBTIDOS COM A APLICAÇÃO DO VISUALDOE

De forma a garantir que os resultados obtidos com a simulação efectuada no

VisualDOE fossem representativos, foram comparadas as temperaturas

interiores das Células de Teste medidas “in-situ” com as obtidas no VisualDOE.

Para a obtenção do ficheiro climático foram utilizados dados recolhidos entre

Outubro de 2003 e Setembro de 2004, pois no período entre Outubro de 2003 a

Fevereiro de 2004 as Células de Teste ainda não possuíam estufa (construídas

em Março de 2004), possibilitando assim a calibração das CT com e sem

estufa. Assim, a partir das Figuras 7.9 a 7.12 é possível observar os desvios entre

a simulação e os dados medidos “in-situ” e na Tabela 7.4 são esquematizados

os erros obtidos em todas as CT sem estufa.



Temperatura (ºC) CTnC - Sul Novembro

0

5

10

15

20

25

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ"

Figura 7.9 – Temperatura interior da CTnC – Sul, entre 10 a 16 de Novembro.

Temperatura (ºC) CTnC - Norte Janeiro

02468

10

1214161820

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.10 – Temperatura interior da CTnC – Norte, entre 1 a 7 de Janeiro.

Temperatura (ºC) CTC Fevereiro

0

4

8

12

16

20

24

28

32

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13HoraVisualDOE "in-situ"

Figura 7.11 – Temperatura interior da CTC entre 9 a 14 de Fevereiro.



Temperatura (ºC) CTP Outubro

05

101520253035404550

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.12 – Temperatura interior da CTP entre 11 a 17 de Outubro. Tabela 7.4 – Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT sem estufa

Célula de Teste Estufa Meses utilizados do

Ficheiro Climático

Erro médio (temperatura)

ºC

Erro médio (percentual)

%

CTnC - Sul Não Jan; Fev; Out; Nov; Dez 1.3 7.9

CTnC - Norte Não Jan; Fev; Out; Nov; Dez 1.1 7.2

CTC Não Jan; Fev; Nov; Dez 1.1 6.9 CTP Não Jan; Fev; Out; Nov; Dez 2.4 10

A partir das Figuras 7.13 a 7.16 é possível observar os desvios entre a simulação

e os dados medidos “in-situ” e na Tabela 7.5 são esquematizados os erros

obtidos em todas as CT com estufa.

Temperatura (ºC) CTnC - Sul Setembro

-4

1

6

11

16

21

26

31

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.13 – Temperatura interior da CTnC – Sul, entre 8 a 14 de Setembro.



Temperatura (ºC) CTnC - Norte Junho

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.14 – Temperatura interior da CTnC – Norte, entre 18 a 24 de Junho.

Temperatura (ºC) CTC Agosto

0

5

10

15

20

25

30

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.15 – Temperatura interior da CTC entre 21 a 27 de Agosto.

Temperatura (ºC) CTP Junho

0

5

10

15

20

25

30

35

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

HoraVisualDOE "in-situ" Figura 7.16 – Temperatura interior da CTP entre 6 a 12 de Junho.



Tabela 7.5 – Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT com estufa

Célula de Teste Estufa Meses utilizados do

Ficheiro Climático

Erro médio (temperatura)

ºC

Erro médio (percentual)

%

CTnC - Sul Sim Ago; Set; Out 1.1 4.3 CTnC - Norte Sim Ago; Set 1.5 6.4 CTC Sim Abr; Mai; Jun; Jul; Ago; Set 0.8 3.5

CTP Sim Jun; Jul; Ago; Set 1.5 5

Analisando os dados apresentados pelas Figura 7.9 a 7.16 e pelas Tabelas 7.4 e

7.5, é possível concluir que os erros obtidos são inferiores quando se simulou as

CT com estufa, o que pode resultar do facto de o período em estudo para

este caso ser durante o Verão, quando as oscilações térmicas são mais

reduzidas e com temperaturas superiores. Em qualquer caso, tendo em

consideração que os erros obtidos dizem respeito a 1 ano de medições, os

erros obtidos conseguem assegurar-nos que os resultados obtidos com

aplicação do VisualDOE são representativos, sendo possível testar a

performance energética das Células de Teste.

7.4.1. ANÁLISE DA PERFORMANCE DAS CÉLULAS DE TESTE

Caso Base – com os modelos das CT calibrados (com e sem estufa), foi

introduzido no VisualDOE um sistema de climatização com temperatura de

conforto para a estação de Aquecimento de 20º C e para a estação de

Arrefecimento de 25º C e simulou-se o caso base das CT –> situação real. Os

resultados obtidos são apresentados na Tabela 7.6:

Tabela 7.6 – Energia consumida pelas Células de Teste, caso base.

CTnC Energia consumida (kwh/m2.ano) por: Compartimento

Sul Compartimento

Norte Total* CTC

Aquecimento 73.3 187.9 130.7 126.8 Arrefecimento 15.7 81.9 48.8 15.1 Com

Estufa Total 89 269.8 179.5 141.9 Aquecimento 103.6 186.9 141.7 158.2 Arrefecimento 23.8 83.7 48.9 37.1 Sem

Estufa Total 127.4 270.6 199 195.4 *O valor total da energia para aquecimento/arrefecimento, não é a soma dos dois compartimentos, mas sim uma simulação diferente considerando apenas um compartimento na CTnC. Analisando os dados da Tabela 7.6, é possível concluir que o compartimento

Sul da CTnC vai apresentar sempre a melhor performance energética. No



entanto, se considerarmos a performance global da CTnC, esta é sempre

inferior que a da CTC, embora para o caso sem estufa a diferença seja

insignificante e para o aquecimento a CTnC até apresente uma melhor

performance. Por outro lado confirma-se que a aplicação de uma estufa em

cada CT resulta numa melhoria da performance energética em todos os

casos.

Primeira Alternativa – para este caso corrigiu-se a espessura da folha de

Policarbonato utilizado na fachada Norte do compartimento Norte da CTnC.

Este foi projectado para utilizar duas folhas de Policarbonato, mas, por motivos

alheios à Universidade do Minho, apenas foi utilizada uma folha de

Policarbonato. Com esta modificação, o VisualDOE obteve os resultados


Tabela 7.7 – Energia consumida pelas Células de Teste, primeira alternativa. CTnC Energia consumida

(kwh/m2.ano) por: Compartimento Sul

Compartimento Norte Total* CTC


Estufa Total 89.6 222.5 156.0 141.9 Aquecimento 107.3 161.3 134.3 158.2 Arrefecimento 24.9 60.1 42.5 37.1 Sem

Estufa Total 132.2 221.4 176.8 195.4 *O valor total da energia para aquecimento/arrefecimento, não é a soma dos dois compartimentos, mas sim uma simulação diferente considerando apenas um compartimento na CTnC.

Com a adição da segunda folha de policarbonato no compartimento Norte

da CTnC, a performance energética da CTnC melhorou bastante, mantendo

um alto grau de iluminação natural. Assim, considerando as CT sem estufa,

antes da adição do Policarbonato, a CTC era 2% energeticamente mais

eficiente que a CTnC. Depois da modificação, a CTnC passa a ser 10% mais

eficiente que a CTC. No caso das CT com estufa, antes da adição do

Policarbonato a CTC era 21% energeticamente mais eficiente que a CTnC;

depois da modificação a CTC passa a ser apenas 9% mais eficiente que a

CTnC.



Segunda Alternativa – neste caso foi testada a influência da diminuição do

vão da fachada Norte (2.4 X 1.8m => 1.4 X 0.4m) e substituição do

Policarbonato por Vidro duplo, de forma a tornar o compartimento Norte da

CTnC propício para ser utilizado como Quarto de dormir ou Sala de estar, ao

contrário da intenção com que esta foi projectada – Escritório. Os resultados

obtidos são apresentados na Tabela 7.8:

Tabela 7.8 – Energia consumida pelas Células de Teste, segunda alternativa. CTnC Energia consumida

(kwh/m2.ano) por: Compartimento Sul

Compartimento Norte Total* CTC


Estufa Total 90.7 166.7 128.7 141.9 Aquecimento 107.5 129.1 118.3 158.2 Arrefecimento 24.8 37.7 31.3 37.1 Sem

Estufa Total 132.3 166.8 149.6 195.4 *O valor total da energia para aquecimento/arrefecimento, não é a soma dos dois compartimentos, mas sim uma simulação diferente considerando apenas um compartimento na CTnC.

Com a redução do vão envidraçado e substituição do Policarbonato por

Vidro duplo, no compartimento Norte da CTnC, a performance energética da

CTnC melhorou bastante, mas reduzindo o grau de iluminação natural. Assim,

considerando que no caso base das CT sem estufa a CTC era 2%

energeticamente mais eficiente que a CTnC, depois da modificação a CTnC

passa a ser 23% mais eficiente que a CTC. Considerando o caso base das CT

com estufa, a CTC era 21% energeticamente mais eficiente que a CTnC.

Depois da modificação a CTnC passa a ser 9% mais eficiente que a CTC.

Assim, a CTnC adquire uma performance energética mais eficiente que a CTC

em qualquer caso e para as CT sem estufa, a CTnC até possui menores

consumos para a estação de aquecimento, assim como para a estação de

arrefecimento.

Terceira Alternativa – considerando que foram utilizados três sistemas

construtivos distintos nas CT:

1. CTC – sistema convencional com paredes duplas de tijolo e isolamento

na caixa-de-ar;



2. Compartimento Sul da CTnC – utilização de paredes de adobe;

3. Compartimento Norte da CTnC – utilização de paredes duplas leves

com isolamento na caixa-de-ar.

Foi simulada a performance energética das Células de Teste para o caso de

as três Células apresentarem o mesmo sistema construtivo. Os resultados são


Tabela 7.9 – Energia total consumida pelas Células de Teste, terceira alternativa. CTnC Energia total consumida

(kwh/m2.ano) Compartimento Sul Compartimento Norte Total* CTC

1 – Tijolo 142.0 255.6 198.8 143.4 2 – Parede Leve 69.9 241.4 155.7 72.0 Com

Estufa 3 - Adobe 90.8 195.4 143.1 98.0 1 – Tijolo 161.0 255.2 208.1 194.1

2 – Parede Leve 92.4 242.2 167.3 115.2 Sem Estufa

3 - Adobe 128.3 194.4 161.4 153.9 *O valor total da energia para aquecimento/arrefecimento, não é a soma dos dois compartimentos, mas sim uma simulação diferente considerando apenas um compartimento na CTnC. Observando a Tabela 7.9 é possível concluir que a CTC e o compartimento Sul,

para o caso com estufa, possuem performances energéticas muito

semelhantes, enquanto que para o caso sem estufa, a performance

energética do compartimento Sul da CTnC é um pouco superior que a da

CTC. O compartimento Norte da CTnC apresenta sempre performances

energéticas inferiores. Relativamente aos sistemas, é possível observar que o

sistema de paredes duplas de tijolo apresenta sempre performances inferiores,

o sistema de paredes de adobe tem uma performance ligeiramente superior

quando aplicada na CTnC, enquanto que o sistema de Parede duplas leves

tem uma performance ligeiramente superior quando aplicada na CTC.

7.4.2. COMPARAÇÃO COM OS RESULTADOS OBTIDOS NO RCCTE De forma a testar a prestação da metodologia do RCCTE, para previsão das

necessidades de aquecimento e arrefecimento, foram comparados os

resultados obtidos com a aplicação da metodologia do RCCTE às CT, com os

obtidos com a aplicação do VisualDOE (apenas para os períodos



considerados pelo RCCTE como estação de aquecimento e estação de

arrefecimento). Assim a Tabela 7.10 mostra o resultado desta comparação:

Tabela 7.10 – Comparativo entre necessidades energéticas das CT obtidas pelo RCCTE e pelo VisualDOE.

Necessidades de Aquecimento (kwh/m2.ano)

Necessidades de Arrefecimento (kwh/m2.ano) Células de

Teste VisualDOE RCCTE

Erro (%) VisualDOE RCCTE

Erro (%)

CTnC 124.7 127.7 2 41.9 49.5 15 CTP 35.3 25.8 27 30.0 21.6 28 Com

Estufa CTC 120.5 100.9 16 13.6 13.8 2 CTnC 135.2 139.8 3 42.5 51.3 17 CTP 78.3 52.0 34 68.4 48.4 29 Sem

Estufa CTC 149.8 129.4 14 32.3 30.3 6

A partir da Tabela 7.10 foi possível concluir que o RCCTE apresenta resultados

com erros reduzidos, embora para a CTP o erro seja já significativo (erro médio

de 29.5%). Como a CTP possui inércia térmica quase nula, um vão de grandes

dimensões, grande espessura de isolamento (20 a 25 cm) e aplicação de

materiais não convencionais (PCM – óleo de côco), pode prever-se que o

RCCTE não consiga simular eficazmente o comportamento da CTP. A CTnC é,

estranhamente, aquela cujas necessidades energéticas o RCCTE consegue

prever com maior rigor (erro médio de 6.5%). Tal pode dever-se ao facto de a

CTC possuir um vão de maiores dimensões na fachada Sul e tal implicar um

menor rigor na previsão das necessidades para a CTC (erro médio de 13.4%).

CAPÍTULO 8 – Conclusões e Expectativas Futuras


8. CAPITULO 8 – CONCLUSÕES E EXPECTATIVAS FUTURAS

8.1. CONCLUSÕES

Apresentando como ponto de partida as Células de Teste (CT) construídas na

Escola de Engenharia da Universidade do Minho, foram realizadas várias

experiências com o intuito principal de aferir a performance energética das

soluções não convencionais apresentadas nas CT. Assim, pela análise dos

dados obtidos “in-situ” através do sistema de medição instalado nas CT, foi

possível concluir que o compartimento Sul da Célula de Teste não

Convencional (CTnC) apresenta uma performance higrotérmica semelhante à

da Célula de Teste Convencional (CTC), enquanto que o compartimento

Norte da CTnC apresenta uma performance ligeiramente inferior.

Relativamente à prestação da introdução de uma estufa, não foi possível tirar

conclusões com bom grau de segurança, através da análise dos dados “in-

situ”, pois os parâmetros climáticos, durante os períodos de medição com e

sem estufa, não seguiram os mesmos padrões, impossibilitando uma

adequada comparação da performance das CT com e sem estufa.



Complementarmente às análises dos dados recolhidos “in-situ”, foi estudado o

desempenho térmico das CT através da aplicação da metodologia proposta

pelo RCCTE, verificando-se que a CTC apresenta melhores performances

energéticas que a CTnC. No entanto, o RCCTE apenas permite simular a CTnC

como um todo, ou seja, não permite simular em separado o compartimento

norte e o sul da CTnC, tendo sido penalizado o compartimento Sul da CTnC

pelas performances inferiores do Compartimento Norte. Adicionalmente, os

resultados obtidos com o RCCTE mostram que a aplicação de uma estufa

aumenta a performance energética de ambas as CT.

Comparando os resultados obtidos com o RCCTE com os obtidos com a

simulação dinâmica em VisualDOE, concluiu-se que o RCCTE não apresenta

grandes desvios no cálculo da performance para a CTnC (6.5%). Porém, para

a CTC os desvios são um pouco mais significativos (13.4%) e para a CTP os

desvios são muito significativos (29.5%). Assim, o RCCTE apresenta bons

resultados na previsão do comportamento energético de edifícios,

principalmente para situações com vãos de médias dimensões.

Para a aplicação do VisualDOE ao caso de estudo das CT, foi necessária a

obtenção de um ficheiro climático, assim como a calibração do modelo, de

forma a garantir que os resultados obtidos com esta ferramenta de simulação

fossem válidos. Por outro lado, também foram comparadas as temperaturas

interiores das CT medidas “in-situ” com as obtidas pelo VisualDOE e verificou-se

que os erros apresentados pelo VisualDOE são aceitáveis – entre 0.8 a 1.5 ºC.

Com o modelo calibrado foi verificada a performance do caso base (situação

real) e concluiu-se que o compartimento Sul da CTnC apresenta performances

energéticas semelhantes às da CTC, mas com uma ligeira vantagem na

estação de aquecimento. Considerando a CTnC como um todo, esta já

apresenta piores performances, principalmente na estação de arrefecimento.

Contudo, para o case base sem estufa, a CTnC tem uma performance final

muito semelhante à da CTC, apresentando melhores resultados para a

estação de aquecimento, mas piores para a estação de arrefecimento.



Seguidamente, foi utilizado o VisualDOE de forma a prever a performance da

CTnC com algumas modificação no modelo base:

Primeira Alternativa – adição de um pano de policarbonato na fachada Norte

do compartimento Norte da CTnC;

Segunda Alternativa – redução do vão e substituição do Policarbonato por

Vidro duplo na fachada Norte do compartimento Norte da CTnC;

Terceiro Alternativa – análise da performance das CT se estas apresentassem

todas o mesmo sistema construtivo (1 – paredes duplas de tijolo com

isolamento na caixa de ar; 2 – paredes em adobe; 3 – paredes leves com

isolamento).

A partir das modificações efectuadas concluiu-se que:

• Com a aplicação de uma segunda folha de policarbonato na

fachada norte do compartimento norte da CTnC, a performance

energética da CTnC é superior à da CTC em 10%, quando estas não

possuem estufa. Para o caso da CT com estufa a performance

energética da CTC ainda é 9% superior à da CTnC;

• No caso de se alterar a fachada norte da CTnC, com a diminuição do

vão e substituição do Policarbonato por vidro duplo, a performance

energética da CTnC é 23% ou 9% mais eficiente que a CTC, para o

caso sem estufa ou com estufa, respectivamente;

• Com a aplicação de paredes duplas de tijolo com isolamento na

caixa-de-ar em todas as CT confirmou-se que estas apresentam as

piores performances energéticas, quando comparadas com as

mesmas Células mas construídas com paredes em adobe ou paredes

leves com isolamento. Por outro lado o sistema de parede de adobe

apresenta a melhor performance quando aplicado à CTnC e o sistema

de paredes duplas leves com isolamento na caixa-de-ar apresenta a

melhor performance quando aplicado à CTC.

A partir do estudo realizado nesta dissertação foi concluiu-se que a utilização

de soluções com preocupações bioclimáticas e a utilização de materiais com



menor energia incorporada e de disponibilidade local, podem ser soluções

com performances energéticas semelhantes ou superiores às soluções

convencionais utilizadas em Portugal. Como tal, a utilização de soluções

inovadoras podem ser benéficas quer a nível ambiental, como a nível

energético, resultando assim em soluções que impulsionem o Desenvolvimento

Sustentável.

8.2. EXPECTATIVAS FUTURAS

Com o intuito de apresentar uma solução não convencional com boa

performance energética, projectada com considerações bioclimáticas e

possuindo materiais com baixa energia incorporada e de disponibilidade local,

é proposto que se altere a fachada Norte da Célula de Teste não

Convencional, de uma forma faseada:

1º – Adição de um pano adicional de Policarbonato de forma a confirmar o

bom desempenho energético da solução;

2º – Redução do vão e alteração do Policarbonato para vidro duplo, de forma

a obter-se uma solução com uma performance energética superior à

convencional.

Com o objectivo de aumentar o rigor das simulações e medir o consumo

energético das Células de Teste “in-situ”, é necessário que seja implementado

um sistema de climatização nas CT e assim demonstrar que os sistemas

construtivos ecológicos propostos, também possam apresentar boas

performances energéticas, quando são utilizados sistemas de climatização

activos.

Por outro lado, será útil aproveitar as potencialidades das Células de Teste de

forma a testar a implementação de outras soluções inovadoras nas fachadas,

tal como fachadas que potenciem o aproveitamento da energia solar. Para

tal, podem ser utilizadas fundamentalmente a:



• Célula de Teste tipo Passys – esta Célula é ideal para o estudo da

performance de fachadas inovadoras pois toda a restante envolvente

possui grandes quantidades de isolamento, possibilitando assim a

identificação da eficiência energética da fachada a estudar;

• Célula de Teste Convencional – como esta Célula representa a

construção típica Portuguesa, com a implementação de fachadas

inovadoras nesta Célula é possível estudar a eficiência da integração

de fachadas inovadoras nas soluções típicas Portuguesas, tal será

importante, principalmente, para soluções de reabilitação.



AI. ANEXO I – FICHEIRO CLIMÁTICO DO VISUALDOE

AI.1. PREPARAÇÃO DO FICHEIRO CLIMÁTICO

Por forma a obter um ficheiro climático para qualquer ferramenta de

simulação é necessário conhecer: 1 - as variáveis climáticas que a ferramenta

requer para o ficheiro climático; 2 - unidades das variáveis; 3 - periodicidade

das variáveis (horários, mensais, etc). Assim, a partir da consulta do Manual

Climático do DOE-2 (Buhl, 1999) foi possível saber os parâmetros referidos,

como se pode observar na Tabela AI.1:

Tabela AI.1 – Parâmetros necessários do ficheiro climático para o VisualDOE.

Parâmetros Necessários Unidade Periodicidade Temperatura de bolbo seco ºF Horária Temperatura de bolbo húmido ºF Horária Razão de humidade lb água / lb ar seco Horária

Entalpia Btu/lb Horária

Precipitação sim / não Horária Direcção do Vento 16 pontos da rosa dos ventos Horária Velocidade do vento nós Horária Radiação solar total horizontal Btu/hr.pé2 Horária

ANEXO I – Obtenção do Ficheiro Climático


Parâmetros Necessários Unidade Periodicidade Radiação solar directa Btu/hr.pé2 Horária Índice de claridade - Mensal Temperatura do solo Rankine Mensal

Como se pode observar na Tabela AI.1, todas as unidades dos parâmetros são

baseadas no sistema IP. Atentando para o facto do sistema de medição

utilizado no caso de estudo registar os valores em unidades SI, é necessário

converter os valores medidos. Assim, foram utilizadas as conversões

apresentadas na Tabela AI.2:

Tabela AI.2 – Conversão de unidades. Parâmetro Conversão IP/SI

ºF = ºC*(9/5) + 32 Temperatura

ºR = ºF + 459.67 Pressão 1 inHG = 3.3772 kPa Massa 1 lb = 0.45356 kg Entalpia 1 Btu/lb = 2.3266 kJ/kg

Velocidade 1 nó = 0.515 m/s

Fluxo de calor 1 Btu/hr.pé2 = 3.155 W/m2

AI.1.1. OBTENÇÃO DOS PARÂMETROS

Os parâmetros a empregar no ficheiro climático podem ser obtidos através da

sua medição “in-situ” ou através da combinação de outros parâmetros. Assim,

para o caso de estudo, os parâmetros medidos “in-situ” foram:

1. Temperatura de bolbo seco;

2. Precipitação;

3. Direcção do vento;

4. Velocidade do vento;

5. Radiação solar total horizontal.

Por outro lado, os parâmetros obtidos por combinação dos dados medidos

“in-situ” foram:



1. Razão de humidade;

2. Temperatura de bolbo húmido;

3. Entalpia;

4. Radiação solar directa;

5. Índice de claridade.

O único parâmetro onde foram utilizados valores tabelados foi a temperatura

do solo, pois este elemento é muito estável, não sofrendo grandes alterações

com as diferentes condições atmosféricas, além de ser muito semelhante ao

longo dos anos.

1. Razão de humidade (W) – para o cálculo deste parâmetro foi necessário

obter a pressão de saturação (Ps) e a pressão de vapor (Pv), através das

Equação AI.1 e AI.2. Seguidamente, é possível obter a razão de humidade

aplicando a Equação AI.3:

Equação AI.1 Equação AI.2

10005.610 )3.237/()26.17( +⋅⋅

=extext TTePs (kPa);

100HRPsPv ⋅= (kPa);

Equação AI.3

PvPvW

−⋅=

332.10062198.0 (kgH2o/kgas) com:

Text – Temperatura exterior (ºC);

HR – Humidade relativa (%).

2. Temperatura de bolbo húmido (TBH) – para o cálculo deste parâmetro foi

necessário utilizar o Método Iterativo Composto1, pois a equação utilizada

para calcular a TBH necessita do valor da razão de humidade (W*s) à

temperatura de bolbo húmido, que necessita do valor da TBH para o seu

cálculo. Assim, na primeira iteração é utilizado o valor da temperatura

exterior de bolbo seco para calcular o parâmetros W*s. Seguidamente é

utilizada a Equação AI.4 para calcular a TBH. Para a segunda iteração, é

1 O Método Iterativo Simples (MIS) foi preterido em relação ao composto pelo facto do MIS aplicado a este caso resultava em valores que não convergiam para um valor estável.



utilizada a média entre o valor inicial e o final da primeira iteração

[(TBH(i)+TBH(i-1))/2]. Este processo será repetido até se chegar a erros

insignificantes, entre iterações.

Equação AI.4

WsWTsWTWT extext

BH ⋅+⋅−+⋅−⋅+⋅

=186.4*381.21

*2501)805.12501( (ºC)

3. Entalpia (E) – para o cálculo deste parâmetro foi necessário utilizar a

temperatura exterior (Text) em ºF, de forma a obter o valor da Entalpia

directamente nas unidades requeridas pelo VisualDOE (Btu/lb), como se

pode observar na Equação AI.5:

Equação AI.5 WTTE extext ⋅⋅++⋅= )444.01061(24.0 (Btu/lb)

4. Radiação Solar Directa normal (Idis_N) – para o cálculo deste parâmetro foi

necessário obter a declinação solar (δ), a equação do tempo (Et), o tempo

solar (tsol), a altura solar (H), o ângulo solar horários (θS), por forma a definir

geometricamente o movimento do sol. Por outro lado também foi

necessário obter a constante solar (I0), o índice de claridade (KT), a

radiação difusa horizontal (Idif_H) e a radiação directa horizontal (Idif_H). Para

tal foram utilizadas as Equações AI.6 a AI.11 e AI.12 a AI.16:


( )

+⋅

⋅−⋅=25.365

10360cos45.23sinsin naδ (º); 364

81360 −⋅=nB ;


)sin(5.1)cos(53.7)2sin(87.9 BBBEt ⋅−⋅−⋅= (min); ( )24

36012 ⋅−= SOLTH (º);


( ))sin()sin()cos()cos()cos(cos δλδλθ ⋅+⋅⋅⋅= HaS (º); 1560λ

++=EtTT LocSOL

com:



n – dia do ano;

TLoc – hora local;

λ – longitude (º);


137325.365

360cos033.010 ⋅

⋅⋅+=

nI (w/m2); S

gloT I

IK

θcos0 ⋅= ;


≥→⋅≤≤→⋅−⋅

≤≤→⋅−⋅=

75.0177.075.035.0)84.1557.1(

35.00)249.01(

_

Tglo

TTglo

TTglo

Hdif

KIKKI

KKII (w/m2); HdifgloHdir III __ −= (w/m2);

Equação AI.16

)sin(_

_S

HdirNdis

II

θ= (w/m2) com:

Iglo – radiação solar total horizontal (w/m2).

5. Índice de Claridade (KT) – para o cálculo deste parâmetro foi necessário

obter a radiação solar total horizontal (Iglo), a constante solar (I0) e o ângulo

solar (θS), em termos de médias mensais, de forma a aplicar a

Equação AI.13.

Para o cálculo dos parâmetros 1 a 4, referidos anteriormente, e dado que estes

têm uma periodicidade horária, foi necessário utilizar o Microsoft Excel para

aplicar as Equações apresentadas às 8760 horas que perfazem um ano, como

se pode observar na Figura AI.1. Relativamente ao parâmetro 5, a folha de

cálculo do Excel foi utilizada para o cálculo das médias mensais necessárias.



Figura AI.1 – Folha de cálculo utilizada para obter os parâmetros necessários para o ficheiro climático.

AI.2. GERAÇÃO DO FICHEIRO CLIMÁTICO

Com todos os parâmetro necessários para o ficheiro climático definidos, o

passo seguinte será a geração do ficheiro climático. Para tal, é imprescindível

organizar os parâmetros da forma requerida pelo VisualDOE, em termos da

ordem de introdução dos parâmetros, casas decimais a apresentar e

espaçamento de colunas, como se pode observar na Figura AI.2.

Figura AI.2 – Organização de parâmetros de forma a gerar um ficheiro climático.

Seguidamente é necessário gravar o ficheiro de Excel com o formato *.prn –

Formatted text (space delimited). O passo seguinte será mudar a extensão do

ficheiro criado de *.prn => *.fmt, de forma a ser reconhecido pelo VisualDOE.

Depois de criado o ficheiro *.fmt é necessário introduzir o nome, latitude,



longitude e zona horária do local, assim como assinalar se o ficheiro contém

dados de radiação solar, como se pode observar na Figura AI.3.

Figura AI.3 – Ultimação do ficheiro climático para o VisualDOE.

Por último é necessário utilizar a ferramenta de conversão que o VisualDOE

possui (Figura AI.4) e transformar o ficheiro de texto criado (*.fmt) num ficheiro

binário (*.bin), o qual pode então ser utilizado pelo VisualDOE como ficheiro

climático.

Figura AI.4 – Ferramenta de conversão do VisualDOE para o ficheiro climático.

ANEXO II – Coeficiente de Condutibilidade Térmica “In-Situ”


AII. ANEXO II – COEFICIENTE DE CONDUTIBILIDADE TÉRMICA “IN-SITU”

AII.1. JUSTIFICAÇÃO

O conhecimento da resistência térmica real dos componentes da envolvente

do edifício1 é muito importante, quer em edifícios novos, como em edifícios

antigos, pois:

• Edifícios novos – de forma a determinar se a qualidade da construção

corresponde à que foi proposta pelo projecto. A utilização de material

ou mão-de-obra de baixa qualidade pode levar a que componentes

do edifício não tenham a performance inicialmente projectada;

• Edifícios antigos – o conhecimento da resistência térmica da envolvente

é importante para determinar se o edifício necessita da aplicação, ou

não, de isolamento térmico ou outras medidas para baixar o consumo

energético. Assim, através da medição “in-situ”, é possível justificar um

1 Um componente da envolvente do edifício é uma porção da envolvente do edifício que tem uma construção consistente, tal como uma parede, cobertura, pavimento, janela, porta.



investimento em medidas de redução do consumo energético que não

seria possível através de cálculos a partir de dados publicados;

• Edifícios de teste – com o conhecimento da resistência térmica real dos

componentes dos edifícios é possível testar materiais novos, que não

possuem valores tabelados para a resistência térmica, assim como

aumentar o rigor das simulações da performance energética

efectuadas.

AII.2. MÉTODO UTILIZADO

O método utilizado para o cálculo da resistência térmica “in-situ”, de

elementos da envolvente, foi a técnica do Somatório ASTM (Norma C1155 –

95), que dita o cumprimento de certos requisitos para que seja possível obter a

resistência térmica “in-situ” dos elementos da envolvente com um alto grau de

confiança:

• O percurso do fluxo de calor tem de ser perpendicular à superfície em

questão, ou seja, não podem existir fenómenos que perturbem o fluxo

de calor, tais como pontes térmicas, entre outros;

• Tem de haver um gradiente térmico significativo entre o exterior e o

interior;

• Têm de ser escolhidos intervalos de tempo que não provoquem

diferenças na resistência térmica calculada em mais de 10%.

A partir desta técnica, é possível obter a resistência térmica de elementos da

envolvente com a colocação de sensores de temperatura2 na superfície

exterior e interior e com a colocação de sensores de fluxo de calor3 no

elemento da envolvente, que necessita obter a resistência térmica. Assim, os

dados recolhidos “in-situ” são:

2 Um sensor de temperatura é um aparelho que produz um sinal contínuo, função da temperatura, como por exemplo um termopar. 3 Um sensor de fluxo de calor é um aparelho que produz um sinal contínuo, função do fluxo de calor, como por exemplo um transdutor de fluxo de calor.



• Temperatura superficial interior do elemento i – TiS (Figura AII.1);

• Temperatura superficial exterior do elemento i – TeS (Figura AII.2);

• Fluxo de calor através do elemento i – qi (Figura AII.1);

Figura AII.1 – Sensor de fluxo de calor e temperatura superficial interior instalados na Célula de Teste Convencional.

Figura AII.2 – Sensor de temperatura superficial exterior instalado na Célula de Teste não Convencional. Assim, para cada intervalo de tempo escolhido (cada intervalo de tempo terá

de ser múltiplo de 24h), a resistência térmica estimada (Re) é calculada a partir

das Equações AII.1 e AII.2:



Equação AII.1 Equação AII.2

∑

∑

=

=

∆= M

kik

M

kSk

e

q

TR

1

1 ; eSiSS TTT −=∆ com:

M – intervalo de tempo escolhido.

Com o intuito de atestar uma boa performance desta técnica, é necessário

executar o teste da convergência (CRn), entre a Re de dois intervalos de

tempo consecutivos, pelo qual a convergência terá de ser < 0.1 e o intervalo

de tempo do teste de convergência recomendado (n) é de 12h. Assim, o teste

de convergência é executado aplicando a Equação AII.3:

Equação AII.3

( ) ( )( )tR

ntRtRCR

e

een

−−=

Além de teste da convergência, também será necessário verificar a variância

do valor da resistência térmica [V(Re)], de forma a garantir bons resultados,

aplicando a Equação AII.4:

Equação AII.4

( ) ( ) ( )[ ] 100/ ∗= eee RMédiaRsRV com:

S(Re) – é a variância de Re calculado com N-1 graus de liberdade;

N – número de valores de Re (N≥3).

Assim se a variância for menor que 10%, o valor a utilizar para a resistência

térmica do elemento da envolvente é o valor médio de todos os Re

calculados.



AII.3. APLICAÇÃO ÀS CÉLULAS DE TESTE

Para o caso de estudo – Células de Teste, existem quatro componentes da

envolvente convenientemente equipados para a realização deste método de

cálculo da resistência térmica, como se pode observar na Figura AII.3:

1. Parede Sul do compartimento Sul da Célula de Teste não

Convencional (CTnC);

2. Parede Oeste do compartimento Sul da Célula de Teste não


3. Parede Oeste do compartimento Norte da Célula de Teste não


4. Parede Este da Célula de Teste Convencional (CTC);

1 2 3

4

Figura AII.3 – Distribuição dos sensores de fluxo de calor nas Células de Teste.

De forma a aplicar este método de cálculo da resistência térmica “in-situ” foi

necessário cumprir os requisitos impostos pela Norma ASTM C1155-95, pelo que:

• Para garantir que os fluxos de calor são perpendiculares à superfície, os

sensores de fluxo de calor foram instalados a meio das paredes e em

locais onde não existiam pontes térmicas;



• Foram escolhidos intervalos de dados (Tabela AII.1) que se situavam no

Verão ou Inverno, para promover maiores gradientes térmicos;

• Com os dados escolhidos, foi calculada a Resistência térmica através

da Equação AII.1 e AII.2 e confirmado que esta não varia mais de 10%

entre os vários intervalos escolhidos, como mostra a Tabela AII.2.

Tabela AII.1 – Intervalos de dados utilizados para o cálculo da resistência térmica “in-situ”

Intervalo de dados Parede 1 2 3 1 1 a 4 de Junho 9 a 12 de Junho 14 a 17 de Junho 2 1 a 4 de Junho 9 a 12 de Junho 14 a 17 de Junho 3 1 a 4 de Junho 9 a 12 de Junho 14 a 17 de Junho 4 1 a 4 de Junho 9 a 12 de Junho 14 a 17 de Junho

Tabela AII.2 – Verificação da variação da Resistência térmica por intervalo de dados

Resistência Térmica (m2.ºC/w) por intervalo de dados Variação entre Intervalos de dados Parede

1 2 3 1 -> 2 2 -> 3 3 -> 1 1 0.32 0.36 0.33 10% 7% 4% 2 3.03 2.95 2.93 3% 1% 3% 3 1.04 1.01 1.07 3% 5% 2% 4 2.28 2.10 2.22 8% 5% 3%

Por último, é necessário confirmar a boa performance dos valores da

Resistência Térmica calculados. Como tal, foi aplicada a Equação AII.3 e AII.4

de forma a executar o teste da variância e o teste da convergência aos

valores obtidos. Na Tabela AII.3 são apresentados os resultados obtidos com a

aplicação dos testes referidos à Resistência Térmica calculada para as quatro

paredes seleccionadas das Células de Teste:

Tabela AII.3 – Teste de variância e convergência para os valores calculados da resistência térmica “in-situ”

Teste de Variância Teste de Convergência Re (t-n); n=12h < 0.1 Parede Variância Média < 10% 1 2 3 1 2 3

1 0.000393 0.34 0.12% 0.32 0.37 0.32 0.01 0.02 0.03 2 0.002942 2.97 0.10% 2.98 2.97 2.80 0.02 0.01 0.04 3 0.000809 1.04 0.08% 1.02 0.99 1.06 0.02 0.02 0.01 4 0.008521 2.20 0.39% 2.24 1.91 2.11 0.02 0.09 0.05

Com todos os testes aplicados e sendo o resultado favorável, é possível afirmar

com um alto grau de confiança que a resistência térmica das paredes



seleccionadas das Células de Teste é a média da resistência térmica

calculada para os três intervalos de tempo, ou seja:

1. Parede Sul do compartimento Sul da Célula de Teste não

Convencional (CTnC) – 0.34 m2.ºC/W;

2. Parede Oeste do compartimento Sul da Célula de Teste não


3. Parede Oeste do compartimento Norte da Célula de Teste não


4. Parede Este da Célula de Teste Convencional (CTC) – 2.2 m2.ºC/W.



AI. BIBLIOGRAFIA

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• Adelard, L.; Boyer, H.; Garde, F.; Gatina, J.C.: A detailed weather data

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