Manual de uso do objeto Energy Management System do programa EnergyPlus
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- Maria da Assunção Alcaide Custódio
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1 Manual de uso do objeto Energy Management System do programa EnergyPlus Ana Paula Melo Leornardo Mazzaferro Letícia Gabriela Eli Marcelo Salles Olinger Rayner Maurício e Silva Machado Roberto Lamberts Florianópolis, janeiro de 2018
2 INFORMAÇÕES GERAIS Este manual foi elaborado com o objetivo de auxiliar o usuário do programa EnergyPlus a inserir os parâmetros necessários para simular edificações híbridas, naturalmente ventiladas e condicionadas, utilizando a versão 8.8 do programa. A elaboração do manual baseou-se nos resultados de simulações computacionais com a integração do uso da ventilação natural e do sistema de condicionamento de ar, e nos documentos Input Output Reference e Engineering Reference, fornecidos pelo programa EnergyPlus. O manual é apresentado de forma clara e objetiva, descrevendo os inputs necessários para a simulação computacional de edificações híbridas.
3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO EXERCÍCIO EXEMPLO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...7
4 1. INTRODUÇÃO O manual do uso do objeto Energy Management System, do programa EnergyPlus, será apresentado de acordo com um exercício exemplo de uma edificação unifamiliar. O programa EnergyPlus, possibilita simulações confiáveis de diversas tipologias arquitetônicas, sistemas construtivos e condicionamento de ar. A ventilação natural no programa EnergyPlus é determinada pelo objeto AirflowNetwork que calcula o fluxo de ar entre zonas e o exterior, através de frestas e janelas. A estratégia do uso da ventilação natural no programa EnergyPlus é abordada no Manual de simulação computacional de edifícios naturalmente ventilados no programa Energyplus versão 8.8 (LabEEE, 2017). Nos controles convencionais do programa EnergyPlus não é possível controlar a operação integrada do sistema de condicionamento artificial com a ventilação natural. A integração do sistema de condicionamento artificial com a ventilação natural foi realizada através do Energy Management System (EMS), recurso que possibilita controles avançados durante o processo da simulação no programa EnergyPlus. O EMS realiza a leitura e a troca de informações durante o processamento da simulação a cada timestep. As condições de controle são definidas no arquivo de simulação (IDF), através da sintaxe do objeto EMS. 2. EXERCÍCIO EXEMPLO Como exemplo, foi utilizada uma edificação residencial unifamiliar (Figura 1) de um pavimento tipo. As divisões dos ambientes da edificação são apresentadas na Figura 2. 3
5 Figura 1- Edificação unifamiliar em 3D. Figura 2- Divisão dos ambientes. A edificação unifamiliar adotada permite o uso da ventilação natural e do sistema de condicionamento de ar. Dentre as características do envelope e dos sistemas presentes na edificação, destacam-se: - Paredes externas com transmitância térmica de U: 2,46W/m²K; - Cobertura com transmitância térmica de 2,06W/m²K; - Absortância térmica das paredes e coberturas de 0,5; - Vidro: simples 3 mm com transmitância térmica de U: 5,7W/m²K; - Ocupação: 4 pessoas, 2 em cada quarto; - Atividade metabólica: no quarto 81 Watts/pessoa; na sala 108 Watts/pessoa; - Schedules de ocupação quartos: 22h00 às 8h00 4
6 - Schedules de ocupação sala: 14h00 às 22h00 - Iluminação: 5 W/ 2 nos quartos e na sala; - Equipamentos: 120 Watts na sala; - Temperatura de setpoint da ventilação: 19ºC; - Ventilation Control Mode: Temperature; - Sistema de condicionamento de ar: Ideal Loads; - Setpoint do sistema de condicionamento de ar: 23 o C e 18 o C. destacam-se: Dentre as condições de controle do objeto Energy Management System, - Edificação sem ocupação no período das 8h00 às 14h00, e sem a possibilidade de ventilar. Todas as janelas da edificação são consideradas fechadas neste período; - O ambiente sala é ocupado no período das 14h00 às 22h00, com a possibilidade do uso do sistema de ventilação natural e do sistema de condicionamento de ar; - No período das 14h00 às 22h00 os dormitórios podem somente adotar o uso da ventilação natural; - No período das 22h00 às 8h00 os dormitórios podem somente adotar o uso da ventilação natural e do sistema de condicionamento de ar; - Sempre que o sistema de condicionamento de ar for acionado nos ambientes sala e dormitórios, o sistema permanece ligado até o último horário de funcionamento do ambiente (até às 22h00 para a sala, e até às 08h00 para os dormitórios); - O ambiente cozinha pode adotar o uso da ventilação natural no mesmo período de funcionamento da sala (das 14h00 às 22h00); - O ambiente banheiro deve estar sempre com a janela aberta ventilação constante; - As portas de todos os ambientes devem sempre permanecer fechadas (ventilação por frestas); - A ventilação natural é acionada pelo Ventilation Control Mode Temperature, adotando as 3 condições: se a temperatura interna > temperatura externa, se a temperatura interna > que 19 o C, se a schedule de ventilação permitir; 5
7 - O sistema de condicionamento de ar para os ambientes é acionado acima de 26 o C para cooling, e abaixo de 16 o C para heating; - Se o sistema de condicionamento de ar for acionado para cooling, a temperatura de setpoint adotada é de 23 o C; - Se o sistema de condicionamento de ar for acionado para heating, a temperatura de setpoint adotada é de 18 o C. Abaixo estão relacionados os objetos de entrada do Energy Management System (EMS) necessários para a simulação do uso híbrido da edificação. Neste documento, estão definidos os objetos do EMS para o ambiente sala e dormitório 1. EnergyManagementSystemSensor: EnergyManagementSystem:Actuator EnergyManagementSystem:ProgramCallingManager 6
8 EnergyManagementSystem:Program 3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ENERGYPLUS. Programa de simulação computacional. Disponível em: Acesso em: 04 de novembro ENGINEERING REFERENCE. Fórmulas e métodos de cálculo adotados pelo programa EnergyPlus. Disponível em: Acesso em: 04 de novembro INPUT OUTPUT REFERENCE. Dados de entrada e saída do programa EnergyPlus. Disponível em: Acesso em: 04 de novembro LABEEE Laboratório de. Manual de simulação computacional de edifícios naturalmente ventilados no programa Energyplus. Disponível em: anual_ventilacao_v8_0.pdf Acesso em: 02 de dezembro
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