Departamento de Engenharia Civil

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1 Departamento de Engenharia Civil Efeito das envolventes opacas no comportamento energético segundo o RCCTE Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Especialização em Construção Urbana Autor Bruno Gonçalo dos Reis Barros Orientador Especialista Rui Ferreira Mestre Eduardo Natividade Instituto Superior de Engenharia de Coimbra Coimbra, Dezembro, 212

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3 Agradecimentos AGRADECIMENTOS Esta dissertação representa não só o resultado de extensas horas de estudo, reflexão e trabalho, mas também o culminar de um objetivo académico que me propus realizar. Contudo, tal não seria possível sem a ajuda de um número considerável de pessoas. Um grande bem-haja à minha família, amigos e todos aqueles que de algum modo me apoiaram e me incentivaram nesta etapa da minha formação. Em particular, agradeço: Ao Professor Rui Ferreira e ao Professor Eduardo Natividade, orientadores científicos da dissertação, pelos conhecimentos transmitidos, pela confiança em mim depositada, pelo apoio na superação dos diversos obstáculos, por toda a dedicação, incentivo permanente e amizade. Aos meus Pais, Maria do Carmo e Carlos, pelo apoio incondicional transmitido durante todo o meu percurso académico, pois sem eles, não seria possível a conclusão do mestrado. Ao meu irmão Gustavo, à minha cunhada Ana e à minha tia Graça pelo apoio dado a todos os níveis, pela enorme paciência e pelo ânimo transmitido ao longo da realização da dissertação. Aos meus colegas da Câmara Municipal de Penacova, pela prontidão no esclarecimento de dúvidas, pela disponibilidade e apoio prestado, pelas preciosas dicas e amizade. Aos meus amigos, por todos os momentos passados ao longo de todos estes anos. À Sofia, por acreditar mais em mim do que eu próprio. Bruno Gonçalo dos Reis Barros i

4 Resumo RESUMO O presente trabalho pretende estudar o Efeito das envolventes opacas no comportamento energético segundo o RCCTE e corresponde à Dissertação de Mestrado de Engenharia Civil em Construção Urbana, do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra. Nesta dissertação é também abordada a Legislação Portuguesa em vigor sobre o Desempenho Térmico dos Edifícios (Decretos-Lei n.º 78/26, n.º 79/26 e n.º 8/26 de 4 de Abril, correspondendo ao Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior dos Edifícios SCE, Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização em Edifícios - RSECE e Regulamento das Características do Comportamento Térmico em Edifícios - RCCTE, respetivamente, por aplicação da Diretiva Europeia 22/91/CE de 16 de Dezembro). Para tal, recorreram-se a quatro casos de estudo, correspondentes a edifícios novos, de tipologias diversas (moradia unifamiliar e frações autónomas situadas na cobertura, nível intermédio e 1º andar de um edifício multifamiliar) e, para diferentes soluções construtivas ao nível das envolventes verticais, verificou-se o cumprimento do RCCTE e aferiu-se a respetiva Classe Energética. Após a análise inicial, estudou-se a influência que a implementação de Dispositivos de Admissão de Ar nas fachadas e o recurso a Caixilharias de baixa permeabilidade ao ar, teriam nas Necessidades Energéticas e na Classe Energética do Edifício. Bruno Gonçalo dos Reis Barros ii

5 Abstract ABSTRACT The present work intends to study the "Effect of envelope in the energy behavior of buildings" and corresponds to the Master Thesis of Civil Engineering in Urban Construction, from the Coimbra s Superior Institute of Engineering. This thesis also addressed the Portuguese legislation about the Thermal Performance of Buildings (Decree-Law n. º 78/26, n. º 79/26 and n. º 8/26 of 4 April, corresponding to the National Energy Certification and Indoor Air Quality in Buildings SCE, Regulation of Energy Systems and Air Conditioning in Buildings - RSECE and Regulation of Product Characteristics for Thermal Performance in Buildings - RCCTE, respectively, pursuant to European Directive 22/91/EC of 16 December). To this end, resorted to four case studies of new buildings, (single family house and fractional units located on the roof, intermediate level and 1st floor of a multifamily building) and for different construction solutions, it was verified the fulfillment of RCCTE and was measured the respective Energy Class. After the initial analysis, was studied the influence of Air Intake devices and low air permeability window frames in the Energy Needs and in the Building Energy Class. Bruno Gonçalo dos Reis Barros iii

6 Índice ÍNDICE CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1. Enquadramento Objetivos e Metodologia Organização do Trabalho... 2 CAPÍTULO 2 A SITUAÇÃO ENERGÉTICA EM PORTUGAL 2.1. Considerações Iniciais Consumo de Energia no Setor Doméstico Tipos de Energia... 1 CAPÍTULO 3 A LEGISLAÇÃO PORTUGUESA E EUROPEIA 3.1. Considerações Iniciais Programa para a Eficiência Energética nos Edifícios (P3E) O RCCTE Decreto Lei 8/ CAPÍTULO 4 CONFORTO TERMO-HIGROMÉTRICO E QUALIDADE DO AR EM EDIFÍCIOS 4.1. Conforto termo-higrométrico Qualidade do Ar Interior de Edifícios CAPÍTULO 5 O RCCTE (DECRETO LEI 8/26) 5.1. Considerações Iniciais Âmbito de Aplicação Índices e Parâmetros de Caracterização Caracterização Climática de Portugal Coeficiente de transmissão térmica superficial (U) Pontes Térmicas Pontes Térmicas Planas Pontes Térmicas Lineares Taxa de Renovação de Ar (R ph ) Ventilação Natural Ventilação Mecânica Inércia Térmica Fator de Forma Vãos Envidraçados Bruno Gonçalo dos Reis Barros iv

7 Índice Requisitos Energéticos Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento Necessidades de Energia para Preparação de Águas Quentes Sanitárias Necessidades Nominais Globais de Energia Primária E se não verificar o RCCTE? Classificação Energética... 4 CAPÍTULO 6 SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS 6.1. Considerações Iniciais A evolução das fachadas em Portugal Casos de estudo Envolvente Exterior Opaca Envolvente Interior Opaca Envidraçados CAPÍTULO 7 COMPARAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS 7.1 Considerações Iniciais Localização em Coimbra Moradia Unifamiliar Fração na Cobertura Fração no nível intermédio Fração no 1º Andar Análise do Desempenho Energético em Coimbra CAPÍTULO 8 CONCLUSÕES 8.1 Síntese do Trabalho e Conclusões Gerais Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO I... 1 ANEXO II ANEXO III Bruno Gonçalo dos Reis Barros v

8 Índice de Figuras ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1. Evolução do consumo no sector doméstico (tep) e peso (%) do consumo do sector doméstico no consumo final total de energia, Figura 2.2. Repartição do consumo de energia final por sector, Figura 2.3. Evolução do consumo de energia total per capita e consumo no sector doméstico per capita (tep/habitante), Figura 2.4. Alojamentos que consomem energia por tipo de fonte Portugal, Figura 2.5. Consumo (tep) e despesa ( ) no alojamento Continente... 6 Figura 2.6. Distribuição do consumo de energia no alojamento por tipo de utilização - Portugal, Figura 2.7. Distribuição da despesa com energia no alojamento por tipo de utilização - Portugal, Figura 2.8. Distribuição do consumo de energia para Aquecimento do Ambiente por tipo de fonte - Portugal, Figura 2.9. Distribuição do consumo de energia para Aquecimento de Águas por tipo de fonte - Portugal, Figura 2.1. Distribuição da despesa com energia para Aquecimento de Águas por tipo de fonte - Portugal, Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Aquecimento do Ambiente por tipo de equipamento - Portugal, Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Arrefecimento do Ambiente por tipo de equipamento - Portugal, Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Aquecimento de Águas por tipo de equipamento - Portugal, Figura Consumo de energias renováveis e fósseis (%) no alojamento - Portugal, Figura Evolução do consumo de energia nos alojamentos por tipo de fonte de energia - Portugal, 1989, 1996 e Figura 5.1. Balanço Térmico em edifícios Figura 5.2. Âmbito de aplicação dos Regulamento Térmicos dos Edifícios Habitação Figura 5.3. Âmbito de aplicação dos Regulamento Térmicos dos Edifícios Habitação Figura 5.4. Cumprimento do RCCTE Figura 5.5. Zonas Climáticas de Inverno e de Verão Portugal Continental... 2 Figura 5.6. Representação esquemática de um desvão de cobertura não-habitado Figura 5.7. Representação Termográfica de Ponte Térmica Linear Figura 5.8. Representação Termográfica de Pontes Térmicas Planas Figura 5.9. Taxa de renovação horária devido à ventilação natural Figura 5.1. Perfis de temperatura de uma parede pesada ao longo do dia Figura 6.1. Evolução das fachadas em Portugal Figura 6.2. Alvenaria de Pedra Natural Figura 6.3. Parede dupla de tijolo furado com isolamento térmico Figura 6.4. Aplicação de Sistema de Isolamento pelo Exterior Figura 6.5. Aplicação de Sistema de Isolamento pelo Interior Figura 7.1. Necessidades Nominais de Energia Moradia em Coimbra Figura 7.2. Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Moradia em Coimbra Figura 7.3. Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento Moradia em Coimbra Bruno Gonçalo dos Reis Barros vi

9 Índice de Figuras Figura 7.4. Perdas por Pontes Térmicas Lineares Moradia em Coimbra Figura 7.5. A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Perdas pela Envolvente Exterior Opaca Moradia em Coimbra Figura 7.6. A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Necessidades de Aquecimento Moradia em Coimbra Figura 7.7. Perdas Térmicas Totais Moradia em Coimbra Figura 7.8. Necessidades Brutas de Aquecimento Moradia em Coimbra Figura 7.9. Ganhos Totais Úteis Moradia em Coimbra Figura 7.1. Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento Moradia em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Arrefecimento Moradia em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento após implementação de melhorias Moradia em Coimbra Figura Necessidades Nominais Globais de Energia Primária Moradia em Coimbra... 6 Figura Necessidades Nominais de Energia Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Perdas por Pontes Térmicas Lineares Fração sob Cobertura em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Perdas pela Envolvente Exterior Opaca Moradia em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Necessidades de Aquecimento Fração sob Cobertura em Coimbra Figura 7.2. Perdas Térmicas Totais Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Ganhos Totais Úteis Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Arrefecimento Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento após implementação das melhorias Fração sob cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais Globais de Energia Primária após implementação das melhorias Fração sob Cobertura em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento Fração intermédia em Coimbra Figura 7.3. Perdas por Pontes Térmicas Lineares Fração intermédia em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Perdas pela Envolvente Exterior Opaca Fração intermédia em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Necessidades de Aquecimento Fração intermédia em Coimbra Figura Perdas Térmicas Totais Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento Fração intermédia em Coimbra Figura Ganhos Totais Úteis Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Aquecimento Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Arrefecimento Fração intermédia em Coimbra Bruno Gonçalo dos Reis Barros vii

10 Índice de Figuras Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento após implementação das melhorias Fração intermédia em Coimbra Figura Necessidades Nominais Globais de Energia Primária após implementação das melhorias Fração intermédia em Coimbra Figura 7.4. Necessidades Nominais de Energia Fração 1º andar em Coimbra... 8 Figura Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Fração 1º Andar Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento Fração intermédia em Coimbra Figura Perdas por Pontes Térmicas Lineares Fração 1º andar em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Perdas pela Envolvente Exterior Opaca Fração 1º andar em Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Necessidades de Aquecimento Fração intermédia em Coimbra Figura Perdas Térmicas Totais Fração 1º andar em Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento Fração 1º andar em Coimbra Figura Ganhos Totais Úteis Fração 1º andar em Coimbra Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento Fração 1º andar em Coimbra Figura 7.5. Necessidades Nominais de Energia Útil de Arrefecimento Fração 1º andar em Coimbra.. 87 Figura Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento e Arrefecimento após implementação das melhorias Fração 1º andar em Coimbra Figura Necessidades Nominais Globais de Energia Primária Fração intermédia em Coimbra Figura Perdas por Pontes Térmicas Lineares Concelho de Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares nas Necessidades de Aquecimento Concelho de Coimbra... 9 Figura A influência do Fator de Forma nas Perdas por PTL Concelho de Coimbra Figura A influência do Fator de Forma nas Necessidades Brutas de Aquecimento (sem Renovação de Ar) Concelho de Coimbra Figura Necessidades Brutas de Aquecimento Concelho de Coimbra Figura A influência das Perdas por Pontes Térmicas Lineares Concelho de Coimbra Figura A influência das Perdas por Renovação de Ar nas Necessidades Brutas de Aquecimento Concelho de Coimbra Bruno Gonçalo dos Reis Barros viii

11 Índice de Tabelas ÍNDICE DE TABELAS Tabela 5.1. Extrato do Quadro III.1 do Anexo III Tabela 5.2. Quadro III.2 do Anexo III Tabela 5.3. Quadro III.3 do Anexo III Tabela 5.4. Extrato do Quadro III.8 do Anexo III Tabela 5.5. Quadro III.9 do Anexo III Tabela 5.6. Quadro VII.1 do Anexo VII Tabela 5.7. Tabela IV.1 do Anexo IV Tabela 5.8. Quadro IX.1 do Anexo IX Tabela 5.9. Quadro IV.2 do Anexo IV... 3 Tabela 5.1. Quadro IV.1 do Anexo IV Tabela Quadro VII.6 do Anexo VII Tabela Classificação Energética Tabela 7.2. Dados Climáticos referentes a Coimbra Tabela 7.2. Dados da Moradia Tabela 7.3. Necessidades Nominais de Energia Tabela 7.4. Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Tabela 7.5. Dados da Fração Tabela 7.6. Necessidades Nominais de Energia Tabela 7.7. Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Tabela 7.8. Dados da Fração... 7 Tabela 7.9. Necessidades Nominais de Energia... 7 Tabela 7.1. Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Tabela Dados da Fração Tabela Necessidades Nominais de Energia... 8 Tabela Necessidades Brutas de Aquecimento e Ganhos Totais Úteis Bruno Gonçalo dos Reis Barros ix

12 Abreviaturas ABREVIATURAS ADENE Agência para a Energia AQS Águas quentes sanitárias DGEG Direção Geral de Energia e Geologia EPS - Poliestireno expandido moldado ETICS - External Thermal Insulating Composite Systems - sistemas compósitos de isolamento térmico pelo exterior FF Fator de Forma GD2 Graus-dias de Aquecimento na base de 2ºC GPL Gás de Petróleo Liquefeito G Sul - Valor de referência da energia solar média mensal incidente numa superfície vertical orientada a Sul INE Instituto Nacional de Estatística I t - Classe de inércia térmica do edifício Na - Necessidades Nominais de Energia para Preparação de Águas Quentes Sanitárias Máximas [kwh/m 2.ano] N ac - Necessidades Nominais de Energia Útil para Preparação de Águas Quentes Sanitárias [kwh/m 2.ano] N i Necessidades Nominais de Aquecimento Máximas [kwh/m 2.ano] N ic Necessidades Nominais de Energia Útil de Aquecimento [kwh/m 2.ano] N t - Necessidades Máximas de Energia Primária [kgep/m 2.ano] N tc Necessidades Globais de Energia Primária [kgep/m 2.ano] N v - Necessidades Nominais de Arrefecimento Máximas [kwh/m 2.ano] N vc Necessidades Nominais de Energia Útil de Arrefecimento [kwh/m 2.ano] P3E Programa para a Eficiência Energética nos Edifícios RCCTE - Regulamento das Características do Comportamento Térmico em Edifícios (Decreto-Lei 8/26) R ph - Taxa de renovação de ar RSECE - Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização em Edifícios (Decreto-Lei 79/26) SCE - Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior dos Edifícios (Decreto-Lei 78/26) t ep Tonelada equivalente de petróleo U - Coeficiente de transmissão térmica superficial [W/m 2.ºC] XPS - Poliestireno expandido extrudido Bruno Gonçalo dos Reis Barros x

13 Glossário GLOSSÁRIO Águas Quentes Sanitárias (AQS) - água potável a temperatura superior a 35 C utilizada para banhos, limpezas, cozinha e outros fins específicos, preparada em dispositivo próprio, com recurso a formas de energia convencionais ou renováveis (RCCTE). Classe energética Classificação de desempenho energético da fração autónoma atribuída pelo SCE. Coeficiente de transmissão térmica - quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária desse elemento da envolvente por unidade de diferença de temperatura entre os ambientes que ele separa (RCCTE). Coeficiente de transmissão térmica médio dia-noite de um vão envidraçado - é a média dos coeficientes de transmissão térmica de um vão envidraçado com a proteção aberta (posição típica durante o dia) e fechada (posição típica durante a noite) e que se toma como o valor de base para o cálculo das perdas térmicas pelos vãos envidraçados de uma fração autónoma de um edifício em que haja ocupação noturna importante, por exemplo, habitações, estabelecimentos hoteleiros e similares, zonas de internamento de hospitais, etc. (RCCTE). Dispositivos auto-reguláveis de admissão de ar aberturas existentes nas fachadas e que não exigem a intervenção humana para que exista admissão de ar do exterior para o interior da fração ( Energia primária o recurso energético que se encontra disponível na natureza (petróleo, gás natural, energia hídrica, energia eólica, biomassa, solar). Exprime-se, normalmente, em termos da massa equivalente de petróleo (quilograma equivalente de petróleo kgep ou tonelada equivalente de petróleo tep). Há formas de energia primária (gás natural, lenha, Sol) que também podem ser disponibilizadas diretamente aos utilizadores, coincidindo nesses casos com a energia final (RCCTE). Energia renovável - é a energia proveniente do Sol, utilizada sob a forma de luz, de energia térmica ou de eletricidade fotovoltaica, da biomassa, do vento, da geotermia ou das ondas e marés (RCCTE). Energia útil, de aquecimento ou de arrefecimento é a energia-calor fornecida ou retirada de um espaço interior. É, portanto, independente da forma de energia final (eletricidade, gás, Sol, lenha, etc.) (RCCTE). Bruno Gonçalo dos Reis Barros xi

14 Glossário Envolvente Exterior é o conjunto dos elementos do edifício ou da fração autónoma que estabelecem a fronteira entre o espaço interior e o ambiente exterior (RCCTE). Envolvente Interior é a fronteira que separa a fração autónoma de ambientes normalmente não climatizados (espaços anexos «não úteis»), tais como garagens ou armazéns, bem como de outras frações autónomas adjacentes em edifícios vizinhos (RCCTE). Espaço não útil é o conjunto dos locais fechados, fortemente ventilados ou não, que não se encontram englobados na definição de área útil de pavimento e que não se destinam à ocupação humana em termos permanentes e, portanto, em regra, não são climatizados. Incluem-se aqui armazéns, garagens, sótãos e caves não habitados, circulações comuns a outras frações autónomas do mesmo edifício, etc. Consideram-se ainda como espaços não úteis as lojas não climatizadas com porta aberta ao público (RCCTE). Espaço útil é o espaço correspondente à área útil de pavimento (RCCTE). Estação convencional de aquecimento posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura média diária é inferior a 15 C e com termo no último decêndio anterior a 31 de Maio em que a referida temperatura ainda é inferior a 15 C (RCCTE). Estação convencional de arrefecimento é o conjunto dos quatro meses de Verão (Junho, Julho, Agosto e Setembro) em que é maior a probabilidade de ocorrência de temperaturas exteriores elevadas que possam exigir arrefecimento ambiente em edifícios com pequenas cargas internas (RCCTE). Fator de forma é o quociente entre o somatório das áreas da envolvente exterior (A ext ) e interior (A int ) do edifício ou fração autónoma com exigências térmicas e o respetivo volume interior (V) correspondente (RCCTE). Fator de utilização dos ganhos térmicos é a fração dos ganhos solares captados e dos ganhos internos que contribuem de forma útil para o aquecimento ambiente durante a estação de aquecimento (RCCTE). Fator solar de um vão envidraçado é o quociente entre a energia solar transmitida para o interior através de um vão envidraçado com o respetivo dispositivo de proteção e a energia da radiação solar que nele incide (RCCTE). Bruno Gonçalo dos Reis Barros xii

15 Glossário Fração autónoma corresponde a cada uma das partes de um edifício que seja dotada de contador individual de consumo de energia e/ou esteja separada do resto do edifício por uma barreira física contínua e cujo direito de propriedade ou fruição seja transmissível autonomamente. Graus-dias de aquecimento (base 2 C) é um número que caracteriza a severidade de um clima durante a estação de aquecimento e que é igual ao somatório das diferenças positivas registadas entre uma dada temperatura de base (2 C) e a temperatura do ar exterior durante a estação de aquecimento. As diferenças são calculadas com base nos valores horários da temperatura do ar (termómetro seco) (RCCTE). Isolamento térmico - é o material de condutibilidade térmica inferior a,65 W/m. C, ou cuja resistência térmica é superior a,3 m2. C/W (RCCTE). Necessidades nominais de energia útil de aquecimento (N ic ) é o parâmetro que exprime a quantidade de energia útil necessária para manter em permanência um edifício ou uma fração autónoma a uma temperatura interior de referência durante a estação de aquecimento (RCCTE). Necessidades nominais de energia útil de arrefecimento (N vc ) - é o parâmetro que exprime a quantidade de energia útil necessária para manter em permanência um edifício ou uma fração autónoma a uma temperatura interior de referência durante a estação de arrefecimento (RCCTE). Necessidades nominais de energia útil para produção de águas quentes sanitárias (N ac ) - é o parâmetro que exprime a quantidade de energia útil necessária para aquecer o consumo médio anual de referência de águas quentes sanitárias a uma temperatura de 6 C (RCCTE). Necessidades nominais globais de energia primária (N tc ) - é o parâmetro que exprime a quantidade de energia primária correspondente à soma ponderada das necessidades nominais de aquecimento (N ic ), de arrefecimento (N vc ) e de preparação de águas quentes sanitárias (N ac ), tendo em consideração os sistemas adotados ou, na ausência da sua definição, sistemas convencionais de referência, e os padrões correntes de utilização desses sistemas (RCCTE). Pé-direito - é a altura média, medida pelo interior entre o pavimento e o teto de uma fração autónoma de um edifício (RCCTE). Ponte térmica plana - é a heterogeneidade inserida em zona corrente da envolvente, como pode ser o caso de certos pilares e talões de viga (RCCTE). Bruno Gonçalo dos Reis Barros xiii

16 Glossário Solução construtiva conjunto de materiais adotados para as soluções de paredes, coberturas e pavimentos dos edifícios. Taxa de renovação do ar - é o caudal horário de entrada de ar novo num edifício ou fração autónoma para renovação do ar interior, expresso em múltiplos do volume interior útil do edifício ou da fração autónoma (RCCTE). Bruno Gonçalo dos Reis Barros xiv

17 1. Introdução CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1. Enquadramento Ao longo dos últimos anos o Homem tem procurado formas de alcançar comodidade no seu local de trabalho e, fundamentalmente, na sua habitação. Se no início o importante era conseguir a comodidade independentemente da forma, hoje em dia tal já não se verifica. Conceitos importantes como a eficiência energética numa habitação (fração autónoma), sistemas de climatização eficientes e qualidade do ar interior estão já enraizados no nosso quotidiano. No entanto, para chegar a este nível de exigência e eficiência, o Governo Português criou regulamentos para avaliar e melhorar o desempenho energético dos edifícios e dos sistemas de climatização utilizados, à semelhança do que havia sido feito pela Comunidade Europeia. Surge assim um conjunto de Regulamentos cujo principal objetivo é o de melhorar o desempenho energético dos edifícios e a qualidade do ar interior. O decreto-lei n.º 78/26 de 4 de Abril aprova o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios. O decreto-lei n.º 79/26 de 4 de Abril aprova o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE). O decreto-lei n.º 8/26 de 4 de Abril aprova o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE). A entrada em vigor deste conjunto de Regulamentos fez-se em fases distintas, consoante os diferentes tipos de edifícios. Assim temos: 3 de Julho de 26: início da aplicação dos novos RCCTE e RSECE; 1 de Julho de 27: início da aplicação do SCE a novos grandes edifícios (A> 1m 2 ) que peçam licença ou autorização de construção após esta data; 1 de Julho de 28: início da aplicação do SCE a novos grandes edifícios (A> 1m 2 ) que peçam licença ou autorização de construção após esta data; 1 de Janeiro de 29: início da aplicação do SCE a todos os restantes edifícios, incluindo os existentes. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 1

18 1. Introdução 1.2. Objetivos e Metodologia O desenvolvimento deste trabalho teve como objetivo estudar a influência da envolvente opaca no comportamento energético segundo o RCCTE. Para cumprir este objetivo procedeu-se a uma recolha bibliográfica numa perspetiva de obter um conhecimento mais aprofundado da legislação que vigora atualmente em Portugal sobre Eficiência Energética dos Edifícios e Qualidade do Ar Interior. Realizaram-se estudos com soluções construtivas distintas para caracterizar o comportamento térmico de diferentes edifícios e frações autónomas em diferentes zonas climáticas de Portugal Organização do Trabalho O presente trabalho desenvolve-se ao longo de oito capítulos, fazendo-se em seguida uma sumária descrição do seu conteúdo. Neste capítulo inicial faz-se o enquadramento da temática abordada, descrevem-se os objetivos a atingir, a metodologia seguida e ainda se descrevem os conteúdos de cada capítulo. No segundo capítulo descreve-se a evolução da situação energética em Portugal bem como a distribuição dos consumos de energia nos edifícios. O terceiro capítulo aborda a Legislação Portuguesa e Europeia acerca da Eficiência Energética. Serão mencionados os objetivos, âmbitos de aplicação e metodologias dos Regulamentos implementados para esse efeito. No capítulo quarto explicitam-se os conceitos de Conforto Termo Higrométrico e Qualidade do Ar em Edifícios. No quinto capítulo analisa-se o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (Decreto-Lei 8/26). São apresentados os principais parâmetros e índices de caraterização, bem como a metodologia de cálculo das diferentes Necessidades de Energia Útil. No sexto capítulo descrevem-se as soluções construtivas estudadas bem como a evolução histórica das soluções de fachadas em Portugal. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 2

19 1. Introdução No sétimo capítulo apresenta-se a comparação e análise de resultados das soluções construtivas abordadas para os diferentes casos de estudo. No oitavo capítulo apresentam-se as considerações finais sobre a influência da envolvente opaca no comportamento energético segundo o RCCTE. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 3

20 2. A Situação Energética em Portugal CAPÍTULO 2 A SITUAÇÃO ENERGÉTICA EM PORTUGAL 2.1. Considerações Iniciais A globalização das tecnologias da construção e a insuficiente legislação portuguesa sobre a matéria fez com que, em Portugal, se assistisse a um aumento exponencial e desenfreado da construção residencial, recorrendo a imitações de modas importadas e uso de novas tecnologias, totalmente desajustadas ao clima português, preterindo-se séculos de tradição e sabedoria na construção. Para colmatar esta deficiente construção, verificou-se um aumento exponencial dos consumos de energia nos edifícios. Figura 2.1. Evolução do consumo no sector doméstico (tep) e peso (%) do consumo do sector doméstico no consumo final total de energia, (Balanço Energético DGEG, 211) O aumento do consumo energético em edifícios existentes é explicado por (DGEG, 24): Isolamento térmico insuficiente nos elementos opacos da envolvente; Influência das pontes térmicas na envolvente dos edifícios; Presença de humidade nos edifícios, que afeta o desempenho energético e durabilidade dos mesmos; Fraco desempenho térmico dos vãos envidraçados e portas; Falta de proteções solares adequadas nos vãos envidraçados, originando sobreaquecimento no interior dos edifícios; Ventilação não-controlada, criando maiores necessidades de aquecimento e maiores níveis de humidade relativa no Inverno e sobreaquecimento no Verão; Funcionamento dos sistemas de climatização, mesmo quando as janelas estão abertas; Climatização desnecessária de espaços. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 4

21 2. A Situação Energética em Portugal Com o aumento do rendimento disponível das famílias e a facilidade de recurso ao crédito verificada nos últimos 15 anos, tem-se verificado um crescimento contínuo do parque residencial em Portugal e, consequentemente, um aumento do consumo de energia final 18% (Balanço Energético DGEG, 29). Figura 2.2. Repartição do consumo de energia final por sector, 29. (Balanço Energético DGEG, 29) A este fator, soma-se o aumento da exigência relacionada com o conforto térmico no interior das habitações por parte dos utilizadores e o crescimento do número de equipamentos elétricos disponíveis nas habitações (DGEG, 211). Figura 2.3. Evolução do consumo de energia total per capita e consumo no sector doméstico per capita (tep/habitante), (Balanço Energético DGEG, 211). A eletricidade é a principal e a mais comum fonte de energia utilizada no sector doméstico, sendo utilizada em 99,9% dos alojamentos e representando cerca de 43% do consumo global de energia. Relativamente à fatura energética, 62% da despesa total nos alojamentos corresponde a gastos com eletricidade. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 5

22 2. A Situação Energética em Portugal Figura 2.4. Alojamentos que consomem energia por tipo de fonte Portugal, 211. (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21) Consumo de Energia no Setor Doméstico No que diz respeito ao consumo de energia no sector doméstico, a parcela afeta ao Aquecimento de Águas Sanitárias e Cozinha representa 63% do total de consumo e corresponde a 68% da despesa energética para as famílias. Importa salientar que o Aquecimento Ambiente apesar de representar 21,5% do consumo de energia no alojamento, representa apenas 11% da despesa energética. Este facto deve-se ao recurso à fonte de energia mais económica, a lenha (68% da energia consumida para Aquecimento Ambiente corresponde a lenha) (Balanço Energético DGEG, 211). Figura 2.5. Consumo (tep) e despesa ( ) no alojamento Continente, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 6

23 2. A Situação Energética em Portugal Figura 2.6. Distribuição do consumo de energia no alojamento por tipo de utilização - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Figura 2.7. Distribuição da despesa com energia no alojamento por tipo de utilização - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Figura 2.8. Distribuição do consumo de energia para Aquecimento do Ambiente por tipo de fonte - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 7

24 2. A Situação Energética em Portugal No que diz respeito ao consumo e despesa com energia para o Aquecimento de Águas Sanitárias (AQS), verifica-se uma grande heterogeneidade relativamente aos tipos de energia utilizados. No entanto, verifica-se uma maior expressão no GPL (Gás de Petróleo Liquefeito) Garrafa Butano e Gás Natural (Balanço Energético DGEG, 211). Figura 2.9. Distribuição do consumo de energia para Aquecimento de Águas por tipo de fonte - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Figura 2.1. Distribuição da despesa com energia para Aquecimento de Águas por tipo de fonte - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). As condições de conforto e qualidade de ar interior que um determinado espaço oferece dependem das soluções construtivas utilizadas e dos sistemas de aquecimento e arrefecimento utilizados. Como tal, importa caracterizar o parque residencial em Portugal, no que diz respeito aos equipamentos utilizados, para aumentar o conforto térmico e, se possível, reduzir os custos energéticos. Analisando o parque residencial em Portugal, verifica-se que 78% dos alojamentos dispõem de equipamentos para o Aquecimento do Ambiente. Destes alojamentos, 61% recorrem ao aquecedor elétrico como principal equipamento para suprir essa necessidade (Balanço Energético DGEG, 211). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 8

25 2. A Situação Energética em Portugal Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Aquecimento do Ambiente por tipo de equipamento - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Por sua vez, apenas 23% do total de alojamentos utilizam equipamentos para o Arrefecimento do Ambiente. Neste capítulo, verifica-se que o ventilador é utilizado em 7% desses alojamentos. (Balanço Energético DGEG, 211). Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Arrefecimento do Ambiente por tipo de equipamento - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Tal como foi referido anteriormente, o Aquecimento de Águas Sanitárias apresenta-se, conjuntamente com a cozinha, como o principal consumidor de energia elétrica e o sector que mais contribui para a fatura energética. Assim, importa caracterizar o sector que mais contribui para a definição da Classificação Energética da habitação (como veremos de seguida). Verifica-se que o Esquentador é o equipamento mais utilizado para o Aquecimento de Águas, representando 79% do total. Segue-se o recurso a caldeiras (12% do total), onde em 57% dos casos se encontram ligadas ao sistema de aquecimento central. Em 55% dos casos a fonte de energia utilizada é a biomassa. O recurso a energia solar para Aquecimento de Águas ainda tem pouca expressão nos alojamentos em Portugal (2%) (Balanço Energético DGEG, 211). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 9

26 2. A Situação Energética em Portugal Figura Alojamentos que utilizam equipamentos para Aquecimento de Águas por tipo de equipamento - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21) Tipos de Energia Relativamente ao parque residencial em Portugal, o consumo de energias fósseis no alojamento atinge os 75%, enquanto que o consumo de energias renováveis apenas diz respeito a 25%. Tal distribuição contribui para a contínua emissão de dióxido de carbono (CO 2 ) e de outros gases responsáveis pelo aumento do efeito de estufa, uma vez que a produção de energia é feita a partir de recursos fósseis (petróleo, carvão e gás natural). No entanto este panorama é pouco animador, uma vez que Portugal, devido á escassez de recursos próprios, é altamente vulnerável às flutuações dos preços internacionais, nomeadamente do preço do petróleo (Balanço Energético DGEG, 211). Figura Consumo de energias renováveis e fósseis (%) no alojamento - Portugal, 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Avaliando a situação energética de Portugal, verifica-se que a eletricidade é a principal fonte de energia utilizada (43%) (Figura 2.5). Comparativamente com anos anteriores, verifica-se um elevado crescimento (16% em 1989 e 28% em 1996). Tal como foi referido anteriormente, este crescimento é explicado com o aumento do rendimento disponível das famílias e com a maior exigência ao nível de conforto térmico e qualidade do ar interior (Balanço Energético DGEG, 211). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 1

27 2. A Situação Energética em Portugal Figura Evolução do consumo de energia nos alojamentos por tipo de fonte de energia - Portugal, 1989, 1996 e 21 (INE/DGEG Inquérito ao Consumo de Energia no Sector Doméstico 21). Para inverter esta situação, reduzir a fatura energética e aumentar o conforto térmico e a qualidade do ar interior, podem ser adotadas medidas simples mas que se revelam bastante eficazes, tais como (DGEG, 211): Comportamentos diários inteligentes e racionalização no uso de sistemas eletrodomésticos; Reforço térmico dos edifícios; Controlo das infiltrações de ar; Recurso a energia solar térmica para Aquecimento de Águas Sanitárias, preterindo o recurso a gás e eletricidade; Recurso a sistemas de ventilação mecânica forçada nas habitações e a tecnologias solares passivas (painéis fotovoltaicos); Escolha de equipamentos energeticamente eficientes. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 11

28 3. A Legislação Portuguesa e Europeia CAPÍTULO 3 A LEGISLAÇÃO PORTUGUESA E EUROPEIA 3.1. Considerações Iniciais O primeiro documento a regulamentar as exigências de conforto térmico e de qualidade de ar interior em edifícios em Portugal foi o Decreto Lei n.º 4/9, de 6 de Fevereiro. Esta primeira versão do RCCTE apresentava uma metodologia de cálculo semelhante à que atualmente existe no RCCTE, isto é, decretava a exigência de requisitos mínimos de qualidade térmica, verificações automáticas e uma metodologia geral de verificação. Para regulamentar os edifícios com consumos de energia para climatização mais significativos, foi criado o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização dos Edifícios (RSECE), através do Decreto Lei n.º 118/98, de 7 de Maio. Este documento veio substituir o Regulamento da Qualidade dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RQSECE), e tinha como âmbito principal de aplicação os edifícios de serviços e edifícios residenciais, caso estes fossem dotados de sistemas de aquecimento ou arrefecimento com potência nominal superior a 25 kw. Com a assinatura do Protocolo de Quioto por parte da Europa (e o consequente compromisso com a redução da emissão de gases poluentes que provocam o efeito de estufa), para fazer face ao crescente consumo de energia nos alojamentos na Europa (cerca de 7% ao ano, entre 1997 e 24) e reduzir a dependência energética da Europa face aos países exportadores das fontes primárias de energia de origem fóssil (estimada em 8% para o ano de 22), surge em 22 a Diretiva Comunitária 22/91/CE, de 16 de Dezembro. Esta Diretiva tem como objetivo melhorar a eficiência energética dos edifícios, reduzir o consumo de energia e assim, reduzir as emissões de CO 2. Para atingir tal objetivo, os Estados Membros da União Europeia devem: Adotar uma metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios; Estabelecer requisitos mínimos para o desempenho dos novos edifícios e dos grandes edifícios existentes que sejam sujeitos a importantes intervenções de reabilitação; Assegurar a Certificação Energética dos Edifícios, através da emissão de um Certificado de Desempenho Energético com validade de 1 anos; Assegurar uma inspeção regular aos equipamentos responsáveis pela Qualidade do Ar Interior e pelo Aquecimento Ambiente dos Edifícios. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 12

29 3. A Legislação Portuguesa e Europeia 3.2. Programa para a Eficiência Energética nos Edifícios (P3E) Como resposta à Diretiva Europeia, a Direção Geral de Geologia e Energia (DGGE) apresenta em 22 o Programa para a Eficiência Energética nos Edifícios (P3E), que reúne um conjunto de medidas estratégicas que pretendem moderar a tendência de crescimento dos consumos energéticos nos edifícios em Portugal. Entre as medidas previstas no P3E destacam-se: A revisão do Regulamento das Características De Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), aprovado pelo Decreto Lei n.º 4/9; A revisão do Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE), aprovado pelo Decreto Lei n.º 118/98; A introdução da Certificação Energética de Edifícios; A definição de requisitos de formação e competência técnica para os técnicos intervenientes no processo de aplicação da regulamentação; A organização de ações de formação acreditadas obrigatórias para a qualificação dos técnicos; Promoção da utilização de energias renováveis nos edifícios O RCCTE Decreto Lei 8/26 A revisão do RCCTE ocorre para decretar as regras a observar no projeto de todos os edifícios habitacionais e de serviços sem sistemas de climatização ou com sistemas de potência nominal inferior a 25 kw. De uma forma resumida, as alterações mais importantes introduzidas no RCCTE (Decreto-Lei 8/26) foram: O nível de exigência duplicou em alguns pontos, nomeadamente no coeficiente de transmissão térmica de referência; Avaliação mais detalhada das diferentes zonas climáticas de Portugal; Nova forma de cálculo, mais detalhada para as pontes térmicas planas e lineares; Perdas térmicas pelo solo são contabilizadas; Cálculo das necessidades nominais de aquecimento (N ic ) e arrefecimento (N vc ) é feito por um método diferente, ao encontro das normas europeias abrangidas pela Diretiva Comunitária 22/91/CE; Consideração de novos parâmetros, como o fator de forma do edifício (FF) e a permeabilidade ao ar das caixilharias; Contabilizam-se os gastos energéticos com as Águas Quentes Sanitárias (AQS); Colocação obrigatória de coletores solares (salvo raras exceções); Consideram-se as necessidades globais de energia primária. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 13

30 3. A Legislação Portuguesa e Europeia Com esta revisão do RCCTE (Decreto Lei 4/9), surge um regulamento térmico em Portugal (Decreto Lei 8/26), que visa a eficiência energética das habitações, minimizando as situações patológicas nos elementos da construção provocadas pela ocorrência de condensações superficiais ou internas. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 14

31 4. Conforto Termo-higrométrico e Qualidade do Ar em Edifícios CAPÍTULO 4 CONFORTO TERMO-HIGROMÉTRICO E QUALIDADE DO AR EM EDIFÍCIOS 4.1. Conforto termo-higrométrico À semelhança de outras noções de conforto, a noção de conforto termo-higrométrico não é de fácil definição, visto relacionar-se com sensações humanas. Podemos afirmar que um indivíduo experiencia conforto termo-higrométrico no interior de um edifício quando, ao desempenhar as suas atividades do dia-a-dia e dotado de vestuário apropriado, não sente qualquer desconforto relacionado com trocas de calor exageradas com o ambiente e desigualdades excessivas de temperatura entre diferentes partes do corpo. Para que tal se verifique, deverá existir um equilíbrio entre um conjunto de condições bio-fisiológicas sem violentação das funções orgânicas (Rodrigues et al, 29). O estado de neutralidade térmica depende dos seguintes fatores: Ambiente: temperatura do ar, temperatura radiante média (temperatura uniforme de um contorno fictício negro fechado para o qual resultam trocas de calor com o indivíduo iguais às verificadas com a temperatura do contorno real), velocidade e humidade relativa do ar; Tipo de ocupação: nível de atividade e tipo de vestuário. No sentido de atingir o equilíbrio térmico, o organismo reage automaticamente: Reduzindo a sua temperatura superficial e aumentando a produção interna de energia, quando experimenta baixas temperaturas; Aumentado a sua temperatura superficial e dissipando calor através de transpiração e perspiração (eliminação de suor pelo nosso corpo, de forma constante e em quantidades mínimas), quando experimenta altas temperaturas. À semelhança de condições fisiológicas, também fatores de natureza psicológica e sociológica (sexo, idade, estrato socio-cultural, etc..) importam contabilizar na sensação térmica causada pelo ambiente (Rodrigues et al, 29) Qualidade do Ar Interior de Edifícios No que diz respeito à qualidade do ar interior de edifícios é do senso comum abrir as janelas das habitações/locais de trabalho para remover o ar viciado, substituindo-o por ar puro. Esse ar viciado é produto das atividades humanas realizadas em ambientes fechados (inspiração de oxigénio e expiração de dióxido de carbono e vapor de água; expelição de micróbios; contaminação com fumos, poeiras e partículas). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 15

32 4. Conforto Termo-higrométrico e Qualidade do Ar em Edifícios Assim, surge a necessidade (e obrigatoriedade) de ventilação de edifícios, recorrendo a caudais mínimos de renovação do ar que limitam o teor em poluentes, reduz os riscos de condensações interiores e possibilita temperaturas e velocidades do ar dentro de limites aceitáveis de conforto (Rodrigues et al, 29). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 16

33 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) CAPÍTULO 5 O RCCTE (DECRETO LEI 8/26) 5.1. Considerações Iniciais As condições de conforto termo-higrométrico podem ser asseguradas por diferentes processos, exigindo para isso diferentes custos de construção e de exploração dos edifícios. Importa por isso conhecer e prever o comportamento energético dos edifícios no sentido de assegurar as condições de conforto exigíveis, recorrendo às menores quantidades de energia possíveis. Assim, o RCCTE procura simular o balanço energético entre o ambiente interior e exterior do edifício. Figura 5.2. Balanço Térmico em edifícios (Térmica de Edifícios, 29) 5.2. Âmbito de aplicação O novo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios aplica-se: A todas as frações autónomas de todos os novos edifícios sem sistemas de climatização; A grandes intervenções de remodelações ou de alteração na envolvente ou nas instalações de preparação de Águas Quentes Sanitárias (cujo custo seja superior a 25% do valor do edifício, calculado com base num valor de referência C ref ) dos edifícios sem sistemas de climatização; A ampliações de edifícios existentes (apenas na nova área construída). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 17

34 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Seguidamente, apresentam-se duas figuras que ilustram o âmbito de aplicação dos Regulamentos Térmicos para Edifícios de Habitação e de Serviços. Figura 5.2. Âmbito de aplicação dos Regulamento Térmicos dos Edifícios Habitação (ADENE) Figura 5.3. Âmbito de aplicação dos Regulamento Térmicos dos Edifícios Habitação (ADENE) Bruno Gonçalo dos Reis Barros 18

35 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) 5.3. Índices e Parâmetros de Caracterização Os índices térmicos fundamentais a quantificar são: Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (N ic ); Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (N vc ); Necessidades nominais anuais de energia para produção de águas quentes sanitárias (N ac ); Necessidades globais de energia primária (N tc ). Para complementar o estudo térmico da habitação, existem ainda os seguintes parâmetros a quantificar: Coeficiente de transmissão térmica superficial (U) e linear (Ψ) dos elementos da envolvente; Classe de inércia térmica do edifício (I t ); Fator solar dos vãos envidraçados; Taxa de renovação de ar (R ph ). Após o cálculo energético da habitação, os valores de cálculo nominais anuais das necessidades de energia (arrefecimento, aquecimento, águas quentes sanitárias e primária) não podem ser superiores aos valores máximos admissíveis para cada necessidade de energia. A somar a esta condição, deve-se garantir o cumprimento dos seguintes requisitos mínimos: Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos da envolvente opaca; Fatores solares dos vãos envidraçados (horizontais e verticais) com área total superior a 5% da área útil de pavimento do espaço que servem, desde que não orientados ente Noroeste e Nordeste. Figura 5.4. Cumprimento do RCCTE (ADENE). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 19

36 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) 5.4. Caracterização Climática de Portugal De acordo com o RCCTE, Portugal Continental é dividido em três zonas climáticas de Inverno (I1, I2 e I3) e em três zonas climáticas de Verão (V1, V2, V3). Apesar de apresentar algumas semelhanças com o RCCTE de 199, os limites das diversas zonas climáticas foram adaptados tendo em conta: as novas condições interiores de referência (2ºC no Inverno e 25ºC no Verão), os dados climáticos mais recentes e as novas ferramentas informáticas que possibilitam o tratamento conjunto dos dados climáticos e orográficos disponíveis (Camelo et al, 26). A estação de aquecimento corresponde ao período do ano com início no primeiro decêndio posterior a 1 de Outubro em que a temperatura média diária é inferior a 15ºC e termina no último decêndio anterior a 31 de Maio em que a referida temperatura ainda é inferior a 15ºC. Figura 5.5. Zonas Climáticas de Inverno e de Verão Portugal Continental (RCCTE, Anexo III, Fig. III.1 e Fig. III.2). Relativamente às Regiões Autónomas, temos: i. Açores Zonas climáticas de Inverno: I1 localidades situadas até 6m de altitude; I2 localidades situadas entre 6m e 1m de altitude; I3 localidades situadas acima de 1m de altitude. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 2

37 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) ii. Açores Zonas climáticas de Verão: V1. iii. Madeira Zonas climáticas de Inverno: I1 localidades situadas até 8m de altitude; I2 localidades situadas entre 8m e 11m de altitude; I3 localidades situadas acima de 11m de altitude. iv. Madeira Zona climática de Verão: V1. A divisão do País nas diferentes zonas climáticas de Inverno foi estabelecida a partir do número de Graus-dias de Aquecimento (GD2) na base de 2ºC (Camelo et al, 26). Este número caracteriza a severidade de um clima durante a estação de aquecimento e é igual ao somatório das diferenças positivas registadas entre uma dada temperatura de base (2ºC) e a temperatura do ar exterior durante a estação de aquecimento. As temperaturas são calculadas com base nos valores horários da temperatura do ar (termómetro seco). Por sua vez, a divisão nas diferentes zonas climáticas de Verão foi obtida com base nos valores atualizados da temperatura exterior de projeto, que corresponde à temperatura seca do ar exterior que não é excedida, em média, durante mais do que 2,5% do período correspondente à estação convencional de arrefecimento (1 de Junho a 3 de Setembro) (Camelo et al, 26). Para possibilitar o cálculo das necessidades nominais de aquecimento e de arrefecimento, o RCCTE discrimina o zonamento climático por concelho e disponibiliza a seguinte informação (RCCTE, Anexo III, Quadro III.1): Zona climática de Inverno; Número de graus-dia de aquecimento na base de 2ºC (GD2); Duração da estação de aquecimento (meses); Zona climática de Verão; Temperatura externa do projeto (ºC); Amplitude térmica (ºC). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 21

38 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Tabela 5.3. Extrato do Quadro III.1 do Anexo III (RCCTE) Em Portugal Continental, para contabilizar a influência da altitude a que se situa a localidade e da sua proximidade à costa litoral, devem ser feitas correções ao zonamento climático de Inverno e de Verão que o quadro anterior fornece. Assim, devem ser consultados os Quadros III.2 e III.3 do Anexo III do RCCTE relativamente à altitude, e a Secção 1.2 do Anexo III do RCCTE relativamente à proximidade à costa litoral. Tabela 5.2. Quadro III.2 do Anexo III (RCCTE) Bruno Gonçalo dos Reis Barros 22

39 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Tabela 5.3. Quadro III.3 do Anexo III (RCCTE) Outro parâmetro climático que caracteriza a localidade é o valor de referência da energia solar média mensal incidente numa superfície vertical orientada a Sul (G Sul ) na estação de aquecimento, e é obtido através do Quadro III.8 do Anexo III do RCCTE. Tabela 5.4. Extrato do Quadro III.8 do Anexo III (RCCTE) As zonas climáticas de Verão (V1, V2 ou V3) estão ainda divididas em Região Norte e Região Sul. A Região Sul abrange toda a área a sul do rio Tejo e os concelhos de Lisboa, Oeiras, Cascais, Amadora, Loures, Odivelas, Vila Franca de Xira, Azambuja, Cartaxo e Santarém. A região Norte abrange todos os restantes concelhos. Esta divisão interessa para a obtenção dos valores de referência de Verão das temperaturas exteriores (θ atm ) e da intensidade da radiação solar incidente (I r ) em superfícies exteriores com diversas orientações (Camelo et al, 26). Estes parâmetros são obtidos através do Quadro III.9 do Anexo III do RCCTE. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 23

40 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Tabela 5.5. Quadro III.9 do Anexo III (RCCTE) 5.5. Coeficiente de transmissão térmica superficial (U) O coeficiente de transmissão térmica superficial (U) [W/m 2.ºC] de um elemento da envolvente é a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária desse elemento da envolvente por unidade de diferença de temperatura entre os ambientes que ele separa. (RCCTE, Anexo II, Definições). O seu valor é obtido através da equação 1: (1) Em que: R j Resistência térmica da camada j [m 2.ºC/W]; R si, R se Resistências térmicas superficiais interior e exterior [m 2.ºC/W]. O cálculo do valor de U de um elemento da envolvente depende de vários fatores, nomeadamente se trata de um elemento construído por camadas homogéneas ou heterogéneas, se inclui ou não a presença de espaços de ar e do grau de ventilação desses espaços de ar (Camelo et al, 26). Os valores das resistências térmicas superficiais em função da posição do elemento construtivo e do sentido do fluxo de calor são obtidos através do Quadro VII.1 do Anexo VII do RCCTE. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 24

41 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Tabela 5.6. Quadro VII.1 do Anexo VII (RCCTE) A publicação do LNEC Coeficientes de Transmissão Térmica de Elementos da Envolvente dos Edifícios contém uma listagem extensa do valor dos coeficientes de transmissão térmica (U) dos elementos mais comuns, obtidos segundo este método de cálculo. Quando um edifício utilize uma solução construtiva não tabelada nessa publicação, o valor de U deve ser obtido usando os princípios de cálculo descritos nas normas europeias EN ISSO 6946 e EN ISSO (RCCTE, Anexo VII, Secção 1.1). De acordo com o RCCTE, quando exista um espaço não-útil, isto é, não aquecido, a separar um espaço aquecido interior do ambiente exterior, o cálculo das trocas térmicas reporta-se obrigatoriamente ao elemento que separa os espaços útil e não-útil. No cálculo do U para esta situação, são adotados os valores das resistências superficiais exteriores R se iguais às resistências superficiais interiores (R si ), ou seja (Camelo et al, 26): (2) Em que: R j Resistência térmica da camada j [m 2.ºC/W]; R si Resistência térmica superficial interior [m 2.ºC/W]. A figura 5.6. ilustra uma dessas situações, representando uma cobertura inclinada sobre desvão não-habitado e as resistências térmicas das camadas a considerar no cálculo do U da cobertura (Camelo et al, 26). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 25

42 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Figura 5.6. Representação esquemática de um desvão de cobertura não-habitado (Térmica de Edifícios, 29) Em que: 1 Revestimento exterior da cobertura; 2 Espaço não-útil; 3 Laje de esteira horizontal; 4 Espaço útil; τ Coeficiente de redução de perdas para locais não-aquecidos; U Coeficiente de transmissão térmica superficial [W/m 2.ºC]; R j Resistência térmica da camada j [m 2.ºC/W]; R si, R se Resistências térmicas superficiais interior e exterior [m 2.ºC/W]. Os elementos que separam um espaço útil interior de um espaço não-útil constituem a envolvente interior. Nestas situações importa salientar a utilização do coeficiente de redução das perdas térmicas para locais não-aquecidos (τ), que é obtido através da Tabela IV.1 do Anexo IV do RCCTE. Tabela 5.7. Tabela IV.1 do Anexo IV (RCCTE) Bruno Gonçalo dos Reis Barros 26

43 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Em que: A i área do elemento que separa o espaço útil do espaço não-útil; A u área do elemento que separa o espaço não-útil do espaço exterior Pontes Térmicas A existência de pontes térmicas na envolvente opaca dos edifícios está na origem de várias anomalias frequentemente detetadas, como por exemplo condensações superficiais, que propiciam o desenvolvimento de fungos e bolores. O RCCTE obriga à quantificação das pontes térmicas, quer sejam elas planas ou lineares. A figura 5.7 ilustra a representação termográfica de uma Ponte Térmica Linear, e a figura 5.8 representa termograficamente as Pontes Térmicas Planas. Figura 5.7. Representação Termográfica de Ponte Térmica Linear ( Figura 5.8. Representação Termográfica de Pontes Térmicas Planas ( Pontes Térmicas Planas A ponte térmica plana representa a heterogeneidade inserida em zona corrente da envolvente, como por exemplo certos pilares, caixas de estore e talões de viga (RCCTE, Anexo II, Definições). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 27

44 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) O RCCTE para minimizar as perdas térmicas, define que o valor máximo admissível para o coeficiente de transmissão térmica destas zonas, medido de forma unidimensional na direção normal à envolvente, deve satisfazer as seguintes condições: Ser igual ou inferior ao dobro do valor de U da zona corrente dos elementos em que estão inseridas (paredes, pavimentos ou coberturas); Ser igual ou inferior aos coeficientes de transmissão máximos admissíveis, definidos pelo Quadro IX.1 do Anexo IX do RCCTE. Tabela 5.8. Quadro IX.1 do Anexo IX (RCCTE) Pontes Térmicas Lineares No que diz respeito às principais perdas térmicas, o RCCTE modificou a sua forma de cálculo, passando a considerar que estas ocorrem principalmente nos pontos singulares da envolvente e contabilizando-as individualmente através de coeficientes de transmissão térmica lineares (Ψ) [W/m.ºC] ao invés de fatores de concentração de perdas (Camelo et al, 26). Assim, as pontes térmicas lineares são calculadas através do produto do valor do coeficiente Ψ pelo desenvolvimento linear da ponte térmica, medido pelo interior (Camelo et al, 26). Este coeficiente está definido para os seguintes casos correntes: Pavimentos em contacto com o terreno Tabela IV.2.1 do Anexo IV do RCCTE; Paredes em contacto com o terreno Tabela IV.2. do Anexo IV do RCCTE; E para as seguintes configurações tipo (Tabela IV.3 do Anexo IV do RCCTE): a) Ligação da fachada com pavimentos térreos; b) Ligação da fachada com pavimentos sobre locais não-aquecidos ou exteriores; Bruno Gonçalo dos Reis Barros 28

45 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) c) Ligação da fachada com pavimentos intermédios; d) Ligação da fachada com cobertura inclinada ou terraço; e) Ligação da fachada com varanda; f) Ligação entre duas paredes verticais; g) Ligação da fachada com caixa de estores; h) Ligação da fachada com padieira, ombreira ou peitoril. Nos casos não considerados nas tabelas referidas anteriormente, adota-se o valor convencional de Ψ =,5 W/m.ºC Taxa de Renovação de Ar (R ph ) Tal como foi referido anteriormente, para assegurar condições de higiene e uma qualidade mínima do ar interior, os edifícios devem ser ventilados, natural ou mecanicamente, por um caudal mínimo de ar. Estes caudais de ventilação devem ser reduzidos ao mínimo necessário para diminuir os acréscimos de consumo de energia que advém da manutenção dos níveis interiores de conforto programados. No sentido de contabilizar as trocas de calor envolvidas, o RCCTE estuda este balanço nas necessidades nominais de energia útil Ventilação Natural Os caudais de ventilação, quando obtidos por via natural (através de ação térmica ou do vento) têm um grau de incerteza elevado devido à aleatoriedade das causas e da atitude dos utentes face à abertura de vãos de portas e janelas. O distinto comportamento dos utentes pode, em casos extremos, originar desperdícios consideráveis de energia (abertura exagerada de vãos) bem como causar condensações e deterioração do ar interior (inexistência de hábitos de arejamento) (Rodrigues et al, 29). Para precaver estas situações, surge a Norma NP que, através de exigências construtivas, assegura a ventilação mínima das habitações mesmo sem a intervenção dos utentes Edifícios conforme a Norma NP Sempre que os edifícios estejam em conformidade com as disposições da norma NP (o que deve ser demonstrado clara e inequivocamente pelo responsável pela aplicação do RCCTE), o valor de R ph a adotar é de,6 h -1 (RCCTE, Anexo IV; Secção 3.2). Bruno Gonçalo dos Reis Barros 29

46 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Nomeadamente: As fachadas dos edifícios devem dispor de dispositivos de admissão de ar auto reguláveis que garantam os caudais nominais especificados nos compartimentos servidos para uma gama de pressões de 1 a 2 Pa; Portas exteriores ou para zonas não-úteis vedadas por borracha ou equivalente em todo o seu perímetro; Não existência de meios mecânicos de insuflação ou extração de ar, nomeadamente extração mecânica nas instalações sanitárias; Se o único dispositivo de ventilação mecânica presente for o exaustor da cozinha, considera-se que o edifício é ventilado naturalmente uma vez que este só funciona durante períodos curtos de tempo Outros Edifícios Para os restantes edifícios ventilados naturalmente, o valor de R ph é obtido em função da classe de exposição ao vento (tabela 5.9) e da permeabilidade ao ar da sua envolvente (Quadro IV.1, Anexo IV, RCCTE). Tabela 5.9. Quadro IV.2 do Anexo IV (RCCTE) Bruno Gonçalo dos Reis Barros 3

47 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Tabela 5.1. Quadro IV.1 do Anexo IV (RCCTE) Ventilação Mecânica Para assegurar os caudais mínimos de ventilação, os edifícios podem recorrer a sistemas de ventilação mecânica, nomeadamente sistemas de extração nas instalações sanitárias. Nestes casos, a taxa de renovação horária R ph a considerar inclui os caudais de ar correspondentes à ventilação mecânica e ventilação natural. Genericamente, o valor de R ph é dado pela equação 3: (3) Em que: V f caudal devido à ventilação mecânica (m 3 /h); V x caudal devido à ventilação natural (m 3 /h); V volume útil interior da fração autónoma (m 3 ). Para que a contribuição da ventilação natural seja desprezada, é necessário que o desequilíbrio entre os caudais insuflados e extraídos mecanicamente seja superior a:,1 h -1 no caso de edifícios com exposição Exp.1;,25 h -1 no caso de edifícios com Exp.2;,5 h -1 no caso de edifícios com Exp.3 ou 4. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 31

48 5. O RCCTE (Decreto Lei 8/26) Nas restantes situações, a taxa de renovação horária devido à ventilação natural (V x /V) toma os seguintes valores: Figura 5.9. Taxa de renovação horária devido à ventilação natural (Camelo et al, 26). Analisando o gráfico anterior, verificamos que, no caso de sistemas de ventilação mecânica equilibrados (V ins = V ev ), a taxa de renovação horária devido a ventilação natural é,3 h -1,,7 h -1 e 1 h -1 para edifícios com Exp.1, Exp.2 e Exp.3 ou 4 respetivamente. Estes valores variam linearmente até,1 h -1 para os casos limites de desequilíbrio de caudais de insuflação e de extração especificados anteriormente. O caudal devido à ventilação mecânica V f é o maior valor do caudal insuflado e do caudal extraído. Para efeitos do RCCTE, a taxa de renovação nominal (R ph ) nunca pode ser inferior a,6 h -1, não se contabilizando neste limite o caudal extraído por exaustores de cozinha ou ventiladores de casa de banho, cujo funcionamento é apenas pontual (RCCTE, Anexo IV; Secção 3.2.2) 5.8. Inércia Térmica A inércia térmica de uma fração autónoma consiste na capacidade de um elemento (parede, pavimento e cobertura) absorver calor e a maior ou menor facilidade com que o liberta ao fim de um certo tempo. Bruno Gonçalo dos Reis Barros 32