Carla Sofia Ribeiro Mendes

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1 UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO CERTIFICAÇÃO ENERGÉTICA DE UM LAR DE IDOSOS DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE Carla Sofia Ribeiro Mendes VILA REAL, 2011 i

2 Dissertação apresentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, realizada sob orientação científica do Professor Doutor Amadeu Duarte da Silva Borges, do Departamento de Engenharias da Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro. ii

3 Agradecimentos Ao meu orientador Professor Doutor Amadeu Borges, pelo acompanhamento ao longo do desenvolvimento do trabalho. Ao Engº Helder Galrinho perito qualificado, PQ00589, nas três vertentes do SCE (RCCTE, RSCE E-Energia e RSECE QAI), que permitiu que esta auditoria se realizasse, agradeço o apoio e disponibilidade demonstrada. Aos meus pais e irmãos pelo esforço e dedicação e apoio para que pudesse chegar a esta meta. Aos meus amigos, em especial ao Bruno que sempre estiveram presentes nos momentos mais difíceis, com palavras de encorajamento e carinho. A todos quero deixar uma palavra de gratidão e de reconhecimento pessoal. A todos o meu MUITO OBRIGADO. iii

4 Resumo A implementação do sistema de certificação energético (SCE) surge após a consciencialização da problemática dos grandes consumos de energia por parte dos edifícios. O presente trabalho tem como finalidade avaliar energeticamente e ambientalmente os consumos de um Lar de Idosos sito em Viseu, mais concretamente em Fornos de Algodres e propor medidas que possibilitem tornar o edifício mais eficiente. Para avaliar os consumos do edifício utilizou-se o software Energyplus com interface gráfico do DesignBuilder, em que obtemos consumos de 10,91 MWh em equipamentos, 49,76 MWh em iluminação, 4,73 MWh em ventilação, 98,05 e 3,06 MWh em aquecimento e arrefecimento, respectivamente, e 45,68 MWh em AQS. Estes consumos atribuem ao edifício uma classe energética de D, sendo o seu IEE nominal de 45,898 kgep/m 2.ano. Após atribuição da classe energética do edifício foram sugeridas medidas que permitem a diminuição dos consumos e das emissões de CO 2. As medidas propostas neste trabalho são: diminuição da densidade de iluminação, sistema solar térmico para aquecimento de Águas Quentes Sanitárias, isolamento da laje, isolamento da envolvente envidraçada, guarda-vento e porta da sala de convívio e substituição da caldeira a gás propano por um sistema equivalente a biomassa. A medida de reduzir a densidade de iluminação foi a que se mostrou mais eficiente, de uma densidade de 11,5 W/m 2 para 3,46 W/m 2, o que representa uma diminuição de 10,96 tep anuais. A medida de substituição da caldeira a gás por caldeira a biomassa mostra-se uma medida muito eficiente a nível ambiental. Esta medida permite uma diminuição anual de 20,25 toneladas de CO 2 anualmente, que se traduz em 505,07 toneladas de CO 2 no final da vida útil deste projecto (20 anos). Esta medida permite uma redução superior a 80% das emissões. iv

5 A implementação de todas as medidas de melhoria leva a que o edifício obtenha a classificação energética B. Com isto, podemos afirmar que teremos um edifício mais eficiente não só a nível energético mas também ambiental. Palavras-Chave: Certificação Energética, Eficiência Energética, Energia, Edifícios Eficientes v

6 Abstract The implementation of energy certification system (ECS) comes after awareness of the problem of large energy consumption by buildings. This study aims to evaluate energy consumption and environmentally a Home for the Elderly located in Viseu, specifically in Forno de Algodres and propose measures to enable make the building more efficient. To evaluate the consumption of the building were used the graphical interface software's to EnergyPlus DesignBuilder, we get that consumption of MWh in equipment, MWh in lighting, 4.73 MWh in ventilation, and 3 06 MWh in heating and cooling, respectively, and MWh in DHW. These figures attach to building an energy class D, and its IEEnominal of kgep/m 2.ano. After assigning the energy class of the building were suggested measures enabling the reduction of fuel consumption and CO2 emissions. The measures proposed in this paper are: thinning of the lighting, solar thermal system for heating domestic hot water, insulation slab, insulation surrounding the glass, keep the wind and living room door and replacement of the boiler by a propane system equivalent to biomass. The measure to reduce the illumination density that was proved more efficient, a density of 11.5 W/m 2 to 3.46 W/m 2, representing an annual decrease of toe. The proxy measure for the gas boiler for biomass boiler is shown as a very efficient environmentally. This measure provides an annual decrease of tons of CO 2, which translates to tons of CO 2 at the end of life of the project (20 years). This measure allows a reduction of more than 80% of emissions. vi

7 The implementation of all measures leads to improvement of the building to get energy rating B. With this, we can say that building a more efficient not only in energy but also the environment. Keywords: Energy certification, Energy Efficiency, Energy Efficient Buildings vii

8 Índice Agradecimentos. Resumo.. Abstract.. Índice Geral.. Índice de Figuras... Índice de Tabelas. Lista de Acrónimos. iii iv vi viii xi xiv xvii 1. Introdução Sumário executivo Objectivos e âmbito 3 2. Regulamento SCE Noções introdutórias Tratado de Quioto e evolução da legislação Portuguesa Sistema nacional de certificação energética e qualidade do ar interior dos edifícios Organização, objectivos e funcionamento do SCE Certificado energético de edifícios Peritos qualificados Objectivos do RCCTE/RSECE Calendarização Tipos de edifícios abrangidos pelo RCCTE/RSECE Caso de estudo Metodologia e etapas do estudo energético do edifício viii

9 3.2. Caracterização do edifício Localização Descrição do edifício Condições de cálculo Condições exteriores de projecto Condições interiores de projecto Caracterização térmica da envolvente opaca Paredes Coberturas Pavimentos Pontes térmicas Espaços não úteis Inércia térmica Caracterização da envolvente envidraçada Padrões nominais de referência de utilização do edifício Ocupação Iluminação interior Equipamentos Caudais de ar novo nominais Padrões reais de utilização do edifício Ocupação. 52 ix

10 Iluminação interior Equipamentos Especificações técnicas do edifício Ventilação Sistemas de climatização Sistemas electromecânicos Águas quentes sanitárias Caracterização do consumo do edifício Consumo anual de energia do edifício Tarifários de energia eléctrica e gás propano do edifício Avaliação das necessidades de um plano de racionalização energético (PRE) Simulação dinâmica Afinação do modelo geométrico Simulação dinâmica Consumos estimados Repartição dos consumos anuais por sistema e tipo de energia (kwh e kgep) Repartição dos custos anuais por sistema e energia ( ) Cálculo do indicador de eficiência energética e respectiva classificação Ineficiências detectadas Medidas de melhoria a implementar para reduzir o consumo global de energia Redução da densidade de iluminação Poupança energética e ambiental 78 x

11 Análise económica Solar térmico para aquecimento de águas quentes sanitárias Poupança energética e ambiental Análise económica Isolamento da laje de esteira Poupança energética e ambiental Análise económica Isolamento da envolvente envidraçada, guarda-vento e porta da sala de convívio Poupança energética e ambiental Análise económica Substituição da actual caldeira a gás propano por caldeira a biomassa (pellets) Poupança energética e ambiental Análise económica Classificação energética após implementação das medidas de melhoria Conclusões e trabalho futuro 98 Referências Bibliográficas xi

12 Índice de Figuras Figura 2.1: Consumo Total de energia Final por Sector de Actividade (ktep); fonte: DGEG - Direcção Geral de Energia e Geologia.. 7 Figura 2.2: Pacote Legislativo do SCE, Fonte: ADENE 9 Figura 2.3: Exemplo de modelo de Certificado Energético de um Edifício 13 Figura 2.4:Informação Contida num Certificado Energético; Fonte: ADENE 19 Figura 3.1: Localização (Google Earth) 29 Figura 3.2 : Planta de Localização 30 Figura 3.3: Planta Lar de Idosos - Piso Figura 3.4: Planta Lar de Idosos - Piso Figura 3.5: Localização das Paredes Exteriores - Piso Figura 3.6: Localização das Paredes Exteriores - Piso 1 38 Figura 3.7: Localização das Paredes Interiores - Piso 0 39 Figura 3.8: Localização das Paredes Interiores - Piso Figura 3.9: Localização da Cobertura Pesada Horizontal Interior - Piso Figura 3.10: Localização do Pavimento Exterior. 41 Figura 3.11: Localização do Pavimento Interior. 42 Figura 3.12: Perfil Nominal para Ocupação, Fonte: Decreto-Lei nº79/ Figura 3.13: Perfil Nominal para Iluminação, Fonte: Decreto-Lei nº79/ xii

13 Figura 3.14: Perfil Nominal para Equipamentos, Fonte: Decreto-Lei nº79/ Figura 3.15: Repartição do Consumo de Energia Final, ano Figura 3.16: Repartição do Consumo de Energia Primária, ano Figura 3.17: Consumos por Tarifário de Energia Eléctrica, Ano Figura 3.18: Custos Anuais de Energia Eléctrica e Gás Propano, Ano Figura 3.19: Fluxograma de Avaliação da Necessidade de Elaborar PRE 64 Figura 4.1: Repartição Anual dos Consumos, em Energia Final 71 Figura 4.2: Repartição Anual dos Consumos, em Energia Primária. 72 Figura 4.3: Repartição Anual dos Custos, em Euros 73 Figura 5.1: Layout Solterm. 82 Figura 5.2: Energia Obtida Anualmente pelo Sistema Térmico em kwh Figura 5.3: Discrepância de Consumos, Antes e Após Implementação das Medidas de Melhoria, Euros 97 xiii

14 Índice de Tabelas Tabela 1.1: Medidas de Melhoria a Realizar. 2 Tabela 2.1: Informação Contida num Certificado Energético; Fonte: ADENE. 14 Tabela 2.2: Validade dos Certificados Energéticos; Fonte: ADENE Tabela 2.3: Âmbito de Aplicação RCCTE; Fonte: ADENE 20 Tabela 3.1: Metodologia de Realização de Auditorias Energéticas. 28 Tabela 3.2: Caracterização do Edifício e Sistemas 32 Tabela 3.3: Descrição Sucinta do Lar de Idosos. 32 Tabela 3.4: Síntese de Dados do Lar de Idosos.. 33 Tabela 3.5: Condições Exteriores de Projecto. 35 Tabela 3.6: Condições Interiores de Projecto. 35 Tabela 3.7: Representação dos Elementos da Envolvente Opaca. 36 Tabela 3.8: Pontes Térmicas Lineares Envolvente Exterior 44 Tabela 3.9: Pontes Térmicas Lineares Envolvente Interior. 44 Tabela 3.10: Valores do Coeficiente de Redução de Perdas.. 45 Tabela 3.11: Características dos Vãos Envidraçados 47 Tabela 3.12: Padrão de Referência Hotel 3 ou menos estrelas, Fonte: Decreto-Lei nº79/ Tabela 3.13: Caudais de Ar Novo Nominais 51 Tabela 3.14: Ocupação Real.. 52 Tabela 3.15: Iluminação Real 53 Tabela 3.16: Equipamentos Instalados no Lar 54 Tabela 3.17: Consumos Anuais de Energia, Ano xiv

15 Tabela 3.18: Emissões de CO 2 por Consumos de Energia Eléctrica e Gás Propano. 60 Tabela 3.19: Repartição dos Consumos de Energia Eléctrica por Horário 61 Tabela 3.20: Cálculo IEE de Referência Ponderado. 65 Tabela 3.21: Consumos Anuais, Simulação Real. 65 Tabela 3.22: Cálculo IEE Real de Simulação. 65 Tabela 4.1: Consumos Anuais, Simulação Real 68 Tabela 4.2: Consumos Anuais, Simulação Nominal. 71 Tabela 4.3: Cálculo do S Ponderado e IEE de Referência de Edifícios Novos Ponderado Tabela 4.4: Classificação Energética 74 Tabela 4.5: Classificação Energética do Edifício Tabela 5.1: Local e Quantidade de Lâmpadas a Substituir.. 78 Tabela 5.2: Redução dos Consumos com Redução da Densidade de Iluminação 78 Tabela 5.3: Comparação dos Consumos Após Redução da Densidade de Iluminação. 79 Tabela 5.4: Poupanças, em Euros, Associadas á Redução da Densidade de Iluminação. 80 Tabela 5.5: Poupanças, em Energia Primária, Associadas á Redução da Densidade de Iluminação. 80 Tabela 5.6: Diminuição das Emissões com a Redução da Densidade de Iluminação Tabela 5.7: Redução dos Consumos com Implementação do Solar Térmico.. 84 Tabela 5.8: Poupanças, em Energia Primária, Associadas á Implementação do Solar Térmico.. 84 Tabela 5.9: Poupanças, em Euros, Associadas á Implementação do Solar térmico 84 Tabela 5.10: Diminuição das Emissões com Implementação do Solar Térmico xv

16 Tabela 5.11: Redução dos Consumos com Isolamento da Laje Tabela 5.12: Comparação dos Consumos Após Isolamento da Laje. 87 Tabela 5.13: Poupanças Associadas ao Isolamento da Laje 87 Tabela 5.14: Poupanças, em Energia Primária, Associadas ao Isolamento da Laje 88 Tabela 5.15: Diminuição das Emissões com o Isolamento da Laje 88 Tabela 5.16: Redução dos Consumos com Isolamento da Envolvente, Guarda-Vento e Portas na Sala de Convívio 90 Tabela 5.17: Poupanças, em Energia Primária, Associadas ao Isolamento da Envolvente, Guarda-Vento e Portas na Sala de Convívio 90 Tabela 5.18: Poupanças, em Euros, Associadas ao Isolamento da Envolvente, Guarda- -Vento e Portas na Sala de Convívio 90 Tabela 5.19: Diminuição das Emissões com Isolamento da Envolvente, Guarda-Vento e Portas na Sala de Convívio 91 Tabela 5.20: Poupanças, em Euros, Associadas à Substituição da Caldeira a Gás Propano. 94 Tabela 5.21: Emissões de CO 2 Actuais 94 Tabela 5.22: Diminuição das Emissões com a Substituição da Caldeira a Gás Propano. 92 Tabela 5.23: Diferença dos Consumos do Edifício, Antes e Após Implementação das Medidas.. 96 Tabela 5.24: Classificação Energética após Aplicação de Cada Medida de Melhoria. 96 xvi

17 Lista de Acrónimos ADENE Agência para a Energia APA Agência Portuguesa do Ambiente AQS Águas quentes sanitárias CO 2 Dióxido de carbono DGEG Direcção Geral de Energia e Geologia ENU Espaços não úteis GEE Gases de efeito de estufa GES Grandes edifícios ou fracções autónomas de serviços HcC Edifícios de habitação ou cada uma das suas fracções autónomas com sistemas de climatização com potência instalada superior a 25 kw IEE Indicador de eficiência energética Kgep Kilograma equivalente de petróleo kwh Kilowatt hora LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil MW Megawatt NT-SCE-01 Nota Técnica do Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar interior OET Ordem dos Engenheiros Técnicos PEScC Pequenos edifícios ou fracções autónomas de serviços com sistemas de climatização com potência instalada superior a 25 kw PRE Plano de racionalização energético PRS Período de retorno simples P&R SCE, 2009 Perguntas e Respostas do SCE P&R RCCTE, 2011 Perguntas e Respostas do RCCTE P&R RSECE, 2011 Perguntas e Respostas do RSECE QAI Qualidade do ar interior RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios RSECE Regulamento dos sistemas energéticos de climatização em edifícios SCE Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar interior TIR Taxa interna de rentabilidade Tep Tonelada equivalente de petróleo U coeficiente de condutibilidade térmica VAL Valor actual líquido xvii

18 Capítulo 1 Introdução 1.1 Sumário executivo Efectuada a análise prévia do edifício e levantamento de informação relevante do edifício procedeu-se à construção do modelo geométrico tridimensional para efectuar a simulação dinâmica de forma a avaliar o consumo do edifício nas condições reais e nominais e respectivo cálculo do indicador de eficiência para obtenção da classe energética. Do levantamento da facturação de energia do edifício, do ano 2010, o consumo global do Lar de Idosos em energia eléctrica foi de kwh e de kg de gás propano, o que equivale a kwh. No global, são contabilizados kgep de energia eléctrica e kgep de gás propano, o que perfaz um total de 34,77 tep (toneladas equivalente de petróleo). Após construção e afinação do modelo geométrico do edifício foi obtido um IEE nominal igual a 45,898 kgep/m 2.ano, o que enquadra o edifício na classe energética D. Apresentada a classe energética do edifício foram propostas medidas de melhoria, apresentadas na Tabela 1.1, para redução do consumo global de energia e diminuição das emissões de CO 2 para a atmosfera. 1

19 Tabela 1.1: Medidas de Melhoria a Realizar Medida Investimento ( ) Poupança Anual ( ) Redução Consumo Energia Primária (tep) Poupança Anual (MWh) Redução Emissão Anual (ton/co 2) Período Retorno Simples (PRS) (Anos) VAL ( ) TIR (%) Redução da Densidade de Iluminação Solar Térmico Para Aquecimento de AQS Isolamento da Laje de esteira 2 500, ,00 10,96 32,19 20,19 7, ,1 169, , ,30 20,01 23,28 4,99 13, ,78 7, ,00 995,25 13,37 10,97 2,33 10,5 8632,14 10,81 Isolamento da Envolvente, Guarda-Vento e Portas 9 200, ,90 1,20 14,01 3,00 7, ,85 16,22 Substituição da actual Caldeira a Gás Propano por Caldeira a Biomassa (Pellets) , ,88 25,21 2, ,01 37,41 Após a implementação das medidas apresentadas o edifício obterá a classe energética de B. 2

20 1.2 Objectivos e âmbito Com a evolução e o decorrer dos anos os consumos de energia têm vindo a aumentar de forma descontrolada. Por este motivo, foi necessário aplicar medidas que obrigassem a consumos mais controlados e mais eficientes. Desta forma e com uma visão sustentável mesmo antes da assinatura do Tratado de Quioto surge regulamentação para impulsionar a eficiência energética dos edifícios, mas apenas em 2006 aparece regulamentação, Decreto-Lei nº79/2006 (RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios) e o Decreto-Lei nº80/2006 (RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios), que estabelece e esclarece os conceitos e objectivos do comportamento térmico e dos sistemas energéticos de climatização dos edifícios. Estruturalmente a dissertação está dividida em vários Capítulos que se podem agrupar em duas partes distintas: uma primeira, originária da revisão bibliográfica efectuada, onde se abordada a temática do Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar interior (SCE) e uma segunda parte, correspondente ao caso de estudo, e que está dividido no levantamento efectuado na auditoria energética e a atribuição da classe energética correspondente, antes e após implementação das medidas de melhoria. Cada Capítulo começará com uma pequena introdução e acabará com uma conclusão. No Capítulo dedicado à regulamentação do SCE (Capítulo 2) é apresentada uma revisão bibliográfica relacionada com o Sistema de Certificação de Edifícios. Começou-se por definir a organização, os objectivos e o funcionamento do SCE bem como o objectivo, validade, conteúdo e finalidade dos certificados energéticos dos edifícios. São referenciadas as funções dos peritos qualificados na emissão dos certificados energéticos. Neste Capítulo também são definidos os objectivos, a calendarização, os tipos de edifícios abrangidos e as fases de aplicação tanto no RCCTE como no RSECE. 3

21 No caso de estudo do Lar de Idosos, localizado em Viseu (Capítulo 3), é definida uma metodologia e feita uma caracterização e descrição do edifício. São definidas as condições de cálculo, exteriores e interiores. Neste Capítulo é feita uma especificação da envolvente opaca e envidraçada, em que são caracterizadas as paredes, as coberturas, os pavimentos, as pontes térmicas, a inércia térmica e os espaços não úteis. No Capítulo 3 são definidos os padrões nominais de referência, como os padrões nominais de ocupação, de iluminação interior, dos equipamentos e dos caudais de ar novo, e os padrões reais de utilização do edifício, onde são utilizados valores obtidos da auditoria energética. São descritos também, com valores e características auferidas na auditoria energética, o tipo de ventilação, os sistemas electromecânicos, que neste caso é apenas um elevador e as necessidades de Águas Quentes Sanitárias. A última parte deste Capítulo serve essencialmente para caracterizar os consumos reais do edifício, ou seja, são analisadas as facturas de energia eléctrica e gás propano, de um ano relevante, neste caso do ano de 2010, e é avaliada a necessidade de um Plano de Racionalização Energético. No Capítulo 4 (Simulação Dinâmica) é feita uma afinação do modelo geométrico, em que se realiza uma comparação entre o IEE real de simulação e o IEE facturação, em que não pode haver um discrepância maior que 10%. Após esta fase são discriminados os consumos estimados, ou consumos nominais e repartidos por consumos, tanto por sistema como por tipo de energia. Estes valores são apresentados em energia primária, em energia final e em Euros. Neste Capítulo é calculado o IEE nominal e atribuída a respectiva classe energética do edifício e são indicadas as ineficiências do edifício, detectadas no decorrer da auditoria energética. No Capítulo 5 (Medidas de Melhoria), são apresentadas as medidas que pensamos vir a contribuir para a redução do consumo global de energia e 4

22 melhorar o conforto dos utilizadores do edifício. Também foi atribuída a nova classe energética resultante da implementação de todas as medidas de melhoria estudadas. 5

23 Capítulo 2 Regulamento SCE Com o aumento das necessidades da população tornou-se necessário implementar medidas que, ao mesmo tempo que satisfazem essas necessidades, também impõem limites sustentáveis para o planeta. Este Capítulo terá como pressuposto cimentar os conhecimentos de certificação energética e da legislação que lhe é aplicável e que se tornam necessários na análise energética do edifício, que será objecto de estudo no Capítulo Noções introdutórias Tratado de Quioto e evolução da Legislação Portuguesa O exacerbado consumo de energia proveniente do aumento dos níveis de exigência de conforto da população e falta de regulamentação para impor limites, levam a emissão exagerada dos Gases com Efeito de Estufa (GEE) e às consequentes alterações climáticas que daí advêm. Como podemos observar através do Figura 2.1, em Portugal, o consumo de energia no sector doméstico corresponde a cerca de 20% do consumo total de energia final. Na Europa, este consumo corresponde a cerca de 40% 6

24 Figura 2.1: Consumo Total de energia Final por Sector de Actividade (ktep); Fonte: DGEG- Direcção Geral de Energia e Geologia Com a consciência, por parte de toda a comunidade científica, das alterações que se faziam sentir a nível ambiental e após um longo período de negociações dos países signatários, em 16 de Fevereiro de 2005, na designada COP-3 é assinado o Tratado de Quioto, onde se estabelece uma meta de redução dos GEE s, para o período de No tratado fica determinado que os países signatários devem reduzir as suas emissões em 5,2% em relação aos níveis do ano de Mesmo antes da assinatura do Tratado de Quioto começa a surgir regulamentação para impulsionar o aumento da eficiência energética dos edifícios e em 1990 surge o regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, Decreto-Lei nº40/90, de 6 de Fevereiro (RCCTE) e em 1998 aparece o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE), Decreto-Lei nº118/98, de 7 de Maio. Estes dois regulamentos sofrem uma nova versão em 2006 com a saída do Decreto- -Lei nº79/2006 e o Decreto-Lei nº80/2006, que passam a estabelecer e esclarecer melhor os conceitos e objectivos do comportamento térmico e dos sistemas energéticos de climatização dos edifícios. 7

25 2.2 Sistema nacional de certificação energética e da qualidade do ar interior dos edifícios Como sita o Decreto-Lei nº78/2006 que transpõe a directiva 2002/91/CE, deverá ser implementado um sistema nacional de certificação energética de forma a informar o cidadão sobre a qualidade térmica dos edifícios, aquando da construção, da venda ou do arrendamento dos mesmos exigindo também que o sistema de certificação abranja, igualmente, todos os grandes edifícios públicos e edifícios frequentemente visitados pelo público. A certificação energética permite aos futuros utentes obter informação sobre os consumos de energia potenciais, no caso dos novos edifícios ou no caso de edifícios existentes sujeitos a grandes intervenções de reabilitação, dos seus consumos reais ou aferidos para padrões de utilização típicos, passando o critério dos custos energéticos, durante o funcionamento normal do edifício, a integrar o conjunto dos demais aspectos importantes para a caracterização do edifício. Nos edifícios existentes, a certificação energética destina-se a proporcionar informação sobre as medidas de melhoria de desempenho, com viabilidade económica, que o proprietário pode implementar para reduzir as suas despesas energéticas e, simultaneamente, melhorar a eficiência energética do edifício. Mas este Decreto-Lei vai mais além da directiva ao integrar as questões da Qualidade do Ar Interior (QAI), exigindo a monitorização de QAI nos edifícios de serviços durante o seu funcionamento normal. O Decreto-Lei nº78/2006 Sistema Nacional de Certificação Energética e QAI dos Edifícios (SCE), que define regras e métodos para verificação da aplicação efectiva dos regulamentos às novas edificações, bem como, numa fase posterior, aos imóveis já construídos, está inserido num pacote legislativo, como é apresentado na Figura 2.2, que integra também o Decreto-Lei nº79/2006 (Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios RSECE), aplicável neste âmbito aos edifícios de serviços e o Decreto-Lei nº80/2006 (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios RCCTE), aplicável aos edifícios de habitação. 8

26 Figura 2.2: Pacote Legislativo do SCE; Fonte: ADENE Segundo as perguntas e respostas do SCE (P&R SCE, 2009), disponibilizadas pela ADENE (Agência para a Energia), o RCCTE veio estabelecer requisitos de qualidade para os novos edifícios de habitação e de pequenos edifícios de serviços sem sistemas de climatização, nomeadamente ao nível das características da envolvente (paredes, envidraçados, pavimentos e coberturas), limitando as perdas térmicas e controlando os ganhos solares excessivos. Este regulamento impõe limites aos consumos energéticos da habitação para climatização e produção de águas quentes sanitárias, num claro incentivo à utilização de sistemas eficientes e de fontes energéticas com menor impacte em termos de consumo de energia primária. A nova legislação determina também a obrigatoriedade da instalação de colectores solares e valoriza a utilização de outras fontes de energia renovável na determinação do desempenho energético do edifício. O RSECE veio igualmente definir um conjunto de requisitos aplicáveis a edifícios de serviços e de habitação dotados sistemas de climatização, os quais, para além dos aspectos da qualidade da envolvente e da limitação dos consumos energéticos, abrangem também a eficiência e manutenção dos sistemas de climatização dos edifícios, obrigando igualmente à realização de auditorias periódicas aos edifícios de serviços. Neste regulamento, a qualidade do ar interior surge também com requisitos que abrangem as taxas de renovação do ar interior nos espaços e a concentração máxima dos principais poluentes. 9

27 2.2.1 Organização, objectivos e funcionamento do SCE De acordo com o artigo 2º do Decreto-Lei nº78/2006, o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior tem como finalidade: a) Assegurar a aplicação regulamentar, nomeadamente no que respeita às condições de eficiência energética, à utilização de sistemas de energias renováveis e, ainda, às condições de garantia da qualidade do ar interior, de acordo com as exigências e disposições contidas no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e no Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE); b) Certificar o desempenho energético e a qualidade do ar interior nos edifícios; c) Identificar as medidas correctivas ou de melhoria de desempenho aplicáveis aos edifícios e respectivos sistemas energéticos, nomeadamente caldeiras e equipamentos de ar condicionado, quer no que respeita ao desempenho energético, quer no que respeita à qualidade do ar interior. No artigo 6º do Decreto-Lei acima referido, delega à agência para a energia (ADENE) a gestão do SCE à qual compete: a) Assegurar o funcionamento regular do sistema, no que respeita à supervisão dos peritos qualificados e dos processos de certificação e de emissão dos respectivos certificados; b) Aprovar o modelo dos certificados de desempenho energético e da qualidade do ar interior nos edifícios, ouvidas as entidades de supervisão e as associações sectoriais; c) Criar uma bolsa de peritos qualificados do SCE e manter informação actualizada sobre a mesma no seu sítio da Internet; d) Facultar, online, o acesso a toda a informação relativa aos processos de certificação aos peritos que os acompanham. Sendo esta entidade sujeita à supervisão da Direcção Geral de Geologia e Energia (DGGE, actual DGEG Direcção Geral de Energia e Geologia) e do 10

28 Instituto do Ambiente (IA, actual APA Agência Portuguesa do Ambiente) no que respeita à certificação e eficiência energética e à qualidade do ar interior Certificado energético de edifícios O certificado energético é um documento que quantifica o desempenho energético e qualifica a qualidade do ar interior de um edifício ou fracção autónoma, como explicado nas P&R SCE, 2009 na questão C.1. Como podemos verificar na Figura 2.3 e na Tabela 2.1, o certificado energético informa num formato simples o desempenho energético do edifício, as emissões de dióxido de carbono que os consumos do edifício acarretam e respectivas necessidades energéticas, sendo estas de aquecimento, arrefecimento e para águas quentes sanitárias. As necessidades de energia são apresentadas em energia primária (kgep/m 2 ) e em energia final (kwh/m 2 ). O certificado possibilita também a apresentação de propostas de melhoria nas quais são analisados os custos, a redução no consumo de energia e o respectivo pay-back simples que levarão a uma melhoria do desempenho energético do edifício (classe energética melhor). Neste documento é também incluída uma descrição dos elementos mais relevantes, a nível regulamentar, da envolvente tal como paredes, coberturas, pavimentos, vãos envidraçados e ainda dos sistemas de climatização, dos sistemas de produção de AQS, do aproveitamento energético a partir de fontes de energia renovável e dos sistemas de ventilação. O certificado é emitido por um Perito Qualificado no âmbito do SCE e como podemos observar na Tabela 2.2, os certificados terão a validade de 10 anos no caso de certificados no âmbito do RCCTE. No caso dos edifícios sujeitos ao RSECE, no que se refere à Qualidade do Ar Interior, a periodicidade das auditorias, com consequente emissão dos certificados, são as seguintes: Edifícios ou locais que funcionem como estabelecimentos de ensino ou de qualquer tipo de formação, desportivos e centros de lazer, creches, 11

29 infantários ou instituições e estabelecimentos para permanência de crianças, centros de idosos, lares e equiparados, hospitais, clínicas e similares: 2 anos; Edifícios ou locais que alberguem actividades comerciais, de serviços, de turismo, de transportes, de actividades culturais, escritórios e similares: 3 anos; Restantes casos: 6 anos. Ainda no âmbito do RSECE, referente aos edifícios de serviços novos, prevê-se a primeira auditoria energética, com consequente emissão de certificado energético, ao final do 3º ano de utilização dos mesmos. A periodicidade das auditorias energéticas nos grandes edifícios de serviços existentes é de 6 anos. 12

30 Figura 2.3: Exemplo de Modelo de Certificado Energético de um Edifício; Fonte: ADENE 13

31 Tabela 2.1: Informação Contida num Certificado Energético; Fonte: ADENE 14

32 Tabela 2.2: Validade dos Certificados Energéticos; Fonte: ADENE Peritos qualificados O artigo 7º do Decreto-Lei nº78/2006 profere que a função de perito qualificado pode ser exercida, a título individual ou ao serviço de organismos privados ou públicos, por um arquitecto, reconhecido pela Ordem dos Arquitectos, ou por um engenheiro, reconhecido pela Ordem dos Engenheiros, ou por um engenheiro técnico, reconhecido pela Associação Nacional dos Engenheiros Técnicos (actual OET Ordem dos Engenheiros Técnicos), nos termos definidos no RCCTE e RSECE e desde que possuam qualificações específicas para o efeito. O artigo 8º discrimina que compete aos Peritos Qualificados: a) Registar, na ADENE, no prazo de cinco dias, a declaração de conformidade regulamentar emitida no decurso do procedimento de licenciamento ou de autorização, nos termos previstos no RCCTE e RSECE; b) Avaliar o desempenho energético e a qualidade do ar interior nos edifícios e emitir o respectivo certificado, aquando do pedido de emissão da licença ou autorização de utilização, procedendo ao respectivo registo, na ADENE, no prazo de cinco dias; 15

33 c) Proceder à análise do desempenho energético e da qualidade do ar nas auditorias periódicas previstas no RSECE e emitir o respectivo certificado, registando-o na ADENE, no prazo de cinco dias, com menção a medidas de melhoria devidamente identificadas, assumindo a responsabilidade do seu conteúdo técnico; d) Realizar as inspecções periódicas a caldeiras e a sistemas e equipamentos de ar condicionado, nos termos do RSECE, e emitir o respectivo certificado, registando-o na ADENE, nos termos previstos na alínea anterior Objectivos do RCCTE/RSECE RCCTE Desde 1990, com o Decreto-Lei nº40/90 de 6 de Fevereiro, começamos a ter imposições nos projectos de novos edifícios e de grandes reabilitações por forma a salvaguardar a satisfação das condições de conforto térmico sem recorrer a quantidades excessivas de energia quer no inverno quer no verão. Este Decreto visa também garantir a minimização dos efeitos patológicos da construção, derivados das condensações superficiais e no interior dos elementos da envolvente. Passados mais de 20 anos, os objectivos do RCCTE alteraram-se. Com o evoluir das necessidades, pois enquanto a versão de 1990 era pouco exigente e apenas impunha limites nos potenciais consumos, a actual versão do RCCTE pressupõe que uma parte significativa dos edifícios venham a ter meios de promoção das condições ambientais nos espaços interiores, quer no verão quer no inverno, impondo limites aos consumos que decorrem dos seus potenciais usos. Podemos então afirmar que o presente regulamento estabelece regras a observar no projecto de todos os edifícios de habitação e dos edifícios de serviços sem sistemas de climatização centralizados, de modo que: a) As exigências de conforto térmico, seja a de aquecimento ou de arrefecimento, e de ventilação para garantia de qualidade do ar no interior dos 16

34 edifícios, bem como as necessidades de água quente sanitária, possam vir a ser satisfeitas sem dispêndio excessivo de energia; b) Sejam minimizadas as situações patológicas nos elementos de construção provocadas pela ocorrência de condensações superficiais ou internas, com potencial impacto negativo na durabilidade dos elementos de construção e na qualidade do ar interior. O regulamento obriga ainda a contabilização das necessidades de energia para preparação de águas quentes sanitárias e a instalação de painéis solares para a produção destas águas. RSECE O Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE) procura, desde 1992 através do Decreto-Lei nº156/92, de 29 de Julho, que nunca chegou a ser aplicado, introduzir algumas medidas de racionalização, fixando limites à potência máxima dos sistemas a instalar num edifício e evitando o seu sobredimensionamento. Procurava também a adopção de algumas medidas de racionalização energética, em função da potência dos sistemas. Com o acentuar da procura de sistemas de climatização e de forma a reduzir o consumo de energia e as correspondentes emissões de CO 2, este regulamento estabelece quatro objectivos: 1) Definir as condições de conforto térmico e de higiene que devem ser requeridas (requisitos exigenciais) nos diferentes espaços dos edifícios, em consonância com as respectivas funções; 2) Melhorar a eficiência energética global dos edifícios, não só nos consumos para climatização mas em todos os tipos de consumos de energia que neles têm lugar, promovendo a sua limitação efectiva para padrões aceitáveis, quer nos edifícios existentes, quer nos edifícios a construir ou nas grandes intervenções de reabilitação de edifícios existentes; 17

35 3) Impor regras de eficiência aos sistemas de climatização que permitam melhorar o seu desempenho energético efectivo e garantir os meios para a manutenção de uma boa qualidade do ar interior, quer a nível do projecto, quer a nível da sua instalação, quer durante o seu funcionamento, através de uma manutenção adequada; 4) Monitorizar com regularidade as práticas da manutenção dos sistemas de climatização como condição da eficiência energética e da qualidade do ar interior dos edifícios Calendarização Como podemos observar através da Figura 2.4, em 2006 são aprovados os Regulamentos que decorrem do Decreto-Lei nº78/2006 (RCCTE e RSECE). No entanto, a obrigatoriedade do cumprimento do RSECE é estabelecida em 3 fases distintas: Desde 1 de Julho 2007 O sistema de certificação abrange os novos edifícios destinados à habitação com área útil superior a 1000 m 2 e os edifícios de serviços, novos ou que sejam objecto de grandes obras de remodelação, cuja área útil seja superior aos limites mínimos de 1000 m 2 no caso de grandes edifícios de serviços, ou de 500 m 2, tratando-se de edifícios existentes do tipo centros comerciais, supermercados, hipermercados e piscinas aquecidas cobertas, cujos pedidos de licenciamento ou autorização de edificação sejam apresentados à entidade competente. A partir de 1 de Julho de 2008 Todos os edifícios novos, independentemente da sua área ou fim, cujos pedidos de licenciamento ou autorização de edificação sejam apresentados à entidade competente. A partir de 1 de Janeiro de 2009 O sistema de certificação abrange todos os edifícios. 18

36 Figura 2.4: Calendarização do SCE; Fonte: ADENE Tipos de edifícios abrangidos pelo RCCTE/RSECE Como é explicado nas P&R RCCTE, 2011 o RCCTE aplica-se a: Edifícios de Habitação; Edifícios de serviços com área útil inferior ou igual a 1000 m 2 e sem sistemas mecânicos de climatização ou com sistemas de climatização de potência inferior ou igual a 25 kw, com exclusão dos edifícios do tipo centros comerciais, supermercados, hipermercados e piscinas aquecidas cobertas, com área superior a 500 m 2 ; Grandes intervenções de remodelação ou de alteração na envolvente ou nas instalações de preparação de águas quentes sanitárias das duas tipologias de edifícios referidas anteriormente; Ampliações de edifícios existentes, quando a intervenção configura uma grande reabilitação, nas restantes ampliações aplicam-se apenas os requisitos mínimos de qualidade térmica da envolvente apenas à parte ampliada. 19

37 Entende-se por grandes intervenções de remodelação ou de alteração na envolvente, como apresenta a Tabela 2.3, aquelas cujo custo seja superior a 25% do valor do edifício. Tabela 2.3: Âmbito de Aplicação do RCCTE; Fonte: ADENE Do RCCTE excluem-se: Os edifícios ou fracções autónomas destinados a serviços, a construir ou renovar que, pelas suas características de utilização, se destinem a permanecer frequentemente abertos ao contacto com o exterior e não sejam aquecidos nem climatizados, por exemplo, lojas não climatizadas com porta aberta para o exterior; Os edifícios utilizados como locais de culto e os edifícios para fins industriais, afectos ao processo de produção, bem como 20

38 garagens, armazéns, oficinas e edifícios agrícolas não residenciais; As intervenções de remodelação, recuperação e ampliação de edifícios em zonas históricas ou em edifícios classificados, sempre que se verifiquem incompatibilidades com as exigências do Regulamento e desde que essas incompatibilidades sejam devidamente justificadas e aceites pela entidade licenciadora; As infra-estruturas militares e os imóveis afectos ao sistema de informações ou a forças de segurança que se encontrem sujeitos a regras de controlo e confidencialidade. Todos os edifícios não-residenciais que fiquem sujeitos ao RSECE (Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização nos Edifícios). De acordo com o previsto no nº 1 do Artigo 2º do RSECE, este regulamento aplica-se a: a) Grandes edifícios ou fracções autónomas de serviços, existentes e novos, com área útil superior a 1000 m 2, ou no caso de edifícios do tipo centros comerciais, supermercados, hipermercados e piscinas aquecidas cobertas, com área superior a 500 m 2 (GES); b) Novos pequenos edifícios ou fracções autónomas de serviços com sistemas de climatização com potência instalada superior a 25 kw (PEScC); 21

39 c) Novos edifícios de habitação ou cada uma das suas fracções autónomas com sistemas de climatização com potência instalada superior a 25 kw (HcC); d) Novos sistemas de climatização a instalar em edifícios ou fracções autónomas existentes, de serviços ou de habitação, com potência instalada igual ou superior a 25 kw em qualquer tipologia de edifícios; e) Grandes intervenções de reabilitações relacionadas com a envolvente (entende-se por grandes intervenções de remodelação ou de alteração na envolvente aquelas cujo custo seja superior a 25% do valor do edifício, sendo este último calculado com um valor de referência por metro quadrado definido anualmente em portaria conjunta ministerial), as instalações mecânicas de climatização ou os demais sistemas energéticos dos edifícios de serviços; f) Ampliações dos edifícios existentes em que a intervenção não atinja o limiar definido para ser considerada uma grande intervenção de reabilitação. As zonas administrativas em edifícios industriais ou agrícolas estão sujeitas ao RSECE, desde que se verifiquem cumulativamente as seguintes condições: i. Independência entre leituras energéticas (existência de diferentes contadores individuais) das áreas sócio-administrativas em relação às áreas destinadas às actividades de produção; ii. Separação, por uma barreira física contínua, entre as áreas sócio-administrativas e as zonas destinadas a actividades de produção; iii. Existência de acesso directo ao exterior ou a uma circulação comum do edifício. 22

40 O não cumprimento de um dos pressupostos anteriores, implica a impossibilidade prática da aplicação do RSECE a este tipo de espaços. Este Capítulo visa essencialmente dotar de conceitos base do sistema de certificação energética. Permite diferenciar e integrar na legislação em vigor os diversos edifícios sujeitos à certificação. Assim sendo, este Capítulo é a base para a análise do caso de estudo que será desenvolvido no Capítulo seguinte. 23

41 Capítulo 3 Caso de Estudo Neste Capítulo será estudado um pequeno edifício de serviços com potência instalada superior a 25 kw. Este edifício sito em Fornos de Algodres, Viseu, enquadra-se no âmbito do RSECE. O edifício será descrito e caracterizado nas suas condições nominais e reais de utilização. 3.1 Metodologia e etapas do estudo energético do edifício O edifício em estudo é um pequeno edifício de serviços, com área inferior a 1000 m 2 e com potência instalada superior a 25 kw, enquadrando-se assim, de acordo com o nº1 do artigo 2º do Decreto nº79/2006 de Abril de 2004, no âmbito do RSECE. O presente estudo tem como objectivo avaliar formas de diminuir os consumos energéticos de um edifício de serviços a funcionar como Lar de Idosos. Serão contabilizados os consumos do edifício na sua situação real e será avaliada a eficiência após implementação de medidas que fomentem a diminuição dos consumos associados à actividade deste edifício de serviços. Este estudo recorre à simulação dinâmica do edifício nas condições nominais de onde serão obtidos os consumos do edifício, permitindo avaliar a eficiência das medidas propostas e quantificar a redução nos consumos de energia. 24

42 A redução esperada nos consumos de energia, devido à implementação de medidas, levará à redução de custos. A avaliação das medidas será quantificada através do cálculo do período de retorno simples. O edifício será caracterizado quanto à sua localização, às suas características térmicas da envolvente, aos tipos de equipamentos de produção de águas quentes sanitárias, à iluminação, à posição e orientação do edifício e às condições climáticas. O estudo da eficiência energética ao edifício terá como metodologia o cálculo do indicador de eficiência energética (IEE) através da fórmula simplificada e de uma auditoria energética. O cálculo do indicador de eficiência energética (IEE), ou seja, um valor indicativo do consumo energético por m 2 num determinado espaço por ano, será efectuado com o auxílio dos consumos reais do edifício durante um determinado ano. Estes consumos englobam a totalidade dos gastos em energia, nomeadamente com a iluminação, com os consumos relativos à climatização, com o custo associado à preparação de águas quentes sanitárias, etc.. Estes valores anuais em kwh serão convertidos, através dos respectivos factores de conversão, em energia primária e através da fórmula simplificada abaixo descrita, será obtido o indicador de eficiência energética. Q IEE kgep m ano out 2 ( /. ) real Ap (3.1) O IEE é calculado segundo a tipologia do edifício e serve para verificar se o edifício cumpre com o requisito energético aplicável do RSECE e para determinar a classe de desempenho no âmbito do SCE (P&R RSECE, 2011). De acordo com o RSECE, a tipologia Lar de Idosos, será enquadrada na tipologia Hotel de três ou menos estrelas. Assim, desta forma, no presente caso de estudo (Hotel de três ou menos estrelas) que inclui dois espaços complementares (Cozinha e Lavandaria), o cálculo será feito de forma ponderada. Nesta situação, o cálculo do IEE, segundo as P&R RSECE, 2011, 25

43 será feito proporcionalmente em função das áreas úteis respectivas, a partir de valores calculados por simulação ou definidos (valores de referência), de cada tipo de espaço. Neste caso, tomando como referencia o nº4 do artigo 31º do RSECE, apenas o IEE ponderado terá que cumprir com o valor limite imposto. Ou seja, alguma das tipologias poderá não cumprir o limite imposto pelo Decreto- Lei para a respectiva tipologia. No Capítulo 4 será calculado o IEE nominal para obtenção da classificação energética do edifício, tendo em conta as seguintes etapas sumariadas nas P&R RSECE, 2011: 1ª Etapa Calibração do modelo de simulação Caracterização do edifício/f.a., usando todos os elementos que respeitam às condições reais de funcionamento do mesmo (ocupação, equipamentos, iluminação, setpoints ) Obtenção, por meio de simulação dinâmica, do consumo de energia total (por forma de energia) e a desagregação desses consumos por utilização final. A diferença destes consumos não deve ter um desvio superior a 10% do facturado e do observado por auditoria energética referente à desagregação por utilização final. Para a calibração do modelo de simulação deve ser usado, de preferência, o ficheiro climático com dados referentes ao(s) ano(s) a que respeitam as facturas energéticas e auditoria energética. 2ª Etapa Simulação dos consumos nominais Mantendo o edifício e os sistemas de climatização e controlo, caracterizado de acordo com o passo anterior, substituir as condições reais de funcionamento pelas condições nominais nomeadamente substituição dos perfis reais (ocupação, equipamentos e iluminação) pelos perfis e densidades de referência, de acordo com Anexo XV do 26

44 RSECE. Para a realização desta simulação, dever-se-á usar o ficheiro com os dados climáticos padrão disponíveis nos programas Solterm ou RCCTE-STE Obtenção das necessidades nominais de energia, contemplando as diferentes formas de energia, de acordo com os perfis nominais, para as diferentes utilizações finais. 3º Etapa Determinação do IEE nominal Aplicar metodologia de cálculo para determinar o IEE nominal de acordo com o exposto no Anexo IX. Aplicar factor de conversão para energia primária bem como factor de correcção climática do consumo de energia para aquecimento e arrefecimento. A auditoria energética é uma análise detalhada do edifício e terá as seguintes etapas: Análise prévia do edifício e levantamento da informação relevante; Construção do modelo geométrico tridimensional do edifício para efectuar a sua simulação dinâmica de forma a avaliar o seu consumo nas condições nominais e nas condições reais, de forma a aferir o modelo com o consumo real da facturação; Cálculo do IEE; Estudo de medidas de melhoria que fomentem a racionalização da energia, ao uso de energias provenientes de fontes renováveis, considerando sempre a necessidade de melhorar a eficiência energética do edifício e a redução global de emissões de CO 2 para a atmosfera; Elaboração de Estudos Prévios com o detalhe das medidas, investimentos a realizar e retorno dos investimentos. 27

45 Tabela 3.1: Metodologia de Realização de Auditorias Energéticas Análise prévia e levantamento da informação Simulação Dinâmica do Edifício Estudo de Medidas de Melhoria Elaboração de Estudo Prévio Visita técnica ao local da obra Construção de modelo geométrico tridimensional Análise das tarifas eléctricas e de combustíveis líquidos e gasosos Elaborar proposta detalhada com solução a implementar Levantamento do histórico de consumos de energia Simulação dinâmica do edifício nas condições nominais do regulamento DL 79/2006 Análise de soluções de iluminação de elevada eficiência Análise económica e ambiental das medidas a implementar Análise dos sistemas de produção de AQS Simulação dinâmica do edifício nas condições reais Análise de soluções de produção de AQS com recurso a colectores solares Análise dos sistemas de climatização Comparação de dados obtidos com consumos reais e calibração do modelo Análise de soluções de isolamento mais eficientes Análise dos principais equipamentos consumidores de energia Determinação do indicador de Eficiência Energética Nominal e Real Análise de soluções de climatização e produção de AQS utilizando combustíveis mais amigos do ambiente. Levantamento do sistema de iluminação eléctrica existente Estratificação de consumos por sistema Simular o edifício com os sistemas propostos tendo em vista verificar poupanças energéticas e retornos de investimento Levantamento dimensional do edifício e de soluções construtivas usadas Recolha de informação sobre horários de funcionamento do edifício e taxas de ocupação previstas Mais especificamente, nesta auditoria energética realizar-se-á uma visita técnica ao edifício onde será efectuado um levantamento do histórico dos consumos de energia, uma análise dos sistemas de produção de águas quentes sanitárias (AQS), dos sistemas de climatização e dos principais equipamentos consumidores de energia. Será também efectuado um levantamento exaustivo da iluminação existente, um levantamento dimensional do edifício e das soluções construtivas usadas e uma recolha de informação sobre os horários de funcionamento e da taxa de ocupação. 28

46 Após a visita técnica será construído um modelo geométrico tridimensional do edifício e uma simulação dinâmica nas condições nominais e reais de acordo com o regulamento (Decreto-Lei nº79/2006), para a obtenção do IEE nominal, segundo as etapas já referenciadas anteriormente neste Capítulo. Será utilizado para a simulação dinâmica detalhada o software Energyplus com interface gráfico do DesignBuilder. Esta auditoria incluirá também o estudo das medidas de melhoria que poderão beneficiar, que serão devidamente justificadas, apresentando os investimentos a fazer, a variação nos consumos e o tempo de retorno do investimento. 3.2 Caracterização do edifício Localização Figura 3.1: Localização (Google Earth) 29

47 Figura 3.2 : Planta de Localização Descrição do Edifício O edifício em apreço insere-se numa zona bastante exposta a uma altitude de 652 m, com orientação solar nos quadrantes Norte, Sul, Este e Oeste, estando a fachada principal voltada a Sul, como podemos observar nas Figuras 3.1 e 3.2. Trata-se de uma construção com menos de 10 anos em alvenaria, constituída por parede dupla e vãos envidraçados de vidro duplo, sendo usado na grande maioria protecção solar interior constituída por portadas opacas de madeira. De acordo com o anexo III 1.1, o quadro III.1 e quadro III.2 do Decreto- Lei nº80/2006, o edifício encontra-se na zona climática I3-V1 Região Norte por se encontrar a uma altitude superior a 600 m. A duração da estação de aquecimento é de 7,3 meses e o número de graus dia de aquecimento é de 2352, a temperatura exterior de projecto é de 31ºC e a amplitude térmica máxima é de 13ºC. 30

48 A radiação solar média incidente na estação de aquecimento, numa superfície horizontal orientada a Sul é de 90 kwh/m 2.mês e na estação de arrefecimento no quadrante Sul é de 380 kwh/m 2.mês. De acordo com o quadro IV.2 do RCCTE, o edifício está enquadrado na região B, com altitude superior a 600 m e distância à costa marítima superior a 5 km. O edifício tem rugosidade III por se encontrar numa zona bastante exposta e uma classe de exposição ao vento 3. Possui sistema de produção de águas quentes sanitárias constituído por uma caldeira de Chão da Marca ROCA CPA 100 de 116,3 kw, a gás propano com um rendimento de 92 % a 30 % da carga. É ainda constituído por um depósito de acumulação da marca Roca de 500 Litros. Esta caldeira está preparada para queimar gasóleo, bastando para isso apenas mudar o queimador. Na Tabela 3.2 são especificadas as características do edifício e respectivos sistemas. O edifício funciona como lar de idosos é composto por dois pisos com uma área útil de cerca de 750 m 2 (Tabela 3.3). O interior do edifício é composto essencialmente por: - Lavandaria; - Gabinete da Direcção; - Gabinete Médico/Enfermagem; - Sala do Pessoal; - Cozinha; - Instalações Sanitárias; - Sala de Estar; - Sala de Convívio / Actividades; - Gabinete Administrativo; - Copa; - Circulações; - Quartos. - Sala de Refeições; 31

49 Tabela 3.2: Caracterização do Edifício e Sistemas Dimensão/Taxa de Ocupação/Número de Banhos AQS Climatização Aquecimento Iluminação Área Útil de 747,87 m 2 Caldeira de Chão da Marca ROCA CPA 100 de 116,3 kw Sistema de aquecimento por caldeira mural da marca ROCA CPA 100 de 116,3 kw, sendo a mesma que serve o sistema de AQS No piso 1 a iluminação é composta de armaduras de lâmpadas fluorescentes Densidade de Iluminação é de 5,84 W/m 2 Número de Utentes residentes é de 20 e o número de banhos diário é de 40 Depósito de Acumulação da Marca ROCA com 500 Litros Combustível é o Propano, mas está preparada para queimar o Gasóleo. No piso 2 a iluminação é composta na maioria dos espaços por lâmpadas incandescentes. Densidade de Iluminação é de 16,75 W/m 2 Número de refeições por dia é de 50, com um consumo médio de 8 Litros de Água Quente por refeição Combustível: Gás Propano Rendimento de 92 % a 30 % da Carga Rendimento de 92 % a 30 % da carga Dispõe de radiadores na maioria das divisões Preparado para queimar Gasóleo de Aquecimento, por substituição do queimador Tem um único circuito de água quente no edifício para alimentar os radiadores de parede existentes Tabela 3.3: Descrição Sucinta do Lar de Idosos Edifício Lar de Idosos de Ramirão Tipologia Hotel 3 Estrelas ou menos Área Útil Pé direito Volume [m 2 ] [m] [m 3 ] 748 3, edifício. Na Tabela 3.4 é apresentada uma síntese dos dados específicos do 32

50 Tabela 3.4: Síntese de Dados do Lar de Idosos Descrição Dados Região do País Continente (Região B) Concelho Fornos de Algodres Altitude 652 m Tipo de Zona (Anexo IV do RCCTE) Zona muito exposta (Rugosidade III) Zona de Exposição (Anexo IV do RCCTE) Exposição 3 de Idosos. Nas Figuras 3.3 e 3.4 são apresentadas as plantas dos dois pisos do Lar Figura 3.3:Planta Lar de Idosos - Piso 0 33

51 Figura 3.4: Planta Lar de Idosos - Piso Condições de cálculo Para efeitos de cálculo, tomou-se como base o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos edifícios (Decreto-Lei nº80/06 de 04 de Abril) Verificou-se que o Lar de Idosos em estudo pertence à zona climática de Fornos de Algodres, numa altitude superior a 600 m. Por conseguinte encontrase na Zona Climática I3 V1N, e por essa razão, tomaram-se como base de cálculo para as cargas térmicas os parâmetros a seguir descritos Condições exteriores de projecto Para o cálculo das condições exteriores do projecto foram usadas as temperaturas secas anuais máximas e mínimas retiradas do ficheiro climático de Fornos de Algodres do software SolTerm. A temperatura húmida e as humidades relativa e absoluta foram calculadas através do diagrama 34

52 psicrométrico. Na Tabela 3.5 são apresentados os valores da temperatura e humidades na estação de Verão e de Inverno. Estação Tabela 3.5: Condições Exteriores de projecto Temperatura Humidade T s (ºC) T h (ºC) HR (%) (g/kg) Mês Verão 32, ,2 Julho Inverno -1,5-2,0 96 3,2 Dezembro T s Temperatura de bolbo seco; T h Temperatura de bolbo húmido; HR Humidade relativa; Humidade absoluta Condições Interiores do Projecto As condições interiores de conforto adoptadas neste estudo são as condições de referência estabelecidas na alínea a) do artigo 14º do Decreto- -Lei nº80/2006, especificadas na Tabela 3.6. Verão Tabela 3.6: Condições Interiores de Projecto Inverno T s ( o C) T HR (%) HR T s ( o C) T HR (%) HR 25 1, T s Temperatura de bolbo seco; T Variação de temperatura; HR Humidade relativa; HR Variação de humidade relativa 3.4 Caracterização térmica da envolvente opaca O comportamento térmico de um edifício é determinado, em parte, pela sua envolvente. A caracterização da envolvente é feita de acordo com os diferentes materiais que a constituem, sendo necessário conhecer a condutibilidade térmica em W/m. o C e espessura em m de cada material para determinar o coeficiente de condutibilidade térmica U em W/m 2. o C. 35

53 Após determinação destes elementos é possível avaliar a qualidade térmica do material. Pelo facto do edifício em estudo ser um edifício existente e não haver informação concreta sobre os elementos que constituem a envolvente, a caracterização da mesma foi feita segundo o método de cálculo simplificado no âmbito do RCCTE de acordo com a Nota Técnica NT-SCE-01, pois esta considera que na falta de informação específica dos elementos que constituem a envolvente, os valores dos coeficientes de condutibilidade térmica deverão ser quantificados com base em valores por defeito constantes no ITE50 Coeficiente de Transmissão Térmica de Elementos Da Envolvente Dos Edifícios Para Caracterização Dos Materiais das Soluções Construtivas, publicado pelo LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Na Tabela 3.7 temos uma representação que os elementos da envolvente opaca vão tomar. Tabela 3.7: Representação dos Elementos da Envolvente Opaca Elemento da Envolvente Parede Exterior Parede Interior com requisitos Pavimento Exterior Representação Pavimento Interior com requisitos Cobertura Interior com requisitos 36

54 3.4.1 Paredes Paredes exteriores Através do levantamento efectuado na auditoria pode verificar-se que as paredes exteriores do lar são na sua totalidade paredes de 0,34 m, o que pressupõe que são paredes duplas, pois têm espessura superior a 0,29 m, mas que não foi possível avaliar no local. Segundo esta avaliação e com análise no ITE 50, o coeficiente de condutibilidade térmica desta parede é de 0,99 W/m 2. o C. As Figuras 3.5 e 3.6, mostram, em planta, a localização das paredes exteriores. Figura 3.5: Localização das Paredes Exteriores - Piso 0 37

55 Figura 3.6: Localização das Paredes Exteriores - Piso 1 Paredes interiores Através do levantamento efectuado na auditoria pode verificar-se que as paredes interiores do lar, em contacto com espaços não úteis, são na sua totalidade paredes de 0,15 m. Segundo esta avaliação e com análise no ITE 50 o coeficiente de condutibilidade térmica desta parede é de 1,64 W/m 2. o C. As Figuras 3.7 e 3.8 mostram, em planta, a localização das paredes interiores. Nestas figuras, os espaços numerados de 1 a 3 correspondem aos Arrumos, Câmara frigorífica e Elevador, respectivamente. 38

56 Figura 3.7:Localização das Paredes Interiores - Piso 0 Figura 3.8: Localização das Paredes interiores - Piso 1 39

57 3.4.2 Coberturas Cobertura interior Cobertura pesada horizontal interior, identificada a sua localização na Figura 3.9, em que não foi possível averiguar a espessura e o tipo de construção. Segundo esta avaliação e com análise no quadro III, disponibilizado pela ADENE, com valores de referência para as soluções de pavimentos e coberturas em que não é possível identificar o tipo de constituição, o coeficiente de condutibilidade térmica desta cobertura é de 1,94 W/m 2. o C. Figura 3.9: Localização da Cobertura Pesada Horizontal Interior - Piso Pavimentos Pavimento exterior Pavimento pesado horizontal exterior, identificada a sua localização na Figura 3.10, em que não foi possível averiguar a espessura e o tipo de construção. 40

58 Segundo esta avaliação e com análise no quadro III, disponibilizado pela ADENE, com valores de referência para as soluções de pavimentos e coberturas em que não é possível identificar o tipo de constituição, o coeficiente de condutibilidade térmica deste pavimento é de 3,1W/m 2. o C. Figura 3.10: Localização do Pavimento Exterior Pavimento interior Pavimento pesado horizontal interior, identificada a sua localização na Figura 3.10, que não foi possível averiguar a espessura e o tipo de construção. Segundo esta avaliação e com análise no quadro III, disponibilizado pela ADENE, com valores de referência para as soluções de pavimentos e coberturas em que não é possível identificar o tipo de constituição do pavimento, o coeficiente de condutibilidade térmica deste pavimento é de 2,21 W/m 2. o C. 41

59 Figura 3.11: Localização do Pavimento Interior Pontes térmicas Pontes térmicas planas Segundo a resposta I.1 das P&R RCCTE, 2011uma ponte térmica plana é uma heterogeneidade inserida em zona corrente da envolvente exterior ou da envolvente interior em contacto com espaços não úteis, tais como pilares, talões de viga e caixas de estore, por onde se considera uma perda térmica unidimensional por unidade de área de superfície. A ponte térmica plana é quantificada multiplicando o valor de U pela respectiva área. Dada a dificuldade de parametrizar este tipo de perdas num edifício existente sem documentação válida, o cálculo das necessidades de energia de aquecimento ambiente sofrerá um acréscimo de 5%. Como explica a resposta D.5 das P&R RSECE,

60 Pontes térmicas lineares Uma ponte térmica linear corresponde à ligação de dois elementos construtivos exteriores ou em contacto com um espaço não útil com >0,7 e é uma singularidade da envolvente em que o fluxo térmico é bidimensional ou tridimensional assimilada a uma perda térmica por unidade de comprimento (Psi). A ponte térmica é quantificada multiplicando o valor de ψ pelo respectivo desenvolvimento. Entre os vários tipos de pontes térmicas lineares definidas no RCCTE foram identificadas, para o edifício em estudo, as seguintes: Tipo A Ligação da fachada com pavimentos térreos; Tipo B Ligação da fachada com pavimentos sobre locais não aquecidos ou exteriores; Tipo C Ligação da fachada com pavimentos intermédios; Tipo D Ligação da fachada com cobertura inclinada ou terraço; Tipo E Ligação da fachada com varanda; Tipo F Ligação entre duas paredes verticais; Tipo H Ligação da fachada com padieira, ombreira ou peitoril Na Tabela 3.8 e 3.9 as pontes térmicas planas da envolvente exterior e da envolvente interior serão identificadas e determinado o seu comprimento e ψ Espaços não úteis (ENU) Espaços não úteis são definidos no regulamento RCCTE, como sendo o conjunto dos locais fechados, fortemente ventilados, ou não, que não se destinam à ocupação humana em termos permanentes e portanto em regra, não são climatizados. Consideram-se então, segundo esta definição e de acordo com as P&R RCCTE, 2011, como espaços não úteis armazéns, garagens, sótãos e caves não habitadas, circulações comuns, etc. 43

61 Neste edifício verificamos a presença de quatro espaços não úteis, a cobertura interior, o elevador, a câmara frigorífica e os arrumos, pois este último possui uma porta para o exterior e outra para o interior. A caracterização destes espaços não úteis são definidos na Tabela A definição do tipo de espaço não útil foi estabelecido segundo a pergunta D.2 das P&R RCCTE, Tabela 3.8: Pontes Térmicas Lineares Envolvente Exterior Perdas térmicas lineares para o exterior Comprimento [m] Ψ [W/m.ºC] ψ.b [W/ o C] Tipo A Ligação da fachada com pavimentos térreos; Tipo B - Ligação da fachada com pavimentos sobre locais não aquecidos ou exteriores; 67,12 0,6 40,27 2,85 0,8 2,28 Tipo C - Ligação da fachada com pavimentos intermédios; 62,47 0,6 (ψ=ψ sup.+ ψ inf. ) 35,38 Tipo E - Ligação da fachada com varanda; Tipo F Ligação entre duas paredes verticais; Tipo H Ligação da fachada com padieira, ombreira ou peitoril 23,4 0,45 10, ,2 16,2 289,84 0,2 57,97 Tabela 3.9: Pontes Térmicas Lineares Envolvente Interior Perdas térmicas lineares (apenas para paredes de separação para espaços não úteis com >0,7) Comp. [m] ψ [W/m.ºC] ψ.b. [W/ºC] Tipo D - Ligação da fachada com cobertura inclinada ou terraço; 89,07 0,75 0,9 60,12 44

62 Tabela 3.10: Valores do Coeficiente de Redução de Perdas Designação do ENU Cobertura Interior Elevador Câmara Frigorifica Tipo Espaço Não Útil - Tabela IV.1 RCCTE 7.2- Desvão Fracamente Ventilado 1.1- Circulação Comum Sem Abertura Directa Para o Exterior Ai Au 439,76 483,74 0,9 44,4 13,2 0,3 4- Armazéns Arrumos 4- Armazéns 25,8 8,1 0,7 Ai é a área do elemento que separa o espaço útil interior do espaço não útil; Au é a área do elemento que separa o espaço não útil do ambiente exterior; e é o coeficiente de redução de perdas. 3.5 Inércia térmica Sendo este um edifício existente e não havendo a possibilidade de averiguar com exactidão os constituintes da envolvente, analisamos o lar segundo a NT-SCE-01. Assim segundo o anexo VI da nota técnica, este edifício enquadra-se na inércia térmica forte pois verifica cumulativamente as seguintes características: Pavimento e tecto de betão armado ou pré-esforçado, incluindo pavimentos aligeirados; Revestimento de tecto em estuque ou reboco; Revestimento de piso cerâmico, pedra, parquet, alcatifa tipo industrial sem pêlo (não se incluem soluções de pavimentos flutuantes); 45

63 Paredes interiores de compartimentação em alvenaria com revestimentos de estuque ou reboco; Paredes exteriores de alvenaria com revestimentos interiores de estuque ou reboco; Paredes da envolvente interior (caixa de escadas, garagem,...) em alvenaria com revestimentos interiores de estuque ou reboco; 3.6 Caracterização da envolvente envidraçada No edifício são usados diferentes vãos envidraçados com vidro duplo e simples, na sua maioria com protecção interior, composta por portadas interiores de madeira. Através da Tabela 3.11 são determinados os coeficientes de transmissão térmica dos vãos envidraçados com auxílio da publicação ITE 50, quadro III.2, do LNEC. O factor solar dos vãos envidraçados (g vidro ) é um valor que representa a relação entre a energia solar transmitida para o interior, através do vão envidraçado, em relação à radiação solar incidente na direcção normal ao envidraçado. Este valor será obtido da tabela IV.4 do Decreto-Lei nº80/2006. Para o cálculo do factor solar dos vãos envidraçados, na estação de aquecimento, g inverno, considera-se, segundo as P&R RCCTE, 2011, que para maximizar o aproveitamento da radiação solar, os dispositivos de protecção solar móveis devem estar totalmente abertos. Impõe-se que o vão envidraçado, no sector residencial, e apenas neste, disponha de, pelo menos, cortinas interiores muito transparentes de cor clara. Nestas condições, e para a situação mais comum de vidro incolor corrente simples ou duplo, o valor do factor solar máximo a usar no cálculo será de: vidro simples incolor com g inverno = 0,70 e vidro duplo incolor com g inverno = 0,63. Já para a estação de arrefecimento o factor solar g 100%, é calculado através das Equações 3.2 e 3.3, consoante se trate de vidro simples ou duplo. 46

64 Designação do Vão Envidraçado Tipo de Vão Envidraçado Nº de Vidros Espessura do Vidro Espessura Lâmina de Ar Tipo de Janela U W/m 2. o C 1 Dispositivo de Oclusão Factor solar do Envidraçado (g vidro) 2 Factor Solar do Vão com Protecção solar Activa 100% (g 100%) 3 Factor solar do Vão sem Protecção Solar Activa (g inverno) V1 Simples 2 (vidro duplo) 4+4 mm 6 mm De correr 3.6 Portada Interior de Madeira, de cor clara 0,78 0,04 0,655 V2 Simples 2 (vidro duplo) 4+4 mm 6 mm De correr 4.5 Sem Protecção 0,78 0,655 0,655 V3 Simples 2 (vidro duplo) 4+4 mm 6 mm Giratório 4.3 Sem Protecção 0,78 0,655 0,655 V4 Simples 2 (vidro duplo) 4+4 mm 6 mm Fixo 3.9 Sem Protecção 0,78 0,655 0,655 V5 Simples 2 (vidro duplo) 5+5 mm 6 mm Fixo 3.9 Sem Protecção 0,75 0,63 0,63 V6 Simples 1(vidro simples) 10 mm Fixo 6.0 Sem Protecção 0,79 0,65 0,65 V7 Simples 1(vidro simples) 10 mm Giratório 6.2 Sem Protecção 0,79 0,65 0,65 Tabela 3.11: Características dos Vãos Envidraçados 1- Fonte: página III.3- ITE Fonte: Tabela IV.4.1-Decreto-Lei 80/ Fonte: Quadro V.4-Decreto-Lei 80/

65 Vidro Simples: g g 100% g (3.2) inverno 0,85 Vidro duplo: g g 100% g (3.3) inverno 0,75 Em que é o valor do vidro com o dispositivo de oclusão nocturna respectivo, este valor é retirado do quadro V.4 do Decreto-Lei nº80/ Padrões nominais de referência de utilização do edifício Como é estabelecido no nº1 do artigo 6º do RSECE os requisitos energéticos são calculados na base de padrões nominais de utilização dos edifícios. Estes padrões nominais, segundo a resposta C.2 das P&R RSECE,2011, são condições interiores de referência (temperatura e humidade), determinados na secção 3.3.2, e os parâmetros definidos para diferentes tipologias. Nesta secção serão estabelecidas os parâmetros definidos para a tipologia do presente caso de estudo, ou seja, para a tipologia Hotel 3 ou menos estrelas. Tomou-se como base o padrão de referência para a ocupação, iluminação e equipamento o mencionado no Decreto-Lei nº79/2006 de 04 de Abril (RSECE) e na NP , apresentados na Tabela As densidades e perfis nominais de ocupação, iluminação e equipamentos considerados foram os indicados no Anexo XV do RSECE para a tipologia Hotel 3 ou menos estrelas, considerando a lavandaria e a cozinha como um espaço complementar desta tipologia. 48

66 Tabela 3.12: Padrão de Referência Hotel 3 ou menos estrelas; Fonte: Decreto-Lei nº79/ Ocupação Para a ocupação utilizou-se uma densidade de 10 m 2 /ocupante, com o horário de referência apresentado na Figura Figura 3.12: Perfil Nominal para Ocupação; Fonte: Decreto-Lei nº79/ Iluminação interior Para a Iluminação foi utilizado o horário de referência apresentado na Figura

67 Figura 3.13: Perfil Nominal para Iluminação; Fonte: Decreto-Lei nº79/ Equipamentos Para o equipamento utilizou-se uma densidade de 3 W/m 2, com um horário de referência representado na Figura Figura 3.14: Perfil Nominal para Equipamentos; Fonte: Decreto-Lei nº79/ Caudais de ar novo nominais De acordo com a pergunta G.4 das P&R RSECE, 2011, caudal mínimo de ar novo regulamentar é o caudal de ar novo calculado com base nos valores da tabela Caudais Mínimos de Ar Novo do anexo VI do RSECE, afecto da eficiência da ventilação e considerando o sobredimensionamento dos sistemas de climatização em 50% pela presença de materiais não ecologicamente limpos de acordo com o estabelecido no artigo 29º do Decreto-Lei nº79/2006, para a ocupação nominal (10 m 2 /ocupante) prevista no RSECE. Apresentados na Tabela

68 Designação Área [m 2 ] Pd (m) Piso 0 Ocupação nominal Tabela 3.13: Caudais de Ar Novo Nominais Caudal mínimo de ar novo [m 3 /h/m 2 ] (Anexo VI) Caudal mínimo de ar novo [m 3 /h/ocupante] (Anexo VI) Eficiência da ventilação [%] Caudal mínimo efectivo de ar novo [m 3 /h] Caudal de ar novo nominal [m 3 /h] Tipo de Materiais Arrumos % Câmara Frigorifica % Circulação % Cozinha % Elevador % Escritório % Gabinete Médico % Instalações Sanitárias % Lavandaria % Sala de Convívio % Sala de Refeições % Sala do Pessoal % W.C % Piso 1 Circulação % Copa % Quartos Oeste % Elevador % Quartos Este % Recepção % Caudal mínimo de ar novo [m 3 /h] Caudal mínimo de ar novo [m 3 /h]

69 3.8 Padrões reais de utilização do edifício Através do levantamento feito ao edifício podemos descrever os padrões reais do edifício Ocupação O edifício tem uma ocupação permanente de 20 utentes, mas para efeito de cálculo teremos que considerar também que o lar presta uma assistência externa, na qual são distribuídas refeições, em média a 30 pessoas, de acordo com a Tabela Tabela 3.14: Ocupação Real Nº de ocupantes residentes 20 Nº diário de banhos 40 Nº de refeições / litros água médio por refeição 50 / Iluminação interior Na auditoria foi feito um levantamento exaustivo da quantidade e características de lâmpadas por espaço, de acordo com a Tabela A partir da iluminação por espaço e da área do edifício obtivemos uma densidade de iluminação de 11,5 W/m Equipamentos Na auditoria energética efectuou-se um levantamento de todos os equipamentos instalados no edifício, constantes da Tabela

70 Tabela 3.15: Iluminação Real Fluoresc. Fluoresc. Incandesc. Incandesc. Designação Tipo Tipo Quant Pot. Quant Pot. Quant Pot. Quant Pot. Piso 0 Arrumos 2 11 C Câmara Frigorifica 1 40 Circulação 4 36 T C Cozinha 4 58 T Elevador Escritório 4 36 T Gabinete Médico 4 36 T Instalações Sanitárias 4 40 Lavandaria 4 36 T Sala de Convívio 8 36 T 6 40 Sala de Refeições 6 18 C Sala do Pessoal 2 36 T 2 40 W.C 1 40 Piso 1 Circulação C Copa 2 36 T Quartos Oeste Elevador Quartos Este Recepção 2 36 T C corresponde às lâmpadas compactas e T corresponde às lâmpadas tubulares 53

71 Lavandaria Cozinha CERTIFICAÇÃO ENERGÉTICA DE UM LAR DE IDOSOS Tabela 3.16: Equipamentos Instalados no Edifício Eléctrico Gás Propano Potência kw Varinha Mágica 1 0,35 Máquina Descascar Batatas 1 1,5 Leiteira 1 1,3 Torradeira 1 2,75 Máquina de Lavar Loiça 1 3,5 Fritadeira 1 24 Grelhador 1 26 Fogão de 4 Bicos 1 10,5 Microondas 1 0,9 Congelador 1 0,35 Hotte 1 0,7 Eléctrico Gás Propano Potência kw Máquina de Secar Roupa 1 3,4 Máquina Lavar Roupa 1 3,4 Ferro de Engomar 1 1,5 Como podemos averiguar através da análise da Tabela 3.16 apenas um dos equipamentos que estão dispostos na cozinha e na lavandaria utiliza gás propano como fonte de energia. Apesar desta disparidade, este equipamento corresponde a 13,1% dos consumos totais verificados para os espaços complementares. 3.9 Especificações técnicas do edifício Ventilação Na secção foram apresentados os valores de caudais mínimos de ar novo, mas por este edifício se tratar de um edifício existente, estes valores apenas servem de referência para a construção do modelo de simulação. 54

72 3.9.2 Sistemas de climatização O Sistema de Aquecimento ambiente é constituído por uma caldeira de chão da marca ROCA CPA 100 com uma potência térmica de 116,3 kw, utilizando o gás propano como combustível. Este equipamento de climatização tem um rendimento de 92% a 30% da carga. Esta caldeira produz água quente para os radiadores existentes no interior do edifício. Não existe qualquer contribuição de sistemas solares para este aquecimento Sistemas electromecânicos No lar existe um elevador. Para efeitos de cálculo do Indicador de Eficiência Energética (IEE) contabilizou-se meia hora de funcionamento diário. a) Potência do elevador Através das características técnicas básicas do elevador que se puderam observar no decorrer da auditoria, pode ser calculada a potência associada ao elevador ,59 3 P 8 kw (3.4) 1000 O sistema motriz do elevador funciona a tensão simples de 230V, apresentando uma intensidade de corrente de 11,59A. b) Consumo de energia do elevador O consumo de energia é obtido através da potência do elevador e do tempo de utilização anual. Como já foi justificado atrás, presume-se que o elevador é utilizado 0,5 horas por dia. Assim: Q 87520,5 1456kWh (3.5) 55

73 3.9.4 Águas quentes sanitárias (AQS) É fundamental contabilizar a energia necessária á produção de AQS, quando este consumo se verifica. O método de cálculo das necessidades de energia de preparação de águas quentes sanitárias encontra-se de acordo com o anexo VI do RCCTE. a) Consumo médio diário de referência M AQS = número de ocupantes x consumo diário de referência Para calcular o consumo médio diário de referência foi utilizado o valor de referência disponibilizado na resposta L.17 das P&R RCCTE, 2011 que estabelece um consumo de 55L/cama por dia para hotéis de 3 ou menos estrelas. Neste edifício, além dos 20 ocupantes residentes também contamos com 20 pessoas que apenas tomam banho e fazem refeições, funcionando assim também como centro de dia. Pelo que para este edifício: Número de ocupantes = 40 pessoas; Consumo diário de referência = 55 L/dia M L / dia (3.6) AQS b) Energia despendida com sistemas convencionais de preparação de AQS (Q a ) A energia despendida Q a com sistemas convencionais utilizados na preparação de AQS durante um ano é dada pela expressão 3.6. M 4187 T nd AQS Q kwh / ano (3.7) a

74 onde M AQS é o consumo médio diário de referência, ΔT é o aumento de temperatura necessária para preparar as AQS e nd é o número anual de dias de consumo de AQS O valor de ΔT é por referência de 45 ⁰C pois, como refere o nº2.2 do anexo IV do RCCTE. Este valor é o aumento de temperatura necessário à preparação das AQS. Este valor considera que a água da rede pública de abastecimento é disponibilizada a uma temperatura média anual de 15⁰C e que deve ser aquecida até à temperatura de 60⁰C. Em relação ao número anual de dias de consumo de AQS depende do período convencional de utilização dos edifícios e é indicado no anexo VI nº2.3 do RCCTE. O edifício de serviços analisado não encerra, havendo 365 dias de consumo de AQS anualmente. Assim, para o edifício em estudo obtém-se: Q 42027,01 kwh / ano (3.8) a c) Necessidades de energia para preparação das águas quentes sanitárias (N ac ) Para efeitos regulamentares as necessidades anuais de energia útil para preparação de AQS são calculadas pela expressão 3.9. Qa N kwh / ano ac a (3.9) onde, Q a é a energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação de AQS e η a é a eficiência de conversão desses sistemas de preparação de AQS é de 92%. A eficiência de conversão de sistemas de preparação de AQS do edifício 57

75 Deste modo, através do analisador de gases de combustão foi obtida uma eficiência de 92%, já considerando neste valor as perdas pelas tubagens. Para o edifício em questão tem-se um consumo efectivo de: 42027,01 N 45681,53 kwh ac / ano (3.10) 0,92 Para o cálculo da eficiência energética do edifício é obtido o valor de 45681,53 kwh/ano de necessidades de energia para produção de águas quentes sanitárias Caracterização do consumo do edifício Consumo anual de energia do edifício De acordo com a análise da facturação de energia do edifício no ano de 2010, o consumo global de energia eléctrica foi de kwh e de kg de gás propano, o que equivale a kwh (Tabela 3.17). No global, são contabilizados kgep de energia eléctrica e kgep de gás propano, o que perfaz um total de 34,77 tep (toneladas equivalente de petróleo). Tabela 3.17: Consumos Anuais de Energia, Ano 2010 Consumo Anual de Energia kwh kg Energia Eléctrica Gás propano Podemos verificar nas Figuras 3.15 e 3.16 a grande percentagem da energia consumida pelo edifício em termos de energia final é referente ao gás propano, que representa cerca de 66% da facturação. Este valor justifica-se 58

76 essencialmente porque os sistemas de climatização e de preparação de águas quentes sanitárias utilizam esta forma de energia final. Quando observamos a Figura 3.16 do consumo em termos de energia primária, o gás propano apenas corresponde a 36%. A situação atrás evidenciada verifica-se pelo facto de o factor de conversão do gás propano ser muito inferior (0,086 Fpui) quando comparado com o factor de conversão da energia eléctrica (0,29 Fpui). 34% kwh 66% kwh Energia Eléctrica Gás Propano Figura 3.15: Repartição do Consumo de Energia Final, ano % % Energia Eléctrica Gás Propano Figura 3.16: Repartição do Consumo de Energia Primária, ano

77 A Tabela 3.18 traduz as emissões de Dióxido de Carbono (CO 2 ). Em termos de emissões libertadas, estes consumos traduzem emissões de CO 2 para a atmosfera na ordem das 41,77 ton CO 2 /kwh provenientes da factura de energia eléctrica e 31,31 ton CO 2 /kwh da factura de gás propano. Tabela 3.18: Emissões de CO 2 por Consumos de Energia Eléctrica e Gás Propano Energia Eléctrica Energia Eléctrica Consumo Emissões CO 2 kwh kg ton 1 0,54522 * ,77 Gás Propano 1 0,21445 * Gás propano ,31 Total 73,08 (*) Fonte: CarbonTrust Os valores discriminados na Tabela 3.18 poderão justificar-se pela presença da caldeira a gás propano que auxilia simultaneamente o sistema de preparação de águas quentes e o sistema de climatização composto por radiadores dispostos nas diversas divisões com excepção da sala de convívio. Como já foi referido anteriormente o lar encontra-se numa zona bastante exposta e uma estação de aquecimento que se prolonga por 7,7 meses, o que poderá justificar estes consumos. Mesmo com maiores consumos em gás propano ao observar as emissões de CO 2 verificamos que há maiores emissões derivadas dos consumos de energia eléctrica do que com consumos do gás propano pois, como é possível observar na tabela 3.18 para a mesma quantidade de consumos, as emissões de CO 2 para a atmosfera são duas vezes e meia superiores às emissões libertadas pelo consumo de gás propano. 60

78 Tarifários de energia eléctrica e gás propano do edifício Da facturação do edifício, verifica-se que os maiores consumos da energia eléctrica são nas horas de cheia a um custo de 0,1218 /kwh, como discrimina a Tabela Tabela 3.19: Repartição dos Consumos de Energia Eléctrica por Horário /kwh Consumo anual por tarifário kwh Horas de Vazio 0, Horas de Cheia 0, Horas de Ponta 0, Na Figura 3.17 observamos que a maior percentagem (47%) de consumo se dá nas horas de Cheia, o que não é a situação mais favorável, pois os consumos em hora de vazio são mais económicos. O consumo de energia nas horas de Ponta representa 19%. Horas de Vazio Horas de Cheia Horas de Ponta 19% 34% 47% Figura 3.17: Consumos por Tarifário de Energia Eléctrica, Ano

79 No caso do gás propano o custo médio é de 1,1 /kg. Em termos de energia útil representa o valor de 0,09 /kwh. Ou seja: 1,1 / kg Preço por unidade de energia = 0,086 / kwh 12,87 kwh / kg (3.11) 0,086 / kwh Preço por unidade de energia útil = 0,09 / kwh (3.12) 0,92 Pela Figura 3.18 podemos observar que os custos com a energia eléctrica são menores que os custos com o gás propano, que apresenta um custo médio de energia de 0,09 /kwh. Verificamos também que apesar dos consumos de energia eléctrica em hora de ponta representarem apenas 19% do consumo de energia, no custo total da energia eléctrica, esta parcela representa aproximadamente 38%, o que significa que apesar de não apresentar um grande peso nos consumos é um grande peso na facturação Horas Cheia Horas Vazio Horas Ponta Energia Électrica Gás Propano Figura 3.18: Custos Anuais de Energia Eléctrica e Gás Propano, Ano 2010 Os valores da Figura 3.18 seguem a mesma tendência que a ilustrada pela Figura 3.15, maiores custos com o gás propano que com a electricidade. 62

80 Estes valores verificam-se pelo facto de o custo médio da electricidade, 0,1218 /kwh, não ser muito díspar do preço de energia do gás propano, 0,09 /kwh, o que leva a que além de haver diferenças entre os consumos haja disparidade entre as duas facturas, 9835,78 /ano em energia eléctrica e 13565,87 /ano em gás propano Avaliação das necessidades de um plano de racionalização energético (PRE) De acordo com os dados obtidos na facturação de energia do edifício, o consumo global no ano de 2010 foi de kwh em energia eléctrica e de kg de gás propano, ou seja, kgep de energia eléctrica e kgep de gás propano, o que perfaz um total de 34,773 tep. De forma a avaliar a necessidade de um elaborar um PRE do edifício teremos que proceder ao cálculo do indicador de eficiência energética real de facturação (IEE real facturação ). IEE real facturação kwh Área eléctrico Factorconv.EP kwh útil gás 2 Factorconv.EP kgep / m.ano Área útil (3.13) 76605kWh IEE 0, 29 real facturação 747, kWh 2 0, , 49 kgep / m.ano 747, 47 (3.14) De acordo com o Decreto-Lei nº79/2006, para avaliar a necessidade de um Plano de Racionalização Energética (PRE) será necessário analisar a Figura

81 Figura 3.19: Fluxograma de Avaliação da Necessidade de Elaborar PRE Para poder averiguar a necessidade de PRE foi efectuado o cálculo do indicador de eficiência energética de referência para um edifício existente de forma ponderada, segundo as tipologias existentes no edifício. No caso do edifício em estudo consideramos o lar como um Hotel de 3 ou menos estrelas como o consumidor principal e dois espaços complementares, a cozinha e a lavandaria, com consumos completamente distintos do hotel. Após o cálculo do dois primeiros indicadores de eficiência do fluxograma verificamos que o IEE facturação é maior que o IEE referência ponderado (Tabela 3.20), o que significa que teremos que avançar no fluxograma pois ainda não podemos concluir a necessidade de um PRE. Desta forma, teremos de calcular o IEE real de simulação (IEE real de simulação ). De acordo com a Tabela 3.21 os consumos anuais reais do edifício dividem-se em quatro sistemas, pelos equipamentos, pela iluminação, pelo aquecimento e pelas AQS. 64

82 Tabela 3.20: Cálculo IEE de Referência Ponderado IEE ref.existente (kgep/m 2.ano) Área (m 2 ) IEE ref. Existente Ponderado (kgep/m 2.ano) Hotel 3 Estrelas ,11 Lavandaria ,3 42,89 Cozinha ,46 Tabela 3.21: Consumos Anuais, Simulação Real Sistemas Consumo Anual (MWh) Equipamentos 19,35 Iluminação 49,76 Aquecimento 25,28 * AQS 45,68 (*) Valor acrescido de 5% devido a dificuldade de parametrizar as pontes térmicas planas A Tabela 3.22 apresenta o valor do IEE real simulação. Tabela 3.22: Cálculo IEE Real de Simulação IEE nominal (kgep/m 2.ano) Área (m 2 ) IEE real simulação (kgep/m 2.ano) Hotel 3 Estrelas 30, ,11 Lavandaria 236,144 10, * Cozinha 138,726 27,46 (*) Incluí valor do IEE das AQS de 5,53 kgep/m 2.ano De acordo com a comparação entre o IEE real de simulação e o IEE referência existente verificamos que não é obrigatório a apresentação de PRE. A 65

83 análise evidenciou que o IEE referência existente é maior que o IEE real de simulação, logo, segundo a Figura 3.19, não há necessidade de elaboração do PRE. De qualquer modo, segundo o artigo 9º do RSECE, por este edifício se tratar de um pequeno edifício de serviços existente, está isento do cumprimento de qualquer requisito de limitação de consumo de energia, bem como não estará sujeito a auditorias periódicas nem obrigado à apresentação de PRE. Este Capítulo fornece-nos essencialmente a caracterização da envolvente do edifício em estudo, da descrição das suas condições nominais e reais e a esquematização dos seus consumos anuais do qual concluímos que há maior consumos em gás propano do que em energia eléctrica fazendo com que haja disparidade nos custos das duas facturas. Neste Capítulo descreve-se também as necessidades em termos de AQS, sabendo que temos 40 ocupantes e um consumo de 55L/dia, o que perfaz uma necessidade anual em termos de AQS de 45681,53 kwh. E por fim concluímos que este edifício, apesar de o artigo 9º do RSECE já o excluir, não necessita da elaboração de um PRE, pois apesar de o IEE facturação ser maior que o IEE referência ponderado, o IEE real de simulação é menor que o IEE referência existente. 66

84 Capítulo 4 Simulação dinâmica Neste Capítulo serão analisados os resultados da simulação dinâmica e quantificados os consumos potenciais do edifício e dos seus sistemas. Como explica a resposta D.1 P&R RSECE, 2011 com a simulação dinâmica podemos determinar aspectos como as necessidades de aquecimento e arrefecimento de um edifício, os ganhos internos provenientes da sua utilização e dos elementos exteriores, as perdas pela envolvente, a desagregação dos consumos a diferentes níveis (p.e. por utilização, por espaço ou por tipo de combustível), entre outros. Constitui, por isso, uma importante ferramenta para ensaio de diferentes soluções de projecto e de alternativas na operação e gestão do funcionamento de edifícios. Utilizaremos esta simulação principalmente para a determinação do IEE (Indicador de Eficiência Energética) e para o estudo de potenciais medidas de melhoria. 67

85 4.1 Afinação do modelo geométrico Após afinação da simulação dinâmica do edifício, efectuada com recurso ao software Energyplus com interface gráfica do DesignBuilder, verificou-se a estrutura de consumos reais por sistema apresentada na Tabela 4.1 Tabela 4.1: Consumos Anuais, Simulação Real Sistemas Consumo Anual (MWh) Equipamentos 19,35 Iluminação 49,76 Aquecimento 25,28 * AQS 45,68 (*) Valor acrescido de 5% devido a dificuldade de parametrizar as pontes térmicas planas Para que se possa concluir que o modelo está afinado é necessário verificar que não há um desvio superior a 10% do facturado e do observado por auditoria energética referente à desagregação por utilização final (P&R RSECE, 2011). Desta forma é necessário calcular o IEE real de simulação e comparar com o IEE facturação. Para o cálculo do IEE real de simulação procederemos aos seguintes passos: Cálculo IEE Lar Cálculo IEE Lavandaria Cálculo IEE Cozinha Cálculo IEE AQS 68

86 Cálculo IEE Lar Heating Vent.Calor Cooling Vent.Frio IEELar FCI FCV Área Área Lar Ilum. Equip. Elev. 2 kgep / m.ano Área Lar Lar (4.1) 2174, , , , 4 IEE 0, , , , kgep / m.ano (4.2) Cálculo IEE Lavandaria IEE Lav. Equip. gás( no min al ) h funcionamento 0, Equip. Eléctri cos( no min al ) Vent. Ilum. h funcionamento 0, 29 kgep / m 2.ano 1000 (4.3) ( , 98) , 29 2 IEE Lav. 236, 144 kgep / m.ano 1000 (4.4) Cálculo IEE Cozinha IEE Coz. Equip. gás( no minal ) h funcionamento 0, (Equip. Eléctri cos( no minal ) Vent. Ilum.) h funcionamento 0, 29 kgep / m 2.ano 1000 (4.5) 69

87 IEE Coz. 32, ,086 (217,25 8 4,22) , ,73 kgep / m. ano (4.6) Cálculo IEE AQS Q a 0, IEE AQS ESolar kgep / m.ano Re nd.caldeira Área Hotel (4.7) 42027, 01 0, IEE AQS 0 5, 53 kgep / m.ano 0, , 11 (4.8) IEE real simulação IEE Área IEE Área IEE Área Área Lar Lar Lav. Lav. Coz. Coz. 2 IEEAQS kgep / m.ano Total (4.9) IEE realsimulação 30, , , 14410, 3 138, 73 27, , , 53 42, 73 kgep / m.ano (4.10) 4.2 Consumos estimados Como já foi referido anteriormente a simulação dinâmica do edifício foi realizada com recurso ao software Energyplus com interface gráfica do DesignBuilder. Após a afinação do modelo foram obtidos consumos nominais estimados por sistema. Os mesmos são apresentados na Tabela

88 Tabela 4.2: Consumos Anuais, Simulação Nominal Sistema Consumo Anual (MWh) Equipamentos 10,91 Iluminação 49,76 Ventilação 4,73 Aquecimento 98,05 * Arrefecimento 3,06 AQS 45,68 (*) Valor acrescido de 5% devido a dificuldade de parametrizar as pontes térmicas planas 4.3 Repartição dos consumos por sistema e energia (kwh e kgep) Como verificamos através da Figura 4.1 é no aquecimento que recai a maior percentagem de consumo, precedida da iluminação e das AQS, isto quando falamos em energia final, pois quando observamos a Figura 4.2, relativa aos consumos da energia primária, os lugares invertiam-se, uma vez que é a iluminação que representa a maior parcela no consumo total. Esta diferença ocorre pelo facto de o factor de conversão em energia primária da energia eléctrica ser significativamente maior que o factor de conversão do gás propano. AQS 22% Ventilação 2% Arrefecimento 1% Equipamentos 5% Iluminação 24% Aquecimento 46% Figura 4.1: Repartição Anual dos Consumos, em Energia Final 71

89 Nas Figura 4.1 e 4.2 verificamos que os consumos em energia eléctrica são essencialmente na iluminação e nos equipamentos, já no que diz respeito ao consumo de gás propano, estes são essencialmente no aquecimento ambiente e preparação das AQS. Equipamentos 10% AQS 12% Ventilação 4% Arrefecimento 3% Aquecimento 26% Iluminação 45% Figura 4.2: Repartição Anual dos Consumos, em Energia Primária 4.4 Repartição dos custos anuais por sistema e energia ( ) Na Figura 4.3 podemos verificar que o sistema onde os custos mais se evidenciam é o aquecimento, representando 41% do custo global do edifício e cerca de 70% dos custos referentes ao gás propano. Relativamente aos custos anuais de energia eléctrica, a iluminação representa 73% desses custos. 4.5 Cálculo do indicador de eficiência energética e respectiva classificação O cálculo do IEE nominal é feito de acordo com os consumos nominais obtidos através da simulação dinâmica. 72

90 Ventilação Arrefecimento Aquecimento Iluminação Equipamentos AQS Figura 4.3: Repartição Anual dos Custos, em Euros Seguindo o raciocínio de cálculo usado na secção 4.1, na determinação do IEE real simulação, o IEE nominal é igual a: IEE no min al IEE Área IEE Área IEE Área Área IEE AQS kgep / m 2.ano Hotel Hotel Lav. Lav. Coz. Coz. Total (4.11) IEE no min al 33, , , 14410, 3 138, 73 27, , , 53 45, 898 kgep / m.ano (4.12) Para a determinação da classe energética necessitaremos de ter como valor de referência o valor do IEE ref. novos e o valor de S (representa a soma dos consumos específicos para aquecimento, arrefecimento e iluminação, conforme determinados na simulação dinâmica que deu origem aos valores limite de referência para edifícios novos ou constam no regulamento), para a presente tipologia, Hotel 3 ou menos estrelas e para os espaços complementares, cozinha e lavandaria. Após obtermos estes resultados será calculado um valor 73

91 ponderado para o IEE ref. novos e para o S para todo o edifício, englobando os espaços complementares. O valor do IEE ref. novos será comparado ao IEE nominal resultante da simulação dinâmica. A Tabela 4.3 apresenta os valores do IEE ref. novos e o valor de S para o edifício em estudo. Tabela 4.3: Cálculo do S Ponderado e IEE de Referência de Edifícios Novos Ponderado Hotel Lavandaria Cozinha IEE nominal 33, , ,726 Área 710,110 10,300 27,460 S novos 18,000 7,000 10,000 IEE ref novos 25, , ,000 S ponderado 17,555 IEE ref nov Pond. 33,390 A determinação da classe energética será feita com os valores do S e do IEE ref novos ponderados (Figura 4.4). Desta forma, este edifício, como podemos observar na Figura 4.5, com um IEE nominal de 45,898 kgep/m 2.ano, enquadra-se na classe energética D. Tabela 4.4: Classificação Energética 74

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