Energy Management :: 2008/2009

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1 :: 2008/2009 Class # T09 Energy in Buildings SCE and RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios) João Parente joao.parente@dem.ist.utl.pt

2 Energy in Buildings :: The challenge Energy consumption in Buildings: 90% of time spent indoors 72 % of electricity 50% of primary energy year lifetime Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 2 of 53

3 Energy Demand in Portugal :: Energy consumption by sector Energy consumption by sector ktoe (1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil. Source: DGGE, 2007 Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 3 of 53

4 Energy Demand in Portugal :: Electricity consumption by sector Electricity consumption by sector ktoe (1) Includes transformation and extraction industry. Does not include final uses as raw materials, nor non energetic uses of oil. Source: DGGE, 2007 Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 4 of 53

5 Energy in Buildings :: The services of energy (end-uses) in buildings The services of energy (end-uses) in buildings Lightening Refrigeration Multimedia Preparation of meals Domestic hot water Heating Cooling Thermal Comfort is: That condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment (ASHRAE standard ) Providing thermal comfort is one of the main goals of buildings and of HVAC systems, and one of the main causes of energy consumption in buildings. Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 5 of 53

6 Energy in Buildings :: Thermal balance to the building envelope Heating and cooling Solar radiation HVAC Internal gains Air exchange Conduction* Internal gains: Equipments (electric appliances and other machines); Lighting; convective. radiative. Occupants sensible heat. convective. radiative. water vapour (latent heat). * Conduction combined with convection and thermal radiation at the surfaces. It is the combination of these components that determines the thermal behaviour of the building and the energy needs for heating and cooling. Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 6 of 53

7 Energy Demand :: The Climate The climatic conditions greatly influence the thermal behaviour of buildings and, throughout history, also influenced its design. Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 7 of 53

8 Energy Demand :: Challenge Estimates for full energy saving potential in end-use sectors (European Union 20% energy-savings target by 2020) Source: Action Plan for Energy Efficiency: Realizing the Potential, EC Communication nº545 (2006) Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 8 of 53

9 Energy efficiency in buildings Reducing energy demand Improving energy efficiency Passive measures Active measures Thermal insulation; Solar gains; Thermal inertia; Windows shading devices; Natural ventilation; Daylighting. Equipment efficiency; Lighting efficiency; HVAC efficiency; Solar collectors; Photovoltaics; Biomass; Cogeneration. Energy Solution: Supply vs. Demand? Renewable (PV) ~ cents/kwh Energy Efficiency ~ 0-7 cents/kwh Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 9 of 53

10 Framework O sector dos edifícios é responsável pelo consumo de aproximadamente 40% da energia final* na Europa. *mais de 50% deste consumo pode ser reduzido através de medidas eficiência energética (redução anual de 400 milhões de toneladas de CO2 ~ compromisso da UE no âmbito do Protocolo de Quioto). Objectivos: Directiva nº 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho (desempenho energético dos edifícios) metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios, aplicação dos requisitos mínimos para o desempenho energético dos novos edifícios (e grandes edifícios existentes), certificação energética dos edifícios e a inspecção regular de caldeiras e instalações de ar condicionado nos edifícios. Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 10 of 53

11 SCE (Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios) Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 11 of 53

12 Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios A directiva 2002/91/CE foi transposta em 2006 para Portugal através de um pacote composto por três Decretos-Lei. 1. DL 78/2006, Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE). 2. DL 79/2006, Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE). 3. DL 80/2006, Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE). Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 12 of 53

13 Etapas da Certificação A entrada em vigor do Sistema de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) decorre de acordo com a calendarização definida na Portaria 461/2007 de 5 de Junho. Esta define que ficam abrangidos pelo sistema: Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 13 of 53

14 Processo SCE NOVOS ESTUDO PRÉVIO PROJECTOS LICENCIAMENTO PROJECTOS EXECUÇÃO, CONSTRUÇÃO E ARRANQUE UTILIZAÇÃO Licenciamento Arquitectura Pedido de Licença de Edificação Pedido de Licença de Utilização Certificação Energética Preliminar Certificação Energética Definitiva Válido 3 anos Verificação RCCTE/RSECE Fiscalização RCCTE/RSECE (PQ) Declaração de Conformidade Regulamentar (PQ) Emissão de Certificado (PQ) PQ : : REGISTO ADENE PQ : : REGISTO ADENE Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 14 of 53

15 Processo SCE EXISTENTES SERVIÇOS AUDITORIA 3 MESES 3 ANOS Verifica Regulamento? NÃO Plano de Racionalização Energia (PRE) Implementação Obrigatória Medidas em que PRS 8 anos SIM SIM Verifica? NÃO Certificação Energética Definitiva Válido 6 anos Coima PQ : : REGISTO ADENE Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 15 of 53

16 RCCTE e RSECE Residential buildings 1 RCCTE Annual energy demand (heating, cooling and hot water) Non-residential buildings 2 RSECE Energy efficiency index by category (heating, cooling, ventilation, lighting, equipments and hot water) (1) All residential buildings and non-residential with P 25 kw. (2) All buildings with P > 25 kw and non-residential buildings with A > 1000 m 2 (for some building categories this threshold decreases to 500 m 2 ). A floor area, P heating or cooling power Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 16 of 53

17 RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios) Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 17 of 53

18 RCCTE - Enquadramento RCCTE : : Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios DL80/2006 (revoga DL40/1990). Entrada em vigor a 1 de Julho de 2006 Residenciais Novos s/ sistemas de climatização c/ Sistemas climatização Pnom < Pr* = 25 kw Edifícios RCCTE Existentes Grandes intervenções de reabilitação (envolvente e/ou instalações de AQS) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m 2 ) e Pclimatização < Pr* = 25 kw Serviços Pequenos Novos Pequenos Existentes s/ sistemas de climatização c/ sistemas climatização Pnom < Pm* = 25 kw Grandes intervenções de reabilitação (envolvente e/ou instalações de AQS) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m 2 ) e Pclimatização < Pm* = 25 kw * Valores sujeitos a actualização por portaria Class # 10P :: RCCTE Slide 18 of 53

19 RCCTE Limitações às Características de Comportamento Térmico Impõe Limitação às Necessidades Nominais de Energia Nic Ni Necessidades Nominais Anuais de Energia Útil para Aquecimento Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento Nic Ni Nvc Nv Necessidades Nominais Anuais de Energia Útil para Arrefecimento Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento Nvc Nv Nac Na Necessidades Nominais Anuais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias Nac Na Ntc Nt Necessidades Globais Anuais de Energia Primária Máximo Admissível de Necessidades Globais Anuais de Energia Primária Ntc Nt Impõe Limitação às Características Térmicas da Envolvente U Umax Coeficientes de Transmissão Térmica da Envolvente Máximo Admissível dos Coeficientes de Transmissão Térmica da Envolvente Fs Fsmax Factor Solar dos Vãos Envidraçados Máximo Admissível do Factor Solar dos Vãos Envidraçados Class # 10P :: RCCTE Slide 19 of 53

20 Limite das Necessidades Nominais de Energia - Inverno Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento (Ni) [kwh/(m 2.ano)] FF 0.5 :: Ni = 4,5 + 0,0395 GD 0,5 < FF 1 :: Ni = 4,5 + (0,021+ 0,037FF) GD 1 < FF 1,5 :: Ni = [4,5 +(0,021+ 0,037FF) GD] (1,2 0,2 FF) FF > 1,5 :: Ni = 4,05 + 0,06885 GD N i [kwh/m 2.ano] Factor de forma :: FF = (Σ (Aext) + Σ (τ Aint))/V GD :: Graus dia (ºC * dia) 0 0,5 1 1,5 2 FF [-] Nic < Ni Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento (Nic) [kwh/(m 2.ano)] Nic = (Qt + Qv Qgu) / Ap = ( * GD * (Σ Aeq*Ueq) Qgu) / Ap Qt :: perdas de calor por condução através da envolvente Qv :: perdas de calor resultantes da renovação do ar Qgu :: ganhos totais úteis (solar + interno) Class # 10P :: RCCTE Slide 20 of 53

21 The heating degree-days A quick & practical (although not complete) way to characterize the climate of a place is through the concept of degree-days. Given an outdoor base temperature Tb (usually the outdoor temperature below which it becomes necessary to heat indoors), the heating degree-days for that base temperature are defined as: For instance if the temperature of a day were constant at 14ºC the 24hours... it would result in HDD for a base temperature of 16ºC and 4HDD for a base temperature of 18ºC. In fact the good choice of the temperature Tb depends on the thermal balance of the building. Class # 10P :: RCCTE Slide 21 of 53

22 Limite das Necessidades Nominais de Energia - Verão Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento (Nv) [kwh/(m 2.ano)] V1 (Norte) :: Nv = 16 V2 (Norte) :: Nv = 18 V3 (Norte) :: Nv = 26 Açores :: Nv = 21 V1 (Sul) :: Nv = 22 V2 (Sul) :: Nv = 32 V3 (Sul) :: Nv = 32 Madeira :: Nv = 23 Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento (Nvc) [kwh/(m 2.ano)] Nvc = Qg * (1 - η) / Ap (kwh/m 2 ano) Qg :: ganhos totais brutos (solar + interno + renovação ar) η :: Factor de utilização dos ganhos Nvc < Nv Class # 10P :: RCCTE Slide 22 of 53

23 Limite das Necessidades Nominais de Energia - AQS Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias [kwh/(m 2.ano)] Na = 0,081 MAQS nd/ap 1 m 2 colector por ocupante ou 50% Asol S MAQS : : Consumo referência nd : : Dias de AQS referência Nominais de Energia para Aquecimento de Águas Sanitárias [kwh/(m 2.ano)] Nac = (Qa/ηa Esolar Eren)/Ap Qa : : Energia útil Sistemas Convencionais ηa : : Eficiência Sistemas Convencionais Esolar : : Contribuição Energia ST para AQS Eren : : Contribuição Energia REN equivalente para AQS Nac < Na Qa :: (Maqs * 4187 * ΔT * nd) / ( ) (kwh/ano) Maqs :: 40 l / ocupante por dia ΔT :: 45º (15ºc 60ºc) Class # 10P :: RCCTE Slide 23 of 53

24 Valores Limite das Necessidades Nominais de Energia - Primária Máximo Admissível de Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária [kgep/(m 2.ano)] Nt = 0,9 (0,01Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na) Máximo Admissível de Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária [kgep/(m 2.ano)] Ntc = 0,1 (Nic/ηi)Fpui + 0,1 (Nvc/ηv)Fpuv + Nac Fpua Fpuv : : Factor conversão energia útil em energia primária (electricidade) Fpu :: 0.29 kgep / kwh (comb. gasosos, líquidos ou sólidos) Fpu :: kgep / kwh Ntc < Nt Class # 10P :: RCCTE Slide 24 of 53

25 Classe Energética * R 1 A A + B - C B new buildings (licensed after 2006) 2 D E old buildings R = Ntc / Nt 3 F G Class # T09 :: SGCIE and RCCTE Slide 25 of 53