ÍNDICE GERAL. CAPÍTULO 1 ENQUADRAMENTO E MOTIVAÇÃO DA DISSERTAÇÃO Enquadramento Objectivos Organização...

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1 ÍNDICE GERAL CAPÍTULO 1 ENQUADRAMENTO E MOTIVAÇÃO DA DISSERTAÇÃO Enquadramento Objectivos Organização... 4 CAPÍTULO 2 SUSTENTABILIDADE Desenvolvimento sustentável Alterações Climáticas Metas para atingir a sustentabilidade A Energia Caracterização do sector energético Sector dos Edifícios Caracterização do Sector dos Edifícios em Portugal Consumo Energético dos Edifícios CAPÍTULO 3 TÉRMICA DOS EDIFÍCIOS Conforto Térmico Mecanismos de Regulação Térmica do Corpo Humano Balanço Energético Cálculo da Temperatura de Conforto Propostas para a Actualização das Normas de Conforto Balanço Térmico Mecanismos de Transmissão de Calor Trocas de Calor nos Edifícios Novos métodos para Estimar o Coeficiente U Isolamento Térmico Funções dos Isolantes Térmicos Classificação dos Isolantes Térmicos Espessura Óptima dos Isolantes Térmicos Humidade nos Edicícios Cálculo das Condensações nos Edifícios Pontes Térmicas Avaliação das Pontes Térmicas Inércia Térmica Avaliação da Inércia Térmica Ventilação Ventilação para a Qualidade do Ar Interior Ventilação para o Conforto Térmico Ventilação para a Prevenção de Condensações Mecanismos Impulsionadores da Ventilação Infiltrações A Ventilação Natural Iluminação Princípios da Iluminação Iluminação Natural Vs Artificial ix

2 Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE Princípios da Iluminação Natural Princípios da Iluminação Artificial Sistema de Iluminação Eficiente CAPÍTULO 4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DOS EDIFÍCIOS Performance dos Edifícios Sistema de Avaliação da Performance de Edifícios Ferramentas de Simulação Precisão das Ferramentas de Simulação Execução de Modelos Dados Climáticos Desafios e Limitações das Ferramentas de Simulação Novas Aplicações das Ferramentas de Simulação Regulamentação Térmica RCCTE RSECE SCE Programas de Incentivos Soluções Energeticamente Eficientes Forma e Orientação do Edifício Sistemas Solares Passivos para Aquecimento Sistemas Passivos para Arrefecimento Considerações sobre algumas Soluções Integração de Soluções Energeticamente Eficientes Análise da Performance de Edifícios Sustentáveis na Europa Reabilitação de Edifícios A Reabilitação em Portugal Ferramentas de Avaliação da Reabilitação CAPÍTULO 5 PREVISÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS RCCTE Estrutura do RCCTE Metodologias de Avaliação da Performance Térmica do RCCTE VISUALDOE Introdução dos Dados do Projecto Execução da Simulação Análise de Resultados CAPÍTULO 6 CASO DE ESTUDO Introdução ao Caso de Estudo Células de Teste Instrumentação das Células de Teste Aplicação do RCCTE ao Caso de Estudo Cálculo das Necessidades de Aquecimento Cálculo das Necessidades de Arrefecimento Aplicação do VisualDoe ao Caso de Estudo Introdução dos Dados das Células de Teste Execução da Simulação das Células de Teste Calibração do Modelo das Células de Teste x Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

3 CAPÍTULO 7 RESULTADOS E CONCLUSÕES Resultados Pretendidos Análise de Dados Obtidos in-situ Análise de Dados Primavera Análise de Dados Verão Análise de Dados Outono Análise de Dados Inverno Comparação da Performance dos Compartimentos Análise de Dados Obtidos com a Aplicação do RCCTE Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento Comparação da Performance dos Compartimentos Análise de Dados Obtidos com a Aplicação do VisualDOE Análise da Performance da Células de Teste Comparação com os Resultados Obtidos no RCCTE CAPÍTULO 8 CONCLUSÕES E EXPECTATIVAS FUTURAS Conclusões Expectativas Futuras ANEXO I FICHEIRO CLIMÁTICO DO VISUALDOE AI.1. Preparação do Ficheiro Climático AI.1.1. Obtenção dos Parâmetros AI.2. Geração do Ficheiro Climático ANEXO II COEFICIENTE DE CONDUTIBILIDADE TÉRMICA IN-SITU AII.1. Justificação AII.2. Método Utilizado AII.3. Aplicação às Células de Teste BIBLIOGRAFIA xi

4 Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO 2 Figura 2.1 Chicago 1995, fotografia de Gary Braasch... 7 Figura 2.2 Efeito das alterações climáticas nos glaciares... 8 Figura 2.3 Consumo de Energia Final em 2002 [tep/pessoa] Figura 2.4 Emissão de CO2 em 2002 [t CO2/pessoa] Figura 2.5 Consumo de Electricidade em 2002 [kwh/pessoa] Figura 2.6 Consumo de Energia Final por Sector em Portugal Figura 2.7 Utilização de Energias Renováveis por Sector em Portugal Figura 2.8 Distribuição dos consumos energéticos no Sector dos edifícios em Portugal Figura 2.9 Habitação sustentável com princípios bioclimáticos CAPÍTULO 3 Figura 3.1 Balanço térmico no corpo humano Figura 3.2 Valor Médio do factor de forma entre uma pessoa sentada e uma superfície horizontal ou vertical quando a pessoa pode ser rodada sobre um eixo vertical Figura 3.3 Zonas de conforto para o Verão e Inverno Figura 3.4 Temperatura resultante óptima de conforto Figura Temperatura de Conforto em edifícios climatizados Figura Temperatura de Conforto em edifícios não-climatizados Figura Mecanismos de transmissão de Calor em edifícios Figura 3.8 Balanço energético no edifício Figura 3.9 Determinação da espessura óptima de isolamento Figura 3.10 Temperatura interior de uma parede com isolamento térmico Figura 3.11 Verificação de condensações superficiais Figura 3.12 Perfil de humidade para uma parede dupla Figura 3.13 Fluxo de calor ao longo de um elemento de construção Figura 3.14 Variação da temperatura superficial de uma parede ao longo de um dia Figura 3.15 Ventilação nos edifícios Figura 3.16 Altura do nível de pressão neutra Figura 3.17 Design para a ventilação natural Figura 3.18 Combinação dos componentes do ambiente visual Figura 3.19 Funcionamento de envidraçados electrocrómicos Figura 3.20 Algumas soluções para a iluminação natural Figura 3.21 Fluxo energético em lâmpadas incandescentes Figura Fluxo energético em lâmpadas de Descarga gasosa Figura 3.23 Área de envidraçado ideal em relação à área da fachada CAPÍTULO 4 Figura 4.1 Simulação do fluxo de calor numa caixilharia de PVC Figura 4.2 Software RUNEOLE para geração de ficheiros climáticos Figura 4.3 implementação do modelo de térmica e ventilação xii Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

5 Figura 4.4 Zonamento climático no novo RCCTE Figura 4.5 Exemplo do modelo de cálculo do Índice de Eficiência Energética Figura 4.6 Certificado Energético dos Edifícios Figura Ilustração da ferramenta online para obtenção do subsídio Figura 4.8 Sistema solar passivo de ganho directo com armazenamento térmico Figura 4.9 Sistema solar passivo de ganho indirecto Parede de Trombe Figura 4.10 Sistema solar passivo de ganho isolado Termo-sifão Figura 4.11 Arrefecimento radiativo sistema com isolamento de tecto amovível Figura 4.12 Sistema de ventilação de conforto diurna ventilação cruzada Figura 4.13 Arrefecimento evaporativo roof-spaying Figura 4.14 potencial de poupança energética pela aplicação da ventilação em Portugal Figura 4.15 configurações de paredes-asa Figura Tubagem de Luz Horizontal Figura 4.17 Esquema de sistema Caldeira + Armazenador Térmico Figura 4.18 Introdução de soluções energeticamente eficientes Figura 4.19 Eficiência energética de edifícios bioclimáticos Figura 4.20 Eficiência energética da Solução de ganho directo Figura 4.21 causas da deterioração dos edifícios e seu peso CAPÍTULO 5 Figura 5.1 Exemplo do cálculo do coeficiente de transmissão térmica linear (ϕ ) de uma ponte térmica Figura 5.2 Configuração do separador decimal no Windows Figura 5.3 Diagrama de fluxo de informação do VisualDOE Figura 5.4 Definição das unidades a utilizar no VisualDOE Figura 5.5 Definição das componentes da base de dados de vãos envidraçados do VisualDOE Figura 5.6 VisualDOE, Pasta Projecto Figura 5.7 VisualDOE, Pasta Blocos Figura 5.8 VisualDOE, Pasta Compartimentos Figura 5.9 VisualDOE, Pasta Envolvente Figura 5.10 VisualDOE, Pasta Sistemas de Climatização Figura 5.11 VisualDOE, Pasta Zonas Figura 5.12 Ficheiro de input do DOE-2.1E Figura 5.13 VisualDOE Diagnóstico. Pasta Zonas e Sistemas de Climatização Figura 5.14 VisualDOE Gráficos CAPÍTULO 6 Figura 6.1 Localização das Células de Teste na Escola de Engenharia, Universidade do Minho xiii

6 Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE Figura 6.2 Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste Convencional Figura 6.3 Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste Convencional Figura 6.4 Planta, alçado e foto da fachada sul da Célula de Teste tipo Passys Figura 6.5 Estação meteorológica Figura 6.6 Planta com a disposição dos sensores de temperatura superficial Figura 6.7 Data-Logger das Células de Teste Figura 6.8 Células de Teste com estufa (foto da esquerda) e sem estufa (foto da direita) Figura 6.9 Folha de cálculo de Excel para obtenção do coeficiente de condutibilidade térmica Figura 6.10 Definição da Envolvente das Células de Teste Figura 6.11 Adição de materiais no Ficheiro de Input do VisualDOE Figura 6.12 Alteração de elementos construtivos no Ficheiro de Input do VisualDOE Figura 6.13 Definição da inércia térmica dos compartimentos Figura 6.14 Gráfico comparando a temperatura interior medida in-situ e a obtida pelo VisualDOE na 1ª versão da simulação Figura 6.15 Gráfico comparando a temperatura interior medida in-situ e a obtida pelo VisualDOE na 26ª versão da simulação CAPÍTULO 7 Figura 7.1 Humidade relativa entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada Figura 7.2 Temperatura resultante entre 14 a 20 de Maio, divisória fechada Figura 7.3 Humidade relativa entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta Figura 7.4 Temperatura resultante entre 15 a 20 de Setembro, divisória aberta Figura 7.5 Humidade relativa entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada Figura 7.6 Temperatura resultante entre 12 a 16 de Novembro, divisória fechada Figura 7.7 Humidade relativa entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta Figura 7.8 Temperatura resultante entre 17 a 23 de Janeiro, divisória aberta Figura 7.9 Temperatura interior da CTnC Sul, entre 10 a 16 de Novembro. 193 Figura 7.10 Temperatura interior da CTnC Norte, entre 1 a 7 de Janeiro Figura 7.11 Temperatura interior da CTC entre 9 a 14 de Fevereiro Figura 7.12 Temperatura interior da CTP entre 11 a 17 de Outubro Figura 7.13 Temperatura interior da CTnC Sul, entre 8 a 14 de Setembro Figura 7.14 Temperatura interior da CTnC Norte, entre 18 a 24 de Junho Figura 7.15 Temperatura interior da CTC entre 21 a 27 de Agosto Figura 7.16 Temperatura interior da CTP entre 6 a 12 de Junho xiv Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

7 ANEXO I Figura AI.1 Folha de cálculo utilizada para obter os parâmetros necessários para o ficheiro climático Figura AI.2 Organização de parâmetros de forma a gerar um ficheiro climático Figura AI.3 Ultimação do ficheiro climático para o VisualDOE Figura AI.4 Ferramenta de conversão do VisualDOE para o ficheiro climático ANEXO II Figura AII.1 Sensor de fluxo de calor e temperatura superficial interior instalados na Célula de Teste Convencional Figura AII.2 Sensor de temperatura superficial exterior instalado na Célula de Teste não Convencional Figura AII.3 Distribuição dos sensores de fluxo de calor nas Células de Teste xv

8 Análise do Comportamento Térmico de Construções não Convencionais através de Simulação em VisualDOE ÍNDICE DE TABELAS CAPÍTULO 2 Tabela 2.1 Taxionomia do desenvolvimento sustentável... 9 Tabela 2.2 Consumo de Energia Final em Tabela 2.3 Consumo de Electricidade e emissões de CO2 em Tabela 2.4 Caracterização do Sector Energético em Portugal CAPÍTULO 3 Tabela 3.1 Actividade Metabólica correspondente a várias acções Tabela 3.2 Isolamento típico de algumas combinações de vestuário Tabela 3.3 Classificação de alguns isolamentos térmicos Tabela 3.4 Variação da pressão de vapor ao longo de uma parede Tabela 3.5 Cálculo do amortecimento e atraso térmico para uma parede.. 50 Tabela 3.6 Concentração admissível de alguns poluentes Tabela 3.7 Iluminância recomendada por tarefa visual Tabela 3.8 Iluminância recomendada por zona do edifício Tabela 3.9 Reflectância das superfícies recomendada Tabela 3.10 Razão de luminâncias recomendada Tabela 3.11 FLD recomendado para alguns tipos de espaços Tabela 3.12 Propriedades de algumas fontes luminosas artificiais CAPÍTULO 4 Tabela 4.1 Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício Tabela 4.2 Classificação das formas existentes para determinar bases de dados meteorológicas Tabela 4.3 Limites e forma de obter os consumos energéticos no RSECE Tabela 4.4 Ciclo de vida de alguns componentes dos edifícios CAPÍTULO 5 Tabela 5.1 Tempo e custo de um diagnóstico de eficiência energética de um edifício Tabela 5.2 Ganhos térmicos internos médios por tipo de edifícios Tabela 5.3 Factor de Orientação Tabela 5.4 Energia solar média incidente por zona climática Tabela 5.5 Factor de fracção envidraçada Tabela 5.6 Coeficiente de absorção de superfícies exteriores Tabela 5.7 Temperatura média (Tm) e intensidade da radiação solar (Ir) para a estação de arrefecimento Tabela 5.8 Factor correcção da selectividade angular, para o caso do Verão (Fw) xvi Dissertação de Mestrado de Pedro Correia Pereira da Silva

9 CAPÍTULO 6 Tabela 6.1 Elementos construtivos da CTnC Tabela 6.2 Elementos construtivos da CTP Tabela 6.3 Área útil e pé-direito das Células de Teste Tabela 6.4 Perdas Térmicas das Células de Teste no Inverno Tabela 6.5 Ganhos Térmicos das Células de Teste no Inverno Tabela 6.6 Perdas Térmicas das Células de Teste no Verão Tabela 6.7 Perdas Térmicas das Células de Teste no Verão Tabela 6.8 Parâmetros do ficheiro climático para o VisualDOE CAPÍTULO 7 Tabela 7.1 Necessidades de aquecimento para as CT Tabela 7.2 Necessidades de arrefecimento para as CT Tabela 7.3 Necessidades energéticas anuais para as CT Tabela 7.4 Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT sem estufa 194 Tabela 7.5 Erros obtidos com a simulação no VisualDOE das CT com estufa196 Tabela 7.6 Energia consumida pelas Células de Teste, caso base Tabela 7.7 Energia consumida pelas Células de Teste, primeira alternativa. 197 Tabela 7.8 Energia consumida pelas Células de Teste, segunda alternativa Tabela 7.9 Energia total consumida pelas Células de Teste, terceira alternativa Tabela 7.10 Comparativo entre necessidades energéticas das CT obtidas pelo RCCTE e pelo VisualDOE ANEXO I Tabela AI.1 Parâmetros necessários do ficheiro climático para o VisualDOE Tabela AI.2 Conversão de Unidades ANEXO II Tabela AII.1 Intervalos de dados utilizados para o cálculo da Resistência Térmica in-situ Tabela AII.2 Verificação da variação da Resistência térmica por intervalo de dados Tabela AII.3 Teste de variância e convergência para os valores calculados da Resistência Térmica in-situ xvii