Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira Orientação: Prof. Vítor Leal Prof. Eduardo de Oliveira Fernandes Prof. Manuel Dias de Castro
Objectivos Estudar a relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do ESP-r e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do RCCTE e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Clarificar que níveis de requisitos permitem prescindir sistemas mecânicos de arrefecimento; PASSIVO DE EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS ESTUDO EXPLORATÓRIO SOBRE A UTILIZAÇÃO DO RCCTE NA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO 2
Metodologia Aplicar o RCCTE a cada caso de estudo, para determinar os principais índices térmicos: Necessidades nominais de energia útil para aquecimento; Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento; Produção de águas quentes sanitárias; Necessidades globais de energia primária; Analisar cada edifício com o software de simulação dinâmica ESP-r; Análise do edifício em regime condicionado; Análise do edifício em regime de flutuação livre de temperaturas; Implementar uma rede de escoamento dinâmica de ar para permitir ventilação natural dinâmica; Aplicar a norma ASHRAE 55-2004; Compilar os resultados de todos os casos de estudo com vista a estabelecer as relações pretendidas; Concluir e discutir os resultados perante os objectivos definidos; PASSIVO DE EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS ESTUDO EXPLORATÓRIO SOBRE A UTILIZAÇÃO DO RCCTE NA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO 3
CASO DE ESTUDO Nº1: HABITAÇÃO UNIFAMILIAR 4
Breve Apresentação e Caracterização Habitação unifamiliar de tipologia T3 Localização no concelho de Marco de Canaveses Zona climática I2-V2 Norte Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Área útil de pavimento 150.5 m 2 Planta do rés-do-chão da habitação Planta do 1º andar da habitação HABITAÇÃO UNIFAMILIAR 5
Necessidades de Aquecimento Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: N IC 2 N I 2 [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] 79.91 90.11 Necessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: N VC 2 N V 2 [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] 2.25 18.0 APLICAÇÃO DO RCCTE: RESULT TADOS CUMPRE CUMPRE 6
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 7
Simulação em regime condicionado Adoptado no modelo de simulação o valor da taxa de renovação horária nominal determinada na aplicação do RCCTE rph= 1.10 Análise mensal das necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento: 3000 2500 Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento RESULTADOS DA SIMULAÇÃO Energia [kwh] 2000 1500 1000 500 0 8
Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo a ventilação natural; MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 9
Estudo das Infiltrações Variação da área das aberturas e da espessura das frinchas -renovação mínima de 0,6 rph; Cozinha: Quarto: Renovação de Ar [rph] Renovação de Ar [rph] 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Abertura Janela Abertura Janela Infitrações Infitrações Aberturas exteriores activas durante o Verão MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 10
Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: Avaliar a evolução da temperatura interior Cozinha Sala Quarto 2 14% 12% 10% RESULTADOS DA SIMULAÇÃO % ocorrên ncia 8% 6% 4% 2% 0% 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 T méd =14.6 C Temperatura [ C] 11
Aplicação da Norma ASHRAE 55-2004 Calcular a % de horas da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento que cumprem os requisitos de conforto térmico: NORMA ASHRAE 55-2004 Cozinha Sala Quarto T> T min T <T máx T> T min T <T máx T> T min T <T máx 51.9 % 96.6 % 25.4 % 100.0 % 26.3 % 99.5 % 12
CASO DE ESTUDO Nº2 EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS 13
Breve apresentação e caracterização Caracterização: Análise do piso 0; Um piso constituído por 4 fracções autónomas: 2 de tipologia T1; 2 de tipologia T2; Localizado em Lisboa (zona climática I1 V2); EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS 14
Breve apresentação e caracterização Planta do piso do Edifício a analisar: EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS 15
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 16
Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo ventilação natural dinâmica; Frincha Abertura Controlada MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R Abertura Fixa 17
Temperaturas Interiores Fracção Autónoma T1-A Análise do comportamento do edifício em regime de free float: % ocorrência Cozinha Sala Quarto 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Temperatura [ C] T méd = 16.0 C RESULTADOS DA SIMULAÇÃO Cozinha Sala Quarto T> T min T <T máx T> T min T <T máx T> T min T <T máx 66.2 % 83.2 % 28.0 % 99.8 % 22.3 % 99.9 % 18
CASO DE ESTUDO Nº3 MORADIA GEMINADA 19
Breve Apresentação e Caracterização Moradia geminada de tipologia T3; Localização no concelho do Porto; Zona climática I2-V1 Norte Área útil de pavimento 187.4 m 2 Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Planta do rés-do-chão Planta do 1º andar MORADIA GEMINADA 20
Necessidades de Aquecimento Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: N IC 2 N I 2 [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] 37.57 68.10 Necessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: N VC 2 N V 2 [kwh/m 2.ano] [kwh/m 2.ano] 1.98 16.0 APLICAÇÃO DO RCCTE: RESULT TADOS CUMPRE CUMPRE 21
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 22
Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar; Frincha Abertura Controlada MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R Abertura Fixa 23
Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: % ocorrência Cozinha Sala Quarto 16% 14% 12% 10% 8% 6% RESULTADOS DA SIMULAÇÃO 4% 2% 0% 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 T méd = 15.0 C Temperatura [ C] Cozinha Sala Quarto T> T min T <T máx T> T min T <T máx T> T min T <T máx 53.5 % 97.6 % 20.6 % 100.0 % 27.9 % 100.0 % 24
CASO DE ESTUDO Nº4 VARIANTE EFICIENTE DA MORADIA GEMINADA 25
Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Alterações relativamente ao modelo do caso de estudo anterior: Fachada principal da moradia geminada orientada a Sul; Maximização da área envidraçada orientada a Sul; MODELO DE SIMULAÇÃO EM ES SP-R 26
Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: % ocorrência Cozinha Sala Suite Quarto 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 T méd = 16.3 C Temperatura [ C] RESULTADOS DA SIMULAÇÃO Cozinha Sala Suite Quarto T> T min T <T máx T> T min T <T máx T> T min T <T máx T> T min T <T máx 68.3 % 98.6 % 88.6 % 100.0 % 89.9 % 99.7 % 20.0 % 100.0 % 27
ANÁLISE DE RESULTADOS & CONCLUSÕES 28
Estação de aquecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; Relação linear significativa, com clara proporcionalidade directa; N CCTE [kwh/m 2 IC RC ] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 T2-D T1-B T2-C Gem. Eficiente T1-A Gem. Normal Unifamiliar y = 1.168x R² = 0.728 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento 17 % ANÁLISE DE RESULTADOS N IC ESP-r [kwh/m 2 ] Potenciais diferenças dos resultados: Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; 29
Estação de arrefecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; Relação linear forte, com clara proporcionalidade directa; N CCTE [kwh/m 2 VC RC ] 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Gem. Eficiente Gem. Normal Unifamiliar T2-C T1-B T2-D T1-A y = 1.727x R² = 0.917 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento 73 % ANÁLISE DE RESULTADOS N VC ESP-r [kwh/m 2 ] Potenciais diferenças de resultados: Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; 30
% horas de conforto vs N IC do ESP-r % horas de conforto vs N IC do RCCTE Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 67 %; Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Relação linear fraca; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 46 %; ANÁLISE DE RESULTADOS % horas com T> T min 70 60 50 40 30 20 10 Gem. Eficiente T2-D T1-B T2-C T1-A y = -0.583x + 61.15 R² = 0.674 Gem. Normal Unifamiliar % horas com T> T min 70 60 50 40 30 20 10 Gem. Eficiente T2-D T1-B T2-C Gem. Normal y = -0.428x + 58.88 R² = 0.464 T1-A Unifamiliar 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 N IC [kwh/m 2 ] N IC [kwh/m 2 ] 31
% horas de conforto vs N VC do ESP-r % horas de conforto vs N VC do RCCTE Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear relativamente moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Coeficiente de determinação de 61 %; Elevada % de horas que cumprem os requisitos de conforto, sempre > 96 %; Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Recta de regressão com declive quase nulo; Na prática verifica-se uma relativa independência entre o N VC do RCCTE e a % de horas de conforto ( > 96%); Não existe relação linear estatisticamente significativa; ANÁLISE DE RESULTADOS % horas com T< T máx 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 Gem. Normal Unifamiliar y = -0.283x + 100.1 R² = 0.606 Gem. Eficiente T1-B T2-C T2-D T1-A % horas com T< T máx 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 Gem. Normal Unifamiliar y = -0.118x + 99.70 R² = 0.348 Gem. Eficiente T1-B T2-D T2-C T1-A 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N VC [kwh/m 2 ] N VC [kwh/m 2 ] 32
Conclusões Obteve-se uma relação linear significativa entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento em 17 %; Obteve-se uma relação linear forte entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento em 73 %; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Obteve-se uma relação linear relativamente fraca entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Estes casos de estudo não permitiram obter uma relação linear entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto (ESP-r); Devido ao baixo nº de horas de conforto durante a estação de aquecimento conclui-se que nestes casos os sistemas de aquecimento são necessários para manter o edifício mais tempo com conforto térmico; Durante a estação de arrefecimento, conclui-se que a abertura de janelas nos períodos correctos, tende a ser suficiente para promover o arrefecimento do edifício, sem recorrer a equipamentos de ar condicionado; PASSIVO DE EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS ESTUDO EXPLORATÓRIO SOBRE A UTILIZAÇÃO DO RCCTE NA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO 33
FIM