Avaliação do desempenho higrotérmico e do conforto de edifícios rurais reabilitados

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO HIGROTÉRMICO E DO CONFORTO DE EDIFÍCIOS RURAIS REABILITADOS RUI MIGUEL SENDAS JERÓNIMO Tese Submetida para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil Orientador: Professor Doutor Vasco Peixoto de Freitas CO – Orientador: Professor Doutor Romeu da Silva Vicente CO – Orientador: Professora Doutora Isabel Cristina da Silva Martins Ribeiro JULHO DE 2014 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected] Þ http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Tese de Doutoramento em Engenharia Civil - 2013/2014 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2014. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados Aos meus Pais. Nunca ande pelo caminho traçado, pois ele conduz somente até onde os outros foram. Alexandre Graham Bell Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados i AGRADECIMENTOS A elaboração da presente Tese de Doutoramento não seria possível sem o acompanhamento, sempre pronto e útil, dos orientadores: Exmo. Senhor Professor Doutor Vasco Freitas, Exmo. Senhor Professor Doutor Romeu Vicente e Exma. Senhora Professora Doutora Isabel Ribeiro. Aos três orientadores o meu profundo agradecimento pelos ensinamentos ministrados, pelo debate de ideias e pela indicação dos caminhos a seguir na investigação. Ao Laboratório de Física das Construções da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e à equipa que nele desempenha funções agradeço a disponibilidade, prontidão e o auxílio prestado nos pedidos efetuados. Aos meus Pais o reconhecimento pela motivação e apoio sempre presentes. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados ii Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados iii RESUMO Os edifícios rurais constituem um legado de importância histórica, cultural, social e arquitetónico. Com o objetivo de avaliar se as exigências térmicas são ajustadas, o presente trabalho caracteriza o desempenho térmico e o conforto de edifícios rurais reabilitados utilizando como base uma construção típica da região do Minho. O edifício é constituído por dois apartamentos de geometrias análogas, sendo um reabilitado utilizando as práticas construtivas atuais, e outro reabilitado de forma a manter as características construtivas mais tradicionais onde não se coloca isolamento térmico, em particular, nas paredes de fachada. O trabalho da tese de doutoramento exigiu uma procura bibliográfica com o objetivo de: caracterizar os edificios rurais; avaliar os parâmetros influenciadores do conforto térmico; estudar diferentes modelos de conforto (Fanger e adaptativo) e interpretar a importância da ventilação noturna e da inércia térmica no seu desempenho. A tese de doutoramento tem por base duas tarefas chave: a avaliação experimental do desempenho térmico dos edifícios rurais reabilitados através da medição in situ dos parâmetros de conforto e a simulação numérica do desempenho térmico de um edifício-tipo, para cinco cidades de Portugal Continental. As simulações numéricas recorreram ao programa WUFI Plus validado através da comparação dos resultados, da temperatura do ar interior, obtidos in situ com os obtidos numericamente. Foi também desenvolvido um estudo de sensibilidade visando a necessidade de isolar ou não isolar as paredes de pedra com elevada espessura e grande massa em diferentes localizações geográficas. Por último, desenvolveu-se um modelo de otimização, que minimiza a energia, respeitando o conforto, obtendo-se a melhor solução construtiva de reabilitação, das paredes de elevada espessura e massa, em função da ventilação noturna no Verão e do tipo de aquecimento. O modelo de otimização desenvolvido foi solucionado através do software comercial GAMS. PALAVRAS-CHAVE: Edificios Rurais; Conforto; Desempenho Térmico; Avaliação experimental; Simulação Numérica; Inércia térmica; Ventilação noturna; Otimização. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados iv Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados v ABSTRACT Rural buildings are an important part of our historical, cultural, social and architectural heritage. In order to assess if the thermal requirements are adequate, this thesis describes the thermal performance and comfort of rehabilitated rural buildings using a typical construction from the Minho area. The building consists of two apartments of similar shape, one of which was rehabilitated using current building practices, while the other was renovated in such a way as to maintain its more traditional characteristics (in particular by avoiding using thermal insulation on the walls of the façade). The doctorate thesis required bibliographic research in order to: characterize the rural buildings; assess the parameters influencing thermal comfort; study different comfort models (Fanger and adaptive) and interpret the importance of nocturnal ventilation and thermal inertia in its performance. The PhD thesis based on two key tasks: the experimental assessment of the thermal performance of rural buildings rehabilitated using the in situ measurements of comfort parameters and a numeric simulation of thermal performance of a type-building, for five cities in mainland Portugal. The numerical simulations were done using the programme WUFI Plus, validated by comparing the results of the interior air temperature obtained in situ with those obtained numerically. A sensitivity study was also performed to assess whether it was necessary to insulate thick solid stone walls in different geographic locations. Finally, an optimization model was developed that minimizes energy consumption while respecting comfort, obtaining the best rehabilitation solution for thick solid walls in function of nocturnal ventilation in summer and the type of heating. The optimization was developed using the commercial software GAMS. KEYWORDS: Rural buildings; Comfort; Thermal performance; Experimental assessment; Numerical simulation; Thermal inertia; Night ventilation; Optimization. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xii ANEXOS ANEXO I. CALIBRAÇÃO DOS SENSORES DE MEDIÇÃO DE TEMPERATURA E HUMIDADE RELATIVA ........................................................................................................................... 225 ANEXO II.229 SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS PARA A VALIDAÇÃO DO MODELO DE SIMULAÇÃO ........................................................................................................................ 229 ANEXO III. SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS CONSIDERADAS NOS ESTUDOS DE SENSIBILIDADE .................................................................................................................. 237 ANEXO IV. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA DO AR INTERIOR NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO .................................................................. 241 ANEXO V.249 RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – CONSUMO ENERGÉTICO NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO ............................................................ 249 ANEXO VI. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – ÍNDICE DE DESCONFORTO TÉRMICO DE INVERNO, IDT – I ......................................................................................... 253 ANEXO VII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – AVALIAÇÃO DO DESCONFORTO TÉRMICO NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO ATRAVÉS DA NORMA EN 15251 ................................................................................................................................... 257 ANEXO VIII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA DO AR INTERIOR NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO .............................................................. 261 ANEXO IX. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – EFEITO DA VENTILAÇÃO NOTURNA ........................................................................................................................... 269 ANEXO X. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – ÍNDICE DE DESCONFORTO TÉRMICO DE VERÃO, IDT – V ........................................................................................... 271 ANEXO XI. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – AVALIAÇÃO DO DESCONFORTO TÉRMICO NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO ATRAVÉS DA NORMA EN 15251 ............................................................................................................................. 275 ANEXO XII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA MÉDIA RADIANTE VS TEMPERATURA DO AR INTERIOR ........................................................... 279 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xiii ÍNDICE DE FIGURAS Fig.1 – Número de edifícios segundo a época de construção em Portugal Continental [5]. .................. 6 Fig.2 – Número de edifícios segundo a época de construção na zona Norte de Portugal Continental [5]. ................................................................................................................................................................. 6 Fig.3 – Número de edifícios segundo a época de construção por estado de conservação em Portugal Continental [5]. ........................................................................................................................................ 7 Fig.4 – Número de edifícios segundo a época de construção por estado de conservação na zona Norte de Portugal Continental [5]. ..................................................................................................................... 7 Fig.5 – Número de alojamentos segundo o tipo de ocupação por época de construção para Portugal Continental [5]. ........................................................................................................................................ 8 Fig.6 – Número de alojamentos segundo o tipo de ocupação por época de construção para o Norte de Portugal Continental [5]. .......................................................................................................................... 8 Fig.7 – Evolução de obras de reabilitação e construção nova em Portugal no período de 1995 a 2012 [6]. ............................................................................................................................................................ 9 Fig.8 – Valores máximos impostos para as necessidades de aquecimento, arrefecimento e energia primária, de grandes intervenções segundo REH [1]. .......................................................................... 14 Fig.9 – Coeficientes de transmissão térmica máximos admissíveis de elementos opacos [1]. ........... 14 Fig.10 – Casas tradicionais do Minho [14]. ........................................................................................... 18 Fig.11 – Casas típicas da zona serrana do Noroeste Português [15]. ................................................. 18 Fig.12 – Esquema da casa tradicional do Minho [16]. .......................................................................... 18 Fig.13 – Casas tradicionais transmontanas [17 e 18]. .......................................................................... 20 Fig.14 – Esquema da casa tradicional transmontana [16]. ................................................................... 20 Fig.15 – Casas típicas da Beira Interior [19 e 20]. ................................................................................ 22 Fig.16 – Esquema da casa tradicional da Beira Interior [16]. ............................................................... 22 Fig.17 – Casas tradicionais do Alentejo [21]. ........................................................................................ 24 Fig.18 – Esquema da casa tradicional do Alentejo [16]. ....................................................................... 24 Fig.19 – Casas tradicionais do Algarve [22 e 23]. ................................................................................. 26 Fig.20 – Esquema da casa tradicional do Algarve [16]. ........................................................................ 26 Fig.21 – Casas tradicionais do Ribatejo [24]. ........................................................................................ 27 Fig.22 – Esquema da casa tradicional do Ribatejo [16]. ....................................................................... 28 Fig.23 – Casa tradicional litoral centro português. ................................................................................ 29 Fig.24 – Limites de conforto para a estação de arrefecimento da Norma 15251 [28]. ......................... 40 Fig.25 – Resultados obtidos para a temperatura máxima interior em função da inércia térmica e graus de ventilação [44]. ................................................................................................................................. 43 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xiv Fig.26 – Redução da temperatura máxima interior em função da variação da temperatura exterior [44]. ............................................................................................................................................................... 44 Fig.27 – Planta do piso -1 e 0 do edifício. ............................................................................................. 46 Fig.28 – Alçado Sul do Apartamento 1 e 2. .......................................................................................... 46 Fig.29 – Alçado Nascente do Apartamento 2. ...................................................................................... 47 Fig.30 – Alçado Poente do Apartamento 1 e alçado Sul dos Apartamentos. ....................................... 47 Fig.31 – Interior do Apartamento 2 (paredes sem isolamento). ............................................................ 47 Fig.32 – Interior do Apartamento 1 (paredes com isolamento na caixa-de-ar). ................................... 47 Fig.33 – Identificação das soluções construtivas. ................................................................................. 49 Fig.34 – Sensores para medir a temperatura do ar e a humidade relativa, interior e exterior, e planta com a sua localização. .......................................................................................................................... 50 Fig.35 – Medição da temperatura do ar e humidade relativa exterior in situ. a) radiation shield; b) sensor de medição de temperatura do ar e humidade relativa dentro do radiation shield. .............................. 50 Fig.36 – Exemplo do equipamento do método do gás traçador. .......................................................... 51 Fig.37 – Ensaios da medição do caudal de ventilação mecânica nos apartamentos. ......................... 52 Fig.38 – Medição do fluxo de calor in situ (sistema de aquisição de dados, fluxímetros e termopares). ............................................................................................................................................................... 53 Fig.39 – Registos da temperatura do ar exterior medida in situ – 2012/2013. ..................................... 54 Fig.40 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar exterior medida in situ e na estação meteorológica de Cabeceiras de Basto. ............................................................................................... 55 Fig.41 – Registos da humidade relativa exterior medida in situ. .......................................................... 56 Fig.42 – Probabilidade acumulada da humidade relativa exterior medida in situ. ................................ 57 Fig.43 – Resultados do ensaio do gás traçador para o Apartamento 1 (gráfico superior) e Apartamento 2 (gráfico inferior). ................................................................................................................................. 58 Fig.44 – Resultados dos ensaios para o cálculo do caudal de extração mecânica dos Apartamentos. ............................................................................................................................................................... 59 Fig.45 – Resultados do registo da temperatura do ar interior e exterior durante a estação de aquecimento em flutuação livre............................................................................................................. 61 Fig.46 – Temperatura do ar interior média mensal durante a estação de aquecimento. ..................... 61 Fig.47 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 1 monitorizada durante a estação de aquecimento. .................................................................................................................................... 62 Fig.48 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 2 monitorizada durante a estação de aquecimento. .................................................................................................................................... 62 Fig.49 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na estação de aquecimento em flutuação livre. ....................................................................................................................................... 63 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xv Fig.50 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento contínuo entre o dia 7 a 19 de Janeiro de 2013. ............................................................. 64 Fig.51 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 10 e 19 de Janeiro de 2013. ......................................... 65 Fig.52 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março de 2013. ....................... 66 Fig.53 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 medida durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março de 2013. ..... 66 Fig.54 – Registo da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. ................ 68 Fig.55 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 monitorizada durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. ............................................................................................................................................................... 68 Fig.56 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida no quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. ................................................................................................................................................. 69 Fig.57 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. ....................................... 70 Fig.58 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 medida durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. .................... 70 Fig.59 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida no quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. .... 71 Fig.60 – Resultados da temperatura do ar interior durante a estação de arrefecimento. .................... 72 Fig.61 – Temperatura média mensal do ar interior e exterior durante a estação de arrefecimento. .... 73 Fig.62 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 1 medida durante a estação de arrefecimento. ........................................................................................................................................ 73 Fig.63 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 2 medida durante a estação de arrefecimento. ........................................................................................................................................ 74 Fig.64 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na estação de arrefecimento. ............................................................................................................................................................... 74 Fig.65 – Registos da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 1 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. .......................................................................... 76 Fig.66 – Distribuição da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 1 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ..................................................................... 76 Fig.67 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha do Apartamento 1 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ............... 77 Fig.68 – Registos da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. .......................................................................... 78 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xvi Fig.69 – Distribuição da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ..................................................................... 78 Fig.70 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ............... 79 Fig.71 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha e quarto do Apartamento 1 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ............... 81 Fig.72 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha e quarto do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ............... 81 Fig.73 – Avaliação do Conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de aquecimento. ............... 82 Fig.74 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de aquecimento com ocupação. ............................................................................................................................................................... 83 Fig.75 – Avaliação do conforto do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime contínuo. .................................................................................................................................... 83 Fig.76 – Avaliação do conforto do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime contínuo. .................................................................................................................................... 84 Fig.77 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 durante a estação de arrefecimento. ..................... 85 Fig.78 – Avaliação do conforto do Apartamento 2 durante a estação de arrefecimento. ..................... 85 Fig.79 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento. ............... 86 Fig.80 – Avaliação do conforto da sala/cozinha do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento no período entre 13 e 23 de Agosto de 2013. ............................................................... 86 Fig.81 – Avaliação do conforto da sala/cozinha do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento no período entre 13 e 23 de Agosto de 2013 com ocupação. ....................................... 87 Fig.82 – Avaliação do conforto da sala/cozinha e do quarto Apartamento 1 durante a estação de arrefecimento no período entre 29 de Julho e 30 de Setembro de 2013. ............................................ 88 Fig.83 – Avaliação do conforto da sala/cozinha e do quarto do Apartamento 2 durante a estação de arrefecimento no período entre 29 de Julho e 30 de Setembro de 2013. ............................................ 88 Fig.84 – Valor diário do coeficiente de transmissão térmica e do fluxo de calor medido in situ. ......... 89 Fig.85 – Esquema do processo de cálculo do WUFI Plus [adaptado de 54]. ....................................... 97 Fig.86 – Exemplo de um output relativo às condições higrotérmicas da envolvente de uma parede orientada a Norte, constituída por um pano de granito com 75 cm de espessura. .............................. 98 Fig.87 – Exemplo de um output relativo ao clima interior de uma zona térmica de simulação. ........... 98 Fig.88 – Exemplo de um output relativo ao consumo energético de uma zona térmica de simulação. 98 Fig.89 – Balanço térmico para uma zona do programa WUFI Plus [54]. .............................................. 99 Fig.90 – Modelação do edifício em estudo. ........................................................................................ 101 Fig.91 – Modelação do Apartamento 1, à direita (com isolamento dentro da caixa-de-ar) e do Apartamento 2, à esquerda (sem isolamento) .................................................................................... 101 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xvii Fig.92 – Espaços não úteis – “attached zones”. ................................................................................. 102 Fig.93 – Exemplo das janelas e portas dos elementos restantes. ...................................................... 102 Fig.94 – “Remaining elements” da modelação do edifício. ................................................................. 102 Fig.95 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. .................................................................................................................... 103 Fig.96 – Radiação global e velocidade do vento do período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. .................................................................................................................................. 103 Fig.97 – Rumo do vento e precipitação do período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. ....................................................................................................................................... 104 Fig.98 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do período de validação do Apartamento 2 na estação de aquecimento. .................................................................................................................... 104 Fig.99 – Radiação global e velocidade do vento do período de validação do Apartamento 2 na estação de aquecimento. .................................................................................................................................. 105 Fig.100 – Rumo do vento e precipitação do período de validação do Apartamento 2 na estação de aquecimento. ....................................................................................................................................... 105 Fig.101 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do período de validação dos Apartamentos na estação de arrefecimento. .............................................................................................................. 106 Fig.102 – Radiação global e velocidade do vento do período de validação dos Apartamentos na estação de arrefecimento. ................................................................................................................................ 106 Fig.103 – Rumo do vento e precipitação do período de validação dos Apartamentos na estação de arrefecimento. ...................................................................................................................................... 107 Fig.104 – Exemplo de um elemento construtivo usado na simulação do programa WUFI Plus (Fonte: WUFI Plus). ......................................................................................................................................... 107 Fig.105 – Exemplo de definição de um perfil diário para o sistema de aquecimento (Fonte: WUFI Plus). ............................................................................................................................................................. 110 Fig.106 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 5 e 15 de Fevereiro de 2013. .............................................................................................................. 112 Fig.107 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 5 e 8 de Fevereiro de 2013. ................................................................................................................ 113 Fig.108 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 12 e 15 de Fevereiro de 2013. ............................................................................................................ 113 Fig.109 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento. ........ 114 Fig.110 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento entre os dias 2 e 5 de Abril de 2013. ................................................................................................................. 114 Fig.111 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento entre os dias 6 e 11 de Abril de 2013. ............................................................................................................... 115 Fig.112 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de arrefecimento. ....... 116 Fig.113 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de arrefecimento. ....... 117 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xviii Fig.114 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de arrefecimento. ....... 117 Fig.115 – Modelação geométrica do Apartamento 1 para os estudos de sensibilidade. ................... 121 Fig.116 – Esquema das simulações realizadas no estudo de sensibilidade final. ............................. 123 Fig.117 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do ano climático de referência da cidade do Porto. ................................................................................................................................................... 124 Fig.118 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do ano climático de referência da cidade de Bragança. ............................................................................................................................................ 124 Fig.119 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do ano climático de referência da cidade de Lisboa. ................................................................................................................................................. 125 Fig.120 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do ano climático de referência da cidade de Coimbra. .............................................................................................................................................. 125 Fig.121 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do ano climático de referência da cidade de Évora. .................................................................................................................................................. 125 Fig.122 – Temperatura do ar interior dos cenários reabilitados, na estação de aquecimento, para a cidade do Porto. .................................................................................................................................. 129 Fig.123 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de aquecimento, dos cenários reabilitados da cidade do Porto. ........................................................................................... 131 Fig.124 – Temperatura do ar interior dos cenários reabilitados, na estação de aquecimento, para a cidade de Bragança. ........................................................................................................................... 132 Fig.125 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de aquecimento, dos cenários reabilitados para a cidade de Bragança. .............................................................................. 134 Fig.126 – Percentagem de tempo de desconforto térmico, dos cenários reabilitados na estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ................................................................................ 135 Fig.127 – Temperatura média do ar interior, dos cenários reabilitados na estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................................................................... 136 Fig.128 – Temperatura do ar interior correspondente ao percentil 5%, T5%, dos cenários reabilitados na estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................. 137 Fig.129 – Representação gráfica dos parâmetros analisados – percentagem de tempo de desconforto, temperatura média do ar interior e temperatura do ar interior correspondente ao percentil 5%, para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 138 Fig.130 – Consumo energético, na estação de aquecimento, para a cidade do Porto. ..................... 139 Fig.131 – Custos de aquecimento, por mês, para a cidade do Porto. ................................................ 140 Fig.132 – Consumo energético, na estação de aquecimento, para a cidade de Bragança. .............. 141 Fig.133 – Custos de aquecimento, por mês, para a cidade de Bragança. ......................................... 142 Fig.134 – Consumo energético, na estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ..... 143 Fig.135 – Consumo energético, por m2, na estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................................................................................................................. 143 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xix Fig.136 – Representação gráfica do consumo energético total e por m2, da estação de aquecimento, para as cinco cidades estudadas. ....................................................................................................... 144 Fig.137 – Representação gráfica da variação da temperatura para o cálculo do IDT - I. .................. 145 Fig.138 – Exemplo do Índice de Desconforto Térmico de Inverno, IDT – I, para um dado edifício. .. 145 Fig.139 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), para a cidade do Porto. ................... 146 Fig.140 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), para o período de ocupação do quarto principal, para a cidade do Porto......................................................................................................... 147 Fig.141 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I) para a cidade de Bragança. ............. 148 Fig.142 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), por mês, para o período de ocupação do quarto principal, para a cidade de Bragança. ..................................................................................... 149 Fig.143 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), para as cinco cidades estudadas. ... 150 Fig.144 – Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), para o período de ocupação do quarto principal, para as cinco cidades estudadas. ....................................................................................... 151 Fig.145 – Representação gráfica do Índice de Desconforto Térmico de Inverno (IDT – I), para o edifíciotipo e para o período de ocupação do quarto principal, das cinco cidades estudadas. ..................... 152 Fig.146 – Avaliação do conforto térmico, segundo a Norma EN 15251 [28], para a cidade do Porto. ............................................................................................................................................................. 153 Fig.147 – Avaliação do conforto térmico, segundo a Norma EN 15251 [28], para a cidade de Bragança. ............................................................................................................................................................. 155 Fig.148 – Percentagem de tempo de desconforto, para a categoria II da Norma EN 15251 [28], para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 156 Fig.149 – Percentagem de tempo de desconforto, para a categoria III da Norma EN 15251 [28], para as cinco cidades estudadas. ............................................................................................................... 157 Fig.150 – Representação gráfica da percentagem de tempo de desconforto, para o nível II e III da Norma EN 15251 [28], durante o Inverno, das cinco cidades estudadas. .......................................... 158 Fig.151 – Temperatura do ar interior dos cenários reabilitados, para a estação de arrefecimento, para a cidade do Porto. ............................................................................................................................... 159 Fig.152 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados para a cidade do Porto. ..................................................................................... 161 Fig.153 – Temperatura do ar interior dos cenários reabilitados, para a estação de arrefecimento, para a cidade de Bragança. ........................................................................................................................ 162 Fig.154 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados para a cidade de Bragança. .............................................................................. 163 Fig.155 – Percentagem de tempo de desconforto dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................................... 165 Fig.156 – Temperatura média do ar interior dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ....................................................................................................... 166 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xx Fig.157 – Temperatura do ar interior correspondente ao percentil 95%, T95%, dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ....................................................... 167 Fig.158 – Representação gráfica dos parâmetros analisados – percentagem de tempo de desconforto, temperatura média do ar interior e temperatura do ar interior correspondente ao percentil 95%, para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 168 Fig.159 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados com 1RPH e 4RPH, para a cidade do Porto. ..................... 169 Fig.160 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados com 1RPH e 4RPH, para a cidade de Bragança. .............. 170 Fig.161 – Percentagem de tempo de desconforto dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................................... 171 Fig.162 – Temperatura média do ar interior dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ....................................................................................................... 172 Fig.163 – Temperatura do ar interior correspondente ao percentil 95% dos cenários reabilitados, na estação de arrefecimento, para as cinco cidades estudadas. ............................................................ 173 Fig.164 – Representação gráfica dos parâmetros analisados – Percentagem de tempo de desconforto, temperatura média do ar interior e temperatura do ar interior correspondente ao percentil 95%, para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 174 Fig.165 – Índice de Desconforto Térmico de Verão (IDT – V), por mês, para a cidade do Porto. ..... 175 Fig.166 – Índice de Desconforto Térmico de Verão (IDT – V), por mês, para a cidade de Bragança. ............................................................................................................................................................. 176 Fig.167 – Índice de Desconforto Térmico de Verão IDT – V, para as cinco cidades estudadas. ...... 177 Fig.168 – Índice de Desconforto Térmico de Verão IDT – V, para o período de ocupação do quarto principal, para as cinco cidades estudadas. ....................................................................................... 178 Fig.169 – Representação gráfica do Índice de Desconforto Térmico de Verão IDT – V, para o edifíciotipo e para o período de ocupação do quarto principal, das cinco cidades estudadas. ..................... 179 Fig.170 – Avaliação do conforto térmico, segundo a Norma EN 15251 [28], para a cidade do Porto. ............................................................................................................................................................. 181 Fig.171 – Percentagem de tempo de desconforto, na categoria II da Norma EN 15251 [28], para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 182 Fig.172 – Percentagem de tempo de desconforto, na categoria III da Norma EN 15251 [28], para as cinco cidades estudadas. .................................................................................................................... 183 Fig.173 – Quarto principal do edifício-tipo, utilizado para o cálculo da temperatura média radiante. 184 Fig.174 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e da temperatura média radiante, na estação de aquecimento, dos cenários reabilitados para cidade do Porto. ........ 185 Fig.175 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e da temperatura média radiante, na estação de aquecimento, dos cenários reabilitados para a cidade do Porto. ..... 185 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xxi Fig.176 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e da temperatura média radiante, na estação de aquecimento, dos cenários reabilitados para a cidade do Porto. ..... 186 Fig.177 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e da temperatura média radiante, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados para a cidade do Porto. .... 187 Fig.178 – Comparação da probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e da temperatura média radiante, na estação de arrefecimento, dos cenários reabilitados na cidade do Porto. .......... 187 Fig.179 – Exemplo dos resultados obtidos no WUFI Plus: a) temperatura do ar interior e exterior e b) consumo de energia para o edifício-tipo. ............................................................................................ 192 Fig.180 – Limites de conforto do Modelo A: a) estação de aquecimento; b) estação de arrefecimento. ............................................................................................................................................................. 194 Fig.181 – Limites de conforto do Modelo B para a estação de arrefecimento. .................................. 194 Fig.182 – Resultados do exemplo de aplicação para a categoria de desconforto 10%. .................... 201 Fig.183 – Resultados do exemplo de aplicação para a categoria de desconforto 50%. .................... 201 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xxviii I – Radiação solar [W/m2] Icl – Resistência térmica do vestuário [m2ºC/W] L – Carga térmica que atua sobre o corpo [W/m2] L – valor fictício máximo para a temperatura, 50ºC m – Massa do elemento [kg/m2] M – Taxa metabólica [W/m2] met – Unidade de medição da taxa de metabolismo mt – Massa total do elemento [kg/m2] NBA – Necessidades brutas de aquecimento [kWh] Ns – número de simulações Nt – número de instantes de tempo Nv – Necessidades nominais de arrefecimento máximas admissíveis Nvc – Necessidades nominais de arrefecimento ºC – graus centígrados P – percentagem admissível em cada estação [%] Percent, percentagem de instantes fora dos limites de conforto durante todo o ano (resultados globais) [%]; Percent, percentagem de instantes fora dos limites de conforto durante todo o ano (resultados globais) [%] q – Caudal volúmico do ar [m3/s] Qcomponente – Fluxo térmico da envolvente opaca [W] Qenvidraçado – Fluxo térmico dos envidraçados [W] Qi – Fluxo de calor por unidade de área [W/m2] QI – Perdas de calor pelo envidraçado [W] QIWQ – Fluxo térmico dos elementos interiores [W] Qn – Poder emissivo de um corpo negro [W/m2] QRLT – Fluxo térmico dos sistemas de aquecimento [W] QT – Perdas de calor pelo envidraçado [W] Qvent – Balanço térmico da ventilação [W] Qventilação, fluxo térmico da ventilação [W] R – Resistência térmica [m2ºC/W] s – simulação SF6 – Hexafluoreto de enxofre Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xxix SHGC – Coeficiente de ganhos solares SO2 – Dióxido de enxofre t – instante de tempo Tconf – Temperatura de conforto [ºC] Te – Temperatura do ar exterior [ºC] Textt – Temperatura exterior no instante t [ºC] Ti – Temperatura interior [ºC] Tm – Temperatura exterior média mensal [ºC] Tmax – Diferença entre a temperatura máxima exterior e interior [ºC] Tmax,in – Temperatura máxima interior [ºC] Tmax,out – Temperatura máxima exterior [ºC] Tmaxt – temperatura máxima que a temperatura do ar interior poderá atingir no instante de tempo t [ºC] Tmint – temperatura mínima que a temperatura do ar interior poderá atingir no instante de tempo t [ºC] Tmp – Temperatura exterior exponencialmente ponderada [ºC] Tmr – Temperatura média radiante [ºC] Tneut – Temperatura neutra [ºC] Tn-i – Temperatura média exterior do dia i anterior [ºC] Toc – Temperatura operativa de conforto [ºC] Top – Temperatura operativa [ºC] Tp – Temperatura de superfície [ºC] Ts,t – temperatura do ar interior no cenário s no instante t [ºC] U – Coeficiente de transmissão térmica [W/m2ºC] Uenv – Coeficiente de transmissão térmica do envidraçado [W/m2ºC] Uwdn – Coeficiente de transmissão térmica médio dia-noite do envidraçado [W/m2ºC] V – Volume [m3] Va – Velocidade do ar [m/s] ΔHR – Diferença entre a humidade relativa máxima e mínima [%] δp – Permeabilidade ao vapor de água [kg/ms Pa] ΔT – Amplitude térmica [ºC] ε – Emissividade θ0 – Temperatura superficial da envolvente [ºC] θ∞ – Temperatura do fluido fora da camada limite [ºC] θa – Temperatura exterior [ºC] Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados xxx θi – Temperatura do ar interior [ºC] θimax – Temperatura do ar interior máxima [ºC] θimin – Temperatura do ar interior mínima [ºC] θrm – Temperatura média ponderada exterior [ºC] θs – Temperatura superficial [ºC] λ – Condutibilidade térmica [W/mºC] ρ – Massa volúmica [kg/m3] ԑ – Pequena tolerância 1,0E-6 ABREVIATURAS ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers DGEG – Direção Geral de Energia e Geologia EPBD – Energy Performance of Buildings Directive FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FF – Fator de forma IDT – I – Índice de Desconforto Térmico de Inverno IDT – V – Índice de Desconforto Térmico de Verão ISO – International Organization for Standardization LFC – Laboratório de Física das Construções LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil OCDE – Organização de Cooperação e Desenvolvimento Económico PMV – Predicted Mean Vote PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios RECS – Regulamento do Desempenho Energético de Edificios de Comércio e Serviços REH – Regulamento do Desempenho Energético dos Edificios de Habitação RPH – Renovações por hora Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 1 1. OBJETIVOS E ESTRATÉGIA 1.1. ENQUADRAMENTO O desenvolvimento industrial das sociedades influenciou profundamente o modo de vida, os costumes e os hábitos das pessoas. Uma das consequências da industrialização, foi a fuga das pessoas do meio rural para o meio urbano. Esta fuga é consequente da procura de melhores condições de vida, oferecidas em meios urbanos, a vários níveis, nomeadamente económico, social e cultural. Assim, o meio rural cada vez mais esquecido e desabitado, deixou edifícios rurais com qualidade construtiva sem qualquer utilização. No entanto, o mundo rural é uma parte importante da nossa história que não pode nem deve cair no esquecimento. Para além do património, dos costumes, das paisagens, da gastronomia, faz parte o património edificado corrente (edifícios de habitação) que é o objeto central desta tese. Torna-se assim importante perspetivar a viabilidade da reabilitação destes edifícios, sem por em causa as exigências mínimas de conforto e a eficiência energética, contribuindo de forma positiva para o crescimento da economia da construção, do equilíbrio sociocultural do mundo rural e para o desenvolvimento do turismo que será um dos setores de atividade económica a ser incentivado num futuro próximo. Os edifícios rurais possuem um valor arquitetónico impar, sendo o reflexo da região que integram, dos seus costumes e do seu modo de vida. Os edifícios identificam a região através das suas formas geométricas, materiais utilizados, elementos construtivos e ornamentais e disposição do espaço interior. Assim sendo, é necessário saber quais as estratégias de adaptabilidade e de reabilitação destes edifícios, que em grande parte se encontram abandonados. Esta necessidade constitui a motivação para o presente estudo, pois tendo estes edifícios características distintas da maioria dos edifícios de habitação urbanos antigos e totalmente diferentes das novas construções, importa saber se os requisitos impostos pelos regulamentos em vigor, especialmente o Regulamento de Desempenho Energético dos Edificios de Habitação [1], é adequada, ou, pelo contrário, conduz a uma descaracterização arquitetónica e do funcionamento tradicional destes edifícios. Alterando profundamente as soluções construtivas das suas envolventes sem que se reflita objetivamente na melhoria do conforto do seu ambiente térmico e consumo energético. Importa assim, perceber e demonstrar se o caminho imposto pelo regulamento [1] é o mais correto, ou se há outras vias que mantenham as suas características construtivas, sem que o conforto térmico e necessidades energéticas do edifício, que o REH [1] padroniza, sejam completamente postas em causa, aliadas a um custo de reabilitação mais contextualizado com o panorama económico do País, ao abrigo de uma abordagem exigêncial e não prescrita. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 2 Este estudo vai avaliar diferentes processos de reabilitação de paredes de pedra de elevada espessura e massa: um seguindo os principais requisitos do REH [1] no que respeita às paredes de envolvente exterior, isolando-as pelo seu interior, e outro que não altera profundamente as soluções construtivas originais das paredes mas em que se otimiza a inércia térmica e se promove a ventilação noturna. Comparam-se numericamente e experimentalmente as consequências destas duas opções no conforto e no consumo energético. 1.2. OBJETIVOS E METODOLOGIA A construção de edifícios novos tem marcado a tendência do setor da construção em Portugal nas últimas décadas, relegando a reabilitação para um plano secundário. Com a atual situação económica do país, em que as pessoas deixaram de ter acesso fácil ao crédito bancário e desta forma não têm a possibilidade de adquirir tão facilmente uma habitação nova, como era corrente num passado muito recente, a construção nova perde importância. Por outro lado, o edificado existente necessita de obras de reabilitação, sendo que os edifícios rurais, objeto deste estudo, as necessitam em grande escala. Sabese, também, que a reabilitação de edifícios existentes é, muitas vezes, incompatível com a regulamentação que, na generalidade dos casos foi concebida para edifícios novos [2]. Desta forma pretende-se com o presente estudo contribuir para uma abordagem metodológica para elaboração de projetos de reabilitação de edifícios rurais, que garantam bons índices de conforto térmico e reduzidas necessidades energéticas, sem que para isso haja uma descaracterização arquitetónica e construtiva. Para tal, considera-se essencial cumprir os seguintes objetivos fundamentais: • Caracterizar experimentalmente o desempenho térmico de edifícios rurais reabilitados: através da medição in situ da temperatura do ar e humidade relativa interior, e caudal de ventilação; • Validação do programa de simulação dinâmica (com a confrontação dos resultados deste com os da monitorização); • Simulação do comportamento térmico de edifícios rurais reabilitados, em regime dinâmico: através de um programa informático avançado, WUFI Plus; • Realização de estudos paramétricos com base no programa de simulação higrotérmica (WUFI Plus): avaliar o impacto dos fatores mais importantes no comportamento dos edifícios rurais reabilitados no conforto térmico e consumo energético; • Otimização do comportamento higrotérmico de edifícios rurais reabilitados: através do código de modelação matemática e otimização GAMS. Desenvolveu-se um modelo para a otimização do desempenho térmico de edifícios rurais reabilitados tendo em consideração os fatores mais importantes que o influenciam, avaliando os efeitos nos parâmetros de conforto e consumo energético. Para cumprir os objetivos fundamentais desenvolveram-se as seguintes tarefas: • Estudar a problemática da reabilitação de edifícios com base nos dados estatísticos do anuário da construção e dos censos 2011, caracterizando o panorama da reabilitação no país e o número de edifícios rurais existentes em Portugal; • Caracterizar os edifícios rurais portugueses: conhecer as características construtivas, sociais, culturais e económicas que motivaram a sua forma e construção para as diferentes regiões de Portugal; Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 3 • Estudar o conforto térmico: conhecer os fatores que influenciam o conforto térmico nos edifícios e nos modelos de quantificação de conforto térmico e quantificação do conforto térmico dos edifícios rurais reabilitados; • Estudar a importância da inércia térmica: que é uma característica dos edifícios rurais portugueses. É importante perceber o seu efeito no ambiente interior dos edifícios, em termos de conforto térmico e na influência no consumo energético; • Estudar a ventilação noturna: entender os efeitos que a ventilação noturna pode ter no conforto térmico dos edifícios, tendo em vista a sua aplicação aos edifícios rurais portugueses; • Monitorizar, durante um ano, o edifício-tipo, obtendo medições in situ, da temperatura do ar interior, humidade relativa interior e caudal de ventilação, que permitiram caracterizar a estação de aquecimento e arrefecimento e validar o modelo numérico utilizado; • Modelar numericamente o edifício caso de estudo, validando o modelo numérico através da comparação dos resultados numéricos com os experimentais, da temperatura do ar interior, de forma a poder realizar os estudos paramétricos; • Simulação de diversos cenários reabilitados, para cinco localidades de Portugal (Porto, Bragança, Lisboa, Coimbra e Évora), com diferentes combinações de isolamento térmico nas paredes exteriores, regime de aquecimento e ventilação noturna no Verão; • Elaboração de um modelo matemático de otimização, com base nos resultados do estudo paramétrico, através do código GAMS. 1.3. ESTRUTURAÇÃO DO TEXTO A tese de doutoramento que resultou do presente trabalho de investigação está dividida em sete capítulos. O capítulo 1 contém uma introdução geral do trabalho, enquadrando-o na realidade socioeconómica portuguesa, apresenta-se também os objetivos principais do trabalho, bem como a estratégia a seguir para os alcançar. O capítulo 2 é dedicado à caracterização dos edificios rurais reabilitados, aborda-se: o panorama da reabilitação de edifícios em Portugal; a eficiência energética em edifícios rurais; a caracterização do edificado tradicional rural português; o conforto térmico dos edifícios e o papel da ventilação e da inércia térmica nos edifícios. A análise do panorama da reabilitação baseia-se nos dados do anuário da construção e dos censos 2011, elaborando uma projeção do número de edifícios que o estudo engloba e o seu estado de conservação. A problemática da eficiência energética dos edifícios rurais, incide nas exigências que o REH [1] determina para este tipo de edifícios. Na elaboração da caracterização do edificado rural português apresentam-se as razões em que se baseia a sua conceção, os vários tipos de edifícios rurais existentes em Portugal e as suas características construtivas. No subcapítulo do conforto térmico analisam-se os fatores que o influenciam, modelos que o caracterizam e métodos de quantificação do conforto térmico para edifícios. Relativamente ao contributo da ventilação noturna e inércia térmica, o objetivo passa por refletir sobre o efeito da ventilação na melhoria do conforto térmico dos edifícios e do efeito combinado da ventilação noturna e inércia térmica para o arrefecimento no Verão. O capítulo 3 apresenta a campanha experimental levada a cabo no edifício-tipo. Este capítulo inclui a caracterização do edifício (envolvente, equipamento, espaços, etc.). Definem-se os objetivos da monitorização e a forma como se procedeu, descrevendo o tipo de sensores de medição de temperatura Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 4 e humidade relativa e a sua localização, bem como a forma como se calculou o caudal de ventilação, salienta-se ainda a medição de fluxo de calor de uma parede de elevada espessura e grande massa. Os resultados da temperatura do ar interior obtidos estão divididos em: estação de aquecimento (regime de flutuação livre, aquecimento continuo e aquecimento intermitente) e estação de arrefecimento. O capítulo 4 é referente à simulação numérica do desempenho térmico, apresenta-se, descreve-se e caracteriza-se o software escolhido (WUFI Plus) para o desenvolvimento do estudo e as motivações da sua escolha. Neste capítulo apresentam-se os resultados da validação do modelo numérico desenvolvido escolhido, comparando os resultados experimentais com os resultados simulados da temperatura do ar interior em dois períodos do ano, na estação de aquecimento e na estação de arrefecimento. O capítulo 5 é dedicado à quantificação do desempenho térmico de edifícios rurais em função do clima e da sua envolvente. Desenvolveram-se estudos paramétricos de fatores condicionantes do desempenho térmico destes edifícios para diversas localizações do País. Os resultados incidem no conforto térmico e no consumo energético. O capítulo 6 destina-se à otimização do conforto térmico e consumo energético, apresenta-se a forma como se desenvolveu o modelo de otimização e sua resolução, através do código GAMS, e os respetivos resultados. No capítulo 7 apresentam-se as conclusões parciais e globais obtidas da elaboração da tese de doutoramento e são ainda identificadas perspetivas futuras. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 5 2. CONFORTO TÉRMICO DE EDIFICIOS RURAIS REABILITADOS 2.1. PROBLEMÁTICA DA REABILITAÇÃO DE EDIFÍCIOS ANTIGOS 2.1.1. PATRIMÓNIO EDIFICADO EXISTENTE No mundo desenvolvido é reconhecida a importância cultural e socioeconómica do património arquitetónico e da sua salvaguarda. Em Portugal, este tem sido um setor que tem registado pouco desenvolvimento [3]. A reabilitação, em sentido lato, consiste na recuperação e beneficiação geral de áreas degradadas ao nível físico e morfológico, bem como na revitalização socioeconómica e funcional. Em Portugal observa-se um progressivo consenso sobre a importância cultural e a necessidade socioeconómica de reabilitar um património urbano e rural de extraordinário valor, mas que se vem degradando há décadas. Particularizando, esta problemática aos edifícios rurais, é conhecido que, com o desenvolvimento industrial das sociedades, a alteração dos hábitos e modos de vida das pessoas se foram consequentemente transformando. Durante a segunda metade do século XX a população urbana teve um crescimento exponencial. Na década de cinquenta a população urbana não ultrapassava os 200 milhões de cidadãos, mas em finais do século XX registava cerca de 3 mil milhões prevendo-se que em 2025 sejam cerca de 5 mil milhões e em 2050 cerca de 7 mil milhões que corresponderá a 70% da população mundial. A migração em grande escala para as cidades originou um crescimento desmesurado dos aglomerados urbanos, criando problemas sociais, económicos, políticos, institucionais, demográficos e culturais, levando, ainda, ao êxodo das zonas rurais e ao seu abandono. Em Portugal este cenário não foi exceção, as cidades cresceram, e deu-se a desertificação das zonas rurais. Neste contexto de abandono e degradação os edifícios também foram afetados, pelo que necessitam ser reabilitados. No entanto, é necessário entender que os elementos caracterizadores do mundo rural se alteraram. Nos dias de hoje a sua atividade deixou de ser essencialmente agrícola e com os tempos outras potencialidades têm sido desenvolvidas, verificando-se que o potencial, do turismo e da função residencial pode ser economicamente valorizado. Aliado a estes fatores, é reconhecido que o modelo de desenvolvimento, o construir de novo, é pouco sustentável, esquecendo-se o património existente. É preciso uma nova cultura na abordagem deste problema, que tem causas e consequências de natureza ambiental, económica e social. É possível reabilitar as construções mais antigas, de forma a introduzir-lhes as alterações que respondam às exigências atuais dos utilizadores. As necessidades e exigências regulamentares atuais são muito Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 6 diferentes, sendo necessário encontrar equilíbrios e soluções de compromisso que permitam olhar para o edificado como uma oportunidade para se valorizar esse património, com custos menores do que construir de novo, mas de forma a poder concorrer com a oferta da nova edificação [4]. Os Censos 2011 [5] permitem fazer uma previsão, aproximada, do número de edifícios, que o presente estudo engloba, e o seu estado de conservação. Realçando que os edifícios em estudo possuem um peso significativo no edificado português, o que obriga a que se reflita sobre o seu papel e a sua importância económica, cultural e social, estudando a melhor forma de os reabilitar. O Quadro 2.03 dos Censos 2011 [5] apresenta o número de edifícios, segundo a época de construção, por principais materiais utilizados na sua construção. Na Figura 1 mostram-se os resultados para Portugal continental e na Figura 2 para a zona Norte de Portugal Continental. Fig.1 – Número de edifícios segundo a época de construção em Portugal Continental [5]. Fig.2 – Número de edifícios segundo a época de construção na zona Norte de Portugal Continental [5]. Analisando os dados dos gráficos para os períodos temporais antes de 1919, 1919 – 1945 e 1946 – 1960, pois o edificado em estudo e seus métodos construtivos são típicos destas épocas, e contabilizando os edifícios de paredes de alvenaria sem placa e paredes de alvenaria de pedra solta ou adobe, verifica-se que para Portugal Continental contabilizaram-se cerca de 470 mil edifícios. Na zona Norte o número contabilizado é de cerca de 150 mil edifícios. 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 antes de 1919 1919 - 1945 1946 - 1960 1961 - 1970 1971 - 1980 1981 - 1990 1991 - 1995 1996 - 2000 2001 - 2005 2006 - 2011 Número de edificiios Betão armado Paredes de alvenaria com placa Paredes de alvenaria, sem placa Paredes de alvenaria de pedra solta ou de adobe Outros 0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 antes de 1919 1919-1945 1946-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-1995 1996 - 2000 2001-2005 2006-2011 Número de edificiios Betão armado Paredes de alvenaria com placa Paredes de alvenaria, sem placa Paredes de alvenaria de pedra solta ou de adobe Outros Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 7 O Quadro 2.06 dos Censos 2011 [5], apresenta o número de edifícios, segundo a época de construção, por estado de conservação. Na Figura 3 apresentam-se os resultados para Portugal Continental e na Figura 4 para a zona Norte de Portugal Continental. Fig.3 – Número de edifícios segundo a época de construção por estado de conservação em Portugal Continental [5]. Fig.4 – Número de edifícios segundo a época de construção por estado de conservação na zona Norte de Portugal Continental [5]. Analisando os períodos, antes de 1919, 1919 – 1945 e 1946 – 1960, verifica-se que para os edifícios construídos nestas três épocas, em Portugal continental, aproximadamente: 430 mil possuem necessidades de reparação; 225 mil edifícios necessitam de pequenas reparações; 135 mil de reparações médias e 70 mil de grandes reparações. Destaca-se ainda que cerca de 48 mil edifícios encontram-se muito degradados. Relativamente à região Norte, para os mesmos períodos de tempo, para os edifícios construídos nestas três épocas, aproximadamente: 150 mil possuem necessidades de reparação; 75 mil necessitam de pequenas reparações; 50 mil de reparações médias e 25 mil de grandes reparações. Por fim realça-se, que cerca de 16 mil edifícios encontram-se muito degradados. 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 400 000 450 000 500 000 antes de 1919 1919-1945 1946-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-1995 1996 - 2000 2001-2005 2006-2011 Número de edificios Sem necessidade de reparação Com necessidade de reparação Pequenas reparações Reparações médias Grandes reparações Muito degradado 0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000 180 000 antes de 1919 1919-1945 1946-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-1995 1996 - 2000 2001-2005 2006-2011 Número de edificios Sem necessidade de reparação Com necessidade de reparação Pequenas reparações Reparações médias Grandes reparações Muito degradado Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 14 Segundo a portaria nº 349 – B/2013 de 29 de Novembro, os valores máximos impostos, aquando de uma grande intervenção, variam consoante o ano de construção, como consta na tabela I.04 da referida portaria, e que se apresenta na Figura 8. Fig.8 – Valores máximos impostos para as necessidades de aquecimento, arrefecimento e energia primária, de grandes intervenções segundo REH [1]. Atendendo a que os edifícios em estudo, são, na sua grande maioria anteriores a 1960, apenas teriam que verificar a imposição de Ntc/Nt ≤ 1,50. Numa primeira análise parece existir, neste regulamento [1], maior permissibilidade para a questão das intervenções de reabilitação em comparação com o regulamento anterior, RCCTE [12], porém, na mesma portaria, o ponto 2.2, dedicado à envolvente opaca, a tabela I.05, apresenta os coeficientes de transmissão térmica máximos admissíveis de elementos opacos (ver Figura 9). Fig.9 – Coeficientes de transmissão térmica máximos admissíveis de elementos opacos [1]. Assim sendo, a maior flexibilidade apresentada no REH [1] relativamente ao RCCTE [12], no que respeita à reabilitação, não é suficiente. Estas exigências poderão originar intervenções profundas nos elementos construtivos dos edifícios, interferindo com a sua génese, modificando elementos característicos que os diferencia e que outrora proporcionavam condições de habitabilidade e salubridade aos utentes dos edifícios. O REH [1] prevê uma exceção na legislação referente a edifícios localizados em zonas históricas ou em edifícios classificados. A maioria dos edifícios em estudo localizam-se em zona rural, estando fora das zonas em regime de exceção. E tal como os edifícios que se encontram em regime de exceção, é também importante preservar as suas características. As soluções de melhoria dos elementos construtivos consistem, essencialmente, na aplicação de isolamento térmico em paredes, pavimentos e coberturas em contacto com o exterior ou com espaços não úteis e renovação dos vãos envidraçados e suas proteções. No âmbito dos sistemas, as intervenções baseiam-se na otimização dos sistemas de preparação de águas quentes sanitárias e na integração de energias renováveis. A aplicação destas metodologias, nomeadamente as de caráter construtivo, criam situações que devem ser alvo de reflexão, sobretudo, o uso de materiais correntes, como o isolamento térmico pelo interior. Estes possuem um coeficiente de transmissão térmica baixo, mas com impacto negativo pela sua reduzida massa específica, refletindo-se diretamente na inércia térmica dos edifícios. A inércia térmica Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 15 é uma propriedade essencial no conforto térmico do ambiente interior destes edifícios, por possibilitar a preservação de uma temperatura constante, evitando grandes amplitudes térmicas. Perante este cenário, o uso de sistemas construtivos com aplicação do isolamento térmico pelo exterior, torna-se uma solução atrativa e vantajosa, mas que compromete e anula o valor cultural destes edifícios, expressão da cultura e valores da região onde estão inseridos. No que respeita aos sistemas de aquecimento, arrefecimento e preparação de águas quentes sanitárias, as restrições e aspetos de compatibilidade são diminutas, sendo, sobretudo, ao nível arquitetónico, devendo-se escolher aplicações que evitem ao máximo a descaracterização do edifício. Fica assim evidente a importância de estudar, na ótica do desempenho térmico, os edifícios rurais, no sentido de se demonstrar que são funcionais perante as exigências atuais, protegendo a sua origem construtiva e autenticidade arquitetónica. Deve ainda referir-se a publicação do Regime Excecional para a Reabilitação Urbana, RERU, em Abril de 2014, que aparentemente flexibiliza, no domínio térmico a reabilitação de edifícios, mas que não será abordado nesta tese. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 16 2.2. CARACTERIZAÇÃO DOS EDIFÍCIOS RURAIS PORTUGUESES A casa popular portuguesa é um dos mais significativos e relevantes aspetos da humanização da paisagem, evidenciando diversos condicionalismos fundamentais (geográficos, económicos, sociais, históricos e culturais) das respetivas áreas e das pessoas que a constroem e habitam. Construtivamente, as caraterísticas mais marcantes são: a utilização de materiais locais (onde há pedra constrói-se em pedra e onde não a há constrói-se em terra, madeira ou outros materiais correntes) e a adaptação das soluções construtivas ao clima [13]. Segundo Ernesto Veiga de Oliveira et al. [13] a casa popular divide-se em: • Casas térreas e casas de andar (sobrado) ou casas torres; • Casas-blocos e casas de pátio (aberto ou fechado); • Casas de pedra (granito, xisto ou calcário); • Casas de outros materiais (taipa, adobe, tijolo, madeira, etc.). Na casa sobrada, em zona rural, o piso térreo era destinado ao gado e arrumações, o andar destinava-se à habitação das pessoas. Este tipo de casa era característica do Entre Douro-e-Minho, Trás-os-Montes, Beira Transmontana, Beira Alta e Beira Baixa, região de Coimbra e terras saloias dos arredores de Lisboa. A casa bloco típica, englobava as características gerais das casas sobradas ou de andar. Para além destas características possuía um certo número de dependências ou anexos específicos e independentes, de dimensões mais ou menos reduzidas, para gados e arrumações, cortes ou estábulos, palheiros, sequeiros ou espigueiros, eiras cobertas e lojas, que se distribuíam à volta de um amplo espaço aberto, terreiro ou quinteiro, e que integravam o complexo da lavoura [13]. Este tipo de casas rurais pertenciam às regiões onde a pedra ficava à vista, pedras de granito ou xisto, por vezes até combinado, ou calcário, conforme a região. Granito ou xisto refere-se à zona Norte, calcário nos distritos de Coimbra e Lisboa. A casa térrea era construída com taipa, adobe e tijolo, o que não permitia construir em altura, mas que permitia uma arquitetura ágil. Em determinadas regiões constituía a forma habitacional normal e característica, que definia o estilo arquitetónico dessa área e exprimia verdadeiramente a vida doméstica e económico-profissional da população da região [13]. Era, de um modo geral, pequena e singela. Sendo, fundamentalmente, a casa do Sul, da Estremadura, Ribatejo, Alentejo e Algarve. Era também a casa do litoral central de Portugal, das zonas ribeirinhas de certas partes das regiões de Aveiro, Pombal e Leiria – a casa das terras gandaresas – compreendidas entre o rio Vouga e o rio Mondego, e das regiões da Apúlia e Fão, no Minho Litoral [13]. Nos subcapítulos seguintes analisa-se mais pormenorizadamente os estilos de casa e suas características. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 17 2.2.1.CASA DE ANDAR (SOBRADO) 2.2.1.1. Região Minhota A região Minhota está implantada num clima temperado, fresco e muito pluvioso. É uma região predominantemente granítica. No Quadro 3 apresenta-se uma descrição dos elementos construtivos característicos das casas tradicionais do Minho. Quadro 3 – Elementos construtivos característicos das casas tradicionais do Minho. Elemento Descrição Pavimento O pavimento no piso de rés-do-chão era constituído por grandes lajes de pedra ou em terra batida, posteriormente, o pavimento em terra batida foi substituído por materiais cerâmicos. No piso de andar o pavimento era em soalho de madeira. Paredes exteriores As paredes exteriores, em várias regiões do Minho, eram duplas, construía-se um aparelho exterior e outro interior, independentes, ligados pontualmente por peças que iam de face a face, com o nome de “juntouros”, deixando entre si um vazio ou espaço preenchido com material diverso. Noutras zonas, as paredes eram constituídas por grandes blocos quadrangulares de perpianho, dispostos em fiadas horizontais, todos da mesma altura em cada fiada e apenas com as juntas caiadas ou pintadas. Cobertura A cobertura deste tipo de casas, Normalmente, era de quatro águas, sendo também usual de duas e três águas. O sistema de cobertura mais antigo era o de colmo ou de outros materiais vegetais assentes num travejamento de madeira, sendo este sistema típico das zonas serranas. Nas terras baixas, predominavam os telhados de telha canudo que foram progressivamente substituídos pela telha marselha. Interiormente as coberturas eram forradas nos quartos e sala através de painéis de madeira e estuque. Na cozinha a cobertura era construída em telha vã, desta forma o fumo das lareiras era evacuado facilmente do interior das casas. Portas e janelas As portas e janelas eram construídas em madeira. Executadas de forma manual e artesanal não conferindo uma impermeabilidade ao ar perfeita. As janelas possuíam portadas interiores de madeira garantindo assim uma proteção eficaz face à radiação solar. Outros elementos Originalmente a chaminé não era um elemento usual, sendo o fumo das lareiras extraído através da telha vã e fendas naturais ou feitas intencionalmente na cobertura (telhas levantadas). A varanda era um elemento de destaque nestas casas, grande, aberta, longa e corrida, de pedra ou madeira, situava-se ao longo de uma das fachadas mais compridas, recoberta pela aba da cobertura das casas, que desse lado descia muito abaixo pousando em pilares de madeira ou em colunas de pedra. Por vezes a varanda era fechada com uma fachada de perpianho ou em tabique. Em alguns casos não existia varanda, mas sim um patim alpendrado no cimo da escada exterior. Interior Interiormente a casa do Noroeste era de uma simplicidade de estilo correspondente ao exterior. A sala era uma dependência de natureza fundamentalmente cerimonial. A cozinha era o compartimento essencial da casa, o local onde decorre toda a vida de relação familiar. Situando-se ou no rés-do-chão ou no andar. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 18 Nas Figura 10 e 11 apresentam-se exemplos das casas típicas da região analisada, sendo os exemplos da Figura 11 relativos à zona serrana. Fig.10 – Casas tradicionais do Minho [14]. Fig.11 – Casas típicas da zona serrana do Noroeste Português [15]. Na Figura 12 apresenta-se um esboço da casa minhota assinalando-se alguns aspetos característicos referidos anteriormente. Fig.12 – Esquema da casa tradicional do Minho [16]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 19 2.2.1.2. Região Transmontana A casa popular transmontana, embora incluída na categoria geral da casa nortenha, de pedra, de rés-dochão e de andar funcionalmente distintos e com varanda e escada exterior, apresentava aspetos muito diversos da casa da região Minhota. No Quadro 4 apresentam-se os elementos construtivos característicos e que diferenciam as casas transmontanas das restantes. Quadro 4 – Elementos construtivos característicos das casas tradicionais de Trás-os-Montes. Elemento Descrição Pavimento O pavimento no piso de rés-do-chão era construído de forma idêntica ao das casas da região Minhota, sendo que neste caso o granito era substituído por xisto. No piso de andar o pavimento era construído em soalho de madeira. Paredes exteriores As paredes exteriores eram construídas em pedra de xisto e granito dispostas umas em cima das outras de uma forma não muito ordenada. Por vezes as paredes apenas eram constituídas por este aparelho de pedras podendo ser rebocadas, outras vezes, eram compostas pelas pedras de xisto argamassadas com barro, podendo ter reboco ou não. Cobertura As coberturas predominantes eram de duas águas, sendo também frequentes as de quatro águas. Tal como no Minho o sistema mais antigo é o de colmo, os restantes sistemas são em telha cerâmica e em placas de xisto. Pelo interior as casas mais antigas não possuíam qualquer espécie de forro, sendo em telha vã. Nas casas mais recentes a cobertura era forrada nos quartos e sala através de madeira e estuque. A cobertura da cozinha era sempre construída em telha vã. Portas e janelas As portas e janelas eram construídas em madeira seguindo a descrição da região Minhota. Outros elementos A varanda era o elemento que vincava a originalidade destas casas. Neste caso, a varanda não tinha um lugar definido. Nas casas com currais laterais, a varanda situavase na fachada que dava para esse lado. Se os currais ou pátio se situassem no meio da casa, a varanda corria ao longo das três ou quatro fachadas circundando a casa ao nível do andar. Nas casas contiguas umas às outras, as varandas geralmente encontravamse na fachada principal. A varanda era sempre coberta pela cobertura ou por um seu prolongamento. Pela sua função e forma geral, a varanda transmontana aproximava-se da varanda minhota. Servindo de refúgio no Verão, de repouso noturno, e de agasalho no Inverno. Porém, a varanda minhota era longa e assentava normalmente em grandes pilares e padieiras de granito, a transmontana era toda construída em madeira. A chaminé, tal como na região do Minho, não era usual, sendo o fumo escoado pelas aberturas na cobertura e pelas janelas e portas. Nas casas mais recentes a chaminé era um elemento usual. Interior Interiormente, a casa transmontana não apresentava quaisquer particularidades distintivas. Tal como a região Minhota, a cozinha era a divisão principal. Na Figura 13 apresentam-se fotografias da casa tradicional transmontana. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 20 Fig.13 – Casas tradicionais transmontanas [17 e 18]. Na Figura 14 apresenta-se o esquema das casas tradicionais transmontanas evidenciando as características referidas anteriormente. Fig.14 – Esquema da casa tradicional transmontana [16]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 21 2.2.1.3. Região da Beira Interior A casa popular típica da região da Beira Interior rural, tinha aspetos gerais iguais aos da casa nortenha. Era uma construção de piso térreo e andar sobrado, de planta retangular, de pedra geralmente à vista e sem reboco, em blocos rudes. No Quadro 5 apresentam-se as características construtivas, dos principais elementos, das casas da região da Beira Interior. Quadro 5 – Elementos construtivos característicos das casas tradicionais da Beira Interior. Elemento Descrição Pavimento O pavimento, tal como nas casas anteriormente caracterizadas, podia ser constituído, no piso de rés-do-chão, por lajes de pedra ou terra batida que foi sendo substituído por materiais como argamassa ou elementos cerâmicos. No piso de andar o pavimento era construído em soalho de madeira. Paredes exteriores As paredes exteriores eram construídas em pedra de xisto, dispostas de forma idêntica às da zona transmontana, ou em granito, executadas como na zona minhota, dependendo do tipo de pedra predominante nas zonas em que as casas se inseriam. Nas casas de três pisos ou mais, o sistema construtivo era diferente das referidas anteriormente. Neste tipo de casas apenas as paredes do piso de rés-do-chão eram construídas em pedra, sendo as restantes em tabique ou taipa. Cobertura As coberturas de duas águas predominavam, embora também eram habituais as de quatro águas. As coberturas em telha cerâmica eram as mais usuais, porém nas zonas de xisto também era habitual as coberturas serem revestidas por este material. As telhas e pedras de xisto assentavam num ripado de madeira. Portas e janelas As portas e janelas seguiam o modelo das regiões descritas anteriormente. Porém, era usual executar-se uma moldura caiada em torno delas, aspeto que não se verificava nas zonas do Minho e Trás-os-Montes. Outros elementos Na região da Beira Interior, a varanda já não é um elemento diferenciador como na região do Minho e Trás-os-Montes. Muitas casas não possuíam varanda, sendo este elemento usual na zona da Serra da Estrela. Era construída em madeira e corrida ao longo da fachada. As escadas exteriores deixavam de estar presentes na maioria das casas desta região, aproveitando-se o desnível do terreno para o acesso dos vários pisos. Quando se construía a escada exterior, era executada na frontaria da casa. A chaminé, tal como nas regiões anteriores, só nas casas mais recentes é que era construída. Interior O interior das casas, que se assemelhava com as casas da zona minhota e transmontana, não apresentava grandes diferenças destas. Nas casas a Sul da Serra da Gardunha, o interior era organizado de forma diferente, destacando-se o uso do rés-do-chão, que nesta zona deixa de ser para o abrigo dos animais, sendo também para uso habitacional. Nas habitações com três pisos ou mais, o piso de rés-do-chão era utilizado para os animais, o intermédio ou intermédios para habitação, sendo o último piso para armazenar os produtos agrícolas. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 22 Na Figura 15 apresentam-se alguns exemplos da casa beirã em que é possível descortinar alguns aspetos referidos no Quadro 5. Fig.15 – Casas típicas da Beira Interior [19 e 20]. Na Figura 16 apresenta-se um esquema da casa tradicional da Beira Interior evidenciando as suas características. Fig.16 – Esquema da casa tradicional da Beira Interior [16]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 23 2.2.2. CASA TÉRREA 2.2.2.1. Região do Alentejo A casa tradicional alentejana era, em geral, térrea e correspondia nas suas linhas essenciais à construção do Sul. No Quadro 6 apresentam-se os elementos construtivos característicos da casa tradicional do Alentejo. Quadro 6 – Elementos construtivos característicos das casas tradicionais do Alentejo. Elemento Descrição Pavimento O pavimento da casa alentejana, em tempos mais antigos, era executado em terra batida. Este tipo de pavimento foi progressivamente substituído por pedra calcetada miúda, tijolo ou ladrilho cerâmico. Paredes exteriores As paredes exteriores eram construídas por materiais de grande plasticidade, designadamente por tijolos e taipa. As paredes caiavam-se pelo interior e exterior. Cobertura As coberturas predominantes eram de duas águas, possuindo pouca inclinação. Pelo exterior revestiam-se por telha cerâmica. Pelo interior eram forradas por canas. Portas e janelas As portas e janelas eram construídas em madeira. As janelas eram de pequena dimensão e em pequeno número. Por vezes não existia mais nenhuma abertura na fachada principal para além da porta de entrada. Era também usual, em vez de possuírem janelas, possuírem alguns postigos espalhados pelas fachadas. Outros elementos A chaminé era o elemento característico fundamental das casas alentejanas. De elevadas dimensões, situava-se na fachada frontal ficando paralela ao cume da cobertura. As suas elevadas dimensões, faziam com que se criassem diferenças de pressão, no interior da casa, incrementando um movimento de ar, que nos dias quentes ajudava a manter uma temperatura do ar interior agradável aos seus utentes. Interior No Baixo Alentejo, por vezes, possuíam uma planta em que as divisões se sucediam umas às outras. Outras vezes existia, a meio da largura do edifício, uma parede que sobe até à cobertura, fazendo o cume, os compartimentos ficavam atrás e à frente dessa parede. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 30 2.3.1. FATORES QUE INFLUENCIAM O CONFORTO TÉRMICO O conforto térmico de um edifício assenta em seis fatores, segundo a Norma desenvolvida pela ASHRAE [27], American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, designadamente [27]: • Temperatura do ar; • Temperatura média radiante; • Humidade do ar; • Velocidade do ar; • Atividade metabólica; • Resistência térmica do vestuário. Estes fatores podem subdividir-se em duas categorias principais, ambiental e pessoal. Dos fatores ambientais fazem parte a temperatura do ar, temperatura radiante, velocidade do ar e humidade do ar. Dos fatores pessoais fazem parte a atividade metabólica e a resistência térmica do vestuário. Para além destas duas categorias é importante referir outra, que engloba os fatores subjetivos, que são de carácter social e psicológico, relacionados com a diferença de perceção e na resposta aos estímulos sensoriais, fruto de vivências térmicas passadas e das expectativas dos utentes relativamente aos espaços que ocupam. A fim de se perceber melhor os fatores, elencados atrás, e o seu papel no conforto térmico, analisam-se de seguida cada um destes. 2.3.1.1. Temperatura do ar A temperatura do ar é um dos parâmetros mais importantes do conforto térmico. Por se associar à sensação das trocas de calor entre o organismo e o meio ambiente devido ao gradiente térmico existente entre eles. Considera-se temperatura do ar, a temperatura de bolbo seco do ar, expressa em ºC. O REH [1] estabelece, para os edifícios de habitação, como temperatura de conforto de referência, 18ºC para a estação de aquecimento e 25ºC para a estação de arrefecimento. No presente estudo, este parâmetro foi medido in situ, através de sensores de medição de temperatura, servindo os dados recolhidos para avaliar o conforto térmico do edifício-tipo através do modelo de avaliação de conforto preconizado pela Norma EN 15251 [28]. 2.3.1.2. Temperatura média radiante A temperatura média radiante é expressa em ºC e define-se como sendo a temperatura uniforme da superfície de um compartimento virtual, no qual as trocas de calor por radiação entre as superfícies desse compartimento e o corpo humano são iguais às trocas de calor por radiação que ocorrem no espaço real, calcula-se através da média ponderada das temperaturas superficiais dos elementos das envolventes do espaço onde se encontra o ocupante, incluindo o efeito da radiação solar incidente [26]. A Norma EN 7726 [29] estabelece duas equações para o cálculo da temperatura média radiante, através da medição das temperaturas das superfícies, nos seis sentidos de orientação, sendo calculada consoante a posição da pessoa, sentada ou em pé, determinando-se assim a temperatura média radiante. As equações são as seguintes: Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 31 • Posição sentada: [ ] [ ] ( ) [ ] [ ] [ ] [ ] ( ) 0,13 0,185 . . mr p p p p p p TTcimaTbaixo TdirTes q T f rente T trás=+++++ (1) • Posição em pé: [] [ ] ( ) [ ] [ ][ ][] ( ) 0,06 0,22 . . mr p p p p p p T T cima T baixo T dir T es q T f rente T trás=+++++ (2) Sendo que: • TP, temperatura da superfície [ºC]. É com base nestas expressões que se calculou a temperatura média radiante para os casos de estudo. Os valores da temperatura de superfície foram conseguidos através de simulação numérica utilizando o programa WUFI Plus. 2.3.1.3. Humidade do ar A humidade do ar expressa-se em termos absolutos ou relativos. A humidade absoluta, expressa-se geralmente sob a forma de pressão parcial de vapor de água, nas unidades Pa, é um parâmetro fundamental na determinação das perdas de calor por evaporação do corpo humano para o meio ambiente [26]. Com uma humidade relativa elevada a possibilidade de evaporação superficial do corpo é reduzida constituindo um constrangimento térmico para o indivíduo, principalmente em ambientes com temperatura elevada. Segundo a Norma EN ISO 7730 [30] em ambientes térmicos moderados e para atividades ligeiras dos utentes, a influência da humidade sobre a perceção térmica é pouco significativa. Sendo que um acréscimo de 10% da humidade relativa do ar tem o mesmo efeito que um aumento de 0,3ºC na sua temperatura. Pelo contrário, em ambientes com temperaturas elevadas, valores de humidade elevados têm uma influência significativa nas condições de conforto térmico. Os valores de humidade relativa situados no intervalo de 30 a 60% são indicados para os edifícios, pois, desta forma, não possuem grande influência na perceção térmica dos utentes permitindo prevenir outros efeitos frequentemente observados em ambientes interiores, como o desenvolvimento de ácaros, condensações e bolores (humidades elevadas), eletricidade estática, secagem das mucosas do nariz e da boca (humidade baixa) [31]. Segundo Fanger et al. [32] a humidade pode causar desconforto térmico por duas razões, a primeira devido a um elevado nível de humidade na pele, a segunda devido a um insuficiente arrefecimento das membranas mucosas no sistema respiratório superior através da inalação de ar húmido quente. Para a quantificação da humidade relativa nos edifícios existem vários tipos de equipamentos, como por exemplo higrómetros e psicrómetros. A ASHRAE 55 [27] e a Norma EN 7730 [30] através do método preconizado estabelecem limites de conforto para o Verão e para o Inverno. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 32 2.3.1.4. Velocidade do ar A velocidade do ar intervém na determinação das trocas de calor por convecção e na variação das perdas de calor por evaporação ao nível do corpo humano [26]. A perceção pode ser influenciada, quer de uma perspetiva global, quer de uma perspetiva localizada (correntes de ar) [30]. A velocidade do ar é uma grandeza definida pela sua intensidade e direção, geralmente difícil de quantificar devido às flutuações rápidas que sofre, quer em termos de intensidade, quer de direção [26]. Em ambientes térmicos quentes a velocidade do ar pode possibilitar uma redução da sensação de calor. Porém, para ambientes húmidos e atividades ligeiras, uma velocidade do ar baixa, pode provocar situações de desconforto térmico aos utentes dos espaços. 2.3.1.5. Atividade metabólica Ao efetuar-se uma atividade está-se a produzir calor, que varia consoante o tipo de atividade, sendo dissipado através de mecanismos de trocas térmicas entre o corpo e o ambiente. As trocas térmicas efetuam-se por condução, convecção, radiação e evaporação. As que se efetuam por evaporação consideram-se húmidas, as restantes secas. O calor proveniente das trocas secas denominase sensível, e deve-se às diferenças de temperatura entre o corpo humano e o ambiente que o rodeia. O calor proveniente das trocas húmidas denomina-se calor latente. Segundo Rodrigues et al [33], o balanço térmico pode ser traduzido pela seguinte equação: ()Metabolismo trocas condução convecção radiação evaporação=+++ (3) A atividade física desenvolvida por uma pessoa pode ser quantificada pela taxa de metabolismo que representa a produção de energia obtida pelo organismo através do consumo de alimentos por unidade de tempo, J/s-1 [33]. Para o mesmo nível de atividade a taxa de metabolismo varia, principalmente, com a área corporal de uma pessoa, pelo que pode ser definida nas unidades W/m2. De forma a simplificar-se a análise da taxa de metabolismo, a unidade mais utilizada é designada por met, sendo que 1 met corresponde à taxa de metabolismo, por unidade de área corporal, de um individuo em posição sentada e em estado de repouso, 1 met = 58,15 W/m2. No Quadro 10 apresentam-se alguns exemplos de atividades e correspondentes taxas metabólicas. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 33 Quadro 10 – Valores das trocas térmicas entre um individuo e o meio para várias atividades [27]. Atividade [W/m2] [met] Dormir 40 0,7 Descanso 45 0,8 Sentado 60 1,0 Relaxado 70 1,2 Caminhada 0,9 m/s, 3,2 km/h 115 2 Caminhada 1,2 m/s, 4,3 km/h 150 2,6 Caminhada 1,8 m/s, 6,8 km/h 220 3,8 Atividades de arquivamento 70 – 80 1,2 – 1,4 Caminhar pelo escritório 100 1,7 Levantar objetos 120 2,1 Conduzir automóveis 60 – 115 1,0 – 2,0 Cozinhar 95 – 115 1,6 – 2,0 Limpeza da casa 115 – 200 2,0 – 3,4 Dançar 140 – 255 2,0 – 2,4 Ténis 210 – 270 3,6 – 4,0 Basquetebol 290 – 440 5,0 – 7,6 2.3.1.6. Resistência térmica do vestuário As peças de vestuário são responsáveis pela proteção do corpo humano, evitando as trocas de calor entre este e o ambiente. Esta proteção quantifica-se pela resistência térmica do vestuário, Ivest, expressa em m2ºC/W, caracterizando o isolamento entre a pele e a superfície exterior do vestuário. A unidade em que se expressa a resistência térmica do vestuário é a clo, sendo 1 clo equivalente a uma resistência térmica de 0,155 m2ºC/W. A resistência térmica do vestuário, apresentada em clo, refere-se à superfície global do corpo, incluindo zonas do corpo sem roupa como, por exemplo as mãos e a cara. O valor total da resistência térmica do vestuário é dado pelo somatório dos valores das resistências térmicas correspondentes a cada uma das peças de roupa. O valor mais baixo para a resistência térmica do vestuário é 0 clo, correspondente a uma pessoa sem roupa. O valor máximo é de 4 clo. No Quadro 11 apresentam-se exemplos do valor da resistência térmica do vestuário. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 34 Quadro 11 – Valores de resistência térmica de algumas peças de vestuário [27]. Vestuário Resistência térmica [clo] Resistência térmica [m2ºC/W] Sem roupa 0 0 Calções 0,1 0,016 Vestuário tropical 0,3 0,047 Vestuário leve de Verão 0,5 0,078 Vestuário de trabalho 0,7 0,124 Vestuário de Inverno para ambiente interior 1,0 0,155 Fato completo 1,5 0,233 É de realçar que estes valores são valores médios. Permanentemente existem inúmeros tipos de tecidos, o que faz com que o valor da resistência térmica do vestuário varie. O papel do vestuário pode ir mais além do que a proteção térmica. Newsham [34], conclui que o ajustamento do vestuário num ambiente condicionado através de meios mecânicos pode providenciar uma poupança de energia e pode ser visto como um meio para ajustar o conforto térmico em ambientes térmicos desconfortáveis. 2.3.1.7. Outros Fatores A perceção do conforto térmico também depende de questões socioculturais e psicológicas relacionadas com diferenças na perceção e na resposta a estímulos sensoriais, fruto de vivências térmicas passadas e da expectativa dos utentes relativamente aos espaços que ocupam [26]. Características como o sexo, a idade, estado socioeconómico, são exemplos de condicionantes subjetivas de conforto térmico. A idade pode influenciar na preferência térmica das pessoas, o metabolismo das pessoas mais idosas é mais lento, o que interfere na perceção do conforto térmico [27]. Quanto ao género dos utilizadores dos espaços, os do género feminino preferem, muitas vezes, ambientes com temperaturas mais elevadas, aspeto que pode explicar-se pela resistência térmica do vestuário [27]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 35 2.3.2. MODELO DE FANGER Povl Ole Fanger desenvolveu um modelo para prever o conforto térmico, que ficou conhecido como o modelo de Fanger. O modelo baseia-se no PMV, Predicted Mean Vote. Foi estabelecido em experiências efetuadas em universidades dinamarquesas e norte americanas durante a década de 1960. Neste estudo participaram 1300 pessoas, através das quais foi possível estabelecer uma relação entre o resultado do balanço energético do corpo e a tendência para o conforto ou para o desconforto térmico. Fanger propôs, assim, um modelo que permite prever a sensação térmica de um grupo de pessoas. Para realizar esta previsão, baseou-se na premissa de que as sensações experimentadas eram uma função do esforço fisiológico impostas pelo ambiente. Definiu este aspeto como a diferença entre a produção interna de calor e as perdas térmicas para o ambiente, mantendo os valores de conforto para a temperatura da pele e a secreção de suor de uma pessoa em níveis aceitáveis. Foram assim propostos valores de temperatura da pele e da secreção de suor para o conforto térmico. Valores obtidos através de experiências em câmaras climáticas, em que a taxa de secreção de suor e a temperatura da pele eram medidas em pessoas que estavam em estado de conforto para várias taxas metabólicas. Conjuntos ótimos de condições ambientais para o conforto térmico foram deduzidos a partir da taxa metabólica e da resistência térmica do vestuário. Desta forma o modelo de Fanger segue a seguinte metodologia [35]: • Definir parâmetros: catalogar os dados individuais das pessoas e as caraterísticas de cada ambiente; • Equação de conforto: obtidos os parâmetros aplicam-se à equação de conforto térmico de forma a determinar o valor armazenado de energia; • Cálculo do PMV: com base no valor armazenado de energia do corpo calcula-se o PMV, que consiste numa escala quantitativa das sensações de calor e frio; • Cálculo das insatisfações, PPD: em função do PMV calculam-se as insatisfações PPD. O modelo de Fanger considera as seguintes variáveis do ar/espaços [35]: • Temperatura do ar; • Humidade do ar; • Velocidade do ar; • Temperatura média radiante. E as seguintes variáveis pessoais [35]: • Vestuário; • Metabolismo. Apesar de este método ser utilizado e mencionado por normas internacionais como ASHRAE 55 [27] e EN 7730 [30], apresenta alguns inconvenientes, como Nicol et al. [36] referem: • Em primeiro lugar, é necessário assumir que as condições no edifício se aproximam do estado estacionário da câmara climática; • É necessário conhecer o isolamento térmico das roupas dos ocupantes do edifício, tal como a sua taxa metabólica média. Para edifícios onde se desenvolve um número de atividades diferentes no mesmo espaço gera-se um problema adicional. Estas duas variáveis são difíceis de medir, e na ausência do conhecimento preciso das mesmas, a tendência tem sido para se estimar valores. Outra questão fundamental tem sido levantada por Nicol et al. [36] sobre a premissa em que se baseia a equação PMV. Esta equação baseia-se na suposição de que Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 36 a sensação térmica é função da carga térmica do corpo, expressando-se em forma de desvio de um estado de neutralidade térmica. Isto é diferente dos critérios de conforto na equação expressa em função do equilíbrio térmico, temperatura média da pele e secreção de suor. Existe, assim, uma contradição interna quando se aplica a pessoas que não se encontram em neutralidade térmica que vestem diferentes tipos de vestuário para uma única carga térmica, podendo ocorrer diferentes níveis de sensação térmica e resposta fisiológica. Desta forma perante estes condicionalismos, este método não será utilizado para, no presente estudo, se avaliar o conforto térmico. 2.3.3. MODELO ADAPTATIVO O modelo adaptativo de conforto térmico baseia-se na teoria de Nicol e Humphreys, estabelecendo que, se uma mudança ocorre de modo a gerar uma situação de desconforto, as pessoas reagem de maneira a tentar restaurar as situações de conforto [36]. Para voltar a restituir o conforto térmico estas medidas baseiam-se, sobretudo, nas seguintes ações: • Através do ajuste de vestuário, mas também através da postura ou das atividades; • Alteração das condições ambientais para os utentes do espaço satisfazerem as suas necessidades. Englobam-se neste tipo de ações, nomeadamente abrir uma janela, fechar os dispositivos de oclusão solar, mudar de posição para um lugar mais confortável do edifício e o incremento de equipamentos de climatização. É notório que a teoria de base do modelo adaptativo prevê que as condições de conforto térmico resultam de um processo dinâmico, no qual o utilizador mantém uma interação física e psicológica com o ambiente, sendo imprescindível considerar a sua capacidade e necessidade de se adaptar, quer através da interação com o edifício e os seus sistemas, quer devido aos seus hábitos sociais e culturais. As condições nos edifícios estão em alteração contínua. Mesmo em edifícios com climatização, mudanças contínuas nas cargas de aquecimento derivadas da mudança de utentes, temperaturas exteriores e a entrada de radiação solar, refletem-se nas variações internas de temperatura. São também inevitáveis variações das condições térmicas em diferentes partes de um compartimento, sobretudo, devido ao seu pé direito, configuração, número de paredes e janelas em contacto com o exterior. Relativamente às pessoas, também alteram as suas roupas com as mudanças de estações, e a sua taxa metabólica varia consoante as suas atividades. Desta forma, a temperatura baseada num estado estacionário de transferência de calor e as condições de conforto controladas de uma câmara climática podem ser capazes de avaliar as mudanças do valor médio da sensação térmica ao longo de grandes períodos, mas não podem avaliar adequadamente múltiplas mudanças adaptativas. Se, por um instante, alguns ajustamentos visam reduzir o desconforto térmico, então o modelo do estado estacionário pode perspetivar um desconforto maior do que o que atualmente existe. No caso de edifícios ventilados naturalmente e onde os ocupantes interagem continuamente com os edifícios, a incompatibilidade entre a previsão e o conforto real pode ser importante [36]. Sendo a adaptação térmica essencialmente dinâmica o conforto não é um produto que é fornecido aos utentes de um edifício, mas, sim, um objetivo que os utentes alcançam, desde que para isso sejam capazes de exercer o controlo necessário para o conseguir [36]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 37 As condições ambientais necessárias para atingir este objetivo também se alteram com o tempo embora existam limites para a variedade de climas interiores que qualquer grupo de pessoas se possa adaptar, devido às suas experiências climáticas, sociais, status económico e social e à sua fisiologia [36]. De forma a haver uma adaptação ótima, os edifícios devem possibilitar às pessoas oportunidades de ajuste, de forma percetível e em variados contextos. É importante referir alguns dos fatores que possibilitam as ações de adaptação dos utentes ao edifício, designadamente: • Conforto e ambientes térmicos usuais; • Adaptação das condições de conforto; • Códigos de vestuário; • Adaptação da temperatura durante o dia; • Adaptação da temperatura ao longo de vários dias. Os inconvenientes do modelo adaptativo prendem-se, sobretudo, com as mudanças de clima, dos padrões de conforto para os edifícios arrefecidos ou aquecidos passivamente e dos limites de simulação num ambiente em mudança de forma a conseguir prever-se o desempenho futuro dos edifícios em questão. Analisando cada um dos inconvenientes, verifica-se que as mudanças de clima fazem com que um projetista preveja soluções a fim de manter o conforto térmico, isto é, a temperatura numa gama aceitável. Um importante fator para alcançar o conforto térmico é o de que as populações locais entendam as condições térmicas que possam colocar em risco a sua saúde, sendo necessário a existência de ações/medidas de controlo para reagir à mudança climática. Os problemas de conforto podem resultar em problemas de saúde se as alterações climáticas forem extremas, e as pessoas não possuírem os meios ou a compreensão das necessidades para combater os efeitos adversos. Um exemplo concreto, data do ano de 2003 em que uma inesperada onda de calor provocou a morte de 35000 pessoas na Europa. Por outro lado, a falta de adaptabilidade dos sistemas de climatização pode levar a falhas do funcionamento completo do edifício devido à falha do sistema quando não consegue fazer face às temperaturas extremas. Os limites de simulação num ambiente em mudança levam à problemática da análise da relação entre os ocupantes e os edifícios. Presentemente, existem modelos físico-fisiológicos de simulação do corpo humano que contemplam o desafio da simulação nas respostas de conforto térmico. Da perspetiva do conforto adaptativo, os modelos de simulação eliminam ou simplificam as partes do modelo que lidam com a interação dos ocupantes com o edifício. Também os softwares de simulação térmica de edifícios, de uso comercial, apresentam estas lacunas. De forma a colmatar estas falhas é necessário recorrer a dados experimentais para criar modelos dinâmicos de construção. Um exemplo concreto é o de que não há uma temperatura exata para uma pessoa abrir uma janela, mas há uma probabilidade que cresce com o aumento da temperatura. Usando estas relações nas simulações assume-se que o objetivo é obter um intervalo das temperaturas interiores, ao invés de um valor preciso. Como foi referido, o modelo adaptativo insere-se melhor nos objetivos do presente trabalho, sendo o escolhido para avaliar o conforto do edifício em estudo. Esta escolha baseia-se, sobretudo, na forma como o conforto é considerado dinâmico, variando com o clima, atividade física e vestuário, é também um método que na comunidade científica internacional reúne maior consenso em comparação com a abordagem de Fanger. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 38 2.3.4. QUANTIFICAÇÃO DO CONFORTO TÉRMICO NO INTERIOR A quantificação do conforto térmico, como já referido, depende de vários fatores, nomeadamente a temperatura do ar, velocidade do ar, humidade, vestuário e atividade. É importante referir que a sua quantificação não é exata, sendo a sensação de conforto variável de pessoa para pessoa. De forma a conseguir quantificar o conforto térmico elaboraram-se normas, com o objetivo de estabelecer as condições de conforto. O conforto térmico baseia-se na fisiologia da termorregulação. Isto é, na capacidade que o ser humano tem em auto regular a temperatura corporal mantendo-a aproximadamente constante. O balanço térmico do corpo humano é definido pela relação da energia produzida no interior do corpo com as perdas térmicas para o exterior. Com base nos modelos fisiológicos e em diversos estudos efetuados com pessoas em ambientes térmicos controlados, desenvolveram-se quatro normas de reconhecida importância, que se encontram em vigor. Estas normas são a ASHRAE 55 [27], EN 7730 [30], EN 15251 [28] e a Norma ISO/TS 14415 [38], normas que estabelecem recomendações e regras para se obter e avaliar condições de conforto térmico em ambientes interiores de edifícios. A norma europeia EN 15251 [28] foi a selecionada para avaliar o conforto térmico do edifício em estudo. A Norma [28] possui um modelo adaptativo para edifícios não climatizados, regula a qualidade do ambiente interior em edifícios em termos térmicos, qualidade do ar, iluminação e ruído. O âmbito da Norma [28] é o seguinte: • Especificar os parâmetros e ou os critérios de impacto para o ambiente interior e como estes são considerados para ir ao encontro dos requisitos da EPBD [10]; • Especificar como estabelecer os parâmetros a ter em conta para o projeto térmico de edifícios e cálculo do seu desempenho energético; • Especificar métodos para uma avaliação de longo prazo, do ambiente térmico obtido através de cálculos ou medições; • Especificar os critérios de medição, que podem ser utilizados quando é necessário conferir o cumprimento dos requisitos através de uma inspeção; • Identificar os parâmetros a serem utilizados em monitorizações e avaliações do ambiente interior de edifícios existentes; • A Norma [28] aplica-se, principalmente, a edifícios não industriais, onde os critérios para o ambiente interior são definidos pelos ocupantes e onde a atividade desenvolvida não é a principal condicionante do ambiente interior. Esta Norma é aplicável aos seguintes tipos de edifícios: edifícios de habitação unifamiliar, edifícios de habitação multifamiliares, edifícios de escritórios, edifícios escolares, hospitais, hotéis, restaurantes, instalações desportivas e lojas comerciais; • Especificar como as diferentes categorias de ambiente interior podem ser usadas. Contudo, não exige que sejam utilizadas. Estas são da responsabilidade da legislação nacional ou do projeto em questão; • Os critérios recomendados na Norma [28] podem ser utilizados nos métodos de cálculo dos regulamentos nacionais, que poderão ser diferentes dos métodos referidos nesta Norma; • A Norma [28] não prescreve métodos para projeto, mas fornece parâmetros de entrada para o projeto térmico de edifícios, ventilação e sistemas de iluminação; • A Norma [28] não incluiu requerimentos para os fatores de desconforto local como é o caso da assimetria da temperatura radiante, diferença vertical de temperaturas e temperaturas das superfícies dos pavimentos. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 39 As categorias de conforto térmico, estabelecidas pela Norma [28], para os edifícios, são as seguintes [28]: • Categoria I – traduz um elevado nível de expectativa, é recomendada para espaços ocupados por pessoas muito frágeis e sensíveis com requisitos especiais, como, pessoas incapacitadas fisicamente, doentes, idosos e recém-nascidos; • Categoria II – traduz um nível normal de expectativa e deverá se considerado para edifícios novos e reabilitados; • Categoria III – traduz um nível aceitável de conforto e pode ser utilizado para edifícios existentes. No anexo A da Norma EN 15251 [28] estabelecem-se as categorias para o projeto térmico de edifícios com sistemas mecânicos de aquecimento e arrefecimento, tendo em conta a influência dos seis parâmetros térmicos, vestuário, atividade, temperatura média do ar e radiante, velocidade do ar e humidade. No Quadro 12, apresenta-se categorias de conforto e valores de temperaturas para projeto de edifícios com sistemas mecânicos de aquecimento e arrefecimento, sendo a seguinte: Quadro 12 – Valores de temperaturas de projeto segundo a Norma EN 15251 [28]. Tipo de edifício/espaço Categoria Temperatura Operativa ºC Temperatura mínima para aquecimento (estação de aquecimento) ≈ 1 clo Temperatura máxima para arrefecimento (estação de arrefecimento) ≈ 0,5 clo Edifícios residenciais: zonas úteis (quartos, sala, etc.), Atividade sedentária ≈ 1,2 met I 21 25,5 II 20 26,0 III 18 27,0 Edifícios residenciais: zonas não-úteis (quartos, sala, etc.), Atividade ligeira ≈ 1,5 met I 18 - II 16 - III 14 - Escritório coletivo (open plan office), Atividade sedentária ≈ 1,2 met I 21 25,5 II 20 26,0 III 19 27,0 Sala de conferência, auditório, salas de aula, Atividade sedentária ≈ 1,2 met I 21 25,5 II 20 26,0 III 19 27,0 Café, restaurante, Atividade sedentária ≈ 1,2 met I 21 25,5 II 20 26,0 III 19 27,0 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 46 3.2. CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO MONITORIZADO 3.2.1. DESCRIÇÃO DO EDIFÍCIO No presente subcapítulo apresenta-se o edifício-tipo em estudo. É um edifício tradicional do Minho, localizado em zona rural, com 2 pisos, piso -1 e 0. O piso -1 é constituído por espaços não úteis para arrumação. O piso 0 é constituído por dois apartamentos de tipologia T1: Apartamento 1 e Apartamento 2, e uma sala comum, independente dos apartamentos. Na Figura 27 apresentam-se as plantas dos dois pisos. Ambos os apartamentos foram reabilitados, com uma estratégia de base distinta. A diferença, principal, consiste na forma como as paredes de envolvente interior e exterior foram reabilitadas. Enquanto as paredes exteriores do Apartamento 1 estão isoladas termicamente na caixa-de-ar (entre a parede existente e pano de tijolo cerâmico), as do Apartamento 2 não foram isoladas pelo facto de apresentarem uma elevada espessura e uma grande massa, superior a 1500 kg/m2. Para além deste aspeto, a área de envidraçados também foi, profundamente, alterada no Apartamento 1, sendo de 17 m2, o que origina uma relação Apav/Aenv, de 0,26 (Apav = 65,7 m2). O Apartamento 2 possui uma área de envidraçado muito reduzida, com 3,9 m2, obtendo-se uma relação Apav/Aenv, de 0,06 (Apav = 61,4 m2). Informação acerca da geometria, orientação e constituição das soluções construtivas podem ser visualizados nas Figuras 27 a 33 e Quadro 13. Fig.27 – Planta do piso -1 e 0 do edifício. Fig.28 – Alçado Sul do Apartamento 1 e 2. Piso -1 Piso 0 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 47 Fig.29 – Alçado Nascente do Apartamento 2. Fig.30 – Alçado Poente do Apartamento 1 e alçado Sul dos Apartamentos. Fig.31 – Interior do Apartamento 2 (paredes sem isolamento). Fig.32 – Interior do Apartamento 1 (paredes com isolamento na caixa-de-ar). No Quadro 13 apresentam-se as descrições das soluções construtivas sendo identificadas na Figura 33. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 48 Quadro 13 – Descrição das soluções construtivas de envolvente dos Apartamentos. Elementos Descrição e valor de U [W/m2ºC] Pavimentos Pavimento em contacto com o exterior sem isolamento. Laje de vigotas de betão pré-esforçado com 25 cm de espessura; camada de regularização, revestimento interior com soalho de madeira (sala/cozinha do Apartamento 1) ou ardósia (quarto de banho do Apartamento 1 e 2 e circulação do Apartamento 2). Usoalho de madeira = 1,43 W/m2ºC. Uardósia = 2,41 W/m2ºC. Pavimento em contacto com o exterior com isolamento. Revestimento exterior em gesso cartonado com uma espessura de 15 mm; isolamento térmico com 4 cm de espessura; laje de vigotas de betão pré-esforçado com 25 cm de espessura; camada de regularização; revestimento interior em soalho de madeira (quartos do Apartamento 1) ou ardósia (quarto do Apartamento 2). Usoalho de madeira = 0,49 W/m2ºC. Uardósia = 0,57 W/m2ºC. Pavimento em contacto com o solo (Apartamento 2) Lajetas de granito, 30 cm de espessura. U = 3,61 W/m2ºC. Paredes Paredes exteriores e em contacto com a sala comum (espaço não aquecido) do Apartamento 1. Alvenaria de granito com 75 cm de espessura; caixa-dear com 5 cm de espessura; isolamento térmico com 5 cm de espessura; tijolo cerâmico com 11 cm de espessura; reboco tradicional de ligantes hidráulicos com 2 cm de espessura. Uparede exterior = 0,39 W/m2ºC, Uparede interior = 0,38 W/m2ºC. Paredes exteriores e em contacto com a sala comum (espaço não aquecido) do Apartamento 2. Alvenaria de granito com 75 cm de espessura. Uparede exterior = 2,28 W/m2ºC, Uparede interior = 1,89 W/m2ºC. Cobertura Cobertura inclinada em contacto com o exterior do Apartamento 1 e 2. Telha canudo cerâmica; isolamento térmico, com 6 cm de espessura; barreira para-vapor; laje em betão armado com 22 cm de espessura, revestimento interior em reboco pintado (Apartamento 1) ou por pintura sobre betão (Apartamento 2). U = 0,44 W/m2ºC. Envidraçados Envidraçado J1 e J2 Caixilharia em madeira com vidro duplo de baixa emissividade. Uw = 3,30 W/m2ºC Envidraçado J3, J4 e J6 Caixilharia em madeira com vidro duplo de baixa emissividade; proteção solar através de portadas interiores em madeira de cor clara. Uwdn = 2,30 W/m2ºC Envidraçados J5 Caixilharia em madeira com vidro duplo de baixa emissividade; proteção exterior através de estores venezianos metálicos de cor clara (cinzenta prateada). Uwdn = 2,30 W/m2ºC Envidraçado J7 e J8. Caixilharia em madeira com vidro simples; proteção solar através de portadas interiores em madeira de cor clara. Uwdn = 3,90 W/m2ºC. Envidraçado J9 Caixilharia em madeira com vidro simples laminado. Uw = 5,10 W/m2ºC. Portas Porta exterior P1, P2, P3 e P4 Porta exterior em madeira. U = 2,09 W/m2ºC. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 49 Fig.33 – Identificação das soluções construtivas. 3.2.2. PARÂMETROS MONITORIZADOS E DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE MONITORIZAÇÃO O conhecimento das condições higrotérmicas dos edifícios rurais é de suma importância, por isso desenvolveu-se uma campanha experimental com o objetivo de avaliar: o desempenho térmico dos apartamentos, o nível de conforto térmico e validar o modelo de simulação em regime dinâmico. A avaliação experimental no âmbito deste trabalho centra-se na monitorização dos seguintes parâmetros: temperatura do ar interior e exterior, humidade relativa interior e exterior, caudal de ventilação e fluxo de calor através de uma parede de fachada. 3.2.2.1. Medição da Temperatura do Ar e da Humidade Relativa As medições, in situ, da temperatura do ar e da humidade relativa têm por objetivo caracterizar os seguintes períodos: • Estação de aquecimento, compreende os meses de Janeiro a Maio e de Outubro a Dezembro; • Estação de arrefecimento, compreende os meses de Junho a Setembro. A meia-estação não foi estudada em profundidade, dada a maior dificuldade em tipificar os resultados obtidos. Os registos da temperatura do ar interior e exterior serviram para validar o modelo numérico utilizado no presente trabalho (WUFI Plus) comparando os registos de temperatura do ar interior in situ com os resultados obtidos por simulação. A monitorização da temperatura do ar, e da humidade relativa foi efetuada com recurso a sensores colocados nos compartimentos do edifício. Os equipamentos utilizados para este fim são da marca HOBO®. Segundo o fabricante, a temperatura a registar pode variar entre -20ºC a 70ºC, e a humidade relativa entre 5% a 95%, sendo a precisão, de 0,35ºC, no intervalo de 0ºC a 50ºC, para a temperatura, e de aproximadamente 2,5%, no intervalo entre 10% a 90%, para a humidade relativa. Na Figura 34 mostra-se o tipo de sensor utilizado e as suas localizações em planta. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 50 Fig.34 – Sensores para medir a temperatura do ar e a humidade relativa, interior e exterior, e planta com a sua localização. Para a medição da temperatura do ar e da humidade relativa exterior foi utilizado um “radiation shield” (Figura 35), instalado a 1 m do pavimento e 2,5 m da parede, de forma a obter medições que traduzam o clima da envolvente do edifício. a) b) Fig.35 – Medição da temperatura do ar e humidade relativa exterior in situ. a) radiation shield; b) sensor de medição de temperatura do ar e humidade relativa dentro do radiation shield. É importante referir que os sensores foram calibrados com recurso a uma câmara climática, estabelecendo-se diversos patamares de temperatura e humidade relativa durante 24 horas, este procedimento foi efetuado antes e depois das medições, verificando-se, assim, o perfeito funcionamento dos sensores. No anexo I apresentam-se os resultados da calibração anterior e posterior à medição in situ. 3.2.2.2. Medição do Caudal de Ventilação – Quartos A medição do caudal de ventilação natural dos quartos dos apartamentos em estudo foi efetuada com a finalidade de dispor de um caudal, a introduzir no modelo numérico. A medição do caudal de ventilação efetuou-se através do método do gás traçador – técnica do declive, utilizando-se, para a realização deste ensaio, o analisador de gás foto acústico da INNOVA do L.F.C. com capacidade para determinar a concentração de SF6 (hexafluoreto de enxofre) em partes por milhão (ppm) [46]. A técnica escolhida, técnica do declive, baseia-se na libertação de uma quantidade de gás no espaço a medir, estabelecendo-se uma concentração inicial uniforme recorrendo a ventiladores. O decaimento da Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 51 concentração do gás ao longo do tempo é registado de forma a obter a renovação horária – técnica transiente. A curta duração do ensaio faz com que a taxa de renovação do ar obtida seja característica somente desse intervalo de tempo [46]. Para a análise de um compartimento admite-se que o regime é permanente (temperatura do ar exterior e vento estacionários – caudais aproximadamente constantes), que a concentração do gás traçador no exterior é nula e que não há emissão nem absorção de gás no interior. Nestas circunstâncias o balanço da massa do gás traçador pode expressar-se pela seguinte equação diferencial: () () () () 0 0 ln qt V c ct ct q V qc t c t c e RPH tVt − ⎛⎞ ⎜⎟ ⎜⎟ ∂⎝⎠ =− ⇔ = ⇔ = = ∂ (8) Em que: • V, volume do quarto [m3]; • c, concentração do gás traçador [ppm]; • q, caudal volúmico do ar [m3/s]; • c0 a concentração inicial do gás traçador [ppm]. Desta forma, para o cálculo das infiltrações ou caudais de ventilação em espaços que possam ser considerados monozona, é suficiente introduzir gás traçador no espaço até existir uma concentração inicial uniforme, c0. De seguida regista-se a evolução da concentração inicial uniforme ln(c) versus tempo, que pela equação 8, é uma reta. O módulo do declive da reta, q/V, é a incógnita que permite o cálculo das renovações horárias, RPH. Este ensaio é regulado pelas Normas ISO 12569 e ASTM E741 – 00 [46]. Para o presente trabalho efetuaram-se dois ensaios, um para cada apartamento, no mesmo dia (1 de Março de 2013), de forma que, as condições climatéricas exteriores fossem tão constantes quanto possível. Na Figura 36 ilustram-se os equipamentos utilizados para a realização dos ensaios. Fig.36 – Exemplo do equipamento do método do gás traçador. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 52 3.2.2.3. Medição do Caudal de Ventilação – Sala/Cozinha A avaliação da ventilação noturna como estratégia durante a estação de arrefecimento é essencial neste estudo. Tendo-se desenvolvido uma campanha de medições experimentais que visava caracterizar o sistema de ventilação mecânico, marca S&P modelo TD – 250/100 Silent, instalado nas salas/cozinhas dos dois apartamentos. Tal como para a ventilação dos quartos, o valor encontrado através desta medição serve para introduzir no modelo numérico que vai ser objeto de validação. A medição do caudal de extração efetuou-se com um anemómetro (Figura 37). Colocaram-se os ventiladores mecânicos em funcionamento e registaram-se os valores de velocidade fornecidos pelo anemómetro. Com este procedimento efetuaram-se os registos de velocidade para cada ventilador de cada apartamento e procedeu-se ao cálculo do caudal para cada um dos instantes, uma vez que, as medidas da secção do tubo de extração e ventilação eram conhecidas (100 mm de diâmetro). Nas fotos da Figura 37 podem observar-se algumas fotografias obtidas durante os ensaios. Fig.37 – Ensaios da medição do caudal de ventilação mecânica nos apartamentos. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 53 3.2.2.4. Medição do Fluxo de Calor da Parede A medição de fluxo de calor de uma parede exterior de grande espessura e massa efetuou-se com dupla finalidade: avaliar as trocas de calor entre a parede e o ambiente interior e calcular o coeficiente de transmissão térmica da parede em regime dinâmico para o poder comparar com valores tabelados – ITE 50 [47] e ITE 54 [48]. Este tipo de procedimento, já tinha sido adotado por Byrne et al. [49], que mediu in situ o comportamento térmico de um edifício e das paredes exteriores, em regime transiente e quase de equilíbrio, comparando-os com valores calculados segundo normas nacionais e simulados numericamente. Outro exemplo é o estudo elaborado por Gagliano et al. [50], que avaliou o comportamento térmico de um edifício histórico, com paredes de pedra, de grande massa, em condições dinâmicas e comparando os resultados obtidos in situ com resultados simulados numericamente. Para efetuar a medição do fluxo de calor utilizaram-se dois fluxímetros colocados em faces opostas na mesma posição, um na superfície interior e o outro na superfície exterior. Juntamente com os fluxímetros colocou-se um termopar em cada superfície da parede, de forma a medir a temperatura superficial da mesma. Os fluxímetros e os termopares foram ligados a um sistema de aquisição de dados que permite uma leitura quase contínua dos valores da temperatura superficial interior e exterior e do fluxo de calor, com os quais se calculam os valores do coeficiente de transmissão térmica. Refira-se que se dispunha dos valores da temperatura do ar interior e exterior. Na Figura 38 ilustra-se o processo descrito. Fig.38 – Medição do fluxo de calor in situ (sistema de aquisição de dados, fluxímetros e termopares). Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 54 3.3. RESULTADOS EXPERIMENTAIS De seguida apresentam-se os resultados experimentais das diversas campanhas levadas a cabo in situ, entre Outubro de 2012 e Outubro de 2013, designadamente temperatura do ar interior e exterior, caudal de ventilação (quartos e sala/cozinha), fluxo de calor da parede para o ambiente interior e respetivo coeficiente de transmissão térmica, U. 3.3.1. CLIMA EXTERIOR Os dados recolhidos com a medição do clima exterior in situ, permitem compreender, em pormenor e com rigor, a solicitação climática local e a validação do modelo de simulação numérica. Na Figura 39 apresenta-se a variação da temperatura do ar exterior ao longo do ano das medições para Revelhe e Cabeceiras de Basto. Fig.39 – Registos da temperatura do ar exterior medida in situ – 2012/2013. No Quadro 14 apresenta-se a análise estatística da temperatura do ar exterior para Revelhe e Cabeceiras de Basto. -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Estação de aquecimento Estação de arrefecimento Temperatura [ºC] Temperatura Exterior Revelhe Temperatura Exerior Cabeceiras de Basto Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 55 Quadro 14 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar exterior. Variáveis estatísticas Revelhe [ºC] Cabeceiras de Basto [ºC] Média 14,4 14,0 Máximo 38,0 40,2 Mínimo -1,3 -2,9 Desvio Padrão 6,9 7,8 Mediana 13,2 12,8 Quartil 25 9,4 8,6 Quartil 75 18,7 18,1 Percentil 1% 2,3 -0,3 Percentil 5% 4,9 2,7 Percentil 95% 28,1 29,6 Percentil 99% 33,0 34,6 A fim de se completar a análise ao clima exterior apresenta-se, na Figura 40, a probabilidade acumulada da temperatura do ar exterior medida in situ e a da estação meteorológica de Cabeceiras de Basto. Fig.40 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar exterior medida in situ e na estação meteorológica de Cabeceiras de Basto. Os resultados demonstram que, as diferenças entre a temperatura do ar exterior medida in situ e a registada na estação meteorológica de Cabeceiras de Basto são quase nulas. A temperatura do ar difere, com algum significado, no caso da mínima e máxima: o registo local (Revelhe – Fafe) registou uma temperatura do ar mínima de -1,3ºC, e a de Cabeceiras de Basto registou a temperatura do ar mínima de -2,9ºC; a temperatura do ar máxima registada na estação de Revelhe foi de 37,9ºC, enquanto que, a registada na estação de Cabeceiras de Basto foi de 40,2ºC. -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura exterior Revelhe Temperatura exterior Cabeceiras de Basto Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 62 da temperatura do ar interior, sendo que dentro de cada boxplot encontram-se 50% dos valores registados. De forma a tornar a análise mais fidedigna, analisa-se, numa primeira fase, o período em que a temperatura do ar interior flutuou livremente, e posteriormente, numa segunda fase, o período em que o sistema de aquecimento esteve em funcionamento. Assim sendo, a análise comparativa destes valores, para o período de Outubro a Dezembro do ano de 2012 e de Abril a Maio do ano de 2013, verifica-se que: as diferenças entre os quartis 25 e 75 são mais acentuadas no Apartamento 1, assim como a diferença entre o mínimo e o máximo valor mensal. Em ambos os apartamentos a média e a mediana diferem muito pouco uma da outra sendo quase coincidentes no caso de alguns meses. Verifica-se, assim, que a amplitude térmica no Apartamento 1 é, em relação à do Apartamento 2, em termos médios mais elevada, o que demonstra que o Apartamento 1, é mais suscetível às alterações do clima exterior resultante da sua menor inércia térmica e maior área envidraçada. Fig.47 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 1 monitorizada durante a estação de aquecimento. Fig.48 – Distribuição da temperatura do ar interior do Apartamento 2 monitorizada durante a estação de aquecimento. 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Período de aquecimento Período de aquecimento Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 63 A Figura 49 refere-se à probabilidade acumulada da temperatura do ar interior, para os meses referidos. Em ambos, os valores são aproximados: o Apartamento 1 possui uma temperatura do ar interior que varia entre 8,6ºC e 20,2ºC, resultando uma amplitude térmica global de 11,6ºC; o Apartamento 2 possui uma temperatura do ar interior que varia entre 10,0ºC e 21,1ºC, resultando uma amplitude térmica global de 11,1ºC. Fig.49 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na estação de aquecimento em flutuação livre. A fim de completar a análise da temperatura do ar interior na estação de aquecimento apresentam-se, no Quadro 17, os valores das variáveis estatísticas mais importantes para cada um dos apartamentos. Quadro 17 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior durante a estação de aquecimento em flutuação livre. Variáveis estatísticas Apartamento 1 [ºC] Apartamento 2 [ºC] Média 14,1 15,0 Máximo 20,2 21,1 Mínimo 8,6 10,0 Desvio Padrão 2,7 2,5 Mediana 14,5 15,2 Quartil 25 11,9 13,1 Quartil 75 16,4 16,9 Percentil 1% 8,6 10,1 Percentil 2% 8,8 10,5 Percentil 5% 9,2 10,9 Percentil 95% 18,9 19,4 Percentil 98% 19,4 20,2 Percentil 99% 19,5 20,4 0 5 10 15 20 25 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura apartamento 1 Temperatura apartamento 2 Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 64 Os resultados apresentados no Quadro 17 refletem um desempenho térmico global substancialmente melhor do Apartamento 2. O valor da temperatura do ar interior média é mais elevado, assim como da mediana, sendo a diferença entre estes valores, 0,2ºC, muito próxima, o que reflete um comportamento mais equilibrado. O Apartamento 1 apresenta uma diferença entre a média e mediana ligeiramente mais elevada, 0,4ºC, evidenciando-se maior suscetibilidade térmica. Esta diferença, que não é substancial, deve-se à inércia térmica mais fraca e à maior área de envidraçados. 3.3.5.2. Regime de Aquecimento Contínuo Efetuou-se um período de aquecimento em regime contínuo para ambos os apartamentos. De referir, que a análise, para o período de aquecimento, é relativa ao quarto de cada apartamento. Esta opção devese ao facto do sistema de aquecimento, nestes compartimentos, ter funcionado de forma eficaz, não se tendo registado qualquer falha, como ocorreu noutros compartimentos dos apartamentos. Na Figura 50 apresentam-se os resultados diários para o quarto do Apartamento 1. Do dia 7 ao dia 19 de Janeiro de 2013, o quarto foi aquecido de forma contínua. Fig.50 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento contínuo entre o dia 7 a 19 de Janeiro de 2013. Elaborou-se o gráfico tipo boxplot, Figura 51, para o período de aquecimento contínuo entre o dia 10 e o dia 19 de Janeiro de 2013, uma vez que nos dias anteriores ainda não se tinha alcançado um patamar de temperatura do ar interior quase constante. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Dias Temperatura Quarto Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 65 Fig.51 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 10 e 19 de Janeiro de 2013. Da Figura 51 compreende-se que este período se caracteriza por um elevado equilíbrio de temperatura do ar interior, com uma variação de 1ºC, e com a média e a mediana com valores quase idênticos. No Quadro 18 apresentam-se os resultados principais para este período do quarto do Apartamento 1. Quadro 18 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior, do quarto do Apartamento 1, durante a estação de aquecimento em regime de aquecimento contínuo entre o dia 10 e 19 de Janeiro de 2013. Variáveis estatísticas Quarto – Apartamento 1 [ºC] Média 18,4 Máximo 19,1 Mínimo 17,7 Desvio Padrão 0,2 Mediana 18,4 Quartil 25 18,2 Quartil 75 18,5 Percentil 1% 18,0 Percentil 2% 18,1 Percentil 5% 18,1 Percentil 95% 18,7 Percentil 98% 18,7 Percentil 99% 18,7 Através dos resultados verifica-se que o aquecimento em regime contínuo proporcionou uma constância da temperatura do ar interior, com diminuta variação. Nestas condições o nível de conforto é aceitável estando acima da temperatura base de conforto estabelecida pelo REH [1]. 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Temperatura [ºC] Dias Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 66 Relativamente ao Apartamento 2, o período de aquecimento em regime contínuo decorreu desde o dia 15 de Fevereiro a 2 de Março de 2013, no entanto só entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março se conseguiu ter o sistema a funcionar sem interrupções, pois derivado a falhas energéticas nos dias anteriores não foi possível. Na Figura 52 ilustra-se o período de aquecimento em regime contínuo para o Apartamento 2. Fig.52 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março de 2013. Da análise da Figura 52 verifica-se, tal como para o Apartamento 1, uma temperatura do ar interior muito constante, as variações são diminutas. No gráfico tipo boxplot, (ver Figura 53) apresentam-se os dados para este intervalo de tempo, refletindo o referido. Fig.53 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 medida durante o período de aquecimento em regime contínuo entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março de 2013. Da Figura 53 transparece um equilíbrio elevado, como se verificou no Apartamento 1. A temperatura do ar interior, neste período de tempo, não apresenta uma amplitude superior a 1ºC, existindo uma proximidade muito diminuta e, em alguns dias, nula, entre os valores do quartil 25 e 75 e entre os valores da média e da mediana. 0 5 10 15 20 25 Temperatura [ºC] Temperatura Quarto Temperatura exterior Fevereiro Março 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1 2 Fevereiro Março Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 67 No Quadro 19 apresentam-se os resultados mais importantes da temperatura do ar interior para o quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime contínuo. Quadro 19 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior, do quarto do Apartamento 2, durante a estação de aquecimento em regime de aquecimento contínuo entre o dia 21 de Fevereiro e 2 de Março de 2013. Variáveis estatísticas Quarto – Apartamento 2 [ºC] Média 17,3 Máximo 17,8 Mínimo 16,1 Desvio Padrão 0,2 Mediana 17,3 Quartil 25 17,2 Quartil 75 17,5 Percentil 1% 16,7 Percentil 2% 17,0 Percentil 5% 17,0 Percentil 95% 17,7 Percentil 98% 17,8 Percentil 99% 17,8 De novo, os resultados do Quadro 19 refletem um comportamento muito regular da temperatura do ar interior. Este comportamento demonstra a efetividade do regime de aquecimento em contínuo. O nível de conforto é aceitável e próximo da temperatura de conforto de referência estabelecida pelo REH [1] (18ºC) para a estação de aquecimento. 3.3.5.3. Regime de Aquecimento Intermitente Realizou-se em ambos os apartamentos um período de aquecimento em regime intermitente (6 horas por dia). Tal como para o período de aquecimento em regime contínuo os resultados apresentados são relativos ao quarto de cada apartamento. O período de aquecimento em regime intermitente do quarto do Apartamento 1, decorreu entre o dia 21 de Janeiro e o dia 15 de Fevereiro de 2013. Contudo, devido a falhas de energia e a uma ocupação entre o dia 10 e 12 de Fevereiro de 2013, optou-se por selecionar o período de tempo entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013 para análise. Na Figura 54 apresentam-se os resultados para o período de aquecimento intermitente do quarto do Apartamento 1. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 68 Fig.54 – Registo da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. Da Figura 54 constata-se, como era previsto, uma variação mais elevada da temperatura do ar interior e com registos mais baixos, em relação ao período de aquecimento em regime contínuo. A variação da temperatura do ar interior foi bastante semelhante para os vários dias analisados. De forma a aprofundar a análise deste período apresenta-se na Figura 55 o gráfico do tipo boxplot deste período. Fig.55 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 1 monitorizada durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. Da análise da Figura 55 constata-se, como já referido, que a variabilidade térmica, neste período, é maior do que no período de aquecimento em regime contínuo, contudo pode-se considerar que a variabilidade é equilibrada, pois a diferença, entre quartis e entre o valor máximo e mínimo, é inferior a 2,2ºC, em média, ao longo dos catorze dias em análise. Na Figura 56 apresenta-se a probabilidade acumulada da temperatura do ar interior no período em análise, constatando-se que a temperatura do ar interior varia entre os 13,8ºC e os 17,4ºC, resultando uma amplitude global de 3,6ºC. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Temperatura Quarto Temperatura exterior Janeiro Fevereiro 13 14 15 16 17 18 19 20 2728293031123456789 Janeiro Fevereiro Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 69 Fig.56 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida no quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. No Quadro 20 apresentam-se os principais valores estatísticos deste período. Quadro 20 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior, do quarto do Apartamento 1, durante a estação de aquecimento em regime de aquecimento intermitente entre o dia 27 de Janeiro e 9 de Fevereiro de 2013. Variáveis estatísticas Quarto – Apartamento 1 [ºC] Média 15,6 Máximo 17,4 Mínimo 13,8 Desvio Padrão 0,8 Mediana 15,6 Quartil 25 15,1 Quartil 75 16,2 Percentil 1% 14,0 Percentil 2% 14,1 Percentil 5% 14,3 Percentil 95% 16,9 Percentil 98% 17,1 Percentil 99% 17,2 Dos resultados verifica-se que o nível de conforto conferido por este regime de aquecimento não é eficaz. O valor da temperatura média do ar interior está abaixo da temperatura de referência de conforto do REH [1] (18ºC). No Apartamento 2 o regime de aquecimento em regime intermitente decorreu entre o dia 24 de Março e 13 de Abril de 2013. Deste período, selecionou-se o período entre o dia 4 e 13 de Abril para analisar 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura Quarto Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 70 o desempenho térmico do Apartamento 2. Este período escolheu-se para evitar períodos de ocupação e falhas no sistema de aquecimento nos dias anteriores, podendo desvirtuar os registos de temperatura do ar interior. Na Figura 57 apresenta-se o registo de temperatura do ar interior referente ao período em análise. Fig.57 – Registos da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. Dos resultados depreende-se e reforça-se o já observado no Apartamento 1, a temperatura do ar interior apresenta uma amplitude diária mais elevada e uma média mais baixa, do que no período de aquecimento contínuo, como era expectável. Na Figura 58 apresenta-se o gráfico tipo boxplot onde se constata uma diferença entre quartis, dos vários dias, bastante similar, refletindo um comportamento padrão para este período. A diferença entre os valores máximos e mínimos, também é, semelhante para os dias analisados subscrevendo o facto da temperatura do ar interior ter um comportamento diário idêntico. Fig.58 – Distribuição da temperatura do ar interior do quarto do Apartamento 2 medida durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Dias Temperatura Quarto Temperatura exterior 13 14 15 16 17 18 19 20 45678910111213 Abril Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 71 Na Figura 59 apresenta-se a probabilidade acumulada da temperatura do ar interior para o período em análise. Variando a temperatura do ar interior entre 13,4ºC e 16,3ºC, resultando uma amplitude térmica global de 2,9ºC. Fig.59 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida no quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. No Quadro 21 apresentam-se os resultados mais importantes da temperatura do ar interior para o quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime intermitente. Quadro 21 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior, do quarto do Apartamento 2, durante a estação de aquecimento em regime de aquecimento intermitente entre os dias 4 e 13 de Abril de 2013. Variáveis estatísticas Quarto – Apartamento 2 [ºC] Média 14,5 Máximo 16,3 Mínimo 13,4 Desvio Padrão 0,7 Mediana 14,4 Quartil 25 13,9 Quartil 75 15,0 Percentil 1% 13,5 Percentil 2% 13,5 Percentil 5% 13,6 Percentil 95% 15,9 Percentil 98% 16,2 Percentil 99% 16,2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura Quarto Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 78 Os resultados expressam as ideias já referidas. A menor inércia deste Apartamento permite variações de temperatura mais elevadas, verificando-se valores máximos e mínimos mais extremos, comprometendo o conforto térmico do espaço. Na Figura 68 apresenta-se a temperatura do ar interior para o período ocorrido entre o dia 13 e o dia 23 de Agosto de 2013, na sala/cozinha do Apartamento 2. Fig.68 – Registos da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. Da análise dos resultados constata-se uma menor variação da temperatura do ar interior, ao longo dos vários dias, do que no Apartamento 1. Tal como no Apartamento 1, o limite de conforto estabelecido pelo REH [1] é ultrapassado. Verifica-se um desfasamento temporal médio entre a temperatura do ar máxima exterior e interior de 2,6 horas, e um amortecimento térmico médio entre a temperatura do ar máxima exterior e interior de 5,4ºC. De forma a analisar detalhadamente o desempenho térmico do Apartamento 2, neste período, apresentam-se, na Figura 69, as variações das medidas estatísticas neste período. Fig.69 – Distribuição da temperatura do ar interior da sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. 10 15 20 25 30 35 40 Agosto Temperatura [ºC] Temperatura sala apartamento 2 Temperatura exterior 22 23 24 25 26 27 28 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Agosto Temperatura [ºC] Quartil 75 Mediana Média Máximo Minimo Quartil 25 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 79 Da leitura do gráfico verifica-se que a temperatura do ar interior possui uma amplitude térmica reduzida, havendo uma maior variabilidade de temperatura mediante a amplitude térmica exterior, quanto maior esta, maior a variação de temperaturas do ar interior. No entanto, os efeitos no Apartamento 2 são menos percetíveis que no Apartamento 1, por ter uma envolvente exterior com maior inércia. Na Figura 70 apresenta-se a probabilidade acumulada para a temperatura do ar interior do Apartamento 2 no período ocorrido entre o dia 13 e o dia 23 de Agosto de 2013. Fig.70 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. Da análise da Figura 70 verifica-se que a temperatura do ar interior varia entre 24,5ºC e 26,0ºC, resultando uma amplitude térmica de 1,5ºC; a temperatura de referência é ultrapassada em mais de 90% do tempo. No Quadro 24 apresentam-se os resultados mais importantes da temperatura do ar interior para a sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de 13 a 23 de Agosto de 2013. 10 15 20 25 30 35 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura sala apartamento 2 Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 80 Quadro 24 – Variáveis estatísticas da temperatura do ar interior, da sala/cozinha do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. Variáveis Estatísticas Sala/cozinha – Apartamento 2 [ºC] Média 25,4 Máximo 26,0 Mínimo 24,5 Desvio padrão 0,3 Mediana 25,4 Quartil 25 25,2 Quartil 75 25,6 Percentil 1% 24,6 Percentil 2% 24,6 Percentil 5% 24,7 Percentil 95% 25,9 Percentil 98% 25,9 Percentil 99% 25,9 Os resultados apresentados no Quadro 24 demonstram que, apesar de a temperatura do ar interior média, ser um pouco mais elevada, do que no Apartamento 1, este Apartamento possui uma temperatura do ar interior mais constante e menor amplitude térmica. O fecho das portas, isolando a sala/cozinha dos restantes compartimentos, sem dúvida que influenciou os resultados, certamente que com as portas abertas a temperatura do ar interior registada teria sido mais baixa. Mais uma vez se confirma que o desempenho térmico é bastante semelhante nos dois apartamentos. No entanto, tendo em conta a área de envidraçados e o nível de inércia térmica do Apartamento 1, os valores apresentados são influenciados pela ventilação noturna, uma vez que sem este meio os registos seriam mais elevados. Dos resultados destaca-se, também, a constância dos registos de temperatura do ar interior do Apartamento 2, evidenciando-se o papel da inércia térmica neste apartamento. A este facto não é alheia a relação entre a área de envidraçados e a do pavimento. No Apartamento 2, esta relação é de 6%, enquanto que, no Apartamento 1 é de 26%. Esta diferença reflete-se na amplitude térmica diária, que como se constatou é mais elevada neste Apartamento. Como referido, a estratégia de ventilação noturna foi diferente nos dois apartamentos. No Apartamento 1 as portas entre compartimentos estavam abertas, por seu lado, no Apartamento 2, as portas entre compartimentos estavam fechadas. As Figuras 71 e 72 comparam, através da probabilidade acumulada, os resultados obtidos entre a sala/cozinha e o quarto de cada um dos Apartamentos, para o período ocorrido entre o dia 29 de Julho e o dia 30 de Setembro de 2013, comparando-se as diferenças da temperatura do ar interior entre compartimentos. Na Figura 71 apresenta-se a probabilidade acumulada da sala/cozinha e do quarto do Apartamento 1. Os resultados confirmam uma variação quase nula entre os valores dos dois compartimentos, sendo nos extremos que se verifica alguma diferença, embora diminuta. Neste período o valor mínimo para a Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 81 temperatura do ar interior é de 19,85ºC para a sala/cozinha e de 19,94ºC para o quarto. O valor máximo, para a sala/cozinha é de 29,82ºC e para o quarto é de 29,17ºC. Destes valores resulta uma amplitude térmica global de 9,97ºC para a sala/cozinha e 9,23ºC para o quarto. Fig.71 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha e quarto do Apartamento 1 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. A Figura 72 refere-se ao mesmo período para o Apartamento 2. Verifica-se que as temperaturas do ar interior diferem, havendo claras diferenças entre o compartimento com ventilação noturna e o compartimento sem ventilação noturna. Registou-se uma temperatura do ar interior mínima de 21,6ºC, na sala/cozinha, e de 22,2ºC no quarto. A temperatura do ar interior máxima da sala/cozinha é de 28,1ºC e a do quarto é de 29,6ºC. Destas diferenças resulta uma amplitude térmica global de 6,5ºC para a sala/cozinha e de 7,4ºC para o quarto. Fig.72 – Probabilidade acumulada da temperatura do ar interior medida na sala/cozinha e quarto do Apartamento 2 durante o período de ventilação noturna entre 13 e 23 de Agosto de 2013. Através dos resultados, constata-se que a ventilação noturna proporciona uma diminuição da temperatura do ar interior levando a um desempenho térmico mais eficaz. Prova-se igualmente, que se trata de uma estratégia capaz de substituir, quase na totalidade, o recurso a meios mecânicos de arrefecimento. 10 15 20 25 30 35 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura Sala Temperatura Quarto Temperatura exterior 10 15 20 25 30 35 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura Sala Temperatura Quarto Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 82 3.3.7. AVALIAÇÃO DO CONFORTO TÉRMICO NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Para avaliar o nível de conforto térmico recorreu-se à Norma EN 15251 [28], que estabelece três categorias de conforto: I, II e III. O edifício em análise enquadra-se na categoria II, que é a ajustada a edificios novos ou reabilitados, como definido na Norma [28]. Para a estação de aquecimento a temperatura mínima de conforto, estabelecida pela Norma [28], é de 20ºC. Elaboraram-se dois tipos de análise de conforto: uma análise para o período em que a temperatura do ar interior flutuou livremente, e outra, em que se analisam os períodos de aquecimento em regime contínuo e em regime intermitente. Por fim confrontam-se os resultados obtidos em cada um dos Apartamentos de forma a comparar o seu nível de conforto. No período de flutuação livre da temperatura do ar interior do Apartamento 1, a temperatura esteve sempre abaixo dos 20ºC obtendo-se uma percentagem de tempo de desconforto de 100%, como se constata na Figura 73. No Apartamento 2, os resultados possuem a mesma tendência que no Apartamento 1. O nível de desconforto, apesar de não ser de 100%, é bastante próximo, 98%, registando temperaturas médias (horárias) do ar interior abaixo do nível de conforto mínimo. Na Figura 73 apresenta-se a comparação, entre os dois apartamentos, da avaliação do conforto térmico para os períodos em que a temperatura do ar interior flutuou livremente na estação de aquecimento. Fig.73 – Avaliação do Conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de aquecimento. Esta comparação vem realçar os factos já descritos: uma amplitude térmica mais elevada no Apartamento 1; a temperatura mínima de conforto apenas é atingida de forma pontual, no Apartamento 2; a influência da temperatura do ar exterior é notória em ambos. A medição da temperatura do ar interior foi efetuada com os apartamentos desocupados. Assim na Figura 74 apresenta-se os valores da Figura 73, com mais 3ºC, de forma a compreender o potencial efeito, ainda que de uma forma simplificada, dos ganhos internos associados à ocupação e equipamentos. 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura apartamento 1 Temperatura apartamento 2 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 83 Fig.74 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de aquecimento com ocupação. Com este acréscimo de 3ºC constata-se que o nível de conforto continua, em grande parte do tempo, abaixo do limite mínimo de conforto, no entanto, os registos abaixo de 15ºC diminuíram drasticamente, verificando-se um nível de conforto superior em ambos os apartamentos, como seria expectável. Na Figura 75, apresenta-se a avaliação do nível de conforto para o período com duas estratégias de aquecimento: aquecimento em regime contínuo – 10 a 19 de Janeiro de 2013 –, e para o período de aquecimento em regime intermitente – 27 de Janeiro a 9 de Fevereiro de 2013 para o quarto do Apartamento 1. Fig.75 – Avaliação do conforto do quarto do Apartamento 1 durante o período de aquecimento em regime contínuo. Analisando o gráfico, como já foi referido na análise da temperatura do ar interior, a variação diária da temperatura do ar interior no período de aquecimento contínuo é significativamente inferior em relação ao período de aquecimento intermitente. Verifica-se também que, o nível de desconforto, é mais elevado no período de aquecimento intermitente. Em ambos os períodos a temperatura mínima de conforto estabelecida pela Norma, 20ºC, não é atingida, pois os registos da temperatura média horária do ar interior apresenta-se totalmente abaixo do limite mínimo de temperatura. 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura apartamento 1 Temperatura apartamento 2 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 56789101112 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Aquecimento continuo Aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 84 Na Figura 76 apresentam-se os resultados da avaliação dos níveis de conforto do quarto do Apartamento 2, para o período de aquecimento contínuo – de 21 de Fevereiro a 2 de Março de 2013 – e para o período de aquecimento intermitente – de 4 a 13 de Abril de 2013. Fig.76 – Avaliação do conforto do quarto do Apartamento 2 durante o período de aquecimento em regime contínuo. Analisando a Figura 76, verifica-se que o comportamento térmico do Apartamento 2 é similar ao do Apartamento 1, igualmente se constata que, no período de aquecimento contínuo, a variação da temperatura do ar interior é bastante inferior em relação ao período de aquecimento intermitente, como era expectável. O nível de desconforto é mais elevado no período de aquecimento intermitente, em ambos os períodos, a temperatura mínima de conforto não é atingida em nenhuma das estratégias de aquecimento. 3.3.8. AVALIAÇÃO DO CONFORTO NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO Relativamente à estação de arrefecimento, dado que o edifício não possui sistemas de arrefecimento mecânico, os limites de conforto variam consoante a temperatura do ar exterior, seguindo uma lógica de conforto adaptativo. Elaboraram-se duas análises, uma geral, para toda a estação, e outra específica para o período em que operou o sistema de ventilação noturna (extração) no período compreendido entre os dias 13 e 23 de Agosto de 2013. Na Figura 77 apresenta-se a análise do conforto do Apartamento 1 ao longo da estação de arrefecimento. 10 12 14 16 18 20 22 3 5 7 9 11 13 15 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Aquecimento continuo Aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 85 Fig.77 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 durante a estação de arrefecimento. Da análise da Figura 77, verifica-se que, em grande parte do tempo, a temperatura do ar interior se encontra dentro do intervalo adaptativo de conforto estabelecido pela EN 15251 [28]. No entanto, há um número considerável de horas em que a temperatura do ar interior está abaixo do limite de conforto, o que não pode ser considerado grave, comprometendo o método de avaliação de conforto da Norma [28]. Constata-se, igualmente, a existência de temperaturas interiores elevadas, verificando-se um número considerável de horas em que a temperatura do ar interior está acima dos 25ºC. Para além disso, existem períodos em que a temperatura registada está acima dos 29ºC, e, mesmo assim, dentro dos limites de conforto, facto que revela dúvidas sobre o intervalo definido pela Norma [28]. Para o Apartamento 2, Figura 78, as conclusões são semelhantes, a inadequação da Norma [28] volta a verificar-se, descurando o desconforto associado ao sobreaquecimento do edifício, com temperaturas do ar interior elevadas, acima de 27ºC. Fig.78 – Avaliação do conforto do Apartamento 2 durante a estação de arrefecimento. Na Figura 79 comparam-se os dois apartamentos. Verifica-se claramente que o Apartamento 1 apresenta temperaturas do ar interior superiores às do Apartamento 2 e uma amplitude térmica diária mais elevada. Tal como na estação de aquecimento o Apartamento 1 regista temperaturas mais baixas e mais elevadas que o Apartamento 2, refletindo a menor inércia térmica. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura interior apartamento 1 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura interior apartamento 2 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 86 Fig.79 – Avaliação do conforto do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento. A Figura 80 é referente ao período ocorrido entre o dia 13 e 23 de Agosto de 2013, apresentando a avaliação de conforto da sala/cozinha do Apartamento 1 e da sala/cozinha do Apartamento 2 durante esse período. Fig.80 – Avaliação do conforto da sala/cozinha do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento no período entre 13 e 23 de Agosto de 2013. De acordo com o método da Norma EN 15251 [28], para este período de tempo, a temperatura do ar interior dos Apartamentos está dentro do intervalo de conforto. A temperatura do ar interior é mais elevada no Apartamento 1, traduzindo-se, este facto, num desempenho térmico mais desfavorável. Tal como o já referido, o Apartamento 2 apresenta um registo de temperaturas mais estável do que o Apartamento 1. Na estação de aquecimento, os apartamentos estavam desocupados pelo que não se teve em consideração os ganhos internos. Na Figura 81 apresentam-se os resultados com um incremento de 3ºC, simulando, desta forma o efeito da ocupação. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura interior apartamento 1 Temperatura interior apartamento 2 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura interior sala do apartamento 1 Temperatura interior sala do apartamento 2 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 87 Fig.81 – Avaliação do conforto da sala/cozinha do Apartamento 1 e 2 durante a estação de arrefecimento no período entre 13 e 23 de Agosto de 2013 com ocupação. Da análise da Figura 81, é percetível a existência de períodos de sobreaquecimento. O Apartamento 1, apresenta picos, de temperaturas do ar interior, máximos, mais elevados. 3.3.8.1. Efeito da Ventilação Noturna Como se demonstrou, a ventilação é uma técnica, de arrefecimento passivo, com enormes potencialidades. É importante o seu estudo, a fim de se compreender que benefícios que pode, ou não, proporcionar no edificado em estudo. Como já referido, o processo de ventilação noturna seguiu estratégias diferentes nos dois apartamentos: para o Apartamento 1 foram deixadas as portas abertas, no Apartamento 2 as portas dos compartimentos foram encerradas de forma a isolar a sala/cozinha dos restantes compartimentos. A Figura 82 avalia o desconforto do quarto e da sala/cozinha do Apartamento1. Esta avaliação tem por finalidade verificar a uniformidade de condições e circulação livre do ar no Apartamento 1, ao deixar as portas abertas durante o processo de ventilação noturna. Tal como na análise da temperatura do ar interior, constata-se que o equilíbrio é o denominador comum neste Apartamento. As diferenças registadas são mínimas, sendo a temperatura do ar interior da sala/cozinha, em geral, um pouco mais elevada do que a do quarto, tendo grande influência, neste aspeto, a elevada área de envidraçados na sala/cozinha. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Temperatura interior apartamento 1 Temperatura interior apartamento 2 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 94 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 95 4. VALIDAÇÃO DO MODELO DE SIMULAÇÃO NUMÉRICA UTILIZADO 4.1. OBJETIVOS A validação do modelo de simulação numérica utilizado é de suma importância na presente tese, para, com ele, se desenvolver o estudo de sensibilidade para um conjunto de cenários de reabilitação em cinco localizações geográficas representativas do território nacional, avaliando-se e quantificando-se o conforto térmico e o consumo energético do edifício-tipo. Os procedimentos de validação permitem compreender o programa de simulação dinâmica WUFI Plus, conhecer as suas potencialidades e limitações, demonstrando, que é uma ferramenta válida para o estudo do desempenho térmico de edificios. O objetivo da validação é o de validar o modelo numérico utilizado, através da comparação da temperatura medida in situ, durante a monitorização experimental, e da temperatura simulada. Para o estudo da validação do modelo de simulação numérica utilizado adotou-se a seguinte metodologia: • Análise da importância da simulação dinâmica evidenciando-se as vantagens que proporciona na conceção dos edificios; • Seleção da ferramenta de simulação numérica em regime dinâmico para a avaliação do desempenho térmico e consumo energético de edificios de habitação; • Apresentação do modelo matemático do WUFI Plus, e respetivas equações de balanço para uma zona térmica de simulação; • Modelação geométrica do edifício-tipo simulado, estabelecendo-se as zonas térmica de simulação e condições fronteira da envolvente, do clima interior e do clima exterior; • Validação do modelo numérico, comparando os valores da temperatura do ar interior simulados com os resultados da medição experimental, em dois períodos do ano, um para a estação de aquecimento e outro para a estação de arrefecimento; • Discussão dos resultados, a fim de se validar o programa de simulação e verificar a sua capacidade para o desenvolvimento do estudo de sensibilidade. De forma a cumprir os objetivos, os subcapítulos seguintes versam sobre: a importância da simulação dinâmica; escolha pela ferramenta de simulação WUFI Plus; modelo matemático do WUFI Plus; modelação geométrica e caracterização do edifício selecionado; validação do modelo numérico e discussão dos resultados Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 96 4.2. IMPORTÂNCIA DA SIMULAÇÃO DINÂMICA Há uma procura incessante de métodos e meios que possibilitem a conceção de edificios e espaços com maior fiabilidade, com garantia de qualidade. Neste contexto, na vertente da atividade de projeto de edifícios, a simulação numérica do desempenho térmico faz parte dessa estratégia de procura do rigor e na previsão e do controlo de qualidade do conforto térmico. Surge assim a necessidade de simular o comportamento térmico de um edifício, de forma a avaliar o desempenho no que se refere ao conforto térmico e previsível consumo energético associado. Nos últimos anos foram desenvolvidas ferramentas de simulação de fenómenos de transferência de calor e humidade em edifícios, permitindo aos projetistas conceber projetos com mais qualidade e detalhe, possibilitando uma maior precisão do comportamento de soluções. As simulações baseiam-se num ano típico do clima local, tendo em conta a precipitação, temperatura do ar exterior, radiação solar (global, horizontal e vertical), humidade relativa, velocidade e direção do vento. As principais vantagens da simulação térmica avançada são: • Previsão mais precisa das cargas de climatização (aquecimento e arrefecimento); • Previsão do consumo energético anual; • Quantificação dos efeitos de parâmetros tais como o sombreamento, isolamento térmico, tipo de solução envidraçada, orientação, grau de ventilação e tipo de ocupação; • Avaliação do conforto térmico através da análise da temperatura do ar interior. O balanço higrotérmico considera o fluxo de calor normal por condução, convecção e radiação. Os fluxos de humidade acontecem por difusão, convecção e transporte líquido. Os fluxos de ar acontecem de forma natural, por forças externas ou mecânicas. A previsão do desempenho térmico requer algum conhecimento dos seguintes fatores [52]: • Geometria do edifício; • Condições fronteira; • Propriedades dos materiais. A geometria do edifício deve ser introduzida de forma detalhada. As condições fronteira são um fator importante nos resultados finais. Em geral é preciso conhecer: • Ambiente interior (fontes de calor, temperatura de aquecimento e arrefecimento, etc.); • Ambiente exterior (temperatura do ar exterior, humidade relativa exterior, radiação solar, etc.); • Influência da interface entre camadas. Relativamente às propriedades dos materiais, como é lógico, estes possuem uma importância extrema. As propriedades essenciais são: • Massa específica; • Porosidade; • Calor específico; • Condutibilidade térmica; • Difusão e permeabilidade ao vapor. A simulação numérica proporciona avaliar novas e variadas soluções construtivas otimizando as soluções especificadas, levando ao alcance dos melhores níveis de desempenho tendo em vista o conforto e eficiência energética dos edificios. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 97 A provar esta importância é a quantidade de softwares desenvolvidos para a realização desta tarefa. O Departamento de Energia dos Estados Unidos da América apresenta uma lista [53] com mais de 100 programas de simulação térmica. Para o presente estudo, perante os objetivos propostos, optou-se pela utilização do programa WUFI Plus, as razões para esta escolha serão expostas nos parágrafos seguintes. 4.3. ESCOLHA DO PROGRAMA WUFI PLUS O WUFI Plus combina a simulação energética com o cálculo da componente higrotérmica. Através da simulação com WUFI Plus pode avaliar-se o desempenho térmico de um edifício e calcular as suas necessidades energéticas. O algoritmo de cálculo é baseado no método dos volumes finitos. Este método trabalha a equação de calor diretamente, por aproximação das suas derivadas às de uma série de Taylor truncada, ou indiretamente, por aplicação do princípio da conservação da energia a pequenos volumes de controlo [54]. Na Figura 85 apresenta-se o processo de cálculo do WUFI Plus. Fig.85 – Esquema do processo de cálculo do WUFI Plus [adaptado de 55]. Na Figura 86 apresenta-se um exemplo concreto de um output relativo às condições higrotérmicas da envolvente de uma parede orientada a Norte, constituída por um pano de granito com 75 cm de espessura. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 98 Fig.86 – Exemplo de um output relativo às condições higrotérmicas da envolvente de uma parede orientada a Norte, constituída por um pano de granito com 75 cm de espessura. Na Figura 87 apresenta-se um exemplo concreto de um output relativo ao clima interior de uma zona térmica de simulação. Fig.87 – Exemplo de um output relativo ao clima interior de uma zona térmica de simulação. Na Figura 88 apresenta-se um exemplo concreto de um output relativo ao consumo energético de uma zona térmica de simulação. Fig.88 – Exemplo de um output relativo ao consumo energético de uma zona térmica de simulação. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 99 Importa referir que, para o clima exterior, o WUFI Plus possui uma base de dados com os elementos necessários para a simulação. No entanto, é possível ao utilizador inserir os dados referentes à localização do edifício, o que foi realizado no presente caso. Desta forma, para as necessidades do presente trabalho, o WUFI Plus ajusta-se perfeitamente, enumerando-se de seguida diversas premissas que sustentam a escolha para este programa: • O Laboratório de Física das Construções da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto possui ligações privilegiadas com o Instituto Fraunhofer, sendo uma mais-valia na resolução de dúvidas e esclarecimentos que surgiram durante a sua exploração; • Existem variadíssimos estudos elaborados com base em diversos programas de simulação numérica, sendo importante para o Laboratório de Física das Construções a validade científica do WUFI Plus para o caso específico em estudo; • O WUFI Plus permite a manipulação de dados climáticos locais (radiação solar, temperatura do ar exterior, humidade relativa, etc.). 4.4. MODELO MATEMÁTICO DO WUFI PLUS Para a definição do clima interior do edifício o programa WUFI Plus desenvolve o seu método de cálculo através do balanço térmico de uma zona, como se ilustra na Figura 89. Fig.89 – Balanço térmico para uma zona do programa WUFI Plus [55]. No Quadro 27 apresentam-se equações relativas ao balanço térmico de uma zona térmica de simulação, da envolvente opaca e translúcida, representado na Figura 89. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 100 Quadro 27 – Equações relativas ao balanço térmico de uma zona de simulação no WUFI Plus. Equação balanço térmico de uma zona [W] i envolventeopaca envidracado IWQ vent RLT cV Q Q Q Q Q t θ ρ ∂ =++++ ∂ (13) Envolvente opaca [W] ( ) envolventeopaca se i QAU θ θ =××− ∑ (14) Envolvente translúcida [W] envidracado T I QQQ = − (15) ( ) Tenvenvai QAU θ θ =××− (16) ( ) Iframe w QfSHGCAI γ = ×× ×× (17) Qenvidraçado, fluxo térmico dos envidraçados [W] Qenvolventeopaca, fluxo térmico da envolvente opaca [W] QIWQ, fluxo térmico dos elementos interiores [W] Qventilação, fluxo térmico da ventilação [W] QRLT, fluxo térmico dos sistemas de aquecimento [W] V, volume [m3] A , área da envolvente [m2] U, coeficiente de transmissão térmica [W/m2ºC] θse, temperatura superficial da envolvente exterio r [ºC] θi, temperatura do ar interior [ºC] γ, ganhos solares diretos no ar interior f frame, fator de redução devido à caixilharia A w, área de envidraçados [m2] ρ, massa volúmica [kg/m3] c, calor especifico [J/kgºC] ∂θi/∂t derivada parcial da temperatura do ar interior em orde m ao tempo QT, perdas de calor pelo envidraçado [W] QI, ganhos solares pelo envidraçado [W] AW, área do envidraçado [m2] Uenv, coeficiente de transmissão térmica do envidraçado [W/m2ºC] θa, temperatura do ar exterior [ºC] θi, temperatura do ar interior [ºC] SHGC, coeficiente de ganhos solares I, radiação solar [W/m2] Verifica-se que as equações são compostas por múltiplas variáveis, que variam em função das condições de fronteira – envolvente, clima exterior e interior. De forma a facilitar a definição das variáveis para o processo de simulação, o programa WUFI Plus, tem uma base de dados de materiais, que o utilizador pode usar para a constituição das soluções construtivas dos edifícios, sendo também possível ao utilizador editar ou inserir os materiais e suas características. Para além disso possibilita a introdução de ficheiros climáticos e definição das condições interiores (temperatura de aquecimento e/ou de arrefecimento, ocupação, desumidificação, etc.). Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 101 4.5. MODELAÇÃO GEOMÉTRICA E CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO SELECIONADO No presente subcapítulo descrevem-se os procedimentos essenciais e requisitos associados para a realização das simulações e opções tomadas para a validação do modelo utilizado, que é conseguida confrontando os resultados das medições experimentais com os resultados simulados. Nas Figuras 90 e 91 apresenta-se a definição geométrica e volumetria do Apartamento 1 (com as paredes exteriores isoladas na caixa-de-ar) e do Apartamento 2 (sem isolamento nas paredes exteriores). Fig.90 – Modelação do edifício em estudo. Fig.91 – Modelação do Apartamento 1, à direita (com isolamento dentro da caixa-de-ar) e do Apartamento 2, à esquerda (sem isolamento) No Apartamento 1 foram consideradas quatro zonas de simulação, sala/cozinha, instalação sanitária e quartos. Para o Apartamento 2, consideraram-se, igualmente, quatro zonas de simulação, sala/cozinha, hall, instalação sanitária e quarto. As zonas térmicas definidas, são as zonas úteis e para as quais o programa calcula, sobretudo as temperaturas do ar interior, temperaturas superficiais, humidade relativa e consumo energético. As zonas não aquecidas definem-se, no programa, na secção “attached zones”. No presente modelo consideraram-se duas zonas não aquecidas: sala comum, separando o Apartamento 1 e 2 pela parede do quarto de cada apartamento e um arrumo separado do Apartamento 2 pelo pavimento do hall e instalação sanitária, identificados na Figura 92. Apartamento 1 Apartamento 2 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 102 Fig.92 – Espaços não úteis – “attached zones”. Os restantes elementos, denominados “remaining elements” pelo programa, são relativos, por exemplo, a palas, pátios, solo envolvente e muros. No modelo em consideração destacam-se, neste campo, os compartimentos do piso inferior, que possuem janelas e portas metálicas com perfurações em toda a sua área, sendo por isso, considerados fortemente ventilados, isto é espaços exteriores (Figura 93). Fig.93 – Exemplo das janelas e portas dos elementos restantes. Na Figura 94 apresentam-se os espaços considerados como exterior atendendo à forte ventilação. Fig.94 – “Remaining elements” da modelação do edifício. Nos subcapítulos seguintes descrevem-se as várias etapas para o desenvolvimento do modelo de simulação dinâmica no programa WUFI Plus. 4.5.1. DADOS CLIMÁTICOS Para a calibração do modelo, o ficheiro climático utilizado foi constituído através dos dados recolhidos in situ – temperatura do ar exterior e humidade relativa – e de dados fornecidos pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera da estação meteorológica de Cabeceiras de Basto – radiação solar global, precipitação, rumo e intensidade do vento – uma vez que estes dados climáticos não foram medidos no local de estudo. Com este conjunto de dados, através de uma folha de cálculo que o programa possui, construiu-se um ficheiro climático específico. Apresentam-se nas Figuras 95 a 103, os dados climáticos dos períodos considerados para a validação do modelo (para a estação de aquecimento 04 a 16 de Fevereiro de 2013 para o Apartamento 1 e 01 a 11 de Abril de 2013 para o Apartamento 2, e para a estação de arrefecimento Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 103 de 29 de Junho a 27 de Setembro de 2013 para os dois Apartamentos). Refere-se que, para o modelo partir de condições iniciais idênticas às do edifício monitorizado, incluíram-se na simulação dinâmica um período mais longo que o apresentado. Na Figura 95 apresentam-se os valores da temperatura do ar e humidade relativa exterior para o período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. Fig.95 – Temperatura do ar e humidade relativa exterior do período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. Na Figura 96 apresentam-se os valores da radiação global e velocidade do vento para o período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. Fig.96 – Radiação global e velocidade do vento do período de validação do Apartamento 1 na estação de aquecimento. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatura [ºC] Temperatura exterior 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Humidade relatuval %] Humidade relativa 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Radiação global [W/m2] Radiação global 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Velocidade do vento[ m/s] Velocidade do vento Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 110 Na Figura 105 apresenta-se um exemplo para um sistema de aquecimento elétrico em funcionamento. Fig.105 – Exemplo de definição de um perfil diário para o sistema de aquecimento (Fonte: WUFI Plus). Para a validação do modelo criou-se um perfil diário de funcionamento do sistema de aquecimento e de ventilação, de acordo com o exposto nos subcapítulos 3.3.5.2., 3.3.5.3 e 3.3.6.1. 4.5.6.DEFINIÇÃO DE CONDIÇÕES INICIAIS DE SIMULAÇÃO Neste campo são definidas as condições iniciais relativamente à temperatura do ar interior, humidade relativa e concentração de dióxido de carbono, do espaço interior. Igualmente se define, o modo como os ganhos solares são distribuídos nas superfícies interiores (ver Quadro 30). Quadro 30 – Condições iniciais das simulações higrotérmicas. Parâmetros Valores iniciais Temperatura do ar interior inicial [ºC] 20 Humidade relativa inicial [%] 55 Concentração inicial de CO2 [ppmv] 1000 Distribuição dos ganhos solares nas superfícies interiores Proporcional à área Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 111 4.6. VALIDAÇÃO DO MODELO NUMÉRICO A validação do modelo numérico é uma tarefa crucial para que possa ser utilizado o modelo nos estudos paramétricos. A sua realização proporciona o conhecimento profundo do programa utilizado e o estudo de diversos parâmetros influenciadores do cálculo, tais como, as propriedades dos materiais, a potência de aquecimento e ou arrefecimento, proteções dos envidraçados, grau de ventilação e ganhos internos. A validação do modelo numérico efetuou-se através da comparação dos valores da temperatura do ar interior obtidos experimentalmente com a temperatura do ar interior obtida por simulação numérica. Consideraram-se dois períodos para a validação do modelo numérico. Um para o período de aquecimento, que no Apartamento 1, decorreu entre o dia 4 e 16 de Fevereiro, e no Apartamento 2, entre o dia 1 e 11 de Abril. Período no qual, o sistema de aquecimento esteve em funcionamento em regime intermitente. O outro para o período de arrefecimento, igual para os dois apartamentos, considerandose o período entre o dia 29 de Junho e 30 de Setembro. Neste período, nos dois apartamentos, esteve em funcionamento o sistema de ventilação mecânica durante a noite. A opção por uma validação exclusivamente térmica e não higrotérmica deve-se a uma maior dificuldade de validar o modelo através dos valores de humidade relativa e ao facto da avaliação do conforto, feita através do método da Norma EN 15251 [28], necessitar apenas da temperatura do ar interior. A validação do modelo numérico teve em atenção as condições de ocupação e utilização do edifício nesse período. No Quadro 31 sintetizam-se as condições. Quadro 31 – Condições consideradas para a validação do modelo. Condições (fatores) Estação de aquecimento Estação de arrefecimento Proteção dos envidraçados 100% Ativadas Mobiliário Introdução de elementos, estabelecendo-se o seu volume e massa Ocupação Inexistente Ventilação natural Valor obtido no ensaio do gás traçador Regime de ventilação mecânica - Intermitente Regime de aquecimento Intermitente, contínuo ou inexistente - Os resultados para a validação do modelo numérico na estação de aquecimento e arrefecimento expõemse de seguida, organizando-se por: • Temperatura do ar interior na estação de aquecimento, compara-se a temperatura do ar interior obtida numericamente com a obtida experimentalmente durante o período de aquecimento em regime intermitente; • Temperatura do ar interior na estação de arrefecimento, compara-se a temperatura do ar interior obtida numericamente com a obtida experimentalmente durante os meses de Julho, Agosto e Setembro, período em que a ventilação noturna esteve em funcionamento; • Discussão dos resultados, analisam-se os resultados obtidos para os períodos de validação verificando-se se os objetivos estabelecidos foram cumpridos. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 112 4.6.1. T EMPERATURA DO A R I NTERIOR NA E STAÇÃO DE A QUECIMENTO Para a validação do modelo numérico adotado durante a estação de aquecimento optou-se, por se considerar a temperatura do ar interior de uma zona térmica de simulação, selecionando os quartos de cada um dos apartamentos modelados. Este compartimento teve um período de monitorização experimental particularmente cuidado, com os sistemas de aquecimento a operarem de acordo com o regime planeado, com ocupação ao fim-desemana, tendo sido neste compartimento o caudal de ventilação natural medido. O período de tempo selecionado para a validação do modelo foi, em ambos os apartamentos, o período de aquecimento em regime intermitente. A simulação foi feita para um período de tempo mais longo do que os dias apresentados para a validação, a fim de permitir que as condições iniciais do modelo não influenciem os resultados, no período em análise. Neste período procedeu-se à estabilização das condições iniciais, aquecendo os apartamentos de forma continua. Na Figura 106 apresentam-se os resultados da validação do modelo numérico para esta estação de aquecimento para o Apartamento 1. O período utilizado para a validação do modelo foi o de 5 a 15 de Fevereiro de 2013, período em que o sistema de aquecimento funcionou em regime intermitente entre as 18:00 e as 00:00 horas. De referir que entre do dia 9 ao 11 do mesmo mês o apartamento esteve ocupado, não se considerando este período na validação do modelo numérico (região sombreada). Fig.106 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 5 e 15 de Fevereiro de 2013. A comparação dos registos de temperatura do ar interior medida e dos resultados de simulação evidenciam uma boa aproximação, sendo as diferenças, entre os valores mínimos e máximos, muito próximas. No modelo numérico a entrada em funcionamento do sistema de aquecimento (em regime intermitente) provoca, no início, um aumento rápido da temperatura do ar interior, registando-se, mais tarde, o seu aumento gradual característico da curva do modelo experimental, fenómeno que também se verifica, em sentido contrário, aquando da interrupção do funcionamento do sistema de aquecimento, pelas 00:00 horas, havendo um arrefecimento mais célere por parte do modelo numérico. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida Temperatura exterior Período de ocupação Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 113 O decréscimo da temperatura do ar interior no modelo numérico é acentuado, numa primeira fase, após se ter desligado o sistema de aquecimento, verifica-se, mais tarde, uma diminuição mais gradual similar ao comportamento real do registo monitorizado. Nas Figuras 107 e 108 apresenta-se a comparação, entre os resultados experimentais e os numéricos, para um período de tempo mais curto (entre os dias 5 a 8 e 12 a 15 de Fevereiro de 2013), bem como uma análise comparativa dos resultados. Fig.107 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 5 e 8 de Fevereiro de 2013. Fig.108 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de aquecimento entre o dia 12 e 15 de Fevereiro de 2013. Da análise dos gráficos anteriores para os dois períodos analisados verifica-se que as diferenças são, em média, inferiores a 0,2ºC, considerando-se, esta diferença, aceitável. Os dados estatísticos, apresentados nos quadros juntamente com os gráficos, completam a validação, verificando-se que a maior diferença nos valores máximos e mínimos é inferior a 0,4ºC, e uma maior amplitude térmica diária do modelo simulado. 13 14 15 16 17 18 05/fev 06/fev 07/fev 08/fev Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida Tmáx Tmin 13 14 15 16 17 18 12/fev 13/fev 14/fev 15/fev Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida ∆T Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 114 Para o Apartamento 2 (ver Figura 109) numa primeira análise verifica-se que os resultados obtidos não possuem uma proximidade em termos de evolução dos registos de temperatura do ar interior verificados para o Apartamento 1, constatando-se, assim, que a diferença entre as temperaturas mínimas do ar interior é maior, cerca de 0,5ºC, contudo a diferença mais elevada das temperaturas máximas do ar interior é de 0,08ºC. A variação da temperatura do ar interior é distinta na fase de arrefecimento do espaço, registando uma diferença entre o modelo numérico e o experimental. Tal como no Apartamento 1, no modelo numérico verifica-se que, com o sistema de aquecimento em funcionamento, regista-se um aumento quase imediato da temperatura do ar interior em relação ao registo decorrente da monitorização. No arrefecimento as diferenças são mais acentuadas. O modelo numérico tem, pela análise dos registos, um arrefecimento mais rápido. Fig.109 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento. Nas Figuras 110 e 111 pormenorizam-se os resultados, comparando-se os registos de temperatura do ar interior simulados e medidos e para um período de tempo mais curto, entre os dias 02 a 05 e 06 a 11 de Abril de 2013. Fig.110 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento entre os dias 2 e 5 de Abril de 2013. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida Temperatura exterior 13 14 15 16 17 18 02/abr 03/abr 04/abr 05/abr Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 115 Fig.111 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de aquecimento entre os dias 6 e 11 de Abril de 2013. Da análise dos registos nota-se que o modelo numérico apresenta uma amplitude térmica mais elevada, no entanto, esta diferença entre modelos é perfeitamente aceitável pelas diferenças, de cerca, 0,5ºC do registo de temperatura mínima do ar interior, 0,07ºC do registo da temperatura máxima do ar interior e 0,27ºC na temperatura média do ar interior. Os resultados obtidos através do programa de simulação numérica avançada aproximaram-se, como era expectável, dos resultados da medição in situ. A diferença entre as temperaturas médias do ar interior, que é inferior a 0,3ºC, comprova este facto. Contudo, há fatores que influenciaram os resultados, originando as diferenças verificadas, sendo importante destacar: • Durante os fins-de-semana, os apartamentos estiveram ocupados. Sendo a ocupação de difícil simulação, assim, os resultados comparados foram de 2ª a 6ª feira de cada semana, período em que não havia qualquer tipo de ocupação; • Considerou-se um valor constante do caudal natural de ventilação dos apartamentos, que foi calculado através do método do gás traçador – técnica do declive – e que, como é do conhecimento geral, tem condicionantes associadas à diferença de temperatura do ar interior e pressão entre o interior e o exterior. No entanto, se se considerasse um caudal de ventilação variável pressuponha medições in situ exaustivas, o que aumentaria, de forma significativa, o tempo desta tarefa; • O facto de estarem fixos nas paredes dos apartamentos, os radiadores elétricos existentes, fez com que as zonas das paredes aquecessem primeiro do que o ambiente, originando-se, assim, trocas radiativas entre as paredes e o ambiente, o que fez com que o termóstato do aparelho entrasse em funcionamento (temperatura do ar interior alvo de 20ºC para desligar) sem que fosse atingida a temperatura mínima do ar interior de conforto de forma plena em todo o compartimento. Esta situação é impossível de parametrizar no modelo de simulação; • Por não serem, todos os dados climáticos utilizados para a validação, medidos, in situ, é possível imputar a esta situação diferenças nos resultados. In situ apenas foram medidos a temperatura e humidade relativa do ar, sendo os restantes dados climáticos obtidos através da estação meteorológica de Cabeceiras de Basto, que, apesar de estar a altitude similar, dista cerca de 20 km. 13 14 15 16 17 18 Temperatura [ºC] Temperatura simulada Temperatura medida Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 116 4.6.2. T EMPERATURA DO A R I NTERIOR NA E STAÇÃO DE A RREFECIMENTO A validação do modelo numérico, na estação de arrefecimento, focou-se nos resultados experimentais obtidos no compartimento (sala/cozinha) de cada um dos apartamentos, opção que se deve ao facto de cada um destes compartimentos terem sido submetidos, entre o dia 29 de Junho e o dia 30 de Setembro de 2013, a um processo de arrefecimento noturno através de ventilação mecânica (só extração). Assim sendo, apresentam-se os resultados para validação do modelo numérico entre o dia 1 de Julho e 30 de Setembro de 2013. Na Figura 112 apresenta-se os resultados para o Apartamento 1. Numa primeira análise, constata-se que os resultados experimentais e numéricos são, de novo, muito próximos, no entanto, é percetível, através de uma análise mais detalhada (zona sombreada da Figura 112), uma amplitude térmica diária mais elevada por parte do modelo numérico. A corroborar estes factos estão os dados estatísticos apresentados, verificando-se que, a diferença entre a temperatura máxima e mínima do ar interior, é mais elevada no modelo de simulação numérica. Fig.112 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de arrefecimento. Na Figura 113 apresentam-se os resultados mais pormenorizados (região sombreada), sendo perfeitamente visível a diferença entre as curvas de temperatura do ar interior. A diferença máxima é sensivelmente de 1ºC, para períodos em que a temperatura do ar exterior regista valores elevados, acima dos 35ºC, e valores baixos, inferiores a 15ºC. 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura [ºC] Temperatura apartamento 1 Temp simulada apartamento 1 Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 117 Fig.113 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 1 na estação de arrefecimento. A Figura 114 é referente ao Apartamento 2. Tal como para o Apartamento 1, os resultados de ambos os modelos seguem a mesma configuração, verificando-se, igualmente, uma maior amplitude térmica diária no modelo numérico. Porém, neste apartamento a diferença entre a temperatura do ar interior máxima e mínima, do modelo numérico, é mais próxima da dos dados de monitorização. Fig.114 – Validação do modelo numérico para o Apartamento 2 na estação de arrefecimento. Tal como o verificado no Apartamento 1 os resultados do modelo numérico apresentam uma variabilidade maior, verificando-se uma suscetibilidade térmica mais elevada no modelo numérico. De forma a alterar este comportamento, inseriram-se elementos referentes ao mobiliário existente nos compartimentos, para contabilizar a inércia associada à existência de mobiliário. Através desta ação constatou-se uma aproximação do modelo numérico ao experimental. Visto que o modelo do Apartamento 2 seguiu o mesmo padrão, do Apartamento 1, não se apresentam os resultados para um período mais curto. Da análise dos registos de temperatura do ar interior constata-se que, tanto na estação de aquecimento como na de arrefecimento, o modelo numérico apresenta uma boa previsão do comportamento, para os dois apartamentos. Perante os resultados conseguidos e condicionantes discutidas, pode afirmar-se que o programa de simulação térmica WUFI Plus, é fiável para o desenvolvimento de estudos de 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Temperatura [ºC] Temperatura medida Temperatura simulada 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura [ºC] Temperatura apartamento 2 Temp simulada apartamento 2 Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 118 desempenho térmico de edificios, correspondendo satisfatoriamente às necessidades exigidas pelos projetistas no apoio de soluções de conceção. De seguida faz-se uma síntese crítica dos resultados obtidos. 4.7. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A validação do modelo numérico utilizado para o edifício-tipo em estudo permitiu obter as seguintes conclusões: • Para ambos os apartamentos obteve-se uma aproximação muito satisfatória. Em termos médios a diferença entre a temperatura do ar interior das medições experimentais e da simulação é inferior a 0,3ºC; • Na estação de aquecimento, para ambos os apartamentos, a aproximação dos registos de temperatura do ar interior medida experimentalmente e dos resultados do modelo numérico, é muito próxima. Os valores máximos e mínimos são frequentemente coincidentes, a diferença, em média, é inferior a 0,2ºC no Apartamento 1 e 0,3ºC no Apartamento 2; • Na estação de arrefecimento, o ajuste entre valores medidos e simulados volta a ser próximo, com diferenças de temperatura média do ar interior inferiores a 0,2ºC para os dois Apartamentos. A validação do modelo numérico permite utilizar o programa WUFI Plus para elaborar os estudos paramétricos – capitulo 5 – com fiabilidade e que são apresentados no capítulo seguinte. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 119 5. QUANTIFICAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFÍCIOS RURAIS EM FUNÇÃO DO CLIMA E DA ENVOLVENTE 5.1. OBJETIVOS E METODOLOGIA A quantificação do desempenho térmico, usando modelos avançados de simulação numérica em função do clima e das características da envolvente, é uma tarefa importante, pois possibilita compreender quais os benefícios, quer no nível do conforto, quer no consumo energético de diferentes intervenções. No presente estudo pretende-se avaliar a importância do isolamento térmico das paredes da envolvente exterior de grande espessura, características do edifício rural, edifício-tipo, em diferentes regiões portuguesas (Porto, Lisboa, Bragança, Coimbra e Évora). Recorreu-se ao programa WUFI Plus, para desenvolver o estudo de sensibilidade para o edifício-tipo em estudo. Pretende-se com este estudo: • Quantificar os efeitos do isolamento térmico das paredes de envolvente exterior no conforto térmico, na estação de aquecimento e arrefecimento, e no consumo energético; • Quantificar o efeito da ventilação noturna, como estratégia de arrefecimento passivo, durante o período de Verão; • Quantificar a diferença entre a temperatura média radiante e a temperatura do ar interior num compartimento (quarto), de forma a avaliar se a utilização da temperatura do ar interior na avaliação do desempenho térmico é correto, ou se deveria ser utilizada a temperatura operativa. De forma a cumprir os objetivos referidos desenvolveram-se as seguintes ações: • Definiram-se 82 cenários de reabilitação a simular, obtidos através da combinação de 4 parâmetros que refletem as características diversas da parede de envolvente exterior, dos envidraçados e dos sistemas de aquecimento e ventilação; • Efetuaram-se as simulações numéricas dos 82 cenários, e tendo como base a análise critica dos resultados obtidos, selecionou-se um conjunto de 12 cenários de reabilitação. Sendo esta amostra considerada representativa dos 82 cenários; • Executaram-se simulações numéricas, dos 12 cenários de reabilitação, para 5 localizações representativas do território nacional – Porto, Lisboa, Bragança, Coimbra e Évora; • De forma a quantificar os efeitos do isolamento térmico nas paredes exteriores, avaliou-se e comparou-se o conforto térmico dos cenários reabilitados com isolamento na caixa-de-ar das paredes (entre a parede de granito existente e um pano de alvenaria cerâmica de 11 cm de espessura) e a parede de granito existente sem isolamento e sem o pano interior de alvenaria cerâmica, para a estação de aquecimento e arrefecimento, através de curvas de probabilidade acumulada da temperatura do ar interior e de variáveis estatísticas – média, Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 222 [60] Chatrelle F.P., Lahmid H., Keilholz W., EL Mankibi M., Michel D., Development os a Multicriteria Tool for Otimization the Renovation Buildings, Applied Energy, 2011; [61] Magnier L, Haghighat F., Multiobjective Optimization of Building Design Using TRNSYS Simulations, Genetic Alghorithm, and Artificial Neural Network, Building and Environment, 2010; [62] Ramos N. 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P., Universidade da Corunha, Espanha, 2009; [97] Baker, N.; Standeven, M, Thermal Comfort for Free – Running Buildings, Energy and Buildings, 1996; [98] Al – Sallal, K., A., Sizing Windows to Achieve Passive Cooling, Passive Heating and Daylighting in Hot Arid Regions, Renewable Energy, Vol.14, 1998; [99] Geros, V., Santamouris, M., Karatasou, S., Tsangrassoulis, A., Papanikolaou, N., On the Cooling Potential of Night Ventilation Techniques in the Urban Environment, Grupo de Estudos do Ambiente de Edifícios, Departamento de Física Aplicada, Universidade de Atenas, Atenas, Grécia, 2004; [100] Kubota, T., Chyee, D., T., H., Ahmad, S., The Effects of Night Ventilation Technique on Indoor Thermal Environment for Residential Buildings in Hot Humid Climate of Malaysia, Universidade de Hiroshima, Hiroshima, Japão, 2008; Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 225 ANEXO I. CALIBRAÇÃO DOS SENSORES DE MEDIÇÃO DE TEMPERATURA E HUMIDADE RELATIVA I.I. TEMPERATURA I.II. HUMIDADE RELATIVA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 226 I.I TEMPERATURA A calibração dos sensores de medição da temperatura e humidade relativa foi elaborada na camara climática do Laboratório de Física das Construções – LFC – da FEUP. Calibração Inicial Calibração Final 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura [ºC] Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 Sensor 8 Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11 Sensor 12 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura [ºC] Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 Sensor 8 Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11 Sensor 12 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 227 I.II. HUMIDADE RELATIVA Calibração Inicial Calibração Final 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Humidade Relativa [%] Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 Sensor 8 Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11 Sensor 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Humidade Relativa [%] Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 Sensor 8 Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11 Sensor 12 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 228 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 229 ANEXO II. SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS PARA A VALIDAÇÃO DO MODELO DE SIMULAÇÃO Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 230 No presente anexo apresentam-se as soluções construtivas consideradas para a validação do modelo de simulação numérica. PAREDES DE ENVOLVENTE EXTERIOR PAREDE EXTERIOR – APARTAMENTO 1: Granito, 75 cm; caixa de ar, 5 cm; poliestireno expandido extrudido, 5 cm; tijolo cerâmico, 11 cm de espessura; reboco tradicional, 2 cm. U=0,31 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 0,39 Granito 2600 1000 2,80 0,75 0 113,58 0,27 Caixa de ar 1,3 1000 0,28 0,05 0 0,18 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,05 0 1,67 Tijolo cerâmico de 11 650 850 0,13 0,11 72 0,27 Reboco tradicional 2104 776 1,37 0,02 42 0,01 resistência superficial interior 0,13 PAREDES EXTERIORES – APARTAMENTO 2: Granito, 75 cm. U=2,28 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 2,28 Granito 2600 1000 2,80 0,75 1950 - 0,27 resistência superficial interior 0,13 Legenda: • ρ, massa volúmica [kg/m3]; • c, calor especifico [J/kg]; • λ, condutibilidade térmica [W/mºC]; • e, espessura [m]; • m, massa [kg/m2]; • mt, massa total do elemento [kg/m2]; • R, resistência térmica [m2ºC/W]; • U, coeficiente de transmissão térmica [W/m2ºC]. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 231 PAREDES DE ENVOLVENTE INTERIOR PAREDE INTERIOR APARTAMENTO 1 – SALA COMUM: Granito, 75 cm; caixa de ar, 5 cm; poliestireno expandido extrudido, 5 cm; tijolo cerâmico, 11 cm de espessura; reboco tradicional, 2 cm. U=0,31 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial interior 0,13 0,38 Granito 2600 1000 2,80 0,75 0 113,58 0,27 Caixa de ar 1,3 1000 0,28 0,05 0 0,18 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,05 0 1,67 Tijolo cerâmico de 11 650 850 0,13 0,11 72 0,27 Reboco tradicional 2104 776 1,37 0,02 42 0,01 resistência superficial interior 0,13 PAREDE INTERIOR APARTAMENTO 2 – SALA COMUM: Granito, 75 cm. U=1,89 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial interior 0,13 1,89 Granito 2600 1000 2,80 0,75 1950 - 0,27 resistência superficial interior 0,13 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 238 No presente anexo apresentam-se as soluções construtivas, do edifício objeto de estudo, consideradas nos estudos de sensibilidade. PAREDES DE ENVOLVENTE EXTERIOR PAREDE EXTERIOR – COM ISOLAMENTO: Granito, 75 cm; caixa de ar, 5 cm; poliestireno expandido extrudido, 5 cm; tijolo cerâmico, 11 cm de espessura; reboco tradicional, 2 cm. U=0,31 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 0,39 Granito 2600 1000 2,80 0,75 0 179,58 0,27 Caixa de ar 1,3 1000 0,28 0,05 0 0,18 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,05 0 1,67 Tijolo cerâmico de 11 1250 850 - 0,11 138 0,27 Reboco tradicional 2104 776 1,37 0,02 42 0,01 resistência superficial interior 0,13 PAREDES EXTERIORES – SEM ISOLAMENTO: Granito, 75 cm. U=2,28 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 2,28 Granito 2600 1000 2,80 0,75 1950 - 0,27 resistência superficial interior 0,13 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 239 PAREDES DE ENVOLVENTE INTERIOR PAREDE INTERIOR COM ISOLAMENTO APARTAMENTO – SALA COMUM, : Granito, 75 cm; caixa de ar, 5 cm; poliestireno expandido extrudido, 5 cm; tijolo cerâmico, 11 cm de espessura; reboco tradicional, 2 cm. U=0,31 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial interior 0,13 0,38 Granito 2600 1000 2,80 0,75 0 179,58 0,27 Caixa de ar 1,3 1000 0,28 0,05 0 0,18 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,05 0 1,67 Tijolo cerâmico de 11 1250 850 -. 0,11 138 0,27 Reboco tradicional 2104 776 1,37 0,02 42 0,01 resistência superficial interior 0,13 PAREDE INTERIOR SEM ISOLAMENTO APARTAMENTO – SALA COMUM: Granito, 75 cm. U=1,89 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial interior 0,13 1,89 Granito 2600 1000 2,80 0,75 1950 - 0,27 resistência superficial interior 0,13 COBERTURA DE ENVOLVENTE EXTERIOR COBERTURA EXTERIOR: Poliestireno expandido extrudido, 6 cm; laje de betão armado, 22 cm; reboco tradicional, 2 cm. U=0,44W/m2ºC. CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 0,44 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,06 2 2,00 Tela permeável ao vapor 130 2300 2,3 0,003 0 0,00 Laje de betão armado 2200 850 1,6 0,22 484 0,14 resistência superficial interior 0,10 Nota: Desprezaram-se as camadas externas ao Poliestireno expandido extrudido. Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 240 PAVIMENTOS DE ENVOLVENTE EXTERIOR PAVIMENTO EXTERIOR: Reboco tradicional, 2 cm; poliestireno expandido extrudido, 4 cm; laje de betão armado, 25 cm; camada de regularização, 3 cm; soalho de madeira, 1,5 cm. U=0,49 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] c [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 0,49 Reboco tradicional 2104 776 1,37 0,02 0 607,96 0,01 Poliestireno expandido extrudido 40 1500 0,03 0,04 0 1,33 Laje de betão armado 2200 850 1,6 0,25 550 0,16 Camada de regularização 1782 850 1,7 0,03 53 0,02 Soalho de madeira 300 1500 0,05 0,02 5 0,30 resistência superficial interior 0,17 ENVIDRAÇADOS DE ENVOLVENTE EXTERIOR VÃOS ENVIDRAÇADOS: Vãos envidraçados verticais simples, vidro duplo incolor 4 a 8 mm + 6 mm + 5mm, caixilharia em madeira, sem quadrícula, dispositivo de oclusão noturna portadas interires em mdf de cor clara. Uwdn=2,30 W/m2ºC Tipo de vão envidraçado Número de vidros Tipo de janela Esp. da lâmina de ar [mm] Uw [W/(m2ºC)] Uwdn [W/(m2ºC)] Fator solar do vidro g˔ Dispositivo de oclusão noturna Com elevada permeabilidade ao ar Simples (1 janela) 2 (vidro duplo) fixa, giratória ou de correr 6 - 2,30 0,35 PORTAS DE ENVOLVENTE EXTERIOR PORTAS EXTERIORES: As portas da envolvente exterior são em madeira. U=2,09 W/m2ºC CAMADA ρ [kg/m3] C [J/kg] λ [W/mºC] e [m] m [kg/m2] mt [kg/m2] R [m2ºC/W] U [W/m2ºC] resistência superficial exterior 0,04 2,09 madeira 650 1500 0,13 0,04 26 26 0,31 resistência superficial interior 0,13 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 241 ANEXO IV. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA DO AR INTERIOR NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO IV.I. LISBOA IV.II. COIMBRA IV.III. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 242 IV.I. Lisboa O presente anexo é referente à temperatura do ar interior, para a estação de aquecimento da cidade de Lisboa, 5,3 meses (3889 horas). Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tempo> 20ºC 100% (3889h) 100% (3889h) 90% (3500h) 80% (3111h) Média [ºC] 13,60 15,07 17,71 18,90 Quartil 25 [ºC] 12,34 13,75 16,63 18,20 Quartil 50 [ºC] 13,47 14,94 17,55 18,82 Quartil 75 [ºC] 14,71 16,32 18,87 19,96 Percentil 1% [ºC] 10,50 11,84 14,92 17,14 Percentil 2% [ºC] 10,71 12,09 15,14 17,34 Percentil 5% [ºC] 11,41 12,73 15,71 17,61 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Janeiro Fevereiro Mar ç o Abril Maio Junho Julho A g osto Setembro Outubro Novembro Dezembro Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 243 Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tmin [ºC] 10,20 11,48 14,23 16,90 0 5 10 15 20 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura exterior Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 244 IV.II. Coimbra O presente anexo é referente à temperatura do ar interior, para a estação de aquecimento da cidade de Coimbra, 6 meses (4344 horas). Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tempo < 20ºC 100% 100% 90% 78% Média [ºC] 13,32 14,67 17,50 18,77 Quartil 25 [ºC] 11,79 12,99 16,16 17,92 Quartil 50 [ºC] 12,93 14,20 17,48 18,75 Quartil 75 [ºC] 15,07 16,65 18,85 19,91 Percentil 1% [ºC] 9,52 10,87 14,13 16,66 Percentil 2% [ºC] 9,76 11,09 14,44 16,83 Percentil 5% [ºC] 10,34 11,67 14,95 17,11 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 245 Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tmin [ºC] 9,16 10,45 13,37 15,84 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura exterior Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 246 IV.III. Évora O presente anexo é referente à temperatura do ar interior, para a estação de aquecimento da cidade de Évora 5,7 meses (4152 horas). Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tempo < 20ºC 100% (4152h) 100% (4152h) 95% (3944h) 80% (3322h) Média [ºC] 12,91 14,32 17,29 18,69 Quartil 25 [ºC] 11,48 12,83 15,95 17,80 Quartil 50 [ºC] 12,30 13,58 17,14 18,61 Quartil 75 [ºC] 14,33 16,01 18,82 19,89 Percentil 1% [ºC] 9,46 10,68 14,17 16,76 Percentil 2% [ºC] 9,71 11,05 14,49 16,90 Percentil 5% [ºC] 10,25 11,53 14,82 17,13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Temperatura [ºC] Cenário reabilitado 1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado 3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado 7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado 9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 247 Cenários reabilitados I1 I7 I3 I9 Tmin [ºC] 9,07 10,26 13,41 16,02 0 5 10 15 20 25 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Temperatura exterior Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 254 VI.I. Lisboa No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Inverno da cidade de Lisboa. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 255 VI.II. Coimbra No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Inverno da cidade de Coimbra. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 256 VI.III. Évora No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Inverno da cidade de Évora. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro IDT - I [ºCh] Cenário reabiltiado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Cenário reabiltiado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 257 ANEXO VII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – AVALIAÇÃO DO DESCONFORTO TÉRMICO NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO ATRAVÉS DA NORMA EN 15251 VII.I. LISBOA VII.II. COIMBRA VII.III. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 258 VII.I. Lisboa No presente anexo apresentam-se os resultados, da cidade de Lisboa para a estação de aquecimento, da análise do desconforto térmico segundo a Norma EN 15251 [28]. Cenários reabilitados Categoria de conforto I1 I7 I3 I9 II % Tempo fora dos limites de conforto 100% 100% 90% 80% Número de horas fora dos limites de conforto 3889 3889 3500 3111 III % Tempo fora dos limites de conforto 99% 95% 61% 16% Número de horas fora dos limites de conforto 3846 3709 2421 626 5 7 9 11 13 15 17 19 21 5 10152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento Cenário reabilitado I7 - com isolamento Cat. II Cat. III 5 7 9 11 13 15 17 19 21 5 10152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I3 - sem isolamento Cenário reabilitado I9 - com isolamento Cat. II Cat. III Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 259 VII.II. Coimbra No presente anexo apresentam-se os resultados, da cidade de Coimbra para a estação de aquecimento, da análise do desconforto térmico segundo a Norma EN 15251 [28]. Cenários reabilitados Categoria de conforto I1 I7 I3 I9 II % Tempo fora dos limites de conforto 100% 100% 90% 78% Número de horas fora dos limites de conforto 4344 4344 3910 3388 III % Tempo fora dos limites de conforto 99% 95% 59% 28% Número de horas fora dos limites de conforto 4296 4118 2555 1195 5 7 9 11 13 15 17 19 21 5 10152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento Cenário reabilitado I7 - com isolamento Cat. II Cat. III 5 7 9 11 13 15 17 19 21 5 10152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I3 - sem isolamento Cenário reabilitado I9 - com isolamento Cat. II Cat. III Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 260 VII.III. Évora No presente anexo apresentam-se os resultados, da cidade de Évora para a estação de aquecimento, da análise do desconforto térmico segundo a Norma EN 15251 [28]. Cenários reabilitados Categoria de conforto I1 I7 I3 I9 II % Tempo fora dos limites de conforto 100% 100% 90% 80% Número de horas fora dos limites de conforto 4152 4152 3944 3322 III % Tempo fora dos limites de conforto 99% 94% 64% 33% Número de horas fora dos limites de conforto 4111 3891 2637 1361 5 7 9 11 13 15 17 19 21 5 10152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento Cenário reabilitado I7 - com isolamento Cat. II Cat. III 5 7 9 11 13 15 17 19 21 510152025 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado I3 - sem isolamento Cenário reabilitado I9 - com isolamento Cat. II Cat. III Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 261 ANEXO VIII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA DO AR INTERIOR NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO VIII.I. LISBOA VIII.II. COIMBRA VIII.III. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 262 VIII.I. Lisboa No presente anexo apresentam-se os resultados da temperatura do ar interior da cidade de Lisboa na estação de arrefecimento, 4 meses (2928 horas). Cenários reabilitados V1 V7 V4 V10 Tempo > 25ºC 5% (146 horas) 75% (2196) 2% (59 horas) 40% (1171 horas) Média [ºC] 22,80 25,95 22,10 24,32 Quartil 25 [ºC] 21,83 24,90 21,19 23,29 Quartil 50 [ºC] 22,95 26,10 22,20 24,33 Quartil 75 [ºC] 23,85 27,19 23,16 25,50 Percentil 95% [ºC] 24,83 28,14 24,30 26,72 Percentil 98% [ºC] 25,11 28,39 24,64 27,04 Percentil 99% [ºC] 25,24 28,51 24,78 27,19 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Temperatura exterior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 263 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 -sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 -sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Temperatura exterior Cenários reabilitados V1 V7 V4 V10 Tmax [ºC] 25,45 28,84 24,93 27,43 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 270 IX.I. Lisboa No presente anexo apresentam os resultados do efeito da ventilação noturna para a cidade de Lisboa. IX.II. Coimbra No presente anexo apresentam os resultados do efeito da ventilação noturna para a cidade de Coimbra. IX.III. Évora No presente anexo apresentam os resultados do efeito da ventilação noturna para a cidade de Évora. 15 17 19 21 23 25 27 29 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 - Sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - Sem isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V7 - Com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - Com isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 - Sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - Sem isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V7 - Com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - Com isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 - Sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - Sem isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V7 - Com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - Com isolamento, 4RPH Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 271 ANEXO X. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – ÍNDICE DE DESCONFORTO TÉRMICO DE VERÃO, IDT – V X.I. LISBOA X.II. COIMBRA X.III. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 272 X.I. Lisboa No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Verão, IDT – V para a cidade de Lisboa. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Junho Julho Agosto Setembro IDT - V [ºCh] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH 0 10 20 30 40 50 60 70 Junho Julho Agosto Setembro IDT - V [ºCh] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 273 X.II. Coimbra No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Verão, IDT – V para a cidade de Coimbra. X.III. Évora No presente anexo apresentam-se os resultados do Índice de Desconforto Térmico de Verão, IDT – V para a cidade de Évora 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Junho Julho Agosto Setembro IDT - V [ºCh] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário Reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Junho Julho Agosto Setembro IDT - V [ºCh] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 274 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Junho Julho Agosto Setembro IDT - V [ºCh] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 275 ANEXO XI. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – AVALIAÇÃO DO DESCONFORTO TÉRMICO NA ESTAÇÃO DE ARREFECIMENTO ATRAVÉS DA NORMA EN 15251 XI.I. BRAGANÇA XI.II. LISBOA XI.III. COIMBRA XI.IV. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 276 XI.I. Bragança Apresenta-se no presente anexo os resultados da avaliação do desconforto térmico, através da Norma EN 15251 [28], para a cidade de Bragança. XI.II. Lisboa Apresenta-se no presente anexo os resultados da avaliação do desconforto térmico, através da Norma EN 15251 [28], para a cidade de Lisboa. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Tempertura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V4 - sem isolamento Cenário reabilitado V10 - com isolamento Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 277 XI.III. Coimbra Apresenta-se no presente anexo os resultados da avaliação do desconforto térmico, através da Norma EN 15251 [28], para a cidade de Coimbra. XI.IV. Évora Apresenta-se no presente anexo os resultados da avaliação do desconforto térmico, através da Norma EN 15251 [28], para a cidade de Évora. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 12 17 22 27 Temperatura interior [ºC] Temperatura média exterior [ºC] Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 1RPH Cenário reabilitado V10 - com isolamento, 4RPH Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 278 Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 279 ANEXO XII. RESULTADOS DO ESTUDO DE SENSIBILIDADE – TEMPERATURA MÉDIA RADIANTE VS TEMPERATURA DO AR INTERIOR XII.I. BRAGANÇA XII.II. LISBOA XII.III. COIMBRA XII.IV. ÉVORA Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 286 XII.IV. Évora Apresenta-se no presente anexo os resultados da comparação entre a temperatura do ar interior e a temperatura média radiante para a cidade de Évora. Estação de aquecimento 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I1 - sem isolamento, sem aquecimento Temperatura média radiante Temperatura interior 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I2 - sem isolamento, com aquecimento contínuo Temperatura média radiante Temperatura interior 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I3 - sem isolamento, com aquecimento intermitente Temperatura média radiante Temperatura interior 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I7 - com isolamento, sem aquecimento Temperatura média radiante Temperatura interior 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabiltiado I8 - com isolamento, com aquecimento contínuo Temperatura média radiante Temperatura interior 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado I9 - com isolamento, com aquecimento intermitente Temperatura média radiante Temperatura interior Avaliação do Desempenho Higrotérmico e do Conforto de Edifícios Rurais Reabilitados 287 Estação de arrefecimento 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V1 - sem isolamento, 1RPH Temperatura média radiante Temperatura interior 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V4 - sem isolamento, 4RPH Temperatura média radiante Temperatura interior 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado V7 - com isolamento, 1RPH Temperatura média radiante Temperatura interior 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Temperatura [ºC] Cenário reabilitado 10 - com isolamento, 4RPH Temperatura média radiante Temperatura interior