Análise de soluções energéticas na reabilitação de um GES

Outubro de 2023 Sérgio Gabriel Costa Castro Análise de soluções energéticas na reabilitação de um GES Outubro de 2023 Sérgio Gabriel Costa Castro Análise de soluções energéticas na reabilitação de um GES Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Área de especialização em Tecnologias Energéticas e Ambientais Trabalho efetuado sob a orientação do: Professor Doutor Pedro Alexandre Moreira Lobarinhas i DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial CC BY-NC https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ ii AGRADECIMENTOS No decorrer do meu percurso académico, ao longo de todas as etapas e obstáculos ultrapassados, foram várias as pessoas que me ajudaram e motivaram, sendo por isso necessário expressar o meu agradecimento especial. A toda a minha família, especialmente aos meus pais, aos meus avós e à minha tia Lurdes, por todo o apoio, força motivacional para nunca desistir nos momentos mais difíceis e sobretudo pelos ensinamentos que me deram, que levo para a vida. À minha namorada, por todos os momentos, pela paciência, compreensão, ajuda e incentivo ao longo de todo o meu percurso académico, essenciais para a conclusão do mesmo. À empresa Tykhe pela oportunidade de realizar este projeto no seio da empresa, por todo o conhecimento fornecido e pela disponibilização de todas as condições para a realização deste projeto. Ao meu orientador, Professor Pedro Lobarinhas, pela disponibilidade, pelas várias reuniões de acompanhamento e por todo o conhecimento transmitido, vital para o desenvolvimento e conclusão deste trabalho. Aos meus colegas de curso, o Carlos e Pedro, e aos meus colegas de estágio, o Gonçalo e o Hélder pela ajuda, companheirismo e entreajuda demonstrada. A todos, colegas, docentes, amigos e conhecidos que de uma forma ou de outra auxiliaram ao longo do meu percurso académico e ao desenvolvimento deste trabalho. iii DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. iv RESUMO A otimização dos sistemas técnicos dos edifícios, tanto de habitação como de comércio e serviços, são indispensáveis para alcançar os objetivos definidos pela União Europeia no que diz respeito à neutralidade carbónica. Atualmente na Europa, 75 % dos edifícios não são eficientes do ponto de vista energético, isto devido ao facto de a sua construção, na grande maioria dos casos ser anterior á entrada em vigor da diretiva europeia EPBD. Deste modo, as renovações e requalificações de edifícios existentes, são oportunidades para melhorar o desempenho energético destes e com isso obter ganhos ambientais, sociais e económicos levando a poupanças energéticas e redução de emissões. Desta feita, no âmbito da dissertação em engenharia mecânica, surgiu a oportunidade de desenvolver um projeto em que o objetivo primário é explorar soluções para a preparação das AQS na reabilitação de um edifício, mais concretamente, na transformação de um edifício bancário do Millennium BCP em um hotel de 4 estrelas. O projeto desenvolvido teve lugar na empresa Tykhe, sediada em Braga, que desempenha vários serviços de engenharia, principalmente na área de AVAC. Assim sendo, inicialmente realizou-se uma estudo inicial, com o objetivo de aferir se o edifício se encontra regulamentar, e ao mesmo tempo caracterizar os espaços interiores, a zona climática, as soluções construtivas adotadas, os caudais de ar novo e os sistemas de iluminação. Posteriormente, foi lançado no HAP o edifício e determinadas as cargas térmicas, o que permitiu a seleção dos equipamentos de climatização. Novamente utilizando o HAP, foi atualizado o ficheiro com os sistemas de climatização e simulado o edifício, sendo obtidos os consumos energéticos do mesmo. A tarefa seguinte consistiu na definição do sistema de geração de AQS, em que numa primeira fase foram determinados os perfis de consumo, o que permitiu determinar uma potência térmica necessária de 49.40 𝑘𝑊, sendo assim idealizadas duas soluções: bomba de calor e painéis solares híbridos (Solução 1) e caldeira a gás natural e painéis solares térmicos (Solução 2). Constatou-se de seguida que a solução 1 confere maiores proveitos económicos e ambientais, porém a classe energética do edifício com ambas as soluções é 𝐵−. Por fim, foi analisada um medida de melhoria que consistiu na instalação de 117 painéis fotovoltaicos verticais na fachada sudeste do edifício, o que articulando com as duas soluções de AQS leva a uma alteração da classe energética do edifício com a solução 1 para 𝐵. PALAVRAS-CHAVE ÁGUA QUENTE SANITÁRIA, CONSUMO ENERGÉTICO; POUPANÇA; CLASSE ENERGÉTICA DO EDIFÍCIO v ABSTRACT The optimization of technical systems in buildings, both residential and commercial, is essential to achieve the goals set by the European Union regarding carbon neutrality. Currently, in Europe, 75 % of buildings are not energy-efficient, mainly due to their construction predating the implementation of the European EPBD directive. Therefore, renovations and requalification of existing buildings present opportunities to improve their energy performance, resulting in environmental, social and economic benefits, including energy savings and emission reduction. In the context of a mechanical engineering dissertation, the opportunity arose do develop a project with the primary goal of exploring solutions for domestic hot water (DWH) preparation in the renovation of a Millennium BCP bank building into a 4 star hotel. The project was carried out at Tykhe, a company based in Braga specializing in HVAC engineering services. Initially, a initial study was conducted to assess the buildings compliance with regulations and to characterize their interior spaces, climate zone, construction solutions, air airflows, and lighting systems. Subsequently, the building was modeled using HAP software, allowing for the determination of thermal loads and the selection of HVAC equipment. Using HAP once again, the building was simulated with the HAVC systems in place, an the energy consumption was calculated. The next task involved defining the DHW generation system. In the first phase, consumption profiles were determined, resulting in a required thermal power of 49.40 𝑘𝑊. Two solutions ere devised: a heat pump and hybrid solar panels (Solution 1) and a natural gas boiler and solar thermal panels (Solution 2). It was then concluded that solution 1 offered greater economic and environmental benefits, although both solutions resulted in a energy class rating of 𝐵− for the building. Finally, an improvement measure was analyzed, involving the installation of 117 vertical photovoltaic panels, on the southeast façade of the building. When combined with the two DHW solutions, this alteration led to an energy class rating of 𝐵 for Solution 1. KEYWORDS DOMESTIC HOT WATER, ENERGY CONSUMPTION, SAVINGS, ENERGY CLASS OF THE BUILDING vi ÍNDICE Agradecimentos ................................................................................................................................... ii Resumo.............................................................................................................................................. iv Abstract............................................................................................................................................... v Índice ................................................................................................................................................. vi Índice de Figuras ................................................................................................................................ xi Índice de Tabelas .............................................................................................................................. xvi lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos ............................................................................................xx Lista de Símbolos ............................................................................................................................. xxii 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1. Objetivos do projeto ............................................................................................................. 1 1.2. Apresentação da empresa ................................................................................................... 2 2. Revisão bibliográfica e estado da arte .......................................................................................... 3 2.1. Sistema de certificação energética ....................................................................................... 3 2.1.1. Requisitos aplicáveis .................................................................................................... 5 2.1.1.1. Requisitos da envolvente opaca .................................................................... 6 2.1.1.2. Requisitos da envolvente envidraçada ........................................................... 7 2.1.1.3. Requisitos dos sistemas de ventilação .......................................................... 8 2.1.1.4. Requisitos dos sistemas de iluminação ....................................................... 11 2.1.1.5. Requisitos dos sistemas de climatização ..................................................... 13 2.1.1.6. Requisitos dos sistemas de preparação das AQS ........................................ 15 2.1.1.7. Requisitos dos indicadores de eficiência energética..................................... 17 2.2. Software de simulação Dinâmica ....................................................................................... 17 2.3. Sistemas de Preparação das AQS ...................................................................................... 18 2.3.1. Bomba de calor ......................................................................................................... 19 2.3.2. Caldeiras ................................................................................................................... 21 2.3.3. Sistemas de painéis solares térmicos ......................................................................... 22 2.3.3.1. Sistemas de termossifão ............................................................................ 22 vii 2.3.3.2. Sistemas de circulação forçada .................................................................. 23 2.3.3.3. Evolução requisitos .................................................................................... 24 3. Caracterização do edifício em estudo ......................................................................................... 25 3.1. Zoneamento Climático ....................................................................................................... 30 3.2. Caracterização da envolvente ............................................................................................ 30 3.2.1. Condições de Fronteira .............................................................................................. 30 3.2.2. Envolvente Opaca ...................................................................................................... 33 3.2.2.1. Envolvente opaca exterior ........................................................................... 34 3.2.2.2. Envolvente opaca interior ........................................................................... 35 3.2.2.3. Envolvente opaca em contacto com o solo .................................................. 35 3.2.3. Envolvente Envidraçada ............................................................................................. 35 3.2.3.1. Coeficiente de transmissão térmica ............................................................ 36 3.2.3.2. Fator solar ................................................................................................. 39 3.3. Determinação dos caudais mínimos de ar novo ................................................................. 44 3.3.1. Determinação dos caudais mínimos de ar novo .......................................................... 44 3.3.2. Seleção dos equipamentos de ventilação ................................................................... 46 3.4. Caracterização dos sistemas de iluminação Fixa ................................................................ 47 4. Simulação Dinâmica do comportamento térmico ....................................................................... 49 4.1. Cálculo das cargas térmicas .............................................................................................. 49 4.1.1. Introdução dos parâmetros climáticos ........................................................................ 50 4.1.2. Definição dos horários de funcionamento e dos perfis de ocupação ............................ 52 4.1.3. Definição da envolvente opaca exterior ....................................................................... 53 4.1.4. Definição da envolvente envidraçada .......................................................................... 54 4.1.5. Caracterização dos vários espaços úteis ..................................................................... 56 4.1.6. Definição dos sistemas de ventilação e climatização ................................................... 59 4.2. Escolha dos equipamentos de climatização ....................................................................... 60 4.3. Determinação dos consumos energéticos do edifício .......................................................... 60 4.3.1. Edifício previsto ......................................................................................................... 60 xiv Figura 68 - Comparação das possibilidades de instalação de um sistema de painéis fotovoltaicos. ... 100 Figura 69 - Local de instalação dos painéis fotovoltaicos na fachada sudeste do edifício. ................. 101 Figura 70 - Emissões de CO2 poupadas ao longo de 25 anos com a utilização dos painéis fotovoltaicos. ...................................................................................................................................................... 101 Figura 71 – Delimitação das envolventes, paredes exteriores e interiores: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1; e) Piso 2; f) Pisos 3 a 6; g) Piso 7; h) corte B-B’; i) corte A-A’............................. 116 Figura 72 -Delimitação das envolventes, Pavimentos: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1. ...................................................................................................................................................... 117 Figura 73 - Delimitação das envolventes, Coberturas: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1; e) Piso 7. ........................................................................................................................................... 118 Figura 74 - Ficha técnica do vidro utilizado. ..................................................................................... 131 Figura 75 - Ficha técnica da máquina de ventilação Q1 da System air ............................................. 148 Figura 76 - Ficha técnica da máquina de ventilação Q2 da System air .. ........................................... 150 Figura 77 - Ficha técnica da máquina de ventilação Q3 da System air . ............................................ 152 Figura 78 - Ficha técnica da máquina de ventilação Q4 da System air .. ........................................... 154 Figura 79 - Ficha técnica da máquina de ventilação Serviços comuns da System air .. ...................... 156 Figura 80 - Ficha técnica da máquina de ventilação Sala de eventos da System air . ......................... 158 Figura 81 - Ficha técnica da máquina de ventilação “Refeitório” da System air . ............................... 160 Figura 82 - Ficha técnica do ventilador independente “V1” da System air . ....................................... 161 Figura 83 - Ficha técnica do ventilador independente “V2” da System air. ....................................... 162 Figura 84 – Perfis de ocupação utilizados no HAP para a simulação do edifício previsto: a) Perfil de ocupação dos espaços da zona de entrada; b) Perfil de ocupação dos quartos; c) Perfil de ocupação da sala de refeições durante a semana; d) Perfil de ocupação da sala de refeições ao fim de semana; e) Perfil de ocupação da sala de eventos; f) Perfil de ocupação da sala de reuniões e sala de administração. ...................................................................................................................................................... 169 Figura 85 - Perfis de iluminação utilizados no HAP para a simulação do edifício previsto: a) Perfil de iluminação dos espaços da zona de entrada; b) Perfil de iluminação dos quartos de segundas a quintasfeiras; c) Perfil de iluminação dos quartos para sextas-feiras e sábados; d) Perfil de iluminação dos quartos para os domingos; e) Perfil de iluminação da sala de refeições; f) Perfil de iluminação da sala de eventos; g) Perfil de iluminação da sala de reuniões e sala de administração. .................................. 171 Figura 86 - Perfis de utilização de equipamentos elétricos utilizados no HAP para a simulação do edifício previsto: a) Perfil de utilização de equipamentos elétricos para as zonas de entrada; b) Perfil de utilização xv de equipamentos elétricos para os quartos; c) Perfil de utilização de equipamentos elétricos para a sala de refeições. ................................................................................................................................... 172 Figura 87 - Ficha técnica do painel solar térmico SOL 250 da BAXI [15]. ......................................... 183 Figura 88 - Certificado solar Keymark do painel solar térmico SOL 250 da BAXI (página 1). ............. 184 Figura 89 - Certificado solar Keymark do painel solar térmico SOL 250 da BAXI (página 2). ............. 185 Figura 90 - Ficha técnicas dos depósitos BAXI utilizados [15]. ......................................................... 186 Figura 91 - Relatório da simulação efetuada no SCE.ER do sistema de painéis solares térmicos. ..... 188 Figura 92 - Ficha técnica do painel solar híbrido Ah72SK da abora [24]........................................... 189 Figura 93 - Relatório da simulação efetuada no SCE.ER do sistema de painéis solares híbridos, contribuição solar. .......................................................................................................................... 191 Figura 94 - Relatório da simulação efetuada no SCE.ER do sistema de painéis solares híbridos, contribuição fotovoltaica. ................................................................................................................ 192 Figura 95 - Ficha técnica da bomba CR 1S-9 A-A-A-E-HQQE da Grundfos [28]. ................................ 193 Figura 96 - Ficha técnica caldeira EcoTherm Plus WGB [15]. ........................................................... 196 Figura 97 - Ficha técnica do módulo solar monocristalino 365 da BAXI [15]. ................................... 198 xvi ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - Coeficientes de transmissão térmica máximos dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de comércio e serviços. 𝑈𝑚á𝑥[𝑊/𝑚2.°𝐶] [5]. ................................................................................ 6 Tabela 2 - Coeficientes de transmissão térmica máximos dos elementos da envolvente envidraçada 𝑈𝑤,𝑚á𝑥[𝑤/𝑚2.°𝐶] [5]. ................................................................................................................. 7 Tabela 3 - Fatores solares máximos admissíveis de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares, 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 [5] ....................................................................................... 8 Tabela 4 - Caudal mínimo de ar novo determinado em função da carga poluente devida à ocupação [5]. .......................................................................................................................................................... 9 Tabela 5 - Caudal mínimo de ar novo em função da carga poluente devida ao edifício [5]. ................. 10 Tabela 6 - Caudais mínimos de extração de ar a assegurar para locais e instalações específicas [5]. . 11 Tabela 7 - Valores de densidade de potência instalada máxima por tipo de espaço, por 100 lux [5]. .. 12 Tabela 8 - Espessuras mínimas de isolamento de tubagens [5]. ........................................................ 13 Tabela 9 - Espessuras mínimas de isolamento para condutas e acessórios [5]. ................................. 13 Tabela 10 - Espessuras mínimas de isolamento para equipamentos e depósitos [5]. ......................... 14 Tabela 11 - Consumo diário de AQS para edifícios de comércio e serviços conforme previsto na norma EN 12831-3 [5]. ............................................................................................................................... 16 Tabela 12 - Requisitos dos edifícios de comércio e serviços novos [6] ................................................ 17 Tabela 13 - Requisitos dos edifícios de comércio e serviços sujeitos a grande renovação [6]. ............. 17 Tabela 14 - Zona climática de inverno e verão [11]. .......................................................................... 30 Tabela 15 - Condições fronteira em edifícios de habitação e de comércio e serviços [11]. .................. 31 Tabela 16 - Valores do coeficiente de redução (𝑏𝑧𝑡𝑢) [11] ................................................................ 32 Tabela 17 - Valores dos 𝑏𝑧𝑡𝑢 dos diferentes ENU's obtidos. ............................................................ 32 Tabela 18 – Cores definidas para a marcação da envolvente [11]. .................................................... 33 Tabela 19 - Resistências térmicas superficiais [11]............................................................................ 34 Tabela 20 - Tabela resumo dos valores do coeficiente de transmissão térmica da envolvente opaca exterior. ............................................................................................................................................ 34 Tabela 21 - Tabela resumo dos valores do coeficiente de transmissão térmica da envolvente opaca interior. ............................................................................................................................................ 35 Tabela 22 - Principais características do vidro selecionado. ............................................................... 37 Tabela 23 - Principais características da caixilharia utilizada [18]....................................................... 37 xvii Tabela 24 - Fração envidraçada [11]. ................................................................................................ 37 Tabela 25 - Valores do coeficiente de transmissão térmica linear Ψ para as diferentes ligações vidro/caixilho [11]. ........................................................................................................................... 38 Tabela 26 - Resistência térmica adicional do vão envidraçado devido ao dispositivo de proteção ativado [11]. ................................................................................................................................................. 39 Tabela 27 - Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e dispositivo de proteção solar [11]. .. 40 Tabela 28 - Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de aquecimento [11]. .... 41 Tabela 29 - Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de arrefecimento . ........ 41 Tabela 30 - Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de aquecimento [11]. ........ 42 Tabela 31 - Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de arrefecimento [11]........ 43 Tabela 32 - Cálculo das áreas de envidraçado das fachadas. ............................................................. 43 Tabela 33 - Valores do somatório de insuflação e extração de ar por piso/bloco. ............................... 45 Tabela 34 – Atualização dos valores do somatório de insuflação e extração de ar por piso/bloco ....... 46 Tabela 35 - Divisão dos equipamentos de ventilação. ........................................................................ 47 Tabela 36 - Fator de correção da seletividade angular dos envidraçados na estação de arrefecimento [11]. ................................................................................................................................................. 55 Tabela 37 - Densidades de potências dos equipamentos elétricos adotadas para os vários espaços [20]. ........................................................................................................................................................ 57 Tabela 38 - Valores de infiltração de ar [11]. ..................................................................................... 58 Tabela 39 - Agrupamento dos vários Espaços/Zonas/Pisos para a seleção das máquinas exteriores de climatização. .................................................................................................................................... 60 Tabela 40 - Distribuição dos Espaços/Zonas/Pisos nos vários sistemas no HAP . ............................... 61 Tabela 41 - Valores de SFP dos ventiladores de cada sistema. .......................................................... 62 Tabela 42 - Coeficientes de transmissão térmica de referência para edifícios de comércio e serviços [11]. ........................................................................................................................................................ 64 Tabela 43 - Fator solar de referência dos vãos envidraçados para edifícios de comércio e serviços [11]. ........................................................................................................................................................ 65 Tabela 44 - Valores dos caudais mínimos de insuflação de referência para cada espaços. ................. 65 Tabela 45 - Eficiência de referência dos sistemas para edifícios de comércio e serviços [11]. ............ 66 Tabela 46 - Determinação da potência térmica crítica do sistema de AQS. ......................................... 74 Tabela 47 - Principais características do painel solar térmico Sol 250 da BAXI. .................................. 75 Tabela 48 - Principais características do painel solar híbrido abora aH72SK. ..................................... 78 xviii Tabela 49 - Lista de componentes e custos para o sistema de painéis solares térmicos [15]. ............ 80 Tabela 50 – Lista de componentes e custos para o sistema de painéis solares híbridos [24]. ............ 81 Tabela 51 - Tabela de capacidades de aquecimento do sistema Daikin Altherma R Flex Type HT AQS , em função da temperatura ambiente [27] ......................................................................................... 84 Tabela 52 - Principais características da bomba CR 1S-9 A-A-A-E-HQQE da Grundfos [28]. ................. 86 Tabela 53 - Principais características do modelo ECOTHERM PLUS WGB 50 da BAXI [15]. ................ 89 Tabela 54 - Fatores de conversão de energia primária para emissões de 𝐶𝑂2 [11]. .......................... 92 Tabela 55 - Determinação das emissões de CO2 emitidas por cada solução, ao longo de um ano. .... 93 Tabela 56 - Consumos de energia a considerar nos usos do tipo S e do tipo T [11]. .......................... 94 Tabela 57 - Fatores de conversão de energia final para energia primária [11]. ................................... 95 Tabela 58 - Necessidades energéticas, energia final e energia renovável por sistema do edifício previsto com os consumos dos sistemas de AQS da solução 1. ...................................................................... 96 Tabela 59 - Necessidades energéticas, energia final e energia renovável por sistema do edifício previsto com os consumos dos sistemas de AQS da solução 2. ...................................................................... 96 Tabela 60 - Eficiência de referência dos sistemas para edifícios de comércio e serviços [11]. ............ 97 Tabela 61 - Necessidades energéticas e energia final do edifício de referência com os consumos dos sistemas de AQS da solução 1. ......................................................................................................... 97 Tabela 62 - Necessidades energéticas e energia final do edifício de referência com os consumos dos sistemas de AQS da solução 2. ......................................................................................................... 97 Tabela 63 - Principais características do módulo solar monocristalino 365 da BAXI [15]. ................... 99 Tabela 64 - Identificação e classificação dos espaços. ..................................................................... 107 Tabela 65 - Coeficientes de transmissão térmica por defeito para paredes [11]. .............................. 119 Tabela 66 - Coeficientes de transmissão térmica por defeito para pavimentos e coberturas [11]. ..... 119 Tabela 67 – Constituição da Pext1. ................................................................................................. 120 Tabela 68 -Constituição da Pext2. ................................................................................................... 120 Tabela 69 - Constituição da Cobext1. .............................................................................................. 121 Tabela 70 - Constituição da Cobext2 e cobext3. .............................................................................. 121 Tabela 71 - Constituição do Pavext1. .............................................................................................. 121 Tabela 72 - Constituição da Pint1. .................................................................................................. 122 Tabela 73 - Constituição da Cobint1. .............................................................................................. 122 Tabela 74 - Constituição da Cobint2. .............................................................................................. 123 Tabela 75 - Constituição do Pavint1. ............................................................................................... 123 xix Tabela 76 - Constituição do Pav1. ................................................................................................... 124 Tabela 77 - Constituição da P1. ...................................................................................................... 124 Tabela 78 - Características de cada envidraçado e sua classificação quanto ao seu tipo de vão. ...... 125 Tabela 79 - Tabela resumo da verificação dos que requisitos do coeficiente de transmissão térmica máximo da envolvente envidraçada. ................................................................................................ 128 Tabela 80 - Tabela resumo da verificação dos que requisitos do fator solar máximo da envolvente envidraçada. ................................................................................................................................... 132 Tabela 81 - Determinação dos caudais mínimos de insuflação para os espaços que apresentam requisitos. ...................................................................................................................................... 135 Tabela 82 - Determinação dos caudais mínimos de extração para os espaços que apresentam requisitos. ...................................................................................................................................................... 139 Tabela 83 -Caudais de insuflação e extração adotados para o balanceamento ................................. 143 Tabela 84 - Cálculo da densidade de potência instalada em cada espaço. ....................................... 163 Tabela 85 – Cálculo do fator solar de simulação para cada envidraçado. ......................................... 173 Tabela 86 - Potências térmicas de arrefecimento e aquecimento determinadas no HAP , para os espaços a climatizar. ................................................................................................................................... 176 Tabela 87 - Unidades interiores selecionadas para cada espaço [27]. .............................................. 178 Tabela 88 - Características e identificação das unidades exteriores utilizadas [27]. .......................... 180 Tabela 89 - Determinação dos consumos elétricos anuais associados à iluminação dos ENU's. ....... 181 Tabela 90 - Determinação dos consumos elétricos anuais dos ventiladores de extração independentes. ...................................................................................................................................................... 182 Tabela 91 - Lista de componentes e respetivo custo da solução 1 [24], [27]. ................................... 194 Tabela 92 - Lista de componentes e respetivo custo da solução 2 [15]. ........................................... 195 Tabela 93 - Cálculo das necessidades anuais de AQS. .................................................................... 197 Tabela 94 - Lista de componentes e respetivo custo da instalação de módulos fotovoltaicos [15]. .... 199 xx LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÓNIMOS AQ – Água quente AQS – Água quente sanitária ASHRAE – American Society of Heating Refrigeration and Air Condition Engineers AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar condicionado; CSV – Comma separated values DEE – Desempenho energético do edifício DGEG – Direção-Geral de Energia e Geologia E - Este ENU – Espaço interior não útil EPBD – Energy Performance of Buildings Directive EPW – Energy Plus Weather Data File EU – Espaço interior útil GES – Grande edifício de comércio e serviços HAP – Hourly Analysis Program LNEG – Laboratório Nacional de Energia e Geologia N - Norte NE - Nordeste NO - Noroeste NUTS – Nomenclatura das unidades territoriais para fins estatísticos O – Oeste PES – Pequeno edifício de comércio e serviços PTP – Pontes térmicas planas PVC – Policloreto de vinila QAI – Qualidade do ar interior RCCTE – Regulamento das características de comportamento térmico dos edifícios RECS – Regulamento do desempenho energético dos edifícios de comércio e serviços REH – Regulamento do desempenho energético dos edifícios de habitação RGB – Red, Green and Blue RQSECE – Regulamento da qualidade dos sistemas energéticos de climatização em edifícios RSECE – Regulamento dos sistemas energéticos de climatização em edifícios xxi S - Sul SACE – Sistemas de automatização e controlo do edifício SCE – Sistema de certificação energética dos edifícios SE - Sudeste SFP – Potência específica da unidade de ventilação TIR – Taxa interna de rentabilidade xxii LISTA DE SÍMBOLOS 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄 Soma das áreas dos vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares dos espaços interiores úteis por orientação, incluindo a horizontal [𝑚2] 𝑨𝒆𝒔𝒑𝒂ç𝒐 Área de pavimento do espaço [𝑚2] 𝑨𝒇 Área do caixilho [𝑚2] 𝑨𝒇𝒂𝒄 Soma das áreas da envolvente, vertical ou horizontal, com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares dos espaços interiores úteis por orientação [𝑚2] 𝑨𝒈 Área transparente [𝑚2] 𝑨𝒊 Somatório das áreas dos elementos de todas as frações de habitação e comércio e serviços que separam os respetivos espaços interiores úteis do espaço interior não útil [𝑚2] 𝑨𝒑𝒐 Área opaca [𝑚2] 𝑨𝒕𝒐𝒕 Área total de pavimento [𝑚2] 𝑨𝒖 Somatório das áreas dos elementos que separam o espaço interior não útil do ambiente exterior [𝑚2] 𝑨𝒘 Área do vão envidraçado [𝑚2] 𝒃𝒛𝒕𝒖 Coeficiente de redução de perdas - 𝑪 Potência térmica do sistema gerador de AQS [𝑘𝑊] 𝑪𝑶𝑷 Eficiência nominal para aquecimento (eletricidade) - 𝑪𝑨𝑸𝑺 Consumo anual de AQS [𝐿/𝑎𝑛𝑜] 𝑫 Diâmetro exterior [𝑚𝑚] 𝒅𝒋 Espessura da camada de material [𝑚] 𝑫𝑷𝑰𝒊𝒏𝒕 Densidade de potência de iluminação instalada no espaço [𝑊/𝑚2] 𝑫𝑷𝑰𝟏𝟎𝟎𝒍𝒙 Densidade de potência de iluminação instalada no espaço, por 100 lx [(𝑊/𝑚2 )/100 𝑙𝑥] xxiii 𝑫𝑷𝑰𝟏𝟎𝟎𝒍𝒙,𝒎á𝒙 Densidade de potência de iluminação máxima do espaço, por 100 lx [(𝑊/𝑚2 )/100 𝑙𝑥] 𝑬𝒎 Iluminância média mantida no espaço [𝑙𝑥] 𝑬𝒎 𝒓𝒆𝒒 Iluminância média requerida no espaço [𝑙𝑥] 𝑬𝒔,𝒊 Consumo de energia dos usos do tipo S [𝑘𝑊ℎ/𝑎𝑛𝑜] 𝒇 Espaço interior não útil que tem todas as ligações entre elementos bem vedadas, sem aberturas de ventilação permanentemente abertas - 𝑭 Espaço interior não útil permeável ao ar devido à presença de ligações e aberturas de ventilação permanentemente abertas - 𝑭𝒅 Fator de disponibilidade de luz natural do espaço - 𝑭𝒇 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical - 𝑭𝒑𝒖,𝒊 Fator de conversão de energia final para energia primária [𝑘𝑊ℎ𝐸𝑃/𝑘𝑊ℎ] 𝑭𝒇,𝒅𝒊𝒓𝒆𝒊𝒕𝒂 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical à direita - 𝑭𝒇,𝒆𝒔𝒒𝒖𝒆𝒓𝒅𝒂 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical à esquerda - 𝑭𝒈 Fração envidraçada - 𝑭𝒐𝒄 Fator de ocupação do espaço - 𝑭𝒘.𝒗 Fator de correção da seletividade angular de verão - 𝑭𝟎 Fator de sombreamento do elemento opaco horizontal - 𝒈𝒕𝒐𝒕 Fator solar dos vãos envidraçados com os dispositivos de proteção totalmente ativados - 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒗𝒄𝒊 Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e um dispositivo de proteção solar totalmente ativado - 𝒈⊥,𝒗𝒊 Fator solar da área transparente para uma incidência da radiação perpendicular ao vão envidraçado - 3 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E ESTADO DA ARTE Neste capítulo foi efetuada uma contextualização dos principais conceitos e temáticas abordados ao longo deste trabalho. Deste modo, inicialmente abordou-se o SCE e a sua evolução legislativa ao longo dos anos, sendo de seguida apresentados os principais requisitos aplicáveis ao hotel em estudo. Posteriormente, abordou-se o software de simulação dinâmica multizona utilizado e por fim, foram apresentados os principais sistemas de preparação e produção de AQS utilizados. 2.1. SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO ENERGÉTICA Em Portugal, até 1990, a construção de edifícios não obrigava à verificação regulamentar no que diz respeito a elementos da envolvente opaca (coberturas, paredes, pavimentos), elementos translúcidos (janelas e claraboias) e os sistemas de produção e preparação das AQS e climatização interior. Em fevereiro do mesmo ano, com base em conhecimento e experiência adquirida por outros países quanto à conservação e utilização de energia e nas condições climáticas do país, foi publicado o Decreto-Lei n° 40/1990 que se designa por RCCTE. Este documento levou à imposição de requisitos no projeto de edifícios novos e nas remodelações de edifícios já existentes, com o objetivo de melhorar as suas condições de conforto térmico, sem consumo excessivo de energia [2]. Posteriormente, em 1992, foi publicado o Decreto-Lei n° 156/92, o regulamento da qualidade dos sistemas energéticos de climatização em edifícios (RQSECE), visando o estabelecimento de regras a serem consideradas no dimensionamento e instalação dos sistemas energéticos de climatização em edifícios, objetivando assegurar condições de conforto térmico e de qualidade do ar interior de forma eficiente e preservando energeticamente o meio ambiente. Este documento foi, em 1998, modificado dando origem ao regulamento dos sistemas energéticos de climatização em edifícios (RSECE), aquando da publicação do Decreto-Lei n° 118/98 [2]. Embora existisse uma atenção nacional no que concerne a uma construção mais sustentável, na União Europeia , era sentida uma preocupação relativamente à evolução do consumo de energia final no setor dos edifícios, sendo que no final dos anos 90, mais de 40 % do consumo de energia final na Comunidade Europeia era devida a este setor. Esta preocupação levou à publicação da Diretiva Comunitária 2002/91/CE, designada por “ Energy Performance of Buildings Directive ” (EPBD), que estabelecia requisitos ao nível de: • Enquadramento geral para uma metodologia de cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios; 4 • Aplicação de requisitos mínimos para o desempenho energético dos novos edifícios; • Aplicação de requisitos mínimos para o desempenho energético dos grandes edifícios existentes que sejam sujeitos a significantes obras de renovação; • Certificação energética dos edifícios; • Inspeção regular de caldeiras e instalações de ar condicionado nos edifícios e, complementarmente, avaliação da instalação de aquecimento quando as caldeiras tenham mais de 15 anos. A transposição, obrigatória, desta diretiva comunitária para o direito nacional, efetuou-se 4 anos mais tarde, através de 3 peças legislativas: • Decreto-Lei n° 78/2006 que aprova o SCE e a qualidade do ar interior (QAI); • Decreto-Lei n° 79/2006 que aprova RSECE e substitui o Decreto-Lei n° 118/98 • Decreto-Lei n° 80/2006 que aprova o Regulamento das características do comportamento térmico dos edifícios (RCCTE) e que revoga o Decreto-Lei n° 40/1990. Em 2010, a diretiva comunitária foi revista, reformulando a primeira versão, incentivando a certificação energética dos edifícios e a melhoria dos requisitos impostos, na Diretiva Comunitária 2010/31/CE. Em Portugal, e face à revisão da EPBD, foi necessário proceder-se à sua transposição para o direito nacional, sendo revistas e agregadas as três peças legislativas anteriormente mencionadas, em um único Decreto-lei, o Decreto-Lei n° 118/2013. Este Decreto-Lei foi apoiado através da publicação de sete Portarias e catorze Despachos, que incluíam a metodologia específica de cálculo, contabilização de energia renovável, o modelo do certificado de desempenho energético, dados climáticos, fatores de conversão de energia primária e outros. O Decreto-Lei n° 118/2013 inclui assim o SCE, o regulamento do desempenho energético dos edifícios de habitação (REH) e o regulamento do desempenho energético dos edifícios de comércio e serviços (RECS). O esquema da Figura 1 resume a evolução legislativa desde o seu início (1990) até 2013. 5 Figura 1 - Evolução do SCE em Portugal, de 1990 a 2013 [2]. Em 2020, foi publicado o Decreto-Lei n° 101-D/2020, transpondo a segunda diretiva EPBD, e parcialmente a Diretiva 2019/944/EU, definindo novos requisitos aplicáveis a edifícios para a melhoria do seu desempenho energético e regulando o SCE. Na Figura 2 encontra-se um grafismo do resumo e evolução do SCE desde 2002 até 2020. Figura 2 - Evolução do SCE, em Portugal, de 2002 a 2020 [3]. 2.1.1. REQUISITOS APLICÁVEIS A fim de cumprir os requisitos regulamentares e garantir o desempenho térmico adequado, os edifícios novos ou renovados obedecem a normas e regulamentos específicos estabelecidos pelas autoridades competentes, de modo a promover o conforto ambiente, o comportamento térmico adequado, a eficiência e durabilidade dos sistemas técnicos, a boa gestão da energia e a utilização de fontes de energia renovável [4]. 6 Estas normas podem variar de acordo com o país e a legislação local. Em Portugal, de acordo com o Decreto-Lei n° 101-D/2020 os edifícios de comércio e serviços estão sujeitos ao cumprimento de requisitos ao nível da: • Envolvente opaca; • Envolvente envidraçada; • Sistemas de ventilação; • Sistemas fixos de iluminação; • Sistemas de climatização; • Sistemas de preparação de água quente; • Sistemas de produção de energia elétrica; • Sistemas de automatização e controlo do edifício (SACE); • Instalações de elevação; • Infraestruturas de carregamento de veículos elétricos; No presente trabalho, não são abordados os requisitos relativos aos SACE, instalações de elevação e infraestruturas de carregamento de veículos elétricos, uma vez que são tópicos que por falta de informação nesta fase do projeto, não foi possível a sua caracterização. 2.1.1.1. REQUISITOS DA ENVOLVENTE OPACA Os elementos da envolvente opaca (paredes, coberturas, pavimentos, elementos de PTP e portas) têm de cumprir requisitos ao nível do coeficiente de transmissão térmica (𝑈). Na Tabela 1 encontramse os requisitos aplicáveis para edifícios de comércio e serviços, em função do tipo de elemento e da zona climática de inverno. Tabela 1 - Coeficientes de transmissão térmica máximos dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de comércio e serviços. 𝑈𝑚á𝑥[𝑊/𝑚2.°𝐶] [5]. Portugal Continental e Regiões Autónomas Zona climática Tipo de elemento Condição fronteira I1 I2 I3 Zona corrente de envolvente Verticais Exterior ou Interior com 𝑏𝑧𝑡𝑢 ˃ 0.7 0.70 0.60 0.50 Horizontais Exterior ou Interior com 𝑏𝑧𝑡𝑢 ˃ 0.7 0.50 0.45 0.40 Zona de PTP Verticais Exterior 0.90 Interior com 𝑏𝑧𝑡𝑢 ˃ 0.7 1.75 1.60 1.45 Horizontais Exterior 0.90 Interior com 𝑏𝑧𝑡𝑢 ˃ 0.7 1.25 1.00 0.90 De realçar que nos edifícios de comércio e serviços, os elementos da envolvente opaca encontramse isentos do cumprimento de requisitos ao nível do 𝑈 desde que o somatório de energia útil para 7 aquecimento e arrefecimento ambiente seja inferior ao obtido considerando o cumprimento dos mesmos [5]. 2.1.1.2. REQUISITOS DA ENVOLVENTE ENVIDRAÇADA Os elementos da envolvente envidraçada têm de cumprir requisitos ao nível do coeficiente de transmissão térmica (𝑈𝑤) e ao nível do Fator solar (𝑔𝑡𝑜𝑡). Relativamente aos requisitos do valor de 𝑈𝑤 estes encontram-se descritos na Tabela 2, em função da zona climática de Inverno. Tabela 2 - Coeficientes de transmissão térmica máximos dos elementos da envolvente envidraçada 𝑈𝑤,𝑚á𝑥[𝑤/𝑚2.°𝐶] [5]. Região Zona climática I1 I2 I3 Portugal Continental 3.30 3.30 3.30 Região Autónoma da Madeira 3.30 3.30 3.30 Região Autónoma dos Açores 3.30 3.30 3.30 De realçar que edifícios de comércio e serviços onde o somatório da energia útil para aquecimento e arrefecimento é inferior ao somatório obtido caso sejam cumpridos os requisitos referidos, não é necessário o cumprimento dos mesmos. Relativamente aos requisitos do valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡, os elementos da envolvente envidraçada, nomeadamente os vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares em espaços interiores úteis, têm de cumprir a condição da equação (1), em que 𝐹0 representa o fator de sombreamento por elementos opacos horizontais sobrejacentes ao envidraçado e 𝐹𝑓 é o fator de sombreamento por elementos opacos verticais adjacentes ao envidraçado. 𝑔𝑡𝑜𝑡.𝐹0.𝐹𝑓≤𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 (1) O valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 é obtido através da consulta da Tabela 3, que indica os valores máximos em função da zona climática de verão. 8 Tabela 3 - Fatores solares máximos admissíveis de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares, 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 [5] Tipo de edifício Zona Climática Edifício de comércio e serviços V1 V2 V3 0,56 0,56 0,50 Nos Grandes edifícios de comércio e serviços (GES) em que a soma das áreas dos vão envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares em espaços úteis por orientação (𝐴𝑒𝑛𝑣,𝑓𝑎𝑐) seja superior a 30 % da soma das áreas da envolvente por orientação (𝐴𝑓𝑎𝑐), a condição a respeitar deixa de ser a da equação (1) e passa a ser a da equação (2). 𝑔𝑡𝑜𝑡.𝐹0.𝐹𝑓≤𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥.0.30 (𝐴𝑒𝑛𝑣,𝑓𝑎𝑐 𝐴𝑓𝑎𝑐 ) (2) É importante salientar também que os vãos envidraçados orientados no quadrante norte, tal como evidenciado na Figura 3, encontram-se isentos do cumprimento de requisitos de 𝑔𝑡𝑜𝑡., bem como os vãos de edifícios de comércio e serviços em que o somatório de energia útil para arrefecimento e aquecimento ambiente é inferior ao somatório de energia útil para o mesmo fim em que este requisito é verificado. Figura 3 - Representação do quadrante sem necessidade do cumprimento de requisitos ao nível do 𝑔𝑡𝑜𝑡. 2.1.1.3. REQUISITOS DOS SISTEMAS DE VENTILAÇÃO Os sistemas de ventilação têm de cumprir requisitos ao nível dos caudais de ar novo e de extração de determinados espaços. O dimensionamento destes sistemas deve ter em conta a determinação dos caudais exigidos com vista à promoção da QAI dos espaços e à minimização dos consumos de energia associados. Posto isto, de acordo com o Decreto-Lei nº 101-D/2020, os espaços dos edifícios de 9 comércio e serviços encontram-se sujeitos ao cumprimento de requisitos no que respeita a caudais de ar novo. Assim sendo, nos edifícios de comércio e serviços, o valor do caudal mínimo de ar novo é determinado em função da condição da equação (3), sendo este o máximo determinado através da aplicação de dois métodos de cálculo: o critério de ocupação e o critério edifício. 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 =𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 (𝐶𝑟𝑖𝑡é𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜;𝐶𝑟𝑖𝑡é𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑑𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜) (3) a) Critério de ocupação Dentro do critério de ocupação, existem dois métodos de cálculo: o método prescritivo e o método analítico, sendo a escolha sobre qual o método a utilizar da responsabilidade do projetista. No presente trabalho optou-se pela utilização do método prescritivo, pelo que apenas foi efetuada a descrição deste método. Pelo método prescritivo, o valor de 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 para a diluição da carga poluente devido aos ocupantes de um determinado espaço, é determinado utilizando a equação (4), em que 𝑛 representa o número de ocupantes em cada espaço e 𝑄𝐴𝑁,𝑀𝑚𝑒𝑡 é o caudal de ar novo por ocupante [𝑚3 /(h.ocupante )], obtido pela consulta da Tabela 4 em função do tipo de espaço e atividade desenvolvida no mesmo. 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 =𝑛.𝑄𝐴𝑁,𝑀𝑚𝑒𝑡 (4) Tabela 4 - Caudal mínimo de ar novo determinado em função da carga poluente devida à ocupação [5]. Tipo de espaço Tipo de atividade Caudal de ar novo [𝑚3/(h.ocupante)] Quartos, dormitórios e similares Sono 16 Salas de repouso, salas de espera, salas de conferências, auditórios e similares, bibliotecas Descanso 20 Escritórios, gabinetes, secretarias, salas de aula, cinemas, salas de espetáculo, salas de refeições, lojas e similares, museus e galerias, salas de convívio, salas de atividade de estabelecimentos de geriatria e similares Sedentária 24 Salas de jardim de infância e pré-escolar e salas de creche 28 Laboratórios, atelieres, salas de desenho e trabalhos oficinais, cafés, bares, salas de jogos e similares Moderada 35 Pista de dança, salas de ginásios, salas de ballet e similares Ligeiramente alta 49 Salas de musculação, salas em ginásios e pavilhões desportivos e similares Alta 98 10 b) Critério edifício Pelo critério edifício, a lógica passa por determinar o valor de 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 necessário para a diluição e remoção da carga poluente devido aos materiais constituintes de cada espaço, e as atividades desenvolvidas no mesmo. O valor de 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 é assim determinado utilizando a equação (5), em função da área de pavimento do espaço 𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 e o caudal de ar novo por unidade de área, obtido pela consulta da Tabela 5, que especifica o valor de 𝑄𝐴𝑁,á𝑟𝑒𝑎 em função da situação do edifício. 𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 =𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜.𝑄𝐴𝑁,á𝑟𝑒𝑎 (5) Tabela 5 - Caudal mínimo de ar novo em função da carga poluente devida ao edifício [5]. Situação do edifício Caudal de ar novo [𝑚3/(ℎ.𝑚2)] Sem atividades que envolvam a emissão de poluentes específicos 3 Com atividades que envolvam a emissão de poluentes específicos 5 Com espaços em que a existência predominante (superior a 75%) de materiais de baixa emissão poluente 2 Piscinas (em que a área de referência é a área do plano de água) 20 De realçar que, segundo a Portaria n°138-I/2021, nos espaços em que o tipo de atividade é “sono”, o caudal mínimo de ar novo deve ser determinado apenas e exclusivamente em função do critério de ocupação. Segundo a mesma Portaria, espaços como corredores, balneários, instalações sanitárias, arrumos, armazéns, cozinhas, copas ou similares encontram-se isentos do cumprimento de requisitos de caudal de ar novo, bem como espaços técnicos e locais sujeitos a requisitos de higiene e segurança no local de trabalho, relativos à renovação do ar interior, no âmbito da respetiva atividade, com fontes poluentes específicas e nos quais são manuseados produtos químicos ou biológicos. É importante ainda ressalvar que em situações em que se verifique recirculação de ar, ou quando a ventilação do ambiente é realizada por meios de transferência de ar, esse ar não deve ser proveniente de cozinhas, instalações sanitárias, parques de estacionamento, arrecadações, espaços com fumadores e outros espaços com fontes de contaminação identificadas. No que concerne aos requisitos aplicáveis aos caudais mínimos de extração em edifícios de comércio e serviços, os espaços inerentes aos mesmos são as instalações sanitárias, que devem 11 apresentar um caudal de extração (𝑄𝑒𝑥𝑡) igual ou superior ao caudal de extração mínimo (𝑄𝑒𝑥𝑡,𝑚í𝑛), sendo que para estes caudais não é considerada a eficácia de remoção de poluentes. Na Tabela 6 encontram-se os caudais mínimos de extração de ar (𝑄𝑒𝑥𝑡,𝑚í𝑛) em função do tipo de espaço e sistema de extração do mesmo. Para a correta interpretação da tabela, entende-se por instalação sanitária privada um espaço ocupado apenas por uma pessoa em cada utilização, ao passo que uma instalação sanitária pública é um espaço ocupado por várias pessoas em simultâneo, incluindo balneários e similares. De notar ainda que um sistema de extração com funcionamento contínuo é um sistema de ventilação com um horário de funcionamento , no mínimo igual do espaço que serve. Tabela 6 - Caudais mínimos de extração de ar a assegurar para locais e instalações específicas [5]. Tipo de espaço Sistema de extração 𝑸𝒆𝒙𝒕,𝒎í𝒏 [𝑚3/ℎ] Instalação sanitária privada Com funcionamento contínuo Máx (45;10.𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜) Sem funcionamento contínuo Máx (90;10.𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜) Instalação sanitária pública Funcionamento normal Máx (90.(nº de urinóis+nº de sanitas+nº de duches);10.𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜) Funcionamento intensivo Máx (125.(nº de urinóis+nº de sanitas+nº de duches);10.𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜) 2.1.1.4. REQUISITOS DOS SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Os sistemas de iluminação fixa, tanto para espaços interiores como exteriores, presentes em edifícios de comércio e serviços, são levados em conta durante a avaliação do desempenho energético do edifício (DEE) quando aplicável. Estes sistemas estão sujeitos ao cumprimento de requisitos específicos. Para a caracterização adequada de um sistema de iluminação fixa, é necessário levar em consideração os seguintes elementos: • Quantidade e potência das lâmpadas; • Quantidade de luminárias; • Tipo, quantidade e potência dos balastros, transformadores ou drivers; • Densidade de potência de iluminação; • Tipo e potência dos sistemas de controlo e regulação de fluxo (em função da ocupação e de luz natural); • Iluminância, quando aplicável. 12 Ao levar em conta estes elementos na caracterização de um sistema de iluminação fixa, é possível projetar e implementar soluções mais sustentáveis e eficientes, que atendam aos requisitos estabelecidos para o DEE. Os requisitos inerentes a estes sistemas referem-se ao nível da densidade de potência e da iluminância instalada em cada espaço. a) Iluminância Segundo a Portaria n°138-I/2021, a iluminância dos espaços não pode exceder em mais de 30% os valores de iluminância média dispostos no anexo IV do Manual SCE, em função do tipo de espaço, tarefa ou atividade. b) Densidade de potência De acordo com a Portaria n°138-I/2021, os sistemas de iluminação fixa devem dispor de uma densidade de potência instalada em cada espaço por 100 𝑙𝑥 (𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥) inferior ao seu valor máximo (𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥,𝑚á𝑥) tal como especificado na Tabela 7, em que é dado o valor de 𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥,𝑚á𝑥 em função do tipo de espaço. Tabela 7 - Valores de densidade de potência instalada máxima por tipo de espaço, por 100 lux [5]. Tipo de espaço 𝑫𝑷𝑰𝟏𝟎𝟎𝒍𝒙,𝒎á𝒙 [(W/𝑚2)/100 lx] Escritórios com mais de 6 pessoas, salas de descanso 1.3 Escritório individual 1-6 pessoas 1.5 Salas de reuniões, salas de conferências, auditórios 1.5 Show room e salas de exposição, museus 1.5 Salas de congressos/Hall de exibições 1.5 Salas de aula, salas de leitura, bibliotecas, salas de trabalho de apoio 1.5 Laboratórios, salas de exames/tratamento, blocos operatórios 1.5 Salas de pré e pós-operatório 2.1 Cozinhas, armazéns, arquivos, polidesportivos/ginásios e similares 2.1 Cozinhas industriais e hoteleiras e armazéns de apoio 2.1 Salas técnicas, arrecadações e outros locais de armazenagem 2.1 Parques de estacionamento interiores 2.1 Ascensores, escadas mecânicas e tapetes rolantes 2.1 Hall/entradas, corredores, escadas, salas de espera, instalações sanitárias, enfermarias e quartos individuais de clínicas e hospitais 2.1 Salas de refeições (exceto restaurantes) 2.3 Para a verificação do cumprimento deste requisito é necessário calcular o valor de 𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥, que é dado pela equação (6), em função da densidade de potência instalada no num determinado espaço (𝐷𝑃𝐼𝑖𝑛𝑡) e da iluminância média mantida no espaço (𝐸𝑚) em 𝑙𝑥. 19 determinada solicitação, tal como o ato de abrir uma torneira ou um chuveiro. Este tipo de sistemas é utilizado em instalações de pequena dimensão, nas quais a fonte térmica (geralmente caldeiras murais ou esquentadores) deve satisfazer uma necessidade limitada de água quente sanitária. Os sistemas de acumulação têm como princípio de funcionamento fornecer água quente para usos domésticos através do armazenamento prévio da mesma em reservatórios ou depósitos. Nestes sistemas, a água é aquecida por uma fonte térmica, tal como caldeiras, painéis solares térmicos, bombas de calor, entre outros, através da ligação de um permutador de calor ou de uma serpentina no interior do depósito de acumulação. Este tipo de sistemas é indicado para instalações de média-grande dimensão que devem servir várias utilizações. Relativamente aos sistemas de produção instantânea, os sistemas de acumulação permitem a utilização de potências muito menores e um funcionamento mais contínuo e regular, levando a um maior rendimento térmico. Contudo, os tempos de aquecimento das águas são mais longos [9]. Nos subcapítulos seguintes é efetuada uma caracterização dos principais sistemas utilizados na produção de AQS. 2.3.1. BOMBA DE CALOR As Bombas de calor são equipamentos que permitem o aquecimento de águas quentes sanitárias através do consumo de energia elétrica e do aproveitamento de energia do ambiente exterior (ar, água ou solo). Podem ser integradas em sistemas de acumulação (mais comumente utilizadas), fazendo-se passar a água aquecida por uma serpentina no interior do depósito de acumulação, aquecendo água armazenada, ou em sistemas instantâneos O funcionamento de uma bomba de calor, de uma forma genérica, ocorre segundo um ciclo frigorífico, que permite no final a transferência de calor de um meio a baixa temperatura para um meio a temperaturas mais altas, com o fornecimento de energia sob a forma de trabalho [10]. O ciclo frigorífico mais comumente utilizado numa bomba de calor é o ciclo de refrigeração por compressão de vapor, em que circula um fluído refrigerante de forma cíclica num circuito fechado. O circuito é constituído essencialmente por quatro componentes principais: um compressor, um condensador, um elemento de expansão e um evaporador. O líquido refrigerante entra no compressor na forma de vapor, onde é comprimido até à pressão do condensador. O vapor deixa o compressor com uma temperatura elevada em direção ao condensador, onde irá rejeitar calor para água a aquecer. De seguida, passa no elemento de expansão, onde a sua pressão diminui devido ao estrangulamento, fazendo com este entre no evaporador no estado líquido e vapor a baixa pressão. No evaporador recebe 20 calor da fonte fria, promovendo a total vaporização do frigorigénio. Na Figura 5 encontra-se um esquema alusivo ao funcionamento deste ciclo. Figura 5 – Funcionamento do ciclo de compressão de vapor [10]. A eficiência de uma bomba de calor para preparação das AQS é medida através de um coeficiente designado 𝐶𝑂𝑃, do inglês “ Coefficient of Performance ”, presente na equação (8). O valor do 𝐶𝑂𝑃 por norma é superior à unidade, ou seja, a quantidade de calor fornecida á água (efeito útil) é superior ao trabalho realizado para o produzir. Este fenómeno deve-se ao facto deste tipo de equipamentos retirar energia ao ambiente exterior, da natureza, de uma forma quase gratuita e renovável. Na diretiva Ecodesign é estabelecida uma nova metodologia de avaliar a eficiência deste tipo de equipamentos. Esta nova eficiência, designada por “ Sazonal Coefficient of Performance ”, 𝑆𝐶𝑂𝑃, considera as flutuações de temperatura e os períodos de standby para conceder uma indicação clara e fiável da eficiência energética ao longo de todo o ano. O método de cálculo é semelhante para o do parâmetro 𝐶𝑂𝑃. 𝐶𝑂𝑃 = 𝐸𝑓𝑒𝑖𝑡𝑜 ú𝑡𝑖𝑙 𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠á𝑟𝑖𝑜 (8) As eficiências das bombas de calor para a produção e preparação das AQS, na anterior legislação apresentavam como requisito um 𝐶𝑂𝑃 mínimo de 2.3. Na atual legislação, não existem requisitos quanto à eficiência, contudo a contribuição da parcela de energia renovável da bomba de calor apenas é considerada caso o 𝐶𝑂𝑃 ou 𝑆𝐶𝑂𝑃 seja superior 2.5 (no caso de bomba de calor elétrica) e 1.15 (no caso de bomba de calor térmica), o que leva a uma penalização considerável na classe energética final do edifício, aquando da utilização de equipamentos que não cumpram esta condição [11]. 21 2.3.2. CALDEIRAS Uma caldeira, em termos de características de eficiência energética pode ser considerada como um permutador de calor que contém a sua própria fonte térmica. O seu funcionamento consiste na transferência de calor da fonte térmica para a água, sendo a fonte térmica usualmente um combustível [12]. É possível utilizarem-se combustíveis em 3 estados: combustíveis líquidos (gasóleo), combustíveis gasosos (gás natural, GPL, butano...) e combustíveis sólidos (biomassa) [12]. As caldeiras tradicionais dividem-se em dois grandes tipos quando ao “ layout ” da transferência de calor: as “ firetube boilers ” e as “ watertube boilers ”. Em ambos os tipos a nomenclatura deriva do facto de serem usados tubos para a troca de calor, sendo que no caso de os gases de combustão se encontrarem no interior dos tubos e água no exterior do tubos, a caldeira é considerada “ firetube ” e no caso de a água passar no interior dos tubos e os gases da combustão no exterior é considerada “ watertube ”. Existem também as caldeiras de condensação, que apresentam maiores eficiências que as caldeiras convencionais. A principal característica diferenciadora destas caldeiras é o facto de apresentarem uma grande superfície de permuta de calor, resistente à corrosão que permite recuperar calor latente dos gases de combustão, através da condensação do vapor de água neles contido. Este calor é utilizado no pré-aquecimento da água, levando assim a maiores rendimentos. Na Figura 6 encontra-se o princípio de funcionamento deste tipo de equipamentos. Figura 6 - Esquema representativo do princípio de funcionamento de uma caldeira de condensação [13]. Relativamente aos requisitos aplicáveis, na legislação anterior, nomeadamente na Portaria n° 349B/2013, a classe de eficiência mínima definida era B aquando da entrada em vigor do documento, tendo passado a A a partir de 31 de Dezembro de 2015, o que equivalia a rendimentos mínimos de 86 a 89 % 22 (inclusive) e 89 a 92 % (inclusive) respetivamente. Na atual legislação não existem requisitos aplicáveis no que concerne ao rendimento destes equipamentos. 2.3.3. SISTEMAS DE PAINÉIS SOLARES TÉRMICOS Os sistemas de painéis solares térmicos são instalações capazes de captar a energia solar e transformá-la em energia térmica (sob a forma de calor), útil para o aquecimento das águas quentes (AQ) [14]. O seu funcionamento, de uma forma geral, consiste na articulação do funcionamento de dois circuitos: o circuito primário, que é responsável por captar a energia solar e transportá-la até ao local de permuta (tanto pode ser um permutador de calor inserido num depósito de acumulação ou um permutador de calor exterior ao depósito) e o circuito secundário onde o calor é transferido para a água que será posteriormente utilizada nos pontos de consumo. De notar que estes circuitos geralmente são constituídos por fluídos circulantes com propriedades diferentes, em que o fluído do circuito primário consiste num mistura de água com propilenoglicol (tipicamente com 25 %) [15], o que permite proteger as instalações solares do perigo de congelamento do fluído, o que pode levar à danificação permanente dos equipamentos. O fluído do circuito secundário geralmente é água. De destacar que estes sistemas não garantem a totalidade do consumo energético associado à preparação das AQS, pelo que é necessário articulá-los com sistemas de apoio, nomeadamente caldeiras, bombas de calor e resistências elétricas [14]. No que concerne ao tipo de instalações de painéis solares térmicos, atualmente no mercado existem duas principais tipologias: as instalações de painéis solares térmicos de termossifão e os painéis solares térmicos de circulação forçada. 2.3.3.1. SISTEMAS DE TERMOSSIFÃO Os sistemas de termossifão, são constituídos essencialmente por um painel solar térmico e um acumulador no topo do painel (volumetria variável entre os 150 e os 300 litros). São aplicados essencialmente em instalações com necessidades de AQS menos exigentes, uma vez que são sistemas limitados quanto à produtividade solar, capacidade de armazenamento de energia e área de captação. O seu funcionamento é caracterizado por uma circulação natural do fluído, em que, quando a radiação solar incide no painel, existe um aumento da temperatura do fluído solar que percorre a tubagem do circuito primário, levando à diminuição da sua massa volúmica. Quando a massa volúmica do fluido diminui, este ascenderá do coletor para o depósito e o fluido mais frio (por isso mais denso) descerá para o coletor. Quando o fluido solar sobe e atinge o permutador do acumulador, transfere energia na 23 forma de calor, aquecendo a água que se encontra no interior do mesmo. Se não houver radiação ou se a temperatura no coletor não for superior à do depósito, não haverá circulação e, consequentemente, não será aquecida a água do acumulador. Na Figura 7 observa-se uma representação esquemática do princípio de funcionamento destes equipamentos. Figura 7 - Princípio de funcionamento de um painel solar térmico por termossifão [16]. 2.3.3.2. SISTEMAS DE CIRCULAÇÃO FORÇADA No que concerne aos sistemas de circulação forçada, estes permitem aquecer um maior volume de água, sendo por isso indicados para instalações com maiores consumos e necessidades de AQS [16]. Nestas instalações, o depósito de armazenamento não necessita de obrigatoriamente estar instalado numa posição superior ao painel solar térmico, uma vez que o transporte de energia através do fluído térmico entre os coletores e o depósito é efetuado por uma bomba circuladora, sempre que exista uma diferença de temperatura, entre o fluido térmico nos painéis solares térmicos e a água na zona inferior do depósito acumulador. Uma vez observada uma diferença de temperatura, o controlador irá fornecer energia elétrica à bomba circuladora, que por sua vez movimentará o fluido entre o coletor e o acumulador. Na Figura 8 encontra-se uma representação esquemática deste tipo de instalações. 24 Figura 8 - Esquema representativo do princípio de funcionamento de um sistema de painéis solares térmicos com circulação forçada, para a produção de AQS [16]. 2.3.3.3. EVOLUÇÃO REQUISITOS No que concerne a requisitos, na anterior legislação, segundo a Portaria n° 349-B/2013, os sistemas de painéis solares térmicos deveriam proporcionar uma contribuição de energia renovável igual ou superior à calculada para um sistema idêntico ao previsto ou instalado, baseado em coletores padrão com as seguintes características: • Orientação a Sul e com inclinação de 35°; • Planos com área de abertura de 0.65 𝑚2 por ocupante convencional; • Rendimento ótico de 73%; • Coeficientes de perdas térmicas a1= 4.12 𝑊/(𝑚2.𝐾) e a2= 0.014 𝑊/(𝑚2.𝐾); • Modificador de ângulo para incidência de 50° igual a 0.91; Na atual legislação não existem requisitos aplicáveis à performance destes sistemas, contudo é recomendado que o sistema assegure entre 50 a 75 % das necessidades anuais de AQS, segundo a Portaria n° 138-I/2021. 25 3. CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO EM ESTUDO O edifício em estudo diz respeito a uma grande renovação de um antigo estabelecimento do banco Millennium BCP na rua Júlio Dinis no Porto. Trata-se da transformação em um hotel de 4 estrelas, constituído por 10 pisos: 1 abaixo do nível do solo, 1 ao nível térreo e 8 acima do piso térreo, comtemplando no total 81 quartos, não possuindo lavandaria. De notar que o edifício desenvolve-se em dois blocos, como evidenciado na Figura 9, onde se destacam o bloco pequeno e o bloco grande. As fachadas deste hotel encontram-se orientadas a Nordeste (NE), Noroeste (NO), Sudeste (SE) e Sudoeste (SO), sendo que a entrada principal é voltada para NE e que na orientação NO encontra-se um edifício existente que faz fronteira com o edifício em estudo (bloco cinzento visível na Figura 9). Figura 9 - Modelo 3D do hotel obtido no software Revit ,, apresentando a divisão em Bloco Grande e Bloco Pequeno, e a localização da Entrada Principal do hotel. Os pisos enumerados são caraterizados da seguinte forma: Piso -1, totalmente enterrado, é composto essencialmente por várias zonas técnicas, uma zona de estacionamentos interiores (8 lugares), uma cozinha, balneários, instalações sanitárias, arrumos, um elevador que liga desde este piso até ao piso 2 bloco pequeno e elevadores que ligam até ao piso 7 passando por todos os pisos (Bloco Grande) e a sala de refeições com a capacidade de 120 lugares. 26 Figura 10 - Planta do piso -1. Piso 0, onde se encontra a entrada principal deste hotel, a receção aos clientes, um bar, salas de reuniões e da administração, instalações sanitárias, uma zona técnica e uma sala de eventos com uma capacidade de até 77 lugares. Figura 11 - Planta piso 0. 27 Piso Galerias, um piso intermédio entre o piso 0 e o piso 1, constituído por 17 quartos e as respetivas instalações sanitárias associadas, duas zonas técnicas, corredores e circulações. Figura 12 - Planta piso Galerias. Piso 1, constituído por 16 quartos e as respetivas instalações sanitárias associadas, piso onde se efetua a divisão em 2 blocos. Possui um pátio exterior, uma zona técnica e uma circulação que dá acesso desde o piso 0 até ao bloco pequeno do piso 1 e do piso 2. Figura 13 - Planta piso 1. 28 Piso 2, possui 8 quartos e as respetivas instalações sanitárias associadas e uma copa no bloco grande, um pátio exterior, uma zona técnica, um bar uma instalação sanitária e um terraço exterior. Figura 14 - Planta do piso 2. Piso 3 a 6, Pisos idênticos entre si (apenas bloco grande), constituídos por 8 quartos e as respetivas instalações sanitárias associadas, uma circulação e uma copa. Figura 15 - Planta dos pisos 3 a 6. 35 3.2.2.2. ENVOLVENTE OPACA INTERIOR A envolvente opaca interior é também ela constituída por paredes, coberturas e pavimentos, que fazem a separação dos EU’s dos ENU’s. No Anexo 5 encontra-se a constituição destes elementos construtivos, sendo que na Tabela 21 é apresentado um resumo da verificação dos requisitos destes elementos construtivos. De notar que também aqui foram utilizados os valores do Anexo 3, relativos aos elementos construtivos existentes, fazendo apenas a correção das resistências térmicas superficiais, substituindo a resistência térmica superficial exterior por uma resistências térmica superficial interior. Tabela 21 - Tabela resumo dos valores do coeficiente de transmissão térmica da envolvente opaca interior. Solução construtiva Coeficiente global de transferência de calor, U [𝐖/𝐦𝟐.°𝐂] Requisito Cumpre/Não cumpre Pint1 0.62 0.70 Cumpre Cobint1 0.49 0.50 Cumpre Cobint2 0.43 0.50 Cumpre Pavint1 0.45 0.50 Cumpre 3.2.2.3. ENVOLVENTE OPACA EM CONTACTO COM O SOLO A envolvente opaca em contacto com o solo, tal como constatado na Tabela 1 não apresenta a obrigatoriedade do cumprimento de requisitos ao nível do coeficiente de transmissão térmica, porém a sua caracterização é pertinente e necessária para a simulação dinâmica do comportamento térmico do edifício no Hourly Analysis Program (HAP), pelo que a sua descrição e caracterização encontra-se no Anexo 6. 3.2.3. ENVOLVENTE ENVIDRAÇADA A envolvente envidraçada é constituída essencialmente pelos vãos envidraçados que representam uma área envidraçada igual ou superior a 25% da sua área total [11]. Os vãos envidraçados são compostos pela junção de um vidro e um caixilho, o que leva a que estes apresentem um comportamento térmico distinto da envolvente opaca, permitindo uma maior capacidade de captar ganhos térmicos por radiação, e ao mesmo tempo realizar trocas térmicas por efeitos de condução e convecção. A caracterização de um vão envidraçado é efetuada através do seu coeficiente de transmissão térmica 𝑈𝑊 [𝑊/𝑚2.°𝐶]; e do seu fator solar 𝑔𝑡𝑜𝑡, em que o primeiro caracteriza a transferência de calor que ocorre entre os ambientes ou meios que o vão separa e o segundo quantifica a fração da radiação solar incidente 36 numa superfície transparente e que é transmitida de forma direta ou indireta para o interior do espaço que o vão serve. 3.2.3.1. COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA O valor de 𝑈𝑊 é determinado através das equações (12) ou (13), no caso de se tratar de vidro com ou sem área opaca respetivamente, em que 𝐴𝑔 diz respeito à área transparente [ m2 ], 𝑈𝑔 é o coeficiente de transmissão térmica da área transparente [𝑊/𝑚2.°𝐶], 𝐴𝑓 é a área do caixilho [ m2 ], 𝑈𝑓 é o coeficiente de transmissão térmica do caixilho [𝑊/𝑚2.°𝐶], 𝐴𝑝𝑜 é a área opaca [ m2 ], 𝑈𝑝𝑜 é o coeficiente de transmissão térmica da área opaca [𝑊/𝑚2.°𝐶], 𝑙𝑔 é desenvolvimento linear da ligação da área transparente com o caixilho [𝑚], Ψ𝑔 é o coeficiente de transmissão térmica linear da ligação da área transparente com o caixilho [𝑊/𝑚.°𝐶], 𝑙𝑝𝑜 é o desenvolvimento linear da ligação da área opaca com o caixilho [𝑚], Ψ𝑝𝑜 é o coeficiente de transmissão térmica linear da ligação da área opaca com o caixilho [𝑊/𝑚.°𝐶], 𝑙𝑔𝑏 é o desenvolvimento linear da quadrícula inserida no espaço de ar [𝑚] e Ψ𝑔𝑏 é o coeficiente de transmissão térmica linear que traduz o efeito da quadrícula inserida no espaço de ar [𝑊/𝑚.°𝐶]. 𝑈𝑊=∑𝐴𝑔.𝑈𝑔+∑𝐴𝑓.𝑈𝑓+∑𝐴𝑝𝑜.𝑈𝑝𝑜 +∑𝑙𝑔.Ψ𝑔+∑𝑙𝑝𝑜.Ψ𝑝𝑜 +∑𝑙𝑔𝑏.Ψ𝑔𝑏 𝐴𝑤 (12) 𝑈𝑊=∑𝐴𝑔.𝑈𝑔+∑𝐴𝑓.𝑈𝑓+∑𝑙𝑔.Ψ𝑔+∑𝑙𝑔𝑏.Ψ𝑔𝑏 𝐴𝑤 (13) Posto isto, de modo a caracterizar os vão envidraçados, numa primeira fase foi necessário construir um mapa de vãos, em que em função da orientação, das dimensões de cada vão, e do tipo de proteção solar utilizado em cada um, foi atribuída uma numeração diferente para cada vão, resultando um total de 43 tipos de vão diferentes, tal como verificado na Tabela 78 do Anexo 7. De notar que não foi considerado o tipo de vidro, uma vez que a indicação fornecida pelos responsáveis do projeto de arquitetura foi de considerar o mesmo tipo de vidro para cada vão, não estando por isso ainda definido qual o vidro a utilizar. Assim sendo, para este estudo, o vidro foi selecionado através da utilização do software Calumen , onde o único dado de entrada introduzido foi para que este fosse adequado para hotéis. Com base neste pressuposto, o software indicou a utilização de um vidro cujas principais características estão presentes na Tabela 22. A ficha técnica do vidro pode ser analisada no Anexo 9. 37 Tabela 22 - Principais características do vidro selecionado. Coeficiente de transmissão térmica 𝑼𝒈 [W/m2.°C] 1.30 Fator solar 𝒈⊥,𝒗𝒊 0.37 A caixilharia utilizada também não se encontrava definida pelos responsáveis do projeto de arquitetura, porém foi fornecida a indicação para considerar a utilização de um sistema Kristal em alumínio da marca Anicolor . As principais características deste tipo de caixilharia encontram-se na Tabela 23. Tabela 23 - Principais características da caixilharia utilizada [18]. Coeficiente de transmissão térmica 𝑼𝒇 [W/m2.°C] 1.69 Classe de permeabilidade ao ar 4 Assim sendo, uma vez que o vidro utilizado não apresenta área opaca, a equação (13) é utilizada para a determinação do valor de 𝑈𝑊. Para determinar os valores das áreas, é necessário saber qual o valor da fração envidraçada, para isso recorreu-se os valores da Tabela 24, em que como se trata de vãos com caixilharias em alumínio e sem quadrícula, o valor da fração envidraçada a adotar é de 0.7. Tabela 24 - Fração envidraçada [11]. Caixilharia 𝑭𝒈 Sem quadrícula Com quadrícula Sem caixilho 1.00 Metal (Alumínio e aço) 0.70 0.60 PVC e madeira 0.65 0.57 Fechada-cortina de alumínio ou aço 0.90 Uma vez determinada a fração solar, é necessário determinar o valor de Ψ𝑔. Para isso recorre-se aos valores da Tabela 25, em que o valor de Ψ𝑔 obtido é de 0.08 𝑊/𝑚.°𝐶. 38 Tabela 25 - Valores do coeficiente de transmissão térmica linear Ψ para as diferentes ligações vidro/caixilho [11]. Tipo de vidro 𝚿𝒈[𝐖/𝐦.°𝐂] em função do tipo de caixilho Madeira ou PVC Metálica com corte térmico Metálica sem corte térmico Vidro duplo ou triplo não revestido (lâmina de ar ou gás) 0.06 0.08 0.02 Vidro duplo ou triplo com ε≤0.20 (lâmina de ar ou gás) 0.08 0.11 0.05 Vidro Simples 0 Visto que os vãos não possuem quadrícula, estão assim definidos os parâmetros necessários para o cálculo do valor de 𝑈𝑊. De notar ainda que, nos espaços com dormida, e com dispositivos de proteção móveis, passa a assumir-se o valor do coeficiente de transmissão térmica médio dia-noite (𝑈𝑊𝐷𝑁), que corresponde a que em metade do tempo os dispositivos de proteção solar estejam desativados e na restante metade estes encontram-se ativados [5]. O valor de 𝑈𝑊𝐷𝑁 [𝑊/𝑚2.°𝐶] é obtido através da equação (14), em que 𝑈𝑊𝑆 [𝑊/𝑚2.°𝐶] diz respeito ao coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar ativados e é determinado pela equação (15), em que ∆𝑅 [(𝑚2.°𝐶)/𝑊] é o acréscimo da resistência térmica devido ao dispositivo de proteção solar e ao espaço de ar, sendo obtido pela consulta da Tabela 26, em função do tipo de proteção solar utilizado em cada vão, tal como especificado na Tabela 78 do Anexo 7. 𝑈𝑊𝐷𝑁 =𝑈𝑊+𝑈𝑊𝑆 2 (14) 𝑈𝑊𝑆 =1 1 𝑈𝑊+∆𝑅 (15) 39 Tabela 26 - Resistência térmica adicional do vão envidraçado devido ao dispositivo de proteção ativado [11]. Dispositivo de proteção solar (Fluxo horizontal) ∆𝑹[(𝒎𝟐.°𝑪)/𝑾] Cortinas e lonas 0,08 Estore veneziano de lâminas 0.08 Persiana Réguas de madeira 0.16 Réguas metálicas 0.12 Réguas plásticas com preenchimento de isolante 0.19 Réguas plásticas sem preenchimento de isolante 0.16 Portada Réguas 0.08 Opaca de madeira (outras espessuras) 0.16 Opaca de madeira com 25 a 30 mm de espessura 0.22 Opaca de plástico com preenchimento de isolante 0.19 Opaca de plástico sem preenchimento de isolante 0.16 Opaca metálica 0.12 Uma vez calculados os valores de 𝑈𝑊 e de 𝑈𝑊𝐷𝑁 foi possível compará-los com os valores limite impostos pela legislação para a zonas climática I1, descritos na Tabela 2. Desta maneira, na Tabela 79 do Anexo 8 encontra-se o cálculo e verificação do cumprimento de requisitos de todos os vãos envidraçados, verificando-se que todos eles encontram-se regulamentares no que diz respeito ao coeficiente de transmissão térmica. 3.2.3.2. FATOR SOLAR Relativamente ao fator solar, depois de obtido o valor de 𝑔⊥,𝑣𝑖, foi necessário, nas situações em que os vãos envidraçados apresentem dispositivos de proteção solar totalmente ativados, obter o valor de 𝑔tot de acordo com as equações (16) e(17), em função de se tratar de vidro simples ou vidro duplo respetivamente, em que o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑣𝑐𝑖 é obtido através da Tabela 27, em função do tipo de proteção solar utilizado em cada vão. O produtório é calculado considerando todos os dispositivos de proteção solar, do exterior para o interior, até ao primeiro dispositivo de proteção opaca, inclusive. 𝑔𝑡𝑜𝑡 = 𝑔⊥,𝑣𝑖.∏𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑣𝑐𝑖 0,85 𝑖 (16) 𝑔𝑡𝑜𝑡 = 𝑔⊥,𝑣𝑖.∏𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑣𝑐𝑖 0,75 𝑖 (17) 40 Tabela 27 - Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e dispositivo de proteção solar [11]. Dispositivo de proteção solar Opaca 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒗𝒄𝒊 Vidro Simples 𝒈⊥,𝒗𝒊 = 0.85 Vidro Duplo 𝒈⊥,𝒗𝒊 = 0.75 Clara Média Escura Clara Média Escura Dispositivos de proteção exteriores Estore veneziano de lâminas de madeira Não 0.11 0.11 0.11 0.08 0.08 0.08 Estore veneziano de lâminas metálicas Não 0.14 0.14 0.14 0.09 0.09 0.09 Lona muito transparente Não 0.21 0.23 0.25 0.16 0.18 0.20 Lona opaca Não 0.07 0.09 0.12 0.04 0.06 0.08 Lona pouco transparente Não 0.14 0.17 0.19 0.10 0.12 0.14 Persiana de réguas metálicas Sim 0.05 0.08 0.10 0.04 0.05 0.07 Persiana de réguas metálicas ou plásticas Sim 0.07 0.10 0.13 0.04 0.07 0.09 Portada de lâminas fixas Não 0.14 0.14 0.14 0.09 0.09 0.09 Portada de lâminas reguláveis Sim 0.07 0.10 0.13 0.04 0.07 0.09 Portada opaca Sim 0.04 0.07 0.09 0.03 0.05 0.06 Dispositivos de proteção interiores Cortina ligeiramente transparente Não 0.36 0.46 0.56 0.38 0.47 0.56 Cortina muito transparente Não 0.70 0.63 Cortina opaca Sim 0.33 0.44 0.54 0.37 0.46 0.55 Cortina transparente Não 0.38 0.48 0.58 0.39 0.48 0.58 Estore de lâminas Não 0.45 0.56 0.65 0.47 0.59 0.69 Persiana Sim 0.35 0.45 0.57 0.40 0.55 0.65 Portada de lâminas fixas Não 0.45 0.56 0.65 0.47 0.59 0.69 Portada de lâminas reguláveis Sim 0.35 0.45 0.57 0.40 0.55 0.65 Portada opaca Sim 0.30 0.40 0.50 0.35 0.46 0.58 Proteção entre dois vidros: estore veneziano, lâminas delgadas Não 0.28 0.34 0.40 Uma vez determinado o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡, de modo a verificar a condição da equação (1) foi necessário determinar os valores do fator de sombreamento por elementos opacos horizontais sobrejacentes ao envidraçado (𝐹0) e o fator de sombreamento por elementos opacos verticais adjacentes ao envidraçado (𝐹𝑓). Assim sendo, o valor de 𝐹0 é obtido através da consulta da Tabela 28 e da Tabela 29 para a estação de aquecimento e arrefecimento respetivamente , em função da orientação do vão e do ângulo (θ) entra paralela ao vão envidraçado e a linha que une o centro deste e a extremidade do elemento de 41 sombreamento, de acordo com o esquema da Figura 18. No caso do valor de θ ser diferente dos valores de entrada da Tabela 28 e da Tabela 29, realiza-se uma interpolação linear para obter o valor de 𝐹0. Tabela 28 - Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de aquecimento [11]. Ângulo Portugal Continental e RAA Região Autónoma da Madeira N NE/NO E/O SE/SO S N NE/NO E/0 SE/SO S 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 1 0.94 0.84 0.76 0.73 1 0.92 0.82 0.68 0.45 45° 1 0.90 0.74 0.63 0.59 1 0.88 0.72 0.60 0.56 60° 1 0.85 0.64 0.49 0.44 1 0,83 0.62 0.48 0.43 Tabela 29 - Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de arrefecimento . Ângulo Portugal Continental e RAA Região Autónoma da Madeira N NE/NO E/O SE/SO S N NE/NO E/0 SE/SO S 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 0.98 0.86 0.75 0.68 0.63 0.97 0.84 0.74 0.69 0.68 45° 0.97 0.78 0.64 0.57 0.55 0.95 0.76 0.63 0.60 0.62 60° 0.94 0.70 0.55 0.50 0.52 0.92 0.68 0.55 0.54 0.60 Figura 18 - Ângulo por elementos horizontais [11]. Tendo em consideração a perspetiva do interior do edifício, o valor de 𝐹𝑓 é determinado tendo em conta a posição do elemento de sombreamento, seja à direita ou à esquerda. A medição do ângulo deve ser feita entre a linha paralela ao vão envidraçado e a linha que liga o centro deste último com a extremidade do elemento de sombreamento, conforme ilustrado na Figura 19. 42 Figura 19 - Ângulos por elementos verticais [11]. Em situações em que existam sombreamentos nas duas posições, devem ser determinados os fatores de sombreamento para cada uma das posições, sendo que o valor final do 𝐹𝑓 é dado pela equação (18), em que 𝐹𝑓,𝑑𝑖𝑟𝑒𝑖𝑡𝑎 representa o fator de sombreamento provocado pelo elemento opaco vertical à direita e 𝐹𝑓,𝑒𝑠𝑞𝑢𝑒𝑟𝑑𝑎 representa o fator de sombreamento provocado pelo elemento opaco vertical á direita. 𝐹𝑓=𝐹𝑓,𝑑𝑖𝑟𝑒𝑖𝑡𝑎.𝐹𝑓,𝑒𝑠𝑞𝑢𝑒𝑟𝑑𝑎 (18) O valores são assim determinados recorrendo à Tabela 30 e à Tabela 31, para as estações de aquecimento e arrefecimento respetivamente. Tabela 30 - Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de aquecimento [11]. Posição da pala Ângulo N NE E SE S SO O NO Pala à esquerda 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 1 1 1 0.97 0.93 0.91 0.87 0.89 45° 1 1 1 0.95 0.88 0.86 0.80 0.84 60° 1 1 1 0.91 0.83 0.79 0.72 0.80 Pala à direita 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 1 0.89 0.87 0.91 0.93 0.97 1 1 45° 1 0.84 0.80 0.86 0,88 0.95 1 1 60° 1 0.80 0.72 0.79 0.83 0.91 1 1 43 Tabela 31 - Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de arrefecimento [11] .Posição da pala Ângulo N NE E SE S SO O NO Pala à esquerda 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 1 1 0.96 0.91 0.91 0.96 0.95 0.86 45° 1 1 0.96 0.85 0.87 0.95 0.93 0.78 60° 1 1 0.95 0.77 0.84 0.93 0.88 0.69 Pala à direita 0° 1 1 1 1 1 1 1 1 30° 1 0.86 0.95 0.96 0.91 0.91 0.96 1 45° 1 0.78 0.93 0.95 0.87 0.85 0.96 1 60° 1 0.69 0.88 0.93 0.84 0.77 0.95 1 Uma vez determinados os valores dos 𝐹0 e de 𝐹𝑓 para todos os vãos envidraçados, efetua-se uma análise comparativa entre o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡 obtido e o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥. Na Tabela 32, foram calculadas as somas das áreas dos vãos envidraçados com condição fronteira exterior por orientação, de modo a verificar a condição da equação (1), observando-se que na orientação SO o rácio das áreas é superior a 30%, pelo que se utilizou a condição da equação (2) de modo a determinar o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥,𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑜 que passa a ser o novo requisito. De destacar que os envidraçados voltados a NE não apresentam a necessidade do cumprimento do requisito do fator solar, devido a estarem inseridos no quadrante norte e que o edifício não apresenta envidraçados na orientação NO, pelo que não foi necessário realizar a verificação nestas orientações. Tabela 32 - Cálculo das áreas de envidraçado das fachadas. Orientação 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄 [𝑚2] 𝑨𝒇𝒂𝒄 [𝑚2] 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄/ 𝑨𝒇𝒂𝒄 [%] 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒎á𝒙 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒎á𝒙,𝒄𝒐𝒓𝒓𝒊𝒈𝒊𝒅𝒐 SE 108.36 670.24 16.17 0.56 0.56 SO 311.15 699.52 44.48 0.56 0.37 Posto isto, na Tabela 80 do Anexo 10 são realizados todos os cálculo de modo a determinar o valor de 𝑔𝑡𝑜𝑡 , constatando-se que todos os vãos envidraçados encontram-se regulamentares no que respeita a este requisito. 44 3.3. DETERMINAÇÃO DOS CAUDAIS MÍNIMOS DE AR NOVO Os sistemas de ventilação desempenham um papel importante nos edifícios de comércio e serviços, sendo responsáveis por garantir a qualidade e o conforto do ar interior. Existem vários tipos de ventilação, sendo estes classificados como ventilação natural, ventilação mecânica e ventilação mista. Neste projeto, nos subcapítulos seguintes, será feita uma abordagem à determinação dos caudais mínimos de ar novo, à estratégia de ventilação adotada, bem como aos equipamentos utilizados. 3.3.1. DETERMINAÇÃO DOS CAUDAIS MÍNIMOS DE AR NOVO Os caudais mínimos de ar novo são determinados de acordo com a metodologia e requisitos descritos no subcapítulo 2.1.1.3. Uma vez determinado o caudal de ar novo mínimo, é necessário, no caso de um sistema de ventilação mecânica, corrigir o valor com a eficácia de remoção de poluentes (𝜀𝑣), segundo a equação (19), obtendo-se assim o caudal de ar mínimo em espaços dotados de ventilação mecânica (𝑄𝐴𝑁𝐹). Os valores de 𝜀𝑣 são obtidos através da consulta da Tabela 68 do Manual SCE, para as várias configurações da distribuição de ar na zona, sendo adotada uma eficiência de 0.8. 𝑄𝐴𝑁𝐹 =𝑄𝐴𝑁,𝑚í𝑛 𝜀𝑣 (19) Posto isto, na Tabela 81 e na Tabela 82 do Anexo 11 encontra-se a determinação dos caudais mínimos de ar novo para cada espaço de acordo com os requisitos aplicáveis (foi utilizado o método prescritivo). Depois de determinados os caudais realizou-se o somatório dos valores de insuflação e exaustão mínimos por piso e bloco, cujos totais são apresentados na Tabela 33. 51 Figura 22 - Parâmetros climáticos fornecidos ao HAP para o dimensionamento dos sistemas. Figura 23 - Parâmetros climáticos obtidos através da utilização da folhas de cálculo “SCE.CLIMA”. Os valores fornecidos ao software foram utilizados no dimensionamento dos equipamentos de climatização, ou seja, na obtenção das potências térmicas de aquecimento e de arrefecimento para cada espaço. Para a posterior simulação dinâmica do edifício e obtenção dos consumos associados ao mesmo, foi necessário carregar no software um ficheiro “ Energy Plus Weather Data File ” (EPW) com todas as informações meteorológicas necessárias. Esse ficheiro foi obtido novamente utilizando a folha de cálculo “SCE.CLIMA” carregando no campo destacado a vermelho, tal como representado na Figura 23 de modo a gerar o mesmo. 52 4.1.2. DEFINIÇÃO DOS HORÁRIOS DE FUNCIONAMENTO E DOS PERFIS DE OCUPAÇÃO Para a correta obtenção das potências térmicas e posteriormente dos consumos do edifício, é necessário estabelecerem-se perfis horários de ocupação, iluminação e de utilização de equipamentos elétricos. Deste modo foram determinados dois tipos de horários relativamente à ocupação: os horários previstos para o funcionamento diário do hotel e utilizados na simulação dos consumos e os horários para a obtenção das potências térmicas. Esta divisão ocorre devido ao facto de que as potências térmicas a determinar correspondem aos picos máximos necessários ao longo de uma simulação horária de um ano, tanto para arrefecimento como para aquecimento, pelo que é necessário ajustar os horários de modo determinar esses picos. a) PERFIS DE OCUPAÇÃO Posto isto, primeiramente para a obtenção das potências térmicas foi definido o horário de ocupação, apresentado da Figura 24 a), sendo considerada uma ocupação permanente de 24 horas. Este horário foi utilizado em todos os espaços com ocupação prevista (quartos, zonas de receção e salas de reuniões/administração) excetuando a sala de refeições, uma vez que este espaço apenas é utilizado para o serviço de pequenos almoços. Na Figura 24 b) encontra-se o horário de ocupação utilizado na sala de refeições. a) b) Figura 24 - Horários de ocupação para a obtenção das potências térmicas. a) Quartos, receções e salas de reuniões/administração. b) Sala de refeições. Relativamente aos horários de ocupação utilizados na obtenção dos consumos do edifício, foi necessário utilizar novamente a informação relativa à ocupação humana em cada espaço, utilizada anteriormente na determinação dos caudais mínimos de ar novo, de onde resulta a necessidade de utilização de horários de ocupação diferentes para cada um dos seguintes espaços: zona de entrada; quartos; sala de refeições; sala de eventos e salas de reuniões e de administração. No Anexo 15 estão presentes os horários determinados para cada um dos espaços mencionados sendo que os horários 53 determinados dizem respeito a uma taxa de ocupação do hotel de 100%. De notar que o horário relativo à sala de eventos apenas foi atribuído para as sextas-feiras sábados e domingos, assumindo que este espaço apenas se encontra em funcionamento nestes dias ao longo do ano. Também o perfil relativo à sala de reuniões e de administração apenas foi atribuído às segundas-feiras. b) HORÁRIOS DE ILUMINAÇÃO Para a definição dos horários de iluminação, novamente foram utilizados duas tipologias de horários, sendo que para a determinação das potências térmicas necessárias, foram utilizados horários iguais aos presentes na Figura 24. Para a determinação dos consumos energéticos, os horários utilizados encontram-se presentes no Anexo 16, em que estes encontram-se elaborados em concordância com os horários de ocupação previstos para cada espaço. c) HORÁRIOS DOS EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Os horários dos equipamentos elétricos seguem a mesma ideologia e estratégia pensada para os horários de ocupação e de iluminação, pelo que foram utilizados horários iguais aos presentes na Figura 24 para a obtenção das potências térmicas. Relativamente aos horários utilizados na determinação dos consumos energéticos do edifício, estes encontram-se descritos no Anexo 17 e também se encontram em concordância com os horários de ocupação estabelecidos para cada espaço. 4.1.3. DEFINIÇÃO DA ENVOLVENTE OPACA EXTERIOR Para a posterior caracterização de cada espaço, foi necessário definir no software os elementos da envolvente opaca exterior, sendo que o HAP permite apenas a inserção de paredes e coberturas neste campo. Posto isto foram lançadas as paredes e as coberturas presentes na Figura 25 a) e b) respetivamente, com as mesmas constituições que as indicadas no Anexo 4, onde se encontram as constituições dos elementos da envolvente opaca. 54 a) b) Figura 25 – Definição dos elementos da envolvente opaca exterior no HAP . a) Paredes exteriores. b) Coberturas exteriores. 4.1.4. DEFINIÇÃO DA ENVOLVENTE ENVIDRAÇADA O passo seguinte foi a definição e caracterização da envolvente envidraçada, sendo para o efeito necessário lançar no software os tipos de vão previamente definidos, cujas características encontram-se no Anexo 7. Posto isto, na definição de cada vão no software é necessário fornecer as suas dimensões (altura e largura), o seu coeficiente de transmissão térmica (𝑈𝑊 ou 𝑈𝑊𝐷𝑁) já afetado pelo tipo de proteção solar de cada vão e ainda o seu fator solar ( Overall Shade Coefficient ), tal como evidenciado na Figura 26. Figura 26 - Parâmetros fornecidos ao HAP para a caracterização do vão EV01. De realçar que o fator solar a fornecer ao HAP não é o determinado segundo a metodologia do subcapítulo 3.2.3, mas sim o resultante da utilização da equação (21), em que 𝐹𝑤,𝑣𝑖 é o fator de correção da seletividade angular de verão, obtendo-se os seus valores através da consulta da Tabela 36, que fornece o fator de seletividade angular em função da orientação e do tipo de vidro de cada vão. 55 𝑔𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎çã𝑜=0.6.𝑔𝑡𝑜𝑡 +0.40.(4 12.𝐹𝑤.𝑣.𝑔⊥,𝑣𝑖 +8 12.0.90.𝑔⊥,𝑣𝑖) (21) Tabela 36 - Fator de correção da seletividade angular dos envidraçados na estação de arrefecimento [11]. Orientação 𝑭𝒘,𝒗𝒊 N NE/NO S SE/SO E/O Vidro plano simples 0.85 0.90 0.80 0.90 0.90 Vidro plano duplo 0.80 0.85 0.75 0.85 0.85 Posto isto, no Anexo 18 encontram-se o cálculo dos valores de 𝑔𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎çã𝑜 para cada vão envidraçado utilizado neste projeto. O último parâmetro necessário para a caracterização e inserção da envolvente envidraçada no HAP , foi a definição dos sombreamentos horizontais e verticais, que foi realizada de uma maneira distinta da descrita no subcapítulo 3.2.3. Assim sendo, como representado na Figura 27, foi necessário definir para cada sombreamento informações relativas aos sombreamentos por elementos horizontais ( Overhang ) e aos sombreamentos por elementos verticais ( Left fin e Right Fin ), sendo que para a caracterização de cada um dos tipos de sombreamento, os inputs são os indicados na Figura 28 a) e b) para sombreamentos por elementos horizontais e sombreamentos por elementos verticais respetivamente. Figura 27 - Parâmetros fornecidos para a caracterização do sombreamento "Piso 1 trás esquerda." 56 a) b) Figura 28 - Esquemas ilustrativos dos inputs necessários para a caracterização dos sombreamentos a) por elementos horizontais b) por elementos verticais. Posto isto, com base no edifício, foram definidos um total de 14 sombreamentos, presentes na Figura 29. Figura 29 - Sombreamentos definidos no HAP. 4.1.5. CARACTERIZAÇÃO DOS VÁRIOS ESPAÇOS ÚTEIS Após a definição e estabelecimento dos parâmetros climáticos, dos horários de funcionamento e das envolventes exteriores opacas e envidraçadas, procedeu-se à próxima etapa, que consistiu na introdução de cada espaço útil no HAP . Posto isto, o primeiro campo a preencher neste processo é o campo General , em que se definiu o nome de cada espaço, a suas dimensões e o valor do caudal de ar novo ( AO Requirement 1) previamente determinado para cada espaço no subcapítulo 3.3.1. 57 Figura 30 - Caracterização dos espaços no HAP , separador General. De seguida, no separador Internals definiram-se as potências de iluminação de cada espaço (determinada anteriormente no subcapítulo 3.4) e dos equipamentos elétricos, bem como foi indicada a ocupação de cada espaço. Foram também aqui inseridos os horários de iluminação, equipamentos elétricos e de ocupação. Figura 31 - Caracterização dos espaços no HAP , separador Internals . De notar que para a densidade de potências de equipamentos elétricos de cada espaço, foram considerados os valores presentes no anexo xv do Decreto-Lei nº 79/2006, cujo resumo encontra-se na Tabela 37. Tabela 37 - Densidades de potências dos equipamentos elétricos adotadas para os vários espaços [20]. Espaço Densidade [𝑊/𝑚2] Quartos 9 Cozinhas 250 Outros espaços 9 58 De seguida, foi preenchido o campo relativo a “Walls,Windows,Doors”, onde em função da orientação definem-se as áreas de parede exterior de cada espaço, sendo também definidos, para cada espaço, os tipo de parede, vãos envidraçados e sombreamentos lançados anteriormente, tal como se verifica na Figura 32 a), sendo que na Figura 32 b) definem-se as coberturas exteriores. a) b) Figura 32 - Caracterização dos espaços no HAP a) separador " Walls, Windows, Doors " b) separador “ Roofs, Skyligths”. Posto isto, de seguida preencheu-se o campo Infiltration, em que se definem as infiltrações de cada espaço em função dos valores da Tabela 38, dependendo do número de fachadas expostas e da classe de permeabilidade ao ar das caixilharias. No presente trabalho a classe de permeabilidade ao ar das caixilharias consideradas é de 4. Tabela 38 - Valores de infiltração de ar [11]. Tipos de permeabilidade e exposição do espaço Infiltração de ar [ℎ−1] Espaços com uma fachada exposta e com caixilharia com classe de permeabilidade ao ar de 0 e 1 0.20 Espaços com uma fachada exposta e com caixilharia com classe de permeabilidade ao ar de 2 ou superior 0.10 Espaços com duas ou mais fachadas expostas e com caixilharia com classe de permeabilidade ao ar de 0 a 1 0.30 Espaços com duas ou mais fachadas expostas e com caixilharia com classe de permeabilidade ao ar de 2 ou superior 0.20 Espaços interiores 0.05 Por fim, são preenchidos os campos Floor e Partitions , para o de caso de condições de fronteira interiores (paredes, pavimentos e coberturas), bem como elementos em contacto com o solo ou em contacto com o edifício adjacente. De notar que, tal como observável na Figura 33, verifica-se que são necessárias as temperaturas dos ENU´s. Estas temperaturas foram determinadas recorrendo à equação (9), em que em função do 𝑏𝑧𝑡𝑢 determinado anteriormente para cada ENU, e com o valor das 59 temperaturas exteriores máximas e mínimas, retiram-se as temperaturas máximas e mínimas dos ENUS’s. a) b) Figura 33 - Caracterização dos espaços no HAP a) separador Floors b) separador Partitions . Este processo repetiu-se para todos os espaços úteis, tendo-se assim o edifício completamente caracterizado e lançado no software . 4.1.6. DEFINIÇÃO DOS SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO Com todos os espaços lançados no HAP , a etapa seguinte consistiu na definição dos sistemas de ventilação e climatização, em que na fase de determinação das potências térmicas, os sistemas foram agrupados por pisos, resultando um total de 10 sistemas. Para a definição de cada sistema de climatização, primeiramente foi definido que estes seriam do tipo VRF. De seguida os únicos parâmetros alterados foram a ventilation reclaim , onde foram introduzidas as percentagens de recuperação presentes nas fichas técnicas das máquinas de ventilação (Anexo 13), bem como o tipo de permutador de calor. De seguida definiram-se os set-points das temperaturas interiores na situações de arrefecimento e aquecimento, que devem estar entre o intervalo dos 20 a 25 °C, sendo adotadas as temperaturas de 25 e 20 °C respetivamente. Foi ainda considerado um fator de segurança de 20 % para as simulações a serem efetuadas. Os restantes parâmetros foram deixados como default , uma vez que apresentam pouca influência nos resultados finais e também devido à falta de informações. Posto isto, foi realizada a simulação, estando os resultados obtidos presentes no Anexo 19. De uma forma geral observa-se que por espaço a densidade de potência térmica necessária de arrefecimento é superior à de aquecimento. 60 4.2. ESCOLHA DOS EQUIPAMENTOS DE CLIMATIZAÇÃO Uma vez realizada a simulação dinâmica do edifício para a obtenção das potências térmicas, o passo seguinte foi a escolha dos equipamentos de climatização, de modo a obter a classe energética do edifício e analisar o impacto e a influência das várias soluções de preparação de AQS na mesma. Posto isto, numa primeira fase foi necessário agrupar os vários espaços passíveis de funcionarem com a mesma máquina exterior. Na Tabela 39 encontra-se a junção efetuada, em que o objetivo foi minimizar a necessidade de máquinas exteriores de maior potência. Foram apenas considerados os valores das potências de arrefecimento para a seleção. Tabela 39 - Agrupamento dos vários Espaços/Zonas/Pisos para a seleção das máquinas exteriores de climatização. Espaços/Zonas/Pisos Sistema Potência térmica de arrefecimento total [kW] Sala de refeições 1 14.90 Sala de eventos 2 21.60 Hall de entrada + Sala de Reuniões/Administração 3 15.20 Piso Galerias Bloco Grande 4 3.80 Piso Galerias Bloco Pequeno 5 26.10 Piso 1 Bloco Pequeno Piso 1 Bloco Grande 6 23.40 Piso 2 Piso 3 7 21.70 Piso 4 Piso 5 8 23.10 Piso 6 Piso 7 9 12.00 Assim sendo, uma vez agrupados os espaços, a tarefa seguinte foi proceder à seleção das máquinas interiores e exteriores com base na potência térmica de arrefecimento, recorrendo ao Catálogo Geral da Daikin de 2022. Na Tabela 87 e na Tabela 88 do Anexo 20 encontra-se presente a seleção efetuada, bem como a indicação das eficiências sazonais dos equipamentos (𝑆𝐶𝑂𝑃 e 𝑆𝐸𝐸𝑅) que serão necessárias para a determinação dos consumos do edifício. 4.3. DETERMINAÇÃO DOS CONSUMOS ENERGÉTICOS DO EDIFÍCIO 4.3.1. EDIFÍCIO PREVISTO De maneira a determinar os consumos energéticos do edifício, foi necessário refazer e ajustar alguns parâmetros no ficheiro de simulação do HAP , com vista a simular o edifício previsto, tendo em conta as indicações e requerimentos presentes na Tabela 101 do Manual SCE. 67 Figura 36 - Distribuição dos consumos energéticos obtidos no HAP para o edifício de referência. Relativamente aos 20 % de climatização (74 058 kWh), 50% dizem respeito a energia consumida no arrefecimento do edifício e os restantes 50% dizem respeito a energia consumida para aquecimento do edifício, tal como evidenciado no gráfico da Figura 37. Figura 37 - Repartição dos consumos de climatização do edifício de referência em arrefecimento e aquecimento ambiente. 20% 11% 21% 48% Climatização Ventilação Iluminação Outros equipamentos elétricos 50% 50% Arrefecimento Aquecimento 68 5. DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE GERAÇÃO DE AQS A correta conceção e dimensionamento de um sistema destinado à produção e armazenamento de AQS, implica uma definição adequada das necessidades previsíveis a satisfazer, tendo por objetivo uma resposta adequada aos consumos previsíveis nas condições mais frequentes de utilização, com a minimização dos consumos energéticos [21]. Assim sendo, neste capítulo, primeiramente foram analisadas as limitações e constrangimentos técnicos que condicionam a escolha e a instalação dos sistemas. De seguida foram definidos os perfis horários diários de consumo de AQS, baseados no consumo total diário determinado através da Portaria n°138-I/2021, de modo a calcular-se a potência térmica necessária para os equipamentos, bem como numa fase posterior, a determinação dos consumos energéticos anuais. Foi também realizado um estudo com vista a aferir qual a melhor tecnologia de aproveitamento solar, de forma a rentabilizar a área de cobertura disponível. De seguida, foram elaboradas duas soluções, sendo detalhada a constituição e princípio de funcionamento de cada uma, sendo também determinados os consumos energéticos anuais associados a cada solução. Por fim, as duas soluções foram comparadas a nível económico, ambiental e de impacto na classe energética do edifício. 5.1. LIMITAÇÕES E CONSTRANGIMENTOS TÉCNICOS Para o dimensionamento e a seleção das tecnologias e sistemas a considerar neste projeto foi necessário numa primeira fase, perceber quais os constrangimentos e impedimentos relativos à implementação de sistemas de produção de AQS. Posto isto, uma das primeiras imposições foi a pouca área disponível para a implementação de painéis solares térmicos, solução que tal como evidenciado no subcapítulo 2.3.3 permite um aproveitamento da energia solar incidente para a produção das AQS. Numa primeira fase estes poderiam ser colocados no pátio exterior indicado na Figura 38, contudo foi definido que esta zona estaria destinada à instalação das máquinas exteriores dos sistemas de climatização e acresce também o facto de ser uma zona que devido aos vários edifícios envolventes e ao próprio edifício, apresenta sombreamentos consideráveis e que são nefastos ao funcionamento de painéis solares térmicos [21]. 69 Figura 38 - Pátio exterior onde serão colocadas as unidades exteriores das máquinas de climatização, sendo: 1.05, 1.06 e 1.09 uma circulação de acesso ao piso 2 (Bloco Pequeno) desde o piso 0; 1.07 a zona técnica prevista para a instalação dos equipamentos de preparação e armazenamento das AQS e 1.13 um pátio exterior. Posto isto a única zona disponível para a implementação de coletores solares térmicos foi a cobertura do piso 7, visível na Figura 39 a vermelho, porém para as necessidades e consumos de AQS previstos, a área disponível é bastante reduzida e leva à obtenção de frações solares reduzidas. Mais à frente, no subcapítulo 5.4 foi efetuado um estudo de aproveitamento e viabilidade de utilização desta área para a implementação de sistemas de aproveitamento de energia solar. Figura 39 – Planta do edifício com destaque da cobertura do piso 7 (Zona A). Outro constrangimento encontrado foi o espaço para colocação e instalação dos depósitos de acumulação de AQS. O espaço previsto para o efeito é a Zona técnica 1.07, visível na Figura 38, e que se revela capaz de albergar apenas 2 depósitos de acumulação, devido ao diâmetro dos mesmos. Apesar de ser a única localização disponível, tem a desvantagem de implicar a necessidade de bombear a água 70 desde este ponto (piso 1) até aos quartos do piso 7 (local mais distante), o que se traduz na necessidade de um sistema de bombagem adicional e respetivos custos associados ao funcionamento do mesmo (aproximadamente 30 metros de diferença de cota). 5.2. DEFINIÇÃO DOS PERFIS DE CONSUMO A adequada conceção e correto dimensionamento de um sistema destinado à produção e distribuição de AQS requerem uma cuidadosa definição das necessidades estimadas dos utilizadores a serem atendidas. Essas necessidades dependem da temperatura da água distribuída e do volume de água quente disponibilizado. O objetivo do dimensionamento é assegurar uma resposta adequada aos consumos estimados, especialmente nas condições mais comuns e espectáveis de utilização. Assim sendo, primeiramente, foi necessário através da Tabela 11 estimar os consumos diários de AQS deste hotel. Para tal foi considerado um total de 81 camas (equivalente aos 81 quartos do hotel), sendo que trata-se de um hotel de 4 estrelas que não inclui lavandaria correspondendo por isso a um consumo de 118 litros por cama por dia a 60 °C. Multiplicando os 118 litros pelas 81 camas, o consumo diário total do hotel determinado foi de 9558 litros. Uma vez determinado o valor total diário, tornou-se imperativo proceder à determinação do perfil horário ao longo do dia, visando a identificação de possíveis picos que exerçam influência sobre a potência requerida pela fonte térmica. Nesse sentido, procedeu-se à consulta da obra intitulada “Manual dos Sistemas Prediais de Distribuição e Drenagem de Águas”, na qual se encontram delineados perfis de consumo relativos aos vários dias da semana em estabelecimentos hoteleiros. Assim sendo, na Figura 40 encontra-se o perfil diário de consumo de AQS correspondente às segundas e terças-feiras, na Figura 41 figura o perfil das quartas e quintas-feiras, e, por fim, na Figura 42 evidencia-se o perfil relativo aos dias do fim de semana (isto é, de sexta-feira a domingo). Importa destacar que cada um destes perfis diários culmina num total de 9558 de AQS consumidos, em consonância com o valor previamente estabelecido. 71 Figura 40 - Perfil de consumo de AQS horário em hotéis para segunda e terça-feira [22]. Figura 41 - Perfil de consumo de AQS horário em hotéis para quarta e quinta-feira [22]. Figura 42 - Perfil de consumo de AQS horário em hotéis de sexta-feira a domingo [22]. 0 500 1000 1500 2000 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Cosnumo [L] Horas Segunda e Terça-feira 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Cosnumo [L] Horas Quarta e Quinta-feira 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Cosnumo [L] Horas Sexta-feira a Domingo 72 5.3. DETERMINAÇÃO DAS POTÊNCIAS TÉRMICAS DOS EQUIPAMENTOS GERADORES DE AQS No que concerne aos equipamentos geradores de AQS, a opção recaiu sobre sistemas de acumulação ao invés de sistemas de produção instantânea, uma vez que devido ao elevado número de quartos e aliado o facto de o fator de simultaneidade da rede de águas para banhos ser de 0.25 (ou seja, dos 81 quartos estima-se que apenas 20 apresentem consumos de AQS de forma simultânea) leva a que os diâmetros de tubagem e consequentemente a potência térmica necessária para a produção instantânea sejam demasiado elevados. Posto isto, os sistemas de produção de AQS considerados (não contabilizando para já a contribuição de energia solar ou outro sistema de apoio) são bomba de calor e caldeira a gás natural. Deste modo, para a obtenção da potência térmica, foi preciso realizar uma adaptação dos perfis de consumo determinados anteriormente. Esta adaptação consistiu na retribuição dos consumos de menor magnitude, observados nas horas de menor utilização, para os períodos com consumos mais expressivos. Assim, delinearam-se dois intervalos distintos para o consumo de AQS: das 7 às 12 horas e das 19 às 23 horas. Entre estes intervalos configuram-se os períodos de restabelecimento da água consumida, abrangendo um intervalo de 8 e 7 horas respetivamente. Posto isto, na Figura 43, encontrase o novo perfil de consumo para as segundas e terças-feiras, na Figura 44 está presente o novo perfil para as quartas e quintas feiras, e, por fim, na Figura 45 está o consumo aos fins de semana. Figura 43 - Novo perfil de consumo de AQS para segunda e terça-feira. 0 4620 0 4938 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 às 7 7 às 12 12 às 19 19 às 23 Conusmo [L] Horas Segunda e Terça-feira 73 Figura 44 - Novo perfil de consumo de AQS para a quarta e quinta-feira. Figura 45 - Novo perfil de consumo de AQS de sexta-feira a domingo. Depois de efetuado o ajuste necessário aos perfis de consumos diários, o passo seguinte foi a determinação da potência térmica. Para o efeito utilizou-se a equação (22), em que 𝐶 é a potência térmica do sistema gerador de AQS [kW], 𝜌 é a massa volúmica da água (1 𝑘𝑔/𝑑𝑚3) 𝑊 é o consumo em um determinado período de tempo [L], 𝑐𝑝 é o calor específico da água (4.186 kJ/kg.k), 𝑇𝑠𝑒𝑡 é a temperatura de acumulação no depósito (consideraram-se 60°C), 𝑇𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 é a temperatura da água de entrada no depósito, que neste caso considerou-se a temperatura média da água da rede (15°C), 𝑡𝑟 é o tempo de recuperação/restabelecimento do volume consumido [h] e 𝜂𝑡𝑎𝑛𝑘 é o rendimento do depósito de acumulação (considerou-se 90%) [23]. 𝐶 =𝜌.𝑊.𝑐𝑝.(𝑇𝑠𝑒𝑡 −𝑇𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡) 𝑡𝑟.𝜂𝑡𝑎𝑛𝑘.3600 (22) 0 4819 0 4739 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 às 7 7 às 12 12 às 19 19 às 23 Conusmo [L] Horas Quarta e Quinta-feira 0 3863 0 5695 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 às 7 7 às 12 12 às 19 19 às 23 Conusmo [L] Horas Sexta a Domingo 74 Na Tabela 46, estão presentes os valores das potências térmicas obtidas para os vários consumos de pico determinados anteriormente e respetivos períodos de recuperação associados. Verifica-se assim que a potência térmica crítica regista-se no período entre as 12 e as 18 horas aos fins de semana (de sexta-feira a domingo), pelo que o valor mínimo a adotar para os equipamentos geradores de AQS foi de 49.40 kW. Tabela 46 - Determinação da potência térmica crítica do sistema de AQS. Perfil Pico de consumo [L] Tempo de recuperação [h] Potência térmica [kW] Segunda a terça-feira 4620 8 35.07 4938 7 42.84 Quarta a quinta-feira 4819 8 36.58 4739 7 41.11 Sexta-feira a domingo 3863 8 29.32 5695 7 49.40 De destacar ainda que o como o novo pico de consumos de AQS é de 5695 L, a acumulação utilizada foi de 6000 L. 5.4. APROVEITAMENTO DA ÁREA DE COBERTURA DISPONÍVEL Tal como referido em 5.1, no presente ponto é apresentado o estudo de rentabilização e aproveitamento da área de cobertura disponível para a implementação de sistemas de aproveitamento de energia solar para a produção de AQS. Posto isto, a comparação efetuada recaiu sobre dois tipos de sistemas: painéis solares térmicos e painéis solares híbridos. 5.4.1. PAINÉIS SOLARES TÉRMICOS Com vista à implementação de uma solução com painéis solares térmicos, o primeiro passo consistiu na escolha de um painel, pelo que para o presente estudo foram considerados painéis solares térmicos da marca BAXI , mais concretamente o modelo Sol 250, cuja ficha técnica encontra-se no Anexo 23. Na Tabela 47 encontram-se as principais características deste produto, que funcionará num sistema de circulação forçada. 75 Tabela 47 - Principais características do painel solar térmico Sol 250 da BAXI. Posição de instalação Vertical Superfície Total [𝑚2] 2.5 Superfície de abertura [𝑚2] 2.37 Painéis por bateria Até 10 Comprimento [𝑚] 2.19 Largura[𝑚] 1.14 De seguida procedeu-se à determinação do número máximo de painéis passível de serem instalados Considerando um total de 5 painéis por bateria (conjunto de painéis solares térmicos ligados em série), conclui-se que é possível instalarem-se um total de 4 baterias, perfazendo 20 painéis instalados, tal como ilustrado na Figura 46. Figura 46 - Local de instalação das 4 baterias de painéis solares térmicos na cobertura do piso 7. O passo seguinte consistiu na determinação da contribuição destes 20 painéis solares térmicos nos consumos anuais de AQS, sendo utilizado para este efeito o software SCE.ER, programa a utilizar para este tipo de cálculos [11]. No software , a primeira etapa consistiu na definição do local onde o edifício está localizado, sendo definido no município do Porto a uma altitude de 62 metros. Seguidamente procedeu-se à definição dos consumos anuais de AQS, em que apenas é possível especificar de forma horária os consumos de segunda a sexta-feira e aos fins de semana (sábados e domingos), pelo que foi adotado o perfil de quarta e quinta feira da Figura 41 para os dias da semana e o perfil de sexta-feira a domingo da Figura 42 para os fins de semana. Foi também definida uma temperatura da água de consumo de 60 °C. De seguida, foi necessário lançar no programa o painel solar térmico BAXI Sol 250, sendo para o efeito necessário 76 preencher os campos da Figura 47, retirando as informações necessárias do certificado solar Keymark , presente no Anexo 23. Figura 47 - Campos a preencher na definição de um painel solar térmico no SCE.ER. De seguida, foi necessário proceder-se à definição do depósito de acumulação, sendo que neste campo foram lançados na folha de cálculo os vários modelos disponíveis da BAXI de 2000, 3000, 4000 e 5000 L. Tendo em conta que o volume total de acumulação é de 6000 L, foram realizadas várias simulações preliminares de modo a determinar qual o melhor volume de acumulação do depósito ligado ao sistema solar (foram utilizados dois depósitos em série), sendo os resultados obtidos presentes no gráfico da Figura 48. Constata-se assim que o volume de acumulação mais indicado para o depósito solar é de 2000 L, sendo assim selecionado o depósito AS 2000-1E da BAXI, cuja ficha técnica encontrase na Figura 90 do Anexo 24. De notar ainda que a tendência dos resultados obtidos mantêm-se com diferentes parâmetros de simulação. 83 caso do painéis solares híbridos, contudo a 𝑇𝐼𝑅 é superior na utilização de painéis solares térmicos (22 % contra 18 %). Assim, no caso da utilização de uma bomba de calor, a melhor solução para a rentabilização da cobertura são os painéis solares híbridos, uma vez que permitem um tempo de retorno de investimento mais curto e apresentam uma 𝑇𝐼𝑅 maior, enquanto que no caso da utilização de uma caldeira a gás natural, a melhor solução são os painéis solares térmicos pois apresentam um menor tempo de retorno e uma maior 𝑇𝐼𝑅. 5.5. SOLUÇÃO 1: BOMBA DE CALOR E PAINÉIS SOLARES HÍBRIDOS Uma das soluções para a produção e preparação das AQS a serem analisadas para implementação no hotel foi a articulação de uma bomba de calor, painéis solares híbridos e dois depósitos de acumulação: um de 2000 L e de um de 4000 L. Posto isto, a primeira tarefa a ser realizada foi a seleção de uma bomba de calor capaz de satisfazer os 49.40 kW anteriormente determinados no subcapítulo 5.3. Assim sendo, foi adotado o sistema de bomba de calor Daikin Altherma R Flex Type HT AQS, que consiste num sistema split em cascata, composto por unidades interiores e unidades exteriores de produção de AQS. A unidade exterior recebe energia do ambiente exterior, e transfere-a para a unidade interior através de um circuito fechado a R-410, sendo que de seguida a unidade interior através de um circuito a R-134a recebe essa energia, realiza uma nova compressão e transfere-a para água, levando ao seu aquecimento. Para a unidade exterior, foi selecionado o modelo EMRQ-16AB, sendo para as unidades interiores selecionado o modelo EKHBRD014ADV17 ( 4 unidades ), modelos visíveis na Figura 56 a) e b) respetivamente. De acordo com a Tabela 51, esta combinação permite obter uma potência térmica de cerca de 58.2 kW para uma temperatura ambiente de 7 °C e uma temperatura de saída da água de 65 °C, contudo para temperaturas ambientes mais baixas a potência térmica diminui, porém, na região onde se encontra o hotel (Porto), o valor da média das temperaturas mínimas registadas mais baixo é de 6 ° C, enquanto que o valor médio de temperatura mensal mais baixo é de 9 °C [26], o que faz com que a potência térmica disponibilizada pela bomba de calor seja suficiente para garantir as necessidades de AQS. 84 a) b) Figura 56 -Sistema Daikin Altherma R Flex Type HT AQS : a) Unidade exterior EMRQ-16AB b) Unidade interior EKHBRD014ADV17 Tabela 51 - Tabela de capacidades de aquecimento do sistema Daikin Altherma R Flex Type HT AQS , em função da temperatura ambiente [27] Temperatura ambiente [°C] Temperatura de saída da água [°C] 65 𝑯𝑪 [kW] 𝑷𝑰 [kW] -15 32.20 16.60 -7 38.00 19.70 -3 42.50 22.10 1 47.00 23.90 3 49.10 24.70 7 58.20 24.50 11 58.20 23.10 15 58.20 21.50 Posto isto, para o volume de acumulação foi, como descrito anteriormente no subcapítulo 5.2, selecionado o depósito AS 2000-1E da BAXI , com um volume útil de cerca de 1952 litros, contudo, para as necessidades de AQS equacionadas, é necessário um volume de acumulação de 6000 L, tal como indicado no subcapítulo 5.3, pelo que foi selecionado o depósito AS 4000-1E da BAXI , com um volume útil de 3916 L, de forma que os dois depósitos estejam ligados em série perfazendo um total de 5868 L de acumulação. Para a definição do painéis solares híbridos, foram utilizados os pressupostos descritos no subcapítulo 5.4.2. Assim sendo, na Figura 57, encontra-se o esquema de princípio de funcionamento desta solução, em que o depósito 1 (AS 2000-1E) é aquecido pelos painéis solares híbridos, funcionando como um préaquecimento para água, que de seguida transita para o depósito 2 (AS 4000 – 1E), onde a água é 85 aquecida até ao set point de 60 °C. Em períodos noturnos, ou quando não existe energia solar para ser realizado o pré-aquecimento, a água aquecida que se encontra no depósito 2, é bombeada para o primeiro depósito fazendo assim um circuito, levando a que o sistema responsável pelo aquecimento dos 2 depósitos seja a bomba de calor. Figura 57 - Esquema de princípio de funcionamento da solução 1: bomba de calor (Unidade exterior e as unidades interiores associadas )+depósitos de acumulação + painéis solares híbridos. Por fim, de modo a bombear a água desde o seu local de produção e acumulação até aos pontos de consumo mais distantes, nomeadamente, as instalações sanitárias do piso 7, é necessário a utilização de uma bomba de forma a impulsionar a água, devido á elevada distância entre estes dois pontos (aproximadamente 30 metros). Assim sendo, foi utilizada a base da dados de Grundfos de modo a selecionar uma bomba capaz de fornecer água até à elevação indicada, com um caudal de 0.24 𝑚3/ℎ, cerca de 0.06 𝑚3/ℎ por cada bateria (foi aqui considerado o caso de utilização de painéis solares, sendo utlizadas 4 baterias, sendo o valor de caudal o mesmo para ambos os painéis). Foi assim selecionado o modelo CR 1S-9 A-A-A-E-HQQE, que corresponde a uma bomba centrífuga vertical, cujas principais características encontram-se na Tabela 52 e a ficha técnica no Anexo 28. 86 Tabela 52 - Principais características da bomba CR 1S-9 A-A-A-E-HQQE da Grundfos [28]. Orientação da bomba Vertical Altura manométrica máxima [m] 53.2 Temperatura ambiente máxima [°C] 60 Pressão máxima de funcionamento [bar] 16 Líquido Bombeado água+propileno glicol Potência motor [kW] 0.37 Na Tabela 91 do Anexo 29 encontra-se uma lista de todos os componentes que compõem esta solução, bem como o respetivo custo associado. De modo a estimar os consumos energéticos associados a esta solução, procedeu-se á simulação dinâmica da mesma no HAP . Posto isto, no HAP , foi necessário numa primeira fase definir a bomba de calor utilizada, sendo fornecidos ao software como dados de entrada o valor do set point da temperatura de saída da água da bomba de calor (65 °C), a potência térmica máxima disponível (58.2 kW) bem como a temperatura exterior à qual esta potência é válida (7 °C), foi também definido o “ Full load power ” como 0.421 sendo este valor o inverso do COP declarado da bomba de calor, os restantes valores foram deixados por defeito, tal como se verifica na Figura 58. Figura 58 - Janela "Design Inputs" do HAP utilizada para a definição da bomba de calor. O passo seguinte consistiu na criação de uma “ plant ”, que representa o sistema gerador de AQS, que por limitações do software , não é possível articular com os painéis solares híbridos, pelo que apenas se introduziu a bomba de calor. De maneira a definir a “ plant ”, foi necessário fornecer ao sistema a temperatura nos pontos de consumo (40 °C), bem como a temperatura da água da rede (15 °C). Foi definido ainda o volume de acumulação total (5868 Litros). O modo de lançar no programa os consumos definidos anteriormente 87 no subcapítulo 5.2, foi passar o consumo de água a 60 °C para consumo a 40 °C, que é a temperatura da água nos pontos de consumo. Posto isto, através da equação (23), o total diário passa de 9558 litros de água a 60 °C para 16638. Litros a 40 °C. 𝑇40 °𝐶 =𝑉𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜.(60−𝑇𝑟𝑒𝑑𝑒) (40−𝑇𝑟𝑒𝑑𝑒) (23) A equação (23) foi utilizada para os valores de consumo dos perfis estipulados no subcapítulo 5.2, sendo de seguida determinado o valor consumido a cada hora em percentagem, obtendo-se os perfis das Figura 59 a) b) e c) para os perfis de Segundas e terças-feiras, Quartas e quintas-feiras e Sextas feiras a Domingo respetivamente. a) b) c) Figura 59 – Perfis de consumo de AQS a 40 °C para: a) Segundas e terças-feiras; b) Quartas e quintas-feiras; c) Sextasfeiras a Domingos. Deste modo, fornecendo ao software o volume de água consumido por dia na forma de caudal (4.6 l/s), o programa com base nos perfis inseridos e com o caudal simula os consumos horários 88 pretendidos. Na Figura 60 encontra-se todos estes parâmetros preenchidos, sendo que os que não forem abordados foram deixados por defeito. Figura 60 - Janela " service hot water " do HAP utilizada para a definição do sistema gerador de AQS com bomba de calor.. Posto isto o passo seguinte foi efetuar a simulação, sendo obtidos um consumo total de 65 136 𝑘𝑊ℎ de energia elétrica, para a produção de 170534 kWh de energia útil. Contudo, de forma a articular a contribuição da energia solar, foi determinado mês a mês qual o COP da bomba de calor com base na energia produzida e na energia consumida, sendo de seguida subtraída a energia solar produzida nesse mês à energia útil produzida pela bomba, de modo a que de seguida se afete com o COP mensal a nova energia útil, usando a equação (8), obtendo-se assim o consumo da bomba de calor em articulação com os painéis solares híbridos, obtendo-se um consumo de 54434.52 kWh anuais. 5.6. SOLUÇÃO 2: CALDEIRA A GÁS NATURAL E PAINÉIS SOLARES TÉRMICOS A outra solução ponderada consiste na integração de uma caldeira alimentada a gás natural juntamente com coletores solares térmicos, com o propósito da produção de AQS. O procedimento inicial envolveu a escolha de uma caldeira capaz de satisfazer os 49.40 kW de potência térmica necessários, tendo a escolha recaído sobre modelo EcoTherm Plus WGB 50 da, uma caldeira mural de condensação, presente na Figura 61, cujas principais características encontram-se listadas na Tabela 53. No Anexo 31 encontra-se a ficha técnica deste equipamento. 89 Figura 61 - ECOTHERM PLUS WGB 50 da BAXI [15]. Tabela 53 - Principais características do modelo ECOTHERM PLUS WGB 50 da BAXI [15]. Potência útil 80/60 °C* [kW] 48.5 Potência útil 50/30 °C* [kW] 51.9 Rendimento útil carga 30% *96.8 Rendimento útil carga 100% *89.6 *Os rendimentos apresentados são com base no poder calorífico superior do combustível Relativamente aos depósitos de acumulação, foram utilizados os mesmos modelos da solução 1, sendo que o sistema de funcionamento em série é também ele considerado igual. No que concerne ao sistema de painéis solares térmicos, foi utilizado o sistema descrito anteriormente no subcapítulo 5.4.1 com um total de 20 painéis divididos em 4 baterias. A lista final de componentes bem como o seu custo encontram-se presentes na Tabela 92 do Anexo 30. De notar que a bomba considerada para transportar a água quente até aos pontos de consumo mais distantes é a mesma que a considerada na solução 1. Na Figura 62, é visível o esquema de princípio desta solução, bastante semelhante ao da solução 1, alterando apenas a tipologia de painéis solares e a fonte térmica geradora de AQS que passa a ser uma caldeira de condensação a gás natural. 90 Figura 62 - Esquema de princípio de funcionamento da solução 2: Caldeira a gás natural + Depósitos de acumulação + painéis solares térmicos De maneira a estimar os consumos anuais de caldeira de condensação a gás natural utilizada, foi subtraído ao total de energia útil obtido nas simulações no SCE.ER a contribuição solar, obtendo-se um total de 141 865.06 kWh de energia útil. De seguida, afetou-se este valor pelo rendimento da caldeira utilizada (89.6 %) obtendo-se um total de 158 331.54 kWh consumidos. 5.7. COMPARAÇÃO DE SOLUÇÕES Com o intuito de perceber a influência e impacto de cada solução em termos monetários, a nível ambiental e no que concerne à certificação energética do hotel, neste subcapítulo é efetuada uma análise económica de modo a aferir qual a solução mais vantajosa do ponto de vista económico, uma análise ambiental simples relativamente às emissões de 𝐶𝑂2 poupadas por ano com cada solução, não tendo em conta emissões referentes a etapas relacionadas com o fabrico ou fim de vida de cada produto, e por fim é analisada a variação da classe energética do edifício para cada solução idealizada. 91 5.7.1. ANÁLISE ECONÓMICA De modo a aferir qual a melhor solução do ponto de vista económico, foi elaborado o gráfico da Figura 63, em que é feita uma análise ao longo de 25 anos do balanço de custos (custo inicial de cada solução e custos energéticos operacionais anuais) e de proveitos energéticos (contribuição da energia solar). De notar que ambas as soluções apresentam um custo inicial (cerca de 98 371.63 € para a solução 1 e 42 944.4 € para a solução 2) e que os custos operacionais são superiores às contribuições de energia renovável por parte dos sistemas de energia solar, o que leva ao declive negativo de ambas as curvas. Figura 63 - Evolução do investimento de cada solução ao longo dos 25 anos de vida do projeto. Pela análise do gráfico da Figura 63, constata-se que apesar de a solução 1 ter um investimento inicial mais elevado, ao fim de 4 anos leva a um menor investimento comparativamente à solução 2, o que se deve principalmente ao facto de os custos operacionais da solução 1 serem menores que os da solução 2 (9335.62 € anuais para a solução 1 e 22603.95 € anuais para a solução 2). No gráfico da Figura 64, evidencia-se a poupança da solução 1 comparativamente à solução 2, ao longo dos 25 anos de vida do projeto. -500 000 € -400 000 € -300 000 € -200 000 € -100 000 € 0 € 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Investimento [€] Anos Análise Económica Solução 1 Solução 2 92 Figura 64 - Poupança monetária da solução 1 comparativamente à solução 2 ao longo de 25 anos. 5.7.2. ANÁLISE AMBIENTAL Com vista a determinar qual a melhor solução em termos ambientais, foram estimadas para cada solução, as emissões de 𝐶𝑂2 anuais emitidas e posteriormente comparadas as soluções num período de 25 anos. Deste modo, o primeiro passo foi utilizar os fatores de conversão de energia final em energia primária presentes na Tabela 57. De seguida, foram utilizados os fatores de conversão de energia primária para emissões de 𝐶𝑂2 presentes na Tabela 54, sendo que os valores de emissões de 𝐶𝑂2 determinados para cada solução encontram-se na Tabela 55. Tabela 54 - Fatores de conversão de energia primária para emissões de 𝐶𝑂2 [11]. Tipo de energia Fator de conversão [𝑘𝑔𝐶𝑂2/𝑘𝑊ℎ𝐸𝑃] Eletricidade 0.144 Gasóleo 0.267 Gás natural 0.202 GPL canalizado (propano) 0.170 GPL garrafas Renovável 0 Energia proveniente da rede urbana de frio e calor da Climaespaço, Parque das Nações, Lisboa 0.006 -100 000 € -50 000 € 0 € 50 000 € 100 000 € 150 000 € 200 000 € 250 000 € 300 000 € 350 000 € 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Poupnaça [€] Anos Poupança da solução 1 vs solução 2 99 Figura 67 - Fachada sudeste onde serão implementados os painéis fotovoltaicos numa posição verão vertical. O passo seguinte consistiu na seleção dos painéis fotovoltaicos a serem utilizados, tendo a escolha recaído sobre o módulo solar monocristalino 365 da BAXI , cujas principais características encontram-se descritas na Tabela 63, sendo que a ficha técnica está presente no Anexo 33. Tabela 63 - Principais características do módulo solar monocristalino 365 da BAXI [15]. Potência nominal [Wp] 365 Altura [m] 1.76 Largura [m] 1.04 De notar que para cada instalação é necessário instalarem-se inversores de corrente, sendo selecionado a Solar PV Box , disponível em várias potências (1.5 kW, 2.5 kW, 3 kW, 5 kW,8 kW, 10 kW), sendo que os vários modelos têm diferentes número de entradas máximo (filas de painéis conectadas). De modo a determinar a quantidade e a disposição de painéis a instalar, com base nas dimensões individuais de cada um e com base nas informações fornecidas pelo fabricante foram idealizadas duas possibilidades: 13 filas de 9 painéis (117 painéis instalados) e 10 filas de 9 painéis (90 painéis instalados). Na Tabela 94 do Anexo 34 encontram-se os produtos, quantidades e custos de cada possibilidade. A tarefa seguinte passou por, tal como efetuado para a componente fotovoltaica dos painéis solares híbridos, lançar no SCE.ER o módulo solar monocristalino 365 da BAXI , preenchendo os campos da Figura 51. Posto isto, na definição do perfil horário da potência elétrica em utilização no hotel, foram utilizados novamente os perfis de potência elétrica obtidos pela simulação dinâmica do edifício previsto, sendo 100 desta feita adicionados os valores de potência da bomba de calor, no caso da solução 1, solução considerada para este estudo. De seguida procedeu-se á definição de um sistema solar fotovoltaico no SCE.ER, em que foi considerada uma orientação de -24 ° em azimute (orientação da fachada) e uma inclinação de 90 ° (posição vertical), sendo de seguida definidas as duas possibilidades de quantidade e disposição dos painéis fotovoltaicos, deixando-se os restantes parâmetros por defeito, de acordo com a Figura 53. Após simulação no SCE.ER das duas possibilidades, constata-se que a possibilidade 1 (117 painéis) apresenta uma produção e consumos anuais de 41 813 kWh, enquanto que a possibilidade 2 apresenta uma produção e consumo iguais a 32 164 kWh. De notar que em ambos os casos não se verifica injeção na rede, uma vez que a produção é bastante inferior às necessidades de energia elétrica do hotel. Com base nos custos iniciais de cada possibilidade (89 034 € para a possibilidade 1 e 64 359 € para a possibilidade 2), na produção de energia elétrica anual e no decaimento de produtividade do painéis, (cai dos 98 % para os 84.8 % ao fim de 25 anos [15]), foi elaborado o gráfico comparativo da Figura 68, em que se compara, novamente num período de vida útil de 25 anos, os proveitos financeiros de ambas as possibilidades, chegando-se á conclusão que ao fim de 25 anos a possibilidade 1 apresenta um valor monetário maior comparativamente à possibilidade 2, apesar de um maior investimento, sendo por isso adotada a possibilidade 1 (117 painéis fotovoltaicos instalados). Figura 68 - Comparação das possibilidades de instalação de um sistema de painéis fotovoltaicos. O tempo de retorno desta medida de melhoria é de 12.3 anos, pelo que a TIR correspondente é de 5 %. Na Figura 69 encontra-se um esquema representativo desta instalação. -100 000 € -80 000 € -60 000 € -40 000 € -20 000 € 0 € 20 000 € 40 000 € 60 000 € 80 000 € 100 000 € 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Valor monetário [€] Anos Comparação das possibilidades Possibilidade 1 Possibilidade 2 101 Figura 69 - Local de instalação dos painéis fotovoltaicos na fachada sudeste do edifício. 5.8.2. ANÁLISE AMBIENTAL De modo análogo à analise ambiental efetuada ás soluções propostas para os sistemas de produção de AQS no subcapítulo 5.7.2 , foi também feita uma estimativa das emissões de 𝐶𝑂2 poupadas ao longo de 25 anos com a utilização desta medida de melhoria, presente no gráfico da Figura 70. De destacar que as emissões poupadas decrescem ano a ano devido ao decaimento da produtividade dos painéis, sendo poupados um total de 364 𝑡𝑜𝑛𝐶𝑂2 ao longo dos 25 anos de vida útil. Figura 70 - Emissões de CO2 poupadas ao longo de 25 anos com a utilização dos painéis fotovoltaicos. 0 3 6 9 12 15 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Emissões de CO2 [tonCO2] Anos Emissões de CO2 poupadas Emissões 102 5.8.3. IMPACTO NA CLASSE ENERGÉTICA De maneira a estimar o impacto desta medida de melhoria na classe energética do hotel, foi analisada a sua influência em ambas as soluções propostas para o sistema gerador das AQS. Continuando o raciocínio e o cálculo efetuado no subcapítulo 5.7.3, a contribuição dos painéis fotovoltaicos (41 813 kWh/ano) insere-se no 𝐼𝐸𝐸𝑝𝑟,𝑟𝑒𝑛, sendo que foi novamente utlizada a equação (25), obtendo-se um 𝐼𝐸𝐸𝑝𝑟,𝑟𝑒𝑛 igual a 90.12 [𝑘𝑊ℎ𝐸𝑃/(𝑚2.𝑎𝑛𝑜)] para a solução 1 e 83.06 [𝑘𝑊ℎ𝐸𝑃/(𝑚2.𝑎𝑛𝑜)] para a solução 2, o que se traduz numa classe energética 𝐵 (𝑅𝐼𝐸𝐸= 0.75) para a solução 1 e 𝐵−- para a solução 2 (𝑅𝐼𝐸𝐸 = 0.78). 103 6. CONCLUSÕES Com a realização desta dissertação, foi possível retirar várias conclusões sobre os vários temas abordados, nomeadamente no que diz respeito á utilização do software de simulação dinâmica utilizado, o HAP , e o ao projeto do sistema de preparação das AQS. Assim sendo, a etapa inicial deste projeto, que consistiu na caracterização do edifício em estudo, revelou-se uma etapa preponderante neste trabalho, já que a correta definição das soluções construtivas, dos sistemas de iluminação, dos caudais de ar novo e dos parâmetros climáticos permitiu posteriormente determinar as cargas térmicas de aquecimento e arrefecimento para cada espaço climatizado, levando à escolha dos equipamentos de climatização. Contudo neste projeto, devido à falta de informação no que concerne à constituição de alguns elementos da envolvente opaca e dos sistemas de iluminação fixa, foi necessário seguirem-se as simplificações indicadas no Manual SCE (majoração em 35 % dos coeficientes de transmissão térmica e sistemas de iluminação fixa de referência ), o que afetou os resultados finais obtidos. Posto isto, o passo seguinte consistiu na determinação dos consumos energéticos dos sistemas técnicos do edifício previsto e de referência (não contabilizando os sistemas de preparação de AQS) através da utilização do HAP , sendo para o edifício previsto obtido um total de 374 985 kWh anuais, em que constata-se que 47 % dos consumos são relativos a outros equipamentos elétricos, o que revela a importância na definição destes parâmetros em futuros trabalhos. As parcelas seguintes dizem respeito aos consumos associados à ventilação (24%), à iluminação dos espaços (17 %) e por fim a climatização (12%). Dentro dos 12 % de climatização, 98 % dizem respeito ao arrefecimento ambiente e 2 % ao aquecimento. Esta diferença significativa de valores deve-se ao facto de a simulação ser efetuada para um ocupação do hotel de 100% ao longo do ano, o que leva a elevados ganhos térmicos internos, devido à ocupação humana, iluminação e utilização de equipamentos elétricos, que se tornam suficientes para satisfazer as necessidades de aquecimento do hotel ao longo do ano, sendo necessário em trabalhos futuros explorar as funcionalidades do HAP ou outro software de simulação dinâmica de modo a simular para outras taxas de ocupação. Outro fator preponderante foi não considerar uma a possibilidade de freecooling no HAP , o que levaria a menores consumos associados ao arrefecimento ambiente. Relativamente ao edifício de referência obteve-se um total de 371 415 kWh, em que 48% dizem respeito a outros equipamentos elétricos, cerca de 21 % dizem respeito a consumos associados a iluminação, 20 % aos sistemas de climatização e 11% são consumos de ventilação, sendo que dentro dos 20 % associados à climatização, 50% dizem respeito a arrefecimento e os restantes 50 % a aquecimento. 104 No que diz respeito à definição do sistema de geração de AQS, primeiramente foram analisados as limitações e constrangimentos técnicos para a instalação de um sistema de preparação das AQS, concluindo-se que o único espaço disponível para o alojamento dos depósitos de acumulação e das máquinas de produção era a Zona técnica 1.07 e que a única área de cobertura disponível para a utilização de sistemas de aproveitamento da energia solar era a cobertura exterior do piso 7. Posto isto foi efetuado um estudo sobre o aproveitamento e rentabilização da área de cobertura disponível, sendo analisadas quais as melhores combinações entre uma bomba de calor e uma caldeira a gás natural quanto ao equipamento gerador, e entre painéis solares térmicos e painéis solares híbridos quanto ao sistemas de aproveitamento da energia solar. Com o auxílio da folha de cálculo SCE.ER determinou-se que, no que concerne à bomba de calor, o melhor sistema solar são os painéis solares híbridos, uma vez que apresentam um tempo de retorno mais reduzido (8.9 anos para 10.2 anos) comparativamente aos painéis solares térmicos, ao fim de 7 anos já trazem maiores poupanças e a TIR é também superior (10 % para 9%). Relativamente à caldeira a gás natural, a melhor combinação é com painéis solares térmicos, visto apresentarem um tempo de retorno inferior (4.5 para 5.4 anos) e um TIR superior (22 % para 18 %) comparativamente aos painéis solares híbridos. Seguidamente, foram comparadas as duas soluções: bomba de calor e painéis solares híbridos (Solução 1) e caldeira a gás natural e painéis solares térmicos (Solução 2), sendo que do ponto de vista económico a Solução 1 ao fim de 4 anos leva um a menor investimento comparativamente à Solução 2. Do ponto de vista ambiental, numa análise efetuada a 25 anos, a solução 1 leva a uma poupança de 4025.63 𝑡𝑜𝑛𝐶𝑂2, comparativamente à Solução 1, sendo que logo no primeiro ano de utilização leva a uma poupança de 12.4 𝑡𝑜𝑛𝐶𝑂2. Relativamente à classe energética do hotel, com a implementação de ambas as soluções, a classe energética foi para ambas 𝐵−. Tendo em conta os três parâmetros de comparação, constata-se que a solução a ser implementada deve ser a Solução 1. Por fim, foi apresentada uma medida de melhoria com vista a melhorar a classe energética do edifício, sendo para o efeito considerada a instalação de 117 painéis fotovoltaicos na fachada sudeste do hotel, que produzem um total de 41 813 𝑘𝑊ℎ./𝑎𝑛𝑜. Esta medida de melhoria apresenta um tempo de retorno de 12.3 anos e uma TIR igual a 5%, sendo que permite poupar, ao fim de 25 anos 364 𝑡𝑜𝑛𝐶𝑂2.Com a implementação desta medida de melhoria, e considerando as diferentes soluções de AQS, constata-se que a solução 1 passa para uma classe energética 𝐵, ao passo que a solução 2 mantém-se em 𝐵−. Em suma, o trabalho efetuado permitiu a identificação e definição de duas possíveis soluções para o sistema gerador de AQS deste hotel, uma vez que ambas cumprem os requisitos estabelecidos. 105 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] «Eficiência energética nos edifícios -». Acedido: 26 de Setembro de 2023. [Em linha]. 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Referência Descrição Piso Área total [m2] Pé-direito [m] EU/ENU -1.01 Estacionamento -1 432.64 3.27 ENU -1.02 Zona técnica 1 -1 7.97 3.27 ENU -1.03 Zona técnica 2 -1 29.97 3.27 ENU -1.04 Zona técnica 3 -1 15.36 3.27 ENU -1.05 Zona técnica 4 -1 17.50 3.27 ENU -1.06 Sala de máquinas 1 -1 3.34 3.27 ENU -1.07 Sala de máquinas 2 -1 4.00 3.27 ENU -1.08 Arrumos -1 21.18 3.27 ENU -1.09 Sala segurança -1 15.54 3.27 ENU -1.10 Elevador -1 2.89 3.27 EU -1.11 Antecâmara (Elevadores) -1 6.15 3.27 ENU -1.13 Cozinha do restaurante -1 47.25 2.52 EU -1.14 Corredor de Circulação -1 6.47 2.52 EU -1.15 Balneários Masculinos -1 10.84 2.52 EU -1.16 Balneários Femininos -1 19.66 2.52 EU -1.17 Antecâmera dos Balneários -1 6.77 2.52 EU -1.18 Apoio à cozinha -1 23.91 2.52 EU -1.19 Sala de refeições -1 231.96 2.52 EU -1.20 Escadas (Circulação) -1 13.06 2.52 EU -1.21 Elevadores -1 4.31 2.52 EU -1.22 Zona técnica -1 9.30 2.52 ENU 0.01 Atrium de entrada 0 227.65 2.80 EU 0.02 Recepção 0 11.49 2.80 EU 0.03 Bar 0 11.03 2.80 EU 0.04 Apoio à receção 0 9.17 2.80 EU 0.05 Bagagens 0 10.32 2.80 EU 0.06 Antecâmara I.S 0 10.32 2.80 EU 0.07 I.S Mobilidade Reduzida M 0 3.37 2.80 EU 108 0.08 I.S Mobilidade Reduzida F 0 3.37 2.80 EU 0.09 I.S. M 0 2.92 2.80 EU 0.10 I.S. F 0 1.92 2.80 EU 0.11 Atrium Elevadores 0 5.75 2.80 EU 0.12 Elevadores 0 4.27 2.80 EU 0.13 Escadas (Circulação) 0 12.67 2.80 EU 0.14 Zona Técnica 0 8.59 2.80 ENU 0.15 Escadas (Circulação) 0 28.72 2.80 EU 0.16 Sala de Reuniões 0 19.13 2.80 EU 0.17 Sala de Administração 0 30.94 2.80 EU 0.18 Corredor de Circulação 0 94.07 3.57 EU 0.19 I.S mista 0 6.47 3.57 EU 0.20 Elevador 0 2.89 3.57 EU 0.21 Sala de eventos 0 141.96 3.57 EU G.01 Corredor Circulação G 180.73 2.35 EU G.02 Elevadores G 4.27 2.35 EU G.03 Câmara corta-Fogo G 4.84 2.35 EU G.04 Escadas G 12.25 2.35 EU G.05 Arrumos G 10.59 2.35 EU G.06 Zona técnica G 15.62 2.35 ENU G.07 Escadas (Circulação) G 13.52 2.35 EU G.08 Zona técnica G 33.23 2.35 ENU G.09 Elevador G 2.89 2.35 EU G.10 Escadas G 18.07 3.12 ENU Q.01 Quarto G 20.81 3.12 EU I.S 01 I.S G 4.65 3.12 EU Q.02 Quarto G 19.49 3.12 EU I.S 02 I.S G 4.68 3.12 EU Q.03 Quarto G 19.46 3.12 EU I.S 0.3 I.S G 4.60 3.12 EU Q.04 Quarto G 19.39 3.12 EU I,S 0.4 I.S G 4.60 3.12 EU Q.05 Quarto G 19.59 3.12 EU I.S 05 I.S G 4.57 3.12 EU Q.06 Quarto G 19.00 3.12 EU 115 Anexo 2. DELIMITAÇÃO DAS ENVOLVENTES a) b) c) d) 116 e) f) g) h) i) Figura 71 – Delimitação das envolventes, paredes exteriores e interiores: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1; e) Piso 2; f) Pisos 3 a 6; g) Piso 7; h) corte B-B’; i) corte A-A’. 117 a) b) c) d) Figura 72 -Delimitação das envolventes, Pavimentos: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1. 118 a) b) c) d) e) Figura 73 - Delimitação das envolventes, Coberturas: a) Piso -1; b) Piso 0; c) Piso Galerias; d) Piso 1; e) Piso 7. 119 Anexo 3. COEFICIENTES DE TRANSMISSÃO TÉRMICA POR DEFEITO Tabela 65 - Coeficientes de transmissão térmica por defeito para paredes [11]. Descrição da solução Espessura [𝑐𝑚] U [𝑊/(𝑚2.°𝐶)] Massa volúmica [𝑘𝑔/𝑚3] Paredes simples de cantaria e de alvenaria aparelhada 20 3.70 2600 40 2.90 60 2.40 80 2.10 100 1.80 Parede simples rebocada anterior a 1960 (inclui-se alvenaria ordinária composta de tijolo, maciço ou perfurado, de tabique e de taipa ou adobe) 10 3.80 1000(1) 1700(2) 30 2.40 60 1.80 90 1.40 120 1.20 Parede simples ou dupla rebocada posterior a 1960 11 a 17 2.20 1000(3) 750(4) 18 a 22 1.70 23 a 29 1.30 30 1.10 35 0.96 (1) – Solução em tijolo furado; (2) – Solução em tijolo maciço, tabique, taipa ou adobe; (3) – Parede simples; (4) – Parede dupla Tabela 66 - Coeficientes de transmissão térmica por defeito para pavimentos e coberturas [11]. Descrição da solução U [𝑊/(𝑚2.°𝐶)] Massa volúmica [𝑘𝑔/𝑚3] Pavimentos (fluxo descendente) Pavimento leve 2.20 1700 Pavimento pesado 3.10 2000 Coberturas (fluxo ascendente) Cobertura leve inclinada 3.80 850 Cobertura leve horizontal 4.50 1000 Cobertura pesada inclinada 3.40 2000 Cobertura pesada horizontal 2.60 2000 (1) – Pavimento de madeira do tipo barrotes e soalho; (2) –;Betão ou laje aligeirada (3) – Cobertura de madeira; (4) – Cobertura de madeira ou gesso cartonado. 120 Anexo 4. ENVOLVENTE OPACA EXTERIOR Tabela 67 – Constituição da Pext1. Pext1 – Parede exterior existente Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.130 Placa de gesso cartonado 0.012 0.259 0.048 Lã de rocha 0.050 0.049 1.250 Parede simples ou dupla posterior a 1960 0.350 0.872 Resistência térmica superficial exterior 0.040 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.43 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.58 Tabela 68 -Constituição da Pext2. Pext2 – Parede exterior do piso 7 Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.130 Reboco de argamassas tradicionais 0.020 1.300 0.015 Tijolo térmico 0.190 0.900 Poliestireno expandido extrudido (XPS) 0.060 0.040 1.500 Resistência térmica superficial exterior 0.040 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.39 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.52 121 Tabela 69 - Constituição da Cobext1. Cobext1 – Cobertura exterior do piso 7 Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.100 Placa de gesso cartonado 0.015 0.250 0.060 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Caixa de ar 0.300 0-160 Betão armado de inertes correntes 0.200 2.000 1-100 Resistência térmica superficial exterior 0.040 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.34 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.46 Tabela 70 - Constituição da Cobext2 e cobext3. Cobext2 e cobext3 – Cobertura exterior do piso 1 e galerias respetivamente Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.100 Placa de gesso cartonado 0.015 0.250 0.060 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Caixa de ar 0.300 0.160 Cobertura pesada horizontal 0.400 0.245 Resistência térmica superficial exterior 0.040 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.32 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.43 Tabela 71 - Constituição do Pavext1. Pavext1 – Pavimento exterior piso galerias Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.130 Pavimento flutuante em madeira leve 0.0100 0.150 0.067 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Pavimento pesado 0.300 0.113 Resistência térmica superficial exterior 0.040 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.35 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.47 122 Anexo 5. ENVOLVENTE OPACA INTERIOR Tabela 72 - Constituição da Pint1. Pint1 – Parede interior em contacto com os estacionamentos Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.130 Placa de gesso cartonado 0.012 0.250 0.048 Lã de rocha 0.050 0.040 1.250 Parede simples ou dupla rebocada posterior a 1960 0.230 0.600 Resistência térmica superficial exterior= interior 0.130 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.46 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.62 Tabela 73 - Constituição da Cobint1. Cobint1 – Cobertura interior do piso 7 Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.100 Placa de gesso cartonado 0.015 0.250 0.060 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Resistência térmica superficial exterior= interior 0.100 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.36 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.49 123 Tabela 74 - Constituição da Cobint2. Cobint2 – Cobertura interior do piso 1 Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.100 Placa de gesso cartonado 0.015 0.250 0.060 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Caixa de ar 0.300 0.160 Cobertura pesada horizontal 0.400 0.245 Resistência térmica superficial exterior= interior 0.100 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.32 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.43 Tabela 75 - Constituição do Pavint1. Pavint1 – Pavimento interior sob os estacionamentos Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Resistência térmica superficial interior 0.170 Pavimento flutuante em madeira leve 0.010 0.150 0.067 Lã de rocha 0.100 0.040 2.500 Pavimento pesado 0.300 0.113 Resistência térmica superficial exterior= interior 0.170 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.33 Majoração de 35% devido às PTP U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.45 124 Anexo 6. ENVOLVENTE OPACA EM CONTACTO COM O SOLO Para a determinação do coeficiente de transmissão térmica dos elementos em contacto com o solo, foi necessário utilizar a metodologia descrita no Manual SCE [11]. Posto isto, na Tabela 76 encontrase a constituição do pavimento em contacto com o solo (Pav1), e na Tabela 77 a constituição da parede em contacto com o solo (P1) não sendo contabilizado os valores das resistências superficiais. Tabela 76 - Constituição do Pav1. Pav1 – Pavimento em contacto com o solo Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Revestimento em granito 0.013 2.800 0.005 Impermeabilização com pasta cimentosa 0.028 2.000 0.014 Tela anti-gás radão e de impermeabilização 0.004 0.230 0.017 Poliestireno expandido moldado (EPS) 0.020 0.040 0.500 Betão armado de inertes correntes 0.280 2.300 0.122 Tela impermeabilizante 0.020 0.500 0.040 Resistência térmica total U𝑹𝒇 [(𝑚2.°𝐶)/𝑊] 0.698 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 1.52 Tabela 77 - Constituição da P1. P1 – Parede em contacto com o solo Constituição Espessura [𝑚] Condutividade térmica [𝑤/𝑚.°𝐶] Resistência térmica [𝑚2.°𝐶/𝑤] Azulejo cerâmico 0.015 1.300 0.012 Impermeabilização com pasta cimentosa 0.025 2.000 0.013 Tijolo cerâmico furado 0.150 0.390 Tela anti-gás radão e de impermeabilização 0.004 0.230 0.017 Poliestireno expandido moldado (EPS) 0.080 0.040 2.000 Caixa de ar 0.050 0.000 Betão aramado de inertes correntes 0.400 2.300 0.174 Resistência térmica total U𝑹𝒇 [(𝑚2.°𝐶)/𝑊] 2.61 Coeficiente de transmissão térmica U [𝑤/(𝑚2.°𝐶)] 0.38