Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI
Abstract
Atualmente existe uma grande pressão pela procura de soluções sustentáveis e eficientes para a utilização dos recursos energéticos nos edifícios, dada a sua grande representação nos consumos energéticos e emissões de gases com efeito de estufa, sendo a preparação de águas quentes sanitárias responsável por uma parte significativa dos consumos energéticos dos edifícios. Com este trabalho pretende avaliar-se soluções para a geração de águas quentes sanitárias num lar de idosos, de modo a otimizar a contribuição das energias renováveis como o solar térmico e fotovoltaico, tendo em conta o impacto financeiro, ambiental e também o impacto na classe energética das soluções encontradas. Para tal, começou por se realizar a caracterização do edifício, identificando a zona climática em que este se insere e analisando as suas envolventes e os seus sistemas técnicos, tanto a nível de ventilação como de iluminação fixa. Desta forma foi possível realizar a simulação dinâmica multizona do edifício, permitindo a obtenção das cargas térmicas e das necessidades de climatização para todo o edifício, tendo resultado uma potência total necessária para aquecimento de 83 kW e de 192 kW para arrefecimento, assim como necessidades de aquecimento de 29 MWh/ano e de arrefecimento de 237 MWh/ano. Procedeu-se à definição da solução de geração de AQS, começando por se identificar o perfil de consumo de água quente do edifício, o que permitiu o dimensionamento de um sistema solar térmico, apoiado por uma caldeira a gás natural. Resultou assim um sistema com 45 painéis, correspondendo a uma área de coleção de 113 m2 , com um depósito de acumulação de 3500 L, e uma caldeira a gás natural com potência útil de 45 kW. Esta solução apenas permitiu atingir uma classe energética B-, não regulamentar, e resultou em emissões equivalentes de CO2 de 86 618 kg/ano. Substituindo a caldeira a gás natural por uma bomba de calor aerotérmica, obteve-se uma redução de 2 782 kg/ano nas emissões, mantendo-se, no entanto, a classe energética não regulamentar B-. Introduzindo-se ainda um sistema solar fotovoltaico, tendo em conta o perfil de potência elétrica do edifício, conseguiu atingir-se uma classe energética B, já regulamentar, e uma redução das emissões para 73 650 kg/ano de CO2, apresentando esta solução um período de retorno simples de 8,92 anos. Por fim, avaliou-se também uma solução capaz de atingir a classe energética A, tendo-se convergido numa solução com um sistema solar fotovoltaico de maior dimensão, apresentando uma redução das emissões para 49 039 kg/ano e um período de retorno simples de 8,98 anos.
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Outubro de 2023 Gonçalo Miguel Andrade Fernandes Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI
Outubro de 2023 Gonçalo Miguel Andrade Fernandes Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia Mecânica Área de especialização em Tecnologias Energéticas e Ambientais Trabalho efetuado sob a orientação do(a): 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 A realização deste trabalho não teria sido possível sem a contribuição de algumas pessoas, às quais quero deixar um especial agradecimento: À Tykhe Engenharia, pela disponibilidade e pelo conhecimento transmitido durante o estágio curricular. Ao meu orientador, o professor Pedro Lobarinhas pela sua ajuda com a realização deste projeto. Aos meus pais e à minha irmã, por todo o apoio e encorajamento não só na realização desta dissertação, mas em todo o meu percurso académico. Aos meus amigos, em particular aos do secundário e aos do Gabinete 3.4, pelos esclarecimentos, saídas e paciência. À Maria João pelo apoio e motivação.
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.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI iv RESUMO Atualmente existe uma grande pressão pela procura de soluções sustentáveis e eficientes para a utilização dos recursos energéticos nos edifícios, dada a sua grande representação nos consumos energéticos e emissões de gases com efeito de estufa, sendo a preparação de águas quentes sanitárias responsável por uma parte significativa dos consumos energéticos dos edifícios. Com este trabalho pretende avaliar-se soluções para a geração de águas quentes sanitárias num lar de idosos, de modo a otimizar a contribuição das energias renováveis como o solar térmico e fotovoltaico, tendo em conta o impacto financeiro, ambiental e também o impacto na classe energética das soluções encontradas. Para tal, começou por se realizar a caracterização do edifício, identificando a zona climática em que este se insere e analisando as suas envolventes e os seus sistemas técnicos, tanto a nível de ventilação como de iluminação fixa. Desta forma foi possível realizar a simulação dinâmica multizona do edifício, permitindo a obtenção das cargas térmicas e das necessidades de climatização para todo o edifício, tendo resultado uma potência total necessária para aquecimento de 83 kW e de 192 kW para arrefecimento, assim como necessidades de aquecimento de 29 MWh/ano e de arrefecimento de 237 MWh/ano. Procedeu-se à definição da solução de geração de AQS, começando por se identificar o perfil de consumo de água quente do edifício, o que permitiu o dimensionamento de um sistema solar térmico, apoiado por uma caldeira a gás natural. Resultou assim um sistema com 45 painéis, correspondendo a uma área de coleção de 113 m2, com um depósito de acumulação de 3500 L, e uma caldeira a gás natural com potência útil de 45 kW. Esta solução apenas permitiu atingir uma classe energética B-, não regulamentar, e resultou em emissões equivalentes de CO2 de 86 618 kg/ano. Substituindo a caldeira a gás natural por uma bomba de calor aerotérmica, obteve-se uma redução de 2 782 kg/ano nas emissões, mantendo-se, no entanto, a classe energética não regulamentar B-. Introduzindo-se ainda um sistema solar fotovoltaico, tendo em conta o perfil de potência elétrica do edifício, conseguiu atingir-se uma classe energética B, já regulamentar, e uma redução das emissões para 73 650 kg/ano de CO2, apresentando esta solução um período de retorno simples de 8,92 anos. Por fim, avaliou-se também uma solução capaz de atingir a classe energética A, tendo-se convergido numa solução com um sistema solar fotovoltaico de maior dimensão, apresentando uma redução das emissões para 49 039 kg/ano e um período de retorno simples de 8,98 anos. PALAVRAS-CHAVE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA, ENERGIA SOLAR TÉRMICA; ÁGUA QUENTE SANITÁRIA; ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Evaluation of renewable energy solutions in a nursing home v ABSTRACT Currently, there is significant pressure to seek sustainable and efficient solutions for the use of energy resources in buildings, given their substantial representation in energy consumption and greenhouse gas emissions. The preparation of hot water accounts for a significant portion of a building's energy consumption. This study aims to evaluate solutions for sanitary hot water generation in an elderly care home in order to optimize the contribution of renewable energies such as solar thermal and photovoltaic, taking into account the financial, environmental, and energy efficiency impacts of the identified solutions. To achieve this, the first step involved characterizing the building by identifying the climatic zone in which it is located and analysing its envelope and technical systems, including ventilation and fixed lighting. This approach enabled the dynamic multi-zone simulation of the building, resulting in the determination of thermal loads and climatization needs for the entire building. The analysis revealed a total heating power requirement of 83 kW and a cooling requirement of 192 kW, with heating needs of 29 MWh/year and cooling needs of 237 MWh/year. Followed the definition of the sanitary hot water generation solution, starting with the identification of the building's hot water consumption profile. This information allowed for the sizing of a solar thermal system supported by a natural gas boiler. The resulting system comprised 45 panels with a collection area of 113 m2, a 3,500 L storage tank, and a natural gas boiler with a power output of 45 kW. This solution achieved an energy class of B-, which is non-compliant with regulations, and resulted in equivalent CO2 emissions of 86,618 kg/year. Replacing the natural gas boiler with an heat pump led to a reduction of 2,782 kg/year in emissions while maintaining the non-compliant Benergy class. Additionally, the introduction of a photovoltaic solar system, considering the building's electrical power profile, allowed the attainment of a compliant B energy class and a reduction in emissions to 73,650 kg/year of CO2. This solution had a payback time of 8.92 years. Finally, an evaluation was conducted for a solution capable of achieving an A energy class. This led to a solution with a larger photovoltaic solar system, resulting in emissions reduction to 49,039 kg/year and a payback time of 8.98 years. KEYWORDS ENERGY EFFICIENCY; SOLAR THERMAL ENERGY; SANITARY HOT WATER; SOLAR PHOTOVOLTAIC ENERGY
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI vi ÍNDICE Agradecimentos ................................................................................................................................... ii Resumo.............................................................................................................................................. iv Abstract............................................................................................................................................... v Índice ................................................................................................................................................. vi Índice de Figuras ................................................................................................................................ xi Índice de Tabelas .............................................................................................................................. xv Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos .......................................................................................... xix Lista de Símbolos .............................................................................................................................. xxi 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1. Objetivos do projeto ............................................................................................................. 1 1.2. Apresentação da Empresa ................................................................................................... 2 1.3. Estrutura da Dissertação ..................................................................................................... 2 2. Revisão bibliográfica e estado da arte .......................................................................................... 4 2.1. Sistema de Certificação Energética ...................................................................................... 4 2.2. Requisitos do RECS ............................................................................................................. 5 2.2.1. Envolvente Opaca ........................................................................................................ 5 2.2.2. Envolvente Envidraçada ............................................................................................... 6 2.2.3. Equipamentos de Ventilação ........................................................................................ 8 2.2.3.1. Determinação do Caudal Mínimo de Ar Novo pelo Critério de Ocupação ........ 8 2.2.3.2. Determinação do Caudal Mínimo de Ar Novo pelo Critério Edifício ................. 9 2.2.3.3. Espaços com Caudal Mínimo de Extração ................................................... 10 2.2.4. Sistemas de Preparação de AQS ................................................................................ 10 2.2.5. Sistemas de Iluminação Fixa ...................................................................................... 11 2.2.5.1. Iluminância ................................................................................................ 11 2.2.5.2. Densidade de Potência ............................................................................... 12
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI vii 2.2.6. Indicadores de Eficiência Energética .......................................................................... 12 2.3. Programas de Simulação Dinâmica ................................................................................... 13 2.4. Programa SCE.ER ............................................................................................................. 15 2.4.1. Sistema Solar Térmico para AQS ............................................................................... 15 2.4.2. Sistema Solar Fotovoltaico ......................................................................................... 16 2.5. Sistemas de Preparação de AQS........................................................................................ 17 2.5.1. Sistema a Caldeira .................................................................................................... 18 2.5.2. Sistema a Bomba de Calor ........................................................................................ 18 2.5.3. Sistema Solar Térmico ............................................................................................... 20 2.5.3.1. Painéis de Líquido sem Proteção ................................................................ 21 2.5.3.2. Painéis de Líquido com Proteção ................................................................ 21 2.5.3.3. Painéis de Tubos de Vácuo ......................................................................... 22 3. Caso de Estudo ......................................................................................................................... 24 3.1. Descrição do Edifício ......................................................................................................... 24 3.2. Zoneamento Climático ....................................................................................................... 25 3.3. Enquadramento Regulamentar .......................................................................................... 27 3.4. Delimitação da Envolvente ................................................................................................. 29 3.5. Envolvente Opaca .............................................................................................................. 33 3.5.1. Soluções Construtivas da Envolvente .......................................................................... 34 3.5.1.1. Envolvente Exterior ..................................................................................... 34 3.5.1.2. Envolvente Interior ..................................................................................... 35 3.5.1.3. Envolvente em Contacto com o Solo ........................................................... 36 3.6. Envolvente Envidraçada ..................................................................................................... 37 3.6.1. Coeficiente de Transmissão Térmica dos Vãos Envidraçados ...................................... 38 3.6.2. Fator Solar ................................................................................................................ 42 3.7. Ventilação ......................................................................................................................... 48 3.7.1. Caudais de Ar Novo e de Extração ............................................................................. 48 3.7.2. Caudais de Projeto .................................................................................................... 49
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xiv Figura 68 - Delimitação dos pavimentos do piso 0. .......................................................................... 110 Figura 69 - Delimitação das coberturas do piso 0. ........................................................................... 110 Figura 70 - Delimitação de envolvente vertical do piso 1. ................................................................. 110 Figura 71 - Delimitação dos pavimentos do piso 1. .......................................................................... 111 Figura 72 - Delimitação das coberturas do piso 1. ........................................................................... 111 Figura 73 - Delimitação de envolvente vertical do piso 2. ................................................................. 112 Figura 74 - Delimitação dos pavimentos do piso 2. .......................................................................... 112 Figura 75 - Delimitação das coberturas do piso 2. ........................................................................... 113 Figura 76 - Ficha técnica da caixilharia selecionada para os vãos envidraçados. .............................. 119 Figura 77 - Ficha técnica do vidro selecionado para os vãos envidraçados. ...................................... 120 Figura 78 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Quartos”. .......................................................... 196 Figura 79 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Serviços”. ......................................................... 196 Figura 80 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Refeições”. ....................................................... 197 Figura 81 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Pessoal”. .......................................................... 197 Figura 82 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Permanente”. ................................................... 198 Figura 83 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Geral”............................................................... 198 Figura 84 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Espaços Comuns”. ........................................... 199 Figura 85 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Atividades”. ...................................................... 199 Figura 86 – Perfis de utilização do tipo de espaço “Áreas Técnicas”. ............................................... 200 Figura 87 – Fatores do correção do consumo médio horário de AQS. .............................................. 214 Figura 88 – Fatores do correção do consumo médio mensal de AQS............................................... 214 Figura 89 – Certificado Solar Keymark dos coletores solares “Baxi SOL 250”. ................................. 216 Figura 90 – Certificado Solar Keymark dos coletores solares “Viessmann Vitosol 200-FM SV2F”. .... 218 Figura 91 – Ficha técnica dos depósitos Baxi AS ............................................................................. 220 Figura 92 – Ficha técnica das caldeiras Baxi Power HT Plus. .......................................................... 224 Figura 93 – Ficha técnica do equipamento de climatização selecionado para a UE1. ....................... 225 Figura 94 – Ficha técnica do equipamento de climatização selecionado para a UE2. ....................... 225 Figura 95 – Ficha técnica do equipamento de climatização selecionado para a UE3. ....................... 226 Figura 96 – Ficha técnica do equipamento de climatização selecionado para a UE4. ....................... 226 Figura 97 – Especificações técnicas da bomba de calor Daikin selecionada. .................................... 227 Figura 98 – Ficha técnica do painel fotovoltaico selecionado. .......................................................... 229
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xv ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 – Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de comércio e serviços, 𝑈𝑚á𝑥 [W/(m2.ºC)]. [6] .............................................................. 6 Tabela 2 – Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos dos elementos da envolvente envidraçada, 𝑈𝑊,𝑚á𝑥 [W/(m2.ºC)]. [6] ............................................................................................ 6 Tabela 3 – Fatores solares máximos admissíveis de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares, 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥. [6] ................................................................................. 8 Tabela 4 – Caudais mínimos de extração de ar a assegurar para locais e instalações específicas [m3/h]. [6] .................................................................................................................................................... 10 Tabela 5 – Requisitos dos edifícios de comércio e serviços novos. [7] ............................................... 13 Tabela 6 – Intervalos de valor de 𝑅𝐼𝐸𝐸 para edifícios de comércio e serviços. [8] ............................ 13 Tabela 7 – Caracterização dos espaços do edifício. ........................................................................... 28 Tabela 8 – Condições de fronteira da envolvente de um edifício. [8] .................................................. 29 Tabela 9 - Coeficientes de redução de perdas, 𝑏𝑧𝑡𝑢. [8] ................................................................... 30 Tabela 10 – Determinação do bztu dos espaços interiores não úteis. ................................................... 31 Tabela 11 – Temperaturas máximas e mínimas para os espaços interiores não úteis. ....................... 32 Tabela 12 - Cores para marcação da envolvente. [8] ......................................................................... 32 Tabela 13 - Solução construtiva das paredes exteriores (Pext1). ........................................................ 34 Tabela 14 – Coeficientes de transmissão térmica da envolvente exterior. .......................................... 35 Tabela 15 – Solução construtiva das paredes interiores em contacto com ENU’s com b ztu inferior a 0,7. ........................................................................................................................................................ 35 Tabela 16 - Coeficientes de transmissão térmica da envolvente interior. ............................................ 36 Tabela 17 – Solução construtiva dos pavimentos em contacto com o solo. ........................................ 37 Tabela 18 - Cálculo do coeficiente de transmissão térmica para o pavimento em contacto com o solo. ........................................................................................................................................................ 37 Tabela 19 – Coeficiente de transmissão térmica linear da ligação vidro/caixilho. [8] .......................... 39 Tabela 20 – Resistência térmica adicional devido ao dispositivo de proteção ativado. [8] ................... 40 Tabela 21 – Fração envidraçada, 𝐹g. [8] .......................................................................................... 41 Tabela 22 – Dimensões do vão envidraçado VE 1.11. ....................................................................... 42
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xvi Tabela 23 – Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e dispositivo de proteção solar. (adaptada) [8] .................................................................................................................................................... 43 Tabela 24 – Fator de sombreamento do horizonte na estação de aquecimento. [8] ........................... 45 Tabela 25 – Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de arrefecimento. [8] ... 45 Tabela 26 – Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de arrefecimento. [8] ....... 46 Tabela 27 – Determinação dos fatores de sombreamento do vão envidraçado VE 1.11 ..................... 47 Tabela 28 – Determinação da relação de área de fachada com área dos vãos envidraçados para a direção SO do edifício. .................................................................................................................................. 47 Tabela 29 – Verificação do cumprimento dos requisitos de fator solar para o vão envidraçado VE 1.11. ........................................................................................................................................................ 48 Tabela 30 - Caudais regulamentares resultantes por piso. ................................................................. 48 Tabela 31 – Equilíbrio de caudais dentro das zonas funcionais do piso 0. .......................................... 50 Tabela 32 – Equilíbrio de caudais por pisos. ..................................................................................... 50 Tabela 33 – Distribuição dos caudais pelos equipamentos de ventilação, SFP dos ventiladores de insuflação e extração e eficiência de recuperação dos equipamentos. ................................................ 51 Tabela 34 – Excerto da tabela com os valores de iluminância média requerida. ................................. 52 Tabela 35 – Excerto da tabela com os valores de densidade de potência por 100 lx. ......................... 52 Tabela 36 – Resultados das cargas térmicas para alguns dos espaços climatizados. ......................... 63 Tabela 37 – Distribuição das cargas térmicas pelas máquinas exteriores e cargas térmicas totais para os espaços climatizados. ....................................................................................................................... 64 Tabela 38 – Equipamentos de climatização selecionados e características técnicas. .......................... 66 Tabela 39 – Temperaturas de consumo e de abastecimento consideradas para o cálculo das necessidade energéticas para produção de AQS. .................................................................................................. 69 Tabela 40 – Configurações de número de coletores solares e volume de acumulação que garantem frações solares entre 65% e 75%, assim como o custo de cada uma das soluções e o seu custo normalizado à energia produzida. ..................................................................................................... 70 Tabela 41 – Fração solar obtida para diferente número de coletores, volume de acumulação e disposição do apoio. .......................................................................................................................................... 71 Tabela 42 – Resultados obtidos para a solução de acumulação total. ................................................ 76 Tabela 43 – Resultados da primeira opção de reaquecimento intermédio. ......................................... 77 Tabela 44 – Resultados da segunda opção de reaquecimento intermédio, com redução da potência de aquecimento necessária. .................................................................................................................. 78
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xvii Tabela 45 – Resultados da terceira opção de reaquecimento intermédio, com redução do volume de acumulação. .................................................................................................................................... 79 Tabela 46 – Resumo das opções consideradas para o reaquecimento intermédio. ............................ 79 Tabela 47 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício previsto. ............. 82 Tabela 48 – Valores de referência para o coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente opaca e envidraçada e valor de referência para o fator solar. ............................................................. 83 Tabela 49 – Valores de SFP dos ventiladores associados à ventilação do edifício de referência. ......... 83 Tabela 50 – Valores de eficiência dos equipamentos de climatização e produção de AQS a considerar para o edifício de referência. ............................................................................................................. 84 Tabela 51 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício de referência. ..... 84 Tabela 52 – Características técnicas da bomba de calor selecionada. ............................................... 85 Tabela 53 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício previsto da proposta de melhoria I. ................................................................................................................................... 86 Tabela 54 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício de referência da proposta de melhoria I. ..................................................................................................................... 87 Tabela 55 – Indicadores de eficiência energética, classe energética e emissões obtidas para a proposta de melhoria II. .................................................................................................................................. 90 Tabela 56 – Indicadores de eficiência energética, classe energética e emissões obtidas para a proposta de melhoria III. ................................................................................................................................. 91 Tabela 57 - Caracterização detalhada dos espaços. ......................................................................... 102 Tabela 58 – Solução construtiva da parede exterior (Pext1). ............................................................ 114 Tabela 59 – Solução construtiva da cobertura exterior (Cobext1). .................................................... 115 Tabela 60 – Solução construtiva do pavimento exterior (Pavext1). ................................................... 115 Tabela 61 – Solução construtiva da ponte térmica plana (PTP1). ..................................................... 116 Tabela 62 – Solução construtiva da parede interior em contacto com ENU com bztu inferior a 0,7 (Pint1). ...................................................................................................................................................... 116 Tabela 63 – Solução construtiva do pavimento interior em contacto com ENU com bztu superior a 0.7 (Pavint1). ....................................................................................................................................... 117 Tabela 64 – Solução construtiva do pavimento interior em contacto com ENU com bztu inferior a 0.7 (Pavint2). ....................................................................................................................................... 117 Tabela 65 – Solução construtiva dos pavimentos em contacto com o solo. ...................................... 118
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xviii Tabela 66 – Cálculo do coeficiente de transmissão térmica para o pavimento em contacto com o solo.- ...................................................................................................................................................... 118 Tabela 67 – Cálculo do 𝑈W para todos os vãos envidraçados. ....................................................... 121 Tabela 68 - Cálculo do 𝑈WDN para todos os vãos envidraçados e verificação do cumprimento dos requisitos. ...................................................................................................................................... 127 Tabela 69 – Cálculo do 𝑔tot para todos os vãos envidraçados e verificação do cumprimento dos requisitos. ...................................................................................................................................... 134 Tabela 70 – Caudais mínimos de ar novo a insuflar. ....................................................................... 139 Tabela 71 - Caudais mínimos de extração. ...................................................................................... 149 Tabela 72 – Caudais de projeto. ..................................................................................................... 159 Tabela 73 – Valores de iluminância dos sistemas de iluminação fixa. .............................................. 169 Tabela 74 - Densidade de potência dos sistemas de iluminação fixa. ............................................... 175 Tabela 75 – Atribuições dos perfis aos espaços. ............................................................................. 195 Tabela 76 – Sistemas a serem introduzidos no HAP. ...................................................................... 201 Tabela 77 – Resultados das cargas térmicas e atribuição das máquinas exteriores a cada espaço climatizado. .................................................................................................................................... 210 Tabela 78 – Materiais a utilizar para as soluções com coletores Baxi e seus custos. ........................ 221 Tabela 79 – Materiais a utilizar para as soluções com coletores Viessmann e seus custos. .............. 222
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xix LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÓNIMOS AQ Água quente AQS Água quente sanitária ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers AVAC Aquecimento, ventilação e ar condicionado BIM Building Information Modeling COP Coefficient of Performance DGEG Direção-Geral de Energia e Geologia ENU Espaço não útil EPBD Energy performance of buildings directive EPW Energy Plus Weather Data File ERPI Estrutura residencial para pessoas idosas EU Espaço útil FER Fontes de energia renováveis GEE Gases com efeito de estufa GES Grande edifício de comércio e serviços GN Gás natural HAP Hourly Analysis Program MM Medida de melhoria NUTS Nomenclatura das unidades territoriais para fins estatísticos OADB Original air outdoor dry bulb temperature PTP Ponte térmica plana PV Fotovoltaico QAI Qualidade do ar interior RCCTE Regulamento das Características de Comportamento térmico dos Edifícios RECS Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços REH Regulamento do Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação RESP Rede elétrica de serviço público
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xx RQSECE Regulamento da Qualidade dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios SCE Sistema Nacional de Certificação Energética SCOP Seasonal Coefficient of Performance SDM Simulação dinâmica multizona SEER Seasonal energy efficiency ratio SFP Specific fan power W/(m3/s) UE Unidade exterior UTAN Unidade de tratamento de ar novo VRF Variable Refrigerant Flow
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xxi LISTA DE SÍMBOLOS 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄 Área dos vãos envidraçados dos espaços úteis m2 𝑨𝒆𝒔𝒑𝒂ç𝒐 Área de pavimento do espaço m2 𝑨𝒇𝒂𝒄 Área da envolvente dos espaços úteis 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 𝑨𝒑,𝒔𝒐𝒍𝒐 Área interior útil de pavimento em contato com o solo m2 𝑨𝒑𝒂𝒗 Área interior útil 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 𝑩´ Dimensão característica do pavimento em contacto com o solo m 𝒃𝒛𝒕𝒖 Coeficiente de redução de perdas 𝒄𝒑 Calor específico J/(kg.K) 𝒅 Distância entre coletores solares m 𝑫𝒋 Espessura da camada m 𝑫𝑷𝑰𝟏𝟎𝟎𝒍𝒙 Densidade de potência de iluminação instalada no espaço, por 100 lx (W/m2)/100 lx 𝑫𝑷𝑰𝟏𝟎𝟎𝒍𝒙,𝒎á𝒙 Densidade de potência de iluminação máxima do espaço, por 100 lx (W/m2)/100 lx 𝑫𝑷𝑰𝒊𝒏𝒔𝒕 Densidade de potência de iluminação instalada no espaço W/m2 𝐄 𝒎 Iluminância média mantida no espaço lx 𝑬𝒓𝒆𝒏 Energia produzida a partir de fontes de origem renovável destinada a autoconsumo nos usos regulados do edifício kWh/ano 𝒇 Espaço interior não útil que tem todas as ligações entre elementos bem vedadas, sem aberturas de ventilação permanentemente abertas
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xxii 𝑭 Espaço interior não útil permeável ao ar devido à presença de ligações e aberturas de ventilação permanentemente abertas 𝑭𝟎 Fator de sombreamento do elemento opaco horizontal 𝑭𝒅 Fator de disponibilidade de luz natural do espaço 𝑭𝒇 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical 𝑭𝒇,𝒅𝒊𝒓𝒆𝒊𝒕𝒂 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical à direita 𝑭𝒇,𝒆𝒔𝒒𝒖𝒆𝒓𝒅𝒂 Fator de sombreamento do elemento opaco vertical à esquerda 𝑭𝒉 Fator de sombreamento do horizonte 𝑭𝒐𝒄 Fator de ocupação do espaço 𝑭𝒔 Fator de obstrução solar 𝒈⊥,𝐯𝐢 Fator solar da área transparente para uma incidência da radiação perpendicular ao vão envidraçado 𝒈𝒕𝒐𝒕 Fator solar do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar totalmente ativados 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒎á𝒙 Fator solar máximo admissível de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares 𝒈𝒕𝒐𝒕,𝒗𝒄𝒊 Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e um dispositivo de proteção solar totalmente ativado 𝒉 Pé direito m 𝒉𝟎 Altura solar mínima º 𝑰𝑬𝑬𝒇ó𝒔𝒔𝒊𝒍,𝑺 Indicador de eficiência energética fóssil do tipo S kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝒓𝒆𝒏 Indicador de eficiência energética previsto renovável kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝑺 Indicador de eficiência energética previsto do tipo S kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒓𝒆𝒇,𝑺 Indicador de eficiência energética de referência do tipo S kWhEP/(m2.ano) 𝑳 Altura do coletor solar m 𝒍𝒈 Desenvolvimento linear da ligação da área transparente com o caixilho m 𝒍𝒈𝒃 Desenvolvimento linear da quadrícula inserida no espaço de ar m 𝒏 Número de ocupantes do espaço 𝑷 Perímetro exposto m 𝑷𝒄 Potência nominal dos sistemas de controlo do espaço W
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI xxiii 𝑷𝒕𝒐𝒕 Potência nominal de iluminação fixa do espaço W 𝑸𝑨𝑵 Caudal de ar novo m3/h 𝑸𝑨𝑵á𝒓𝒆𝒂 Caudal de ar por unidade de área m3/(h.m2) 𝑸𝑨𝑵𝒎í𝒏 Caudal de ar novo mínimo m3/h 𝑸𝑨𝑵,𝑴𝒎𝒆𝒕 Caudal de ar novo por ocupante m3/(h.ocupante) 𝑸𝑨𝑵𝑭 Caudal de ar novo mínimo em espaços dotados de ventilação mecânica m3/h 𝑹𝒆𝒏𝑪&𝑺 Indicador de energia primária renovável em edifícios de comércio e serviços 𝑹𝒇 Resistência térmica de todas as camadas que compõem o pavimento (m2.ºC)/W 𝑹𝑰𝑬𝑬 Rácio de classe energética em edifícios de comércio e serviços 𝑹𝒋 Resistência térmica da camada (m2.ºC)/W 𝑹𝒔𝒆 Resistência térmica superficial exterior (m2.ºC)/W 𝑹𝒔𝒊 Resistência térmica superficial interior (m2.ºC)/W 𝑹𝒕𝒐𝒕 Resistência térmica total (m2.ºC)/W 𝑼 Coeficiente de transmissão térmica W/(m2.ºC) 𝑼𝒃𝒇 Coeficiente de transmissão térmica do pavimento enterrado W/(m2.ºC) 𝑼𝒇 Coeficiente de transmissão térmica do caixilho W/(m2.ºC) 𝑼𝒈 Coeficiente de transmissão térmica da área transparente W/(m2.ºC) 𝑼𝒎á𝒙 Coeficiente de transmissão térmica superficial máximo dos elementos da envolvente opaca W/(m2.ºC) 𝑼𝑾 Coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado não considerando dispositivos de proteção solar W/(m2.ºC) 𝑼𝑾,𝒎á𝒙 Coeficiente de transmissão térmica superficial máximo dos elementos da envolvente envidraçada W/(m2.ºC) 𝑼𝑾𝑫𝑵 Coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado médio dia-noite W/(m2.ºC) 𝑼𝑾𝑺 Coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar ativados W/(m2.ºC) 𝑽𝑬𝑵𝑼 Volume do espaço interior não útil m3
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 6 ser cumpridos caso o somatório de energia útil para aquecimento e arrefecimento ambiente seja inferior ao obtido considerando o cumprimento desses requisitos. [6] Tabela 1 – Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos dos elementos da envolvente opaca dos edifícios de comércio e serviços, 𝑈𝑚á𝑥 [W/(m2.ºC)]. [6] Portugal Continental e Regiões Autónomas Zona Climática Tipo de elemento Condição fronteira I1 I2 I3 Zona corrente da envolvente Verticais Exterior ou Interior com b ztu > 0,7 0,70 0,60 0,50 Horizontais Exterior ou Interior com b ztu > 0,7 0,50 0,45 0,40 Zona de PTP Verticais Exterior 0,90 Interior com b ztu > 0,7 1,75 1,60 1,45 Horizontais Exterior 0,90 Interior com b ztu > 0,7 1,25 1,00 0,90 2.2.2. ENVOLVENTE ENVIDRAÇADA A envolvente envidraçada dos edifícios de comércio e serviços encontra-se sujeita aos requisitos de coeficiente de transmissão térmica apresentados na Tabela 2, podendo estes requisitos ser dispensados caso o somatório de energia útil para aquecimento e arrefecimento ambiente seja inferior ao obtido considerando o cumprimento desses requisitos. [6] Tabela 2 – Coeficientes de transmissão térmica superficiais máximos dos elementos da envolvente envidraçada, 𝑈𝑊,𝑚á𝑥 [W/(m2.ºC)]. [6] Portugal Continental e Regiões Autónomas Zona Climática I1 I2 I3 Portugal Continental Edifícios de Comércio e Serviços 3,30 3,30 3,30 No caso de espaços com dormida nos edifícios de comércio e serviços a verificação do requisito deve ser avaliada tendo em conta o efeito dos dispositivos de proteção solar, considerando o valor de 𝑈WDN. [6] Existem também requisitos ao nível do fator solar dos vãos envidraçados, excetuando os vãos no quadrante norte, de acordo com a Figura 2.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 7 Figura 2 – Quadrante sem requisitos a nível de fator solar dos vãos envidraçados. [5] Assim, os vãos que se encontrem sujeitos a requisitos de fator solar devem respeitar a condição apresentada na equação (2.1). 𝑔𝑡𝑜𝑡 ∙𝐹0∙𝐹𝑓≤𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 (2.1) Em que, 𝑔𝑡𝑜𝑡 – Fator solar dos vãos envidraçados com os dispositivos de proteção totalmente ativados; 𝐹0 – Fator de sombreamento por elementos opacos horizontais sobrejacentes ao envidraçado, designadamente palas, varandas, outros corpos ou partes de um edifício; 𝐹𝑓 – Fator de sombreamento por elementos opacos verticais adjacentes ao envidraçado, designadamente palas, outros corpos ou partes de um edifício; 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 – Fator solar máximo admissível dos vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares. No caso dos grandes edifícios de comércio e serviços, em que a soma das áreas dos vãos envidraçados dos espaços úteis (𝐴𝑒𝑛𝑣,𝑓𝑎𝑐) seja superior a 30% da soma das áreas da envolvente dos espaços úteis (𝐴𝑓𝑎𝑐), por orientação, estes devem cumprir a seguinte condição [6]: 𝑔𝑡𝑜𝑡 ∙𝐹0∙𝐹𝑓≤𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 ∙0,30 (𝐴𝑒𝑛𝑣,𝑓𝑎𝑐 𝐴𝑓𝑎𝑐 ) (2.2)
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 8 O 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥 é dado em função da zona climática do edifício de acordo com a Tabela 3. Tabela 3 – Fatores solares máximos admissíveis de vãos envidraçados com condição fronteira exterior ou interior com ganhos solares, 𝑔𝑡𝑜𝑡,𝑚á𝑥. [6] Tipo de edifício Inércia do espaço Zona Climática V1 V2 V3 Edifícios de Comércio e Serviços Fraca, média ou forte 0,56 0,56 0,50 2.2.3. EQUIPAMENTOS DE VENTILAÇÃO Os edifícios de comércio e serviços encontram-se sujeitos a vários requisitos a nível dos sistemas técnicos. No que diz respeito ao sistema de ventilação, este deve garantir caudais mínimos de ar novo e de extração. O caudal mínimo de ar novo 𝑄𝐴𝑁𝑚í𝑛 a ser insuflado em cada espaço deve ser determinado em função dos critérios de ocupação e do edifício, de acordo com a equação (2.3). 𝑄𝐴𝑁𝑚í𝑛 =Máximo (𝑄𝐴𝑁 critério de ocupação;𝑄𝐴𝑁 critério edifício) (2.3) Sendo afetado da eficácia de remoção de poluentes (𝜀𝑣), para os sistemas de ventilação mecânica, de acordo com a equação (2.4). O valor de 𝜀𝑣 pode ser obtido através da Tabela 68 do Manual do SCE. 𝑄𝐴𝑁𝐹 = 𝑄𝐴𝑁𝑚í𝑛 𝜀𝑣 (2.4) 2.2.3.1. DETERMINAÇÃO DO CAUDAL MÍNIMO DE AR NOVO PELO CRITÉRIO DE OCUPAÇÃO O caudal de ar novo (𝑄𝐴𝑁) determinado pelo critério de ocupação pode ser calculado recorrendo a dois métodos distintos, o prescritivo ou o analítico, e tem como objetivo garantir a diluição da carga poluente devido aos ocupantes. Neste trabalho optou-se por seguir o método prescritivo, pelo que o 𝑄𝐴𝑁 deve ser calculado de acordo com a equação (2.5).
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 9 𝑄𝐴𝑁 = 𝑛∙ 𝑄𝐴𝑁,𝑀𝑚𝑒𝑡 (2.5) Em que, 𝑄𝐴𝑁 – Caudal de ar novo [m3/h]; 𝑛 – Número de ocupantes do espaço [ocupantes]; 𝑄𝐴𝑁,𝑀𝑚𝑒𝑡 – Caudal de ar novo por ocupante, obtido através da Tabela 1 da Portaria nº 138-I/2021 [m3/(h.ocupante)]. 2.2.3.2. DETERMINAÇÃO DO CAUDAL MÍNIMO DE AR NOVO PELO CRITÉRIO EDIFÍCIO A determinação do caudal de ar novo pelo critério edifício tem por base garantir a diluição e remoção da carga poluente dos materiais do próprio espaço. Assim, o 𝑄𝐴𝑁 pode ser obtido de acordo com a equação (2.6). 𝑄𝐴𝑁 =𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 ∙𝑄𝐴𝑁,á𝑟𝑒𝑎 (2.6) Em que, 𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 – Área de pavimento do espaço [m2]; 𝑄𝐴𝑁,á𝑟𝑒𝑎 – Caudal de ar novo por unidade de área, obtido através da Tabela 12 da Portaria nº 138-I/2021 [m3/(h.m2)]. Além dos requisitos apresentados anteriormente, devem ter-se em conta os seguintes pontos também [6]: • Para os espaços com tipo de atividade “Sono” o 𝑄𝐴𝑁𝑚í𝑛 deve ser apenas determinado pelo critério de ocupação; • Os corredores, balneários, instalações sanitárias, arrumos, armazéns, cozinhas, copas ou similares e os espaços técnicos e locais com requisitos específicos de higiene e segurança, relativos à renovação de ar interior, não se encontram sujeitos aos requisitos de ar novo anteriormente apresentados. • Nos casos em que se verifique recirculação do ar ou em que a ventilação do espaço se processe com recurso a ar transferido, este não deve provir de locais com fontes de
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 10 contaminação identificadas, como instalações sanitárias, cozinhas, arrecadações, parques de estacionamento e espaços com fumadores. 2.2.3.3. ESPAÇOS COM CAUDAL MÍNIMO DE EXTRAÇÃO O sistema de ventilação das instalações sanitárias e balneários deve garantir caudais mínimos de extração, de acordo com o tipo de instalação sanitária e tipo de funcionamento do sistema, de acordo com a Tabela 4. Tabela 4 – Caudais mínimos de extração de ar a assegurar para locais e instalações específicas [m3/h]. [6] Tipo de espaço Sistema de extração Caudal de extração [m3/h] Instalação Sanitária privada (1) Com funcionamento contínuo (3) 𝑀á𝑥 (45;10 × 𝐴𝑝𝑎𝑣) Sem funcionamento contínuo 𝑀á𝑥 (90;10 × 𝐴𝑝𝑎𝑣) Instalação Sanitária pública (2) Funcionamento normal 𝑀á𝑥 (90 × (𝑛º 𝑢𝑟𝑖𝑛ó𝑖𝑠+ 𝑛º 𝑠𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑠 + 𝑛º 𝑑𝑢𝑐ℎ𝑒𝑠);10 × 𝐴𝑝𝑎𝑣) Funcionamento intensivo (4) 𝑀á𝑥 (125 × (𝑛º 𝑢𝑟𝑖𝑛ó𝑖𝑠+𝑛º 𝑠𝑎𝑛𝑖𝑡𝑎𝑠 + 𝑛º 𝑑𝑢𝑐ℎ𝑒𝑠);10 × 𝐴𝑝𝑎𝑣) (1) Espaço ocupado por apenas uma pessoa em cada utilização. (2) Espaço ocupado por várias pessoas em simultâneo, incluindo balneários e similares. (3) O sistema de ventilação com um horário de funcionamento, no mínimo, igual ao do espaço que a instalação sanitária serve. (4) Os espaços com probabilidade de elevada taxa de ocupação, designadamente, instalações sanitárias ou balneários em teatros, cinemas, escolas, instalações desportivas ou similares. Deve também garantir-se que as instalações sanitárias são mantidas em depressão em relação aos espaços adjacentes. 2.2.4. SISTEMAS DE PREPARAÇÃO DE AQS De acordo com a Portaria nº 138-I/2021, os sistemas de preparação de AQS devem também cumprir vários requisitos a nível de desempenho energético, dimensionamento e instalação, sendo que, em particular, os sistemas solares térmicos devem cumprir os requisitos seguintes [6]: • Os sistemas e/ou os coletores solares térmicos devem ser certificados por laboratório credenciado para o efeito e de acordo com as Normas EN 12976 ou 12975, respetivamente;
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 11 • O sistema solar térmico deve ser responsável pelo aquecimento, em exclusivo, da parte mais fria do depósito de acumulação, cabendo ao sistema de apoio o aquecimento da respetiva parte mais quente; • No caso de sistemas solares térmicos compostos por, pelo menos, três grupos autónomos e com vista a assegurar o equilíbrio hidráulico e térmico entre estes, devem ser instaladas válvulas de regulação de caudal para o efeito; • De forma a otimizar o seu funcionamento, recomenda-se que o sistema assegure entre 50% a 75% das necessidades anuais de AQ; • Nos sistemas solares térmicos de circulação forçada que sirvam vários depósitos ou frações devem ser instaladas válvulas de regulação de caudal de forma a garantir o equilíbrio hidráulico e térmico; • Em sistemas solares térmicos de circulação forçada, com temperatura de estagnação superior a 120ºC, o vaso de expansão deve ser dimensionado para absorver as dilatações do circuito e receber o líquido expulso durante a vaporização do coletor; • Nos sistemas solares térmicos de circulação forçada com mais de 15 m2 de área de captação, a rede de tubagem do circuito primário deve apresentar um valor de perda de carga igual ou inferior a 4 mbar por metro linear de tubagem. Adicionalmente, devem ser considerados os consumos de água quente dispostos na Tabela 23 da Portaria nº 138-I/2021 para dimensionar os sistemas de preparação de AQS. No entanto, no caso de edifícios de comércio e serviços, podem ser considerados outros valores de consumo diário de AQS, quando devidamente justificados pelo respetivo projeto de especialidade. 2.2.5. SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO FIXA De acordo com o Decreto-Lei nº 101-D/2020, os sistemas de iluminação fixa encontram-se sujeitos a vários requisitos, nomeadamente a nível de iluminância máxima e densidade de potência. 2.2.5.1. ILUMINÂNCIA Os sistemas de iluminação fixa não podem gerar valores de iluminância nos espaços que excedam em mais de 30% os valores de iluminância média dispostos na norma EN 12464-1 e que se encontram apresentados no Anexo IV do Manual do SCE.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 12 2.2.5.2. DENSIDADE DE POTÊNCIA Estes sistemas encontram-se também sujeitos a requisitos de densidade de potência máxima por 100 lx (𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥,𝑚á𝑥), apresentados, para os vários tipos de espaços, na Tabela 25 da Portaria nº 138-I/2021. É necessário comparar o valor de densidade de potência instalada por 100 lx (𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥) com o requisito apresentado anteriormente, para tal deve-se aplicar a equação (2.7). 𝐷𝑃𝐼100𝑙𝑥 = 𝐷𝑃𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡 ∙100 E 𝑚 (2.7) Em que, 𝐷𝑃𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡 – Densidade de potência de iluminação instalada no espaço [W/m2]; E 𝑚 – Iluminância média mantida no espaço [lx]. A densidade de potência de iluminação instalada no espaço pode ser, por sua vez, obtida através da equação (2.8). 𝐷𝑃𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡 =(𝑃𝑡𝑜𝑡.𝐹𝑜𝑐.𝐹𝑑)+𝑃𝑐 𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 (2.8) Em que, 𝑃𝑡𝑜𝑡 – Potência nominal total dos sistemas de iluminação fixa do espaço [W]; 𝐹𝑜𝑐 – Fator de ocupação do espaço; 𝐹𝑑 – Fator de disponibilidade de luz natural do espaço; 𝑃𝑐 – Potência nominal total dos sistemas de controlo do espaço [W]; 𝐴𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑜 – Área de pavimento do espaço [m2]. 2.2.6. INDICADORES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Os edifícios de comércio e serviços, para se encontrarem regulamentares, devem apresentar níveis mínimos de desempenho energético, definidos no Despacho nº 6476-E/2021. Estes requisitos são apresentados, para os edifícios de comércio e serviços novos, na Tabela 5.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 13 Tabela 5 – Requisitos dos edifícios de comércio e serviços novos. [7] Tipo de requisito Requisito Classe Energética Igual ou superior a B Energia primária total 𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤0,75 Energia primária renovável 𝑅𝑒𝑛𝐶&𝑆 ≥0,50 (1) Energia primária fóssil 𝐼𝐸𝐸𝑓ó𝑠𝑠𝑖𝑙,S ≤0,75 × 𝐼𝐸𝐸𝑟𝑒𝑓,𝑆 (1) Apenas aplicável quando existam necessidades de AQS. Em que, 𝑅𝐼𝐸𝐸 – Rácio de classe energética em edifícios de comércio e serviços; 𝑅𝑒𝑛𝐶&𝑆 – Indicador de energia primária renovável em edifícios de comércio e serviços; 𝐼𝐸𝐸𝑓ó𝑠𝑠𝑖𝑙,S – Indicador de eficiência energética fóssil do tipo S [kWhEP/(m2.ano)]; 𝐼𝐸𝐸𝑟𝑒𝑓,𝑆 – Indicador de eficiência energética de referência do tipo S [kWhEP/(m2.ano)]. A classe energética é atribuída de acordo com a Tabela 6. Tabela 6 – Intervalos de valor de 𝑅𝐼𝐸𝐸 para edifícios de comércio e serviços. [8] Classe energética 𝑹𝑰𝑬𝑬 A+ 𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤0,25 A 0,25<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤0,50 B 0,50<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤0,75 B0,75<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤1,00 C 1,00<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤1,50 D 1,50<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤2,00 E 2,00<𝑅𝐼𝐸𝐸 ≤2,50 F 𝑅𝐼𝐸𝐸 >2,50 2.3. PROGRAMAS DE SIMULAÇÃO DINÂMICA Os programas de simulação dinâmica multizona (SDM) são ferramentas computacionais utilizadas para modelar, analisar e otimizar o desempenho energético de edifícios e sistemas AVAC. Estes programas permitem simular o comportamento de sistemas energéticos complexos, tendo em consideração as condições ambientais, a dinâmica do edifício e as necessidades de conforto dos ocupantes.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 14 Estes programas são utilizados no projeto de edifícios, permitindo avaliar o desempenho energético dos edifícios e facilitando a avaliação do impacto de medidas de eficiência energética, como alterações ao isolamento, sistemas de iluminação e equipamentos, que minimizem o consumo de energia, os custos operacionais e as emissões de CO2. Recorrendo a programas de SDM é possível também dimensionar os sistemas AVAC de forma eficiente, garantindo conforto térmico e a qualidade do ar interior (QAI). Os programas de SDM utilizam modelos matemáticos detalhados para representar o comportamento dos sistemas energéticos e do edifício ao longo do tempo. Estes consideram variáveis como a temperatura ambiente, radiação solar, ocupação do edifício e características dos sistemas de aquecimento, arrefecimento e ventilação, realizando a simulação em intervalos de tempo curtos, geralmente horários. Os utilizadores inserem dados de entrada, como especificações do edifício, características dos sistemas, dados climáticos e padrões de utilização e o programa determina então o consumo de energia, as cargas térmica, o conforto térmico e outras métricas relevantes ao longo do tempo. De acordo com a legislação atual, estes programas devem ser acreditados segundo a Norma ASHRAE 140 [8] e devem apresentar a capacidade para modelar: • Mais que uma zona térmica; • Com um incremento de tempo horário, ou menos, por um período de um ano civil, contabilizando 8760 horas; • A variação horária das cargas internas, diferenciadas em ocupação, iluminação e equipamentos; • Os pontos de ajuste dos termóstatos das zonas térmicas e a operação dos sistemas de climatização, permitindo a respetiva parametrização, de forma independente, para dias da semana e fins de semana; • A recuperação de calor do ar de rejeição; • O efeito da massa térmica do edifício. Alguns exemplos de programas de simulação dinâmica multizona são: o Hourly Analysis Program (HAP), desenvolvido pela Carrier; o EnergyPlus, um programa de simulação energética de código aberto desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e o TRNSYS, um programa desenvolvido na Universidade do Wisconsin e também o TRACE, desenvolvido pela TRANE. Neste trabalho foi utilizado o HAP para realizar as simulações energéticas do edifício.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 15 2.4. PROGRAMA SCE.ER O SCE.ER é um programa disponibilizado gratuitamente pela DGEG, que tem utilização obrigatório para o cálculo da energia renovável produzida por sistemas solares térmicos ou fotovoltaicos (PV) para efeitos de certificação energética de edifícios, que está implementado em folhas de cálculo Microsoft Excel, utilizando “macros”. [9] Este programa, apesar de não se tratar de um programa de apoio a projeto de sistemas de fontes de energia renováveis (FER), permite simulação quase-dinâmica de sistemas solares, de acordo com dados fornecidos pelo utilizador e também recorrendo a uma base de dados meteorológicos contida no próprio programa. Desta forma é possível realizar o pré-dimensionamento de sistemas solares térmicos para AQS, permitindo estimar a fração solar do sistema, que se trata da percentagem de energia para produção de AQS que é de origem solar. Permite também dimensionar sistemas solares fotovoltaicos, calculando a energia para autoconsumo e para injeção na rede destes sistemas. [9] 2.4.1. SISTEMA SOLAR TÉRMICO PARA AQS O SCE.ER permite estudar sistemas solares térmicos para produção de AQS, deixando o utilizador definir diversos parâmetros através da interface apresentada na Figura 3. Destes parâmetros destacam-se o número e modelos dos coletores, o tipo de apoio e a sua montagem, o modelo do depósito de acumulação e a direção e inclinação dos coletores. Figura 3 – Interface para definição dos sistemas solares térmicos para produção de AQS no SCE.ER. [9] O programa permite a introdução dos dados que caracterizam um painel solar térmico, como a área de coleção, o rendimento ótico, a curva dos modificadores de ângulo de incidência e os coeficientes de perdas térmicas, como apresentado na Figura 4. Todos estes parâmetros podem ser obtidos através do
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 22 traseira do painel; e um invólucro de contenção, para proteger os componentes supramencionados e reduzir as perdas térmicas do painel. [16] Estes painéis são capazes de produzir água quente com uma temperatura na ordem dos 90 a 95ºC, no entanto, o seu rendimento reduz significativamente para temperaturas superiores a 65 a 70ºC. Este tipo de painel apresenta um custo relativamente baixo e elevado rendimento, sendo, portanto, muito utilizados. [16] Na Figura 12 encontra-se representado um destes painéis solares. Figura 10 – Painel solar de líquido com proteção. [16] (adaptado) 2.5.3.3. PAINÉIS DE TUBOS DE VÁCUO Os painéis de tubos de vácuo são constituídos por vários tubos de vidro com placas absorventes no seu interior, encontrando-se o meio intermédio aos dois componentes sob vácuo. Desta forma conseguem reduzir-se as perdas térmicas dos painéis, assegurando rendimentos elevados e permitindo que a água atinja temperaturas na ordem dos 115 a 120ºC, permitindo que estes sistemas sejam utilizados no setor industrial, alimentar e agrícola. No entanto, estes painéis apresentam um custo bastante elevado. [16] Na Figura 11 apresenta-se uma representação de um painel de tubos de vácuo.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 23 Figura 11 – Painel solar de tubos de vácuo. [16] (adaptado)
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 24 3. CASO DE ESTUDO Neste capítulo será efetuada uma caracterização detalhada do edifício em estudo. Em primeiro lugar localiza-se o edifício e descreve-se a disposição dos vários tipos de espaços, procedendo ao seu zoneamento climático, enquadramento regulamentar e caracterização da envolvente opaca e envidraçada. Caracterizam-se também os sistemas técnicos de ventilação e iluminação fixa. 3.1. DESCRIÇÃO DO EDIFÍCIO O edifício em estudo trata-se um edifício de comércio e serviços novo, que funcionará como Estrutura Residencial para Pessoas Idosas, localizado no concelho de Lousada. Na Figura 12 pode ser observada a fachada sudoeste do edifício. Figura 12 – Fachada sudoeste do edifício em estudo. Este edifício será desenvolvido em duas fases, uma primeira com 80 camas e outra com 40 camas. As duas fases caracterizam-se da seguinte forma: • Fase 1: o Piso -1: Consiste em zonas técnicas o Piso 0: Espaços comuns como a sala de refeições e salas de convívio, espaços administrativos e zonas de serviços, como gabinetes médicos, cabeleireiro, ginásio e capela
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 25 o Piso 1 e 2: Maioritariamente quartos, mas também arrumos e salas de estar. • Fase 2: o Piso 0 e 1: Maioritariamente quartos, mas também arrumos e salas de estar Na Figura 13 pode observar-se a planta do piso 0, em que se encontram identificadas as duas fases do edifício e se podem distinguir os diferentes tipos de espaços descritos anteriormente. Figura 13 – Planta do piso 0 em que se encontram identificadas as duas fases de construção do edifício. No Anexo A podem-se encontrar as plantas de todo o edifício. 3.2. ZONEAMENTO CLIMÁTICO O imóvel em questão localiza-se no concelho de Lousada, numa zona muito exposta, mediante a inexistência de obstáculos que atenuem a ação do vento, com Rugosidade III, implantado a uma altitude de 267 m. Na Figura 14 apresenta-se uma imagem obtida usando o Google Earth em que se podem verificar as coordenadas cartesianas do imóvel e a altitude a que se encontra o local de implantação. O edifício encontra-se a uma distância de cerca de 38 km da costa marítima, em Portugal continental e a uma altitude inferior a 600 m, pelo que se situa numa Região A, de acordo com o ponto 5.2.1 do Manual do SCE. Pela Figura 15 pode confirmar-se a distância do imóvel à costa marítima. Fase 2 Fase 1
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 26 Figura 14 – Localização e altitude do imóvel. Figura 15 – Distância à costa do imóvel. Com as informações apresentadas anteriormente e recorrendo ao programa da Direção-Geral de Energia e Geologia (DGEG) designado SCE.CLIMA foi possível obter as zonas climáticas de inverno e de verão para o local de implantação, tendo-se obtido zona climática de inverno I2 e de verão V2, como apresentado na Figura 16.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 27 Figura 16 - Janela do programa SCE.CLIMA da DGEG que permite obter as zonas climáticas do local de implantação. O SCE.CLIMA baseia-se no método de cálculo apresentado no ponto 5.3 do Manual do SCE. Para tal, recorre aos valores de referência para cada nomenclatura das unidades territoriais para fins estatísticos de nível III (NUTS III), efetuando a sua correção para a altitude de implantação do edifício. 3.3. ENQUADRAMENTO REGULAMENTAR Após definidas as zonas climáticas procedeu-se à caracterização dos espaços do edifício como espaços úteis ou não úteis. De acordo com o Decreto-Lei n.º 101-D/2020 estes espaços definem-se como: • Espaço interior útil (EU) “o espaço com condições de referência, que, para efeito de cálculo das necessidades energéticas, se pressupõe aquecido ou arrefecido de forma a manter uma temperatura interior de referência de conforto térmico, incluindo os espaços que, não sendo usualmente climatizados, tais como arrumos interiores, despensas, vestíbulos ou instalações sanitárias, devam ser considerados espaços com condições de referência”. • Espaço interior não útil (ENU) “o espaço sem ocupação humana permanente atual ou prevista, e sem consumo de energia atual ou previsto associado ao aquecimento ou arrefecimento ambiente para conforto térmico, com exceção do espaço interior útil nos termos da alínea anterior”.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 28 Entendendo-se como ocupação permanente aquela em que se verifique presença humana superior, em média, a duas horas por dia, durante o período de funcionamento do espaço, e que apresente também uma densidade superior a 0,025 ocupantes/m2. [8] Seguindo estes princípios foi efetuada a caracterização dos espaços, apresentada na Tabela 7. Tabela 7 – Caracterização dos espaços do edifício. Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] Central Térmica + Gerador -1 131 3.67 0 ENU Sala de Bombagem + Reservatório -1 80 3.67 0 ENU 0.05 Circulação -1 38 3.67 0 ENU Lixos 0 18 2.50 0 ENU Copa + Sala de Refeições 0 212 3.25 82 EU Vestiários 0 98 3.25 15 EU I.S. Públicas 0 94 3.00 0 EU Halls 0 101 3.25 0 EU 0.31 Sala do pessoal 0 15 3.00 4 EU Gabinete Médico + Enfermagem 0 30 3.00 5 EU 0.40 Farmácia 0 11 3.00 0 EU 0.44 Receção 0 77 3.25 3 EU Gabinetes e Salas Reuniões 0 70 3.00 13 EU 0.56 Posto de segurança 0 15 2.50 1 EU 0.57 Fisioterapia 0 23 3.00 6 EU 0.63 Ginásio 0 45 3.25 10 EU 0.64 Cabeleireiro 0 15 3.25 4 EU 0.65 Capela 0 46 3.25 23 EU Caixas de Elevadores e de Escadas 0, 1 e 2 40 - 0 EU Balneários 1 e 2 23 2.50 0 EU Salas de Estar e de Piso 0, 1 e 2 559 3.25 0 EU Quartos 0, 1 e 2 1506 3.00 120 EU IS Quartos 0, 1 e 2 320 2.50 0 EU Circulações 0, 1 e 2 726 3.00 0 EU IS 0,1 e 2 51 2.50 0 EU Arrumos 0,1 e 2 160 2.50 0 EU Sujos e Despejos 0, 1 e2 40 0 EU Antecâmaras 0, 1 e 2 50 2.60 0 EU Totais [m2] 4,611 Área Total [m2] 4,611 Enquadramento Área Espaços Não Úteis [m2] 267 GES Área Espaços Úteis [m2] 4,343
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 29 É de notar que alguns espaços, como é o caso de alguns arrumos e zonas de sujos, apesar de não serem climatizados, podem-se considerar como estando a condições de referência, uma vez que será transferido ar para estes espaços a partir de espaços climatizados. Como tal, existirá um consumo energético associado à climatização, se bem que indireto. Por análise da Tabela 1 verifica-se também que o edifício apresenta uma área total de 4611 m2, dos quais 267 m2 correspondem a espaços não úteis e 4343 m2 a espaços úteis. Assim, de acordo com o Decreto-Lei n.º 101-D/2020, como o edifício apresenta uma área útil igual ou superior a 1000 m2 pode ser classificado um Grande Edifício de Comércio e Serviços (GES). [17] No Anexo B apresenta-se a caracterização dos espaços de forma mais detalhada. 3.4. DELIMITAÇÃO DA ENVOLVENTE A envolvente de um edifício diz respeito aos elementos construtivos que separam a área interior útil, dos espaços não úteis, do exterior, do solo e de outros edifícios. Podendo os elementos construtivos tratar-se de pavimentos, paredes e coberturas. De forma a quantificar as trocas térmicas entre os espaços interiores úteis das restantes áreas, referidas no parágrafo anterior, torna-se necessário estabelecer diferentes condições de fronteira, apresentadas na Tabela 8. Tabela 8 – Condições de fronteira da envolvente de um edifício. [8] Condição fronteira Elementos que separam o espaço interior útil Exterior Do ambiente exterior Interior com b ztu > 0,7 De espaços interiores não úteis com b ztu > 0,7 De zonas de circulação comum com b ztu > 0,7 De frações vizinhas de comércio e serviços com b ztu > 0,7 Interior com b ztu ≤ 0,7 De espaços interiores não úteis com b ztu ≤ 0,7 De zonas de circulação comum com b ztu ≤ 0,7 De edifícios adjacentes De frações vizinhas de comércio e serviços com b ztu ≤ 0,7 Sem trocas térmicas De frações vizinhas de habitação Solo De elementos que contactam com o solo
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 30 Torna-se, portanto, importante definir o coeficiente de redução de perdas ( b ztu). Este coeficiente traduz a redução da transmissão de calor para um espaço não útil, em comparação com o exterior e pode ser obtido pela relação de temperaturas apresentada na equação seguinte: 𝑏𝑧𝑡𝑢 =𝜃𝑖𝑛𝑡 −𝜃𝑒𝑛𝑢 𝜃𝑖𝑛𝑡 −𝜃𝑒𝑥𝑡 3.1 Em que, 𝜃𝑖𝑛𝑡 – Temperatura interior [ºC]; 𝜃𝑒𝑥𝑡 – Temperatura exterior [ºC]; 𝜃𝑒𝑛𝑢 – Temperatura do espaço interior não útil [ºC]. Na impossibilidade de conhecer com precisão as temperaturas do espaço não útil, o b ztu deve assumir os valores da Tabela 9. Tabela 9 - Coeficientes de redução de perdas, 𝑏𝑧𝑡𝑢. [8] b ztu V enu ≤ 50 m3 50 m3 < V enu ≤ 200 m3 V enu > 200 m3 f F f F f F A i/ A u < 0,5 1,0 0,5 ≤ A i/ A u < 1,0 0,7 0,9 0,8 1,0 0,9 1,0 1,0 ≤ A i/ A u < 2,0 0,6 0,8 0,7 0,9 0,8 1,0 2,0 ≤ A i/ A u < 4,0 0,4 0,7 0,5 0,9 0,6 0,9 A i/ A u ≥ 4,0 0,3 0,5 0,4 0,8 0,4 0,8 Em que, A i – Somatório das áreas dos elementos que separam os espaços interiores úteis do espaço interior não útil [m2]; A u – Somatório da áreas dos elementos que separam o espaço interior não útil do ambiente exterior [m2]; V enu – Volume do espaço interior não útil [m3];
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 31 f – ENU sem aberturas de ventilação permanentemente abertas; F – ENU permeável ao ar devido a aberturas de ventilação permanentemente abertas. Como se pode confirmar pela Tabela A foram identificados sete ENUs. Para além destes espaços identificou-se também uma courete como sendo um ENU, uma vez que se trata de um espaço de ar com uma dimensão média, no sentido do fluxo de calor, superior a 30 cm, como indicado no ponto 6.2.1 do Manual do SCE [8]. Pela impossibilidade de conhecer as temperaturas a que estes espaços se encontrarão obtiveram-se os coeficientes de redução de perdas apresentados na Tabela 10 pelo método apresentado na Tabela 9. Tabela 10 – Determinação do bztu dos espaços interiores não úteis. ENU Designação do ENU Piso A pav. [m2] Pé-direito [m] Volume [m3] Ai [m2] Au [m2] Ai / Au f / F? b ztu Observação ENU 1 Central Térmica -1 75.66 3.67 277.67 0.00 Sem Ai ENU 2 Sala de Bombagem -1 22.18 3.67 81.40 22.18 0.00 +∞ f 0.40 ENU 3 Reservatório -1 57.34 3.67 210.44 57.34 0.00 +∞ f 0.40 ENU 4 Gerador -1 55.67 3.67 204.31 55.67 30.53 1.82 1.00 Fort. Ventilado ENU 5 Circulação -1 38.28 3.67 140.49 38.28 32.74 1.17 1.00 Fort. Ventilado ENU 6 Lixos Hospitalares 0 5.62 2.50 14.05 19.25 8.45 2.28 f 0.40 ENU 7 Lixos 0 12.60 2.50 31.50 25.70 0.00 +∞ f 0.30 ENU 8 Courete 1 a 2 0.87 6.87 6.00 20.10 0.87 23.00 f 0.30 De forma a permitir a definição das condições de fronteira dos espaços no HAP, é necessário conhecerse a temperatura máxima e mínima dos ENUs. Para tal recorreu-se à equação 3.1, tendo-se considerado as seguintes temperaturas de referência: • Temperatura ambiente interior máxima: 25ºC • Temperatura exterior máxima: 33.9ºC • Temperatura ambiente interior mínima: 20ºC • Temperatura exterior mínima: -1.7ºC Desta forma obtiveram-se as temperaturas máximas e mínimas indicadas na Tabela 11 para os vários ENUs, a introduzir no HAP.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 38 3.6.1. COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS O coeficiente de transmissão térmica dos vãos envidraçados (𝑈W) caracteriza a transferência de calor entre dos dois meios que o vão separa. Pode determinar-se o seu valor pela equação 3.5, de acordo com a norma EN ISO 10077-2. 𝑈W=∑𝐴g∙𝑈g+∑𝐴f∙𝑈f+∑𝑙g∙𝛹g+∑𝑙gb ∙𝛹gb 𝐴W 3.5 Em que, 𝑈W – Coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado não considerando dispositivos de proteção solar [W/(m2.ºC)]; 𝑈g – Coeficiente de transmissão térmica da área transparente [W/(m2.ºC)]; 𝑈f – Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/(m2.ºC)]; 𝛹g – Coeficiente de transmissão térmica linear da ligação da área transparente com o caixilho [W/(m.ºC)]; 𝛹gb – Coeficiente de transmissão térmica linear que traduz o efeito da quadrícula inserida no espaço de ar [W/(m.ºC)]; 𝐴W – Área do vão envidraçado [m2]; 𝐴g – Área transparente [m2]; 𝐴f – Área do caixilho [m2]; 𝑙g – Desenvolvimento linear da ligação da área transparente com o caixilho [m]; 𝑙gb – Desenvolvimento linear da quadrícula inserida no espaço de ar [m]. Na Figura 18 apresentam-se os parâmetros dimensionais de um vão envidraçado, de acordo com o manual do SCE.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 39 Figura 18 – Parâmetros dimensionais de um vão envidraçado (vista de alçado). [8] Como nenhum dos vãos envidraçados do edifício apresenta quadrícula, a equação 3.5 pode ser reduzida a: 𝑈W=∑𝐴g∙𝑈g+∑𝐴f∙𝑈f+∑𝑙g∙𝛹g 𝐴W 3.6 Os valores do coeficiente de transmissão térmica linear podem ser obtidos através da Tabela 19, de acordo com a norma EN ISO 10077-1. Tabela 19 – Coeficiente de transmissão térmica linear da ligação vidro/caixilho. [8] Para os vãos envidraçados dotados de dispositivos de proteção solar, deve ser considerado também o efeito das resistências térmicas adicionais oferecidas pelas proteções e pelo respetivo espaço de ar. Para
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 40 tal, deve calcular-se o coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar ativados (𝑈WS) através da equação seguinte: 𝑈WS =1 1 𝑈W+Δ𝑅 3.7 Em que, 𝑈WS – Coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar ativados [W/(m2.ºC)]; Δ𝑅 – Acréscimo da resistência térmica devido ao dispositivo de proteção solar e ao espaço de ar [(m2.ºC)/W]. O Δ𝑅 pode ser definido recorrendo-se à Tabela 20. Sendo de notar que nas situações em que o dispositivo de proteção solar, quando ativado, possua uma área de aberturas igual ou superior a 25% da sua área, não deve ser contabilizado o Δ𝑅. Tabela 20 – Resistência térmica adicional devido ao dispositivo de proteção ativado. [8] No caso dos espaços com dormida deve determinar-se o coeficiente de transmissão térmica do vão envidraçado médio dia-noite (𝑈WDN), cujo cálculo deve seguir a equação 3.8.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 41 𝑈WDN =𝑈W+𝑈WS 2 3.8 Os coeficientes de transmissão térmica, 𝑈W ou 𝑈WDN, obtidos devem ser comparados com os requisitos definidos na Portaria nº 138-I/2021 e apresentados na Tabela 2, conforme se tratam de espaços com dormida ou não, tendo em conta a zona climática de inverno I2 definida em 3.2. De seguida será apresentado, a título de exemplo, o procedimento de cálculo utilizado para obter os coeficientes de transmissão térmica para um dos vãos envidraçados do edifício. Escolheu-se analisar o vão VE 1.11, localizado no espaço 1.42 – Quarto e apresentado na Figura 19. (a) (b) Figura 19 – Localização do vão envidraçado VE 1.11, na planta (a) e em alçado, a vermelho (b). O vão envidraçado VE 1.11 apresenta caixilharia em alumínio, sem quadrícula, pelo que, de acordo como previsto na Tabela 21, adaptada do manual do SCE, este apresenta uma fração envidraçada de 0,70. Tabela 21 – Fração envidraçada, 𝐹g. [8] As dimensões do vão VE 1.11 podem ser consultadas na Tabela 22.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 42 Tabela 22 – Dimensões do vão envidraçado VE 1.11. Dimensões do vão Larg. [m] Alt. [m] Área - A w [m2] Perím. [m] Af [m2] Ag [m2] 2,80 2,60 7,28 10,60 2.19 5,09 De acordo com a ficha técnica da caixilharia “Raynaers SlimLine 38” e do vidro “SGG Planitherm 4S II”, presentes no Anexo E e Anexo F, respetivamente, definidos no projeto de arquitetura, a caixilharia apresenta um coeficiente de transmissão térmica (𝑈f) de 1,7 W/(m2.ºC) e o vidro um coeficiente (𝑈g) de 1,3 W/(m2.ºC). Considera-se um coeficiente de transmissão térmica linear da ligação da área transparente com o caixilho (𝛹g) de 0,11, de acordo com o presente na Tabela 19 para um vão com vidro duplo revestido e caixilharia metálica com corte térmico. Assim, aplicando a equação 3.6, obtém-se um coeficiente de transmissão térmica para o vão envidraçado VE 1.11 de 1,58 W/(m2.ºC). Como se trata de um vão que serve um espaço com dormida, é necessário calcular o coeficiente de transmissão térmica com os dispositivos de proteção solar ativados e o coeficiente de transmissão térmica médio dia-noite. Este vão apresenta uma proteção solar que consiste numa persiana de réguas metálicas, pelo que se deve considerar um Δ𝑅 de 0,12 (m2.ºC)/W. Assim, obtém-se um 𝑈WS de 1,33 W/(m2.ºC), aplicando a equação 3.7, e um 𝑈WDN de 1,45 W/(m2.ºC), aplicando a equação 3.8, verificando-se então que este vão cumpre o requisito de 3,30 W/(m2.ºC) definido na Tabela 2 para uma zona climática I2, definida em 3.2. De forma análoga à aqui apresentada, foram obtidos os coeficientes de transmissão térmica para todos os vãos do edifício e foi verificado o cumprimento dos requisitos estabelecidos pela Portaria nº 138-I/2021, tendo-se verificado o seu cumprimento para todos os vãos envidraçados. Estes resultados podem ser consultados no Anexo G. 3.6.2. FATOR SOLAR O fator solar de um envidraçado (𝑔tot) quantifica a fração de radiação solar incidente que é transmitida direta ou indiretamente para o interior. Caracteriza, portanto, os ganhos solares através da superfície transparente do vão envidraçado. Este parâmetro pode ser obtido para vãos com vidro duplo por aplicação da equação 3.9.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 43 𝑔tot =𝑔⊥,vi ∙∏𝑔tot,vc𝑖 0,75 𝑖 3.9 Em que, 𝑔tot – Fator solar do vão envidraçado com os dispositivos de proteção solar totalmente ativados; 𝑔⊥,vi – Fator solar da área transparente para uma incidência da radiação perpendicular ao vão envidraçado; 𝑔tot,vc𝑖 – Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e um dispositivo de proteção solar 𝑖 totalmente ativado, obtido através da Tabela 23. Tabela 23 – Fator solar do vão envidraçado com vidro corrente e dispositivo de proteção solar. (adaptada) [8] O 𝑔⊥,vi pode ser obtido através das informações fornecidas pelo fabricante, nos termos previstos na norma EN 410. É necessário também calcular o fator de obstrução solar (𝐹s), que representa a redução da radiação solar incidente nos envidraçados devido aos sombreamentos causados obstruções exteriores ao edifício, como outros edifícios, ou obstruções criadas por elementos do edifício, como palas, varandas,
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 44 outros corpos e elementos de enquadramento do vão, externos à caixilharia. Este fator é obtido pelo produto de três fatores de sombreamento, por aplicação da equação 3.10. 𝐹s= 𝐹h∙𝐹o∙𝐹f 3.10 Em que, 𝐹s – Fator de obstrução solar; 𝐹h – Fator de sombreamento do horizonte, devido a elementos opacos exteriores ao edifício ou do mesmo; 𝐹o – Fator de sombreamento de elementos opacos horizontais, designadamente, palas e varandas, sobrejacentes ao vão envidraçado; 𝐹f – Fator de sombreamento de elementos opacos verticais, designadamente, palas e outros corpos ou partes de um edifício, adjacentes ao vão envidraçado. Deve ter-se em conta que nas situações em que o vão não se encontre à face do elemento opaco, e na ausência de outros elementos de sombreamento, o produto entre 𝐹o e 𝐹f não pode ser superior a 0,90. O fator de sombreamento do horizonte reflete o efeito do sombreamento causado por elementos externos ao edifício existentes num ângulo de 120º, 60º para cada lado, em relação à perpendicular com o envidraçado, conforme o disposto na Figura 20. Figura 20 – Identificação da zona relevante para contabilização dos obstáculos no horizonte. [8] O 𝐹h é obtido para a estação de aquecimento através da Tabela 24, tomando um valor de 1 na estação de arrefecimento.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 45 Tabela 24 – Fator de sombreamento do horizonte na estação de aquecimento. [8] A determinação do ângulo para obtenção do fator de sombreamento por elementos horizontais deve ser efetuada de acordo com o presente na Figura 21. Devendo o valor do 𝐹o ser obtido através da Tabela 25 para a estação de arrefecimento. Figura 21 – Ângulo para determinação do fator de sombreamento por elementos horizontais. [8] Tabela 25 – Fatores de sombreamento de elementos horizontais na estação de arrefecimento. [8]
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 46 O fator de sombreamento por elementos verticais deve ser determinado tendo em conta a posição do elemento de sombreamento, à direita ou à esquerda, sendo que nas situações em que existam elementos de sombreamento em ambos as posições, o fator de sombreamento global deve ser obtido de acordo com a equação 3.11. 𝐹f=𝐹f,direita ∙𝐹f,esquerda 3.11 A medição do ângulo deve ser realizada em relação à paralela com o vão envidraçado, a partir do seu centro, de acordo com a Figura 22. O valor de 𝐹f deve ser obtido através da Tabela 26, para a estação de arrefecimento. Figura 22 – Ângulo para determinação do fator de sombreamento por elementos verticais. [8] Tabela 26 – Fatores de sombreamento de elementos verticais na estação de arrefecimento. [8]
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 47 De seguida será apresentado o procedimento realizado para o cálculo e verificação dos requisitos do fator solar de um dos vãos envidraçados, tendo-se selecionado mais uma vez o vão envidraçado VE 1.11 para análise. Este vão encontra-se orientado em direção a sudeste. De acordo com a ficha técnica do vidro, determinou-se o 𝑔⊥,vi do vidro como sendo igual a 0,43. Uma vez que este vão apresenta estore de lâminas e uma cortina ligeiramente transparente como proteção solar, consultando a Tabela 23 aplicando a equação 3.9, o VE 1.11 tem um 𝑔tot igual a 0,14. Este vão envidraçado sofre sombreamento tanto de elementos horizontais como verticais, pelo que é necessário calcular os fatores de sombreamento destes elementos. Recorrendo às vistas em corte do projeto de arquitetura foi possível determinar os fatores de sombreamento apresentados na Tabela 27. Tabela 27 – Determinação dos fatores de sombreamento do vão envidraçado VE 1.11 Tipo de Sombreamento Ângulo Característico Fator de Sombreamento Horizontal, 𝐹o 42,5º 0,59 Vertical à esquerda, 𝐹f,esquerda 42º 0,95 Vertical à direita, 𝐹f,direita 33º 0,90 Para determinar qual o requisito a cumprir, é necessário verificar a relação entre a soma das áreas dos vãos envidraçados, 𝐴𝑒𝑛𝑣,𝑓𝑎𝑐, para a orientação SO com a soma das áreas da envolvente, 𝐴𝑓𝑎𝑐, para esta mesma direção, de acordo com a Tabela 28. Pode verificar-se então que como a relação de áreas é superior a 30% o vão terá de cumprir o requisito definido na equação (2.2). Tabela 28 – Determinação da relação de área de fachada com área dos vãos envidraçados para a direção SO do edifício. 𝑨𝒇𝒂𝒄 1079,6 m2 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄 480,4 m2 𝑨𝒆𝒏𝒗,𝒇𝒂𝒄 𝑨𝒇𝒂𝒄 44,5% Obtendo-se os valores apresentados na Tabela 33, pelo que se pode concluir que o vão envidraçado VE 1.11 cumpre os requisitos de fator solar aplicáveis.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 54 Estes parâmetros foram obtidos através da folha de cálculo SCE.CLIMA, disponibilizada pela DGEG. Desta folha deve também ser obtido o ficheiro EPW (Energy Plus Weather Data File), que contém os dados climáticos para todas as horas do ano, para a localização selecionada e que deve ser introduzido na tab “Simulation” , para permitir a simulação horária das necessidades do edifício. 4.1.2. PERFIS DE UTILIZAÇÃO A definição dos perfis de ocupação e por consequência de climatização, assim como os perfis de iluminação e dos equipamentos é efetuada através do campo “ Schedules ” do HAP. A correta definição destes perfis tem um grande impacto nos resultados obtidos, em particular nos consumos energéticos. Como tal, estes perfis foram definidos com base em informações da arquitetura e nos perfis contemplados no Decreto-Lei nº 79/2006. Os perfis de ocupação foram posteriormente adaptados de forma a garantir valores de ocupação total coerentes, algo que não se verificou recorrendo apenas aos perfis contemplados na legislação. Para isto foi criada uma folha de cálculo que permite aplicar diferentes perfis de ocupação a cada um dos espaços do edifício e, tendo em conta a ocupação máxima de cada espaço, calcula a ocupação global do edifício a cada hora. Na Figura 25 apresenta-se a ocupação total hora a hora, resultante da adaptação dos perfis de ocupação, podendo verificar-se uma maior ocupação durante o horário diurno, resultante do horário de funcionamento de alguns serviços. Figura 25 – Perfil de ocupação total do edifício. Na Figura 26 (a) apresenta-se a janela de introdução dos perfis no HAP, com o perfil de ocupação definido para os quartos. O HAP permite também definir vários perfis para o mesmo espaço, possibilitando a definição de diferentes horários para dias da semana diferentes ou meses diferentes. No caso do espaço 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ocupação total, [pessoas] Hora do dia, [h]
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 55 apresentado, o seu perfil de ocupação é constante ao longo de todo o ano, pelo que apenas lhe foi atribuído um perfil, como se pode verificar pela Figura 26 (b) No Anexo K encontram-se todos os perfis criados para o edifício, assim como a atribuição dos perfis a cada um dos espaços. (a) (b) Figura 26 – Janela para introdução dos perfis no HAP, em que é visível o perfil de ocupação definido para os quartos. 4.1.3. ENVOLVENTE OPACA Neste passo devem ser transpostas as paredes definidas no subcapítulo 3.5 para o programa, o que é um processo simples. Na Figura 27 é apresentada a janela “ Wall Properties ” para introdução dos dados relativos às paredes exteriores do edifício, sendo a introdução dos dados relativos às coberturas exteriores efetuado numa janela diferente, se bem que de forma análoga. Figura 27 – Janela de introdução de dados relativos às paredes do edifício no HAP 5.11.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 56 Fornecendo a espessura e condutividade de cada camada construtiva do elemento da envolvente opaca, podendo este ser uma parede ou uma cobertura, o programa calcula automaticamente o coeficiente de transmissão térmica global da parede ou cobertura. Deve também definir-se a absortância solar dos elementos opacos, conforma a sua cor e de acordo com o presente no manual do SCE. Foram transpostos todos os elementos da envolvente opaca com condição de fronteira exterior para o programa. A envolvente interior não deve ser definida neste passo, sendo caracterizada na definição dos espaços. 4.1.4. ENVOLVENTE NÃO OPACA Após caracterizados os vãos envidraçados no subcapítulo 3.6 a introdução dos parâmetros necessários no HAP 5.11 é simples. Na Figura 28 apresenta-se a janela “ Window Properties ” para introdução dos dados relativos aos vãos envidraçados do edifício. Primeiramente deve identificar-se o tipo de vão, neste caso trata-se do tipo EV22, do vão VE 1.11 apresentado anteriormente. Depois devem ser definidas as suas dimensões, o seu coeficiente de transmissão térmica, calculado anteriormente, e o coeficiente de sombreamento, que resulta da comparação do fator solar determinado anteriormente, contabilizando o efeito das proteções solares, com um vidro de referência, que consiste num vidro simples e transparente, sem proteções solares. [19] Figura 28 - Janela de introdução dos dados relativos aos envidraçados no programa HAP 5.11.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 57 4.1.5. SOMBREAMENTOS Após definidas as características do vão é ainda necessário caracterizar os seus elementos de sombreamento. Para tal, devem ser preenchidos os parâmetros apresentados na Figura 29. Figura 29 - Janela de introdução dos dados relativos aos elementos de sombreamento dos vãos, no programa HAP 5.11. Estes parâmetros devem ser determinados de acordo com o apresentado na Figura 30. É de notar que a definição de esquerda e direita para a definição dos sombreamentos no HAP é diferente da apresentada em 3.6.2, sendo as posições definidas para a janela vista do exterior, quando anteriormente se consideravam essas posições para a janela vista do interior. (a) (b) Figura 30 – Definição dos parâmetros que caracterizam os sombreamentos no programa HAP 5.11. [19]
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 58 4.1.6. DEFINIÇÃO DOS ESPAÇOS Numa simulação multizona é necessário definir no programa cada um dos espaços do edifício. O HAP 5.11 apresenta várias janelas que permitem esta definição dos espaços. Na Figura 31 apresenta-se a janela de introdução dos parâmetros gerais do espaço, como a sua identificação, a área de pavimento, pé direito e caudal de ar novo insuflado, definido previamente no capítulo 3. Figura 31 – Janela de introdução dos parâmetros gerais do espaço, no HAP 5.11. Na janela “ Internals ”, apresentada na Figura 32, devem ser introduzidos os parâmetros referentes às cargas internas do espaço, como sistemas de iluminação fixa, equipamentos elétricos e ocupantes, assim como os respetivos horários correspondentes a cada um dos tipos de carga interna. Figura 32 – Janela de introdução dos parâmetros referentes às cargas internas do espaço, no HAP 5.11.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 59 A envolvente exterior, opaca e envidraçada, do espaço deve ser definida na janela “ Walls, Windows, Doors ”, apresentada na Figura 33. Deve definir-se a orientação das várias paredes exteriores e a sua constituição, escolhendo uma das paredes previamente criadas. Deve também definir-se a área da parede e o número de envidraçados, que podem ser escolhidos da lista de envidraçados previamente definidos, assim como o seu sombreamento. Na janela “ Roofs, Skylights ” o procedimento é semelhante, desta vez relativamente a coberturas exteriores ou vãos envidraçados horizontais exteriores. Figura 33 – Janela de introdução dos parâmetros referentes à envolvente exterior do espaço, no HAP 5.11. Na janela “ Infiltration ”, apresentada na Figura 34 devem ser introduzidos os valores para as infiltrações, de acordo com o Manual do SCE. Figura 34 – Janela de introdução dos parâmetros referentes às infiltrações através dos vãos do espaço, no HAP 5.11. Na janela “ Floors ”, apresentada na Figura 35, devem ser introduzidos os parâmetros relativos ao pavimento do espaço, conforme se trata de um pavimento interior, exterior ou em contacto com o solo.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 60 Aqui deve sere introduzido o coeficiente de transmissão térmica calculado para os pavimentos no subcapítulo 3.5. Figura 35 – Janela de introdução dos parâmetros referentes ao pavimento do espaço, no HAP 5.11. Por fim, na janela “ Partitions ”, apresentada na Figura 36, devem ser introduzidos os parâmetros relativos à envolvente de separação do espaço útil a ser definido com os ENUs adjacentes. Nomeadamente, a área do elemento de separação, o coeficiente de transmissão térmica desse elemento e as temperaturas limite do ENU, apresentadas na Tabela 11. Figura 36 – Janela de introdução dos parâmetros referentes às separações com ENUs do espaço, no HAP 5.11.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 61 4.1.7. DEFINIÇÃO DOS SISTEMAS DE AVAC O HAP não permite a definição de sistemas de climatização de forma independente dos sistemas de ventilação de uma forma direta. Como tal, torna-se necessário agrupar espaços que são simultaneamente servidos pelo mesmo sistema de climatização e de ventilação e que têm também o mesmo perfil de funcionamento. Desta forma é possível definir de forma correta os consumos energéticos associados a cada espaço, atribuindo as eficiências corretas aos equipamentos que os servem. Esta definição dos sistemas para o HAP pode ser encontrada no Anexo L. Assim, definidos os sistemas a criar, deve ser criado um sistema, introduzindo o seu nome, tipo de sistema, número de zonas térmicas, que são os espaços que vão ser servidos pelo sistema, e se o sistema a ser definido conta com ventilação dedicada ou não, como é apresentado na Figura 37 para o caso do sistema servido pela unidade terminal de climatização 1, pela UTAN 1 e com o perfil de funcionamento “Quartos”. Figura 37 – Janela de introdução dos parâmetros gerais dos sistemas no HAP 5.11. Na tab “ DOAS Components ” podem-se definir os parâmetros relativos ao sistema de ventilação, sendo que em “ Vent. Reclaim ” se pode definir a eficiência de recuperação e a potência elétrica necessária para acionar o recuperador de calor. No caso do exemplo apresentado na Figura 38 (a), o recuperador de calor por placas da UTAN1 não apresenta recuperação latente e tem uma eficiência de 82%. Em “ Vent. Fan ” e “ Exhaust Fan ” podem-se atribuir os SFP dos ventiladores do sistema de ventilação, como apresentado na Figura 38 (b). Na tab “ Zone Components ” podem-se atribuir os espaços às zonas previamente definidas e na página “ Thermostats ” desta tab podem ser definidas as temperaturas interiores limite, coincidentes com as temperaturas interiores referidas em 3.4, de acordo com o Manual do SCE. Em “ Sizing Data ” podem ser atribuídos fatores de segurança às cargas térmicas a determinar e na tab “ Equipment ” podem ser definidos os parâmetros relativos ao sistema de climatização, de acordo
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 62 com a Figura 39. Aqui devem ser definidos os coeficientes de desempenho dos equipamentos selecionados, assim como as temperaturas exteriores para que esses coeficientes foram calculados, de acordo com a ficha técnica dos equipamentos, em “ Design OADB ”. Fornecendo estes parâmetros o programa estima a eficiência do equipamento para diferentes condições do ar exterior e aplica essas eficiências ao cálculo dos consumos de energia primária. (a) (b) Figura 38 – Janela de introdução dos parâmetros relativos ao recuperador de calor (a) e ventiladores (b) do sistema de ventilação. Outro parâmetro importante nesta página é o “ Heat Recovery Used ”, em que se indica se existe recuperação de calor no sistema de climatização, algo que é possível em sistemas a três tubos, o que não é o caso dos sistemas selecionados para este edifício e que serão apresentados posteriormente. Figura 39 – Página “ Equipment Data ” em que se definem os coeficientes de desempenho do equipamento de climatização.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 63 4.2. RESULTADOS DAS CARGAS TÉRMICAS E NECESSIDADES ENERGÉTICAS Neste subcapítulo serão apresentados os resultados obtidos para as necessidades energéticas e para as cargas térmicas dos espaços. Com estas cargas térmicas foi possível efetuar a seleção dos equipamentos de climatização e dessa forma definir os valores de eficiência, necessários para determinar os consumos de energia primária do edifício. Esse trabalho será apresentado numa fase posterior do relatório. Na Tabela 36 apresentam-se as cargas térmicas obtidas para alguns espaços. Pela sua análise pode-se verificar que a copa apresenta um grande consumo por unidade de área, devido ao consumo elevado dos equipamentos, sendo esta justificação também válida para o gabinete médico. No caso da sala de refeições e do ginásio os consumos elevados devem-se à ocupação elevada destes espaços, sendo que no caso do ginásio a taxa de metabolismo superior, resultante da atividade física praticada neste espaço, provoca também um maior consumo energético a nível de arrefecimento. No caso dos quartos, os valores obtidos encontram-se dentro do esperado para um espaço com baixa ocupação de um edifício moderno com envidraçados de boa qualidade. A versão completa desta tabela, com os dados para todos os espaços, pode ser consultada no Anexo M. Tabela 36 – Resultados das cargas térmicas para alguns dos espaços climatizados. Refª Designação do espaço Piso Área Ocup. Potência de Arrefecimento [kW] Potência de aquecimento [kW] Pot/área Calor Sensível Calor Latente TOTAL [kW] Arref. [W/m2] 0.11 Copa 0 19.08 4 8.70 1.00 9.70 0.20 508.39 0.12 Sala de Refeições 0 192.62 78 11.70 22.60 34.30 11.10 178.07 0.32 Gabinete Médico 0 14.73 2 0.90 1.20 2.10 0.80 142.57 0.42 Sala de estar UN1 0 129.27 14 2.70 4.60 7.30 3.40 56.47 0.63 Ginásio 0 45.38 10 4.70 7.20 11.90 3.40 262.23 0.78 Quarto 0 21.82 2 0.60 0.50 1.10 0.50 50.41 1.01 Quarto 1 21.82 1 0.60 0.50 1.10 0.80 50.41 2.02 Quarto 2 21.82 1 0.50 0.50 1.00 0.70 45.83
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 70 solar dentro do intervalo pretendido de 65% a 75%, para dois modelos de coletores solares, selecionados pela sua relevância no mercado: os “Baxi SOL 250” e os “Viessmann Vitosol 200-FM SV2F”. Os depósitos considerados para esta avaliação foram da gama “Baxi AS 1E”, com diferentes volumes e com uma serpentina. Na Tabela 40 apresenta-se também o custo aproximado de cada uma das soluções e o seu custo normalizado à energia produzida. No Anexo O podem ser consultadas as fichas técnicas dos coletores estudados; no Anexo P são apresentadas as fichas técnicas dos depósitos e no Anexo Q podem ser consultados os custos dos materiais considerados para as várias soluções. Para este estudo considerou-se apoio em paralelo, com coletores orientados a sul e com uma inclinação de 35º. Nos subcapítulos seguintes irá ser avaliada a influência destes parâmetros na fração solar obtida. Tabela 40 – Configurações de número de coletores solares e volume de acumulação que garantem frações solares entre 65% e 75%, assim como o custo de cada uma das soluções e o seu custo normalizado à energia produzida. Pode verificar-se que a solução que apresenta menor custo em relação à energia produzida é a solução 1, com 45 coletores “Baxi SOL 250” e um volume de acumulação de 3500 L, apresentando um custo por kWh de energia produzida de 0,90 €/kWh e garantindo uma fração solar de 65%. A solução 6 apresenta valores semelhantes, com 50 coletores “Viessmann Vitosol 200-FM SV2F” e um volume de acumulação de 4000 L, resultando num custo específico ligeiramente superior(0,91 €/kWh) mas que garante também uma fração solar um pouco maior, de 66%. 5.2.2. INFLUÊNCIA DA DISPOSIÇÃO DO APOIO Foi também avaliada a influência da disposição do apoio na fração solar obtida, sendo que existem três possibilidades para o tipo de apoio: em série, em paralelo ou ao depósito, apresentadas na Figura 48. Sol. nº Modelo Nº coletores Área Coleção Volume acumulação Fração solar Eren Custo solução Custo/Eren [m2] [L] [%] [kWh] [€] [€/kWh] 1 Baxi SOL 250 45 113 3500 65 81186 73,354 € 0.90 2 50 126 4000 67 83684 81,618 € 0.98 3 53 133 4000 70 87431 85,493 € 0.98 4 50 126 5000 65 81186 84,531 € 1.04 5 55 138 5000 69 86182 90,886 € 1.05 6 Viessmann Vitosol 200-FM SV2F 50 126 4000 66 82435 74,757 € 0.91 7 53 133 4000 66 82435 78,232 € 0.95 8 55 138 5000 67 83684 83,339 € 1.00 9 60 151 5000 69 86182 89,008 € 1.03
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 71 Para o apoio em série, a água que sai do depósito é aquecida no equipamento de apoio até à temperatura de consumo desejada. No apoio em paralelo a água que sai do depósito é misturada com água quente fornecida pelo equipamento de apoio. No caso do apoio direto ao depósito o equipamento de apoio aquece a água do topo do depósito quando há um pedido de consumo e esta não se encontra à temperatura desejada [9]. Para os casos em que o equipamento de apoio consiste numa caldeira de condensação a utilização do apoio em série pode prejudicar a eficiência da caldeira, caso a temperatura de saída do depósito seja superior à temperatura de condensação da caldeira. Série Paralelo Ao depósito Figura 48 – Tipos de disposição do apoio dos sistemas solares térmicos. [10] Na Tabela 41 apresentam-se as soluções que garantiram uma fração solar entre 65% e 75%, para os vários tipos de apoio. Pode-se verificar não só que se conseguiram obter frações solares mais altas, para as mesma condições, quando o apoio é realizado em paralelo, mas também que apenas utilizando o apoio em paralelo se conseguiu atingir o limite mínimo pretendido de 65% de fração solar. Tabela 41 – Fração solar obtida para diferente número de coletores, volume de acumulação e disposição do apoio. Sol. nº Modelo Nº coletores Área Coleção Volume Acumulação Fração solar por tipo de apoio Série Paralelo Ao Depósito [m2] [L] [%] [%] [%] 1 Baxi SOL 250 45 112.95 3500 44% 65% 54% 2 50 125.5 4000 45% 67% 57% 3 53 133.03 4000 45% 70% 57% 4 50 125.5 5000 60% 65% 62% 5 55 138.05 5000 64% 69% 61% 6 Viessmann Vitosol 200-FM SV2F 50 125.5 4000 59% 67% 46% 7 53 133.03 4000 62% 66% 47% 8 55 138.05 5000 61% 67% 53% 9 60 150.6 5000 63% 69% 53%
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 72 Na Figura 49 apresenta-se a evolução da fração solar em função da área de coleção, para as três diferentes disposições do apoio. Verifica-se que, para áreas de coleção menores, o apoio ao depósito leva a frações solares mais altas, seguido do apoio em paralelo e por fim o apoio em série. Para as áreas de coleção maiores ocorre uma inversão e o apoio em paralelo torna-se mais benéfico, seguido do apoio em série e por fim o apoio ao depósito. Com isto pode-se concluir que é relevante efetuar este estudo da influência do tipo de apoio, uma vez que para configurações diferentes de coletores podem existir disposições do apoio mais benéficas diferentes. A variação da fração solar apresentada na Figura 49 corresponde a um volume de acumulação de 5000 L, utilizando os coletores Viessmann. No entanto, a mesma tendência foi verificada para diferentes volumes de acumulação e também para os coletores Baxi. Figura 49 – Fração solar em função da área de coleção, para diferentes disposições do apoio. 5.2.3. INFLUÊNCIA DA INCLINAÇÃO DOS COLETORES Foi efetuado um estudo da influência da inclinação dos coletores na fração solar, de forma a tentar determinar a melhor inclinação para os coletores, tendo-se obtido os resultados apresentados na Figura 50, que permitem confirmar que a inclinação ideal é de 35º.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 73 Figura 50 – Fração solar em função da inclinação dos coletores solares. 5.2.4. SOLUÇÃO SELECIONADA Tendo em conta o estudo apresentado anteriormente, optou-se pela solução 1, com 45 coletores solares “Baxi SOL 250”, o que perfaz uma área de coleção de 113 m2, um depósito “Baxi AS 3500-1E”, com um volume de acumulação de 3500 L e uma serpentina, com apoio em paralelo através de uma caldeira. Os coletores deverão ser montados com uma inclinação de 35º e orientados a Sul. Esta solução permitirá atingir uma fração solar de aproximadamente 65%, o que se traduz numa captação de energia solar para aquecimento de 81 186 kWh e terá um custo de investimento de aproximadamente 73 354€. Como forma de validação dos resultados obtidos, foram introduzidos os mesmos parâmetros de simulação no programa SolTerm, mais usado na vertente de projeto de sistemas solares térmicos e não na vertente de certificação energética como o SCE.ER. Obteve-se uma fração solar de 67,4%, próxima dos 65% obtidos no SCE.ER. 5.2.5. DISPOSIÇÃO DOS COLETORES NA COBERTURA E LOCALIZAÇÃO DOS DEPÓSITOS Após definida a configuração do sistema solar térmico, procedeu-se à localização dos coletores na cobertura do edifício e do depósito nas áreas técnicas. A localização do depósito foi definida em conjunto com a arquitetura, tendo-se decidido colocá-lo numa das áreas técnicas localizada no piso -1, como indicado na Figura 51. Deve-se notar que esta não é a localização mais adequada, dada a distância elevada até aos coletores localizados na cobertura, de aproximadamente 15 m.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 74 Figura 51 – Localização do depósito de acumulação solar, no piso -1, representado a verde. Para definir a disposição dos coletores na cobertura é necessário ter em conta o efeito do sombreamento resultante de uma linha de coletores nos coletores das linhas adjacentes. Para tal, torna-se necessário definir um espaçamento entre linhas de modo que às 12 horas solares do dia mais desfavorável, que se trata da altura solar mínima no solstício de inverno, a sombra da aresta superior duma fila tem de projetar-se, no máximo, sobre a aresta inferior da fila seguinte, como exemplificado na Figura 52. [21] Figura 52 – Parâmetros a considerar para determinar o distanciamento entre filas de coletores para maximizar a incidência solar. [21] Assim, a distância entre filas pode ser calculada por: 𝑑 =𝐿 sin𝛽 tanℎ0+cos𝛽 5.1 Sendo a altura solar mínima dada por:
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 75 ℎ0=90°− (𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑔𝑎𝑟)° − 23,5° 5.2 Para uma altura dos coletores 𝐿 de 2,187 m, uma inclinação 𝛽 de 35º e uma latitude de 41,2º, tem-se que as linhas dos coletores devem distanciar-se umas das outras no mínimo de 4,45 m. Assim, uma vez que a cobertura tem muito espaço disponível, decidiu distanciar-se as linhas de 5 m entre si. Orientando os coletores a sul, verifica-se que a cobertura permite a montagem de linhas de até 10 coletores, o que corresponde também ao número máximo de coletores por fila indicado na ficha técnica. No entanto, para filas de mais de 5 coletores em série, as perdas de carga tornam-se demasiado elevadas, o que se traduz em custos de bombagem acrescidos. [22] Assim, optou-se por dispor os coletores em 4 filas de 5 mais 5 coletores em série e uma fila de 5 coletores, como apresentado na Figura 53. Figura 53 - Disposição dos coletores solares térmicos na cobertura do edifício, representados a verde. 5.3. DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO DA CALDEIRA Para o apoio optou-se por uma caldeira a gás natural para servir de apoio ao sistema solar térmico, sendo neste subcapítulo apresentado o procedimento seguido para dimensionar e selecionar este equipamento. Foram avaliados dois métodos de gestão do sistema de aquecimento de água por caldeira, primeiramente avaliou-se uma solução de acumulação total e depois uma solução de reaquecimento intermédio. 5.3.1. ACUMULAÇÃO TOTAL Uma das soluções possíveis para o sistema de produção de água quente com caldeira é assumir que a caldeira produz água quente durante o período em que não há consumo, sendo essa água quente acumulada num depósito com volume igual ou superior às necessidades diárias de AQS, ou seja, um sistema de acumulação total.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 76 Para os perfis de consumo apresentados em 5.1, a potência mínima que a caldeira deve apresentar é de 34,5 kW, como se pode verificar pela Tabela 42. Tabela 42 – Resultados obtidos para a solução de acumulação total. Semana Sábado Domingo Tempo de reaquecimento [h] 11 10 11 Potência [kW] 31,4 34,5 31,4 Obs. Consumo das 7h às 19h Consumo das 7 às 20h Consumo das 7h às 19h Considerando a gama de caldeiras da Baxi disponíveis, a caldeira com a potência mais próxima da necessária é a “Baxi Power HT Plus 50 F”, com uma potência útil de 45 kW, eficiência de 87,9% em base PCS e com um custo de 6 186 €, segundo a ficha técnica apresentada no Anexo R. Existem três possíveis opções quanto aos depósitos de acumulação para o volume necessário de 6600 L: • Opção 1: 1 depósito AS 5000-1E + 1 depósito AS 2000-IN E – 23 372 € • Opção 2: 1 depósito AS 4000-1E + 1 depósito AS 3000-IN E – 22 399 € • Opção 3: 1 depósito AS 3500-1E + 1 depósito AS 3500-IN E – 21 157 € A opção 3 é a mais adequada, uma vez que, apesar de ocupar mais espaço que as restantes, apresenta um custo bastante inferior, de acordo com o catálogo técnico apresentado no Anexo P, e as áreas técnicas do edifício têm espaço suficiente para receber estes equipamentos. Assim, o custo da solução de acumulação total é de 27 343 €. 5.3.2. REAQUECIMENTO INTERMÉDIO Outra solução possível é dividir o perfil de consumo em dois períodos de consumo, devendo-se garantir no início de cada um desses períodos um volume de acumulação equivalente ao consumo previsto. Desta forma a caldeira deverá ser capaz de reaquecer o volume de água necessário para garantir a acumulação necessária para o segundo período. Assim, é expectável que se consiga reduzir o volume de acumulação, reduzindo o investimento em depósitos, em detrimento de potências de aquecimento superiores e, possivelmente, um investimento superior numa caldeira mais potente. Foi necessário, portanto, avaliar
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 77 esta solução para se confirmar se é possível obter uma solução com custo inferior à solução de acumulação total. É útil simplificar o perfil de consumo reduzindo cada um dos períodos de consumo a um pico único, no início de cada período, como exemplificado na Figura 54, para o perfil de consumo dos dias da semana apresentado na Figura 45. A posição dos picos pode ser definida de forma a obter potências de aquecimento e volumes de acumulação diferentes, que podem ser combinados de forma a obter a solução com menor custo possível. Foi estudada uma primeira opção, cujos parâmetros são apresentados na Tabela 43. Aqui, os consumos ocorridos até às 11h assumem-se como ocorridos às 7h e os consumos, com um segundo pico às 12h, equivalente aos restantes consumos. Figura 54 – Normalização dos consumos a dois picos, para os dias da semana. Tabela 43 – Resultados da primeira opção de reaquecimento intermédio. Semana Sábado Domingo Pico 1 Consumo, [L] 3272,5 3850 3850 Hora, [h] 7 7 7 Pico 2 Consumo, [L] 3327,5 2750 2750 Hora, [h] 12 12 12 Tempo reaquecimento 1, [h] 4 4 4 Tempo reaquecimento 2, [h] 18 18 18 Potência reaquecimento 1, [kW] 42,8 50,4 50,4 Potência reaquecimento 2, [kW] 9,7 8,0 8,0 Volume Acumulação Mínimo, [L] 3327,5 3850 3850
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 78 De acordo com estes resultados, verifica-se que é necessário recorrer a uma caldeira “Baxi Power HT Plus 70 F”, com 65 kW de potência útil, e a um depósito “Baxi AS 4000-1E”, que têm um custo total de 20 949 €. Estudou-se outra opção, mantendo o volume de acumulação de 4000 L, mas tentando reduzir a potência necessária, para permitir a utilização de uma caldeira mais barata. Essa opção é apresentada na Tabela 44. Nesta solução fez-se variar a hora a que se consideram os picos de consumo, de modo a reduzir a potência de aquecimento necessária, tendo-se obtido, para um volume de acumulação de 4000 L, uma potência mínima de 34 kW. É de notar também que para esta solução se considerou o volume de água quente que ainda resta no depósito depois do primeiro período de utilização como sendo usável para o segundo período de utilização. Tabela 44 – Resultados da segunda opção de reaquecimento intermédio, com redução da potência de aquecimento necessária. Semana Sábado Domingo Volume Acumulação, [L] 4000 4000 4000 Pico 1 Consumo, [L] 3685 3850 3850 Hora, [h] 7 7 7 Pico 2 Consumo, [L] 2915 2750 2750 Hora, [h] 13 12 12 Tempo reaquecimento 1, [h] 5 4 4 Tempo reaquecimento 2, [h] 17 18 18 Potência reaquecimento 1, [kW] 27,2 34,0 34,0 Potência reaquecimento 2, [kW] 12,3 11,6 11,6 Desta forma conseguiu-se reduzir a potência o suficiente para a caldeira “Baxi Power HT Plus 50 F”, com potência útil de 45 kW, ser capaz de suprir as necessidades de aquecimento, conseguindo-se reduzir o custo da solução para 20 194 €. Experimentou-se também reduzir o volume de acumulação para 3500 L, permitindo selecionar um depósito mais pequeno e menos custoso. Os resultados deste estudo apresentam-se na Tabela 45. Com esta opção consegue utilizar-se um depósito “Baxi AS 3500-1E”, que apresenta um custo mais reduzido, face à opção de 4000 L. No entanto, torna-se necessário recorrer a uma caldeira “Baxi Power HT Plus 90 F”, com potência útil de 85 kW. O custo total desta solução é de 20 428 €.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 79 Tabela 45 – Resultados da terceira opção de reaquecimento intermédio, com redução do volume de acumulação. Semana Sábado Domingo Volume Acumulação, [L] 3500 3500 3500 Pico 1 Consumo, [L] 3272,5 3162,5 3300 Hora, [h] 7 7 7 Pico 2 Consumo, [L] 3327,5 3437,5 3300 Hora, [h] 12 10 11 Tempo reaquecimento 1, [h] 4 2 3 Tempo reaquecimento 2, [h] 18 20 19 Potência reaquecimento 1, [kW] 40, 81,1 54,1 Potência reaquecimento 2, [kW] 10,2 9,2 9,6 Tendo em conta as opções apresentadas anteriormente, resumidas na Tabela 46, a solução de reaquecimento intermédio mais económica é a segunda opção, com a caldeira “Baxi Power HT Plus 50 F” e o depósito “Baxi AS 4000-1E”, com um custo de 20 194 €. Tabela 46 – Resumo das opções consideradas para o reaquecimento intermédio. Opção 1 Opção 2 Opção 3 Caldeira 70 F 50 F 90 F Depósito 4000-1E 4000-1E 3500-1E Custo Total 20 949 € 20 194€ 20 428 € 5.3.3. SOLUÇÃO SELECIONADA Estudadas as soluções de acumulação total e de reaquecimento intermédio, pode verificar-se que o reaquecimento intermédio (Opção 2) apresenta um custo inferior em 7 149 € em relação à acumulação total, sendo por isso a solução a utilizar no edifício. Na Figura 55 apresenta-se a localização da caldeira e do depósito de acumulação selecionados. Figura 55 – Localização da caldeira e do depósito selecionados, representados a verde.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 86 Figura 57 – Evolução dos custos ao longo do tempo para a solução de preparação com caldeira a gás natural ou com bomba de calor. PRS = 10,51 anos. Para esta avaliação consideraram-se os preços da eletricidade e do gás natural fornecidos pela DGEG para o segundo semestre de 2022, considerando os impostos e taxas aplicáveis, para o setor industrial. Preço GN = 0,141 €/kWh; Preço eletricidade = 0,196 €/kWh. [23] 6.2.3. IMPACTO NA CLASSE ENERGÉTICA E NAS EMISSÕES DE CO2 Tendo em conta a eficiência apresentada anteriormente para o novo sistema com bomba de calor, determinou-se a nova classe energética do edifício, seguindo o mesmo procedimento apresentado anteriormente. Na Tabela 53 apresentam-se os consumos de energia final e primária de tipo S para o edifício previsto com a proposta de melhoria I. Tabela 53 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício previsto da proposta de melhoria I. Energia Final [kWh] Fonte Energia Primária [kWhEP] S/ Renovável Renovável Aquecimento EUs Climatizados 1 743 Eletricidade 4 358 9 427 EUs não Climatizados 5911 Eletricidade 14 778 - Arrefecimento EUs Climatizados 27 658 Eletricidade 69 145 185 972 EUs não Climatizados 8 191 Eletricidade 20 477 - AQS Solar Térmico 81 402 Renovável - 81 402 Apoio 17 331 Eletricidade 43 327 26 169 Ventiladores AVAC 55 060 Eletricidade 137 650 - Bombagem AVAC e AQS 1780 Eletricidade 4 450 - Iluminação Interior EUs e ENUs 115 203 Eletricidade 288 008 - Total 314 279 582 192 302 970 885 162
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 87 Assim, calculou-se o 𝐼𝐸𝐸𝑝𝑟,𝑆 em 191,99 kWhEP/(m2.ano) e o 𝐼𝐸𝐸𝑝𝑟,𝑟𝑒𝑛 em 65,71 kWhEP/(m2.ano). Na Tabela 54 apresentam-se os resultados para o edifício de referência, considerando a eficiência de referência para a bomba de calor de 2,80, tendo resultando um 𝐼𝐸𝐸𝑟𝑒𝑓,𝑆 de 147,97 kWhEP/(m2.ano). Tabela 54 – Consumos de energia final e energia primária de tipo S para o edifício de referência da proposta de melhoria I. Energia Final [kWh] Fonte Energia Primária [kWhEP] Aquecimento 26 771 Eletricidade 66 928 Arrefecimento 36 600 Eletricidade 91 500 AQS 44 608 Eletricidade 111 520 Ventiladores AVAC 48 648 Eletricidade 121 621 Bombagem AVAC e AQS 1 060 Eletricidade 2 650 Iluminação Interior EUs e ENUs 115 203 Eletricidade 288 008 Total 272 890 682 227 Resultou assim um 𝑅𝐼𝐸𝐸 de 0,85, equivalente a uma classe energética B-, e umas emissões de CO2 de 83 836 kg/ano. Verifica-se que a classe energética piorou ligeiramente em relação à solução inicial. Isto deve-se à eficiência da bomba de calor selecionada ser inferior à eficiência de referência de 2,80 para este tipo de equipamentos, devido à elevada potência necessária. No entanto, houve uma redução de 2 782 kg/ano nas emissões de CO2, pelo que a solução não deve ser descartada. Devem então ser estudados outros métodos para atingir uma classe energética regulamentar. 6.3. PROPOSTA DE MELHORIA II – INTRODUÇÃO DE UM SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO Uma vez que o edifício se encontra numa zona de boa exposição solar e que apresenta também uma área grande área de cobertura disponível, decidiu estudar-se a implementação de um sistema solar fotovoltaico para produção de eletricidade para autoconsumo. Com esta solução pretende-se atingir uma classe energética regulamentar de B e reduzir as emissões de CO2 associadas ao funcionamento do edifício.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 88 Para tal, começou-se por definir o perfil de potência elétrica do edifício, efetuando-se posteriormente o dimensionamento do sistema solar fotovoltaico de modo a atingir classe energética pretendida. Por fim, faz-se uma avaliação económica desta proposta de melhoria e verifica-se o seu impacto na classe energética e nas emissões de CO2 do edifício. 6.3.1. PERFIS DE POTÊNCIA De forma a permitir o dimensionamento do sistema solar fotovoltaico é necessário, em primeiro lugar, determinar o perfil de potência elétrica do edifício. Para tal recorreu-se aos resultados horários da SDM, que permitem obter a potência consumida para aquecimento, arrefecimento, iluminação e para os equipamentos, a cada hora do ano. A estas potência pode somar-se as potências da bomba de calor, definidas em 5.3.2, tendo em conta o seu COP apresentado na Tabela 52, obtendo-se o perfil de potência apresentado na Figura 58, para a potência média anual. Figura 58 – Perfil de potência elétrica média anual do edifício. 6.3.2. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO Para dimensionar o sistema fotovoltaico de forma a garantir a classe energética B é necessário determinar qual a produção fotovoltaica necessária, sendo que esta produção entra na parcela 𝐼𝐸𝐸𝑝𝑟,𝑟𝑒𝑛 da equação 6.1, pelo que uma maior produção fotovoltaica se traduz num 𝑅𝐼𝐸𝐸 inferior. Determinou-se então que a produção mínima que permite atingir a classe B é de 28 209 kWh/ano. Considerando os painéis fotovoltaicos “Baxi Solar Monocristalino 365 Wp”, com 365 W de potência nominal e uma área de 1,82 m2, de acordo com a ficha técnica apresentada no Anexo U, são necessários 50 painéis para garantir essa produção. Esta solução apresenta um custo de 38 577 €, uma produção fotovoltaica para autoconsumo de 28 293 kWh/ano e sem produção para injeção na rede, que não é contabilizada para efeitos de melhoria
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 89 da classe energética, de acordo com as simulações realizadas no software SCE.ER, com os parâmetros apresentados na Figura 59. Figura 59 – Parâmetros de simulação para o sistema solar fotovoltaico. 6.3.3. AVALIAÇÃO ECONÓMICA Realizou-se uma avaliação simples do impacto económico da implementação dos sistema solar fotovoltaico previamente dimensionado, em conjunto com a implementação da bomba de calor. Na Figura 60 apresenta-se a evolução das poupanças para o tempo de vida expectável do sistema, de 25 anos. Figura 60 – Poupanças expectáveis para a solução de bomba de calor e sistema solar fotovoltaico, ao longo do seu tempo de vida expectável de 25 anos. Esta solução apresenta um período de retorno simples de 8,92 anos e poupanças expectáveis de 135 579 € aos 25 anos.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 90 6.3.4. IMPACTO NA CLASSE ENERGÉTICA E NAS EMISSÕES DE CO2 Seguindo o procedimento previamente apresentado para a determinação da classe energética obtiveram-se os resultados apresentados na Tabela 55. Verifica-se assim que com a implementação do sistema solar fotovoltaico se conseguiu atingir uma classe energética regulamentar B e reduziram-se as emissões em 10 186 kg/ano em relação à proposta de melhoria I. Tabela 55 – Indicadores de eficiência energética, classe energética e emissões obtidas para a proposta de melhoria II. 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝑺 191,99 kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒓𝒆𝒇,𝑺 147,97 kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝒓𝒆𝒏 81,05 kWhEP/(m2.ano) 𝑹𝑰𝑬𝑬 0,75 Classe Energética B Emissões de CO2eq 73 650 kg/ano 6.4. PROPOSTA DE MELHORIA III – SOLAR FOTOVOLTAICO CLASSE A Considerou-se de interesse avaliar também uma solução que atinja uma classe energética A, consistindo esta num sistema solar fotovoltaico de maior dimensão. 6.4.1. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO Determinou-se a produção necessária para o sistema solar fotovoltaico garantir a classe energética A do edifício em 96 431 kWh/ano. Por simulação no SCE.ER, verificou-se que para atingir essa produção serão necessários 211 painéis “Baxi Solar Monocristalino 365 Wp”. Esta solução apresenta um custo de 159 189 €, uma produção fotovoltaica para autoconsumo de 96 658 kWh/ano e produção para injeção na rede de 22 740 kWh/ano. 6.4.2. AVALIAÇÃO ECONÓMICA Realizou-se também uma avaliação económica para esta solução, apresentando-se na Figura 61 as poupanças ao longo do tempo de vida expectável para o sistema de 25 anos.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 91 Figura 61 – Poupanças expectáveis para a solução de bomba de calor com sistema solar fotovoltaico da Proposta de Melhoria III. Esta solução apresenta um período de retorno simples de 8,98 anos e poupanças expectáveis de 349 272 € aos 25 anos. 6.4.3. IMPACTO NA CLASSE ENERGÉTICA E NAS EMISSÕES DE CO2 Desta proposta obtiveram-se os resultados apresentados na Tabela 56, verificando-se que se conseguiu atingir a classe A e uma redução das emissões equivalentes de GEE para 49 039 kg/ano, o que se traduz numa redução de 24 611 kg/ano em relação à proposta de melhoria II e de 34 797 kg/ano em relação à proposta de melhoria I. Tabela 56 – Indicadores de eficiência energética, classe energética e emissões obtidas para a proposta de melhoria III. 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝑺 191,99 kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒓𝒆𝒇,𝑺 147,97 kWhEP/(m2.ano) 𝑰𝑬𝑬𝒑𝒓,𝒓𝒆𝒏 118,12 kWhEP/(m2.ano) 𝑹𝑰𝑬𝑬 0,50 Classe Energética A Emissões de CO2eq 49 039 kg/ano
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 92 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. CONCLUSÕES Este trabalho teve como principal objetivo avaliar a implementação de sistemas de energias renováveis para a produção de água quente sanitária numa estrutura residencial para pessoas idosas, em particular sistemas solares térmicos e fotovoltaicos, avaliando o seu impacto financeiro, ambiental e na classe energética do edifício. Inicialmente realizou-se a caracterização do edifício, identificando-se a zona climática em que este se insere e caracterizando-se a sua envolvente opaca e envidraçada. Foram também calculados os caudais mínimos de ar novo e de extração para os vários espaços, tendo-se efetuado um equilíbrio de caudais entre várias zonas do edifício, dando origem aos caudais de projeto que permitiram o dimensionamento e seleção dos equipamentos de ventilação. Uma vez que, aquando da realização deste trabalho, o estudo luminotécnico do sistema de iluminação fixa do edifício não tinha sido realizado foi necessário, de modo a permitir a determinação do comportamento energético do edifício, definirem-se potências de iluminação para os vários espaços. Estas potências foram definidas de acordo com os valores máximos de iluminância e densidade de potência definidos na Portaria n.º 138-I/2021. O edifício foi ligeiramente penalizado a nível energético como consequência. Esta caracterização permitiu simular o comportamento energético do edifício recorrendo a um programa de simulação dinâmica multizona acreditado segundo a Norma ASHRAE 140, o HAP. Assim obtiveram-se as cargas térmicas para todos os espaços climatizados do edifício, o que permitiu a atribuição dessas cargas térmicas a várias máquinas de climatização do tipo VRF, resultando na posterior seleção desses equipamentos. Obtiveram-se cargas térmicas máximas de 83 kW para aquecimento e de 192 kW para arrefecimento. Com a SDM foi também possível determinar as necessidades de aquecimento e de arrefecimento em 29 MWh/ano e 237 MWh/ano, respetivamente, assim como o consumo para ventiladores AVAC em 55 MWh/ano e os consumos em iluminação interior em 115 MWh/ano. A primeira solução considerada para o sistema de preparação de AQS consiste num sistema solar térmico apoiado por uma caldeira a gás natural. Para dimensionar ambos os sistemas começou-se por determinar o perfil de consumo de AQS, segundo a literatura disponível, para o consumo diário calculado
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 93 em 6600 L de água quente. Avaliou-se a influência na fração solar do número de coletores solares e da sua inclinação, do volume de acumulação e da disposição do apoio, tendo-se concluído que a solução mais economicamente viável se trata de um sistema com 45 painéis, correspondendo a uma área de coleção de 113 m2, com um depósito de acumulação de 3500 L e com o apoio em paralelo. Foram consideradas duas opções para o dimensionamento da caldeira, uma de acumulação total e uma com reaquecimento intermédio, tendo-se verificado que a segunda opção é a mais viável, tendo resultado um sistemas de apoio com uma caldeira com potência útil de 45 kW e acumulação de 4000 L. Esta solução resulta numa fração solar de 65%, que se traduz numa produção de energia renovável de 81 MWh/ano, e apresenta um custo total de cerca de 93 548 €. Obteve-se assim uma classe energética B-, não regulamentar, e emissões equivalentes de CO2 de 86 618 kg/ano. Uma vez que não se obteve uma classe energética regulamentar, foi necessário considerar medidas de melhoria que permitissem melhorar a classe energética. A primeira medida considerada foi a substituição da caldeira por uma bomba de calor aerotérmica, que, devido à potência de aquecimento necessária elevada em conjunto com a temperatura de acumulação de 60ºC, também elevada, resultou numa bomba de calor com um COP de 2,51, valor reduzido devido à potência de aquecimento e temperatura de acumulação elevadas, não surtindo efeito na classe energética, reduzindo, no entanto, as emissões em 2 782 kg/ano. A segunda proposta de melhoria considerada consiste na implementação de um sistema solar fotovoltaico, em conjunto com a implementação da bomba de calor, que, com um valor de energia produzida para autoconsumo de 28 MWh/ano, resultou numa melhoria da classe energética para classe B, regulamentar, e numa redução das emissões de CO2 para 73 650 kg/ano, apresentando esta solução um período de retorno simples de 8,92 anos e poupanças de 135 579 € aos 25 anos. Avaliou-se também uma outra opção para o sistema solar fotovoltaico, consistindo esta num sistema de maior dimensão, capaz de atingir a classe energética A e de produzir 97 MWh/ano de energia para autoconsumo, resultando também numa redução das emissões de CO2 para 49 039 kg/ano e num período de retorno simples de 8,98 anos e poupanças de 349 272 € aos 25 anos Em suma, considera-se que a solução mais adequada para o edifício, conjugando fatores económicos com ambientais, é a solução descrita na proposta de melhoria II, consistindo num sistema solar térmico, apoiado por uma bomba de calor aerotérmica e com o auxílio também de um sistema solar fotovoltaico capaz de garantir a classe energética B. Admite-se, no entanto, que seria do interesse do dono de obra considerar a solução apresentada proposta de melhoria III, uma vez que resulta numa
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 94 classe energética melhor e apresenta ainda um período de retorno simples bastante favorável e poupanças muito significativas. 7.2. TRABALHOS FUTUROS Devido a limitações de tempo e de disponibilidade de dados, não foi possível avaliar em maior detalhe alguns parâmetros de estudo, que se consideram de interesse para a realização de trabalhos futuros, nomeadamente: • Realizar uma nova simulação dinâmica multizona, tendo por base os dados do estudo luminotécnico, quando este se encontrar finalizado; • Avaliar o efeito de free-cooling nas necessidades de arrefecimento; • Avaliar medidas a nível da envolvente opaca exterior para reduzir as necessidades de arrefecimento; • Avaliar a influência de diferentes temperaturas de acumulação na eficiência da bomba de calor e nos custos das soluções de acumulação; • Realizar simulações do sistema solar térmico utilizando o SolTerm para validar a influência dos vários parâmetros.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 95 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Comissão Europeia, “In focus: Energy efficiency in buildings,” 17 fevereiro 2020. [Online]. Available: https://commission.europa.eu/news/focus-energy-efficiency-buildings-2020-0217_en. [Acedido em 25 setembro 2023]. [2] Eurostat, “Energy consumption in households,” 23 agosto 2023. [Online]. Available: https://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/index.php?title=Energy_consumption_in_households. [Acedido em 25 setembro 2023]. [3] Comissão Europeia, “Delivering the European Green Deal,” [Online]. Available: https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-greendeal/delivering-european-green-deal_en#renovating-buildings-for-greener-lifestyles. [Acedido em 7 dezembro 2023]. [4] Tykhe, Ficha Técnica Tykhe, 2019. [5] ADENE, Guia SCE - Certificação Energética dos Edifícios, DGEG, 2020. [6] DRE, “Portaria nº 138-I/2021,” 2021. [Online]. [7] DRE, “Despacho n.º 6476-E/2021,” 2021. [Online]. [8] ADENE, Manual SCE, DGEG, 2021. [9] DGEG, Guia de Utilização do software SCE.ER, Lisboa: Direção Geral de Energia e Geologia, 2020. [10] DGEG, SCE.ER, 2020. [11] Caleffi, “Produção de Água Quente por Acumulação - O perigo da "Legionella",” Hidráulica, vol. 19, 2002. [12] MEP Academy, “How a Condensing Boiler Works,” 15 maio 2022. [Online]. Available: https://mepacademy.com/how-a-condensing-boiler-works/. [Acedido em 12 setembro 2023]. [13] Y. A. Çengel e M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, 2006.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 102 ANEXO B: CARACTERIZAÇÃO DETALHADA DOS ESPAÇOS Na Tabela 57 deste anexo encontra-se a caracterização detalhada dos espaços. Tabela 57 - Caracterização detalhada dos espaços. Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 0.01 Central Térmica -1 75.66 3.67 0.00 ENU 0.02 Sala de Bombagem -1 22.18 3.67 0.00 ENU 0.03 Reservatório -1 57.34 3.67 0.00 ENU 0.04 Gerador -1 55.67 3.67 0.00 ENU 0.05 Circulação -1 38.28 3.67 0.00 ENU 0.06 Lixos Hospitalares 0 5.62 2.50 0.00 ENU 0.07 Lixos 0 12.60 2.50 0.00 ENU 0.08 Arrumos Gerais 0 25.11 2.50 0.00 EU 0.09 Despejos 0 3.43 2.50 0.00 EU 0.10 Circulação 0 70.14 3.00 0.00 EU 0.11 Copa 0 19.08 3.25 4.00 EU 0.12 Sala de Refeições 0 192.62 3.25 78.00 EU 0.13 Vestiário Feminino 0 55.03 3.25 8.00 EU 0.14 Vestiário Masculino 0 32.99 3.25 5.00 EU 0.15 Circulação 0 9.69 3.00 0.00 EU 0.16 I.S. Pública 0 16.41 3.00 0.00 EU 0.17 I.S. Pública 0 16.41 3.00 0.00 EU 0.18 I.S. 0 4.84 2.50 0.00 EU 0.19 I.S. 0 4.84 2.50 0.00 EU 0.20 Circulação 0 30.88 3.00 0.00 EU 0.21 Caixa de Elevadores 0 4.62 11.30 0.00 EU 0.22 Caixa de Elevadores 0 5.99 11.30 0.00 EU 0.23 Antecâmara 0 14.93 2.60 0.00 EU 0.24 Hall 0 75.63 3.25 0.00 EU 0.25 Caixa de escadas 0 23.29 11.07 0.00 EU 0.26 IS 0 4.97 2.50 0.00 EU 0.27 IS 0 4.97 2.50 0.00 EU 0.28 Circulação 0 20.13 3.00 0.00 EU 0.29 IS Pública 0 16.63 3.00 0.00 EU 0.30 IS Pública 0 16.11 3.00 0.00 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 103 Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 0.31 Sala do pessoal 0 15.10 3.00 4.00 EU 0.32 Gabinete Médico 0 14.73 3.00 2.00 EU 0.33 Gabinete Enfermagem 0 14.97 3.00 3.00 EU 0.34 Circulação 0 5.58 3.00 0.00 EU 0.35 IS 0 3.06 2.50 0.00 EU 0.36 Despejos 0 3.06 2.50 0.00 EU 0.37 Circulação 0 12.24 3.00 0.00 EU 0.38 IS Pública 0 14.26 3.00 0.00 EU 0.39 IS Pública 0 13.88 3.00 0.00 EU 0.40 Farmácia 0 10.51 3.00 0.00 EU 0.41 Circulação 0 23.78 3.00 0.00 EU 0.42 Sala de estar UN1 0 129.27 3.25 14.00 EU 0.43 Hall 0 25.16 3.25 0.00 EU 0.44 Receção 0 76.87 3.25 3.00 EU 0.45 Sala familiares 0 15.67 3.00 3.00 EU 0.46 IS 0 2.93 2.50 0.00 EU 0.47 IS 0 2.93 2.50 0.00 EU 0.48 Gabinete técnicos 0 11.91 3.00 2.00 EU 0.49 Gabinete técnicos 0 11.52 3.00 2.00 EU 0.50 Direção 0 11.52 3.00 2.00 EU 0.51 Reuniões 0 19.20 3.00 4.00 EU 0.52 Circulação 0 5.56 3.00 0.00 EU 0.53 IS apoio gab 0 6.60 2.50 0.00 EU 0.54 Bastidor 0 5.79 2.50 0.00 EU 0.55 Circulação 0 26.56 3.00 0.00 EU 0.56 Posto de segurança 0 15.12 2.50 1.00 EU 0.57 Fisioterapia 0 23.11 3.00 6.00 EU 0.58 Circulação 0 14.40 3.00 0.00 EU 0.59 Vestiário 0 5.21 2.50 1.00 EU 0.60 IS 0 3.68 2.50 0.00 EU 0.61 Vestiário 0 5.21 2.50 1.00 EU 0.62 IS 0 3.68 2.50 0.00 EU 0.63 Ginásio 0 45.38 3.25 10.00 EU 0.64 Cabeleireiro 0 15.23 3.25 4.00 EU 0.65 Capela 0 46.39 3.25 23.00 EU 0.66 Sala de estar UN2 0 96.00 3.25 14.00 EU 0.67 Sala de estar de piso 0 157.04 3.25 4.00 EU 0.68 Caixa de Elevadores 0 6.17 8.05 EU 0.69 Despejos 0 4.40 2.50 EU 0.70 Roupa limpa 0 8.23 2.50 EU 0.71 Roupa limpa 0 8.45 2.50 EU 0.72 Circulação 0 6.43 3.00 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 104 Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 0.73 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.74 IS 0 4.65 2.50 EU 0.75 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.76 IS 0 4.65 2.50 EU 0.77 Circulação 0 49.30 3.00 EU 0.78 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.79 IS 0 4.65 2.50 EU 0.80 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.81 IS 0 4.65 2.50 EU 0.82 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.83 IS 0 4.65 2.50 EU 0.84 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.85 IS 0 4.65 2.50 EU 0.86 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.87 IS 0 4.65 2.50 EU 0.88 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.89 IS 0 4.65 2.50 EU 0.90 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.91 IS 0 4.65 2.50 EU 0.92 Quarto 0 21.82 3.00 2.00 EU 0.93 IS 0 4.65 2.50 EU 0.94 Quarto 0 21.82 3.00 1.00 EU 0.95 IS 0 4.65 2.50 EU 0.96 Quarto 0 21.82 3.00 1.00 EU 0.97 IS 0 4.65 2.50 EU 1.1 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.2 IS 1 4.54 2.50 EU 1.3 Quarto 1 21.81 3.00 1.00 EU 1.4 IS 1 4.65 2.50 EU 1.5 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.6 IS 1 4.65 2.50 EU 1.7 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.8 IS 1 4.65 2.50 EU 1.9 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.10 IS 1 4.65 2.50 EU 1.11 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.12 IS 1 4.65 2.50 EU 1.13 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.14 IS 1 4.65 2.50 EU 1.15 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.16 IS 1 4.65 2.50 EU 1.17 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.18 IS 1 4.65 2.50 EU 1.19 Quarto 1 21.81 3.00 2.00 EU 1.20 IS 1 4.65 2.50 EU 1.21 Circulação 1 39.89 3.00 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 105 Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 1.22 Roupa limpa 1 14.84 2.50 EU 1.23 Material consumo 1 11.74 2.50 EU 1.24 Circulação 1 9.47 3.00 EU 1.25 Sujos 1 5.48 2.50 EU 1.26 Balneário 1 11.42 2.50 EU 1.27 Despejos 1 1.27 2.50 EU 1.28 Circulação 1 57.91 3.00 EU 1.29 Circulação 1 25.52 3.00 EU 1.30 Sala piso 1 21.17 3.25 4.00 EU 1.31 IS 1 4.40 2.50 EU 1.32 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.33 IS 1 4.65 2.50 EU 1.34 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.35 IS 1 4.65 2.50 EU 1.36 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.37 IS 1 4.65 2.50 EU 1.38 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.39 IS 1 4.65 2.50 EU 1.40 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.41 IS 1 4.65 2.50 EU 1.42 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.43 IS 1 4.65 2.50 EU 1.44 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.45 IS 1 4.65 2.50 EU 1.46 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.47 IS 1 4.65 2.50 EU 1.48 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.49 IS 1 4.65 2.50 EU 1.50 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.51 IS 1 4.65 2.50 EU 1.52 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.53 IS 1 4.65 2.50 EU 1.54 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.55 IS 1 4.65 2.50 EU 1.56 Circulação 1 35.05 3.00 EU 1.57 Circulação 1 46.33 3.00 EU 1.58 Material consumo 1 12.60 2.50 EU 1.59 Roupa limpa 1 13.07 2.50 EU 1.60 Sujos 1 3.99 2.60 EU 1.61 Circulação 1 6.81 3.00 EU 1.62 Despejos 1 2.52 2.50 EU 1.63 Arrumos 1 5.25 2.50 EU 1.64 Material limpeza 1 5.25 2.50 EU 1.65 Sala de piso 1 133.96 3.25 4.00 EU 1.66 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.67 IS 1 4.65 2.50 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 106 Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 1.68 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.69 IS 1 4.65 2.50 EU 1.70 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.71 IS 1 4.65 2.50 EU 1.72 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.73 IS 1 4.65 2.50 EU 1.74 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.75 IS 1 4.65 2.50 EU 1.76 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.77 IS 1 4.65 2.50 EU 1.78 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.79 IS 1 4.65 2.50 EU 1.80 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.81 IS 1 4.65 2.50 EU 1.82 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.83 IS 1 4.65 2.50 EU 1.84 Quarto 1 21.82 3.00 2.00 EU 1.85 IS 1 4.65 2.50 EU 1.86 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.87 IS 1 4.65 2.50 EU 1.88 Quarto 1 21.82 3.00 1.00 EU 1.89 IS 1 4.65 2.50 EU 1.90 Circulação 1 49.30 3.00 EU 1.91 Antecâmara 1 17.62 2.60 EU 2.1 Circulação 2 39.89 3.00 EU 2.2 Quarto 2 21.82 3.00 1.00 EU 2.3 IS 2 4.54 2.50 EU 2.4 Quarto 2 21.81 3.00 1.00 EU 2.5 IS 2 4.65 2.50 EU 2.6 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.7 IS 2 4.65 2.50 EU 2.8 Quarto 2 21.81 3.00 2.00 EU 2.9 IS 2 4.65 2.50 EU 2.10 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.11 IS 2 4.65 2.50 EU 2.12 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.13 IS 2 4.65 2.50 EU 2.14 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.15 IS 2 4.65 2.50 EU 2.16 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.17 IS 2 4.65 2.50 EU 2.18 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.19 IS 2 4.65 2.50 EU 2.20 Quarto 2 21.87 3.00 2.00 EU 2.21 IS 2 4.65 2.50 EU 2.22 Quarto 2 22.20 3.00 2.00 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 107 Ref.ª Descrição Piso Área total h Ocup. EU ou ENU? [ m2 ] [ m ] [ oc. ] 2.23 IS 2 4.65 2.50 EU 2.24 Circulação 2 33.67 3.00 EU 2.25 Roupa limpa 2 2.25 2.50 EU 2.26 Material consumo 2 11.74 2.50 EU 2.27 Sujos 2 5.64 2.50 EU 2.28 Despejos 2 3.96 2.50 EU 2.29 Balneário 2 11.51 2.50 EU 2.30 Circulação 2 9.30 3.00 EU 2.31 Circulação 2 25.52 3.00 EU 2.32 Sala piso 2 21.17 3.25 4.00 EU 2.33 IS 2 4.32 2.50 EU 2.34 Circulação 2 81.38 3.00 EU 2.35 Quarto 2 21.81 3.00 1.00 EU 2.36 IS 2 4.61 2.50 EU 2.37 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.38 IS 2 4.61 2.50 EU 2.39 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.40 IS 2 4.61 2.50 EU 2.41 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.42 IS 2 4.61 2.50 EU 2.43 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.44 IS 2 4.61 2.50 EU 2.45 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.46 IS 2 4.61 2.50 EU 2.47 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.48 IS 2 4.61 2.50 EU 2.49 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.50 IS 2 4.61 2.50 EU 2.51 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.52 IS 2 4.61 2.50 EU 2.53 Quarto 2 21.82 3.00 2.00 EU 2.54 IS 2 4.61 2.50 EU 2.55 Quarto 2 21.82 3.00 1.00 EU 2.56 IS 2 4.61 2.50 EU 2.57 Quarto 2 21.82 3.00 1.00 EU 2.58 IS 2 4.61 2.50 EU 2.59 Material consumo 2 12.60 2.50 EU 2.60 Roupa limpa 2 13.07 2.50 EU 2.61 Sujos 2 3.99 2.50 EU 2.62 Despejos 2 2.52 2.50 EU 2.63 Arrumos 2 5.25 2.50 EU 2.64 Material limpeza 2 5.25 2.50 EU 2.65 Circulação 2 6.81 3.00 EU 2.66 Antecâmara 2 17.62 2.60 EU
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 108 Totais [m2] 4,610.54 210.00 Área Total [m2] 4,610.54 Enquadramento Área Espaços Não Úteis [m2] 267.35 GES Área Espaços Úteis [m2] 4,343.19
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 109 ANEXO C: DELIMITAÇÃO DA ENVOLVENTE Neste anexo é apresentada a delimitação da envolvente do edifício. Na Figura 67 é apresentada a delimitação da envolvente vertical do piso 0 Figura 67 - Delimitação de envolvente vertical do piso 0. Na Figura 68 é apresentada a delimitação dos pavimentos do piso 0.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 110 Figura 68 - Delimitação dos pavimentos do piso 0. Na Figura 69 é apresentada a delimitação das coberturas do piso 0. Figura 69 - Delimitação das coberturas do piso 0. Na Figura 70 é apresentada a delimitação da envolvente vertical do piso 1 Figura 70 - Delimitação de envolvente vertical do piso 1.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 111 Na Figura 71 é apresentada a delimitação dos pavimentos do piso 1. Figura 71 - Delimitação dos pavimentos do piso 1. Na Figura 72 é apresentada a delimitação das coberturas do piso 1. Figura 72 - Delimitação das coberturas do piso 1.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 118 D.3. ENVOLVENTE EM CONTACTO COM O SOLO Neste subcapítulo são apresentadas as soluções construtivas para a envolvente em contacto com o solo. Tabela 65 – Solução construtiva dos pavimentos em contacto com o solo. Pavsolo1 - Pavimento em contato com o solo Constituição Dj Dens. λj Rj Referências [m] [kg/m3] [W/m.ºC] [m2.ºC/W] Soalho flutuante 0,015 845,00 0,15 0,100 ITE50 Quadro I.2 Betão celular autoclavado (regularização) 0,050 650,00 0,23 0,217 ITE50 Quadro I.2 XPS 0,050 32,50 0,037 1,351 ITE50 Quadro I.1 Tela impermeabilizante/antiradão 0,005 1050,00 2,3 0,002 ITE50 Quadro I.2 Betão armado c/ percentagem de armadura < 1% 0,250 2350,00 2 0,125 ITE50 Quadro I.2 Resistência térmica das camadas Rf 1,63 W/(m2.ºC) Tabela 66 – Cálculo do coeficiente de transmissão térmica para o pavimento em contacto com o solo.- Ap P B´ Z solo Ubf [m2] [m] [m] [W/m2.ºC] 2004 327 12,26 0 0,25
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 119 ANEXO E: FICHA TÉCNICA DA CAIXILHARIA SELECIONADA Neste anexo apresentam-se a ficha técnica da caixilharia selecionada para os vãos envidraçados. Figura 76 - Ficha técnica da caixilharia selecionada para os vãos envidraçados.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 120 ANEXO F: FICHA TÉCNICA DO VIDRO SELECIONADO Neste anexo apresenta-se a ficha técnica do vidro selecionado para os vãos envidraçados. Figura 77 - Ficha técnica do vidro selecionado para os vãos envidraçados.
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 121 ANEXO G: CÁLCULO DOS COEFICIENTES DE TRANSMISSÃO TÉRMICA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS Neste anexo são apresentados os resultados para o cálculo do coeficiente de transmissão térmica dos vãos envidraçados. Na Tabela 67 apresenta-se o cálculo do 𝑈W para todos os vãos envidraçados. Tabela 67 – Cálculo do 𝑈W para todos os vãos envidraçados. Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Circulação 0.10 EV01 VE 0.1 1.70 1.30 0.98 2.14 2.09 6.03 0.11 1.74 Circulação 0.10 EV02 VE 0.2 1.70 1.30 1.60 2.14 3.42 7.27 0.11 1.65 Hall 0.24 EV03 VE 0.3 1.70 1.30 5.30 2.64 13.99 15.68 0.11 1.54 Sala do pessoal 0.31 EV04 VE 0.4 1.70 1.30 4.92 1.20 5.90 12.04 0.11 1.64 Gabinete Médico 0.32 EV05 VE 0.5 1.70 1.30 4.80 1.20 5.76 11.80 0.11 1.65 Gabinete Enfermagem 0.33 EV06 VE 0.6 1.70 1.30 3.00 1.20 3.60 8.20 0.11 1.67 Hall 0.43 EV07 VE 0.7 1.70 1.30 7.44 2.64 19.64 19.96 0.11 1.53 Sala familiares 0.45 EV08 VE 0.8 1.70 1.30 3.32 1.20 3.98 8.84 0.11 1.66 Gabinete técnicos 0.48 EV09 VE 0.9 1.70 1.30 3.72 1.20 4.46 9.64 0.11 1.66 Gabinete técnicos 0.49 EV10 VE 0.10 1.70 1.30 2.77 1.20 3.32 7.74 0.11 1.68 Direção 0.50 EV11 VE 0.11 1.70 1.30 2.00 1.20 2.40 6.20 0.11 1.70 Reuniões 0.51 EV12 VE 0.12 1.70 1.30 2.65 1.20 3.18 7.50 0.11 1.68
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 122 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Circulação 0.55 EV01 VE 0.13 1.70 1.30 0.98 2.14 2.09 6.03 0.11 1.74 Capela 0.65 EV13 VE 0.14 1.70 1.30 4.60 2.60 11.96 14.20 0.11 1.55 Cabeleireiro 0.64 EV14 VE 0.15 1.70 1.30 4.23 2.60 11.00 13.46 0.11 1.55 Ginásio 0.63 EV15 VE 0.16 1.70 1.30 7.20 2.60 18.72 19.40 0.11 1.53 Receção 0.44 EV16 VE 0.17 1.70 1.30 7.44 2.60 19.34 19.88 0.11 1.53 Sala de estar UN1 0.42 EV17 VE 0.18 1.70 1.30 10.00 2.60 26.00 25.00 0.11 1.53 Sala de estar UN2 0.66 EV18 VE 0.19 1.70 1.30 8.90 2.60 23.14 22.80 0.11 1.53 Quarto 0.75 EV19 VE 0.20 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.80 EV19 VE 0.21 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.84 EV19 VE 0.22 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.88 EV19 VE 0.23 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.92 EV19 VE 0.24 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.96 EV19 VE 0.25 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Circulação 0.77 EV20 VE 0.26 1.70 1.30 2.60 2.10 5.46 9.20 0.11 1.61 Quarto 0.94 EV19 VE 0.27 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.90 EV19 VE 0.28 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.86 EV19 VE 0.29 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.82 EV19 VE 0.30 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 0.78 EV19 VE 0.31 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 123 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Quarto 0.73 EV19 VE 0.32 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Sala de estar de piso 0.67 EV21 VE 0.33 1.70 1.30 2.47 2.60 6.42 9.94 0.11 1.59 Circulação 0.20 EV28 VE 0.34 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Circulação 0.20 EV28 VE 0.35 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.36 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.37 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.38 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.39 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.40 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.41 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.42 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Sala de Refeições 0.12 EV29 VE 0.43 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Circulação 1.21 EV02 VE 1.1 1.70 1.30 1.60 2.14 3.42 7.27 0.11 1.65 Circulação 1.28 EV23 VE 1.2 1.70 1.30 3.27 2.60 8.50 11.54 0.11 1.57 Sala piso 1.30 EV30 VE 1.3 1.70 1.30 3.27 2.60 8.50 11.54 0.11 1.57 Circulação 1.57 EV24 VE 1.4 1.70 1.30 1.18 2.12 2.50 6.39 0.11 1.70 Quarto 1.54 EV22 VE 1.5 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.52 EV22 VE 1.6 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.50 EV22 VE 1.7 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 124 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Quarto 1.48 EV22 VE 1.8 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.46 EV22 VE 1.9 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.44 EV22 VE 1.10 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.42 EV22 VE 1.11 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.40 EV22 VE 1.12 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.38 EV22 VE 1.13 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.36 EV22 VE 1.14 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.34 EV22 VE 1.15 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.32 EV22 VE 1.16 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.68 EV22 VE 1.17 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.72 EV22 VE 1.18 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.76 EV22 VE 1.19 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.80 EV22 VE 1.20 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.84 EV22 VE 1.21 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.88 EV22 VE 1.22 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Circulação 1.90 EV25 VE 1.23 1.70 1.30 1.00 2.10 2.10 6.00 0.11 1.73 Quarto 1.86 EV19 VE 1.24 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 1.82 EV19 VE 1.25 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 1.78 EV19 VE 1.26 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 125 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Quarto 1.74 EV19 VE 1.27 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 1.70 EV19 VE 1.28 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 1.66 EV19 VE 1.29 1.70 1.30 2.60 2.60 6.76 10.20 0.11 1.59 Quarto 1.19 EV22 VE 1.30 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.17 EV22 VE 1.31 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.15 EV22 VE 1.32 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.13 EV22 VE 1.33 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.11 EV22 VE 1.34 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.9 EV22 VE 1.35 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.7 EV22 VE 1.36 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.5 EV22 VE 1.37 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.3 EV22 VE 1.38 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 1.1 EV22 VE 1.39 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Circulação 2.1 EV26 VE 2.1 1.70 1.30 1.40 2.14 2.99 6.87 0.11 1.67 Circulação 2.24 EV23 VE 2.2 1.70 1.30 3.27 2.60 8.50 11.54 0.11 1.57 Sala piso 2.32 EV27 VE 2.3 1.70 1.30 3.27 1.10 3.60 8.54 0.11 1.68 Circulação 2.34 EV24 VE 2.4 1.70 1.30 1.18 2.12 2.50 6.39 0.11 1.70 Quarto 2.57 EV22 VE 2.5 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.55 EV22 VE 2.6 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 126 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Quarto 2.53 EV22 VE 2.7 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.51 EV22 VE 2.8 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.49 EV22 VE 2.9 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.47 EV22 VE 2.10 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.45 EV22 VE 2.11 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.43 EV22 VE 2.12 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.41 EV22 VE 2.13 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.39 EV22 VE 2.14 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.37 EV22 VE 2.15 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.35 EV22 VE 2.16 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.22 EV22 VE 2.17 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.20 EV22 VE 2.18 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.18 EV22 VE 2.19 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.16 EV22 VE 2.20 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.14 EV22 VE 2.21 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.12 EV22 VE 2.22 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.10 EV22 VE 2.23 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.8 EV22 VE 2.24 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.6 EV22 VE 2.25 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58
Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI 127 Espaço Ref Tipo de Vão ID Vão Uf Ug Dimensões do vão Ψg Uw [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Larg. [m] Alt. [m] Área [m2] Perím. [m] [m] [ W/(m2.ºC) ] Quarto 2.4 EV22 VE 2.26 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Quarto 2.2 EV22 VE 2.27 1.70 1.30 2.80 2.60 7.28 10.60 0.11 1.58 Na Tabela 68 apresenta-se o cálculo do 𝑈WDN para todos os vãos envidraçados e a verificação do cumprimento dos requisitos. Tabela 68 - Cálculo do 𝑈WDN para todos os vãos envidraçados e verificação do cumprimento dos requisitos. Tipo proteção dR Uws Uwdn Req. Min. Cumpre? [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] [W/(m2.ºC)] Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim Sem ocupação noturna na na na 3.30 Sim