SIMULAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ENERGÉTICA...

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Sino-Italian Ecological and Energy Efficient Building - SIEEB

SIMULAÇÃO DE EFICIÊNCIA SIMULAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ENERGÉTICA –– INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO

AO DESIGNBUILDERAO DESIGNBUILDERDr. Antônio César Silveira Baptista da SilvaDr. Antônio César Silveira Baptista da SilvaDr. Antônio César Silveira Baptista da SilvaDr. Antônio César Silveira Baptista da Silva

Dr. Eduardo Grala da CunhaDr. Eduardo Grala da CunhaUFPEL/UFPEL/FAUrbFAUrb/LABCEE/LABCEE

Laboratório de Conforto e Eficiência EnergéticaLaboratório de Conforto e Eficiência Energética

SUMÁRIO• 1. Aspectos gerais da simulação

computacional de desempenho térmico e eficiência energética das edificações;

• 2. O software DesignBuilder– 2.1 Aquisição

– 2.2 Interface– 2.2 Interface

– 2.2 Conceitos Gerais

• 3. Configurando o Sítio

• 4. Modelagem da Geometria

• 5. Configuração do Uso

• 6. Análise de eficiência e conforto térmico

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• O que é simulação?

–Representação imitativa do funcionamento de um sistema oufuncionamento de um sistema ouprocesso por meio do funcionamentode outro (Merriam-Webster Dictionary On-Line);

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• O que é simulação térmica da edificação?

–Um modelo computacional dos processos de trocas térmicas de uma processos de trocas térmicas de uma edificação;

–Exemplos de programas de simulação térmica:

• Energy Plus (BLAST + DOE-2), DesignBuilder, Blast, DOE-2, Ecotect, Arqtrop...

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• Quais são os objetivos da simulação térmica?– Cálculo de carga térmica

• Geralmente usado para dimensionamento de equipamentos como ventiladores, chillers, boilers, aparelhos de ar condicionado;condicionado;

– Análise Energética• Possibilita verificar os custos do consumo de energia das

edificações para climatização artificial (inverno e verão);

– Análise do nível de conforto térmico• Permite avaliar o grau de conforto do espaço interior (PMV,

temperatura operativa, Givoni);

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• Porque a simulação é importante?

– A simulação permite que uma edificação possa ser simulada antes da sua construção;

– A simulação permite testar várias – A simulação permite testar várias alternativas de projeto no que diz respeito ao consumo energético, possibilitando comparações;

– As simulações conduzem a edificações mais eficientes energeticamente;

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• Como a simulação computacional pode ajudar na economia de energia nas edificações?

– Edificações no Brasil consomem metade da energia gerada no país;

• Edificações comerciais, públicas e de serviços consomem 22% • Edificações comerciais, públicas e de serviços consomem 22% da energia gerada. Em alguns casos mais 50% da energia consumida nas edificações é proveniente da climatização artificial;

• Edificações residenciais consomem 22% da energia elétrica gerada;

– As possibilidades de verificar o desempenho antes da construção permitem analisar as opções mais eficientes;

1. Aspectos gerais da simulação computacional de desempenho térmico das edificações

• Conceitos importantes:– Conservação de energia: primeira lei da

Termodinâmica;

• Lei da conservação de energia – Calor + Trabalho é • Lei da conservação de energia – Calor + Trabalho é constante no sistema;

– Mecanismos de transferência de Calor:

• Condução;

• Convecção;

• Radiação;

• Evaporação; LAMBERTS et al (2004)

EnergyPlus StructureEstrutura do Programa EnergyPlus

-Modelagem-Condições de Uso-Configuração do envelope-Sistemas de condicionamento artificial

Designbuilder

Integrated Simulation Manager

Shading Module

Sky Model Module

Building

EnergyPlus Simulation Manager

Integrated Solution Manager

Surface Heat Air Heat

Air Loop Module

Zone Equip Module

EnergyPlus StructureEstrutura do Programa EnergyPlus

CTF Calculation

Module

Window Glass Module

Daylighting Module

COMIS

Building Systems

Simulation Manager

Surface Heat Balance Manager

Air Heat Balance Manager

Plant Loop Module

Condenser Loop Module

PV Module

Input–Output Files

Input Data Dictionary

This file is created by

Input Data Dictionary

(IDD)

EnergyPlus ProgramMain Program

Module Module

File Types:

Standard Reports

Standard Reports (Detail)

Optional Reports

Output Files

EnergyPlus StructureEstrutura do Programa EnergyPlus

This file is created by

EnergyPlus developers.

Input Data File

This file will be createdby User

Object,data,data,…,data;

Module

Optional Reports

Optional Reports (Detail)

Initialization

Reports

Overview of File Format:

Header

Data Dictionary

Data

Note: These files will be

created by EnergyPlus.

Outp

Pro

cess

Input Data Files (IDF)

2. DesignBuilder

• 2.1 Aquisição do Programa

– obtenção da cópia comercial ou da versão gratuita para experimentar o programa (versão “try-buy”); “try-buy”);

– fornecedor internacional via www.designbuilder.co.uk/ (DesignbuilderSoftware Ltd, 2000-2005), ou do representante comercial brasileiro via www.otecweb.com.br

Lima, Pedrini e Rodrigues, 2009

2. DesignBuilder

• 2.2 Interface

– O programa DesignBuilder consiste numa ferramenta

para simulação do desempenho térmico e energético de edificações. A interface utiliza os algoritmos do EnergyPlus e corrige suas limitações gráficas no EnergyPlus e corrige suas limitações gráficas no processo de modelagem.

– Tela de abertura• A tela de abertura do DesignBuilder apresenta uma lista dos

arquivos mais recentes salvos pelo usuário e uma relação de templates com modelos prontos que exemplificam diferentes

abordagens. Uma barra lateral de ajuda fornece informações sobre as opções disponíveis no menu.

2. DesignBuilder

2.2 Interface gráficaLima (2009)

-Módulo layout:- Visualização;-Construção e configuração do modelo;

Lima (2009)

modelo;

Menu File – Gerenciamento de arquivos;

Lima (2009)

O menu edit se refere basicamente aos comandos de criação de blocos (e edifícios), desenho auxiliar e edição volumétrica.

Lima (2009)

Através do menu “Go” pode-se navegar pelos níveis de hierarquia que compõem o modelo ou acessar os modos de edição, visualização e simulação.

2. DesignBuilder

Lima (2009)

2. DesignBuilderMenu tools permite editar opções gerais do programa;

Lima (2009)

2. DesignBuilder• Activity: destinado às

variáveis de ocupação, como rotinas de ocupação (presença de pessoas e uso de equipamentos), temperaturas de set point, etc.

• Construction: variáveis

• Lighting: variáveis de iluminação, com densidade de iluminação, rotinas, tipos de luminárias, etc.

• HVAC: refere-se às configurações de climatização (resfriamento, aquecimento, ventilação • Construction: variáveis

referentes aos sistemas construtivos adotados, como paredes, cobertura, pisos, etc.

• Openings: parâmetros de aberturas, janelas, portas, proteções solares, etc.

aquecimento, ventilação mecânica ou natural).

• CFD (dependendo do tipo de licença): configurações gerais do contorno de CFD.

• Options: Opções de dados de saída.

Lima (2009)

• 2.3 Conceitos Gerais2. DesignBuilder

Lima (2009)

- 5 etapas até a análise dos resultados do caso base

Lima (2009)

3. Configurando o Sítio

• Os arquivos climáticos adotados pelo DesignBuilder apresentam dados climáticos

horários de um ano típico – selecionado a partir da análise de uma base de dados de partir da análise de uma base de dados de vários anos.

• O DesignBuilder suporta a extensão .epw

(energy plus data files) e permite a conversão

de arquivos em outras extensões.• TMY2 - Typical. Meteorological Year II

• TRY - Test Reference Year

3. Configurando o Sítio

• Sugestão:

– recomenda-se o uso dos arquivos climáticos nacionais do tipo TRY (Goulart, Lamberts et

al., 1998), disponíveis gratuitamente no al., 1998), disponíveis gratuitamente no http://www.labeee.ufsc.br/downloads/downloadaclim.html

3. Configurando o Sítio

• Temperatura do solo

Lima (2009)

4. Modelagem da Geometria• A modelagem é desenvolvida com base no desenho da

edificação nos eixos X, Y e Z;

4. Modelagem da Geometria• A modelagem é desenvolvida com base no desenho da

edificação nos eixos X, Y e Z;

Lima (2009)

4. Modelagem da Geometria• A modelagem desenvolvida no Energy Plus

(sem plugin – Open Studio)

Interface gráfica do

Energy Plus

4. Modelagem da Geometria

• 4.1 Criando zonas: desenho de partições

– Após desenho do bloco, subdividimos as zonas;

• Seleciona o bloco;

• Ferramenta de desenho de partições (primeiro • Ferramenta de desenho de partições (primeiro devemos selecionar o bloco);

– Standard: participação padrão que subdivide os ambientes;

– Virtual Partitions: partição virtual para separar zonas;

Lima (2009)

4. Modelagem da Geometria• 4.2 Editando a geometria de blocos

• Slice face: corta um bloco;

Lima (2009)

5. Configuração do Modelo• 5.1 Activity (uso, densidade, atividade,

metabolismo, quantidade de água quente consumida diariamente, temperaturas de setpoint, ganhos de calor decorrentes dos equipamentos);

– Destinada às variáveis de ocupação.

• 5.2 Construção

– O programa usa componentes de construção (constructions) para calcular a transferência de calor pelas superfícies opacas de paredes, cobertura e pisos;

5. Configuração do Modelo

cobertura e pisos;

• COBERTURA;

• PISO;

• PAREDES EXTERIORES;

• PAREDES INTERNAS;

• MASSA INTERNA

• 5.3 Openings– Permite definir as configurações de todas as aberturas

operáveis;

5. Configuração do Modelo

• 5.4 Lightings

– Três funções principais:

• Iluminação geral – densidade de potência (W/m2);

5. Configuração do Modelo

(W/m2);

• Iluminação da tarefa;

• Controle de iluminação – compatibilização com a iluminação natural

–Tipo de controle (glare – ofuscamento máximo, linear – controle linear) e stepped– regiões da sala;

5. Configuração do Modelo

Lima (2009)

• 5.5 HVAC

– São configurados os sistemas HVAC e consumo de água quente;

• Podem ser modeladas até 400 zonas;

• Apresenta as seguintes seções:

5. Configuração do Modelo

• Apresenta as seguintes seções:

– Mechanical ventilation;

– Heating;

– Cooling;

– DHW;

– Natural Ventilation;

– Air temperature distribution;

6. Análise da eficiência e do conforto

• 6.1 Resultados das simulações

– Frações de hora, horários, diários, semanais, mensais e anual;

– O período escolhido ao longo do ano (verão, inverno, primavera, outono, 3 dias (verão, inverno, primavera, outono, 3 dias em dezembro, 3 dias em junho,...);

6. Análise da eficiência e do conforto

Lima (2009)

• 6.2 Modo de visualização dos resultados

6. Análise da eficiência e do conforto

Lima (2009)

• 6.3 Modo detalhado de visualização (Gráficos)

6. Análise da eficiência e do conforto

-Dados do sítio ;- Conforto: predição de temperaturas interna, radiante média, UR e conforto;-Ganhos internos -Ganhos internos de calor;-Fluxo de calor total nos elementos construtivos;- consumo por uso final;- consumo por combustível usado;- estimativas de produção de CO2;

6. Análise da eficiência e do conforto

• 6.3 Modo detalhado de visualização (Tabela 1)

• 6.3 Modo detalhado de visualização (Tabelas 2)

6. Análise da eficiência e do conforto• 6.4 Análise Paramétrica – possibilidade de

correlacionar variáveis na análise de desempenho e eficiência;

Referências Blibliográficas• LIMA, Raoni. Manual de Treinamento para o programa

Design Builder versão 2.0. Laboratório de Conforto Ambiental – UFRN. Natal: 2009.

• PEDRINI, Aldomar, LIMA , Raoni Venâncio de, RODRIGUES, Clara Ovídio. Introdução à simulação com o programa DesignBuilder. Módulo I: potencial de aplicação. Laboratório DesignBuilder. Módulo I: potencial de aplicação. Laboratório de Conforto Ambiental – UFRN. Natal: 2009.

• Tradução de parte da apresentação disponibilizada pela

GARD Analytics, Inc. and University of Illinois at Urbana-Champaign under contract to the National Renewable Energy Laboratory. All material Copyright 2002-2003 U.S.D.O.E. - All rights reserved. Disponível em

http://www.labeee.ufsc.br/pos-

graduacao/ecv_4202/ecv4202_doc.html

OBRIGADO!

egcunha@terra.com.breduardo.grala@ufpel.edu.br

eduardogralacunha@yahoo.com.br

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