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Desempenho Térmico de edificações Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E PROFESSOR Roberto Lamberts ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS

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Desempenho Térmico de edificações Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

PROFESSOR

RobertoLamberts

ECV 5161UFSCFLORIANÓPOLIS

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estru

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2Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

introdução

+ Definição+ Objetivos + Interação dinâmica+ Adoção em projeto+ Indicadores de desempenho

IBPSA

+ Mundo+ USA+ BR

simulação em projeto Programas

+ BIM+ Simulação termo-energética

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+ Impacto das decisões+ Função simulador+ Processo integrado+ Procedimento modelagem+ Fundamentos modelagem

Regulamento BR

+ RTQ-C+ S3E+ Exemplos

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33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Definição (adaptada from wikipedia)

INTR

OD

ÃO

+

+ Definição+ Objetivos + Interação dinâmica+ Adoção em projeto+ Indicadores de desempenho

Simulação é a imitação da operação de um processo ou

sistema real ao longo do tempo. A ação de simular requer,

primeiramente, o desenvolvimento de um modelo que

represente as características e o comportamento do

processo ou sistema real em análise. Em outras palavras, o

modelo representa o próprio sistema e a simulação representa,ou reproduz, o funcionamento do sistema ao longo do tempo.

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4Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Definição

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-CO edifício virtual

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5Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Objetivos da simulação de desempenho energético em edificações

• Projeto: otimizar (high performance) , cumprir requisitos, normas, prever o uso futuro (mudanças climáticas)

• Analisar a satisfação dos requisitos do usuário, conforto, bem estar.

• Entender o comportamento do edifício frente a dinâmica do clima

• Operação (entender problemas, prever estoque de energia térmica)

• Retrofit

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6Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Interação dinâmica

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Adoção da simulação em projeto

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8Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Indicadores de desempenho

• Temperatura (8760 valores), TBS, TBU, TRM, TOP

• Graus hora (acima ou abaixo de uma Tbase)

• Consumo de energia (kWh/m2) ano, mês, dia, hora

• Fluxo de calor por uma superfície

• Cargas térmicas (envoltória, internas)

• Velocidade do ar

• Iluminação natural

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IBPSA – Mundo (ibpsa.org)

+ Mundo+ USA+ BR

Associação internacional de desempenho de edificações que reúne pesquisadores, desenvolvedores, projetistas dedicados a melhorar o ambiente construído

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IBPSA – Mundo

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http://www.aia.org/aiaucmp/groups/aia/documents/pdf/aiab096060.pdf

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http://www.rmi.org/cms/Download.aspx?id=10834&file=2013-17_BEMFOANDM.pdf&title=Building+Energy+Modeling+for+Owners+and+Managers%3a+A+guide+to+Specifying+and+Securing+Services

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IBPSA – BR

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Modelagem energética

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+

2121Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Impacto das decisões de projeto+ Impacto das decisões+ Função simulador+ Processo integrado+ Procedimento modelagem+ Fundamentos modelagem

Inspirado em material da IBPSA-USA

TempoInício do Projeto

Fim do projeto

Alto

Baixo

Nív

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sfo

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22Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

A função do simulador

• Analisar o uso de energia no edifício

• Garantir que o projeto minimiza o uso de energia, maximiza o conforto e assegura o atendimento aos códigos

• Auditar o projeto e apontar áreas de preocupação para o time de projeto

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Processo integrado de projeto

• Informar a equipe sobre as metas definidas

• Fazer recomendações o mais cedo possível para maximizar o ganho

• Identificar onde os esforços devem ser focados para maximizar as economias de energia e redução de carga térmica para redução do tamanho do equipamento de condicionamento

• Maximizar oportunidades de eficiência energética

Definir metasPotencial Técnico

Passos da modelagem

Atividades

Objetivos da modelagem

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24Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Quantificar as metas de energia com a equipe de projeto

Types of Goals

Metas absolutas

• Consumo < 90kWh/m2

• ZEB

• Demanda < 40W/m2

Comparativas

• 55% menos que a ASHRAE 90.1

• Nível A

Certificações

• LEED Platinum

• Selo PROCEL

• ASHRAE BuildingEnergy Quotient

Uso final

• 80% redução no consumo de iluminação através de iluminação natural

• 100% do aquecimento através de calor rejeitado ou energia solar

kWh/m2 ano% redução (90.1,

RTQ, Benchmark)

Uso finalQual certificação

Processo integrado de projeto

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Improved u-values

Reduced loads

Different HVAC

Option

ControlsCurrent Design

Theoretical Minimum

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Efficiency

savings

Processo integrado de projeto

Como determina-se o potencial técnico

• Inicie com uma baseline ou o projeto como está

• Remova perdas e ineficiências com a melhor tecnologia disponível

Porque é importante?

• Muda a maneira convencional de pensar

• Não fica limitado a benchmarks e normas

• Pode levar a metas de projeto mais agressivas

O que é o potencial técnico?

O Nível mínimo de consumo de energia possível em um edifício com as tecnologias existentes (excluindo geração local de energia)

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26Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

(1) Defina necessidades

(2) Identifique medidas apropriadas

(3) Reduza cargas térmicas

(4) Selecione tecnologias apropriadas e eficientes

(5) Planeje o sistema de condicionamento

(6) Otimize a operação

(7) Procure sinergias

(8) Explore energias alternativas

Processo integrado de projeto

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27Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Otimize as estratégias de

redução de carga

Redimensione o sistema de

condicionamento

Compare os indicadores com

benchmarks

Utilize analise de custo no ciclo de

vida

Processo integrado de projeto

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28Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Procedimento de modelagem

Pré Projeto

Projeto esquemático

Desenvolvimento do projeto

Especificações construtivas

Pós Construção

Ocupação e operação

Como a modelagem pode ser utilizada durante o ciclo de vida do edifício?

Quais os principais passos em cada fase?

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29Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Alinhamento com a equipe para definir metas de economia de energia

Modelagem para definir o potencial técnico do edifício

Modelagem para informar o efeito da decisões de projeto

Pré-Projeto – a equipe de projeto define os primeiros conceitos do edifício, estrutura, sistemas e layout

Reunião com a equipe para o entendimento se o projeto adotado funciona/ atende as metas

Procedimento de modelagem

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30Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Pré-Projeto – Confirmar hipóteses adotadas e fazer uma analise “big picture” :

1. Baseado no que se tem disponível (planta baixa, tipologia, etc.) construir um modelo base (por exemplo Standard 90.1)

2. Documentar as hipóteses a anotar valores a serem validados.

3. Avaliar o uso final para descobrir áreas com oportunidade de maiores economias

4. Avaliar picos de carga térmica de aquecimento e refrigeração para identificar formas de reduzir o tamanho das maquinas.

5. Analisar os possíveis conflitos entre aquecimento e refrigeração

6. Analisar principalmente as decisões que devem ser tomadas no inicio do projeto e que depois são muito difíceis de reintroduzir.

7. Determinar o potencial técnico de eficiência para apresentar para a equipe de projeto.

Procedimento de modelagem

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31Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Seja pontual

O Processo de decisão pode acontecer rápido. Se o tempo é curto considerar simplificar padrões de uso, zoneamento geometria das janelas.

Se dedicar aos componentes que são decididos no projeto esquemático

Pé direito para maximizar o potencial de uso da luz natural

Sistemas integrados: UFAD, ventilação natural, operação em modo misto.

Responder e aproveitar as especificidades do projeto

Motivações do cliente

Informações requeridas pela equipe de projeto

Histórico do projeto

Procedimento de modelagem

Projeto esquemático

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32Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

1. Revisar os documentos disponíveis (requisitos do proprietário, narrativas, desenhos).

2. Compilar os padrões de uso, DPI, DPE e dados de projeto para a equipe revisar

3. Avaliar o que não pode ser modelado por métodos alternativos (planilhas etc.)

4. Avaliar o impacto de mudar de “referência” para “potencial técnico”

5. Definir alternativas de sistemas HVAC

6. Definir e estudar MEEs

7. Simular MEEs uma por vez

8. Definir pacotes de MEEs para atingir metas

9. Verificar os resultados e confronte com métricas (HVAC, uso final) e metas

Procedimento de modelagem

Projeto esquemático

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33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Dimensionamento apropriado do sistemaAjustar a especificação do sistema para a carga térmica

Superdimensionamento (tipicamente para sistemas com VRF) : permite expansão e beneficia de melhores eficiência em cargas parciais

Ajudar nas decisões de engenharia

Mostrando o efeito cumulativo da medidas de eficiência

Analisando o impacto nos custos

Ajudar no ajuste das estratégias de eficiência

Controles: delta T / resets / VAV mínimo / etc.

Dispositivos de sombreamento– horizontais/ verticais, etc.

Procedimento de modelagem

Desenvolvimento do projeto

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34Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

1. Atualizar os inputs do modelo com o projeto atualizado e documente hipóteses

2. Identificar diferenças entre projeto e especificações e solicitar atualizações (propriedades dos vidros, ventiladores, sequencia de operação )

3. Para analises de custo no ciclo de vida, identificar as medidas de eficiência já incorporadas no projeto e fazer analises paramétricas para mostrar o efeito de não usar estas estratégias.

4. Identificar e analisar novas medidas de eficiência ainda não analisadas em etapas anteriores

5. Ajuste fino das medidas de eficiência no projeto:• Parâmetros de Controle• Dispositivos de sombreamento exterior• Seleção do chiller (curvas em carga parcial)

6. Verificar se as capacidades do HVAC permitem conforto sem prejudicar a eficiência energética

Procedimento de modelagem

Desenvolvimento do projeto

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35Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

• Assegurar que as estratégias de eficiência estejam registradas no projeto

• Finalizar as estimativas de desempenho e de economia de energia

• Documentar as economias para LEED / Etiquetagem / etc.

• Verificar mudanças na forma do edifício, orientação e zonas térmicas

• Verificar os parâmetros da envoltória (U, FS)

• Identificar alterações de DPI, DPE e padrões de uso

Procedimento de modelagem

Documentos para construção

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36Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

• Identificar mudanças em ventiladores, vazões ou outros do HVAC

• Identificar mudanças nos controles

• Revisar o modelo para refletir o projeto atual

• Assegurar que a documentação atende ao solicitado pelas autoridades/certificadoras

• Justificar todas as economias

• Descrever todos as entradas não padronizadas

Procedimento de modelagem

Documentos para construção

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37Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Fundamentos de modelagem

Geometria

• Termodinamicamente 3 informações são importantes para transferência de calor

– Área

– Orientação

– Inclinação

• E para infiltração

– Volume

– Com iluminação natural a forma também é importante

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Uso• Todas salas com mesmo ganho interno e uso

Temperatura de Controle• Todas salas com o mesmo controle de termostato

Ganho Solares• Zonas perimetrais com janelas, pelo menos uma zona por orientação

• Zonas para o exterior sem janelas podem ser agrupadas

• Considerar os sombreamentos

Perímetro ou Interior • Zonas perimetrais de 5 metros geralmente requerem aquecimento

• Zonas de Core podem precisar apenas refrigeração

Tipos de sistema de distribuição• Combine salas servidas pelo mesmo sistema

Zoneamento do modelo

Fundamentos de modelagem

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Condicionada

• Espaço refrigerado ou aquecido

Não Condicionada

• Nem refrigerada nem aquecida

• Forros não suados como pleno, porões, áticos, garagens

Plenos

• Retorno de ar

• Átrios usados como retorno

Tipos de zonas

Fundamentos de modelagem

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40Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Componentes construtivos

• Paredes externas e internas

• Paredes enterradas

• Contato com o solo

• Janelas

Fundamentos de modelagem

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41Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Cargas internas

• Iluminação

• Cargas de tomadas

• Ocupação

• Padrões de uso

Fundamentos de modelagem

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4242Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

BIM – Building Information Modeling+ BIM+ Simulação termo-energética

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Simulação termo-energética de edificações

IBPSA – USA

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51Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

https://energyplus.net/

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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52Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Arquivos climáticos

Simulação termo-energética de edificações

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53Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Arquivos climáticos

Simulação termo-energética de edificações

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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54Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Arquivos climáticos

Simulação termo-energética de edificações

Formatos- TRY- TMY

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55Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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56Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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57Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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58Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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59Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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60Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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61Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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62Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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63Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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64Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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65Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

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66Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

Autodesk Insight 360

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67Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

Simulação termo-energética de edificações

Autodesk Insight 360

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REG

ULA

MEN

TO B

RA

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IRO

+

6868Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

RTQ-C – Método de Simulação+ RTQ-C+ S3E+ Exemplos

Características mínimas necessárias ao programa desimulação a ser utilizado

Características mínimas exigidas para o arquivo climático.

Pré-requisitos específicos

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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69Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

RTQ-C – Método de Simulação

O método compara o desempenho do edifício proposto (real) com umedifício similar (de referência), cujas características devem estar de acordocom o nível de eficiência pretendido.

Dois modelos devem ser construídos: o modelo representando o edifícioreal (de acordo com o projeto proposto) e o modelo de referência (de acordocom o nível de eficiência pretendido).

Consumo de energia do projeto proposto deve ser igual ou menor do que oconsumo do edifício de referência para que seja concedida a classificação nonível de eficiência energética pretendido.

Procedimentos para simulação

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70Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

RTQ-C – Método de Simulação

Para etiquetas parciais, o modelo real deve conter as seguintes alterações:

Etiqueta Parcial da Envoltória: Simular com os sistemas de iluminação e com osistema de condicionamento de ar especificados para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido;

Etiquetas Parciais da Envoltória e do Sistema de Iluminação: Simular com osistema de condicionamento de ar especificado para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido;

Etiquetas Parciais da Envoltória e do Sistema de Condicionamento de ar:Simular com o sistema de iluminação especificado para o modelo do edifício dereferência, de acordo com o nível de eficiência energética pretendido.

Procedimentos para simulação

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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71Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

RTQ-C – Método de Simulação

Edifícios condicionados avaliados completamentepelo método da simulação poderão receber a ENCEGeral e o ponto de bonificação apenas quando esta nãoestiver presente na simulação.

A Pontuação Total é calculada pelo equivalentenumérico obtido da simulação de acordo com o nívelde eficiência atendido mais as bonificações. Aclassificação final é obtida pela tabela de classificaçãogeral, como no método prescritivo.

Pontuação Total (PT) de edifícios totalmente simulados

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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72Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

RTQ-C – Método de Simulação

É obrigatório comprovar por simulação que o ambiente interno das áreas nãocondicionadas proporciona temperaturas dentro da zona de conforto durante umpercentual das horas ocupadas.

O equivalente numérico obtido, de acordo com POC, é usado na equação para ocálculo do número de pontos para classificação geral.

Ambientes naturalmente ventilados ou não condicionados

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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73Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E – Simulador de Eficiência Energética em Edificação

Ferramenta WEB gratuita.

Desenvolvimento convênio Ministério de Minas e Energia/LabEEE.

Auxiliar no processo de obtenção da Etiqueta Nacional de Conservação deEnergia através do método de simulação.

Auxiliar arquitetos, engenheiros e projetistas no desenvolvimento deedificações mais eficientes.

Disponível em: http://www.s3e.ufsc.br/

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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74Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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RTQ

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Criação do modelo

Arquivo climático

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75Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Envoltória

Geometria

Orientação

Sombreamento

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76Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Envoltória

Aberturas - PAF

Edição avançada: PAF diferentes por fachada

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77Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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RTQ

-CEnvoltória

Componentes construtivos:

Janela Parede externa Cobertura Piso entre andares Piso térreo Parede interna Abertura zenital

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78Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Envoltória

Componentes construtivos:

Absortância das superfícies externas

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79Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Envoltória

Componentes construtivos

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80Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Envoltória

Componentes construtivos

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81Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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RTQ

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Envoltória

Componentes construtivos

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82Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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RTQ

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Iluminação e ganhos

Iluminação

Ocupação

Equipamentos

Infiltração de ar

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83Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Iluminação e ganhos

Padrão de uso Iluminação

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84Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Iluminação e ganhos

Padrão de uso Ocupação

Domingo e feriados: desocupado

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85Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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-C

Iluminação e ganhos

Padrão de uso Equipamentos

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86Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

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Condicionamento de ar

Capacidade

Características principais refrigeração e aquecimento

Renovação de ar

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87Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts

S3E

Aula 14: Simulação de Consumo de Energia e S3E

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RTQ

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Condicionamento de ar

Edição avançada:Tipos de sistemas de climatização

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