CARACTERIZAÇÃO DOS IMPACTES DA ENVOLVENTE NO … · CARACTERIZAÇÃO DOS IMPACTES DA ENVOLVENTE NO DESEMPENHO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS Pedro Manuel Alves Gouveia Dissertação para

CARACTERIZAÇÃO DOS IMPACTES DA ENVOLVENTE NO

DESEMPENHO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS

Pedro Manuel Alves Gouveia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Prof. Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito

Orientador: Prof. António Heleno Domingues Moret Rodrigues

Vogal: Prof. Daniel Aelenei

Janeiro de 2008

I

Agradecimentos

Uma dissertação de mestrado, embora de cariz pessoal, ao prolongar-se por um período de

tantos meses, envolve sempre outras pessoas para além do autor.

Sendo esta dissertação o culminar do trabalho desenvolvido ao longo dos últimos cinco anos,

gostaria, de uma forma generalizada, agradecer a todas as pessoas, familiares e amigos, que me

acompanharam durante este período e, de forma especial, a todos cuja contribuição ao longo dos

últimos meses foi essencial para a elaboração e aperfeiçoamento deste trabalho.

Em particular, gostaria de agradecer todo o empenho e dedicação do Professor Moret

Rodrigues, meu orientador científico, cuja ampla experiência e vastos conhecimentos no domínio da

térmica de edifícios contribuíram de forma determinante para o desenvolvimento desta dissertação.

II

Resumo

Com a melhoria das condições de vida, sentida nas últimas décadas em Portugal, e com o

aumento da factura energética e dos impactes ambientais a nível global, a necessidade de poupança

energética é, cada vez mais, uma obrigação de toda a população. Tem-se, por isso, ao nível das

Universidades e organismos de investigação, procurado desenvolver novas técnicas arquitectónicas e

construtivas, de forma a minimizar o consumo de energia associado à climatização dos edifícios.

É com o objectivo de compreender as necessidades de climatização de edifícios residenciais,

concebidos em várias épocas e localizados em diferentes zonas do território português, que surge o

presente trabalho. Associado a este estudo, pretende-se ainda determinar o peso dos diferentes

elementos que constituem a envolvente dos edifícios, possibilitando assim a compreensão, por parte

dos projectistas, do impacte relativo de cada elemento no cômputo geral das trocas térmicas dos

edifícios com o exterior, fornecendo, desta forma, uma base de apoio para a elaboração de projectos

com um desempenho térmico mais eficiente.

Resumidamente, este trabalho divide-se em três partes. Numa parte introdutória faz-se uma

breve exposição sobre o balanço energético dos edifícios, passando-se em seguida a uma fase de

descrição dos recursos utilizados, dos pressupostos e da metodologia seguida para a elaboração do

trabalho, apresentando-se, na parte final, os resultados dos estudos efectuados.

III

Abstract

With life conditions improvement, during the last decades in Portugal, and oil prices rising, as

well as the multiple environmental impacts felt all over the world, energy saving need came forth as an

obligation to everyone. Trying to achieve this urgent need, Universities and research organizations

look forward to create and develop new architectonic and constructive methods, attempting to assure

a drop of energy consumption associated to buildings weather control.

This dissertation come out with the purpose of understanding the acclimatization needs of

residential buildings, conceived in different constructive periods and placed in different areas of the

Portuguese territory.

Related to this study, the present work also claims to define the weight of the different elements

that form buildings involving, allowing designers to understand the relative impact of each element on

global heat exchanges between buildings and exterior environment, enabling the design of building

plans with a more efficient thermal behavior.

In short, this work is divided in three parts. The first part presents an introduction and a short

revision about buildings thermal balance. This is followed by an extended description of the used

resources to perform the work, as well as the adopted methodology. Obtained results are presented at

last.

IV

Índice

Capítulo 1 - Introdução ..................................................................................................... 1

1.1 – Enquadramento do tema .................................................................................................. 1

1.2 – Motivações ....................................................................................................................... 2

1.3 – Objectivos......................................................................................................................... 2

1.4 – Plano de trabalho ............................................................................................................. 3

Capítulo 2 - Balanço energético dos edifícios ............................................................... 4

2.1 - Introdução ......................................................................................................................... 4

2.2 – Balanço energético dos edifícios ...................................................................................... 4

Capítulo 3 - Introdução à análise dinâmica do comportamento térmico dos edifícios

e ao RCCTE. Descrição dos casos de estudo. ....................................... 11

3.1 – Introdução ...................................................................................................................... 11

3.2 – Descrição dos Edifícios .................................................................................................. 12

3.2.1 – Primeiro caso de estudo: edifício a construir de acordo com o RCCTE ................... 12

3.2.2 – Segundo caso de estudo: edifício construído na década de 1970 ............................ 13

3.2.3 – Terceiro caso de estudo: edifício construído na década de 1950 ............................. 13

3.3 – O RCCTE ....................................................................................................................... 14

3.4 – Análise dinâmica do comportamento térmico dos edifícios ............................................ 16

3.4.1 – O Energy Plus ........................................................................................................... 16

3.4.2 – Campos de entrada de valores do Energy Plus ........................................................ 18

Capítulo 4 - Metodologia do Trabalho .......................................................................... 26

4.1 – Introdução ...................................................................................................................... 26

4.2 – Metodologia utilizada para a recolha de dados do Energy Plus ..................................... 26

4.2.1 – Variáveis solicitadas ao Energy Plus ........................................................................ 27

V

4.2.2 – Tratamento dos dados de Inverno e de Verão .......................................................... 28

4.2.3 – Equilíbrio de energia fornecida ................................................................................. 29

4.2.4 – Análise das trocas térmicas através dos elementos da envolvente .......................... 32

4.3 – Metodologia utilizada para a calibração e comparação dos modelos............................. 32

4.3.1 – Calibração do modelo de Inverno ............................................................................. 34

4.3.2 – Calibração do modelo de Verão................................................................................ 36

Capítulo 5 - Impactes da envolvente em edifícios novos........................................... 39

5.1 – Introdução ...................................................................................................................... 39

5.2 – Análise dos impactes da envolvente no desempenho térmico do edifício ...................... 39

5.2.1 – Piso Intermédio (Inverno) .......................................................................................... 39

5.2.2 – Piso Intermédio (Verão) ............................................................................................ 43

5.2.3 – Piso da cobertura (Inverno) ...................................................................................... 45

5.2.4 – Piso da cobertura (Verão) ......................................................................................... 47

5.3 – Conclusões ..................................................................................................................... 49

Capítulo 6 - Impactes da envolvente em função da zona climática .......................... 51

6.1 – Introdução ...................................................................................................................... 51

6.2 – Análise dos impactes da envolvente do edifício na zona I2 ........................................... 51

6.2.1 – Piso intermédio (Inverno) .......................................................................................... 52




6.3 – Análise dos impactes da envolvente do edifício na zona I3 ........................................... 59

6.3.1 – Piso intermédio (Inverno) .......................................................................................... 59

6.3.2 – Piso intermédio (Verão) ............................................................................................ 60


VI


Capítulo 7 - Impactes da envolvente em edifícios antigos ........................................ 65

7.1 – Introdução ...................................................................................................................... 65

7.2 – Estudo de um edifício construído na década de 1970 .................................................... 66



7.2.3 – Piso da Cobertura (Inverno) ...................................................................................... 68

7.2.4 – Piso da Cobertura (Verão) ........................................................................................ 69

7.2.5 – Conclusões ............................................................................................................... 70

7.3 – Estudo de um edifício construído na década de 1950 .................................................... 70



7.3.3 – Piso da Cobertura (Inverno) ...................................................................................... 73

7.3.4 – Piso da Cobertura (Verão) ........................................................................................ 74

7.3.5 – Conclusões ............................................................................................................... 75

Capítulo 8 - Conclusões ................................................................................................. 76

Referências bibliográficas

ANEXOS

VII

Índice de figuras

Figura 1 – Balanço térmico de um edifício ............................................................................................. 5

Figura 2 – Parede exterior (edifício de 1970) ....................................................................................... 13

Figura 3 – Parede exterior (edifício de 1950) ....................................................................................... 14

Figura 4 – Esquema geral do Energy Plus ........................................................................................... 17

Figura 5 – Arquivo de entrada do Energy Plus (IDF Editor) ................................................................. 18

Figura 6 – Definição dos materiais no EP ............................................................................................ 20

Figura 7 – Definição dos elementos construtivos no EP ...................................................................... 21

Figura 8 – Definição das superfícies da envolvente no EP .................................................................. 22

Figura 9 – Folha de cálculo para tratamento de dados do EP.............................................................. 28

Figura 10 – Relação temperatura-consumo energético (situação real) ................................................ 30

Figura 11 – Relação temperatura-consumo energético (situação fictícia) ............................................ 31

Figura 12 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno) ............... 41

Figura 13 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso intermédio – Inverno) ............... 43

Figura 14 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão) ................. 44

Figura 15 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso intermédio – Verão) ................. 45

Figura 16 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno) ................. 46

Figura 17 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso cobertura – Inverno) ................. 47

Figura 18 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão) ................... 48

Figura 19 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso cobertura – Verão) ................... 49

Figura 20 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno – I2) ........ 52


Figura 22 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão – I2)........... 54


Figura 24 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno – I2) .......... 56


Figura 26 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão – I2) ............ 58


Figura 28 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédia – Inverno – I3) ........ 60

VIII








Figura 36 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso

intermédio – Inverno) .......................................................................................................... 66


intermédio – Verão) ............................................................................................................ 67

Figura 38 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso cobertura

– Inverno) ........................................................................................................................... 68


– Verão) .............................................................................................................................. 69


intermédio – Inverno) .......................................................................................................... 71


intermédio – Verão) ............................................................................................................ 72


– Inverno) ........................................................................................................................... 73


– Verão) .............................................................................................................................. 74

Figura 44 – Necessidades de aquecimento para as diferentes zonas climáticas ................................. 77

Figura 45 – Evolução das necessidades de climatização em pisos intermédios e de cobertura.......... 78

IX

Índice de quadros

Quadro 1 – Estratégias de controlo térmico ........................................................................................... 5

Quadro 2 – Radiação global incidente em superfícies por orientação (kWh/m2/dia) .............................. 6

Quadro 3 – Resultados fornecidos pelo Energy Plus e pelo RCCTE ................................................... 33

Quadro 4 – Comparação dos valores do RCCTE e do Energy Plus (Inverno) ..................................... 35

Quadro 5 – Comparação dos valores do RCCTE e do Energy Plus (Verão) ....................................... 37

Quadro 6 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio - Inverno) .................................................. 40

Quadro 7 – Trocas através dos elementos da envolvente do Fogo A1 (Piso intermédio - Inverno) ..... 41

Quadro 8 – Balanço térmico do Fogo A2 (Piso intermédio – Inverno) ................................................. 42

Quadro 9 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio - Verão) ..................................................... 43

Quadro 10 – Balanço térmico do Fogo A2 (Piso intermédio - Verão) ................................................... 44

Quadro 11 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura - Inverno) .................................................. 45

Quadro 12 – Balanço térmico do Fogo A2 (Piso cobertura - Inverno) .................................................. 46

Quadro 13 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura - Verão) .................................................... 47

Quadro 14 – Balanço térmico do Fogo A2 (Piso cobertura - Verão) .................................................... 48

Quadro 15 – Necessidades energéticas para climatização (kWh/m2.ano) ........................................... 49

Quadro 16 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno – I2)......................................... 52


Quadro 18 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão – I2) ........................................... 54


Quadro 20 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno – I2) .......................................... 56


Quadro 22 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão – I2) ............................................ 57







X




Quadro 32 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Inverno) ............................. 66

Quadro 33 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Verão)................................ 67

Quadro 34 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Inverno) ............................... 68

Quadro 35 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Verão) ................................. 69

Quadro 36 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Inverno) ............................. 71

Quadro 37 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Verão)................................ 72

Quadro 38 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Inverno) ............................... 73

Quadro 39 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Verão) ................................. 74

Quadro 40 – Necessidades de climatização em função da zona climática – edifício novo

(kW.h/m2.ano) .................................................................................................................. 76

Quadro 41 – Evolução das necessidades de climatização (kW.h/m2.ano) ........................................... 77

XI

Siglas

CAD – Computer-Aided Design

CTF – Conduction Transfer Function

GMT – Greenwich Mean Time

LNA – Locais Não Aquecidos

RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização dos Edifícios

DOE – United States Department of Energy

XII

Simbologia

α – coeficiente de absorção

γ – factor de utilização dos ganhos solares

A – área (m2)

GD – Graus-dia de aquecimento (ºC.dia)

Gsul – energia solar média incidente numa superfície vertical orientada a Sul na estação de

aquecimento (kWh/m2.mês)

he – resistência térmica superficial exterior (m2.ºC/W)

Ni – necessidades nominais de energia útil para aquecimento (kWh/m2.ano)

Nv – necessidades nominais de energia útil para arrefecimento (kWh/m2.ano)

U – coeficiente de transmissão térmica (W/m2.ºC)

1

Capítulo 1

Introdução

1.1 – Enquadramento do tema

Desde meados do século XX, que as preocupações ambientais têm vindo a adquirir uma

importância crescente nos países desenvolvidos, criando na opinião pública maior consciência

relativamente à problemática da sustentabilidade ambiental. Este fenómeno viu-se reforçado nos

últimos anos, devido ao significativo aumento da factura energética e aos efeitos, cada vez mais

evidentes, das alterações climáticas.

A conjugação destes factores levou à imposição de restrições e à criação de regulamentos nas

mais diversas áreas, de forma a maximizar a eficiência energética, procurando-se obter garantias de

sustentabilidade económica e ambiental. A indústria da construção, não é, obviamente, alheia a estas

práticas, tendo-se criado recentemente a nova Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético

de Edifícios (2002/91/CE) [1] com o intuito de impor uma certificação energética dos mesmos.

Pretende-se com este documento, que os vários estados membros criem ou melhorem a legislação já

existente neste domínio.

Em Portugal, existem desde o início dos anos noventa, o Regulamento das Características de

Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) [2] e o Regulamento dos Sistemas Energéticos de

Climatização dos Edifícios (RSECE), recentemente revistos no âmbito da nova directiva. Esta nova

legislação comunitária obrigou ainda à publicação de um novo documento nacional de Certificação

Energética e da Qualidade do Ar nos Edifícios.

A entrada em vigor destes regulamentos determinou, no final do século passado, um aumento

significativo dos padrões de qualidade da construção no nosso país, obrigando por isso, a uma

grande mudança nas práticas construtivas adoptadas.

Pretende-se, com a actualização de toda a legislação nacional de acordo com a directiva

comunitária, estabelecer novas exigências para além das preconizadas pelos regulamentos,

nomeadamente, através do novo certificado energético dos edifícios. Este permitirá que compradores

e donos de obra tomem consciência dos custos energéticos associados à utilização dos edifícios,

criando novos padrões de exigência para as empresas de construção. Procura-se igualmente,

implementar novos processos construtivos que permitam não só a poupança energética ao longo da

vida útil do edifício mas, também, a utilização de materiais que minimizem os impactes ambientais,

quer na sua produção, quer quando estes se encontrem em fim de vida.

2

Na construção, a envolvente geométrica e construtiva dos edifícios desempenha um papel

preponderante no seu comportamento térmico. Desta forma, a escolha dos materiais a incorporar nos

edifícios afigura-se determinante, consoante o elemento da envolvente que se pretende analisar, a

zona climática em que o edifício será implantado ou a exposição à radiação solar a que este se

encontrará sujeito, para assim se determinar a massa e grau de isolamento necessário adoptar, de

forma a que se assegurem boas condições de conforto térmico.

Este trabalho assume hoje grande relevância, quer em edifícios construídos de raiz, quer nos

casos em que estes são alvo de intervenções de reabilitação. A importância dada ao domínio da

térmica de edifícios, não se restringe hoje apenas à necessidade de aplicação das exigências

regulamentares mas, acima de tudo, prende-se com o objectivo comum à arquitectura e às outras

especialidades da engenharia civil, de garantir a sustentabilidade da indústria da construção do ponto

de vista económico e ambiental.

1.2 – Motivações

A execução de um projecto de térmica obriga a ter em atenção um elevado número de factores,

relativos a projectos das mais diversas especialidades, como a arquitectura, a engenharia estrutural

ou a acústica.

Com a entrada em vigor da nova regulamentação térmica, torna-se premente a criação de

bases de dados que permitam aos projectistas a simplificação da elaboração deste tipo de projectos,

quer através da análise dos vários elementos da envolvente, permitindo ao engenheiro compreender

rapidamente qual o impacto da alteração de uma determinada solução nas trocas térmicas globais do

edifício, quer através da quantificação do isolamento necessário para o cumprimento das exigências

regulamentares estabelecidas pelo novo RCCTE, nomeadamente, para a zona climática em que o

edifício será construído.

A partir dos aspectos referidos, definem-se em seguida, de forma mais detalhada, os objectivos

que se pretendem atingir com a elaboração do presente trabalho.

1.3 – Objectivos

Com a elaboração deste trabalho, pretende-se definir a importância relativa que os diferentes

elementos da envolvente de edifícios residenciais apresentam no seu desempenho térmico global,

com o objectivo de obter dados que possam ser úteis em fases iniciais do projecto de térmica, tanto

de edifícios novos, com de edifícios alvo de intervenções de reabilitação.

Procura-se igualmente, fazer uma comparação entre diversos tipos de soluções da envolvente,

que cumpram com as exigências regulamentares para as diferentes zonas climáticas do território

português. É ainda importante referir que, no desenvolvimento deste trabalho, recorrer-se-á a casos

3

de estudo, com o objectivo de compreender e demonstrar de forma mais explícita, aspectos tão

importantes no comportamento térmico, como sejam, a tipologia, a orientação ou a localização dos

diversos fogos no edifício.

Pretende-se ainda, adquirir um melhor conhecimento dos impactes a nível construtivo e

energético da aplicação destes diplomas legais, na evolução recente do desempenho térmico dos

edifícios no nosso país, recorrendo-se, para isso, ao estudo de soluções de várias épocas

construtivas.

Na elaboração deste trabalho serão utilizadas duas metodologias distintas, tanto para a

contabilização das trocas através da envolvente como das necessidades de climatização dos

edifícios. Os métodos utilizados baseiam-se num software de análise dinâmica do comportamento

térmico e no método simplificado da regulamentação térmica nacional, procurando-se, neste trabalho,

estabelecer uma comparação entre os dois.

1.4 – Plano de trabalho

Para alcançar os objectivos enunciados no ponto anterior, serão analisados detalhadamente,

do ponto de vista energético, três edifícios com soluções construtivas características de diferentes

épocas. De forma a facilitar o entendimento dos resultados obtidos e dos comentários a seu respeito,

é apresentada previamente, de uma forma muito sintética, a teoria básica das trocas de calor em

edifícios e dos métodos de simulação utilizados no presente trabalho. Assim, foi adoptada a seguinte

estrutura para a organização do trabalho:

O primeiro capítulo inclui o enquadramento geral do trabalho, as motivações, objectivos e, por

fim, o resumo dos restantes capítulos.

No capítulo 2 é feita uma revisão da literatura sobre o balanço energético dos edifícios.

No terceiro capítulo apresenta-se uma breve descrição dos edifícios que se pretende estudar,

da ferramenta informática de análise dinâmica do comportamento térmico e energético de edifícios,

que se utilizará no desenvolvimento do trabalho, e do RCCTE.

O capítulo quarto corresponde à exposição da metodologia adoptada para o tratamento de

dados e para a calibração do software utilizado.

No capítulo 5 procura-se avaliar os impactes relativos de cada elemento da envolvente nas

perdas e ganhos globais de calor, de um edifício a construir na zona de Lisboa. Serão também

analisados os impactes de factores como a orientação e a localização no edifício.

O sexto capítulo considera a possibilidade de implantação do edifício do capítulo anterior nas

diferentes zonas climáticas estabelecidas no RCCTE, definindo-se o isolamento necessário de forma

a garantir as exigências de conforto térmico para cada zona.

No capítulo 7 procede-se à análise de dois edifícios construídos nos anos 50 e 70 do século

XX, procurando-se compreender os impactes da evolução dos processos construtivos em Portugal,

ao nível do desempenho térmico dos edifícios.

As conclusões do trabalho são apresentadas no capítulo 8.

4

Capítulo 2

Balanço energético dos edifícios

2.1 - Introdução

Após a apresentação do trabalho no capítulo anterior, é importante, antes de qualquer

abordagem aos temas que se pretendem desenvolver e analisar, proceder a uma revisão dos

principais fenómenos subjacentes ao estudo do comportamento térmico dos edifícios.

O balanço energético dos edifícios é, sem dúvida, um instrumento essencial para a correcta

compreensão dos impactes que a utilização destes tem nas suas necessidades nominais de energia,

sendo este balanço fortemente influenciado pelo desempenho térmico das soluções adoptadas para a

envolvente. Baseando-se nesta temática o trabalho que se pretende desenvolver, procurar-se-á

descrever, no ponto seguinte, os diversos factores em que assenta o balanço energético dos

edifícios.

Neste capítulo, procura-se fazer uma abordagem correcta e rigorosa, embora não exaustiva,

destes assuntos, uma vez que o objectivo central deste trabalho não se restringe ao desenvolvimento

teórico destas temáticas.

2.2 – Balanço energético dos edifícios

Com as crescentes exigências de conforto térmico que se têm verificado nos últimos anos, fruto

de um maior desenvolvimento económico e social, torna-se cada vez mais importante o estudo

pormenorizado das perdas e ganhos térmicos que ocorrem através da envolvente dos edifícios, de

forma a aumentar a fiabilidade dos métodos de previsão das necessidades de energia de

climatização.

A equação de equilíbrio entre os ganhos e as perdas energéticas, designa-se por balanço

energético. Este balanço, efectuado em regime de temperatura do ar interior constante (regime

permanente), permite obter as necessidades de aquecimento ou arrefecimento dos espaços de forma

a garantir as exigências de conforto térmico dos seus ocupantes.

Para a realização do balanço energético de um edifício, consideram-se os ganhos de calor

relativos à energia solar e à ocupação interna, as perdas e os ganhos por infiltração e por condução

através da envolvente, a energia fornecida para aquecimento/arrefecimento, entre outros factores

5

como a inércia térmica da construção. Na figura 1 pode-se observar um esquema geral das trocas

que ocorrem entre um edifício e o exterior.

Figura 1 – Balanço térmico de um edifício

De notar que, consoante o período climático, pode interessar maximizar ou minimizar os

diferentes tipos de ganhos e perdas apresentados na figura. Antes de se proceder à análise

detalhada dos vários itens da figura, apresenta-se um quadro resumo, onde se pode verificar quais as

estratégias a adoptar em cada caso, para as estações de aquecimento e de arrefecimento.

INVERNO VERÃO

estratégias promover ganhos restringir perdas restringir ganhos promover perdas

CONDUÇÃO - minimizar a condução earth cooling

CONVECÇÃO - minimizar a infiltração ventilação

RADIAÇÃO ganhos solares - protecção solar arrefecimento

radiativo

Quadro 1 – Estratégias de controlo térmico [3]

Em linha com o referido em cima, passa-se em seguida a descrever cada uma das

componentes necessárias ao correcto balanço energético de um edifício. Esta descrição será feita

para cada item, sendo, por isso, a apresentação feita em tópicos separados. De notar que, além dos

agentes referidos, se dará especial ênfase à importância da inércia térmica da construção e da

incorporação de materiais isolantes, de forma a garantir um melhor desempenho térmico dos

elementos da envolvente.

6

Ganhos solares

Os ganhos de energia decorrentes da energia solar são um factor determinante para o

equilíbrio das necessidades energéticas dos edifícios e, consequentemente, para o cumprimento das

exigências de conforto térmico.

No nosso país, os ganhos solares, embora apresentem uma grande importância na satisfação

das necessidades de aquecimento durante a estação fria, acabam por se tornar bastante

condicionantes no Verão, facto que resulta da elevada exposição solar a que o território nacional se

encontra sujeito durante esse período.

Interessa, face ao exposto, promover os ganhos solares durante a estação de aquecimento,

razão pela qual se torna bastante importante a abertura de vãos envidraçados no quadrante Sul.

Durante o Verão, devendo esses mesmos ganhos ser minimizados, torna-se essencial dotar estes

vãos de sistemas de sombreamento eficazes, principalmente quando estes de encontram orientados

a Poente ou a Nascente.

Embora a orientação e os sistemas de sombreamento sejam os factores determinantes para

um correcto aproveitamento dos ganhos solares, é importante referir outros agentes cuja importância

não pode ser esquecida, nomeadamente a área dos envidraçados, a intensidade da radiação solar e

o factor solar dos vidros..

O factor solar de um vidro é o quociente entre a energia que entra através deste e a radiação

solar que nele incide, pelo que uma correcta selecção desta propriedade pode ter uma contribuição

importante no controle dos ganhos solares dos edifícios.

Para quantificar correctamente a radiação incidente nas diversas orientações, de forma a

confirmar o descrito acima, apresentam-se em baixo os valores destes ganhos para o mês de Janeiro

e de Julho.

Janeiro Julho

Norte 0.5 1.4

Sul 2.7 2.0

Este 1.1 3.2

Oeste 1.1 3.6

Horizontal 2.0 7.4

Quadro 2 – Radiação global incidente em superfícies por orientação (kWh/m2/dia)

Ocupação interna e energia fornecida

A energia decorrente dos ganhos solares não é, especialmente durante o Inverno, suficiente

para a satisfação das exigências de conforto térmico. Além desta fonte indispensável, podemos ainda

contar com os ganhos de energia decorrentes da ocupação interna, ou seja, com o calor produzido

7

pelo corpo humano e por alguns dispositivos sem função directa de aquecimento. Estes ganhos de

calor são, no entanto, em muitas situações, residuais no Inverno e excessivos durante o Verão.

Em linha com o descrito, é facilmente compreensível que os ganhos internos podem variar

bastante de edifício para edifício e, para a mesma construção, de hora para hora. Esta variação é

função do número de pessoas que ocupam o edifício e do seu estilo de vida, uma vez que este se

reflecte, em grande medida, na energia consumida.

Os ganhos decorrentes da ocupação interna são, por isso, difíceis de quantificar, recorrendo-se

na maioria dos casos a estudos estatísticos existentes para a obtenção de valores de cálculo. No

caso das habitações irá utilizar-se neste trabalho o valor preconizado no RCCTE, que corresponde a

4 W/m2.

Quando os ganhos solares e internos são insuficientes para assegurar as condições de

conforto no Inverno ou sempre que estes se tornam excessivos durante o Verão, é necessário o

recurso a sistemas de climatização que garantam o aquecimento/arrefecimento adequado para a

obtenção da temperatura de conforto dos ocupantes.

A energia fornecida no sentido de adequar, ao longo do dia e das várias estações do ano, a

temperatura interior às exigências de conforto térmico, tanto para aquecimento como para

arrefecimento, levam, indirectamente, a um aumento das emissões poluentes subjacentes à produção

dessa energia e, de forma directa, a custos económicos mais elevados, razões que obrigam, por isso,

a ter em atenção o volume de perdas/ganhos que ocorrem através da envolvente do edifício, tema

que se desenvolverá em seguida.

Condução de calor através da envolvente

A envolvente do edifício é a fronteira deste como o exterior, sendo, por isso, através dos

materiais que a compõem que ocorre a maioria das trocas de energia com o ambiente que a rodeia.

Restringir a condução através destes elementos é, por isso, uma estratégia que, num clima

temperado como o de Portugal, se deve promover nos edifícios tendo em conta o objectivo de

redução das necessidades de energia de climatização. Em linha com o quadro 1, enquanto no

Inverno interessa restringir as perdas de calor para o exterior através da envolvente, no Verão torna-

se mais favorável restringir os ganhos excessivos de calor exterior, de forma a manter uma

temperatura mais constante no interior dos edifícios.

Embora não seja possível evitar estas trocas de calor, a sua minimização pode ser facilmente

alcançada com recurso a boas práticas construtivas, nomeadamente, com a aplicação de isolamento

térmico e com o correcto aproveitamento da inércia térmica dos materiais utilizados [4].

A aplicação de materiais isolantes térmicos afigura-se essencial em qualquer projecto de

térmica de edifícios. Os isolamentos térmicos actuais são concebidos com os mais diversos materiais,

sendo por vezes difícil aferir sobre as vantagens únicas de cada um deles em relação aos outros. Na

maior parte dos casos a escolha é baseada num restrito número de factores, tais como o custo do

8

material e sua aplicação, os valores de condutibilidade, e a adequação face às dimensões do

elemento que é utilizado para cumprir a finalidade pretendida.

Em Portugal recorre-se frequentemente à aplicação de materiais como a lã de rocha ou de

vidro, o poliuretano injectado ou projectado, o aglomerado negro de cortiça e o poliestireno expandido

ou extrudido. Em geral, estes materiais apresentam valores de condutibilidade térmica - propriedade

térmica típica de um material homogéneo que é igual à quantidade de calor por unidade de tempo

que atravessa uma camada de espessura e de área unitárias desse material por unidade de diferença

de temperatura entre as suas duas faces - bastante reduzidos.

O isolamento térmico pode ser aplicado de diferentes formas. O posicionamento do isolamento

é uma questão da máxima importância, dada a sua influência, a par das condições e do preceito com

que este é aplicado, no seu desempenho térmico e durabilidade.

O isolamento pode ser feito pelo exterior, interior ou na caixa-de-ar de paredes, nos

pavimentos e ao nível da cobertura. Cada uma das posições dos isolamentos apresenta vantagens e

desvantagens.

O isolamento térmico de paredes pelo exterior, ainda que tenha algumas vantagens como a

eliminação de pontes térmicas, tem a desvantagem de nos edifícios de uso ocasional, ao procurar

aquecer-se o ambiente, se acabe por ter que aquecer toda a envolvente - estrutura e os dois panos

de alvenaria - desperdiçando-se desta forma energia.

As paredes duplas de alvenaria separadas por uma caixa-de-ar com isolamento no seu

interior são a solução mais corrente e viável na execução de paredes exteriores. A presença da

caixa-de-ar é de grande importância, uma vez que permite a condensação do vapor de água logo

após o isolamento térmico onde a temperatura é mais baixa, evitando desta forma que este se

acumule no exterior, levando ao empolamento da pintura, ou no interior, originando a deterioração de

rodapés e instalações eléctricas.

Existe também a hipótese de se proceder ao isolamento térmico pelo interior das edificações,

obtendo-se, neste caso, como vantagens, uma maior protecção do material a agentes agressores e

uma maior acessibilidade em caso de necessidade de reabilitação e, como desvantagens, uma

redução da inércia térmica da construção e uma maior vulnerabilidade a fenómenos de humidade. O

isolamento das coberturas, tal como o isolamento das paredes, é da maior importância no controlo

térmico dos edifícios. Também o isolamento de pavimentos, apesar de muitas vezes menosprezado,

é de grande importância, especialmente nos casos em que estes se encontram em contacto com o

solo ou sobre espaços de ar ventilados.

Ao longo dos pontos anteriores, tem-se referido a importância da inércia térmica da construção

no seu desempenho térmico. A inércia térmica de um edifício é a capacidade que este possui de

contrariar as variações de temperatura no seu interior, devido à sua capacidade de acumular calor

nos elementos de construção da envolvente. A velocidade de absorção e a quantidade de calor

acumulado determinam a inércia térmica dum edifício.

A inércia térmica influi sobre o comportamento do edifício tanto de Inverno, ao determinar a

capacidade de utilização dos ganhos solares, como de Verão, ao influenciar a capacidade do edifício

absorver os picos de temperatura.

9

Para efeitos da regulamentação térmica Portuguesa, foram definidas 3 classes de inércia

térmica: forte, média e fraca. A classe da inércia térmica resulta do cálculo da massa superficial útil

por m² de área de pavimento, cuja definição, cálculo e terminologia empregue vêm descritos no n.º 3

do anexo VI do RCCTE.

O correcto aproveitamento da inércia térmica é essencial para a minimização das

necessidades de aquecimento, devendo por isso, ser alvo de especial atenção no momento de

escolha dos materiais e do posicionamento do isolamento térmico, uma vez que apenas a massa

interna ao isolamento contribui favoravelmente para a inércia do edifício.

As perdas por condução através da envolvente variam, em linha com o referido neste ponto, de

forma determinante com as soluções adoptadas para envolvente e, essencialmente, com o tipo de

elemento construtivo. Assim, é do conhecimento geral que os envidraçados apresentam valores de

perdas/ganhos muito superiores, facto que está associado à condutibilidade do vidro, à pequena

espessura e fraca inércia térmica destes elementos. Também as zonas estruturais, construídas em

betão, constituem zonas de maior concentração de trocas de calor, facto que está associado à maior

condutibilidade térmica deste material, originando assim o fenómeno vulgarmente designado por

pontes térmicas.

A análise dos impactes dos vários elementos nas trocas térmicas globais dos edifícios será

tema central deste trabalho, onde se procurará determinar de forma rigorosa a importância de cada

um dos itens anteriores no cômputo geral das trocas de calor.

Renovação do ar

A renovação do ar dos espaços, quer de forma controlada quer por via das infiltrações, está

associada a um grande volume de trocas de calor com o exterior, contribuindo, sempre que a

diferença entre a temperatura interior e exterior é significativa, de forma decisiva para o balanço

térmico do edifício.

O peso da renovação do ar é, por isso, mais significativo no Inverno, pois a temperatura

exterior apresenta praticamente sempre valores abaixo das condições de conforto. Este facto

potencia, assim, o interesse em limitar a ventilação neste período. No Verão, a ventilação natural

assume um papel de relevo no arrefecimento nocturno dos edifícios.

Embora a renovação do ar influencie de forma determinante o aumento das necessidades de

climatização, consequência da extracção de calor que se verifica no Inverno através deste processo,

é uma medida necessária à manutenção das condições de salubridade interior dos edifícios, pelo que

deve ser sempre assegurado um mínimo recomendável através de um sistema de ventilação, natural,

mecânico ou híbrido, adequado.

Em edifícios residenciais, os únicos que se pretende estudar no presente trabalho, a ventilação

é, de forma generalizada, realizada com recurso à admissão de ar através de janelas e à sua

extracção através de condutas localizadas nas zonas de serviço.

10

Deve estabelecer-se, como já foi referido, um valor mínimo para a renovação do ar. Este valor

pode ser controlado através de dispositivos de admissão incorporados quer nos caixilhos quer na

estrutura envolvente, que devem ser dimensionados tendo em conta as exigências de qualidade do ar

interior.

Com base no descrito, compreende-se que, sendo impossível eliminar as perdas/ganhos

devidos à renovação do ar, o objectivo passa por conseguir um equilíbrio entre a salubridade do

edifício e o conforto térmico, de forma a minimizar o impacte destas trocas no seu balanço energético.

11

Capítulo 3

Introdução à análise dinâmica do comportamento térmico dos

edifícios e ao RCCTE. Descrição dos casos de estudo.

3.1 – Introdução

Neste capítulo do trabalho, procura-se introduzir as várias ferramentas utilizadas no estudo do

comportamento térmico que se pretende efectuar, nomeadamente, o RCCTE e uma ferramenta

informática de análise dinâmica dos fenómenos de transmissão de calor através da envolvente dos

edifícios.

A ferramenta informática a utilizar na elaboração do trabalho será o Energy Plus [4], programa

desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), que se descreve no quarto

ponto deste capítulo.

A utilização deste programa visa permitir um aumento do número de testes que podem ser

realizados, levando, desta forma, a um incremento do número de soluções analisadas, a par de uma

maior complexidade das simulações, nomeadamente, através da análise dum maior número de

variáveis e da obtenção de dados mais próximos da realidade.

Também a regulamentação térmica, ou seja, o RCCTE, uma vez que se pretendem analisar

exclusivamente edifícios residenciais, será descrito neste capítulo. A aplicação deste regulamento na

realização da dissertação é essencial, facto que se justifica, entre outros aspectos, com a

necessidade de definir as soluções a adoptar para o primeiro caso de estudo, um edifício novo que

tem obrigatoriamente de estar em conformidade com este dispositivo legal.

Com o intuito de permitir uma melhor compreensão do trabalho que se expõe nos capítulos

seguintes, começar-se-á por descrever os edifícios que se pretende analisar, respectivamente, um

edifício novo, um da década de 70 e outro da de 50 do século passado, de forma a que se possa ter

uma ideia concreta dos objectos alvo de estudo.

É importante salientar que, ao longo dos restantes capítulos desta dissertação, tanto o software

como os edifícios que se introduzem em seguida, serão objectos centrais de trabalho, razão porque

se descrevem com maior cuidado nos pontos seguintes.

12

3.2 – Descrição dos Edifícios

3.2.1 – Primeiro caso de estudo: edifício a construir de acordo com o RCCTE

O primeiro caso de estudo, que será abordado nos capítulos 4 e 5, refere-se a um edifício de

habitação actual situado em Lisboa. No decorrer da dissertação, de acordo com o descrito no

primeiro capítulo, considerar-se-á a implantação do edifício noutras zonas do território português, de

forma a analisarmos o seu comportamento nas diferentes zonas climáticas estabelecidas no RCCTE.

O edifício que se pretende estudar possui quatro pisos acima do solo e duas caves. As caves

são utilizadas como garagem, sendo todos os pisos elevados, incluindo o R/C, utilizados para

habitação.

Os pisos correntes, acima do R/C, possuem, cada um, dois T2 e um T3. Ao nível do piso térreo,

por onde se faz o acesso ao edifício, a área útil para habitação é, obviamente, reduzida relativamente

aos outros pisos, razão pela qual existem apenas dois apartamentos T3 neste piso.

Os desenhos de arquitectura são apresentados no ANEXO I, de forma a permitir uma melhor

compreensão da geometria do edifício e das respectivas fracções autónomas.

Estruturalmente, o edifício que aqui se descreve será concebido em betão armado, com uma

malha convencional de pilares e vigas, sobre as quais assentam as lajes.

Uma vez que este edifício possui, apenas, quatro pisos elevados (três andares), não existe

obrigação legal para a instalação de elevador, tendo-se optado por não colocar este elemento. Dada

a ausência de caixa de elevador, o projectista optou por não criar qualquer núcleo resistente, não

sendo, por isso, a envolvente das escadas construída em betão.

Não se descrevem aqui os elementos correntes utilizados na envolvente do edifício, uma vez

que a sua definição será parte integrante do trabalho que se pretende realizar.

É, no entanto, importante referir o tipo de cobertura e os revestimentos a adoptar na

envolvente, uma vez que se tratam de imposições arquitectónicas. Nomeadamente no caso da

cobertura, existirá um grande impacto das soluções adoptadas no comportamento global do edifício,

tendo-se, neste caso, optado por uma cobertura plana cujo acesso se pretende limitado.

Relativamente aos revestimentos interiores e exteriores de paredes e pavimentos, definiu-se que as

paredes exteriores serão pintadas a tinta texturada, ao passo que as paredes interiores serão

estucadas e pintadas a tinta de água na cor branco nos quartos, salas e zonas comuns, sendo as

paredes das zonas de serviço revestidas a azulejo. Os tectos interiores serão revestidos com estuque

e pintados com tinta de água, sendo os pavimentos revestidos com mosaico cerâmico nas

instalações sanitárias e cozinhas e com parquet de madeira nas restantes zonas.

Outra imposição arquitectónica com grande impacto no desempenho térmico do edifício, e que,

por isso, se torna importante aqui referir, prende-se com o sistema de protecção dos envidraçados

que se pretende adoptar. No caso do edifício em estudo optou-se pela solução mais corrente no

nosso país, ou seja, pela instalação de estores exteriores.

13

3.2.2 – Segundo caso de estudo: edifício construído na década de 1970

O segundo edifício que se analisará no decorrer deste trabalho foi construído na década de 70

do século XX, sendo composto por quatro pisos elevados e uma cave utilizada para estacionamento.

Esta edificação é composta por um R/C, onde, além da zona de acesso, se encontra localizado

um T2 e uma loja. Os restantes pisos são ocupados por dois T2 cada um.

Estruturalmente, este é um edifício típico do período em que foi construído, tendo, por isso,

sido concebido com recurso a uma malha reticulada de vigas e pilares de betão armado. As lajes

foram executadas no mesmo material.

Uma vez que este edifício já se encontra construído, não existe necessidade, como no caso

anterior, de proceder à escolha das soluções a adoptar para a envolvente. Na figura 2 é possível

observar a parede exterior tipo deste edifício.

É importante notar a ausência de qualquer tipo de isolamento nas paredes do edifício, quer em

zona corrente, quer para correcção de pontes térmicas.

No que respeita à cobertura, esta apresenta uma configuração inclinada com duas águas, não

possuindo, também, qualquer isolante térmico na laje ou na vertente inclinada.

Os acabamentos são bastante semelhantes aos dos edifícios actuais,

paredes pintadas sobre estuque nas salas e quartos e revestidas a azulejo

nos compartimentos de serviço. O chão é executado em parquet de madeira

nas zonas de estar e em mosaico cerâmico nas cozinhas e nas instalações

sanitárias.

A protecção solar dos vão envidraçados, executados em caixilharia

de alumínio e com vidro simples, é feita com recurso a estores exteriores.

Para facilitar a compreensão da geometria do edifício, tal como para o

caso de estudo anterior, apresentam-se os desenhos de arquitectura no

ANEXO II.

3.2.3 – Terceiro caso de estudo: edifício construído na década de 1950

Pretende-se agora descrever o último caso de estudo que, tal como o anterior, será analisado

no capítulo 6.

Este terceiro edifício, dado o período em que foi construído (1950), apresenta uma configuração

geométrica bastante diferente dos descritos nos pontos anteriores, a par de uma discrepância ainda

mais evidente no que respeita aos materiais e processos construtivos adoptados.

Assim, este é composto por cinco pisos elevados e um sótão utilizado para arrumos, a

cobertura apresenta uma configuração triangular de duas águas e o piso térreo é utilizado para fins

comerciais. Em cada um dos restantes pisos encontra-se apenas um apartamento com uma área

Figura 2 – Parede exterior

(edifício de 1970)

14

bastante ampla. No entanto, o elevado número de divisões e o facto do edifício possuir apenas duas

frentes, impedem que todo o fogo tenha luz e ventilação natural.

Uma vez que este edifício já se encontra construído, a sua análise, tal como no caso anterior,

centra-se essencialmente na óptica da reabilitação térmica. Assim, descrevem-se em seguida as

soluções utilizadas na sua envolvente.

Neste caso, as paredes do edifício desempenham simultaneamente uma função de protecção

do ambiente exterior, a par de funções estruturais. Na figura 2 apresenta-se um esquema da parede

exterior do edifício, constituída essencialmente por pedra aparelhada.

Durante este período, como é possível observar na figura, as paredes exteriores, além da

pedra, podiam comportar também um pano interior de alvenaria de tijolo de barro [6].

No que respeita às paredes interiores, estas apresentam uma solução diferente dos dois

primeiros casos, sendo construídas com tijolo de burro cozido.

O revestimento de tectos e paredes é composto por estuque e reboco sob fasquiado de

madeira.

A concepção dos pavimentos foi feita com recurso a barrotes

de madeira assentes nas paredes exteriores, sob os quais assenta

o soalho de tábuas corridas do mesmo material. Nas zonas de

serviço recorre-se à aplicação de mosaico sobre uma camada de

betonilha, de forma a evitar a deterioração da madeira.

Os vão envidraçados são compostos por caixilharias de

madeira, recorrendo-se a portadas de madeira no seu interior, de

forma a minimizar a exposição solar quando esta é mais

desfavorável.

Os desenhos de arquitectura do edifício encontram-se no

ANEXO III.

3.3 – O RCCTE

A primeira regulamentação térmica portuguesa, onde se engloba o RCCTE, foi criada no inicio

da década de 1990, tendo sido revista recentemente no âmbito da nova directiva europeia para a

eficiência energética dos edifícios. É precisamente a esta nova versão, publicada em 2006, que se irá

recorrer ao longo deste trabalho, e que, por isso, se descreve neste ponto.

O novo RCCTE foi publicado com o intuito de implementar e reforçar as boas práticas na

construção civil, tendo como objectivo o aumento do conforto das habitações e a redução das

emissões de GEE associadas à sua climatização.

Este regulamento assenta em certos pressupostos, alguns dos quais diferem relativamente à

anterior versão. De entre estes, salienta-se a consideração de sistemas de climatização, impondo,

desta forma, limites aos consumos destes equipamentos e a obrigação por parte dos projectistas de

Figura 3 – Parede exterior (edifício de 1950)

15

considerarem sistemas construtivos que permitam assegurar as taxas de renovação de ar

adequadas.

O cálculo das perdas térmicas (por condução) através dos elementos da envolvente dos

edifícios é função do seu coeficiente de transmissão térmica (U) e da área (A) que ocupam nas

diferentes soluções construtivas.

Tal como acontecia com o anterior regulamento, também a nova versão exige a verificação das

soluções térmicas da envolvente para as estações de aquecimento e de arrefecimento.

No caso do Inverno, os valores máximos admissíveis para o consumo de energia (Ni) são

função do factor de forma e dos Graus-dia de aquecimento (GD). O factor de forma – grandeza

representativa da geometria edifício, com grande relevância no seu comportamento térmico – é dado

pelo quociente entre o somatório da área exterior e interior do edifício ou do fogo, encontrando-se os

GD, número que caracteriza a severidade do clima na estação de aquecimento, definidos no

regulamento para cada município.

Para a situação de Verão, menos desfavorável que a anterior, consideram-se como limites

máximos para o consumo de energia (Nv), os valores definidos para cada zona climática no capítulo V

do RCCTE.

Para o cálculo das perdas e ganhos através dos elementos da envolvente, é, também,

necessário proceder a cálculos diferenciados para cada estação. Assim, enquanto na estação de

aquecimento as perdas instantâneas por unidade de diferença de temperatura (UA) são multiplicadas

pelo factor 0.024 (para obter as perdas em kWh ao fim de um dia) e pelos Graus-dias de aquecimento

GD (para obter as perdas ao fim da estação fria), no Verão, as trocas do interior para o exterior do

edifício resultam do produto UA pelo factor 2.928 e pela diferença entre a temperatura de conforto

(25ºC) e a temperatura média exterior nesta estação.

Quanto aos ganhos internos (devido à ocupação e equipamentos excepto de climatização), o

seu cálculo e respectivo valor são iguais em ambas as estações, ao passo que as trocas de calor por

ventilação diferem entre Inverno e Verão apenas pelos factores multiplicativos descritos acima.

No entanto, no que concerne aos ganhos solares existem algumas diferenças, nomeadamente,

no facto de no Verão o regulamento considerar os ganhos através da envolvente opaca, o que não

acontece no período de aquecimento.

Os ganhos solares representam, efectivamente, os cálculos mais complexos do novo RCCTE,

facto que está relacionado com o elevado números de factores multiplicativos que é necessário

considerar na sua determinação. Entre estes, encontram-se os factores de orientação, o factor solar

do vidro, o factor de obstrução, a fracção envidraçada e o factor de selectividade angular.

A par do descrito, a radiação incidente é calculada de forma distinta para as duas estações. No

caso do Inverno, a radiação depende da duração da estação de aquecimento e do valor de Gsul,

ambos definidos no Anexo III do RCCTE, ao passo que no Verão a intensidade da radiação solar é

apresentada como um valor global para a estação de arrefecimento, com valores discriminados em

função da orientação, dependendo os ganhos solares dos factores multiplicativos já descritos, no

caso dos envidraçados, e dos valores de α, U e he no caso da envolvente opaca.

16

De notar ainda que, tanto para o Inverno como para o Verão, os ganhos totais úteis são obtidos

através do produto dos ganhos brutos pelo factor de utilização dos ganhos solares (γ).

A descrição anterior, visa mostrar as principais diferenças entre os cálculos de Verão e de

Inverno efectuados com recurso ao RCCTE, introduzindo simultaneamente os diversos factores e

grandezas que serão utilizados para a comparação dos resultados obtidos pelo regulamento e pelo

Energy Plus, apresentado no próximo ponto.

3.4 – Análise dinâmica do comportamento térmico dos edifícios

Neste ponto da dissertação, faz-se uma abordagem descritiva ao software utilizado para a

elaboração de todo o trabalho que se segue, o Energy Plus, procurando-se demonstrar as suas

principais capacidades e, com maior detalhe, num segundo ponto, os diversos campos de entrada

necessários à obtenção dos dados tratados nos capítulos seguintes.

3.4.1 – O Energy Plus

O Energy Plus é um programa informático complexo, desenvolvido com o intuito de facilitar a

compreensão do comportamento térmico dos edifícios e do consumo energético que lhes está

associado. O facto de este permitir simular diversos aspectos, como a geometria, os elementos da

envolvente ou os sistemas mecânicos de climatização que possam ser incorporados nos edifícios, faz

com que este software se torne numa excelente ferramenta quando se pretende encontrar soluções

vantajosas para o isolamento térmico das zonas estudadas, quer em casos particulares, quer, como é

o caso deste trabalho, quando se pretende obter soluções genéricas que se possam incorporar na

generalidade das construções, sem que assim se torne necessária esta análise para cada projecto.

O Energy Plus, embora tenha um ambiente gráfico pouco atractivo, possui diversas

capacidades que o tornam bastante útil, de entre as quais se destacam o sistema modular que

permite definir várias zonas e, de forma diferenciada, a infiltração ou os ganhos internos para cada

zona. O programa oferece ainda a possibilidade de fornecer os dados resultantes da simulação em

intervalos de tempo (time-step) máximos de uma hora, podendo, no entanto, o utilizador optar por

intervalos mais reduzidos. Outro detalhe determinante para a grande utilidade deste programa,

consiste no facto de este se basear numa “colecção” de módulos de outros programas anteriores ao

seu lançamento que, trabalhando em conjunto, calculam a energia necessária para a climatização do

edifício [7].

O cálculo das necessidades energéticas de um dado edifício é executado pelo Energy Plus a

partir dos dados inseridos pelo utilizador - relativos à geometria, materiais da envolvente, sistemas e

regimes de climatização -, recorrendo a um ficheiro de dados climáticos do local de implantação e

gerando o balanço energético com recurso aos diferentes módulos que compõem o programa. A

figura 4 mostra o esquema geral de funcionamento do Energy Plus.

17

Figura 4 – Esquema geral do Energy Plus

Nem todos os módulos que compõem os geradores definidos no esquema anterior serão

necessários à realização desta dissertação, só se descrevendo adiante aqueles cujo interesse para o

presente trabalho o justifique.

Ao iniciar o programa o utilizador visualiza o arquivo de entrada, no qual o pode proceder à

inserção de todos os dados necessários à correcta modelação do edifício a estudar. Este arquivo

encontra-se representado na figura 5.

No que respeita aos arquivos de saída de resultados, o programa apresenta sempre um

ficheiro de erros para que, caso estes existam, o utilizador possa proceder à sua rápida detecção e

correcção. Mostra também um ficheiro em formato CAD com a geometria modelada, outro em que

lista os resultados, um ficheiro com o arquivo de parâmetros da simulação e a lista dos cálculos das

funções de transferência por condução e ainda um ficheiro em que o programa lista todo o arquivo de

variáveis de saída para a simulação.

Como se pode compreender pelo descrito, este programa pode ser utilizado para a realização

de simulações bastante complexas, nomeadamente, quando se pretende estudar o comportamento

dos sistemas mecânicos de climatização, domínio que se insere em grande medida na área da

Engenharia Mecânica. Visto que, neste trabalho, se pretende efectuar um estudo centrado no

Dados inseridos pelo utilizador

Localização

Elementos da envolvente

Zonas

Schedules

Ganhos internos

Infiltração

Equipamentos de climatização

Controlo térmico das zonas

Gerador do balanço

energético das superfícies

Gerador do balanço

energético do ar interno

Gerador da simulação do

edifício e dos sistemas

Ficheiro de dados

climáticos

Dados de saída da simulação

Temperatura exterior

Temperatura interior

Trocas através dos envidraçados

Trocas através da envolvente opaca

Trocas por infiltração

Ganhos internos

Energia fornecida para aquecimento

Energia fornecida para arrefecimento

Gerador da solução integrada

18

domínio da Engenharia Civil e, sendo que o principal objectivo se prende com a caracterização das

trocas de calor através dos elementos da envolvente, optou-se por não considerar nenhum

equipamento específico, quantificando-se apenas a energia útil necessária à promoção das

condições de conforto térmico, aqui traduzidas simplificadamente por dois valores limite de

temperatura do ar: um para o Inverno (20ºC), que não deve ser excedido inferiormente; o outro para o

Verão (25ºC), que não deve ser excedido superiormente.

Figura 5 – Arquivo de entrada do Energy Plus (IDF Editor)

De forma a ir de encontro ao agora exposto, optou-se por utilizar a opção do Energy Plus em

que se considera a introdução de ar no edifício de forma controlada. Esta opção, que se descreverá

de forma mais detalhada no ponto seguinte, denomina-se Infiltration (definida no ponto Air Flow) e

através dela é possível reproduzir as condições de ventilação preconizadas no RCCTE, sob a forma

de taxas de renovação horárias.

Depois de abordar este aspecto bastante importante, visto tratar-se da principal simplificação

que se introduziu no programa relativamente ao grande número de variáveis que este nos permite

analisar, podemos partir para a descrição dos diversos campos do Energy Plus, necessários para a

realização de todo o trabalho que se apresenta adiante.

3.4.2 – Campos de entrada de valores do Energy Plus

Em seguida, descrevem-se todos os campos de entrada de dados do Energy Plus necessários

à elaboração deste trabalho. Estes surgem no programa como secções separadas, cada uma com

várias subsecções, como se pode observar na janela da figura 5. Os nomes das diversas secções

aparecem em língua inglesa, seguidos da respectiva tradução, por ser este o idioma do software.

19

A descrição que se apresenta em seguida é sumária em relação à vasta complexidade do

programa, tendo como objectivo a compreensão das opções tomadas no presente trabalho. Para a

obtenção de noções mais aprofundadas, sugere-se a consulta do manual do software [5].

É importante observar que, na descrição que se segue, serão apresentadas as opções

tomadas nos principais pontos da modelação, remetendo-se para o capítulo seguinte a

pormenorização da simulação e da respectiva recolha de dados.

Simulation Parameters (Parâmetros de Simulação)

Neste campo, o utilizador tem de inserir a versão do programa que está a usar, a edificação, o

time step (intervalo de tempo da simulação), nunca podendo este ser superior a uma hora, os

algoritmos de convecção interior e exterior, o algoritmo para as soluções da envolvente, o período de

cálculo do movimento solar, o factor multiplicativo do volume das zonas (sempre igual à unidade) e o

controlo da simulação, no qual se optou apenas pela simulação do ficheiro climático.

A escolha do algoritmo de convecção adoptada recaiu sobre o modelo detalhado, tendo-se

optado, no caso das soluções da envolvente, pelo algoritmo de condução CTF [5], uma vez que se

pretende simular os fenómenos de transmissão de calor pela envolvente.

Para o cálculo do movimento solar, com o objectivo de se determinar a variação das sombras

no edifício, optou-se por um intervalo de 20 dias. A conveniência em considerar este intervalo

temporal prende-se com o facto de, assim, se minimizar o tempo dispendido em cada simulação com

a realização, por parte do programa, de todos os cálculos para todos os dias do ano. Nesta escolha

há que ter em atenção o número de dias de intervalo para que este não seja demasiado elevado,

originando dessa forma uma grande discrepância de valores.

Por fim, no que respeita à definição de parâmetros para a edificação, é necessário inserir a

zona de implantação, os dias de teste do programa antes de iniciar a recolha de dados (25 dias), o

ângulo do edifício relativamente ao Norte (0º no caso dos edifícios estudados) e a distribuição solar.

Neste último ponto, embora fosse vantajoso utilizar uma distribuição completa exterior e interior

(FullInteriorAndExterior), foi necessário, por limitação do programa, adoptar uma distribuição apenas

exterior (FullExterior), facto que se deveu à geometria do edifício, uma vez que os casos estudados

neste trabalho não possuem fachadas completamente regulares.

Location – Climate (Localização – Clima)

No campo referente à localização, como o próprio nome indica, define-se o local onde se

encontra o edifício em estudo, inserindo-se as respectivas coordenadas geográficas, a altitude e o

fuso horário em relação ao GMT.

20

Para o trabalho que se pretende realizar foi necessário definir, além da localização, o período

de simulação (RunPeriod), onde se inserem o dia e mês de inicio e fim de simulação e o número de

anos ao longo dos quais se pretende que esta seja realizada.

Neste trabalho, serão criados diferentes períodos de simulação, para Verão e Inverno, sendo

sempre a sua duração de apenas 1 ano/ciclo.

No que respeita à localização, esta variará de acordo com a zona climática que se pretende

estudar.

Surface Construction Elements (Materiais e Elementos da Envolvente)

Para a definição dos elementos construtivos que constituirão a envolvente do edifício, é

necessário preencher quatro entradas desta secção, de forma a definir os materiais regulares, o ar

(para as caixas de ar das paredes), os tipos de vidro e o ar que preenche os espaços entre os vidros

duplos, quando se recorre a este tipo de solução. É ainda necessário incluir o campo referente à

protecção solar dos envidraçados.

No final, já com todos os materiais definidos, procede-se à sua combinação num outro campo

(Construction), para a definição dos vários elementos como, paredes exteriores, interiores,

pavimentos ou coberturas.

Para cada um destes campos, é necessário inserir diversos valores, de forma a proceder à

definição dos materiais. Nas figuras 6 e 7 mostra-se, respectivamente, a definição de alguns dos

materiais regulares e de elementos construtivos, inseridos num dos ficheiros criados, para o presente

trabalho, no Energy Plus.

Figura 6 – Definição dos materiais no EP

21

Figura 7 – Definição dos elementos construtivos no EP

Thermal Zone Description/Geometry (Zonas e Geometria)

O primeiro passo a efectuar nesta secção, prende-se, obviamente, com a definição das zonas

térmicas que compõem o edifício. Entende-se por zona térmica qualquer espaço cuja temperatura

possa ser caracterizada por um único valor. Nos casos de estudo analisados, cada fogo é

considerado uma zona térmica. Quanto aos espaços comuns entre fogos, nomeadamente a caixa de

escadas, admitem-se também como uma zona térmica distinta. Para descrever as zonas no Energy

Plus é essencial definir as coordenadas de origem, a altura do tecto, o volume interior e o ângulo

relativamente ao Norte de cada uma delas, para que, a partir destes valores, seja possível modelar

todo o edifício com base em referenciais locais para cada zona, tornando assim esta modelação mais

simples e intuitiva.

Antes de se efectuar a modelação dos diversos elementos da envolvente é, no entanto,

fundamental decidir qual o processo a adoptar para a leitura de coordenadas por parte do programa.

Assim, define-se que, o ponto inicial de inserção dos dados será o canto superior esquerdo de cada

superfície, que o sentido será o dos ponteiros do relógio e que, de acordo com o referido

anteriormente, o referencial utilizado será relativo a cada zona. De notar que, a visualização dos

elementos para a definição das coordenadas é feita considerando que o observador se encontra no

interior do edifício.

Após a definição dos parâmetros anteriores, é importante, antes de se proceder à inserção dos

elementos da envolvente, preencher os campos referentes à massa das paredes internas, às

caixilharias e ao funcionamento da protecção solar. Para esta última, utilizando o material definido na

secção anterior, pode-se optar pela sua utilização permanente ou apenas em parte do dia. Para o

trabalho que se pretende realizar, este campo teve de ser definido separadamente para Verão e

Inverno, tópico que será abordado com detalhe mais adiante.

22

Com todos os campos necessários à definição dos elementos da envolvente preenchidos, é

agora possível proceder à inserção de todas as superfícies e subsuperfícies no programa. De notar

que, por subsuperfície se designa qualquer elemento de outro material colocado numa superfície,

como, por exemplo, portas e janelas.

Na figura 8 pode observar-se as várias entradas necessárias à definição de cada elemento.

Assim, salienta-se a definição do tipo de superfície (parede, chão, tecto), da zona que esta delimita,

do ambiente exterior ao elemento (outra superfície ou o exterior), da exposição ao sol e ao vento e

das coordenadas. Pese embora só se encontrem definidos elementos de quatro lados na figura

abaixo, o Energy Plus permite igualmente a definição de elementos triangulares. De notar que os

elementos com quatro arestas têm de ser regulares, caso contrário não são aceites pelo programa.

Refira-se ainda, que este processo, de definição de superfícies e de subsuperfícies é, na

grande maioria dos casos, um processo moroso cuja conclusão implica muitas vezes a realização de

várias simulações, de forma a detectar erros, sempre passíveis de ocorrer quando se pretende inserir

um volume de dados tão grande e, nos quais, o nível de pormenor a ter em atenção é elevado e

essencial.

Figura 8 – Definição das superfícies da envolvente no EP

23

Depois de inseridas todas a superfícies, o utilizador deve inserir todas as subsuperfícies no

campo seguinte, adoptando o mesmo método e certificando-se que estas se encontram nas

superfícies pretendidas. Para o presente trabalho, a definição de subsuperfícies corresponde aos

vãos envidraçados e às pontes térmicas, definindo-se as últimas, nos casos em que existam, como

portas. De notar ainda que, os envidraçados serão divididos em duas zonas, para corresponder às

necessidades de activação da protecção solar na estação de arrefecimento, as quais se descrevem

nos capítulos seguintes.

Com todos os dados inseridos e verificando-se que o programa não reporta quaisquer tipos de

erros, é possível, como já foi sublinhado aquando da referência aos arquivos de saída, visualizar a

modelação em 3D num ficheiro de CAD. É, assim, fácil aferir se o programa está a trabalhar com os

elementos pretendidos pelo utilizador.

Schedules (“Horários”)

Neste campo define-se um determinado número de Schedules, essenciais ao funcionamento de

outros campos do programa e das simulações que se pretende efectuar.

Assim, é imprescindível a definição dos Schedules N1, N2 e N3. Estes serão utilizados no

campo Zone Controls and Thermostat definido adiante, funcionando como controlos internos do

programa, respectivamente, para o aquecimento, arrefecimento e aquecimento e arrefecimento

alternado das zonas. Outro Schedule fundamental é o ON, utilizado para o controlo dos ganhos

internos, que se descrevem no ponto seguinte.

Além dos Schedules que têm de ser definidos, independentes de cada simulação que se

pretenda realizar, o utilizador define neste campo um Schedule para cada temperatura de zona que

se quer controlar nas simulações. Para o presente trabalho foram definidos mais três, um para a

temperatura de Inverno, um para a de Verão e um outro para o teste de equilíbrio de energia que se

descreverá no próximo capítulo.

A definição de um Schedule implica a definição do período de tempo em que este se aplica.

Para a elaboração deste trabalho, considerou-se que os Schedules funcionavam durante todo o ano.

No entanto, a criação destes controlos obedece a regras bem definidas, sendo preciso definir-se

inicialmente um Schedule diário, a partir do qual se define um outro semanal que, por sua vez, dá

origem ao Schedule anual. É no primeiro caso, ou seja, no Schedule diário que são definidas, para

cada hora do dia, as temperaturas já referidas. Considerou-se, para a realização das simulações que

se pretende efectuar, que a temperatura interior deveria permanecer constante em cada zona durante

todo o dia.

De notar que, no caso dos Schedules N1, N2 e N3 não devem ser colocadas temperaturas,

sendo todas as horas do dia preenchidas, respectivamente, com os valores 1,2 e 3. Também para o

Schedule ON devem ser preenchidas todas as horas com o valor 1. A razão dos Schedules anteriores

possuírem os valores referidos e não temperaturas, prende-se com o facto destes funcionarem

apenas como variáveis de definição para o funcionamento do programa.

24

Space Gains (Ganhos Internos)

Os ganhos internos podem ser considerados no programa como sendo devidos a diversas

fontes, como sejam a iluminação, o equipamento ou mesmo a ocupação humana. Neste trabalho, de

forma a simplificar a análise desta variável, considerou-se que os ganhos internos são

exclusivamente fruto dos equipamentos de iluminação. As razões que levaram a esta opção estão

directamente relacionadas com a aplicação do RCCTE, pelo que serão descritas juntamente com a

metodologia do trabalho no próximo capítulo.

Para a definição dos ganhos internos através de equipamentos de iluminação, é essencial a

definição do Schedule que este campo utilizará, ou seja, como já foi descrito, o ON. É também

fundamental inserir a potência que será produzida, adoptando o programa, para esta grandeza,

unidades em Watt.

Air Flow (Renovação de ar)

No que respeita ao modelo de fluxo de ar utilizado, o Energy Plus apresenta uma grande

variedade de opções, permitindo realizar simulações que se podem querer bastante complexas,

como, por exemplo, para a elaboração de estudos de permeabilidade ao ar em paredes ou vãos

envidraçados.

Para a realização desta dissertação, o modelo de ar utilizado consiste apenas na infiltração de

ar que ocorre de forma natural no edifício.

Para a definição da infiltração de ar em cada zona é apenas necessário aplicar o Schedule ON,

tal como para os ganhos internos, inserindo-se em seguida o volume de ar que entra por segundo em

cada zona.

Para o cálculo desta massa de ar recorreu-se ao volume de cada zona, multiplicando-o pelo

número pretendido de renovações horárias, que se admitiu ao longo deste trabalho ser sempre uma,

que é um valor consensual para a taxa de ventilação de edifícios de habitação correntes.

Zone Equipment (Equipamentos)

Embora este tópico seja aqui tratado num único ponto, no programa, para a correcta definição

desta secção, são necessárias duas outras secções. São estas a Node-Branch Management e a

Zone Forced Air Units.

Na secção Node-Branch Management, para o tipo de análise que se pretende aqui efectuar, é

apenas necessário definir um nó de entrada para cada zona, em linha com o definido no manual do

Energy Plus. Para o caso da Zone Forced Air Units, onde será utilizado o nó definido anteriormente,

existem vários mecanismos passíveis de serem utilizados para a injecção, aquecimento ou

arrefecimento de ar no edifício.

25

Neste trabalho, recorre-se apenas à utilização da ferramenta Purchased Air. Neste campo, é

importante estabelecer as temperaturas e grau de humidade do ar utilizado para o aquecimento e

arrefecimento de cada zona, tendo-se utilizado a opção No Outside Air. A razão desta escolha,

prende-se com o facto de se admitir que a admissão de ar no edifício se deve exclusivamente à

infiltração, funcionando o sistema de climatização, representado pelo Purchased Air, apenas para

aquecer ou arrefecer esse mesmo ar.

No que respeita à definição dos equipamentos para cada zona, é importante definir uma Zone

Equipment List, onde são atribuídos os dispositivos definidos no Purchased Air, sendo depois cada

um destes equipamentos atribuído à respectiva zona.

Zone Controls and Thermostats (Controlo de Aquecimento e Arrefecimento)

Nesta secção do Energy Plus define-se, para cada zona, o controle térmico pretendido,

podendo este assentar em três situações tipo. No primeiro caso, normalmente a situação de Inverno,

o programa apenas aquece as zonas quando a temperatura baixa de um determinado valor, numa

segunda hipótese, apenas arrefece quando a temperatura ultrapassa o valor fixado (situação de

Verão) e na terceira executa as duas anteriores de forma alternada, mantendo, assim, a temperatura

interior constante.

Para a execução dos três métodos anteriores é necessário proceder à criação de três itens,

respectivamente, Single Heating Setpoint, Single Cooling Setpoint e Single Heating Cooling Setpoint.

A cada um destes corresponderá um Schedule que, em linha com o referido no ponto relativo a esta

secção, estabelece uma determinada temperatura, a qual servirá de referência para o controlo

térmico das zonas analisadas.

Report (Relatório da Simulação)

Sendo a última secção do programa, o Report permite seleccionar todas as variáveis cujos

resultados se pretende analisar. O número de variáveis que se pode solicitar ao programa é bastante

elevado, sendo que estas, como já foi descrito anteriormente, são apresentadas num arquivo de

saída, fornecido pelo programa em cada simulação.

Para a realização desta dissertação foram pedidos ao programa valores de diversas variáveis,

como as perdas e ganhos pela envolvente opaca e pelos vãos envidraçados ou as necessidades de

energia para a climatização das diferentes zonas.

A descrição exaustiva e detalhada das variáveis utilizadas no estudo dos impactes da

envolvente será apresentado no capítulo seguinte, onde se expõe a metodologia adoptada na recolha

de dados do programa.

26

Capítulo 4

Metodologia do Trabalho


Após a descrição, feita nos pontos anteriores, das ferramentas utilizadas na elaboração do

trabalho e, pese embora, tenham já sido referidas as opções tomadas em certos aspectos da

modelação, procura-se agora descrever a metodologia utilizada para a sua aplicação concreta, com

vista à obtenção dos resultados pretendidos.

Assim, neste capítulo, descreve-se, numa primeira fase, a metodologia adoptada para a

recolha e interpretação de resultados do Energy Plus. Num segundo ponto expõe-se a metodologia

utilizada para calibração do modelo com recurso ao RCCTE, para que seja possível a comparação

dos valores e, desta forma, a verificação da aproximação de resultados entre as duas metodologias.

Deve salientar-se que, para a comparação dos resultados obtidos pelo software e pelo RCCTE,

se recorreu apenas ao primeiro caso de estudo, apresentado no capítulo 5, não só por este ser o

único em que o edifício está em conformidade com o regulamento mas, também, por ser suficiente

assentar a calibração do Energy Plus numa única zona climática.

4.2 – Metodologia utilizada para a recolha de dados do Energy Plus

Como já foi referido, embora nos pontos anteriores se tenham já abordado certos pressupostos

adoptados para a simulação do comportamento térmico dos edifícios, que se pretende efectuar nos

próximos capítulos, procura-se agora explicar todos os pormenores de forma detalhada e rigorosa, de

maneira a possibilitar a compreensão clara dos valores e das conclusões que serão apresentados ao

longo do restante trabalho.

É importante relembrar que, neste ponto, apenas se abordarão as temáticas relacionadas com

o tratamento dos resultados da simulação, uma vez que a descrição da modelação foi já abordada no

ponto referente aos campos de entrada do software.

27

4.2.1 – Variáveis solicitadas ao Energy Plus

Para o estudo dos impactes da envolvente no desempenho térmico dos edifícios, é essencial a

recolha de todos os dados referentes às trocas de energia que se processam através dos elementos

que delimitam os edifícios ou as fracções autónomas que se pretende analisar. Desta forma, é

fundamental a recolha de dados relativos às paredes exteriores, aos envidraçados, às paredes que

fazem fronteira com locais não aquecidos (LNA) ou com os edifícios adjacentes, aos pavimentos

interiores e em contacto com o solo, às coberturas e, nos casos em que se justifique, às pontes

térmicas.

Todos os valores relativos às perdas e ganhos através dos elementos descritos podem ser

solicitados ao Energy Plus através da secção Report, definida anteriormente. Assim, foram solicitadas

ao programa as variáveis Window Heat Loss, Window Heat Gain, Opaque Surface Inside Face

Conduction Loss e Opaque Surface Inside Face Conduction Gain. Estas representam,

respectivamente, as perdas e os ganhos através das janelas e da envolvente opaca,

independentemente de esta ser interior ou exterior. De notar que estes valores foram pedidos para

todos os elementos inseridos na modelação.

As variáveis apresentadas anteriormente não são, obviamente, suficientes para a definição de

todas as trocas térmicas que ocorrem num edifício. Como foi já descrito, consideraram-se igualmente

os ganhos internos, a infiltração e o aquecimento/arrefecimento necessários para assegurar a

temperatura de conforto interior pretendida. Para que o programa nos permita o acesso a estes

dados, é necessário solicitar, também na secção Report, respectivamente, as variáveis Lights-Total

Heat Gain, Infiltration-Sensible Heat Gain, Infiltration-Sensible Heat Loss, Purchased Air Heating Rate

e Purchased Air Total Cooling Rate.

Para facilitar a interpretação dos dados e detecção de erros foram também solicitadas as

variáveis Outdoor Dry Bulb e Mean Air Temperature, respectivamente, a temperatura exterior e a

temperatura interior de cada zona.

É importante referir que todas as variáveis descritas anteriormente, foram solicitadas ao

programa para todos os elementos e/ou zonas inseridos na modelação e para intervalos de uma

hora.

Depois de introduzidos os dados e definidas as saídas de resultados, através das variáveis

atrás referidas, é possível fazer correr o programa. Após a simulação, como já foi mencionado, o

software cria vários arquivos de saída, entre os quais se encontra um ficheiro que, depois de

correctamente formato, pode facilmente ser consultado num programa de folha de cálculo.

De forma a agregar os dados em função dos diferentes tipos de envolvente e para facilitar a

sua compreensão, criou-se uma folha de cálculo para cada edifício, para onde os dados das

simulações são copiados, aparecendo imediatamente as perdas e os ganhos de cada tipo, ou seja,

através de envidraçados, envolvente opaca, infiltração, ganhos internos, assim como as

necessidades de energia de aquecimento e arrefecimento.

Na figura 9, é possível observar uma destas folhas de cálculo, criadas para a leitura de dados

do Energy Plus.

28

Figura 9 – Folha de cálculo para tratamento de dados do EP

Como se pode observar na figura, existe, na coluna ao lado dos resultados fornecidos pelo

Energy Plus para cada fogo, uma coluna com os valores retirados do RCCTE. A necessidade desta

coluna prende-se com a comparação dos dois métodos já referida e que se descreve no próximo

ponto.

Sendo o objectivo central deste trabalho a caracterização dos impactes dos vários elementos

da envolvente nas trocas térmicas que ocorrem nos edifícios, não se pretende, como resultado final,

apresentar apenas a quantidade total de energia necessária para cada fogo ou edificação, sendo este

um passo intermédio do trabalho. Assim, foi necessário proceder à separação dos valores obtidos

nesta folha de cálculo, nomeadamente, no que respeita à envolvente opaca. Esta análise será

descrita no ponto 4.2.4.

4.2.2 – Tratamento dos dados de Inverno e de Verão

Como já por diversas vezes foi referido neste trabalho, a análise dos dados deve ser realizada

em separado para as estações de aquecimento e de arrefecimento, em conformidade com a

abordagem do RCCTE. A justificação das diferenças e a sua aplicação ao Energy Plus, tal como para

os casos anteriormente mencionados, será apresentada no ponto 4.3 deste capítulo, descrevendo-se

agora apenas as alterações aplicadas na leitura dos dados, efectuada com recurso às folhas de

cálculo descritas no ponto anterior.

Desta forma, foi necessário criar um ficheiro no Energy Plus para cada estação,

correspondendo, também, para cada uma, diferentes folhas de cálculo.

Nos ficheiros do Energy Plus as diferenças residem apenas na variação de três campos,

respectivamente, o Run Period, o Zone Controls and Thermostats, e a protecção solar dos vãos

29

envidraçados, a qual tem de ser activada, para a área das janelas que se considera sombreada

durante o Verão, no campo de inserção das subsuperfícies. No que respeita ao Run Period, as

alterações consistem na substituição das datas de inicio e fim das estações, de acordo com o definido

na regulamentação térmica. Relativamente ao controle térmico, as alterações consistem na

substituição da variável de aquecimento no Inverno, Single Heating Setpoint, pela de arrefecimento,

Single Cooling Setpoint.

Nas folhas de cálculo, por sua vez, não são necessárias grandes alterações, sendo, apenas,

preciso ter em atenção a cópia dos dados de cada estação para o ficheiro correcto. A única variação

prende-se, simplesmente, com o cálculo dos graus dias aquecimento realizado pelos ficheiros de

Inverno e com os valores inseridos manualmente pelo utilizador para comparação com o RCCTE, nos

casos em que se justifique. Estes dois itens não têm, no entanto, qualquer impacte nos resultados

obtidos.

4.2.3 – Equilíbrio de energia fornecida

A descrição apresentada nos pontos anteriores permite compreender o tratamento de

resultados realizado para o aquecimento ou arrefecimento de cada zona, de forma a manter a

temperatura interior, consoante a estação analisada, sempre superior ou inferior a um determinado

valor, estipulado de acordo com a regulamentação térmica. Este critério permite assim que a

temperatura interior flutue no tempo, desde que não colida com os limites do conforto, o que significa

que, só quando isso acontece há lugar ao fornecimento de energia. Todavia, embora nos permita

obter o consumo de energia total do edifício estudado, este método não possibilita a correcta

contabilização das trocas de calor através dos diversos elementos da envolvente.

O facto de não haver lugar a qualquer consumo de energia sempre que a temperatura sobe

acima de um determinado valor no Inverno (20ºC) ou desce abaixo de dado valor de referência no

Verão (25ºC) – já que são situações que não precisam de ser corrigidas para manter o conforto

térmico -, torna pouco directa a associação das trocas de calor através de um elemento de

construção a uma parcela de consumo energético. Uma associação directa só existiria num caso de

regime permanente, em que há fornecimento contínuo de energia para manter a temperatura interior

num dado valor constante no tempo (sem permissão de flutuação, portanto). Este pressuposto pode

perceber-se através da equação simbólica do balanço energético de edifícios (em que se admite

simplificadamente que não existem ganhos internos devido à ocupação, equipamento, etc.):

= - +

Variação de energia

armazenada na construção

Ganhos pela

envolvente

Perdas pela

envolvente

Energia

auxiliar

30

Numa situação de regime permanente, a variação da energia armazenada na construção é

nula e, para manter a temperatura interior num dado valor, a energia auxiliar deve igualar

exactamente o balanço entre ganhos e perdas através da envolvente. Este é, pois, o caso perfeito,

em que a associação que se tem vindo a referir é directa.

Apesar dos problemas aqui tratados serem instacionários por natureza, ainda assim, para

tornar mais directa a associação entre consumo energético e trocas pela envolvente, foi adoptada

uma estratégia de fornecimento contínuo de energia tal que conduzisse a valores de consumo

idênticos aos reais (em que há interrupções de fornecimento) para os períodos de simulação

considerados – Inverno e Verão. Tal passa por achar a temperatura interior fictícia que, mantendo-se

constante no tempo, conduza aos mesmos resultados em termos de consumo, quer na situação real,

em que existem interrupções, quer na situação virtual, em que o fornecimento é contínuo.

O fornecimento contínuo de energia é garantido com recurso à criação de um novo ficheiro do

Energy Plus, que funciona em regime de aquecimento/arrefecimento contínuo, para assim manter a

temperatura interior constante. Esta hipótese corresponde à escolha, no campo Zone Controls and

Thermostats, da opção Single Heating Cooling Setpoint.

Nas figuras 10 e 11 mostram-se para o Inverno e para um dado intervalo de tempo,

respectivamente, a situação real, em que há interrupção de consumo, e a estratégia seguida, em que

o fornecimento de energia é contínuo.

No caso real, a figura 10 mostra que, no intervalo de tempo considerado, a temperatura nunca

desce abaixo de 20ºC, que é o critério de conforto seguido no Inverno. Verifica-se também que

existem períodos em que essa temperatura é superior e, neste caso, naturalmente, não há lugar ao

fornecimento de energia de aquecimento. Trata-se, pois, de um exemplo em que o consumo é

interrompido

A figura 11 corresponde à simulação virtual, em que se procura a temperatura fictícia que,

mantida sempre constante no tempo, no final do período de simulação, conduz à mesma energia de

aquecimento que a situação real da figura 10. Verifica-se que nesta situação virtual há sempre lugar a

consumo de energia, pelo que, de acordo com a equação do balanço mostrada acima, é mais directa

a associação entre esse consumo e as trocas de calor que acontecem através da envolvente.

Figura 10 – Relação temperatura-consumo energético (situação real)

horas

31

Figura 11 – Relação temperatura-consumo energético (situação fictícia)

Convém referir que a obtenção desta temperatura passa sempre por um processo iterativo:

ensaia-se uma temperatura (que se mantém fixa em todo o período da simulação, neste caso Inverno

ou Verão), obtém-se o resultado do consumo (em energia de aquecimento ou arrefecimento,

consoante o período seja o Inverno ou o Verão, respectivamente) e compara-se com o consumo real,

que é o que se obtém para manter as condições de conforto admitidas. Se a diferença de valores for

superior a um dado limite, considerado como erro máximo admissível, o processo prossegue até se

conseguir o ajustamento pretendido, ou seja, que a simulação do caso virtual conduza a um valor de

consumo igual, ou muito próximo, ao do caso real.

Como tem sido referido, o equilíbrio térmico descrito neste ponto tem de ser conseguido

separadamente para o Inverno e para o Verão, facto que leva à criação de dois novos ficheiro do

Energy Plus e das respectivas folhas de cálculo. É também importante notar que, quando se pretende

efectuar o equilíbrio de um determinado piso de um edifício, é essencial, sempre que os fogos não

sejam idênticos e simétricos, o equilíbrio separado de cada fogo. Estes aspectos serão abordados

com maior detalhe para cada caso específico, quando da apresentação dos resultados nos próximos

capítulos.

Por fim, é importante notar que, ainda que a associação descrita seja mais directa, devido aos

fenómenos instacionários nunca se obterá a correspondência perfeita entre a energia consumida e as

trocas pela envolvente. Estes fenómenos estão intimamente ligados ao efeito da inércia térmica da

construção, a qual provoca um amortecimento das variações de temperatura e, logo, um

desfasamento entre as trocas do edifício com o exterior e o seu consumo de energia.

No entanto, quanto maior for o período de simulação mais se dilui o efeito desses fenómenos e

mais próxima será aquela correspondência. Pode-se assim concluir que, nos resultados obtidos, em

que se verifica sempre uma diferença entre os dois valores, esta discrepância se deve

exclusivamente ao período de simulação, o qual não é suficientemente grande para permitir a diluição

da diferença entre as trocas através da envolvente e a energia fornecida.

horas

32

4.2.4 – Análise das trocas térmicas através dos elementos da envolvente

Como descrito no ponto 4.2.1, para a elaboração deste trabalho, pretende-se a obtenção dos

dados relativos às trocas de energia térmica através dos diferentes elementos da envolvente, de

forma a poder avaliar o seu impacto no desempenho global do edifício. Assim, procedeu-se nesta

fase à identificação separada dos valores das perdas e dos ganhos associados aos vão

envidraçados, às paredes exteriores (zona corrente e pontes térmicas), paredes para LNA e edifício

adjacente, chãos, tectos e coberturas exteriores.

Procedeu-se ainda nesta fase, à análise de fogos com diferente localização no edifício, como

sejam, um piso intermédio e outro em contacto com a cobertura. Estes exigiram a elaboração de

ficheiros de dados separados, no entanto, em tudo semelhantes aos anteriores.

4.3 – Metodologia utilizada para a calibração e comparação dos modelos

Para se fazer a comparação dos resultados obtidos a partir do Energy Plus com a

regulamentação térmica portuguesa, procede-se à calibração do modelo definido neste software com

recurso ao RCCTE, tendo-se optado, com o objectivo de facilitar a compreensão de todas as razões e

pressupostos adoptados, pela sua condensação numa única secção da dissertação. Assim, neste

ponto, serão expostas todas as considerações e fundamentos admitidos para calibrar os dados

obtidos a partir do método do RCCTE. De notar que esta calibração não é obrigatória, uma vez que

os resultados fornecidos pelo Energy Plus são tão válidos como os obtidos através da metodologia do

RCCTE, no entanto, ao trabalhar-se com um maior número de variáveis de idêntico valor nos dois

métodos, é possível minimizar quaisquer erros que possam surgir ao longo do trabalho, aferindo-se

igualmente, de forma simples e intuitiva, se a modelação feita no programa está correcta.

O objectivo desta fase do trabalho é, então, ajustar a modelação numa ferramenta poderosa,

como é o caso do Energy Plus – que exige uma quantidade considerável de dados - com um método

de mais simples aplicação – que condensa dados e apenas considera os factores de comportamento

térmico mais relevantes -, tentando chegar a resultados aproximados entre os dois modelos. Se

assim acontecer, obtém-se maior segurança na aplicação do programa para os objectivos do

trabalho. De notar que esta comparação, como já foi mencionado, foi realizada apenas para o

primeiro caso de estudo, ou seja, o edifício novo, a construir de acordo com o regulamento térmico,

na zona climática de Inverno I1. Para este estudo recorreu-se apenas ao fogo A1, situado num piso

intermédio deste edifício.

A comparação dos dois modelos – o dinâmico e o estático – exige, naturalmente, a

consideração dos mesmos dados climáticos, nomeadamente, temperaturas exteriores e radiação

solar. Neste ponto existe uma grande diferença em termos de princípio base: no caso do Energy Plus

os dados de temperatura e radiação solar são fornecidos numa base horária através de ficheiros

próprios, construídos para cada localização climática. No caso do RCCTE, como método simplificado

que é, vocacionado para avaliar comportamentos médios e não instantâneos, a informação climática

fornecida é bastante mais sintética e traduz-se, resumidamente, nos seguintes parâmetros:

33

. Graus-dia de aquecimento, para o Inverno

. Energia solar média – numa base mensal, no caso do Inverno e numa base global, no caso

do Verão

. Temperatura média para a estação quente

Naturalmente, uma comparação entre os resultados dos dois modelos exige a utilização dos

mesmos dados climáticos, ou pelo menos, que eles sejam coerentes em termos estatísticos. Como

não existe à partida correspondência entre os ficheiros de dados climáticos do Energy Plus e os

dados sintéticos do RCCTE, é preciso obter essa correspondência. Caso contrário estar-se-ia a

comparar resultados para diferentes climas.

A metodologia adoptada para obter essa correspondência consistirá em obter, a partir dos

ficheiros do Energy Plus, os dados sintéticos exigidos pelo regulamento, sob a forma dos parâmetros

já referidos atrás. A aplicação desta metodologia e a consequente calibração dos resultados do

software com os do regulamento é objecto dos pontos seguintes, para a estação de aquecimento e

arrefecimento, respectivamente.

É, no entanto, essencial salientar, antes da introdução de quaisquer pressupostos

considerados ou de qualquer deliberação sobre os valores obtidos, que não se procura neste trabalho

a igualdade de valores entre o Energy Plus e o RCCTE, até porque, em linha com o descrito acima,

estes utilizam, por vezes, diferentes variáveis. Procura-se sim, a obtenção através do Energy Plus de

valores coerentes, ou seja, cujas diferenças relativamente ao regulamento possam ser justificadas

com base nos pressupostos adoptados por cada um dos métodos. Para facilitar a compreensão das

diferenças entre os dois modelos, que se descrevem nos próximos pontos, apresenta-se em seguida

um quadro resumo, com as variáveis consideradas por cada um deles.

INVERNO VERÃO

ENERGY PLUS RCCTE ENERGY PLUS RCCTE

ENVIDRAÇADOS GANHOS X X X X

PERDAS X X X X

ENVOLVENTE OPACA GANHOS X X X

PERDAS X X X X

INFILTRAÇÃO GANHOS X X

PERDAS X X X X

GANHOS INTERNOS X X X X

Quadro 3 – Resultados fornecidos pelo Energy Plus e pelo RCCTE

34

4.3.1 – Calibração do modelo de Inverno

Como foi relatado, no ponto respeitante à descrição do RCCTE, o método adoptado por este

regulamento considera, para os cálculos da estação de aquecimento, os valores dos Graus-dia de

aquecimento e de Gsul. Os Graus-dia de aquecimento são utilizados para a contabilização das trocas

através para a envolvente opaca, recorrendo-se ao valor de Gsul para considerar os ganhos solares.

Por uma questão de coerência e porque todo o trabalho se centra no Energy Plus, recorrendo-

se ao regulamento apenas para a definição de soluções e para a calibração do software, os valores

utilizados para as variáveis anteriores serão os fornecidos pelo programa, sendo em seguida

substituídos na metodologia de cálculo do RCCTE.

No que respeita à duração da estação de aquecimento, é possível, de acordo com o publicado

pelo LNEC [8], considerar um período variável em função da localidade, como é definido pelo

RCCTE, ou estipular uma duração fixa. Por razões de simplicidade optou-se pela segunda hipótese,

considerando-se para os dois modelos uma duração fixa de 8 meses, em detrimento dos 5.3 meses

mencionados no RCCTE para o município de Lisboa. Assim, a estação de Inverno que se passou a

considerar compreende todos os dias entre 1 de Outubro e 31 de Maio.

O facto de alguns dos meses do intervalo anterior serem relativamente quentes provocará

algumas diferenças de valores, as quais serão justificadas em seguida.

Depois de se ter concebido todo o modelo e seguindo todos os passo descritos nos pontos

anteriores, é possível retirar o valor de Graus-dia de aquecimento. Este corresponde à soma, ao

longo de todo o período analisado, da diferença de temperatura média exterior de cada dia em

relação à respectiva temperatura de referência, sempre que a primeira é inferior à segunda. De notar

que, de acordo com a regulamentação térmica, para o período de Inverno, a temperatura de

referência a considerar é de 20º C.

Para este caso obteve-se um valor de 1587 GD, número que se aplicará ao regulamento em

lugar dos 1190 GD por este definidos.

Para a obtenção do valor de Gsul através do programa e para a sua comparação com o

RCCTE, procedeu-se ao levantamento da radiação solar incidente no edifício. Esta análise foi

efectuada solicitando na secção Report do Energy Plus a radiação incidente em superfície horizontal.

Neste caso, foi necessário recorrer ao fogo localizado junto da cobertura, uma vez que este elemento

constitui a única superfície horizontal da modelação efectuada. A partir dos resultados do programa

para esta variável é possível fazer uma comparação com os valores do RCCTE.

É importante salientar que o Energy Plus permite aceder aos valores de radiação incidente em

cada superfície – no caso do regulamento esta é obtida através dum factor de ponderação,

relativamente à radiação incidente numa superfície virada a Sul. O facto de se ter solicitado ao

programa apenas a radiação em superfície horizontal prende-se com o facto das orientações das

superfícies verticais dos casos simulados nem sempre coincidem com as facultadas pelo RCCTE.

Para obter uma base de comparação entre os dois métodos, procedeu-se, após a recolha de

dados, à contabilização dos resultados do programa – lançados numa base horária – para todo o

35

período de simulação, aproximando-se assim os resultados dos fornecidos pelo RCCTE – que

fornece valores globais.

De acordo com este método, obteve-se um valor de radiação incidente em superfície horizontal

de 122 kWh/m2.mês, um pouco acima dos 108 kWh/m

2.mês dados no RCCTE. A diferença

encontrada entre este valores justifica-se, como já foi referido, com a diferença dos meses adoptados,

uma vez que no intervalo estudado encontram-se meses com um elevado índice de radiação, que

não ocorre nos 5.3 meses considerados no regulamento.

Justificados todos os pressupostos e considerações tomadas, para a comparação dos valores

do RCCTE e do Energy Plus na estação de aquecimento, apresenta-se no quadro 4, retirado da folha

de cálculo, os valores obtidos com recurso a cada um dos métodos para o primeiro caso de estudo.

De notar que, para a obtenção de valores comparáveis, através das duas metodologias, não se

considerou a estratégia da temperatura fictícia descrita em cima, uma vez que tal inviabilizaria a

comparação de resultados que aqui se pretende realizar.

Energy Plus RCCTE RCCTE (GEO)

Ganhos Envidraçados (kW.h/ano) 2,330.74 2,352.00 2,352.00

Perdas Envidraçados (kW.h/ano) 1,193.85 1,505.62 1,505.62

Ganhos Envolvente Opaca (kW.h/ano) (GEO) 1,247.85 0.00 1,200.00

Perdas Envolvente Opaca (kW.h/ano) 2,105.57 2,295.94 2,295.94

Ganhos Infiltração (kW.h/ano) 12.44 0.00 0.00

Perdas Infiltração (kW.h/ano) 4,256.39 3,277.85 3,277.85

Ganhos Internos (kW.h/ano) 2,270.98 2,243.00 2,243.00

Balanço das trocas (kW.h/ano) -1,693.80 -2,484.42 -1,284.42

Energia Fornecida Aquecimento (kW.h/ano) 1,522.69 2,778.00 1,500.00

Energia Fornecida Arrefecimento (kW.h/ano) 0.00 0.00 0.00

Balanço de Energia Fornecida por m2 (kW.h/m

2.ano) 15.64 28.54 15.41

Quadro 4 - Comparação dos valores do RCCTE e do Energy Plus (Inverno)

Neste quadro existem duas colunas referentes a dados do RCCTE. Na primeira apresentam-se

os dados tal como são fornecidos por este diploma legal, sendo que, na segunda, se considerou a

influência dos ganhos através da envolvente opaca, contabilizados pelo programa mas não pelo

regulamento.

É importante notar que a contabilização deste valor foi feita de forma manual, considerando-se

apenas que o valor do regulamento será igual ao do programa. Esta aproximação foi tida em conta

apenas para a comparação de valores durante a fase de calibração aqui descrita, não tendo qualquer

influência nos dados obtidos para análise nos capítulos seguintes, os quais resultam exclusivamente

da simulação do Energy Plus.

Analisando-se os valores obtidos, é evidente que as necessidades de energia de aquecimento

são claramente superiores para o método do regulamento. No entanto, esta discrepância deve-se

essencialmente à não contabilização, já referida, dos ganhos através da envolvente opaca.

Analisando a terceira coluna do quadro 4, é facilmente compreensível que, considerando estes

36

ganhos, as necessidades de fornecimento de energia se aproximam bastante dos valores obtidos

pelo Energy Plus.

No que respeita aos restantes itens considerados, verifica-se que, considerando os mesmos

pressupostos, estes são bastante semelhantes, nomeadamente, os ganhos e as perdas através dos

vãos envidraçados e as perdas através da envolvente opaca. O valor dos ganhos internos é, por sua

vez, praticamente igual, uma vez que este resulta da metodologia adoptada pelo RCCTE, na qual se

define, para edifícios de habitação, uma produção de energia de 4 W/m2. Este foi, por isso, o valor

utilizado no campo Space Gains do software.

Embora as perdas através dos envidraçados e da envolvente opaca sejam idênticas, as

pequenas diferenças que apresentam os dois métodos, praticamente insignificantes face às

dimensões analisadas, mostram uma clara tendência destes valores para serem inferiores no

programa. Este facto pode ser devido à melhor consideração, por parte do Energy Plus, da inércia

térmica dos edifícios, ou seja, no RCCTE este efeito é aparentemente mais reduzido, facto que pode

ser explicável pela natureza da própria metodologia, que simplifica o efeito da massa no

comportamento térmico da construção.

No que respeita à energia fornecida para o aquecimento do fogo estudado, verifica-se que esta

é inferior ao valor do balanço das trocas através da envolvente. Este facto pode ser justificado com

base nos princípios descritos no ponto 4.2.3.

4.3.2 – Calibração do modelo de Verão

De acordo com o descrito, quando da abordagem ao RCCTE no capítulo anterior, na estação

de arrefecimento os valores das perdas através da envolvente estão directamente relacionadas com

a temperatura média exterior.

Para a definição desta temperatura, foi necessário, em primeiro lugar, estabelecer a duração

da estação de arrefecimento, para a qual se admitiu um período de 4 meses – Junho, Julho, Agosto e

Setembro –, de acordo com o preconizado nas definições do RCCTE [2].

Para poder comparar os resultados fornecidos pelo Energy Plus e pelo RCCTE, o valor da

temperatura média de Verão dos dados climáticos de ambas as metodologias deverá ser o mesmo.

Optou-se assim, em linha com o já exposto, por considerar em ambos os cálculos o valor da

temperatura média obtido a partir dos ficheiros do Energy Plus para o período de Verão considerado,

que no presente caso foi de 21.57ºC. Por curiosidade refira-se que o valor fornecido pelo RCCTE é,

para o caso estudado, que se localiza no município de Lisboa, de 23ºC.

No que respeita aos factores referentes aos ganhos solares através dos envidraçados, foram

seguidos os princípios preconizados no RCCTE, considerando-se a geometria, localização e a

orientação do edifício. Para a definição da intensidade de radiação foi seguido o disposto no RCCTE,

tendo a sua comparação com o programa sido realizada de acordo com o descrito para a estação de

aquecimento.

37

Tal como no caso anterior, apresenta-se em seguida o quadro criado na folha de cálculo de

Verão, para a comparação dos dados relativos às diferentes trocas térmicas ocorridas através da

envolvente do edifício, a partir do método do programa e do regulamento.

Energy Plus RCCTE

Ganhos Envidraçados (kW.h/ano) 622.00 733.90

Perdas Envidraçados (kW.h/ano) 344.43 397.00

Ganhos Envolvente Opaca (kW.h/ano) 493.58 117.70

Perdas Envolvente Opaca (kW.h/ano) 595.12 327.20

Ganhos Infiltração (kW.h/ano) 239.56 0.00

Perdas Infiltração (kW.h/ano) 1,004.37 864.30

Ganhos Internos (kW.h/ano) 1,140.16 1,140.10

Balanço das trocas (kW.h/ano) 551.39 403.19

Energia Fornecida Aquecimento (kW.h/ano) 0.00 0.00

Energia Fornecida Arrefecimento (kW.h/ano) 650.56 583.00

Balanço de Energia Fornecida por m2 (kW.h/m

2.ano) 6.68 5.99

Quadro 5 - Comparação dos valores do RCCTE e do Energy Plus (Verão)

Uma vez que, para o Verão, o RCCTE contabiliza os ganhos através da envolvente opaca, não

foi necessário proceder à análise empírica desta variável, razão porque o quadro 5 só apresenta duas

colunas de dados.

Analisando-se os dados do quadro 5, observa-se que os valores relativos aos envidraçados

são semelhantes nos dois métodos. No que respeita às trocas devidas à infiltração, estas acabam por

ser equilibradas, pois, pese embora o RCCTE não contabilize os ganhos, estes são compensados, na

simulação, com o aumento do valor das perdas.

É importante referir que para o Verão, é necessária a activação dos dispositivos de protecção

solar. De acordo com o regulamento, deve considerar-se que estes dispositivos sombreiam 70% dos

envidraçados.

Nos dois primeiros casos de estudo esta consideração é simples de aplicar, no entanto, para o

edifício dos anos 50 foi necessário definir um novo sistema. Este será descrito quando da

apresentação dos resultados relativos a este caso de estudo.

No que respeita à quantidade de energia absorvida e perdida através da envolvente opaca,

existe uma diferença significativa de valores, sem que esta tenha, no entanto, qualquer impacto no

balanço final. Esta diferença de valores deve-se, em grande medida, à capacidade dos elementos da

envolvente absorverem e reterem a energia, propriedade minimizada no RCCTE, como já foi

mencionado no ponto anterior.

Por fim, verifica-se que a totalidade de energia necessária ao arrefecimento da fracção dada

pelo Energy Plus é superior à do RCCTE, sendo que, no entanto, os valores se encontram bastante

próximos. Este facto é claramente compreensível, visto que, em linha com o descrito, não existem

discrepâncias significativas nos resultados parciais dos dois métodos.

38

É importante notar que, embora a calibração descrita nos pontos anteriores tenha sido

efectuada com recurso ao primeiro caso de estudo, foi dada, em todos os modelos, especial atenção

à concordância dos valores com os princípios que aqui se descrevem.

Após esta primeira fase descritiva, na qual se apresentaram os fenómenos e pressupostos

subjacentes ao trabalho, passar-se-á, nos capítulos seguintes, à segunda fase do trabalho,

correspondente à apresentação dos resultados obtidos no Energy Plus e das respectivas conclusões.

39

Capítulo 5

Impactes da envolvente em edifícios novos


Expostos, nos capítulos anteriores, os pressupostos adoptados e a metodologia seguida para a

obtenção das trocas térmicas que ocorrem através da envolvente dos edifícios, apresenta-se agora

os dados recolhidos e a respectiva análise. Neste capítulo far-se-á a análise do comportamento

térmico do primeiro caso de estudo, introduzido no terceiro capítulo, para a zona climática onde este

se encontra implantado, ou seja, a zona I1 do RCCTE.

Os resultados obtidos, com recurso ao Energy Plus e às folhas de cálculo introduzidas no

último capítulo, apresentam-se nos pontos e capítulos seguintes, em termos relativos, sob a forma

percentual, sem que, no entanto, se deixe de indicar os valores absolutos, de forma que seja possível

a comparação das necessidades energéticas globais associadas a diferentes localizações no edifício,

orientações ou períodos climáticos.

As soluções adoptadas para a envolvente deste caso de estudo foram definidas com recurso

ao RCCTE, uma vez que o edifício deve estar em conformidade com este diploma legal, e aos

coeficientes de transmissão térmica definidos pelo LNEC [9], podendo ser consultadas no Anexo IV.

O capítulo que agora se introduz encontra-se organizado em quatro pontos, apresentando-se,

assim, separadamente a análise de um piso intermédio e do de cobertura e, para cada um destes, o

estudo para a estação de Inverno e de Verão.

5.2 – Análise dos impactes da envolvente no desempenho térmico do edifício

5.2.1 – Piso Intermédio (Inverno)

Apresenta-se neste ponto, a análise dos dados recolhidos da simulação do piso intermédio do

primeiro caso de estudo, para a estação de aquecimento. De notar que, embora cada piso tenha um

total de três fogos, dada a semelhança das fracções A1 e A3, não só observável em planta (ANEXO

I) mas, também, verificada nos resultados do Energy Plus, optou-se apenas pela apresentação do

estudo de A1 e A2.

Os resultados obtidos para estes dois fogos são, como se poderá constatar, bastante

diferentes, facto que resulta da diferença de área mas, acima de tudo, da sua orientação.

40

Em seguida, apresentam-se os valores obtidos para as trocas térmicas através da envolvente

do fogo A1 do piso intermédio, assim como o balanço de energia fornecida à fracção para manter a

sua temperatura interior dentro dos valores de conforto. Optou-se ainda pela apresentação do valor

do balanço de energia fornecida por unidade de área, de forma a facilitar a comparação de valores

entre diferentes fogos.

De acordo com a metodologia descrita no capítulo 4, neste caso foi necessário considerar uma

temperatura constante de 20.8ºC para obtenção do equilíbrio de energia correspondente ao consumo

real (temperatura podendo flutuar acima dos 20ºC), do qual resultou o seguinte quadro.

Fogo A1

Ganhos Envidraçados (kW.h/ano) 2,362.30

Perdas Envidraçados (kW.h/ano) 1,186.65

Ganhos Envolvente Opaca (kW.h/ano) 924.46

Perdas Envolvente Opaca (kW.h/ano) 1,684.93

Ganhos Renovação de Ar (kW.h/ano) 87.30

Perdas Renovação de Ar (kW.h/ano) 4,203.58

Ganhos Internos (kW.h/ano) 2,270.98

Balanço das trocas (kW.h/ano) -1,430.12

Energia Fornecida Aquecimento (kW.h/ano) 2,369.82

Energia Fornecida Arrefecimento (kW.h/ano) 895.54

Balanço de Energia Fornecida (kW.h/ano) 1,474.28

Balanço de Energia Fornecida (kW.h/m2.ano) 15.14

Quadro 6 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio - Inverno)

É importante notar que o balanço de energia fornecida não é exactamente igual ao balanço das

trocas através da envolvente, facto que resulta da transferência de calor não ocorrer em regime

permanente. As causas desta discrepância, que se verificará em todos quadros apresentados, são as

descritas no ponto 4.2.3.

Para a correcta contabilização das diferentes trocas através da envolvente, procedeu-se em

seguida à separação dos vários elementos que constituem a envolvente opaca, uma vez que, no

quadro anterior, estes se encontram aglutinados num único item. Obteve-se assim o quadro 7, que se

apresenta na página seguinte.

A separação dos vários elementos da envolvente opaca é essencial para a compreensão do

peso relativo das diferentes trocas no balanço global de cada fogo, sendo, a partir destes, obtidos os

gráficos circulares que se apresentam em baixo. Estes gráficos representam o peso percentual das

diferentes trocas.

Por questões associadas às limitações de espaço e por não se considerar essencial para a

compreensão dos gráficos referidos, não se apresentarão, nos pontos seguintes, os quadros criados

para os restantes casos, com o mesmo propósito do quadro 7.

41

Perdas Ganhos

Vãos Envidraçados

1186.65 2362.30

Paredes Exteriores (zona corrente) 420.44 66.91

Paredes Exteriores (pontes térmicas) 211.90 50.51

Paredes Escadas (LNA) 204.27 0.12

Paredes entre Fogos 86.39 45.29

Paredes Edifício Adjacente 77.34 77.30

Chão 417.80 417.92

Tecto 266.79 266.41

Total Envolvente Opaca 1684.93 924.46

Renovação de Ar 4203.58 87.30

Ganhos Internos 0.00 2270.98

Quadro 7 – Trocas através dos elementos da envolvente do Fogo A1 (Piso intermédio - Inverno)

Como se pode observar através do quadro 7, considerou-se para a elaboração dos gráficos

seguintes, as trocas através dos envidraçados, da zona corrente e das pontes térmicas das paredes

exteriores, das paredes para LNA e para edifícios adjacentes, do chão e tecto, assim como os ganhos

internos e as trocas devidas à renovação de ar. De notar que as percentagens das perdas/ganhos

através da envolvente são relativos à totalidade de cada uma destas trocas, resultantes da soma dos

valores da respectiva coluna do quadro anterior.

É importante salientar que, para esta análise, embora se tenham contabilizado as trocas

através dos pavimentos interiores, paredes para edifícios adjacentes e separadoras de fogos, não se

procedeu à sua incorporação nos gráficos de dados. Esta opção resulta do facto de através deste

elementos não ocorrerem perdas ou ganhos efectivos de energia, ou seja, a diferença entre o volume

de ganhos e de perdas apresenta um valor praticamente nulo (como se observa no quadro 7).

Outro aspecto que se torna importante referir, prende-se com a incorporação dos ganhos

internos nos gráficos. Esta opção foi tomada, para assim se ter uma noção dos ganhos globais de

calor e não apenas daqueles que ocorrem através da envolvente do edifíco, permitindo desta forma a

correcta comparação com os dados relativos às perdas.

Figura 12 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno)

42

Analisando os gráficos anteriores, constata-se que a renovação de ar tem um peso

preponderante nas perdas de energia do fogo, logo seguida dos vãos envidraçados. No que respeita

às perdas através da envolvente opaca, é importante notar o impacto das pontes térmicas, uma vez

que, pese embora estas se encontrem protegidas de acordo com as exigências regulamentares,

apresentam um peso significativo – 50% do peso da zona corrente das paredes –, mesmo sendo a

sua área relativamente pequena quando comparada com a totalidade da envolvente opaca.

Relativamente aos ganhos, observa-se a contribuição significativa dos ganhos internos e dos

envidraçados. O peso significativo dos envidraçados deve-se à entrada directa de radiação que

possibilitam para o interior, ao contrário dos outros elementos construtivos, que são opacos, possuem

massa e têm maior isolamento térmico. Não atingindo a radiação níveis muito elevados (comparado

com o Verão), os elementos opacos desempenham um papel nitidamente menor que os

envidraçados, relativamente aos ganhos, apesar de se distribuírem na envolvente por uma área

bastante maior que estes últimos.

No quadro 8, apresentam-se os valores das trocas térmicas através da envolvente do fogo A2,

cujos valores foram obtidos com recurso à imposição de uma temperatura interior constante de

20.4ºC.

Fogo A2

Ganhos Envidraçados (kW.h/ano) 614.63

Perdas Envidraçados (kW.h/ano) 987.54


Perdas Envolvente Opaca (kW.h/ano) 894.42









Quadro 8 – Balanço térmico do Fogo A2 (Piso intermédio – Inverno)

Como se pode observar, através da análise dos dados do quadro anterior, este fogo possui

necessidades de aquecimento mais elevadas que o anterior, facto que se justifica pela menor

radiação incidente na sua envolvente, devido à sua orientação mais desfavorável neste capítulo

(Norte).

Os gráficos seguintes confirmam os resultados obtidos para o fogo A1, apresentando, no

entanto, valores precentuais mais baixos para os ganhos através dos envidraçados. Estes valores

devem-se, como já foi referido, à orientação do fogo, cuja envolvente exterior se encontra apenas

voltada a Norte.

Verifica-se igualmente um aumento das perdas através dos elementos da envolvente exterior

do fogo, em detrimento de uma diminuição das perdas por renovação de ar.

43

Figura 13 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso intermédio – Inverno)

5.2.2 – Piso Intermédio (Verão)

Pretende-se neste ponto, analisar os dados recolhidos para os mesmos fogos do ponto anterior

mas, agora, para a estação de arrefecimento. Nesta fase serão adoptadas todas as escolhas e

pressupostos que se seguiram para a situação anterior, procurando-se estabelecer uma comparação

entre as duas estações.

No quadro 9 podem consultar-se os valores obtidos para o fogo A1, durante a estação de

arrefecimento. Para a obtenção do equilibrio de energia fornecida estabeleceu-se, neste caso, uma

temperatura interior constante de 24.5ºC.

Fogo A1








Balanço das trocas (kW.h/ano) 493.96

Energia Fornecida Aquecimento (kW.h/ano) 513.22

Energia Fornecida Arrefecimento (kW.h/ano) 1,164.42

Balanço de Energia Fornecida (kW.h/ano) 651.20


Quadro 9 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio - Verão)

Como se pode verificar, através da comparação dos dados do quadro anterior com os que se

obtiveram para a situação de Inverno, as necessidade de energia de climatização são

substancialmente inferiores na estação de arrefecimento, razão que se prende com a menor

severidade do clima neste período do ano, na zona climática analisada.

Tal como para o Inverno, apresentam-se em seguida os gráficos circulares com a distribuição

percentual das trocas de energia através de cada elemento da envolvente do fogo.

44

Figura 14 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão)

Comparando estes valores com os obtidos para a estação de aquecimento, verifica-se que a

renovação de ar continua a ter um peso dominante nas perdas, seguida dos envidraçados. Estes

itens vêm, inclusivamente, o seu peso incrementado neste período dos ano, facto que se pode

justificar com a menor solicitação térmica com este sinal da equação – traduzida, sobretudo, pelo

gradiente térmico do interior para o exterior à noite –, o que faz com que sejam um pouco mais

esbatidas as trocas através da envolvente opaca.

Nesta estação o papel da inércia térmica é maior, ou seja, o calor armazenado nas partes

opacas liberta-se em parte para o interior, aquecendo o ambiente à noite, sendo, assim, a perda

deste calor para o exterior mais da responsabilidade de outros factores (ventilação e condução por

envidraçados) que propriamente das características de isolamento térmico das partes opacas.

No que respeita aos ganhos, pese embora se continue a verificar um domínio dos ganhos

internos, estes são superiores nos elementos opacos, facto que se justifica com a radiação incidente

nestes elementos. Também a renovação de ar vê o seu peso incrementado, facto que se deve à

maior temperatura do ar exterior.

No quadro 10 apresentam-se os dados de Verão para o fogo A2. Para este estudo obteve-se o

equilibrio de energia, com recurso ao método iterativo, para uma temperatura de 24.2ºC.

Fogo A2






Perdas Renovação de Ar (kW.h/ano) 752.77

Ganhos Internos (kW.h/ano) 800.52






Quadro 10 - Balanço térmico do Fogo A2 (Piso intermédio - Verão)

45

Figura 15 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso intermédio – Verão)

Tal como para o fogo A1, também este sofre um agravamento do peso dos envidraçados nas

perdas e uma diminuição no peso destes elementos na rubrica referente aos ganhos. De acordo com

o que se tinha já verificado para a estação de Inverno, também aqui ocorre um aumento do peso dos

ganhos internos em relação ao primeiro fogo, fruto da ausência de radiação solar directa.

5.2.3 – Piso da cobertura (Inverno)

Dadas as diferenças óbivas, existentes entre um fogo localizado num piso intermédio de um

edifício e um outro junto da cobertura, resultante do grande aumento de área em contacto com o

exterior, apresenta-se agora o estudo dos fogos A1 e A2 localizados no último piso do edifício, neste

ponto para o caso de Inverno.

Assim, apresenta-se em baixo o quadro com os valores referentes às trocas através da

envolvente e das necessidades energéticas de climatização do fogo A1 no último piso do edifício.

Para a obtenção do equilíbrio energético, determinou-se, neste caso, que a temperatura interior se

deverá manter com um valor constante de 20.8ºC.

Fogo A1













Quadro 11 - Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura - Inverno)

46

Comparando os valores do quadro anterior com os do quadro 6, é facilmente perceptível que

um fogo em contacto com a cobertura, localizado na zona I1, possui necessidades energéticas que

superam, em mais do dobro, as que se verificam num piso intermédio idêntico.

Em seguida, apresentam-se os gráficos circulares com a distribuição percentual do impacto de

cada elemento nas trocas globais de energia do fogo. De notar, em relação aos gráficos até aqui

apresentados, a introdução do elemento cobertura.

Figura 16 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno)

Analisando os gráficos, verifica-se que, embora a renovação de ar continue a ter um papel

preponderante nas perdas energéticas do fogo, a cobertura possui um peso significativo nas perdas

através da envolvente, pese embora esta se encontre isolada de acordo com as exigências legais. É,

também, importante notar o peso considerável dos envidraçados para a totalidade de perdas.

No que respeita aos ganhos, tal como para o piso intermédio, verifica-se que os ganhos

internos e os envidraçados continuam a ter um peso dominante. A cobertura apresenta, no entanto,

ganhos consideravelmente superiores aos da restante envolvente opaca.

No quadro 12 podem consultar-se os valores das trocas térmicas e do aquecimento necessário

para o fogo A2 em contacto com a cobertura. De notar que, para este fogo, o equilíbrio de energia foi

conseguido para uma temperatura de 20.5ºC.

Fogo A2













Quadro 12 - Balanço térmico do Fogo A2 (Piso cobertura - Inverno)

47

Observando o quadro, constate-se que, tal como para o fogo A1, também neste caso as

necessidades energéticas são fortemente incrementadas em resultado do grande volume de perdas

através da cobertura.

Figura 17 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso cobertura – Inverno)

Tal como para o piso intermédio, também aqui se verifica um aumento do peso dos

envidraçados no volume total de perdas. Relativamente aos ganhos, observa-se que o peso da

cobertura e dos ganhos internos é superior ao aferido para o fogo A1. O incremento de ganhos

através da cobertura pode ser justificado com o facto deste fogo possuir, nas fachadas (voltadas a

Norte), uma menor exposição à radiação solar, o que não sucede com a cobertura.

5.2.4 – Piso da cobertura (Verão)

Por fim, apresentam-se os dados recolhidos do Energy Plus para o piso de cobertura, durante a

estação de arrefecimento.

No quadro 13, podem observar-se os valores das trocas térmicas através da envolvente do

fogo A1 e as respectivas necessidades energéticas de climatização. Para o equilibro deste fogo

obteve-se uma temperatura de 24.6ºC.

Fogo A1













Quadro 13 - Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura - Verão)

48

Figura 18 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão)

Tal como para o piso intermédio, as necessidades de climatização são substancialmente

inferiores para o Verão, quando comparadas com as de Inverno. No entanto, comparando estes

valores com os obtidos para o piso intermédio, verifica-se, para o mesmo período climático, um

aumento das necessidades energéticas, decorrentes do volume de trocas que ocorre através da

cobertura.

Analisando os gráficos circulares, é facilmente compreensível que a percentagem de perdas

através da renovação de ar e dos envidraçados é incrementada relativamente à estação de Inverno,

verificando-se uma diminuição das perdas através da cobertura. Relativamente aos ganhos, nota-se

um grande aumento do peso da cobertura no computo geral destas trocas através da envolvente do

fogo.

Estes resultados justificam-se, essencialmente, com a menor amplitude térmica entre o exterior

e o interior do edifício e com o significativo aumento da radiação incidente, factores que originam a

retenção, por parte dos elementos opacos da envolvente, duma maior quantidade de energia e por

um maior período de tempo.

No quadro 14 podem consultar-se os mesmos indicadores, apresentados em cima, mas para o

fogo A2. O equilibrio foi conseguido, para este caso, com o recurso à imposição de uma temperatura

interior de 24.7ºC.

Fogo A2













Quadro 14 - Balanço térmico do Fogo A2 (Piso cobertura - Verão)

49

Em seguida, tal como para os casos anteriores, apresentam-se os gráficos circulares com a

distribuição percentual da trocas através de cada elemento da envolvente.

Figura 19 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A2 (Piso cobertura – Verão)

De acordo com os resultados obtidos acima, as necessidades energéticas associadas ao

arrefecimento deste fogo são ligeiramente inferiores às do caso anterior, facto que resulta, como já foi

referido, da sua orientação a Norte, a qual implica uma redução significativa dos ganhos por radiação.

Produto desta orientação é, também, o incremento do peso relativo da cobertura nos ganhos

energéticos do fogo, sendo estes devidos à fraca radiação incidente nos envidraçados. As perdas,

por sua vez, ocorrem na sua maioria através da infiltração e dos envidraçados.

5.3 – Conclusões

Após a análise de fogos com diferente orientação, localização no edifício e para as estações de

Inverno e Verão, pretende-se agora apresentar um resumo dos dados recolhidos nos últimos pontos,

assim como das conclusões que destes podem ser retiradas. O quadro 15 mostra um resumo dos

valores das necessidades energéticas de aquecimento/arrefecimento para os fogos localizados num

piso intermédio e no piso da cobertura, para o fogo com duas frentes (Sul e Norte) – A1 – e para o

fogo exclusivamente orientado a Norte – A2. De notar que, uma vez que se pretende agora comparar

os valores das necessidades energéticas de climatização dos vários fogos, a análise é feita em

função da área de cada habitação, surgindo, por isso, apenas os valores do consumo energético por

metro quadrado.

INVERNO VERÃO

INTERMÉDIO COBERTURA INTERMÉDIO COBERTURA

Fogo Sul/Norte 15.14 33.00 6.69 11.81

Fogo Norte 20.07 44.22 5.58 9.78

Quadro 15 – Necessidades energéticas para climatização (kWh/m2.ano)

50

Analisando os dados do quadro, precebe-se facilmente as diferenças dos consumos

energéticos associados às diferentes localizações no edifício, orientações e períodos climáticos. É

claramente compreensível, através dos dados anteriores, que um fogo orientado a Norte possui

necessidades de aquecimento significativamente superiores, sendo que, na estação de

arrefecimento, as necessidades de climatização são ligeiramente inferiores. Estes resultados, tal

como foi explicado ao longo dos pontos anteriores, justificam-se com a maior incidência de radiação a

Sul, favorável no Inverno e desfavorável no Verão.

Este tipo de comportamento verifica-se, tanto para o piso intermédio como para os fogos

localizados junto da cobertura. No entanto, os segundos apresentam necessidades de climatização

significativamente mais elevadas – derivada a grande área em contacto com o exterior -,

nomeadamente no Inverno. A menor diferença destes valores na estação de arrefecimento prende-se

com a menor severidade do nosso clima neste período do ano.

No que respeita aos impactes das diversas trocas no comportamento térmico do edifício, pode

concluir-se, com base nos gráficos apresentados no ponto anterior, que a renovação de ar apresenta

um peso preponderante, nomeadamente nas perdas térmicas do edifício. Não é, no entanto, fácil

minimizar este valor, dada a necessidade de proceder à substituição do ar interior.

Também a envolvente envidraçada contribui de forma determinante para as perdas/ganhos dos

fogos estudados. Os valores destas grandezas oscilam entre os 15%-20%, podendo atingir, para

fogos com envidraçados orientados a Sul, um peso de 45% dos ganhos na estação de aquecimento.

No caso de fogos localizados junto da cobertura, pese embora estes elementos tenham também um

peso significativo, acabam por ver a sua influência ligeiramente reduzida, facto que se encontra

associado ao elevado volume de trocas que ocorrem através desta superfície.

Como já foi abordado neste capítulo, os elementos estruturais possuem, também, um peso

significativo, uma vez que, devido aos materiais que os compõem, acabam por formar pontes

térmicas, levando a que a percentagem das trocas totais que ocorrem através destes elementos seja

bastante elevada em relação à sua área, a qual é muito reduzida quando comparada com a área total

das paredes exteriores.

Também a envolvente interior do fogo – neste caso as paredes em contacto com a caixa de

escadas – contribui, embora de forma pouco significativa, para as perdas totais. Este valor pode, no

entanto, ser fortemente reduzido através da incorporação de materiais isolantes térmicos nestes

elementos, pese embora, para o cumprimento das exigências regulamentares, a sua adopção não

seja necessária.

De notar que, ao contrário do que sucede com os envidraçados, cujas hipóteses de

melhoramento das soluções adoptadas não são vastas, a camada de isolamento da cobertura pode

ser sempre incrementada, contribuindo de forma decisiva para a diminuição do volume total de trocas

através da envolvente.

51

Capítulo 6

Impactes da envolvente em função da zona climática


De acordo com o definido no plano de trabalho, apresentado no primeiro capítulo da

dissertação, procede-se agora à análise do comportamento térmico do edifício estudado no capítulo

anterior mas, neste ponto, para as restantes zonas climáticas definidas no RCCTE.

Tendo-se estudado, no capítulo 5, o edifício na zona climática I1, as zonas que se pretendem

estudar em seguida têm, obviamente, um clima mais severo. Este facto obriga à realização do cálculo

do RCCTE, de forma que se proceda à verificação da conformidade das soluções adoptadas no caso

anterior, para as exigências regulamentares das novas zonas. Esta análise será referida, para cada

zona climática, nos pontos seguintes.

É importante notar que os ficheiros climáticos utilizados são referentes a localidades

específicas, cujo clima se insere na zona I2 e I3, respectivamente, Porto e Bragança.

O estudo que se apresenta neste capítulo é em tudo idêntico ao do capítulo anterior,

apresentando-se num primeiro ponto a análise para a zona I2 e, em seguida, para a zona I3

De notar que, neste capítulo se pretende essencialmente apresentar os resultados obtidos para

as novas zonas climáticas, para que se possa fazer uma comparação com a zona I1, quando das

conclusões do trabalho. Por esta razão, a descrição dos resultados de cada quadro ou gráfico será

mais abreviada, uma vez que esta seria, no essencial, semelhante à realizada no capítulo anterior.

6.2 – Análise dos impactes da envolvente do edifício na zona I2

Como já foi mencionado, antes de se realizar qualquer simulação do edifício para a nova zona

climática, foi necessário proceder à verificação das soluções da envolvente. Esta verificação visa

assegurar que estas se encontram de acordo com o RCCTE, uma vez que, estando-se a analisar um

edifício que tem de estar em conformidade com este dispositivo legal, é imprescindível a utilização de

soluções que permitam cumprir as suas exigências. Depois de realizados todos os cálculos do

regulamento, concluiu-se que, para esta zona, se podem adoptar as mesmas soluções utilizadas para

o estudo anterior. Estas encontram-se definidas no Anexo IV.

52

Tal como no capítulo anterior, também agora se procederá ao estudo dos dois fogos com

diferentes orientações, localizados no piso intermédio e no piso de cobertura e para os períodos de

Verão e de Inverno.

6.2.1 – Piso intermédio (Inverno)

Em linha com o exposto no capítulo anterior e com a metodologia do trabalho descrita,

apresentam-se em seguida os valores das trocas através da envolvente do fogo A1, para a obtenção

das quais foi necessário estabelecer uma temperatura interior constante de 20ºC.

Fogo A1













Quadro 16 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno – I2)

A partir do quadro 16, é possível, por comparação com o quadro 6 (estudo da zona I1) verificar

que as necessidades de aquecimento são substancialmente superiores, facto que reflecte a maior

severidade do clima.

Figura 20 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Inverno – I2)

Observando-se os gráficos, verifica-se que, a maioria das perdas ocorrem devido à renovação

de ar. Também os envidraçados apresentam um valor percentual importante, seguidos das paredes

53

exteriores, que, por sua vez, apresentam um peso ligeiramente superior ao verificado para a zona

climática I1. No caso dos ganhos, os ganhos internos e através dos envidraçados são responsáveis

pela quase totalidade de energia recebida.

Em seguida mostra-se o quadro com os dados recolhidos a partir do Energy Plus para o fogo

A2, cujo equilíbrio foi obtido com recurso à imposição de uma temperatura interior constante de

19.9ºC.

Fogo A2














Comparando os valores obtidos para este fogo com os do quadro anterior (fogo A1), verifica-se

que o factor orientação leva a um aumento significativo das necessidades de aquecimento, pese

embora este seja proporcionalmente inferior ao que ocorre na zona I1.


Os gráficos anteriores demonstram que, dada a orientação deste fogo – a Norte -, os

envidraçados sofrem uma diminuição de seu peso relativo nos ganhos através da envolvente, fruto da

menor radiação incidente nestes elementos.

54


Para o equilíbrio do fogo A1, situado num piso intermédio e para a estação de arrefecimento,

foi necessário assegurar uma temperatura interior constante de 22.8ºC.

Fogo A1








Balanço das trocas (kW.h/ano) -52.23





Quadro 18 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão – I2)

A partir do quadro 18 pode verificar-se que as necessidades de arrefecimento são bastante

reduzidas em relação à zona I1, facto que se justifica com a temperatura média exterior mais baixa.

Em baixo apresentam-se os gráficos com o peso dos vários elementos da envolvente.

Figura 22 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédio – Verão – I2)

No quadro 19 apresentam-se os dados das trocas através da envolvente do fogo A2, para o

qual foi necessário considerar uma temperatura de 22.3ºC

Dada a menor radiação incidente na envolvente deste fogo, verifica-se, a partir do quadro

seguinte, que as necessidades energéticas de climatização são inferiores às do caso anterior.

55

Fogo A2














Analisando os gráficos seguintes, observa-se que a distribuição das perdas através dos vários

elementos é idêntica à do fogo anterior, notando-se, no entanto, um ligeiro incremento do peso

relativo dos envidraçados nas perdas e uma diminuição nos ganhos.



Apresenta-se agora o estudo do piso de cobertura do edifício situado no Porto, para a estação

de aquecimento. No caso do fogo A1 foi necessário considerar uma temperatura interior constante de

20.1ºC para obter o equilíbrio do quadro seguinte.

Comparando o balanço energético anterior com o do quadro 16, verifica-se facilmente que o

mesmo fogo, agora situado na cobertura, apresenta necessidades de climatização substancialmente

superiores ás da habitação localizada num piso intermédio, facto que está associado à grande área

da cobertura, que se encontra directamente em contacto com o exterior.

56

Fogo A1





Ganhos Renovação de Ar(kW.h/ano) 29.78








Quadro 20 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno – I2)

Figura 24 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Inverno – I2)

Para o estudo do fogo A2 em contacto com a cobertura, foi necessário, para o mesmo período

climático, estabelecer uma temperatura de equilíbrio de 20.1ºC.

Fogo A2














57


O quadro anterior confirma um incremento significativo das necessidades de aquecimento

relativamente ao piso intermédio.

No que respeita aos gráficos apresentados, nota-se, relativamente ao fogo A1, um aumento do

peso dos envidraçados nas perdas e uma diminuição significativa nos ganhos. No segundo caso, este

resultado justifica-se com a menor incidência da radiação solar que se faz sentir na orientação Norte.

Com esta redução, observa-se um aumento do peso da cobertura, onde não se faz sentir qualquer

variação da radiação.


Apresentam-se agora os dados relativos às trocas do piso da cobertura para a estação de

arrefecimento. Para este período climático obteve-se o equilíbrio do fogo A1 para uma temperatura

interior de 23.4ºC.

Fogo A1













Quadro 22 – Balanço térmico do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão – I2)

Nos gráficos seguintes é possível observar o peso significativo da cobertura nas trocas através

da envolvente do fogo.

58

Figura 26 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso cobertura – Verão – I2)

Para o fogo A2 junto da cobertura e para a estação de arrefecimento, foi obtida uma

temperatura de equilíbrio de 23.2ºC.

Fogo A2














Tal como o fogo A1, também este apresenta necessidades de climatização bastante reduzidas.


Como se pode observar, os gráficos anteriores mostram um aumento do peso da cobertura nos

ganhos térmicos, facto que resulta da menor exposição solar dos envidraçados.

59

6.3 – Análise dos impactes da envolvente do edifício na zona I3

Após a apresentação dos dados para a zona climática I2, expõem-se agora os resultados

obtidos, a partir das simulações do primeiro caso de estudo, para a zona climática I3.

Em linha com o descrito no inicio deste capítulo, procedeu-se ao cálculo do RCCTE para a

nova zona climática, de forma a verificar a compatibilidade das soluções adoptadas com as

exigências deste dispositivo legal.

Para a zona climática onde se situa a cidade de Bragança, uma vez que foi esta a localidade

onde se considerou implantado o edifício nesta fase do trabalho, foi necessário efectuar alterações

nas soluções da envolvente, de forma a cumprir com o RCCTE. No entanto, estas resumiram-se ao

aumento da espessura do isolamento da laje da cobertura, uma vez que se verificou que os fogos do

piso intermédio cumprem os valores máximos exigidos para as necessidades de climatização. As

soluções adoptadas podem ser consultadas no Anexo IV.

Uma vez que as considerações sobre as tabelas e gráficos que se apresentam nos pontos

seguintes são, em tudo, semelhantes ao descrito nos pontos anteriores, as observações resumir-se-

ão, nesta fase, às considerações essenciais à compreensão de quaisquer diferenças relativamente

aos dados expostos acima, nomeadamente, no que respeita às temperaturas obtidas para o equilíbrio

de energia das habitações.

6.3.1 – Piso intermédio (Inverno)

Em linha com que foi apresentado até então, foi necessário proceder à determinação de uma

temperatura para a qual o balanço das trocas através da envolvente e o balanço de energia fornecida

apresentam valores idênticos. Neste caso, a partir do método iterativo descrito no capítulo 4, obteve-

se o equilíbrio para uma temperatura de 19.9ºC.

Fogo A1














60

Figura 28 – Distribuição das perdas e dos ganhos do Fogo A1 (Piso intermédia – Inverno – I3)

Para o equilíbrio do fogo A2, estabeleceu-se uma temperatura interior constante de 19.9ºC.

Fogo A2















6.3.2 – Piso intermédio (Verão)

Para a estação de arrefecimento, foi necessário estabelecer uma temperatura interior

constante de 22.8ºC para o fogo A1.

61

Fogo A1















O equilíbrio de energia do fogo A2, para a zona climática I3 na estação de arrefecimento, foi

obtido com recurso à imposição de uma temperatura interior constante de 22.2ºC.

Fogo A2














62



Para o estudo do balanço energético do fogo A1, em contacto com a cobertura, foi necessário

estabelecer uma temperatura de 20ºC para obter o equilíbrio pretendido.

Fogo A1















63

No caso do fogo A2 do piso de cobertura, foi necessário impor uma temperatura interior

constante idêntica à do fogo A1, ou seja, 20ºC.

Fogo A2
















Para o equilíbrio do balanço térmico do fogo A1 de cobertura, foi necessário, na estação de

arrefecimento, adoptar uma temperatura de 23ºC.

Fogo A1














64


No caso do fogo A2, para a mesma situação climática e para a mesma localização no edifício,

ou seja, no piso de cobertura, considerou-se uma temperatura interior constante de 22.7ºC.

Fogo A2















Ao contrário do que foi realizado no capítulo anterior, não se procederá agora a uma análise

global dos dados obtidos nos pontos anteriores. Esta decisão prende-se com o facto das conclusões

desta fase do trabalho serem semelhantes às do último capítulo.

O estudo agora apresentado, tem como objectivo a comparação com os resultados obtidos nos

capítulos 5 e 7, e não a análise entre diferentes orientações ou localizações no edifício. A

comparação destes dados com os dos restantes capítulos será realizada no capítulo 8.

65

Capítulo 7

Impactes da envolvente em edifícios antigos


Após o estudo, realizado nos capítulos anteriores, de um edifício novo, construído de acordo

com o RCCTE, procede-se agora à avaliação dos impactes da envolvente em edifício antigos. O

estudo que se apresenta neste capítulo, tem por objectivo permitir a compreensão dos impactes dos

diversos elementos da envolvente destes edifícios, assim como das necessidades energéticas que

estão associadas à sua climatização.

Os edifícios que se analisam nos pontos seguintes foram construídos nas décadas de 1970 e

1950, apresentando, por isso, processos construtivos bastante diferentes dos actuais, que se

descreveram no terceiro capítulo deste trabalho.

O facto de, à data da construção destes edifícios, não existir qualquer regulamentação térmica,

originou uma ausência de estudos sobre o seu desempenho térmico, razão pela qual esta análise se

torna bastante premente. Neste trabalho, pretende-se, como já foi referido, não só quantificar os

impactes da envolvente mas, também, compreender o nível de consumos associado a estes edifícios,

facilitando, desta forma, a compreensão por parte dos projectistas das soluções a adoptar na

reabilitação destes tipos de edificado, de forma a minimizar os seus consumos energéticos e a

verificar a regulamentação térmica, com que qualquer projecto de reabilitação tem, obrigatoriamente,

de cumprir.

É importante referir que, de forma a minimizar o número de simulações a efectuar e para

avaliar as situações mais desfavoráveis a nível climático, se optou pelo estudo dos edifícios na zona

climática I3, no caso do Inverno, e na zona V3, no Verão. Os ficheiros climáticos utilizados no Energy

Plus para estas zonas climáticas correspondem, respectivamente, às cidades de Bragança e Évora.

Uma vez que, neste capítulo, se analisam edifícios diferentes do estudado nos capítulos

anteriores, serão apresentadas conclusões, para cada um deles, sobre o seu comportamento

específico, nomeadamente, para a análise dos impactes da envolvente. No entanto, pretendendo-se

neste trabalho avaliar, também, a evolução dos processos construtivos adoptados em Portugal, as

conclusões respeitantes às necessidades de climatização serão apresentadas no capítulo 8.

66

7.2 – Estudo de um edifício construído na década de 1970

Neste ponto do trabalho, apresentam-se os resultados obtidos a partir das simulações

efectuadas no Energy Plus para o segundo caso de estudo. Tal como para o caso anterior, expõem-

se em seguida os quadros com o balanço térmico e os gráficos com o peso relativo das várias trocas

através da envolvente, para um piso intermédio e para o de cobertura e, para cada um destes, para

as estações de aquecimento e de arrefecimento.

De notar que, dada a simetria dos fogos deste edifício, apenas se apresentam os resultados

para uma habitação por piso, uma vez que os valores obtidos a partir das simulações são iguais para

os dois fogos.


Para a obtenção dos dados referentes às trocas térmicas para o piso intermédio na estação de

aquecimento, estabeleceu-se, com recurso ao método iterativo, uma temperatura interior constante

de 20.0ºC.

Energy Plus













Quadro 32 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Inverno)

Observando-se o quadro 32, constata-se que este fogo possui necessidades energéticas de

climatização bastante elevadas, facto que se justifica pela ausência de isolamento térmico.

Figura 36 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Inverno)

67

A partir dos gráficos anteriores, verifica-se que as paredes exteriores têm um peso

determinante nas perdas através da envolvente, representando quase 20% do total. De notar que, as

pontes térmicas têm, também, um peso significativamente elevado, nomeadamente, se considerámos

a sua área, bastante reduzida quando comparada com a zona corrente das paredes.

No que respeita aos ganhos, estes são, também, percentualmente mais elevados para a

envolvente opaca, quando comparados com os do edifício actual, continuando, no entanto, os

envidraçados e os ganhos internos a representarem a maioria destas trocas.


Para o equilíbrio térmico deste fogo adoptou-se uma temperatura de 23.7ºC.

Energy Plus













Quadro 33 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Verão)

No quadro 33 verifica-se, em linha com o que se tem observado ao longo do trabalho, que as

necessidades de arrefecimento são substancialmente inferiores às de aquecimento, calculadas no

ponto anterior.

Figura 37 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso intermédio – Verão)

68

Os gráficos anteriores mostram que as perdas apresentam uma distribuição idêntica à

verificada para a estação de aquecimento, o que não acontece com os ganhos, onde o peso dos

envidraçados é fortemente reduzido em detrimento da renovação de ar e das paredes exteriores.

Este facto pode-se justificar com a maior temperatura do ar exterior e com a elevada radiação

incidente nestes elementos durante este período do ano, a qual se traduz numa maior absorção de

energia, particularmente agravada pela ausência de isolamento térmico.

7.2.3 – Piso da Cobertura (Inverno)

Para a obtenção do equilíbrio energético dos fogos do piso junto da cobertura, para a estação de

Inverno, foi necessário impor uma temperatura interior constante de 20.0ºC.

Energy Plus













Quadro 34 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Inverno)

A partir do quadro 34, verifica-se que um fogo localizado no piso de cobertura tem

necessidades de aquecimento substancialmente superiores às de um piso intermédio, facto que

resulta da grande área em contacto com o exterior sem qualquer isolamento.

Figura 38 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Inverno)

69

Os gráficos anteriores mostram o peso determinante da cobertura nas trocas com o exterior,

nomeadamente no que respeita às perdas, onde o impacte deste elemento ascende a 45% do total

da envolvente. No caso dos ganhos, pese embora se note a importância da cobertura, o peso dos

envidraçados e dos ganhos internos continua a ser dominante.

7.2.4 – Piso da Cobertura (Verão)

Para o mesmo fogo mas, agora, para a estação de arrefecimento, foi necessário estabelecer uma

temperatura de 24.1ºC.

Energy Plus



Ganhos Envolvente Opaca (kW.h/ano) 1,966.98





Balanço das trocas (kW.h/ano) 1,333.05



Balanço de Energia Fornecida (kW.h/ano) -1,236.72


Quadro 35 – Balanço térmico do edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Verão)

Também para a estação de arrefecimento se nota um aumento significativo das necessidades

de climatização, facto que se pode justificar com recurso aos gráficos seguintes.

Figura 39 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 70 (Piso cobertura – Verão)

Analisando os ganhos através da envolvente, verifica-se uma diminuição significativa do peso

dos envidraçados em detrimento da cobertura, facto que resulta da grande área deste elemento

exposta à radiação solar.

70

7.2.5 - Conclusões

Tendo-se apresentado, nos pontos anteriores, os gráficos referentes aos impactes da

envolvente do edifício, para os diferentes casos estudados, procura-se agora fazer um resumo destes

resultados.

Assim, recorrendo à informação obtida acima, pode concluir-se que a infiltração tem um papel

central nas trocas com o exterior, nomeadamente nas perdas de calor. O mesmo acontece, na rubrica

referente aos ganhos, com os ganhos internos, particularmente no caso de pisos intermédios. Para os

fogos localizados junto da cobertura, este elemento possui uma influência preponderante em

quaisquer trocas com o exterior.

Para a reabilitação térmica destes edifícios é, também, essencial dar especial atenção aos

envidraçados. É fortemente aconselhável o reforço do seu desempenho térmico, recorrendo-se, para

isso, à adopção de vidros duplos e de mecanismos de protecção solar com bom isolamento térmico,

uma vez que, como se pode observar nos gráficos apresentados nos pontos anteriores, estes têm

também um peso significativo nas trocas térmicas dos fogos estudados. No caso da cobertura, a

intervenção aconselhável é ainda mais simples, uma vez que consiste simplesmente na colocação de

isolante térmico na laje de esteira ou na vertente inclinada da cobertura do edifício.

Pretendendo-se corrigir a restante envolvente opaca, procedimento certamente necessário

para cumprir com a regulamentação térmica, a intervenção afigura-se mais complicada, uma vez que

pode implicar o derrube de um pano de alvenaria – de forma a introduzir-se o isolamento na caixa de

ar – ou a diminuição da área útil dos fogos, resultado da necessidade de colocar isolamento térmico.

Neste caso, o procedimento mais aconselhável deverá, por isso, sempre que possível, basear-se na

colocação do isolamento pelo exterior do edifício [10], solução que permite também corrigir as pontes

térmicas, cujo valor, de acordo com os dados recolhidos, é bastante elevado, nomeadamente se

considerámos a área relativamente pequena que estes elementos ocupam na totalidade da

envolvente.

7.3 – Estudo de um edifício construído na década de 1950

Apresentam-se agora, os resultados obtidos nas simulações do último caso de estudo. Dada a

grande discrepância dos materiais e processos adoptados na sua construção, relativamente aos

casos anteriores, foi necessário, para o estudo deste edifício, proceder a alterações de vária ordem.

Ao contrário do que se verifica nos casos estudados atrás, onde o sistema de sombreamento

dos envidraçados assenta na utilização de estores, permitindo, por isso, o fácil cumprimento dos 70%

de área sombreada considerada pelo RCCTE na estação de arrefecimento, o sistema de portadas,

adoptado neste caso, inviabiliza esta exigência regulamentar. Para adaptar o melhor possível este

sistema às disposições legais, optou-se por considerar que as portadas das janelas orientadas a

Norte se encontram sempre abertas, fechando-se apenas uma portada de cada envidraçado

orientado a Sul. Esta aproximação não permite a correcta comparação com o regulamento, uma vez

71

que apenas 50% dos envidraçados a Sul se encontram sombreados. No entanto, adoptou-se este

pressuposto por se considerar que este se adapta às situações usuais de utilização destes edifícios.

Também a apresentação de resultados que se fará em seguida, contempla algumas

alterações, nomeadamente no que respeita ao número de elementos analisados. A principal diferença

reside na ausência do elemento pontes térmicas, presente nos pontos anteriores mas que, dada a

diferença do tipo de construção, não existe para este edifício.

Em seguida, expõem-se os quadros com o balanço térmico e os gráficos com o peso relativo

das trocas através da envolvente. Tal como até aqui, esta análise será efectuada para um piso

intermédio e para o de cobertura e, para cada um destes, para as estações de aquecimento e de

arrefecimento.


Para a obtenção do equilíbrio térmico deste fogo estabeleceu-se uma temperatura de 19.9ºC.

Energy Plus













Quadro 36 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Inverno)

No quadro 36, é importante realçar a maior diferença entre o balanço das trocas e o balanço de

energia fornecida relativamente aos casos anteriores. Este valor é justificável com a elevada massa

das paredes exteriores do edifício, cuja capacidade de armazenamento de energia é, por isso,

incrementada face aos edifícios mais recentes.

Figura 40 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Inverno)

72

Analisando os gráficos anteriores, verifica-se que o peso dos envidraçados nas trocas de calor

do edifício com o exterior é, como nos dois primeiros casos, determinante. No entanto, este peso é

claramente superior nos ganhos.


Para a mesma habitação mas, agora, para a estação de arrefecimento, foi necessário garantir

uma temperatura interior constante de 24.1ºC, de forma a garantir o equilíbrio de energia.

Energy Plus





Ganhos Renovação de Ar (kW.h/ano) 1,203.19








Quadro 37 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Verão)

Analisando-se o quadro 37, verifica-se que, tal como nos casos anteriores, as necessidades

de arrefecimento são claramente inferiores às de aquecimento do mesmo fogo, pese embora se

esteja a estudar a zona climática mais desfavorável neste período do ano.

Figura 41 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 50 (Piso intermédio – Verão)

Comparando os gráficos anteriores com os apresentados para a estação de aquecimento,

constata-se que a infiltração sofre um incremento do seu peso.

73

Também as paredes exteriores vêem a sua influência diminuir fortemente nas perdas, e

aumentar nos ganhos térmicos através da envolvente do fogo. Estes resultados podem explicar-se

com base no aumento de radiação que se verifica neste período do ano e com a temperatura média

exterior mais elevada, factores que favorecem uma maior absorção de calor por parte da envolvente

opaca.

7.3.3 – Piso da Cobertura (Inverno)

Para o estudo de um piso de cobertura do edifício analisado neste ponto do trabalho, para a

estação de Inverno, conclui-se, através do método iterativo, que é necessário adoptar uma

temperatura interior constante de 20.1ºC, de forma a garantir o equilíbrio de energia.

Energy Plus













Quadro 38 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Inverno)

O quadro 38 permite concluir que este fogo necessita de um grande fornecimento de energia

para garantir as condições de conforto térmico. A diferença face ao fogo do piso intermédio é ainda

maior neste caso do que nos anteriores, facto que resulta da ausência de isolamento e do pavimento

não ter massa suficiente para possibilitar o armazenamento de energia.

Figura 42 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Inverno)

74

De acordo com o referido, a ausência de qualquer isolamento na cobertura leva a que, como se

pode observar no primeiro gráfico, as perdas através deste elemento representem cerca de 50% do

total. No caso dos ganhos, o papel dominante continua a pertencer aos ganhos internos e aos

envidraçados, facto que resulta, em grande medida, da não exposição da cobertura à radiação solar

directa – devido ao desvão entre a cobertura do fogo e o telhado.

7.3.4 – Piso da Cobertura (Verão)

Para o fogo da cobertura estabeleceu-se uma temperatura de 23.7ºC, para estação de

arrefecimento

Energy Plus





Ganhos Renovação de Ar (kW.h/ano) 1,317.93








Quadro 39 – Balanço térmico do edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Verão)

Tal como para o piso intermédio, também neste caso se verifica uma diminuição significativa

das necessidades de climatização na estação de Verão. As necessidades deste fogo são, no entanto,

em linha com os resultados obtidos até aqui, superiores às do fogo intermédio

Nos gráficos seguintes, pode observar-se que a cobertura apresenta, tanto ao nível dos ganhos

como das perdas, um peso determinante nas trocas do fogo com o exterior. Estes resultados são

justificáveis com o forte efeito de estufa que se gera no espaço entre a cobertura do edifício

propriamente dita, executada em telha, e o pavimento da zona de arrumos, localizada sobre o fogo do

último piso.

Figura 43 – Distribuição das perdas e dos ganhos de um fogo no edifício dos anos 50 (Piso cobertura – Verão)

75

7.3.5 – Conclusões

Em linha com os restantes casos de estudo, analisam-se agora os dados recolhidos nas

tabelas e gráficos anteriores, sugerindo-se em seguida, embora de forma geral, as principais

intervenções de reabilitação térmica possíveis.

Desta forma, pode concluir-se que, para um edifício construído na década de 50 do século

passado, as trocas através dos envidraçados apresentam um peso determinante num piso

intermédio, correspondendo à cobertura o papel central nas trocas de um fogo situado no último piso

do edifício. É, no entanto, importante notar que, tal como nos casos anteriores, a renovação de ar

continua a ter um papel essencial, nomeadamente nas perdas através da envolvente.

Tal como para o segundo caso de estudo, também agora se torna importante proceder ao

reforço da envolvente envidraçada, através da adopção de vidros duplos. No que respeita à

cobertura, é imprescindível a colocação de materiais isolantes térmicos sobre o tecto do fogo ou na

vertente inclinada da cobertura.

Relativamente às paredes exteriores, pode também recorrer-se à adopção de isolamento pelo

exterior, sendo que, neste caso, se torna mais simples proceder a esta correcção pelo interior, dado o

processo construtivo e as áreas mais amplas das habitações.

De notar que, neste capítulo, ao contrário do que se realizou no capítulo 5, não foi elaborada

uma comparação dos valores das necessidades de climatização dos diversos fogos. Esta opção

prende-se, essencialmente, com o facto de se pretender fazer esta análise no próximo capítulo, onde

se apresentam as conclusões gerais do trabalho.

76

Capítulo 8

Conclusões

Depois de expostos os resultados obtidos durante a elaboração do trabalho, apresentam-se

neste capítulo as conclusões finais. De notar que, incluindo os capítulos anteriores conclusões

parciais, justifica-se que esta exposição seja, agora, mais breve e concisa, abordando-se por isso, os

resultados de forma global.

Assim, com o presente trabalho, foi possível determinar os impactes das diferentes trocas

térmicas no desempenho global dos edifícios e as necessidades energéticas de climatização,

decorrentes dessas mesmas trocas, para assegurar as condições de conforto dos seus ocupantes

O primeiro aspecto considerado no trabalho, centrou-se no estudo do desempenho térmico dos

edifícios e das necessidades de climatização que lhes estão associadas, em função da zona climática

onde são construídos. Para esta análise, foi apenas considerado um edifício novo, construído de

acordo com o RCCTE. O quadro 40 apresenta os valores obtidos para as necessidades energéticas

de climatização durante a estação de aquecimento, para as três zonas climáticas definidas pelo

regulamento.

INVERNO

INTERMÉDIO COBERTURA

ZONA I1 15.14 33.00

ZONA I2 26.18 47.90

ZONA I3 46.64 68.84

Quadro 40 – Necessidades de climatização em função da zona climática – edifício novo (kW.h/m2.ano)

Analisando os valores acima, conclui-se que as necessidades de climatização do piso

intermédio na zona I2, são cerca do dobro das verificadas para a zona I1, sendo que, para a zona I3,

este valor é quase três vezes superior ao primeiro. No caso do piso de cobertura, ocorre também um

incremento das necessidades de climatização para as zonas I2 e I3, relativamente à zona I1, sendo

que, em qualquer das zonas, o consumo energético é sempre superior ao verificado no piso

intermédio. De notar que estes resultados são apenas referentes à estação de aquecimento, por este

ser o período climático mais desfavorável.

No gráfico seguinte, é possível observar, de forma mais simples e intuitiva, os dados da tabela

anterior.

77

Figura 44 – Necessidades de aquecimento para as diferentes zonas climáticas

Outro aspecto, abordado nesta fase do trabalho, prendeu-se com a influência da orientação

nas necessidades de climatização dos fogos estudados – um fogo com duas frentes (Sul/Norte) e

outro apenas voltado a Norte –, concluindo-se que um fogo orientado a Norte apresenta sempre

maiores necessidades de climatização, fruto da sua menor exposição à radiação solar. Este estudo,

embora apresentado no quadro 15, quando das conclusões parciais do capítulo 5, foi realizado de

forma bastante superficial, uma vez que não se insere nos objectivos centrais do presente trabalho.

No entanto, a elaboração deste estudo afigura-se premente, dado o seu significado para a

compreensão detalhada da importância da orientação no desempenho térmico dos edifícios, razão

porque se sugere a exploração desta temática em trabalhos futuros.

Após esta primeira análise, realizou-se o estudo de três edifícios de épocas construtivas

distintas, com intuito de compreender a evolução das soluções térmicas adoptadas para a envolvente

dos edifícios ao longo do séc. XX e no ínicio do séc. XXI, procedendo-se, para isso, à recolha das

necessidades energéticas de climatização para as várias épocas construtivas e, para cada uma

destas, para os períodos climáticos de Verão e Inverno e para habitações localizadas em pisos

intermédios e em pisos junto da cobertura. No quadro 41 mostram-se os resultados obtidos para os

diferentes casos estudados.

INVERNO VERÃO

INTERMÉDIO COBERTURA INTERMÉDIO COBERTURA

ANOS 50 71.19 178.78 13.34 25.00

ANOS 70 83.28 184.39 7.54 20.65

NOVO 46.64 68.84 2.38 4.88

Quadro 41 – Evolução das necessidades de climatização (kW.h/m2.ano)

Com intuito de facilitar a compreensão do quadro anterior, apresentam-se em seguida dois

gráficos, o primeiro para o estudo do piso intermédio e o segundo para o de cobertura. Estes

permitem visualizar rapidamente a evolução das soluções térmicas e o seu impacto no consumo de

78

energia necessário para assegurar o conforto dos ocupantes, assim como a influência da localização

de um fogo no edifício, uma vez que, estes valores, confirmam os resultados anteriores, ao

mostrarem que um fogo junto da cobertura possui sempre necessidades de climatização

consideravelmente superiores às de um fogo situado num piso intermédio. Este facto, embora possa

ser minimizado, acaba por se verificar em qualquer caso estudado, consequência da grande área em

contacto directo com o exterior devido à cobertura.

Figura 45 – Evolução das necessidades de climatização em pisos intermédios e de cobertura

A análise dos gráficos anteriores permite concluir que, ao longo do século XX, ocorreu uma

degradação dos processos construtivos associados ao isolamento térmico das edificações. O facto de

um edifício construído na década de 1970 possuir necessidades de climatização superiores a

edifícios construídos duas décadas antes, está associado à diminuição da massa das paredes

exteriores, uma vez que a ausência de isolamento térmico na envolvente é um denominador comum a

ambos os casos.

No entanto, com a introdução da regulamentação térmica, verificou-se um incremento

significativo do desempenho térmico dos edifícios. Como se pode constatar, as necessidades de

climatização reduziram-se para cerca de metade nos últimos 30 anos, fruto, essencialmente, da

imposição de medidas legais que levaram à adopção de novas práticas construtivas, com particular

destaque para a incorporação de isolamento térmico nos elementos da envolvente.

A partir dos dados apresentados no quadro e nos gráficos anteriores é, também, facilmente

observável a grande diferença em função do período climático analisado. De facto, verifica-se que,

em Portugal, a estação de Inverno é particularmente severa quando comparada com o Verão, uma

vez que as necessidades energéticas para assegurar o conforto térmico neste período chegam a

superar em mais de 20 vezes as do período de arrefecimento.

De acordo com o referido no ínico do capítulo, este trabalho não se centrou exclusivamente na

determinação das necessidades de climatização associadas aos vários casos estudados. Procurou-

se igualmente, definir o peso relativo das diferentes trocas térmicas no desempenho global dos

edifícios.

Assim, embora esta análise seja muito específica para cada caso, recomendando-se, por isso,

a leitura da análise individual efectuada ao longo dos últimos capítulos, apresentam-se, em seguida,

os dados mais relevantes para cada edifício estudado.

79

Edifício Novo

A partir dos dados obtidos nos capítulos 5 e 6, pode concluir-se que a maioria das perdas que

ocorrem nos edifícios actuais se deve à ventilação natural, uma vez que o ar que entra através das

caixilharias, ao ser, posteriormente, extraído do edifício, acaba por retirar uma grande quantidade de

calor. Também os envidraçados possuem um peso determinante nas perdas de calor, o que não se

verifica com a envolvente opaca, uma vez que esta se encontra bem isolada térmicamente. No

entanto, é importante notar o peso significativo das pontes térmicas, nomeadamente, se considerada

a área bastante reduzida que ocupam na totalidade das paredes exteriores.

O facto da maioria das perdas estar associada à renovação de ar, mostra que o edifício se

encontra bem isolado termicamente, uma vez que estas trocas não podem ser minimizadas, dada a

necessidade de assegurar a substituição do ar interior, de forma a manter a salubridade do edifício.

No que respeita aos ganhos, constata-se o grande peso dos ganhos internos e dos

envidraçados. Durante o Verão, a renovação de ar tem, também, um peso considerável.

Nos pisos junto da cobertura, verifica-se que este elemento possui um peso significativo nas

perdas durante a estação de aquecimento, sendo que, na estação de arrefecimento, a sua

importância nos ganhos é fortemente incrementada.

Edifício da década de 1970

O edifício construído nos anos 70 do século passado possui um comportamento semelhante ao

anterior, dadas as semelhanças construtivas. A diferença mais singificativa reside no forte aumento

das trocas através das paredes exteriores, fruto da ausência de qualquer isolamento térmico. De

notar, igualmente, a forte influência das pontes térmicas nas perdas através da envolvente do edifício.

Apesar das diferenças referidas, a renovação de ar continua, neste caso, a assumir uma

importância fulcral nas perdas de calor,

No que respeita aos ganhos, os ganhos internos assumem um papel central, sendo igualmente

de destacar o peso dos envidraçados. Na estação de arrefecimento a renovação de ar contribui,

também, de forma significativa para estas trocas.

É importante notar que, nos pisos localizados junto da cobertura, este elemento assume um

peso determinante nas trocas com exterior, facto que se justifica, tal como acontece com as paredes

exteriores, com a ausência de isolamento térmico.

Edifício da década de 1950

Tal como nos casos anteriores, também neste edifício as perdas por renovação de ar assumem

um papel fulcral, logo seguidas, em termos de volume de perdas total, pela envolvente envidraçada.

Relativamente aos ganhos, verifica-se a forte influência dos ganhos internos e dos

envidraçados, nomeadamente em pisos intermédios.

80

Nos pisos localizados junto da cobertura, este elemento assume grande importância, com

excepção dos ganhos durante o Inverno. Neste edifício, o peso da cobertura nas trocas com o

exterior é mais elevado, quando comparado com os casos anteriores, facto que se deve

essencialmente à ausência de isolamento mas, também, à reduzida massa do elemento – concebido

em madeira.

Por fim, é importante notar, que o peso das paredes exteriores é menor do que no caso

anterior, pese embora este edifício também não possua qualquer isolamento térmico. Este facto

justifca-se com a maior inércia térmica destes elementos – construídos em pedra e com uma grande

espessura.

Referências bibliográficas

[1] COMISSÃO EUROPEIA (CE), Directiva 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 16

de Dezembro de 2002 relativa ao desempenho energético dos edifícios, Jornal Oficial das

Comunidades Europeias (JOCE), L1, Abril de 2003.

[2] IMPRENSA NACIONAL-CASA DA MOEDA, Regulamento das Características de Comportamento

Térmico dos Edifícios (RCCTE), Decreto-Lei Nº 80/2006, de 4 de Abril, Lisboa.

[3] GONÇALVES, H.; GRAÇA, J.M., Conceitos bioclimáticos para os edifícios em Portugal, INETI,

Novembro de 2004, Lisboa.

[4] CANHA DA PIEDADE, A.; MORET RODRIGUES, A.; RORIZ, L.F.; Climatização em edifícios –

envolvente e comportamento térmico, Edições Orion, Lisboa, Abril 2003.

[5] THE BOARD OF TRUSTEES OF THE UNIVERSITY OF THE ILLINOIS AND THE REGENTS OF

THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA THROUGH THE ERNEST ORLANDO LAWRENCE BERKELEY

NATIONAL LABORATORY, Input Output Reference – The Encyclopedia Reference to EnergyPlus

Input and Output, USA, September 2006.

[6] MENDES DA SILVA, J.; ABRANTES, V.; VICENTE, R. S.; Degradação precoce de paredes de

fachada com correcção exterior das pontes térmicas. Casos de estudo (Encontro Nacional da

construção 2001), IST, Dezembro de 2001, Lisboa.

[7] HAGEL, A. A.; Análise computacional da demanda energética de climatização de edifício, Brasília,

15 de Junho de 2005.

[8] MENDES, C.; GUERREIRO, R.; SANTOS, C. P.; PAIVA, V., Temperatura exterior de projecto e

número de graus-dias, INMG - LNEC, Lisboa 1989.

[9] SANTOS, C. P.; PAIVA, J. V.; MATIAS, L., Coeficientes de transmissão térmica de elementos da

envolvente dos edifícios, LNEC, Lisboa, 2006 (ITE 50).

[10] BOGDANOVIC, V.; SAMARDZIC, S., The application of the facade thermal insulation systems

during the energy conservation remedial measures of the structures being heightened, Faculty of Civil

Engineering and Architecture, University of Nis, Servia and Montenegro, 2004.

Outra Bibliografia consultada:

ALMEIDA, M. G.; Bragança, L.; Silva, S. M., Metodologia para escolher soluções construtivas

termicamente eficientes, LNEC, Lisboa.

BERALDO, J.C.; Eficiência energética em edifícios: avaliação de uma proposta de regulamento de

desempenho térmico para a arquitectura do estado de São Paulo, São Paulo, 2006.

BRANCO, F.; et al, Térmica dos edifícios, ISQ, Oeiras, 1996

CANHA DA PIEDADE, A., Térmica de edifícios, LNEC, Lisboa, 2000 (S 297).

Internet:

http://www.eere.energy.gov/buildings/energyplus

http://www.eere.energy.gov/buildings/energyplus

ANEXOS

ANEXO I

Desenhos de arquitectura do edifício novo

ANEXO II

Desenhos de arquitectura do edifício da década de 1970

ANEXO III

Desenhos de arquitectura do edifício da década de 1950

ANEXO IV

Soluções adoptadas para a envolvente do edifício novo

Envolvente opaca exterior – zona corrente

Paredes Exteriores Espessura Condutibilidade

Peso específico

Rj Mi

(m) (W/mºC) kg/m3 (m

2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Reboco 0.015 1.3 - 0.01

2 Tijolo furado 11 0.11 - - 0.27

3 Caixa de ar 0.02 - - 0.11

4 XPS 0.03 0.037 - 0.81

5 Tijolo furado 11 0.11 - 730 0.27 80.30

6 Reboco 0.01 1.3 1300 0.01 13.00

7 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13

Espessura total 0.30

Coeficiente de Transmissão Térmica - U (W/m2ºC) 0.60 98

Paredes para edifício adjacente

Espessura Condutibilidade Peso

específico Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Reboco 0.02 1.3 1300 0.02 26.00

2 Tijolo furado 7 0.07 - 928 0.19 64.96

3 Caixa de ar 0.03 - - 0.11

4 Tijolo furado 11 0.11 - 730 0.27 80.30

5 Reboco 0.02 1.3 1300 0.02 26.00

6 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13



Cobertura (zona I1 e I2) Espessura Condutibilidade

Peso específico

Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Ladrilho Cerâmico 0.03 0.5 - 0.06

2 XPS 0.05 0.037 - 1.35

3 Tela Impermeabilizante 0.01 0.23 1000 0.04 10.00

4 Betão 0.2 1.75 2100 0.11 420.00

5 Reboco 0.01 1.3 1300 0.01 13.00

6 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13



Cobertura (zona I3) Espessura Condutibilidade Peso específico Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Revestimento 0.03 0.5 - 0.06

2 XPS 0.1 0.037 - 2.70

3 Tela Impermeabilizante 0.01 0.23 500 - 5.00

4 Betão 0.2 1.75 2100 0.11 420.00

6 Reboco 0.01 1.3 1300 0.01 13.00

7 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13



Envolvente opaca exterior – pontes térmicas

Pilares e vigas de betão exteriores

Espessura Condutibilidade Peso

específico Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Reboco 0.015 1.3 - 0.01

2 Betão 0.25 1.75 - 0.14

3 XPS 0.03 0.037 - 0.81

4 Bloco de betão leve de agregados leves de argila expandida

0.05 0.25 700 0.20 35.00

5 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13



Caixas de estore Espessura Condutibilidade

Peso específico

Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.04

1 Reboco 0.02 1.3 - 0.02

2 Tijolo furado 7 0.07 - - 0.19

3 XPS 0.03 0.037 35 0.81

Rsi - 0.13


Envolvente opaca Interior

Paredes para caixa de escadas e entre fogos

Espessura Condutibilidade Peso específico Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.13

1 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

2 Reboco 0.015 1.3 1300 0.01 19.50

3 Tijolo furado 7 0.07 - 928 0.19 64.96

4 Caixa de ar 0.02 - 0.18 0.00

5 Tijolo furado 7 0.07 - 928 0.19 64.96

6 Reboco 0.015 1.3 1300 0.01 19.50

7 Estuque 0.005 0.35 1000 0.01 5.00

Rsi 0.13



Pilares e vigas de betão interiores

Espessura Condutibilidade Peso específico Rj Mi


2ºC/W) kg/m

2

Rse 0.13

1 Reboco 0.01 1.3 1300 0.01

2 Betão 0.20 1.75 2100 0.11

3 Poliestireno Extrudido 0.02 0.037 35 0.54

4 Placa de gesso cartonado 0.015 0.25 900 0.06 13.50

Rsi 0.13



Pavimentos entre fogos Espessura

Peso específico

Mt

(m) kg/m3 kg/m

2

1 Estuque 0.005 1000 5.00

2 Reboco 0.02 1300 26.00

3 Betão 0.20 2100 420.00

4 Betonilha 0.04 1300 52.00

5 Parquet de madeira 0.01 680 6.80


Massa total kg/m2 510

Paredes interiores do fogo Espessura Peso específico Mt

(m) kg/m3 kg/m

2

1 Estuque 0.005 1000 5.00

2 Reboco 0.015 1300 19.50

3 Tijolo furado 11 0.11 730 80.30

4 Reboco 0.015 1300 19.50

5 Estuque 0.005 1000 5.00


Massa total kg/m2 124

Vãos envidraçados

Envidraçados Espessura

(m)

1 Vidro 6mm 0.06

2 Ar 0.16

3 Vidro 5mm 0.05


Coeficiente de Transmissão Térmica - U (W/m2ºC) 2.70

ANEXO V

Modelação dos edifícios no Energy Plus

Figura I – Modelação do edifício novo

Figura II – Modelação do edifício da década de 1970

Figura III – Modelação do edifício da década de 1950

Documents

CARACTERIZAÇÃO DOS IMPACTES DA ENVOLVENTE NO … · CARACTERIZAÇÃO DOS IMPACTES DA ENVOLVENTE NO DESEMPENHO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS Pedro Manuel Alves Gouveia Dissertação para