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Relatório de Estágio Página | 1

EDIFÍCIOS INTELIGENTES: DOMÓTICA E GESTÃO INTEGRADA DE EDIFÍCIOS

Projecto, Seminário ou Trabalho de Fim de Curso

Engenharia Electrotécnica e de Computadores Ramo de Sistemas de Energia

2006/2007

Realizado por: Nome Nº de aluno Email Página na internet do projecto Bruno Jorge Ribeiro Valente 010503208 [email protected] www.fe.up.pt/~ee01208 José Pedro Martins Ramos 020503154 [email protected] www.fe.up.pt/~ee02154

Edifícios Inteligentes: Domótica e Gestão Integrada de Edifícios


Resumo

O presente relatório visa descrever o trabalho de fim de curso dos alunos Bruno Jorge Ribeiro Valente e José Pedro Martins Ramos, referente à temática “Edifícios Inteligentes: Domótica e Gestão Integrada de Edifícios”.

O projecto elaborado pretende dar a conhecer as potencialidades da domótica no âmbito dos edifícios inteligentes, as suas aplicações e vantagens quando equiparados a uma instalação convencional.

Para tal, será executado o projecto eléctrico de um edifício nas duas vertentes. Um utilizando o sistema convencional, e outro, aplicações de domótica. Através de uma análise económica tentar-se á quantificar o custo inerente a cada projecto, baseando-nos em níveis de conforto, segurança e eficiência energética/gestão de energia.

Será ainda explorado o dimensionamento de um sistema fotovoltaico a instalar no edifício a projectar, procurando determinar o custo de investimento e através da análise de cash-flows determinar a viabilidade ou não do mesmo.

Por fim, será apresentado o desenvolvimento de uma aplicação em Excel, através Visual Basic, que pretende automatizar o cálculo das correntes admissíveis nas canalizações eléctricas. Na secção dos anexos poderá ser consultado o Manual do Utilizador do programa.



Prefácio

Nos tempos que correm, o termo edifício/casa inteligente e as tecnologias e produtos a ele associados, têm vindo a suscitar um interesse crescente por parte da sociedade, muito embora estejam ainda intimamente relacionados com as habitações de luxo ou com os edifícios pertencentes a empresas com elevado poder económico. No entanto, apesar do preço destas tecnologias e produtos ser ainda demasiado elevado, não há dúvida que oferecem a oportunidade de desenvolvermos sistemas que possibilitam uma significativa melhoria na qualidade de vida da população em geral.

Uma das tecnologias cujo crescimento ao nível Europeu tem vindo a ser feito de uma forma sustentada é o EIB (European Installation Bus), que é gerida por uma entidade neutra designada por EIBA (European Installation Bus Association) e tem como suporte as grandes empresas Europeias desta área, tais como a Siemens, ABB, Hager, Merten, etc. Actualmente, esta associação inclui mais de uma centena de membros, fabricantes de material eléctrico e electrónico, cobrindo aproximadamente 80% do mercado Europeu na área das casas inteligentes. Esta tecnologia é parte integrante do projecto realizado no decorrer do estágio, e será abordada em maior detalhe no capítulo 5 deste relatório.

O trabalho realizado ao longo dos três meses de estágio, consiste na realização do projecto eléctrico de um edifício destinado a uma creche e infantário. Para tal, foram delineados dois caminhos possíveis logo à partida. Assim, pretendia-se executar um projecto com o denominado “sistema tradicional”, e um outro da mesma instituição, mas aproveitando as potencialidadades do sistema EIB. A ideia base será a elaboração de uma análise económica dos dois projectos, e antevendo à partida um maior custo do sistema EIB, tentar quantificar esse custo em termos do conforto, poupança de energia e facilidade de gestão do edifício para o utilizador.

Motivação O projecto em estudo, inserido nos novos projectos de controlo autónomo de edifícios, tem o objectivo de permitir uma familiarização e um contacto mais profundo com a área da domótica. Esta área sempre foi do nosso fascínio, quer devido às inúmeras vantagens inerentes à sua aplicação, quer devido à sua simplicidade

A possibilidade de realização do estágio na empresa Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Engenharia, S.A., foi determinante para a escolha do tema do projecto de final de curso.

Apesar de ter sido na faculdade que tomamos um primeiro contacto com a área da domótica e no fundo onde o gosto pela mesma tomou forma, foi sem dúvida essencial o estágio curricular realizado, o qual permitiu consolidar conhecimentos e viver experiências reais do dia a dia de um projectista. Acho que foram fundamentais mesmo esses três meses de vivência na empresa, permitindo-nos conhecer a realidade do mundo de trabalho, a qual muitas vezes apresenta obstáculos muito para além daqueles que nos deparamos na vida académica.



Dedicatória O aluno Bruno Valente dedica o trabalho desenvolvido como projecto final de curso aos

pais e à irmã, pelo carinho sempre demonstrado e por todo o esforço feito para que eu pudesse chegar até aqui. Um abraço especial de agradecimento ao meu grande amigo Luís Barra, meu mentor, meu guia, por me ter possibilitado que me formasse. A todos vos fico eternamente agradecido! O aluno José Pedro Ramos dedica o trabalho desenvolvido como projecto de final de curso à família e amigos pelo apoio demonstrado ao longo destes anos de faculdade. Um sentimento especial em relação ao meu irmão José Miguel, que tantas vezes me ajudou em momentos difíceis. Queria também agradecer o amparo que foi a minha amiga Olga Salazar ao longo deste tempo de estágio. A ti Olga, o meu Muito Obrigada!

Agradecimentos

Destina-se a presente alínea a agradecer a todas as pessoas que contribuíram de certa forma para a realização deste trabalho. Gostaríamos, antes de mais, de agradecer ao nosso orientador da faculdade, o professor Armíno Teixeira, pela motivação e interesse constante no trabalho desenvolvido, procurando indicar-nos sempre o melhor caminho a seguir.

A todas as pessoas com quem tomamos conhecimento na empresa Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Engenharia, S.A., e as quais nos receberam da melhor forma possível, facilitando a nossa integração, o nosso muito obrigada! Em particular gostaríamos de agradecer ao Eng. Electrotécnico António Ferreira, pela disponibilidade, confiança e apoio demonstrado ao longo destes três meses. Aos Eng. Projectistas Luís Fernandes e Joaquim Silva, por terem sido os mentores do nosso estágio, aos quais recorríamos constantemente em caso de dúvidas; dúvidas essas que nos eram explicadas de forma a evoluirmos e a percebermos toda a envolvente da questão. Foram sem dúvida as pessoas mais importantes no seio da empresa, mostrando grande companheirismo para connosco e acreditando sempre no nosso trabalho. Gostaríamos de dedicar também algumas palavras ao Eng. Joaquim Viseu pelos seu conselhos, pela sua constante boa disposição e pelo interesse demonstrado no nosso trabalho. Uma palavra de agradecimento aos Eng. Nuno Fróis e Rui Pedro, que sendo os colegas de trabalho com idade mais próxima da nossa, foram os compinchas de trabalho, facilitando e muito, a nossa integração no seio da empresa.

Para finalizar, uma última referência aos Eng. Projectistas Paulo Oliveira e Luís Couto, que nos transmitiram sempre a sua boa disposição e nos permitiram realizar trabalhos práticos e concretos, transmitindo-nos o seu conhecimento em cada caso realizado. A todos, sem excepção... o nosso agradecimento!



Índice 1. Introdução .............................................................................................................................. 10 2. O Estágio ................................................................................................................................ 11 2.1. A Empresa Rodrigues Gomes & Associados (RGA) ....................................... 11 2.2. Trabalhos Realizados ....................................................................................... 11 3. Edifício Inteligentes ............................................................................................................... 13 3.1. Prelúdio ..................................................................................................................... 13 3.2. O conceito de Edifício Inteligente ............................................................................. 14 3.3. Integração de Domínios ............................................................................................ 15 3.4. Áreas e Temas Associados aos Edifícios Inteligentes ............................................... 16 3.4.1. A Domótica .................................................................................................. 16 3.4.2. A Domótica e a Eficiência Energética.......................................................... 18 3.4.3. A Gestão Integrada de Edifícios ................................................................... 19 3.4.4. Os Edifícios Doentios ................................................................................... 20 3.4.5. Os Edifícios Doentios ................................................................................... 21 4. Automação de Edifícios ......................................................................................................... 22 4.1. Prelúdio ..................................................................................................................... 22 4.2. O que é a Domótica? ................................................................................................. 22 4.3. Quais as suas Vantagens? .......................................................................................... 23 4.3.1. Poupança de Energia e Recursos .................................................................. 23 4.3.2. Conforto ....................................................................................................... 23 4.3.3. Segurança ..................................................................................................... 23 4.3.4. Comunicação ................................................................................................ 23 4.4. Áreas de Aplicação .................................................................................................... 24 4.4.1. Controlo da Temperatura .............................................................................. 24 4.4.2. Segurança e Protecção do Lar ...................................................................... 24 4.4.3. Prevenção de Acidentes Domésticos ............................................................ 24 4.4.4. Controlo de Iluminação ................................................................................ 25 4.4.5. Controlo dos Aparelhos Eléctricos ............................................................... 25 4.4.6. Sonorização Ambiente ................................................................................. 25 4.4.7. Controlo de Estores, Cortinados e Portas Exteriores .................................... 25 5. O sistema EIB-KNX .............................................................................................................. 26 5.1. Prelúdio ..................................................................................................................... 26 5.2. A Instalação Convencional e a Instalação EIB-KNX ................................................ 26 5.3. Características Gerais do Sistema EIB-KNX ............................................................ 27 5.4. Topologia da Rede .................................................................................................... 29 5.5. Meio de Transmissão ................................................................................................ 30 5.5.1. Instabus EIB ................................................................................................. 30 5.5.2. Rádio Frequência .......................................................................................... 31 5.6. Equipamento do Sistema EIB-KNX .......................................................................... 33 5.6.1. Cabo de Bus ................................................................................................. 33 5.6.2. Barra de Dados para Calha DIN ................................................................... 34 5.6.3. Fonte de Alimentação ................................................................................... 35 5.6.4. Filtro ............................................................................................................. 35



5.6.5. Ligador ......................................................................................................... 36 5.6.6. Acoplador ..................................................................................................... 36 5.6.7. Acoplador de Bus ......................................................................................... 36 5.6.8. Dispositivos do Sistema EIB-KNX .............................................................. 37 5.6.8.1. Os Sensores ..................................................................................... 37 5.6.8.2. Os Actuadores ................................................................................. 39 5.7. Programa ETS ........................................................................................................... 40 6. Projecto Desenvolvido ........................................................................................................... 42 6.1. Prelúdio ..................................................................................................................... 43 6.2. Concepção Eléctrica Tradicional............................................................................... 43 6.3. Concepção Eléctrica Inteligente ................................................................................ 43 6.3.1. Descrição da Instalação ................................................................................ 43 6.3.2. Classificação dos Locais .............................................................................. 44 6.3.3. Esquema de Distribuição de Energia Eléctrica ............................................ 46 6.3.4. Instalação de Iluminação .............................................................................. 50 6.3.4.1. Tipos de Armaduras e Lâmpadas .................................................... 50 6.3.4.1.1. Instalação de Iluminação Normal ....................................... 50 6.3.4.1.2. Instalação de Iluminação de Segurança .............................. 52 6.3.4.2. Controlo da Iluminação ................................................................... 52 6.3.5. Instalação de Tomadas ................................................................................. 53 6.3.6. Instalação de Equipamentos ......................................................................... 53 6.3.6.1. Controlo dos Equipamentos ............................................................ 56 6.3.7. Instalação de Estores Eléctricos ................................................................... 57 6.3.8. Instalação de Correntes Fracas Previstas ...................................................... 57 6.3.9. Sistema de Telecomunicações ...................................................................... 59 6.4. O Sistema Domótico Implementado ......................................................................... 62 6.4.1. Rede de Comandos ....................................................................................... 67 6.5. Análise Económica .................................................................................................... 68 6.6. Desenvolvimento de um Sistema Fotovoltaico ......................................................... 70 6.6.1. Motivação ..................................................................................................... 70 6.6.2. A Tecnologia Fotovoltaica ........................................................................... 70 6.6.3. Dimensionamento Fotovoltaico ................................................................... 72 6.6.4. Determinação da Secção Técnica ................................................................. 76 6.6.5. Determinação da Secção Económica ........................................................... 76 6.6.6. Viabilidade do Sistema Ligado à Rede ........................................................ 79 7. Desenvolvimento de uma Aplicação ...................................................................................... 81 8. Notas Finais ............................................................................................................................ 82 9. Referências Bibliográficas ..................................................................................................... 83 10. Anexos .................................................................................................................................. 84



Índice de Figuras, Tabelas e Gráficos Figuras Figura 1. Edifício inteligente ...................................................................................................... 15 Figura 2a. Estrutura típica de um edifício comum sem integração de domínios........................ 16 Figura 2b. Estrutura típica de um edifício inteligente com integração parcial ........................... 16 Figura 2c. Estrutura típica de um edifício inteligente com integração total ............................... 16 Figura 3. Extracto do certificado de desempenho energético e qualidade do ar ........................ 19 Figura 4a. A solução Convencional ........................................................................................... 22 Figura 4b. A solução KNX ......................................................................................................... 22 Figura 5. Integração de domínios com o KNX .......................................................................... 26 Figura 6. A instalação convencional e a instalação EIB-KNX .................................................. 27 Figura 7. Exemplo de troca de informação entre dispositivos EIB-KNX .................................. 27 Figura 8a. Organização descentralizada do barramento de transmissão EIB-KNX ................... 28 Figura 8b. Organização centralizada do barramento de transmissão EIB-KNX ........................ 28 Figura 9. Configurações possíveis do barramento de transmissão EIB ..................................... 29 Figura 10. Topologia geral do sistema EIB-KNX ...................................................................... 30 Figura 11. Acoplador de medida ................................................................................................ 32 Figura 12. Emissor ..................................................................................................................... 32 Figura 13. Saída rádio ................................................................................................................ 33 Figura 14. Módulo de entrada rádio ........................................................................................... 33 Figura 15. Configurador TX 100 da Hager ................................................................................ 33 Figura 16. Cabo de Bus .............................................................................................................. 34 Figura 17. Barra de dados para calha DIN ................................................................................. 34 Figura 18. Fonte de Alimentação ............................................................................................... 35 Figura 19. Acoplador ................................................................................................................. 36 Figura 20. Acoplador de Bus ...................................................................................................... 37 Figura 21. Sensor de luminosidade ............................................................................................ 37 Figura 22. Detector de presença ................................................................................................. 38 Figura 23. Detector de velocidade do vento ............................................................................... 38 Figura 24. Sensor de inundação ................................................................................................. 38 Figura 25. Detector de fumo ...................................................................................................... 39 Figura 26. Sensor de temperatura ............................................................................................... 39 Figura 27. Actuador de estores ................................................................................................... 40 Figura 28. Actuador de iluminação ............................................................................................ 40 Figura 29. Sistema ETS .............................................................................................................. 41 Figura 30. Creche e infantário .................................................................................................... 42 Figura 31. Diagrama da alimentação e distribuição de energia .................................................. 46 Figura 32a. Quadro eléctrico Q.LAV no projecto eléctrico convencional ................................. 48 Figura 32b. Quadro eléctrico Q.LAV no projecto eléctrico inteligente ..................................... 49 Figura 33. Central de detecção de incêndio, botoneira e sensor ................................................ 58 Figura 34. Sinalizador óptico ..................................................................................................... 59 Figura 35. Esquema de cálculo coaxial ...................................................................................... 60 Figura 36a. Esquema do nível de sinal de TV no piso 1 e 2 da instalação ................................. 61



Figura 36b. Esquema do nível de sinal de TV no piso 0 e anexo da instalação ......................... 62 Figura 37. Diagrama funcional do sistema EIB-KNX para o 1º andar da habitação ................. 63 Figura 38. Extracto da rede de comandos do piso 0 da instalação ............................................. 68 Figura 39. Constituição do sistema fotovoltaico ........................................................................ 71 Figura 40. Sistema fotovoltaico ................................................................................................. 72 Figura 41. Esquema de ligação dos painéis fotovoltaicos .......................................................... 74 Figura 42. Esquema de ligação das baterias ............................................................................... 75 Figura 43. Custos de investimento, e exploração e total em função da secção .......................... 77 Tabelas Tabela 1. Constituição dos pisos da creche e infantário ............................................................. 44 Tabela 2a. Classificação dos locais quanto ao ambiente ............................................................ 45 Tabela 2b. Classificação dos locais quanto às utilizações .......................................................... 45 Tabela 2c. Classificação dos locais quanto à sua construção ..................................................... 45 Tabela 2d. Classificação IP e IK dos diversos tipos de locais da instalação .............................. 46 Tabela 3. Dimensionamento dos alimentadores ......................................................................... 47 Tabela 4. Tipo de armadura a aplicar em cada compartimento da instalação ............................ 52 Tabela 5. Alimentação de equipamentos .................................................................................... 55 Tabela 6. Secção e protecção das canalizações a utilizar ........................................................... 56 Tabela 7. Aplicação do sistema EIB-KNX na instalação ........................................................... 66 Tabela 8. Instalações realizadas ................................................................................................. 69 Tabela 9. Análise económica do projecto .................................................................................. 80 Gráficos Gráfico 1. Comparação económica ao nível das diversas instalações realizadas ....................... 69 Gráfico 2. Custos de investimento e exploração em função da secção do cabo ........................ 78



Lista de Abreviaturas ABB ...................................................................................................... Asea Brown Boveri, S.A. AR ............................................................................................................................. Área de Rede CAD ........................................................................................................ Computer Aided Design CAFM ............................................................................... Computer Aided Facility Management CCTV .................................................................................................... Closed Circuit Television CD ............................................................................................................................ Compact Disc CE ............................................................................................................... Comunidade Europeia CENELEC ........................................................ Comité Europeu de Normalização Electrotécnica CIFM .......................................................................... Computer Integrated Facility Management DLP .......................................................................................... Dreno Longitudinal de Pavimento EEPROM.............................................. Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EIB .......................................................................................................... European Installtion Bus EIBA ................................................................................. European Installation Bus Association Eng. .............................................................................................................................. Engenheiro ETS ................................................................................................................... EIB Tool Software IBI ..................................................................................................... Intelligent Building Institute ITED ............................................. Sistema de Infra-Estruturas de Telecomunicações do Edifício KNX ................................................................................................................................... Konnex Lda. .................................................................................................................................. Limitada LED .............................................................................................................. Light Emitting Diode PC ..................................................................................................................... Personal Computer PET ......................................................................................................... Politereftalato de Etileno PL ...................................................................................................................... Linha de Potência PVC ............................................................................................................... Policloreto de Vinila RF ....................................................................................................................... Rádio Frequência RGA ................................... Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Engenharia, S.A. R.T.I.E.B.T. ..................................... Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão S.A. ................................................................................................................. Sociedade Anónima SCE ......................... Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior TP ..................................................................................................................... Par de Fio Torcido TV ................................................................................................................................... Televisão U.P. ............................................................................................................. Universidade do Porto



1. Introdução A casa inteligente

“O fim de mais um dia de trabalho aproxima-se, está frio e chove. Através do seu computador, liga o aquecimento, fecha os estores e as cortinas. Depois de enfrentar o trânsito, chega a casa e, com o seu comando, abre automaticamente a porta da garagem. À medida que vai entrando, as luzes vão acendendo e apagando, conforme o espaço percorrido.

Vai para a sala ver televisão, e enquanto vê as notícias do dia, a campainha toca e a TV mostra-lhe que é um amigo seu. Convida-o a entrar e, através de um menu na TV, selecciona a tecla que permite abrir-lhe a porta. Enquanto contínua a assistir ao noticiário, agora na companhia do seu amigo, este pede-lhe para assistir um filme. Você activa um menu na TV que lhe mostra os filmes disponíveis. Ele escolhe o filme e, uns segundos antes deste começar, as luzes baixam de intensidade e o volume do som aumenta, através de um cenário especificamente criado para recriar uma sessão de cinema na sala.

Depois do jantar, carrega as máquinas de lavar a louça e roupa, que só serão ligadas nas horas de tarifário económico de consumo de energia eléctrica.

À noite, antes de ir dormir, premindo um simples botão desliga toda a iluminação e aquecimento.

Na manhã seguinte, quando o despertador toca, os estores vão subindo, evitando o acender da iluminação, o sistema de aquecimento é accionado e a máquina de café é ligada.

Quando sai de casa e ao accionar o sistema de segurança, as luzes à volta da casa desligam-se e o sistema de climatização é posto em modo de programa, o qual especifica as horas e a temperatura a que devem estar as divisões na casa”.

In JG DOMÓTICA: Desenvolvimento de equipamento de domótica



2. O Estágio Este capítulo do relatório pretende essencialmente dar a conhecer a empresa onde decorreu o estágio curricular, e agradecer a todas as pessoas que tornaram possível este projecto e que nos ajudaram no decorrer do seu desenvolvimento.

2.1. A Empresa Rodrigues Gomes & Associados (RGA) Localizada na Rua Jornal de Notícias, nº 189, 4100-296 Aldoar, Porto, a empresa que nos acolheu no decorrer destes três meses de estágio é liderada pelo Eng. Electrotécnico António Ferreira, o qual nos recebeu no seio da mesma da melhor forma possível, ajudando para uma fácil integração na mesma. A empresa Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Engenharia, S.A. teve a sua formação a partir da firma Engenheiro Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Instalações Especiais, Lda, sendo seus sócios a empresa fundadora e o corpo técnico superior que, na altura, exercia funções na referida empresa.

Desde a sua fundação a empresa tem tido por objectivos fundamentais os seguintes:

• Prestação de serviços de alta qualidade técnico/científica; • Prestação de serviços respeitando os cronogramas estabelecidos com os diferentes

promotores em termos de tempo e investimento. O investimento contínuo nestas áreas tem permitido a contribuição de uma equipa altamente motivada e dotada dos meios técnicos capazes de desenvolverem nos tempos adequados um trabalho com elevada capacidade técnico / profissional. Os campos de actividades/ especializações da empresa são a elaboração de projectos de instalações especiais nas seguintes áreas:

• Instalações eléctricas; • Instalações telecomunicações; • Instalações segurança; • Instalações ar condicionado, aquecimento e ventilação; • Instalações gestão técnica; • Instalações transporte mecânico de pessoas e mercadorias; • Instalações gases industriais e medicinais; • Auditorias energéticas.

A empresa apresenta como trabalhos mais representativos o Norteshopping,

Cascaishopping, Casa da Música, Palace Hotel – Buçaco, Estádio do Dragão, Estádio Municipal de Braga, U.P. Faculdade de Psicologia e Ciências da Educação, entre outros.

2.2. Trabalhos Realizados

Em seguida são realçados alguns trabalhos em que participamos activamente no



decorrer do estágio paralelamente à execução do nosso projecto de fim de curso.

• Faculdade de Medicina da Universidade do Porto – Revisão do projecto; • Moradia “Quinaz” – Elaboração de todo o projecto eléctrico; • Moradia “Eng. Paulo Azevedo” – Reestruturação da iluminação exterior; • Moradia “Castro Silva” – Marcação dos pontos de luz; • Ministério das pescas (República de Angola) – Dimensionamento dos alimentadores e

orçamentação do projecto; • Hospital da CUF – Revisão do projecto; • “LakeTowers” – Reestruturação da iluminação exterior; • Edifício “Sá Noronha” e “Carlos Alberto” – Projecto de ITED; • Centro comercial de São João da Madeira – Analise e correcção do sistema estruturado

de cablagem, ITED; • Conjunto habitacional de Faro – Dimensionamento das infra-estruturas de

telecomunicações, ITED; • Pavilhão do dragão – Estudo prévio do sistema estruturado de cablagem, ITED; • Moradias unifamiliares e bifamiliar – Projecto eléctrico e de telecomunicações; • Ginásio – Estudo para licenciamento e execução da instalação eléctrica, segurança e

telecomunicações; • Realização de uma aplicação para o cálculo das correntes admissíveis para canalizações

eléctricas de acordo com os métodos de referência.

O último trabalho focado, a realização de um programa em Excel através de Visual Basic para o cálculo das correntes admissíveis, será explorado em maior detalhe no último capítulo do presente relatório.



3. Edifícios Inteligentes

3.1. Prelúdio Desde que o Homem se tornou sedentário que as habitações foram usadas como meio de abrigo e de protecção. Com os avanços da civilização surgiram os edifícios onde grupos de pessoas se reúnem e comunicam, onde são estabelecidas relações de colaboração formais e informais, onde são realizadas tarefas em grupo e onde são mantidos repositórios de informação. Os edifícios tornaram-se, assim, o cerne das actividades de negócio e constituem hoje a base da vida urbana.

À medida que os edifícios foram evoluindo nas suas múltiplas vertentes, foram-se destacando as suas instalações técnicas, cuja complexidade tem vindo sempre a aumentar. Os vários equipamentos técnicos eram, inicialmente, controlados individualmente. Foi no início dos anos 60 que sugiram os primeiros sistemas de controlo centralizado nos edifícios, com especial incidência sobre os equipamentos de climatização.

No princípio da década de 70, a divulgação dos microprocessadores alargou o domínio de aplicação dos sistemas de controlo, os quais passaram a permitir a automação e a supervisão de equipamentos mais sofisticados e em maior número. A crise petrolífera de meados da década de 70 contribuiu decisivamente para a implantação destes sistemas, colocando em primeiro plano todos os aspectos relacionados com uma gestão energética mais racional.

Já nos anos 80 surgem novos requisitos de conforto, de segurança, de flexibilidade dos locais de trabalho, e novas e maiores necessidades de serviços de telecomunicações e de processamento de informação. Isso deu origem ao aparecimento, nos edifícios, de três sistemas fundamentais:

• O sistema de automação e gestão de edifícios, responsável pelo controlo das instalações técnicas, pela detecção de incêndios, pela gestão energética, pelo controlo da iluminação, pela climatização, etc;

• O sistema de telecomunicações, envolvendo comunicações de voz e de dados, a comunicação com o exterior dos edifícios, etc;

• O sistema computacional, que inclui sistemas de informação, escritório electrónico, sistemas de apoio à decisão, automação de procedimentos administrativos, etc.

Neste ambiente, caracterizado por uma constante evolução, existem aspectos

económicos que importa realçar, nomeadamente o custo dos edifícios que é muito elevado. Globalmente, estes correspondem a cerca de 5 a 30% do património das empresas. Adicionalmente, os custos de exploração de um edifício são, em média, a segunda maior despesa de uma empresa, logo a seguir aos salários dos seus trabalhadores, de acordo com estudos efectuados. Em termos de gastos energéticos, os edifícios são um sector em elevado crescimento, sendo responsáveis por 28% do total da energia dispendida e 38% do consumo de electricidade. De notar ainda, que um edifício corresponde a um investimento de muito longo prazo, dado que o seu período de vida útil ronda os 40 anos.

Os factos indicados apontam para a necessidade premente de gerir bem o dispendioso património que os edifícios representam, tirando o máximo proveito deles e dos recursos que disponibilizam.



“Mais importante que conceber um edifício inteligente, é conceber inteligentemente um edifício”

Foram todos os aspectos referidos e também a própria transformação da sociedade

industrial na sociedade informática dos nossos dias, a necessidade de oferecer flexibilidade, de se adaptar a novas tecnologias e a novos requisitos, que deram origem ao aparecimento do conceito de Edifício Inteligente. 3.2. O conceito de Edifício Inteligente

Em 1986, foi criada nos EUA a organização Intelligent Buildings Institute (IBI), com o objectivo de promover e apoiar todos os aspectos relacionados com os edifícios inteligentes. Uma das suas primeiras missões foi tentar estabelecer uma definição para o conceito. Essa definição, pelo consenso que reúne, é indicada de seguida. "Um edifício inteligente é aquele que oferece um ambiente produtivo e que é economicamente

racional, através da optimização dos seus quatro elementos básicos - estrutura, sistemas, serviços e gestão - e das inter-relações entre eles. Os edifícios inteligentes ajudam os seus

proprietários, gestores e ocupantes a atingir os seus objectivos sob as perspectivas do custo, conforto, adequação, segurança, flexibilidade no longo prazo e valor comercial".

Com o objectivo de clarificar e complementar a definição apresentada, descrevem-se em

seguida diversos aspectos importantes a ter em atenção.

• A noção de "inteligência" deve estar presente durante todo o ciclo de vida do edifício, sendo particularmente importantes as fases de projecto e de concepção;

• Os aspectos estruturais e organizacionais do edifício têm um grande relevo, devendo prever-se formas simples e fáceis de reorganização do espaço;

• Um edifício inteligente é um edifício à “prova” de futuro, no sentido de que deverá poder adaptar-se a novos padrões de utilização e a novas necessidades;

• O conceito de edifício inteligente não se restringe a edifícios de escritórios, podendo (e devendo) ser aplicado a outros edifícios tais como: hospitais, edifícios educacionais, hotéis, espaços comerciais, campus universitários, etc;

• O grau de "inteligência" de um edifício não deve ser encarado como algo absoluto. A "inteligência" de um edifício está intimamente associada à forma como são satisfeitas as necessidades e os requisitos das organizações nele instaladas;

• No edifício inteligente a ênfase não se deve centrar apenas nos aspectos do controlo, da automação e da supervisão. A era informática em que vivemos necessita que o edifício dê também um suporte adequado aos sistemas informáticos e às comunicações;

• Um edifício inteligente deve oferecer locais de trabalho que motive as pessoas e que as apoie fortemente nas suas tarefas criativas ou administrativas;

• Os vários sistemas presentes num edifício inteligente (associados à automação, às comunicações e ao processamento de informação) devem poder interactuar e cooperar entre si, possibilitando novos graus de gestão e supervisão, e um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis no edifício.



De uma forma geral, e para sintetizar as diversas noções apresentadas, pode-se afirmar que um edifício inteligente é aquele que foi concebido e construído de forma a oferecer uma grande flexibilidade de utilização, dispondo da capacidade de evoluir, de se adaptar às necessidades das organizações e de oferecer, em cada momento, o suporte mais adequado à sua actividade. Por outro lado, deve possuir sistemas de automação, de computação e de comunicações que possibilitem, de um modo integrado e coerente, gerir de forma eficaz os recursos disponíveis no edifício, potenciando aumentos de produtividade, permitindo poupanças energéticas e oferecendo elevados graus de conforto e de segurança aos indivíduos que nele habitam/trabalham.

Figura 1. Edifício inteligente

3.3. Integração de Domínios

À medida que os edifícios se tornam mais caros e complexos, e à medida que aumenta o número e a sofisticação dos sistemas tecnológicos que neles se incorporam, torna-se cada vez mais crítico gerir de forma eficaz os edifícios e a sua tecnologia. Neste contexto, é fundamental a noção de integração. Ela está associada à capacidade de vários sistemas poderem comunicar entre si, trocarem informação e colaborarem para atingir objectivos comuns.

Considerando os principais domínios tecnológicos do edifício - automação, computação e comunicações - a noção de integração necessita ser aplicada no interior de cada domínio e entre domínios distintos. Dito de outro modo, a integração deve ser o mais abrangente possível. A solução ideal corresponde a uma sobreposição total dos vários domínios, situação em que, do ponto de vista dos utilizadores, não seria possível distinguir sistemas específicos isolados, nem funções particulares, independentes.

A noção de integração assume uma importância vital no contexto dos edifícios inteligentes. Isso deve-se ao importante conjunto de vantagens e potencialidades que permite oferecer, de que se destacam:

• Um melhor aproveitamento dos recursos existentes e uma maior eficácia na sua utilização;



• Novas funções, como valor acrescentado da interacção e cooperação entre sistemas/aplicações;

• A capacidade de correlacionar informação, de a processar e de optimizar decisões; • O acesso aos vários sistemas através de um mesmo ponto, o que se traduz numa

utilização mais simplificada, flexível e eficaz; • Soluções com uma melhor relação funcionalidade/custo.

Embora as vantagens da integração sejam indiscutíveis, existem alguns aspectos menos

positivos que importa focar:

• Em algumas situações poderá ocorrer subaproveitamento das características específicas de certos sistemas;

• Poderão surgir problemas operacionais relacionados com a interacção entre sistemas, podendo não ser trivial identificar a sua origem e quais as medidas a tomar;

Figura 2a.

Figura 2b.

Figura 2c.

Na Figura 2a é possível observar a estrutura típica de um edifício comum, sem

integração de domínios. Na Figura 2b e 2c por outro lado vemos a estrutura típica de um edifício inteligente, com integração parcial e total respectivamente.

3.4. Áreas e Temas Associados aos Edifícios Inteligentes

As áreas e temas associados aos edifícios inteligentes são muitas e muito diversificadas.

Isso deve-se em parte ao grande número de disciplinas envolvidas e às suas inter-relações. De seguida apresentam-se os principais domínios, que pela sua divulgação actual e

nítida associação ao conceito de edifício inteligente, merecem uma referência sucinta, ajudando a perspectivar a área e a identificar desenvolvimentos futuros.

3.4.1. A Domótica Como foi referido anteriormente, o conceito de Edifício Inteligente apareceu na década

de 80 associado sobretudo ao sector dos serviços. A principal motivação era a de realizar economias na gestão da energia e de fornecer novas facilidades aos seus utilizadores, principalmente nas áreas do conforto, da segurança e das comunicações.

Cedo se constatou que havia lugar para a aplicação dessas mesmas ideias à habitação. Isso ocorreu com particular relevância em países como os EUA, o Japão e a França. Em



Portugal, o conceito passou a ser designado por Domótica sob influência do termo francês Domotique. Em termos da língua inglesa, designações comuns são Smart House e Intelligent House, sendo esta última a mais usada nos nossos dias.

Como é óbvio, os conceitos não se aplicam apenas às habitações individuais, estendendo-se naturalmente aos condomínios residenciais e condomínios mistos (habitações e escritórios).

Do que foi dito, ressalta que existem grandes semelhanças entre domótica e edifícios inteligentes. Isso ocorre principalmente ao nível dos objectivos globais e de um grande número de funções e facilidades oferecidas.

No entanto, existem também diferenças importantes, de que se destacam:

• Na habitação, a ênfase está no utilizador individual e no seu conforto (entre outros aspectos, isso introduz algumas imposições e especificidades ao nível da interacção com o(s) sistema(s) e respectivas formas de operação, sendo conveniente recordar que na habitação o gestor do sistema é o próprio utilizador);

• Menor custo da solução domótica, de modo a minimizar o investimento inicial (se num edifício do sector terciário pode ser aceitável um acréscimo de custo da ordem dos 10% para o tornar "inteligente", na habitação o limiar de aceitação ronda os 4%);

• Na habitação as funcionalidades são mais simples e com um âmbito mais restrito e/ou específico (por exemplo, em termos de iluminação poderá fazer sentido prever diversos cenários de utilização - repouso, leitura, ver televisão - a que corresponderão determinados valores pré-fixados, enquanto questões tais como programações horárias sofisticadas associadas a horários de trabalho, etc, podem não fazer qualquer sentido; dando outro exemplo, em termos da gestão energética poderão incluir-se funções de monitorização e programação horária simples do acto de ligar/desligar cargas, enquanto que aspectos sofisticados de controlo de ponta, prioridades no deslastre de cargas, etc, não são necessárias);

• Na habitação existe a necessidade/conveniência de algumas funções que não fazem grande sentido num edifício do sector dos serviços e vice-versa (na habitação, um aspecto muito importante corresponde à ocupação de tempos livres e entretenimento, não existindo essas necessidades, em geral, num edifício de escritórios; pelo contrário, num edifício de escritórios deve existir um sistema que controle o acesso aos espaços interiores, o que não tem sentido prático numa habitação).

Uma habitação genérica, associado à área da domótica, poderá incluir funcionalidades

diversas tais como:

• Segurança (detecção de intrusão); • Protecção (detecção de incêndio, fugas de gás, fugas de água, etc); • Monitorização de consumos e gestão da energia; • Controlo e leitura de contadores; • Lazer; • Automatização doméstica; • Comunicações;



• Acesso a bases de dados públicas.

De referir, que no âmbito do trabalho em que este projecto se insere, o tema da domótica será ainda explorado de uma forma mais significativa e aprofundada. Esta pequena introdução ao tema, surgiu no intuito de localizar este domínio no contexto dos Edifícios Inteligentes, e pensamos que não faria sentido deixar de falar sumariamente deste tema associado aos Edifícios Inteligentes, uma vez que estão fortemente correlacionados.

3.4.2. A Domótica e a Eficiência Energética

A Domótica é um sistema de automação que permite a gestão inteligente de toda a casa:

iluminação, climatização, uso de electrodomésticos, abertura de janelas e mais uma infinidade de funções.

A forma mais usual da domótica é a automação da iluminação e controlo de janelas e cortinas, porém com o avanço da tecnologia, o seu alcance está cada dia maior.

Uma das grandes vantagens da domótica é a gestão energética do ambiente através da economia de recursos. No caso da climatização por exemplo, pode-se programar o aquecimento ou o arrefecimento do ambiente nos horários em que a tarifa eléctrica é reduzida. A domótica pode racionalizar também o sistema eléctrico, desligando os aparelhos que não estejam em uso.

Além da diminuição do gasto energético com reflexo na redução da factura e preservação do meio ambiente, o sistema proporciona conforto ao usuário, organização eficaz na rotina diária, aumento da segurança no que diz respeito a acidentes como incêndios, roubos, controlo do estado de todos os elementos ligados a esta rede e o melhor de tudo: o sistema não é afectado pelo corte da rede eléctrica.

Um incentivo a este tipo de tecnologia, assenta na nova legislação relativa à eficiência energética dos edifícios em Portugal.

O Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE), promulgado pelo Decreto-Lei nº 78/2006, permite a Portugal posicionar-se entre os cinco primeiros países a transporem a Directiva nº 2002/91/CE de Desempenho Energético dos Edifícios. O Certificado a atribuir por edifício ou fracção autónoma residencial/serviços, pretende:

• Criar uma etiqueta de desempenho energético uniforme para os edifícios; • Enumerar medidas de melhoria de desempenho energético; • Potenciar economias de energia de 20% a 40% nos edifícios e consequentes reduções de

emissões de CO 2.

A etiqueta energética permitirá classificar as fracções residenciais ou de serviços, numa escala de eficiência que varia de A+ (alta eficiência energética) a G (baixa eficiência), e será similar à existente para outros equipamentos, o que permitirá uma fácil leitura por parte do consumidor.



Figura 3. Extracto do certificado de desempenho energético e da qualidade do ar interior

3.4.3. A Gestão Integrada de Edifícios

A complexidade de todos os aspectos relacionados com o assegurar um bom

funcionamento dos edifícios, deu origem ao aparecimento de uma nova categoria profissional: os Gestores de Edifícios.

A Gestão Integrada de Edifícios teve as suas origens na área da manutenção de edifícios. No entanto, à medida que os edifícios se foram tornando entidades mais sofisticadas e complexas, e em constante mutação, o número de tarefas e aspectos a ter em conta aumentaram muito significativamente, passando a manutenção a ser apenas um deles.

Reflectindo a implantação desta nova classe de trabalhadores, existem por todo o mundo inúmeras associações de carácter profissional que congregam os ditos Gestores de Edifícios ou quem, efectivamente, desempenha esse tipo de funções ou está de algum modo associado a elas (por exemplo em termos de investigação).

Convirá no entanto notar que em muitos países, de que Portugal é um exemplo, essa categoria profissional não está identificada nem possui associações que a representem. Por outro lado, não existem formas oficiais (nem outras) de adquirir conhecimentos e qualificações nesta área. Em contraste, na Inglaterra é hoje possível obter graus de licenciado, mestrado e até doutorado em Gestão de Edifícios, e é muito diversificada a oferta de cursos de curta duração sobre diversos temas específicos.

O gestor de edifícios tem a seu cargo um conjunto de actividades que dão suporte e potenciam a actividade produtiva das organizações de forma a estas usarem da melhor forma os recursos disponíveis e a possuírem a melhor produtividade e competitividade possíveis. As áreas de conhecimento envolvidas são a gestão, a administração, as ciências sociais, a arquitectura e várias vertentes de engenharia (mecânica, electrotécnica e informática).

De entre as funções que normalmente lhe competem citam-se as seguintes:

• Previsão financeira e orçamentação associada às instalações; • Planeamento da manutenção de longo e curto prazo; • Gestão e distribuição de espaço; • Planeamento das instalações e locais de trabalho e antevisão de novas necessidades; • Selecção de equipamento de escritório e mobiliário;



• Planeamento e gestão de mudanças; • Gestão de contratos (alugueres, arrendamentos, seguros, manutenção de equipamento,

subcontratação, etc); • Gestão de reclamações; • Gestão do parque imóvel da organização (incluindo os processos de venda, aquisição ou

construção de novos imóveis); • Gestão de projectos de construção; • Planeamento e gestão de operações de renovação; • Supervisão de serviços associados às instalações técnicas, à segurança, às

telecomunicações, à comunicação de dados, à gestão de cablagem, etc; • Supervisão de serviços administrativos gerais (serviços de alimentação, limpeza,

reprografia, transportes, etc); • Planeamento de acções, e sua coordenação em situações de emergência ou catástrofe; • Registo de toda a informação relevante para permitir a análise da gestão dos edifícios da

organização ao longo da sua evolução e comparação com outras organizações similares; • Controlo das aplicações de normas legislativas no âmbito do edifício (sinalização,

protecção contra fogo, qualidade do ar, regras para evitar acidentes no trabalho, aspectos ecológicos, políticas de reciclagem, etc);

• Coordenação de aspectos de educação e formação contínuas.

A concluir esta subsecção, cabe uma referência particular à evolução explosiva de produtos informáticos que visam apoiar o gestor de edifícios nas suas tarefas.

Após uma fase um pouco incipiente e frustrante em que os produtos disponíveis mais não eram que simples adaptações de sistemas genéricos de CAD (Computer Aided Design) e/ou de bases de dados, assiste-se hoje à disponibilização de produtos ditos de CAFM (Computer Aided Facility Management) ou CIFM (Computer Integrated Facility Management), muito completos e eficazes.

A título ilustrativo, existem hoje produtos em que facilmente se pode visualizar o aspecto exterior do edifício, seleccionar um piso, visualizar a sua planta, seleccionar uma dada área, saber qual a sua dimensão, quem a usa, que fichas de telecomunicações e de comunicação de dados dispõe, a que equipamentos estão ligadas, etc. São também possíveis funcionalidades tais como simular novas distribuições de espaço, novos cenários de arrumação do mobiliário e gerar listas de acções a realizar para se tornar efectiva a mudança ensaiada.

3.4.4. Os Edifícios Doentios

Nos anos 80, no seguimento dos estímulos originados pela crise petrolífera do meio da década de 70, foram cometidos diversos exageros sob a bandeira da poupança energética. Um dos aspectos marcantes foi o tentar aumentar, a todo o custo, a eficiência energética do edifício. Isso deu origem, em particular, a estruturas completamente fechadas (sem janelas que os utentes do edifício pudessem abrir).

Adicionalmente, na generalidade dos casos, foi tirada a liberdade às pessoas de poderem influenciar de algum modo o seu ambiente de trabalho, mais uma vez para maximizar as poupanças energéticas.



Estes aspectos foram por vezes também acompanhados de diversos erros de projecto ou projectos menos cuidados (volumes de ar de ventilação insuficientes, formas incorrectas de distribuição que provocavam correntes de ar, iluminação deficiente originando reflexos nos monitores dos computadores, maus isolamentos sonoros, etc) e de falhas na manutenção (ausência de limpeza dos ductos de ventilação e filtros, falhas na desinfecção das torres de arrefecimento, etc, que, nos casos mais graves, chegaram a originar surtos epidémicos mortais).

Em consequência dos exageros e falhas cometidas, surgiram os designados Edifícios Doentios, em que eram frequentes situações como as que se indicam de seguida:

• Descontentamento generalizado dos trabalhadores; • Situações de desconforto; • Queixas físicas frequentes tais como náuseas, alergias, dores de cabeça, fadiga

exagerada, etc; • Elevados níveis de absentismo;

3.4.5. Os Edifícios Ecológicos

Os edifícios inteligentes deveriam evitar todos os defeitos associados à síndrome dos edifícios doentios. No entanto, com o objectivo de dar uma clara importância a todos os aspectos da qualidade dos locais de trabalho, houve quem avançasse com a designação Edifício Ecológico.

Porém, o conceito pretende ir mais além, contemplando uma série de aspectos com uma clara orientação ambiental, de que se destacam:

• Locais de trabalho mais saudáveis, mais ergonómicos e com melhor qualidade; • O uso de mobiliário mais adequado às tarefas a desempenhar e sem substâncias

prejudiciais ao ambiente; • O tratamento de resíduos e detritos, com a correspondente reciclagem e reutilização; • Novas formas de climatização, com maior recurso a técnicas passivas; • Novas técnicas de iluminação, em que se procura aproveitar melhor a luz natural e usar

lâmpadas e armaduras de grande eficiência; • O uso de mecanismos de ventilação natural no sentido de poupar energia e ventilar

apenas à medida do necessário; • A optimização do uso da água (potável, sanitária, etc); • A minimização do impacto dos edifícios em termos da poluição ambiental que

provocam.

Como é claro, todos os aspectos focados cabem perfeitamente dentro do conceito de edifício inteligente e devem ser incorporados nele, não se justificando a adopção de uma nova designação.



4. Automação de Edifícios 4.1. Prelúdio

As tecnologias para a automação de edifícios e a sua expansão aos ambientes

domésticos têm proporcionado o desenvolvimento de soluções que possibilitam uma melhoria significativa na qualidade de vida da população. Neste contexto, a tecnologia EIB (European Installation Bus) tem vindo a situar-se como uma referência para o desenvolvimento de sistemas imóticos/domóticos. A sua utilização requer no entanto técnicos especializados, conhecedores dos produtos e das suas ferramentas, com particular destaque para o ETS (EIB Tool Software). Aliado ao seu elevado custo, este facto tem impedido uma maior penetração no mercado por parte do sistema EIB.

O resultado da convergência dos protocolos “Bus” EIB, EHS e Batibus foi designado por KNX, que se tornou na norma europeia para a gestão técnica de edifícios. KNX é o standard multi construtor europeu. Esta norma impõe a certificação de todos os produtos utilizados numa instalação, de modo a garantir a interoperabilidade entre todos, quaisquer que sejam os seus fabricantes.

O sistema KNX baseia-se maioritariamente no EIB e introduz, além do software de programação ETS (EIB Tool Software), um principio de configuração simplificado que não necessita da utilização de um PC. Esta secção do trabalho, pretenderá introduzir/reforçar os conceitos da domótica, as suas vantagens e áreas de aplicação, tendo como meta o estudo das potencialidades da tecnologia EIB no capítulo 4 do presente relatório, com vista a introduzir o caso de estudo analisado neste projecto.

Figura 4a. A solução convencional

Figura4b. A solução KNX

Como se pode observar pelas Figuras 4a e 4b, ao contrário do sistema convencional que

apresenta muitas linhas e pouca flexibilidade, o sistema inteligente KNX aborda muitas funções, cobrindo todas as necessidades com a máxima flexibilidade. 4.2. O que é a Domótica? Basicamente, tal como já foi referido atrás, a domótica consiste na automatização dos mais variados sistemas domésticos, isto é, permite que diversos dispositivos de uma habitação operem automaticamente, de forma a proporcionar uma melhor qualidade de vida aos utentes. Em função das instruções e necessidades dos utilizadores, a domótica abrange um conjunto de



tecnologias que garantem o controlo dos equipamentos ligados à comunicação, segurança, energia e automação. 4.3. Quais as suas Vantagens? A domótica proporciona soluções ao nível do conforto, segurança e economia, podendo substituir a parte humana na maior parte das actividades de rotina. Estas vantagens, são especificadas mais em detalhe de seguida. 4.3.1. Poupança de Energia e Recursos As casas inteligentes possibilitam uma gestão optimizada do consumo de energia: a climatização (aquecimento e ar condicionado) é apenas activada nos compartimentos e horários desejados, o funcionamento da caldeira é optimizado de forma a proporcionar poupança de combustível (gás ou gasóleo), a iluminação dos compartimentos é automaticamente desligada quando não for detectada qualquer presença, a abertura de estores pode ser efectuada automaticamente para evitar o consumo de luz artificial quando a iluminação fornecida pelo exterior é suficiente, o sistema de rega automática, ligado a uma pequena estação meteorológica, é informado da quantidade de precipitação sucedida desde a última activação, regando apenas o necessário, o que possibilita um consumo de água optimizado, os electrodomésticos podem ser controlados pelo sistema, de modo a serem desligados quando não são necessários, etc.

4.3.2. Conforto A domótica proporciona maior conforto através do controlo automático de sistema como a climatização, iluminação, sonorização, aromoterapia, etc. Podem-se criar ambientes realmente agradáveis sem esforço nem dificuldade, recorrendo a uma programação prévia, a um telecomando, a uma unidade central de processamento, ou mesmo recorrendo a activação por voz. 4.3.3. Segurança A segurança é outra das vantagens inerentes ao conceito de domótica, uma vez que este implica a protecção do lar e dos residentes, quer ao nível de assaltos e intrusões, quer ao nível de acidentes domésticos, como incêndios, inundações, fugas de gás ou similares, para o que poderão ser instalados detectores, circuitos fechados de televisão (CCTV), sirene de alarme, apelo telefónico dos serviços de segurança, procedimentos de emergência, corte com electroválvulas, etc. 4.3.4. Comunicação Uma casa inteligente pode permitir o controlo à distância dos sistemas automatizados, por telefone ou internet, possibilitando o accionamento ou desactivação do aquecimento, iluminação, alarme, sistemas de áudio e vídeo. Para além disso, o proprietário poderá ser



contactado pelo sistema, quando houver algum problema de segurança ou qualquer outro tipo de emergência. 4.4. Áreas de Aplicação A domótica apresenta inúmeras áreas de aplicação, tais como o controlo de temperatura, segurança e protecção do lar, controlo da iluminação, sonorização ambiente, controlo de estores etc. Em seguida, são especificadas estas áreas e os modos possíveis de actuação do sistema para cada uma das situações. 4.4.1. Controlo da Temperatura

• Monitorização constante da temperatura ambiente; • Programação horária e por compartimento das temperaturas desejadas; • Desactivação de radiadores e ar condicionado em áreas não utilizadas; • Controlo na unidade central de processamento; • Controlo por telecomando.

4.4.2. Segurança e Protecção do Lar

• Activação do sistema de alarme na unidade central de processamento; • Activação do sistema de alarme por comando rádio ou remotamente (por telefone);

• Detecção da presença de intrusos total ou parcial (por compartimentos), através de sensores;

• Detecção de presença por câmaras de vigilância; • Simulação de presença, pela activação/desactivação de luzes; • Activação de um alarme sonoro; • Apelo aos proprietário, polícia e/ou vizinhança, por telefone.

4.4.3. Prevenção de Acidentes Domésticos

• Detecção de incêndio, por sensores de fumo ou calor; • Activação dependente do nível de luz ambiente; • Activação de aspersores em caso de detecção de incêndio; • Detecção de inundação, por sensores de água; • Corte do abastecimento de água em caso de detecção de inundação; • Detecção de fugas de gás, por sensores de gás natural, butano ou propano; • Corte do abastecimento de gás em caso de detecção de fuga de gás ou incêndio; • Apelo aos proprietários, serviços de segurança e/ou vizinhança, por telefone; • Activação de sirene opcional.



4.4.4. Controlo de Iluminação

• Activação/desactivação de luzes por detecção de presença/ausência; • Activação automática por sensor de luminosidade ou por sensor crepuscular; • Activação/desactivação por telecomando; • Controlo automático ou manual da intensidade da luz; • Criação de ambientes de cinema, convívio, refeição, etc.

4.4.5. Controlo dos Aparelhos Eléctricos

• Activação/desactivação local ou à distância; • Activação programada.

4.4.6. Sonorização Ambiente

• Difusão de som por toda a habitação, a partir de um sistema central; • Controlo por telecomando do nível de som; • Controlo por telecomando da música pretendida do CD; • Atendimento de telefone em mãos livres; • Atendimento de porteiro electrónico em qualquer compartimento.

4.4.7. Controlo de Estores, Cortinados e Portas Exteriores

• Controlo local ou à distância de estores, cortinados e portas exteriores; • Abertura automática de estores e/ou cortinados, por sensores de luminosidade,

temperatura, humidade, pressão, vento, etc. • Abertura programada de estores e/ou cortinados; • Abertura de portas exteriores por telecomando; • Abertura de portas em caso de emergência.



5. O Sistema EIB-KNX 5.1. Prelúdio O sistema EIB-KNX tem sido desenvolvido dentro do contexto da União Europeia, com

o fim de fazer frente às possíveis importações de produtos domóticos provenientes dos mercados Americano e Japonês, onde os sistemas têm sido desenvolvidos já há algum tempo, antecipando-se à Europa.

Este, realiza a transmissão de sinais por meio de um cabo Bus, o qual constitui o meio de comunicação para todos os elementos do sistema. Todos os elementos do sistema têm a possibilidade de trocar dados e informações através desta linha.

Como primeira consequência, realça-se a fácil e rápida instalação dos cabos e uma redução significativa da quantidade de cabos e condutores utilizados na instalação eléctrica. Desta forma reduz-se o risco de incêndio, assim como os custos da instalação.

O sistema EIB-KNX pelas suas diversas vantagens encontra a sua máxima utilidade em diversos edifícios, tais como: residências, escolas, hotéis, centros comerciais, etc. Este permite controlar todas as funções, quer de uma maneira centralizada ou descentralizada, possibilitando a realização de funções lógicas e condicionais.

Figura 5. Integração de domínios com o KNX

5.2. A Instalação Convencional e a Instalação EIB-KNX Ao pretender-se controlar o aquecimento, as janelas, a iluminação, realizar um sistema

de controlo por meio de sensores de luminosidade, colocar detectores de movimento, programadores horários, reguladores, botões de pressão e sensores de temperatura por meio do sistema convencional pode-se concluir que seria necessário um elevado número de cabos que ligam os elementos de controlo (regulador, termóstato, sensor de luz, detector de movimento, etc.) às cargas que se pretende controlar (lâmpadas, persianas, etc.). No sistema EIB basta ligar todos os elementos ao bus e a informação é transmitida por ele mesmo, dando lugar a uma redução da cablagem e a uma fácil instalação, como podemos observar na figura seguinte.



Figura 6. A instalação convencional e a instalação EIB-KNX

5.3. Características Gerais do Sistema EIB-KNX O EIB está projectado para proporcionar controlo técnico distribuído, bem como manutenção e monitorização de edifícios. Para tal, especifica uma transmissão série entre os dispositivos ligados no barramento de transmissão. Se esses dispositivos forem referenciados por um endereço, então têm a designação de participante.

Figura 7. Exemplo de troca de informação entre dispositivos EIB-KNX



Os dispositivos da tecnologia EIB são alimentados através do próprio meio de comunicação, que pode ser par entrançado ou a linha de alimentação 230V. Existem contudo outros dispositivos que requerem fontes de alimentação adicionais, como por exemplo dispositivos de rádio frequência e de infravermelhos.

Todo o sistema é usualmente implementado de forma descentralizada (Figura 8a), mas sem impedir a existência de aplicações centralizadas. A gestão descentralizada do sistema é conseguida fazendo com que os participantes, sensores ou receptores (todos com o seu próprio microprocessador), comuniquem entre si directamente, sem recurso a hierarquias ou a dispositivos de gestão da rede. Este tipo de gestão torna este sistema bastante flexível.

Figura 8a. Organização descentralizada do barramento de transmissão EIB-KNX

Os sensores são responsáveis pela detecção de mudanças e actividade no edifício, tais como as provenientes de um interruptor ou detector de movimento, temperatura ou humidade, etc. Os sensores transmitem telegramas aos actuadores, que executam os comandos apropriados. Com o mesmo meio físico e os mesmos participantes, podemos implementar o sistema de forma centralizada, usando por exemplo um computador pessoal colocado em qualquer parte do barramento (Figura 8b).

Figura 8b. Organização centralizada do barramento de transmissão EIB-KNX



5.4. Topologia da Rede

O protocolo EIB-KNX é actualmente suportado por um meio físico em par entrelaçado, a 28 V, podendo ser ligado a outros sistemas através de interfaces específicas.

A topologia física do EIB-KNX é arbitrária (isto é, linear, estrela, árvore, anel ou uma combinação destas) e consiste em secções de fio individuais, tão longos quanto o permitido pelos requisitos eléctricos (resistência e capacidade), designados por segmentos eléctricos. Cada um destes segmentos, designado por linha, constituí o barramento de transmissão mínimo que cada instalação pode ter. Em cada linha encontra-se uma fonte de alimentação de 28 V e 320 mA (ou 640 mA). Fisicamente ligados a estas linhas, alimentam-se dispositivos que podem, ou não, ter endereço.

Figura 9. Configurações possíveis do barramento de transmissões EIB

Dentro de cada segmento eléctrico, são permitidos os seguintes comprimentos:

• Distância máxima entre fonte de alimentação e um dispositivo: 350 metros; • Distância máxima entre dois dispositivos: 700 metros; • Comprimento máximo do cabo: 1000 metros; • Distância mínima entre duas fontes na mesma linha: 200 metros.

O sistema EIB-KNX é um sistema distribuído ponto a ponto (cada dispositivo comunica

directamente com os restantes, o que se traduz por uma resposta mais rápida), que pode conter até 65536 dispositivos.

A topologia lógica, tal como é indicada na Figura 10, permite 256 dispositivos em cada linha. Um conjunto de 15 linhas mais uma linha principal (mainline) constitui uma área. Com os acopladores de área podem-se unir até 15 áreas, obtendo-se desta forma o sistema completo. Assim, através destes acopladores (de linha e área) os dispositivos EIB de diferentes áreas têm possibilidade de trocar mensagens.



Figura 10. Topologia geral do sistema EIB-KNX

O modo de instalação das linhas, áreas ou linha principal será sempre efectuado da mesma forma. Necessita de uma fonte de alimentação para alimentar a linha correspondente (linha do dispositivo, linha principal ou linha de área), um filtro e um conector que transporta a alimentação do bus da barra de dados para o cabo Bus. Quando existir mais de uma linha ou área colocam-se respectivamente os acopladores de linha e os acopladores de área. Por fim, coloca-se em cada uma das linhas os sensores e actuadores até chegar aos 64 dispositivos. 5.5. Meio de Transmissão

O meio de transmissão é o suporte físico onde circula a informação trocada pelos

diferentes elementos de controlo dum sistema de arquitectura distribuída. Em Dezembro de 2003, o protocolo KNX assim como os meios de transmissão TP (par

de fios torcido) e PL (Linha de potência) foram aprovados pelos comités nacionais Europeus e rectificados pela CENELEC como standard Europeu, EN 50090. A solução KNX RF (Rádio Frequência) foi aprovada em Maio de 2006.

De seguida serão focados alguns destes meios de transmissão.

5.5.1. Instabus EIB

O Instabus EIB é um bus de dados descentralizado, produzido inicialmente pela Siemens, que permite a comunicação directa entre todos os participantes, dirigindo todas as funções através de uma única linha de bus, isto é, sem necessidade de recorrer a qualquer unidade central. É ele também que possibilita a alimentação dos mesmos participantes.

Servindo-se apenas de dois fios, o Instabus EIB permite ainda interligar todos os componentes da instalação.

Os participantes do bus são todos os componentes Instabus EIB dotados de acoplador de bus (componente inteligente de cada participante), equipados com um microprocessador.



Alguns desses participantes são descritos de seguida: • Botões de pressão (para efectuar o comando manual) – a sua função é gerar telegramas

(ver Figura 7) na linha de Bus que farão agirem os actuadores. Podem possuir 1, 2 ou 4 canais. Cada botão é parametrizável por canal, podendo os diversos canais de cada botão ter parametrizações diferentes. Estes botões poderão ser parametrizados para memorizar cenários (cada um destes pode agrupar num comando simultâneo até 8 grupos independentes de actuadores: iluminação, persianas, aquecimento, etc), sendo permitido o comando de um cenário por canal;

• Detectores de movimento – reagem à radiação infra-vermelha, criando telegramas. As ordens de comando dos detectores actuam sobre a iluminação, persianas, etc, consoante a parametrização prévia, ao nível do acoplador de bus;

• Sensores interiores/exteriores – todos os sensores digitais são integrados no sistema através de entradas binárias que transformam os sinais eléctricos destes em telegramas para a linha de bus;

• Comandos de infravermelhos – consistem em três componentes: emissor, receptor e descodificador de infravermelhos (descodifica e transforma o sinal eléctrico em telegramas para a linha de bus);

• Saídas binárias – são contactos livres de tensão, com um acoplador de bus integrado (EEPROM parametrizável), que operam consoante as informações enviadas através da linha de bus, actuando directamente sobre os circuitos de potência;

• Entradas binárias – são participantes de bus de forma modular, com acoplador de bus integrado, que permitem receber informações digitais, de sensores e outra aparelhagem, transformando-as em telegramas na linha de bus que, por sua vez, farão actuar as saídas binárias;

• Sistema de montagem rápida (SMS) – sistema constituído por aparelhagem modular e em forma de balastro e por unidades lógicas parametrizáveis de montagem em tecto falso. Este sistema está dotado de cabos e fichas pré-fabricadas, reduzindo substancialmente o tempo e custos de montagem.

5.5.2. Rádio Frequência

A introdução, pela KNX, de produtos RF a 868 MHz e de um princípio de configuração simplificado, permite desenvolver uma nova gama de produtos Bus (ligados ao cabo Bus) que são complementados por produtos rádio KNX. Os produtos rádio são instalados fora do quadro eléctrico. Estes são instalados directamente nos locais dos pontos de comando e nas proximidades dos receptores eléctricos, diminuindo assim a cablagem e o tempo de colocação em serviço. São particularmente adaptados para obras de renovação ou outras transformações de instalações.

A Hager apresenta esta nova aplicação segundo o nome Tébis RF. Este, é um sistema rádio bidireccional baseado no standard europeu EIB-KNX. É também proposto um configurador: o TX 100.

O sistema rádio apresenta inúmeras vantagens, destacando-se:

• Segurança: Uma frequência dedicada exclusivamente a aplicações domóticas;



• Flexível: Utilizável em todos os tipos de edifícios, reduzindo a cablagem e os trabalhos necessários;

• Extensível: Funciona de modo autónomo ou integrado num sistema Bus EIB-KNX; • Performances: Comandos individuais, de grupo, gerais ou outras funções de cenários,

parametrizáveis.

Este sistema apresenta um conjunto de módulos específicos, que são referidos de seguida:

• Acoplador de media: Permite a transmissão das mensagens entre os produtos rádio, e

vice-versa. O alcance (100 m em campo aberto e – 30 m em interiores) pode ser aumentado através da colocação de repetidores;

Figura 11. Acoplador de media

• Emissores: São telecomandos, botões de pressão rádio de aparafusar ou colar a uma

superfície ou ainda módulos de 2 ou 4 entradas de encastrar. Alimentados por pilha ou a 230 V, podem ser usados para a ligação de botões de pressão tradicionais, de modo a integrá-los no sistema EIB-KNX;

Figura 12. Emissor

• Saídas rádio: Compreendem tomadas comandadas rádio, que permitem transformar uma

tomada tradicional numa tomada comandada em On/Off ou mesmo em variação, e comando de iluminação ou estores. Alimentados a 230 V, estes produtos podem ser instalados em caixas de derivação ou de estores;



Figura 13. Saída rádio

• Produtos de entradas/saídas: São emissores/receptores que são capazes de gerir entradas

e saídas.

Figura 14. Módulo de entrada rádio

O aparelho para configuração rádio TX 100 da Hager, é a ferramenta utilizada para a

programação dos produtos do sistema, quer sejam produtos de ligação ao Bus, produtos unicamente rádio ou híbridos.

O TX 100 permite comunicar directamente com todos os produtos RF ou de ligação ao Bus, através de um acoplador e tem a capacidade de guardar as informações do projecto num cartão de memória.

Figura 15. Configurador TX 100 da Hager

5.6. Equipamento do Sistema EIB-KNX

5.6.1. Cabo de Bus O cabo de Bus é constituído por um par trançado de 0,8 mm de diâmetro, com duplo isolamento (um isolamento plástico e um isolamento metálico).



Figura 16. Cabo de Bus

A característica principal deste cabo é possuir uma tensão de isolamento muito elevada (2,5 kV) o que possibilita a instalação do cabo de Bus junto à rede eléctrica de 230 V. Deve existir uma distância adequada entre o Bus e o sistema de protecção contra descargas atmosféricas e todos os cabos de Bus devem estar identificados por uma etiqueta EIB-KNX ou Bus. 5.6.2. Barra de Dados para Calha DIN A barra de dados para calha DIN é utilizada para ligar os dispositivos EIB-KNX de calha DIN, como por exemplo, a fonte de alimentação, o acoplador de linha, o acoplador de área, etc. ao Bus. A barra de dados para calha DIN é colocada na calha por meio de uma fita adesiva. Uma vez colocados os dispositivos na calha DIN, a ligação ao Bus é assegurada por meio da pressão dos contactos existentes nestes dispositivos.

Figura 17. Barra de dados para calha DIN

Com o intuito de proteger as partes livres da barra de dados do Bus para calha DIN, esta calha deve ser coberta por uma tampa, de modo a evitar a sujidade ou contactos acidentais. Para se adaptar aos quadros eléctricos standard, a barra de dados é fabricada em 3 tamanhos:

• 214 mm – 12 módulos; • 243 mm – 14 módulos; • 277 mm – 16 módulos.



5.6.3. Fonte de Alimentação Tal como se comentou anteriormente, cada linha tem a sua própria fonte de alimentação para os seus dispositivos.

Figura 18. Fonte de alimentação

Com o fim de prevenir o Bus das descargas estáticas, a fonte de alimentação está equipada de modo a garantir um alto poder de isolamento entre a parte do Bus e a parte da rede eléctrica de 230 V. A fonte de alimentação tem reguladores de tensão, de corrente e fusível de forma a proteger-se dos curto-circuitos. A fonte de alimentação deve ser ligada à terra através de um cabo verde/amarelo. A fonte de alimentação protege os possíveis “microcortes” da rede que não excedem os 100 ms, evitando assim a reinicialização de todo o sistema. Os LEDs no dispositivo indicam o modo de funcionamento da rede eléctrica:

• Verde – A fonte de alimentação está ligada aos 230 V; • Vermelho – A fonte de alimentação está em sobrecarga, devido a um curto-circuito

entre os cabos Bus; • Amarelo – Uma tensão exterior superior a 30 V foi aplicada ao Bus.

5.6.4. Filtro

O filtro encontra-se incorporado na fonte de alimentação, mas também pode ser utilizado independentemente quando se utiliza uma fonte de alimentação par ligar uma linha principal, Desta forma, este dispositivo só está disponível para calha DIN. As funções que este dispositivo realiza são:

• Separa o Bus da fonte de alimentação; • Desacopla os telegramas e decide a informação trocada entre os dispositivos situados

em cada lado da fonte de alimentação; • Inclui um botão de Reset para a desactivação da linha de Bus. Esta função é indicada

através de um LED.



5.6.5. Ligador

Este tipo de aparelho permite fazer a interligação entre a barra de dados para a calha DIN ao cabo de Bus, além disso também permite fazer a ligação entre as diferentes barras de dados existentes na mesma calha de distribuição. Este dispositivo é constituído por contactos integrados para calha DIN e contactos para o cabo de Bus.

5.6.6. Acoplador

Os acopladores são dispositivos para serem instalados em calha DIN permitindo efectuar a ligação entre as diferentes linhas e áreas.

Figura 19. Acoplador

A linha principal é ligada aos bornes frontais, ao contrário da linha secundária que é ligada através da barra de dados.

As principais funções do acoplador são:

• Acoplamento entre linhas; • Separação galvânica entre a linha principal e a linha secundária; • Amplificação do sinal, tanto o que vem da linha secundária como aquele que é enviado

para a linha principal e vice-versa; • Contém uma tabela de filtro que impede a passagem de telegramas que não devem ser

enviados a outras linhas ou áreas, desta forma, evita um excessivo número de mensagens no Bus.

O acoplador pode funcionar como acoplador de área (liga uma área com uma linha

principal), como acoplador de linha (liga uma linha principal com uma linha secundária) e ainda como amplificador (amplifica até um máximo de 64 dispositivos e até 1000 m de comprimento). 5.6.7. Acoplador de Bus O acoplador de Bus é a parte “inteligente” dos dispositivos EIB-KNX e tem como função receber e transmitir telegramas, sendo constituído por:

• Um módulo de transmissão; • Um controlador de ligação ao Bus.



Figura 20. Acoplador de Bus

Este mecanismo recebe telegramas da instalação, descodifica e envia a informação à

unidade de aplicação (sensor ou actuador). Quando a unidade de aplicação envia uma informação ao Bus, o acoplador de bus

recebe esta informação por meio de um interface físico externo. O acoplador de Bus comunica ciclicamente com o conector dos sensores, com a

finalidade de localizar alterações dos sinais. Se algo ocorre processa-se e transmite-se um telegrama à instalação bus.

Depois de ter recebido um telegrama, o acoplador de Bus envia um aviso de recepção correcta ao dispositivo emissor.

5.6.8. Dispositivos do Sistema EIB-KNX

Os dispositivos do sistema EIB-KNX dividem-se em sensores e actuadores.

5.6.8.1. Os Sensores Os sensores são os elementos do sistema que têm como missão receber trocas de estado

e transmitir a informação com uma estrutura de telegrama aos actuadores. Como exemplo de sensores podem-se enunciar os seguintes:

• Sensores de luminosidade; Permitem uma poupança de energia, na medida em que, para o comando da iluminação

o aparelho permite explorar ao máximo a iluminação natural, ligando os circuitos apenas quando a luminosidade natural é insuficiente.

Figura 21. Sensor de luminosidade



• Detectores de presença;

Previstos para o comando automático de circuitos de iluminação, sistemas de aquecimento

ou ventilação, em função da presença de pessoas e da luminosidade.

Figura 22. Detector de presença

• Detectores de velocidade do vento;

Protege os estores e persianas em caso de ventos fortes, provocando um comando de subida forçada. Este aparelho é geralmente composto por um anemómetro e uma unidade electrónica.

Figura 23. Detector de velocidade do vento

• Sensores de inundação;

O sensor, montado juntamente com o acoplador de Bus, permite o envio no Bus de uma

sinalização de alerta no caso de detecção de água através da sonda.

Figura 24. Sensor de inundação



• Detectores de fumo; Em caso de início de incêndio, a presença do fumo no ar é detectada e o valor, em termos

percentuais, correspondente à densidade de fumo (0,6% a 10%) é medido e enviado no Bus. Por outro lado, caso a temperatura ultrapasse um nível previamente definido, o sensor

óptico envia, prévia e ciclicamente, uma mensagem de alerta, que pode ser visualizada num PC, ou enviada através de um terminal de saída binária, para um avisador acústico ou luminoso.

Figura 25. Detector de fumo

• Sensores de temperatura;

Os sensores de temperatura possibilitam a regulação automática do aquecimento/ar condicionado, por outro lado podem funcionar em cooperação com o sistema de detecção de incêndio, enviando mensagens de alerta através do Bus.

Figura 26. Sensor de temperatura

5.6.8.2. Os Actuadores

Os actuadores recebem os telegramas dos sensores e converte-os em acções

determinadas, por exemplo subir uma persiana, regular o nível de luminosidade, etc. Como exemplo de actuadores podemos mencionar os seguintes:

• Actuadores de persianas; O actuador de persianas é um aparelho que permite a subida/descida (através dos seus

contactos em potencial) de estores e ainda a abertura/fecho gradual das respectivas persianas.



Figura27. Actuador de estores

• Actuador de iluminação;

Os actuadores de iluminação permitem comandar circuitos de iluminação através de

comandos On/Off. Permitem também comandar tomadas e equipamentos eléctricos diversos comandados por um contacto.

Figura 28. Actuador de iluminação

5.7. Programa ETS

O programa ETS (EIB Tool Software) foi desenvolvido para fazer frente às necessidades da Engenharia dos edifícios.

Este, permite planificar, projectar, colocar em serviço e testar um sistema baseado no EIB. Para este fim, o ETS dispõe de diversos módulos:

• Módulo de planificação e projecto; • Colocação em serviço e teste; • Gestão de projectos; • Gestão de produtos; • Ferramenta de conversão de anteriores versões.

O programa foi dimensionado especialmente para arquitectos, engenheiros e instaladores. A

comercialização deste programa é feita através da Associação EIBA. O ETS permite realizar o registo de todos os dados relativos ao projecto, criar o desenho da

instalação, incluindo todos os dispositivos que são necessários. Finalmente, este programa permite também colocar toda a instalação em funcionamento.



Figura 29. Sistema ETS



6. Projecto Desenvolvido 6.1. Prelúdio O projecto desenvolvido pretendia, não só aprofundar conhecimentos na área da domótica e gestão integrada de edifícios, mas também aplicar esses conhecimentos adquiridos na concepção de um projecto de instalações eléctricas. Para além disso, pretendia-se fazer uma análise económica do mesmo, na sua vertente tradicional quando comparado com a introdução do sistema domótico ao edifício. Apesar de se esperar um incremento óbvio do valor do projecto com a aplicação da domótica, interessa também analisar os benefícios que a mesma oferece ao nível de conforto, segurança, poupança de energia, entre outros. O projecto a desenvolver foi um edifício destinado a uma creche e infantário, pertencente à Associação Santa Maria, e situado na Rua Guerra Junqueiro, nº 597, 4150-389 Massarelos, Porto. A escolha deste edifício para o projecto a desenvolver foi baseada nas suas características especiais, pois um infantário e creche permite a aplicação de um infindável número de situações/cenários que se ajustam perfeitamente à domótica em geral e ao sistema EIB-KNX em particular. Neste capítulo será exposto o trabalho desenvolvido na elaboração do projecto, iniciado pela concepção da instalação eléctrica sem auxílio de sistemas domóticos, e comparando-a em termos económicos e sociais mais tarde com a instalação eléctrica inteligente. Será dado algum ênfase ao projecto da instalação com base no sistema domótico, uma vez que a área do trabalho aí se insere.

Figura 30. Creche e infantário



6.2. Concepção Eléctrica Tradicional O projecto desenvolvido foi iniciado com a realização da concepção eléctrica sem auxílio aos sistemas domóticos. Para tal foram realizadas as peças desenhadas relativas à iluminação do edifício, à instalação de tomadas e equipamentos, à instalação de letreiros de saída e sistema de segurança e ainda o sistema de infra-estruturas de telecomunicações do edifício (ITED). As peças desenhadas podem ser consultadas na secção de anexos do presente relatório, ou em formato digital no CD entregue junto com o mesmo. Depois de finalizado, foi realizado uma estimativa orçamental do projecto, com base em catálogos de fornecedores existentes na empresa onde decorreu o estágio curricular. O custo avaliado da instalação eléctrica situou-se nos 30.805,72 €. A estimativa orçamental pode ser vista no CD entregue junto com o presente relatório, ou na página da internet referente ao projecto (www.fe.up.pt/~ee01208 ou www.fe.up.pt/~ee02154). 6.3. Concepção Eléctrica Inteligente O projecto realizado centrou-se na concepção eléctrica recorrendo à aplicação de sistemas domóticos, que permitissem um maior conforto para os utilizadores e ao mesmo tempo possibilitasse uma eficiência energética maior por parte do edifício. Mas uma aspecto importante a salientar, é o de que se procurou ao máximo realizar os mesmos objectivos que na instalação tradicional, de forma a ser coerente uma análise económica entre ambos, não descurando também novas áreas de aplicação que os sistemas domóticos permitem com muito maior facilidade, como a criação de cenários, e comandos de grupo. De seguida serão apresentados os diversos passos adoptados na concepção deste edifício com recurso ao sistema EIB-KNX. 6.3.1. Descrição da Instalação

O estabelecimento em causa é classificado segundo o ponto 801 das Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão (R.T.I.E.B.T.) como sendo um Estabelecimento Recebendo Público de 4ª categoria.

O edifício em questão é composto por 4 pisos, incluindo a cave, e ainda por um anexo. Os diversos pisos e a sua constituição podem ser vistos na tabela abaixo:

Piso Compartimento Cave Arrecadação

Rés do chão

Sala de actividades 0.1 Sala de actividades 0.2 Sala de actividades 0.3

Refeitório Copa de apoio

Hall 0.1 Arrumos 0.1

I. Sanitárias 0.1 I. Sanitárias 0.2



Sala polivalente I. Sanitárias 0.3 I. Sanitárias 0.4 I. Sanitárias 0.5

Corredor 0.1 Corredor 0.2

Anexo Sala de actividades a.1 Sala de actividades a.2 Sala de actividades a.3

Piso 1

Sala de actividades 1.1 Sala de actividades 1.2 Sala de actividades 1.3 Sala de actividades 1.4 Gabinete de professores

Hall 1.1 I. Sanitárias 1.1

Berçário Corredor 1.1

Piso 2

Sala de actividades 2.1 Sala de actividades 2.2 Sala de actividades 2.3 Sala de actividades 2.4 Sala de actividades 2.5 Sala de actividades 2.6 Sala de actividades 2.7

Arrecadação de material didáctico I. Sanitárias 2.1 I. Sanitárias 2.2

Corredor 2.1 Tabela 1. Constituição dos pisos da creche e infantário

6.3.2. Classificação dos Locais

No projecto e na execução de uma instalação devem ser consideradas a codificação e a classificação das influências externas indicadas nas secções 320.2 a 323.2 do R.T.I.E.B.T. Para os diversos compartimentos do projecto em causa vêm:

Local

Ambiente

Código

Arrecadação

Sala de actividades

Refeitório

Copa de apoio

Hall

Arrum

os

I. Sanitárias

Sala polivalente

Corredor

Gabinete de

professores

Berçário

temperatura ambiente AA 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Condiçoes climáticas AB 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

Altitude AC 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1



Presença da água AD 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Presença de corpos sólidos

estranhos AE 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Presença de substâncias corrosivas ou poluentes

AF 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Impactos AG 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Vibrações AH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Outras acções mecânicas AJ --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- Presença de flora ou de

bolores AK 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Presença de fauna AL 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Influências

electromagnéticas, electrostáticas ou ionizantes

AM 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Radiações solares AN 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Efeitos sísmicos AP 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2

Descargas atmosféricas, nível cerâunico (N)

AQ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Movimentos do ar AR 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Vento AS 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabela 2a. Classificação dos locais quanto ao ambiente

Local

Utilizações

Código

Arrecadação

Sala de actividades

Refeitório

Copa de apoio

Hall

Arrum

os

I. Sanitárias

Sala polivalente

Corredor

Gabinete de

professores

Berçário

Competência das pessoas BA 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Resistência eléctrica do corpo

humano BB 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Contactos das pessoas com o potencial da terra

BC 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Evacuação das pessoas em caso de emergência

BD 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Natureza dos produtos tratados ou armazenados

BE 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabela 2b. Classificação dos locais quanto às utilizações Local

Construção dos edifícios

Código

Arrecadação

Sala de actividades

Refeitório

Copa de apoio

Hall

Arrum

os

I. Sanitárias

Sala polivalente

Corredor

Gabinete de

professores

Berçário

Materiais de construção CA 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Estrutura dos edifícios CB 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabela 2c. Classificação dos locais quanto à sua construção



Local

Arrecadação

Sala de actividades

Refeitório

Copa de apoio

Hall

Arrum

os

I. Sanitárias

Sala polivalente

Corredor

Gabinete de

professores

Berçário

Classificação IP X0 X0 X0 X0 X0 X0 X0 X0 X0 X0 X0 IK 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04

Tabela 2d. Classificação IP e IK dos diversos tipos de locais da instalação

6.3.3. Esquema de Distribuição de Energia Eléctrica

A alimentação de energia será realizada a partir da rede de baixa tensão da EDP Distribuição – Energia, S.A. – AR. Grande Porto e será realizada a 400/230 V, 50 Hz, sendo a potência a contratar de 41,4 KVA.

A partir do Quadro Geral (Q.G.) serão alimentados os seguintes quadros parciais:

• Q.R/CHÃO; • Q.2º PISO; • Q.CAVE.

A partir do Q.R/CHÃO serão alimentados os quadros parciais:

• Q. ANEXO; • Q.LAV.

Para uma melhor interpretação da distribuição de energia eléctrica do edifício é

apresentado na figura seguinte o mesmo.

Figura 31. Diagrama da alimentação e distribuição de energia



Os quadros parciais destinam-se a proteger e comandar todos os circuitos terminais da zona que lhes é adscrita, permitindo uma gestão racional da instalação e colocando as protecções próximas dos pontos terminais de utilização.

Os quadros serão em PVC, localizados nos locais indicados nos desenhos. Os alimentadores dos quadros eléctricos foram calculados e dimensionados de acordo

com a carga a alimentar. Pode ser visto na tabela seguinte o dimensionamento dos alimentadores.

DO

QU

AD

RO

PAR

A O

QU

AD

RO

P Is

Protecção

L S

CA

NA

LIZ

AÇ

ÃO

Iz

1,45*Iz

Inf ∆u ∆u

total

VA A

Tipo

Calibre

m mm² A (%) (%)

EX

TE

RIO

R

Q. G. 40673,9 58,71 D 100 11 10 H1VV-U5G10

65 94,25 113 0,51 0,51

Q.G

.

Q. CAVE 626,4 0,90 D 40 11 6 H1VV-U5G6

48 69,6 45 0,01 0,52

Q. R/CHÃO

17606,4 25,41 D 63 6 6 H1VV-U5G6

48 69,6 71 0,20 0,70

Q. 2ºPISO 2842,8 4,10 D 63 6 6 H1VV-U5G6

48 69,6 71 0,03 0,54

Q.R

/CH

ÃO

Q. LAV. 3372 4,87 D 40 6 6 H1VV-U5G6

48 69,6 45 0,04 0,24

Q. ANEXO

1840 2,66 D 40 23 6 H1VV-U5G6

48 69,6 45 0,08 0,28

Tabela 3. Dimensionamento dos alimentadores

A portinhola, e contador serão instalados num nicho próprio criado pela Arquitectura para esse fim. Será montado uma canalização do tipo VD 75 – H1VV-R3x25+2G16 que ligará ao quadro geral da instalação (Q.G.), sendo este quadro instalado noutro armário destinado a esse fim.

Para instalação do ramal será montado um tubo PET Ø 4" de diâmetro desde a guia do passeio até ao ponto de entrega de energia que será localizado, junto à entrada, no local descrito anteriormente. Na figura seguinte pode ser observado, a título de exemplo, o quadro eléctrico da lavandaria (Q.LAV.) segundo a concepção eléctrica convencional (Figura 32a) e com a aplicação do sistema EIB-KNX (Figura 32b).


Figura 32a. Quadro eléctrico de Entrada (Q.E.) no projecto eléctrico convencional



Figura 32b. Quadro eléctrico de Entrada (Q.E.) no projecto eléctrico inteligente


De referir, que o quadro eléctrico utilizando sistemas domóticos se mostra mais dispendioso do que o da instalação convencional. Tal deve-se ao facto de este possuir módulos específicos associados ao EIB-KNX para o controlo de iluminação, estores, aquecimento, etc. Este facto será explorado mais à frente, na secção destinada à análise económica.

6.3.4. Instalação de Iluminação

De acordo com a norma 801.2.1.5 das R.T.I.E.B.T., e tratando-se este de um estabelecimento recebendo público que funciona em períodos em que a iluminação natural pode ser insuficiente, o mesmo deve ser dotado de iluminação artificial eléctrica constituída por:

• Iluminação normal (iluminação utilizada na exploração normal do edifício);

• Iluminação de segurança (iluminação que permite, em caso de falha da iluminação normal, a evacuação segura e fácil do público para o exterior).

A instalação de iluminação normal foi estabelecida de acordo com os critérios de

quantidade e qualidade da iluminação proporcionada, não descurando aspectos relevantes como níveis de iluminância, restituição de cores, comodidade de exploração, poupança de energia, aspectos económicos, etc.

A instalação de iluminação de segurança, com base nos cálculos efectuados para a determinação da lotação, será constituída apenas por iluminação de emergência do tipo sinalização do sentido de saída.

6.3.4.1. Tipos de Armaduras e Lâmpadas

6.3.4.1.1. Instalação de Iluminação Normal

No processo de selecção das armaduras, há que ter em conta o índice de protecção das mesmas em função do local de instalação tendo obrigatoriamente que estar de acordo com a classificação respectiva do local, definido pela tabela 2d.

O tipo de lâmpada seleccionado foi a lâmpada fluorescente, uma vez que apresentam um elevado rendimento luminoso, baixo consumo e vida útil longa. Duram 8 a 10 vezes mais do que as lâmpadas incandescentes convencionais e economizam cerca de 85% de energia.

Assim, o quadro seguinte refere o modelo de armadura a aplicar em cada compartimento da instalação.

Piso Compartimento Armadura

Marca Modelo Quantidade

Cave Arrecadação ETAP R1600/136 9

Rés do chão

Sala de actividades 0.1 ETAP U1591/236 3



Refeitório ETAP U1591/236 3



Copa de apoio ETAP U1591/236 2

Hall 0.1 ETAP D12/T126X1 2

Arrumos 0.1 ETAP D22/T118X1 1

I. Sanitárias 0.1 ETAP D12/T126X1 1


Sala polivalente ETAP U1591/236 4




Corredor 0.1 ETAP D12/T126X1 2


Anexo

Sala de actividades a.1 ETAP U1591/236 4



Piso 1





Gabinete de professores ETAP U1591/236 3

Hall 1.1 ETAP D12/T126X1 2


Berçário ETAP FI2/C170 6


Piso 2

Sala de actividades 2.1 ETAP R1600/128 3









Arrecadação de material didáctico ETAP R1600/236 1




Exterior Entrada EXPORLUX DELOS 4 E27 5

Pátio EXPORLUX DELOS 4 E27 10

Tabela 4. Tipo de armadura a aplicar em cada compartimento da instalação

A disposição das luminárias, assim como a sua comutação é também um factor bastante importante na qualidade da iluminação, devendo ser dispostas de forma a não criarem encandeamentos nos planos de trabalho, bem como para que se possa apagar uma secção sempre que a iluminação seja suficiente, permitindo pois uma redução no consumo de energia em iluminação, através do proveito da luz natural.

As peças desenhadas referentes à instalação de iluminação (PSTFC04 e PSTFC05) podem ser consultadas nos anexos.

6.3.4.1.2. Instalação de Iluminação de Segurança

No processo de sinalização de saídas, a armadura utilizada foi uma ETAP K131/6P incorporada com figura adequada ao local de instalação.

A colocação dos aparelhos deve respeitar a norma 801.2.1.5.3.2.5.2 das R.T.I.E.B.T., onde segundo o qual, a iluminação de circulação de cada caminho de evacuação de comprimento superior a 15 m e que conduza o público para o exterior deve ser repartida, no mínimo, por dois circuitos distintos, com percursos tão diferentes quanto possível e concebidos de forma a que, em caso de falha de um desses circuitos, a iluminação ainda seja suficiente.

A peça desenhada referente à iluminação de segurança (PSTFC06), pode ser vista na secção de anexos do relatório.

6.3.4.2. Controlo da Iluminação

O tipo mais comum de controlo do sistema de iluminação artificial é o controlo manual

de dois passos (liga/desliga), que poderá controlar luminárias individuais, conjunto de luminárias ou até mesmo todas as luminárias do espaço. Porém, quando se pretende realizar a integração entre os sistemas de iluminação artificial e natural é preciso ir mais além utilizando-se sistemas automáticos de múltiplos passos ou sistemas domóticos.



No processo de controlo da iluminação de cada compartimento da instalação, optou-se pela aplicação na maioria das situações de um comutador de lustre, que comanda a partir de um ponto, dois circuitos de iluminação independentes.

A utilização de comutadores de lustre permite uma comutação da luz artificial de forma a aproveitar ao máximo a luz natural incidente das janelas. Com a utilização deste tipo de comando, as luminárias mais próximas das janelas poderão ser controladas de forma autónoma, podendo ser desligadas quando a luz natural for suficiente. Assegura-se desta forma um menor consumo energético, o que é essencial em qualquer projecto de iluminação.

Outro dos sistemas de controlo de iluminação que permite reduzir os consumos energéticos em iluminação é a instalação de sensores de presença, implementados no projecto nas instalações sanitárias.

Nas instalações sanitárias, a aplicação de detectores de movimento garante uma gestão correcta da energia. Uma vez que os sanitários são caracterizados por uma menor circulação de pessoas, o uso de apenas um circuito, comandado por detectores de movimento revela-se a opção mais económica dado que permite ter a iluminação desligada durante um maior período de tempo, sendo a temporização escolhida de vinte minutos, pois esta temporização revela-se a mais económica, uma vez que as lâmpadas gastam os eléctrodos e permite-se assim uma melhor gestão de energia.

A todo o sistema de iluminação foi aplicado o sistema EIB-KNX. A aplicação deste, permite explorar áreas que com o sistema tradicional se revelavam extremamente difíceis, tais como a criação de cenários de acordo com a tarefa a realizar pelo usuário, ou ainda a possibilidade de controlo central.

No berçário, situado no piso 1 da instalação, o controlo da iluminação é feito através de um módulo EIB “dimmer”, possibilitando a regulação de fluxo do compartimento. Tal possibilita recriar as condições ideais para o conforto dos usuários, em função da luminosidade existente.

6.3.5. Instalação de Tomadas

Na concepção da instalação eléctrica, foi considerada a instalação de circuitos para alimentação de tomadas montadas nas paredes. As tomadas a instalar serão do tipo Schuko. Por se tratar de uma instalação destinada a uma faixa etária bastante reduzida, nas zonas comuns e nas salas de actividades as tomadas existentes serão devidamente protegidas por alvéolos.

Os circuitos para a alimentação das tomadas serão realizados por condutores do tipo H1VV montados em calhas DLP.

As tomadas a instalar nas paredes serão do tipo saliente com tampa. A peça desenhada referente à instalação de tomadas no edifício (PSTFC07), pode ser

consultada em anexo.

6.3.6. Instalação de Equipamentos

Os tipos de equipamentos a serem utilizados nos diferentes compartimentos da instalação são:



Equipamentos

Piso Local Tipo QuantidadePotência

(kW) Alimentação Modelo

Rés do chão

Sala de actividades 0.1

Ar condicionado 1 2,765 MONO AIRWELL MAY 123





Refeitório

Armário frigorífico

1 0,860 MONO

Aquecedor de leite

1 2,700 MONO

Microondas 1 1,200 MONO

Copa de apoio

Máquina de lavar roupa

1 2,500 MONO

Máquina de secar roupa

1 3,000 MONO

I. Sanitárias 0.1 Ventilação 1 0,14 MONO CKB 600

Piso 1


Ar condicionado 1 3,520 TRI AIRWELL MAY 163






Ar condicionado 1 3,520 TRI AIRWELL MAY 163

Gabinete de professores


Máquina de café 1 0,900 MONO

Hall 1.1 Relógio de ponto 1 1,08x10-5 MONO

I. Sanitárias 1.1 Ventilação 1 0,14 MONO CKB 600

Berçário Ar condicionado 1 3,520 TRI AIRWELL MAY 163



Hall 1.1 ATI 1 0,400 MONO TELEFLEX

ATI-8

Hall 1.1 CDI 1 0,253 MONO BOSCH UEZ

2000 LSN

Piso 2 I. Sanitárias 2.1 Ventilação 1 0,14 MONO CKB 600

Tabela 5. Alimentação de equipamentos

As secções e as protecções dos condutores dos circuitos a utilizar na alimentação dos equipamentos deverão ser as seguintes:

Equipamentos

Piso Local Tipo Secção dos condutores

(mm2)

Protecção (A)

Cabo utilizado

Rés do chão


Ar condicionado 2,5 20 H1VV-U3G2,5





Refeitório

Armário frigorífico

2,5 16 H1VV-U3G2,5

Aquecedor de leite

2,5 16 H1VV-U3G2,5

Microondas 2,5 16 H1VV-U3G2,5

Copa de apoio

Máquina de lavar roupa

2,5 16 H1VV-U3G2,5

Máquina de secar roupa

2,5 16 H1VV-U3G2,5

I. Sanitárias 0.1 Ventilação 2,5 16 H1VV-U3G2,5

Piso 1













Máquina de café 2,5 16 H1VV-U3G2,5

Hall 1.1 Relógio de ponto 2,5 16 H1VV-U3G2,5

I. Sanitárias 1.1 Ventilação 2,5 16 H1VV-U3G2,5

Berçário Ar condicionado 2,5 20 H1VV-U5G2,5

Hall 1,1 ATI 2,5 16 H1VV-U5G2,5

Hall 1.1 CDI 2,5 16 H1VV-U5G2,5

Piso 2 I. Sanitárias 2.1 Ventilação 2,5 16 H1VV-U3G2,5

Tabela 6. Secção e protecção das canalizações a utilizar

Os valores acima apresentados encontram-se de acordo com as secções mínimas obrigatórias definidas no artigo 801.5.8 das R.T.I.E.B.T. e as protecções obedecendo à norma CEI 60898.

Na instalação de utilização será prevista ventilação em todas as instalações sanitárias, de forma a permitir a renovação do ar. O dimensionamento da ventilação foi efectuado tendo por base o número de renovações ar/hora para cada local e pode ser visto na folha de cálculo “Ventilação”, presente no CD entregue junto com o trabalho, ou via internet na página relativa ao projecto (www.fe.up.pt/~ee01208 ou www.fe.up.pt/~ee02154).

A instalação de ar condicionado no edifício foi prevista para as diversas salas de actividades, gabinete dos professores e berçário. O cálculo foi efectuado tendo em consideração factores como a insolação de janelas e paredes, o número de ocupantes, a potência da iluminação e o volume do espaço. Para mais informação, consultar a folha de cálculo “Ar Condicionado” presente na página da internet.

Os circuitos de alimentação de equipamentos serão realizados por condutores do tipo H1VV-U enfiados em tubos VD em montagem saliente, ou calha DLP, com excepção dos equipamentos a instalar nos locais técnicos em que serão alimentados por cabo H1VV-U em montagem à vista.

A peça desenhada referente à instalação de equipamentos na instalação (PSTFC03) pode ser vista em anexo, ou no CD entregue junto com o presente relatório.

6.3.6.1. Controlo dos equipamentos

Para o controlo dos equipamentos, nomeadamente do ar condicionado, recorreu-se às

potencialidades do sistema EIB-KNX. Aqui, através de um simples botão à entrada de cada compartimento possuidor de ar condicionado, é possível regular todo o aquecimento, ou até programar o sistema de climatização dependendo das horas do dia e temperatura. Foi projectado ainda um botão de comando de grupo, situado junto à porta de entrada do infantário e creche de forma a ser possível o controlo de todos os equipamentos simultaneamente, o que se mostra



importante e eficaz em situações de fecho/encerramento do infantário ao final do dia, permitindo o comando central dos dispositivos eléctricos. 6.3.7. Instalação de Estores Eléctricos

Um dos aliciantes do edifício escolhido para o projecto, prendia-se com o facto do mesmo possuir estores eléctricos.

Tirando vantagem das funcionalidades do sistema EIB-KNX, é possível de uma forma fácil ter o comando de qualquer estore em qualquer ponto da habitação, podendo o utilizador configurar os comandos à sua medida.

A domótica permite assim, de uma forma simplificada o controlo local e central, este último através da instalação de um comando de grupo à entrada do edifício, dos estores da habitação.

As peças desenhadas referentes à instalação de estores eléctricos na instalação convencional e na instalação inteligente (PSTFC10 e PSTFC11 respectivamente), podem ser vistos na secção de anexos do presente relatório, ou no CD-ROM entregue junto com o trabalho 6.3.8. Instalação de Correntes Fracas Previstas

As instalações de correntes fracas previstas no edifício foram unicamente o sistema de detecção de incêndios. Este, têm por objectivo dotar o edifício em causa de sistemas de segurança de pessoas e bens contra a ocorrência de incêndios.

6.3.8.1. Sistema de Detecção de Incêndios

Os objectivos principais que se pretendem assegurar com as infra-estruturas básicas de

segurança contra incêndios são:

• Reduzir os riscos de eclosão de um incêndio; • Limitar e circunscrever os riscos de propagação de chamas e fumos; • Garantir a rápida e segura evacuação dos ocupantes; • Facilitar a intervenção das operações de socorro.

De forma a permitir uma intervenção atempada de modo a reduzir ou evitar danos e

perdas humanas ou materiais. A central de detecção será do tipo analógico (endereçável) e deverá ser instalada na

entrada do piso 1, junto à recepção. A central de incêndios será programável, com o intuito de dar a conhecer o alarme que foi activado e o local a que ele corresponde.

Em cada loop são instalados os dispositivos mais convenientes, de acordo com o indicado nas peças desenhadas.

As sirenes serão colocadas em pontos estratégicos do edifício com o objectivo de transmitir o alarme e este ser ouvido em qualquer parte desse edifício.

As botoneiras devem ser facilmente reconhecidas como avisadores de incêndio, e instaladas em locais que permitam ser accionadas por qualquer pessoa. As botoneiras de alarme de accionamento manual serão instaladas em locais de presença de público, com o objectivo de



sinalizar uma acção voluntária de emissão de um alarme, sempre que alguém detecta uma situação de perigo.

A central de incêndio a instalar, será a Central Twinflex, da rafiki protection, ou equivalente. Este tipo de central permite funcionar com toda a gama de detectores e botoneiras, com ou sem sirene integrada, funcionando só com dois fios por zona. As condições de alarme para cada detector são atribuídas por programação na própria central.

Figura 33. Central de detecção de incêndio, botoneira e sensor A central estará localizada na entrada no piso 1, em local apropriado, bem como o

sistema de alimentação de socorro, constituído por baterias. Junto à central haverá uma caixa terminal de telefone tendo em vista a ligação desta

central com a central telefónica que efectuará de imediato uma comunicação às autoridades competentes.

O modo de alimentação será adequado à alimentação a 230V/50Hz. Terá capacidade para alimentar todo o sistema de detecção, alarme e terá ainda a capacidade de simultaneamente carregar as baterias de socorro após falta de tensão da rede.

Os detectores utilizados na instalação serão os twinflex multipoint da rafiki protection, ou equivalentes. Estes detectores oferecem sete modos diferentes de detecção, sendo três modos de detecção de fumo, três de calor e um de fumo e calor. O modo de detecção pode ser alterado a qualquer altura através de um interruptor existente.

Estes detectores serão aplicados em modo de detecção de fumo na maior parte das áreas protegidas, uma vez que garantem menores tempos de detecção e reagem de forma conveniente a uma vasta gama de focos de incêndios.

O modo de detecção de calor (detectores termovelocimétricos) será utilizado na copa de

apoio e no refeitório (devido a humidade, poeiras e fumos) de forma a evitar alarmes intempestivos. A sua utilização é vantajosa na monitorização e detecção de aplicações onde, em caso de incêndio, se espera um rápido aumento de temperatura, ou onde não podem ser utilizados outros modos de detecção de incêndios.

As botoneiras de alarme manual serão instaladas em locais de uso comum, nas passagens ou nas saídas, e terão a função de sinalizar uma acção directa e voluntária de emissão de um alarme, sempre que uma situação de perigo se verifique.

As botoneiras utilizadas serão rafiki protection, do modelo twinflex manual callpoint, ou equivalente.

Esta botoneira elimina o risco causado pelos fragmentos de vidro resultante da activação, apresenta a característica inovadora de rearme por chave, sendo a activação por



pressão na zona transparente de policarbonato, revelando quando do disparo uma banda fluorescente de cor amarelada.

Os sinalizadores ópticos serão colocados na entrada das zonas, de modo a alertar visualmente para incêndios que possam deflagrar nessas zonas.

Os sinalizadores ópticos a utilizar serão rafiki twinflex flashpoint, ou equivalente.

Figura 34. Sinalizador óptico O cabo a utilizar será do tipo LiYCY de dois pares, com uma secção mínima de 1,5

mm2. Os circuitos, formados pelo cabo LiYCY, serão estabelecidos segundo um traçado que minore, ou mesmo elimine, as possibilidades de deterioração do cabo, e de preferência passando pelas zonas protegidas pelo sistema.

A configuração do sistema encontra-se na peça desenhada PSTFC09 que pode ser consultada na secção de anexos do relatório ou no CD entregue junto com o mesmo.

6.3.9. Sistema de Telecomunicações

Tendo em conta as características do edifício, e que este constitui uma única fracção

autónoma, o Armário de Telecomunicações Individual (ATI) está localizado na entrada do edifício, ao nível do piso 1.

O ATI contém dois repartidores gerais (RG), o repartidor geral de pares de cobre (RG-PC) e o repartidor geral de cabo coaxial (RG-CC). Cada um dos RG vai permitir a interligação do edifício às redes dos vários operadores.

É objectivo deste projecto, dotar o edifício das infra-estruturas necessárias para o estabelecimento dos circuitos de dados, voz e imagem, com soluções cuja versatilidade seja independente da ocupação e modo de exploração que lhe for dado.

O RG-PC do edifício, localizado no ATE, será instalado em caixa do tipo C4 (700x900x160mm – l x a x p), própria para montagem saliente, dotada de porta e fechadura, com o fundo interior forrado a madeira com espessura não inferior a 20mm e com a identificação R00. Esta caixa disporá de um terminal para ligação dos condutores da terra de protecção.

A rede de cabos de pares de cobre será realizada em cabos do tipo UTP 4/ de quatro pares, desde o ATI até todas as tomadas do tipo RJ-45.

A partir do ATI e de modo a permitir facilmente o estabelecimento das cablagens até qualquer ponto do edifício, foi criada uma rede de caminho de cabos devidamente dimensionados, constituídos por uma rede de caixas, tubagens e esteiras metálicas.

O RG-CC do edifício, localizado no ATI será do tipo C4 (700x900x160mm – l x a x p), de características construtivas idênticas às caixas normalizadas para as instalações telefónicas, esta caixa será ventilada, com aberturas permanentes.



O sistema de cabo coaxial será composto por um repartidor “splitter” de 4 saídas, repartindo o sinal por 4 repartidores, um por piso, mais um para o edifício exterior.

A rede de cabos coaxial será constituída por cabos do tipo RG6 desde o ATI até as tomadas do tipo TV.

Tendo em conta uma possível instalação, e de acordo com o Manual de ITED, previu-se ainda ligação a uma entrada aérea (PAT), de modo a permitir uma futura ligação a qualquer tipo de antena.

No dimensionamento da rede coaxial teve-se em conta o nível de sinal mínimo regulamentar, imposto pelo manual de ITED. Tendo se obtido os seguintes resultados:

Figura 35. Esquema do cálculo coaxial



Figura 36a. Esquema do nível de sinal de TV no piso 1 e 2 da instalação



Figura 36b. Esquema do nível de sinal de TV no piso 0 e anexo da instalação

Tal como se pode observar todos os sinais foram cálculos de modo a termos sinais

médios a saída das tomadas de TV entre 63.00dBuV e 68dBuV. O diagrama de rede de pares de cobre, bem como o diagrama de cabo coaxial e rede de

tubagem podem ser visualizados na peça desenhada PSTFC08. 6.4. O Sistema Domótico Implementado

Esta secção do trabalho pretenderá realçar as funcionalidades implementadas no

infantário e creche através do sistema domótico. Para tal, será importante o diagrama funcional do sistema EIB-KNX, permitindo uma

fácil leitura e interpretação dos comandos a desempenhar em cada compartimento do edifício. Apresentar-se-á o diagrama correspondente a apenas um dos pisos da instalação como título de exemplo, podendo os restantes ser visualizados na secção de anexos do presente relatório (peça desenhada PSTFC13) ou no CD-ROM entregue junto com o trabalho.

O facto de estarmos perante um edifício que se destina a um nível etário bastante pequeno, possibilita um infindável número de acções passíveis de serem realizadas. Tal como foi dito anteriormente, esse foi um dos motivos pelo qual optamos por este tipo de instalação.



Figura 37. Diagrama funcional do sistema EIB-KNX para o 1º Andar da habitação

Na tabela seguinte pode ser observado de forma simplificada a aplicação do sistema EIB-KNX na instalação, sendo mostrados os sensores existentes, assim como os receptores para cada sensor e o tipo de acção a desempenhar.

Piso Compartimento Sensores Receptores Tipo de acção

Cave Arrecadação

BP51.1 C.1 Telerruptor BP51.2 C.2 Telerruptor BP52.1 C.1 Telerruptor BP52.2 C.2 Telerruptor

Rés do chão


BP2.1 0.18 ON/OFF BP2.2 0.19 ON/OFF BP2.3 0.21 Sobe BP2.4 0.21 Desce

R1 1 Reg. temperatura


BP3.1 0.17 Telerruptor BP3.2 0.22 Sobe BP3.3 0.22 Desce BP3.4 0.17, 0.22, R2 Cenário 1

BP53.1 0.17 Telerruptor R2 2 Reg. temperatura

Sala de actividades 0.3 BP4.1 0.15 ON/OFF



BP4.2 0.16 ON/OFF BP4.3 0.23 Sobe BP4.4 0.23 Desce


Refeitório

BP5.1 0.13 ON/OFF BP5.2 0.14 ON/OFF BP5.3 0.14, 0.24, 0.25 Cenário 2 BP6.1 0.25 Sobe BP6.2 0.25 Desce BP6.3 0.24 Sobe BP6.4 0.24 Desce

Copa de apoio BP7.1 0.12 ON/OFF BP7.2 0.26 Sobe BP7.3 0.26 Desce

Hall 0.1 BP14.1 0.5 Telerruptor BP15.1 0.5 Telerruptor

Arrumos 0.1 BP13.1 0.6 ON/OFF

Sala polivalente BP1.1 0.1 ON/OFF BP1.2 0.2 ON/OFF

I. Sanitárias 0.3 BP8.1 0.7 ON/OFF I. Sanitárias 0.4 BP12.1 0.8 ON/OFF I. Sanitárias 0.5a BP9.1 0.11 ON/OFF I. Sanitárias 0.5b BP10.1 0.10 ON/OFF I. Sanitárias 0.5c BP11.1 0.9 ON/OFF

Corredor 0.1

BP19.1 0.3 Telerruptor BP20.1 Grupo1 ON/OFF BP20.2 Grupo 2 Sobe BP20.3 Grupo 2 Desce BP20.4 0.3 Telerruptor

Corredor 0.2

BP16.1 0.4 Telerruptor BP17.1 0.4 Telerruptor BP17.2 1.13 Telerruptor BP18.1 0.4 Telerruptor

Piso 1





BP23.1 ON/OFF BP23.2 ON/OFF BP23.3 Sobe BP23.4 Desce








BP25.1 1.8 ON/OFF BP25.2 1.9 ON/OFF BP25.3 1.8, 1.9, 1.20, 1.21 Cenário 3 BP26.1 1.20 Sobe BP26.2 1.20 Desce BP26.3 1.21 Sobe BP26.4 1.21 Desce



BP27.1 1.10 ON/OFF BP27.2 1.11 ON/OFF BP28.1 1.22 Sobe BP28.2 1.22 Desce BP28.3 1.23 Sobe BP28.4 1.23 Desce


Hall 1.1

BP29.1 Grupo 1 ON/OFF BP29.2 Grupo 2 Sobe BP29.3 Grupo 2 Desce BP29.4 1.12 Telerruptor BP30.1 1.12 Telerruptor BP55.1 IE1 ON/OFF

Berçário

BP21.1 1.1 ON/OFF BP21,2 1.24 Sobe BP21.3 1.24 Desce


Corredor 1.1

BP31.1 1.14 Telerruptor BP31.2 2.21 Telerruptor BP32.1 1.13 Telerruptor BP32.2 1.14 Telerruptor BP33.1 1.14 Telerruptor

Piso 2


BP35.1 2.2 Telerruptor BP35.2 2.3 Telerruptor BP36.1 2.2 Telerruptor BP36.2 2.3 Telerruptor

Sala de actividades 2.2 BP37.1 2.4 ON/OFF

Sala de actividades 2.3 BP38.1 2.12 ON/OFF BP38.2 2.13 ON/OFF BP38.3 2.12, 2.13 Cenário 4



Sala de actividades 2.5 BP40.1 2.16 ON/OFF BP40.2 2.17 ON/OFF


BP41.1 2.18 ON/OFF BP41.2 2.18, 2.23, 2.24 Cenário 5 BP42.1 2.23 Sobe BP42.2 2.23 Desce



BP42.3 2.24 Sobe BP42.4 2.24 Desce

Sala de actividades 2.7 BP43.1 2.19 ON/OFF BP43.2 2.20 ON/OFF

Arrecadação de material didáctico BP34.1 2.1 ON/OFF I. Sanitárias 2.1 BP44.1 2.10 ON/OFF I. Sanitárias 2.2a BP45.1 2.9 ON/OFF I. Sanitárias 2.2b BP46.1 2.8 ON/OFF I. Sanitárias 2.2c BP47.1 2.7 ON/OFF I. Sanitárias 2.2d BP48.1 2.6 ON/OFF

Corredor 2.1 BP49.1 2.11 Telerruptor BP50.1 2.11 Telerruptor BP50.2 2.21 Telerruptor

Tabela 7. Aplicação do sistema EIB-KNX na instalação

Serão descritos de seguida os comandos de grupos e cenários existentes no edifício. Relativamente aos comandos de grupo:

• Grupo 1 – Localizado à saída do infantário e creche, este comando permite desligar

todos os circuitos de iluminação. Este, é ideal em situações de encerramento do infantário, permitindo assegurar de uma forma prática e fácil uma gestão eficaz do edifício;

• Grupo 2 – Igualmente situado à saída da instalação, este comando possibilita o fecho ou abertura de todos os estores eléctricos do edifício. Não só em termos de encerramento do infantário e creche, este comando mostra-se também útil quando se realiza a abertura do mesmo, ou até em situações especiais como por exemplo, a ocorrência de uma intempérie.

Relativamente aos cenários criados para a instalação:

• Cenário 1 – Denominado “ver televisão”, este cenário pretende recriar o ambiente ideal

para se ver televisão, através do encerramento do circuito de iluminação 0.17, da descida do estore 0.22 e do ajuste da temperatura para o modo conforto. O comando situa-se na sala de actividades 0.2;

• Cenário 2 – Localizado no refeitório, o cenário “refeição” através da ligação do circuito de iluminação 0.14 e da subida dos estores 0.24 e 0.25, pretende criar condições específicas para as refeições do dia a dia;

• Cenário 3 – O cenário “sessão de cinema”, localizado na sala de actividades 1.4, pretende tornar este compartimento ideal para se assistir a um bom filme, através do encerramento do circuito de iluminação 0.18 e da descida dos estores 1.20 e 1.21;

• Cenário 4 – Intitulado “leitura”, este cenário, tal como o nome indica, pretende recriar condições que tornem estimulante a arte e o prazer da leitura. Para tal são accionados os circuitos de iluminação 2.12 e 2.13;



• Cenário 5 – Situado na sala de actividades 2.6, o cenário “leitura” pretende, tal como o cenário anterior, transmitir aprazimento aos usuários deste local. Para tal, é accionado o circuito de iluminação 2.18 e procede-se à descida dos estores 2.23 e 2.24.

Em relação ao sistema de controlo da iluminação e do ar condicionado através do

sistema EIB-KNX, o mesmo já foi referido anteriormente na secção 5.3.4.2 e 5.3.6.1 respectivamente. Em especial, gostaríamos de focar uma vez mais o sistema de controlo da iluminação no berçário, que é efectuado através da regulação do fluxo das lâmpadas, permitindo uma fácil adaptação da iluminação nos diversos períodos do dia. Este pormenor, parece-nos de todo o interesse, uma vez que será uma instalação muito usada pelas crianças nos mais variados períodos.

Apesar de ser proposto este conjunto de cenários, de comandos locais e de grupo, o mesmo pode ser facilmente ajustado à medida do utilizador. Essa, consideramos ser a maior virtude do sistema domótico, ao permitir de uma forma simples a adaptação de todo o controlo da habitação.

6.4.1. Rede de Comandos A rede de comandos consiste no percurso que a linha Bus percorre entre os diversos

elementos do sistema (sensores e actuadores). Na figura seguinte pode ser observado um extracto da rede projectada para o edifício.

Figura 38. Extracto da rede de comandos do piso 0 da instalação



Legenda: 1 – Pulsor de 4 teclas 2 – Pulsor de 2 teclas 3 – Pulsor de 1 tecla 4 – Sensor crepuscular 5 – Detector de presença 6 – Controlador ambiente 7 – Regulador de aquecimento A rede de comandos da instalação pode ser consultada na secção de anexos do relatório, na peça desenhada PSTFC12, ou no CD-ROM entregue junto com o trabalho.

6.5. Análise Económica Este subcapítulo pretende reflectir sobre uma análise económica efectuada sobre a concepção eléctrica tradicional e a concepção eléctrica inteligente desenvolvida. Par a tal, foi elaborada uma orçamentação relativa a cada um dos projectos, que pode ser acedida no CD entregue junto com o presente trabalho, ou via internet, na página relativa ao projecto (www.fe.up.pt/~ee01208 ou www.fe.up.pt/~ee02154). Todo o preçário apresentado é baseado em catálogos de fornecedores, disponíveis na empresa onde decorreu o estágio. O valor total obtido da orçamentação relativa ao projecto eléctrico tradicional foi de 30.805,72€, enquanto que para o projecto eléctrico inteligente se obteve o valor de 43.667,58€, revelando um incremento de cerca de 41% em relação ao primeiro. Este acréscimo de valor/investimento da concepção eléctrica inteligente seria de esperar, uma vez que, principalmente ao nível dos quadros eléctricos este tipo de projecto encarece fortemente, devido à necessidade de módulos específicos (ver peças desenhadas PSTFC01 e PSTFC02 relativas aos quadros eléctricos na secção de anexos do relatório).

De seguida será feita uma comparação económica a nível das várias instalações executadas, entre a concepção tradicional e a concepção inteligente.



Gráfico 1. Comparação económica ao nível das diversas instalações realizadas

De acordo com o gráfico, e para uma melhor interpretação, as instalações realizadas foram:

Número Instalação I Alimentação e distribuição de energia II Instalação de iluminação III Comandos EIB IV Instalação de tomadas V Alimentação de equipamentos VI Instalação de TV/cabo VII Instalação telefónica VIII Letreiros de saída IX Instalação de detecção automática de incêndio X Instalação de extintores manuais de incêndio

Tabela 8. Instalações realizadas

Como se pode observar, o incremento de custo da concepção eléctrica inteligente face à instalação tradicional ocorre essencialmente na secção relativa à alimentação e distribuição de energia e na instalação de comandos EIB.

Em relação à alimentação e distribuição de energia, o aumento de valor decorre fundamentalmente da instalação dos quadros eléctricos. Enquanto que na instalação tradicional, o total a pagar pelos quadros é de 8.250,00 €, na instalação inteligente o valor aumenta para os 11.870,00€, em função da necessidade de instalação de módulos específicos de EIB nestes.

A instalação de comandos EIB encarece igualmente a instalação, na medida que na concepção tradicional são apenas utilizados comandos do tipo interruptor, comutador de lustre, botão de pressão, etc., enquanto que na instalação inteligente, por forma a exaltar as potencialidades do sistema, são usados pulsores multifunções que se revelam muito mais



dispendiosos, mas também capazes de realizar diversas funções, sensores crepusculares para o controlo de luminosidade nos compartimentos, etc.

Importa pois, analisar e reflectir sobre o incremento de valor da instalação inteligente e das vantagens associadas à mesma quando comparada com a concepção tradicional. É certo que este último factor varia de acordo com o usuário a que se destina, mas tratando-se este projecto de uma instalação com algumas características especiais, nomadamente a faixa etária a que se destina, pensamos que a implementação do sistema domótico permite um acréscimo de conforto e qualidade, revelando-se uma mais-valia para a instalação.

Uma vez que o projecto domótico se apresenta mais inacessível à primeira vista, devido principalmente ao investimento inicial ser maior, apesar das vantagens associadas ao mesmo, e porque como já foi referido, pensamos ser de todo o interesse e benefício a instalação deste tipo de sistema, procuramos uma solução que possibilitasse a longo prazo a amortização do investimento inicial. Essa solução será explorada no capítulo seguinte. 6.6. Desenvolvimento de um Sistema Fotovoltaico 6.6.1. Motivação

Paralelamente à projecção eléctrica do infantário e creche com recurso ao EIB-KNX, foi pensado o desenvolvimento de um pequeno sistema fotovoltaico para o mesmo. Tal ocorreu, uma vez que a existência de um anexo exterior ao infantário e creche com uma área de telhado lisa, o permitia. A ideia base por detrás da aplicação deste tipo de tecnologia seria, em primeiro lugar, a alimentação eléctrica de todo o compartimento anexo, subdividido em três áreas (sala de actividades a1, a2 e a3) e em segundo lugar, o de vender à rede eléctrica o excesso de produção resultante, de forma a amortizar o investimento inicial feito no sistema.

Esta secção do trabalho, pretenderá mostrar o dimensionamento fotovoltaico efectuado, assim como, numa fase posterior, uma análise económica do projecto, com vista a tomar um decisão sobre a sua viabilidade.

6.6.2. A Tecnologia Fotovoltaica

A energia fotovoltaica é uma das mais promissoras fontes de energia renováveis. A

vantagem mais clara é a quase total ausência de poluição. Para além desta vantagem, a ausência de partes móveis susceptíveis de partir, não produz cheiros ou ruídos, têm baixa ou nenhuma manutenção, são facilmente expansíveis e com tempo de vida elevados para os módulos. Num futuro relativamente próximo poderão substituir revestimentos (fachadas e telhados).

No entanto uma das principais limitações dos dispositivos fotovoltaicos é o seu baixo rendimento, isto é, uma baixa conversão da energia solar em energia eléctrica. A razão deste facto reside fundamentalmente na deficiente exploração do espectro da radiação incidente (sol) por parte dos dispositivos. Outro inconveniente é o custo de produção dos painéis, devido principalmente à pouca disponibilidade de grandes quantidades de materiais semicondutores, e de processos de obtenção, por vezes, muito caros. No entanto este factor está progressivamente a desaparecer com os desenvolvimentos das deposições e das microtecnologias.

Além do painel fotovoltaico o sistema é geralmente composto por:



Figura 39. Constituição do sistema fotovoltaico

Os diversos módulos existentes são de seguida descritos:

• Grupo acumulador (baterias): onde a energia é armazenada para uso posterior quando

não há luz solar; • Controlador/Regulador de carga: de forma a gerir a "entrada" e "saída" de energia das

baterias; • Inversor de corrente: uma vez que os painéis produzem Corrente Contínua, e a maior

parte dos electrodomésticos consomem Corrente Alternada.

Portugal, devido às suas condições climáticas, possui excelentes condições para a conversão fotovoltaica com índices de produção entre os 1000 e os 1500 kWh por ano, por cada kWp instalado, mas algumas razões para o fraco desenvolvimento da energia solar em Portugal são nomeadamente:

• Algumas más experiências no primeiro período de expansão do solar (década de 80), associadas à falta de qualidade dos equipamentos e, sobretudo, das instalações, o que afectou negativamente a sua imagem;

• Falta de informação específica sobre as razões do interesse e as possibilidades desta tecnologia junto dos seus potenciais utilizadores;

• Custo elevado do investimento inicial, desencorajando a adopção de uma solução que, pode competir com as alternativas convencionais;

• Barreiras técnicas e tecnológicas à inovação ao nível da indústria, da construção e da instalação de equipamentos térmicos;

• Insuficiência e inadequação das medidas de incentivo.

Apesar das condições desfavoráveis do mercado nacional, algumas experiências passadas de sucesso com energia solar merecem ser realçadas, existindo ainda muitos sistemas a funcionar convenientemente, há já muitos anos, por todo o país. Alguns foram mesmo objecto de demonstração e monitorização, mostrando claramente o valor da tecnologia. O cenário futuro para a energia solar mostra-se com algumas mudanças a médio prazo. Recentes programas



aprovados em Conselho de Ministros prevêem uma série de acções e incentivos com vista ao desenvolvimento da energia solar em Portugal.

Nas áreas do solar fotovoltaico prevê-se a promoção da produção de electricidade a partir desta fonte, tendo em atenção a Directiva sobre a produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis, que estipula, para Portugal, uma meta indicativa de 39% de renováveis no consumo bruto de electricidade, prevendo-se como meta os 150 MWp de potência fotovoltaica instalada em 2010, o que nos colocará ao nível ou mesmo acima dos outros países da União Europeia, em termos de potência fotovoltaica instalada per capita.

Figura 40. Sistema fotovoltaico

Os dois principais vectores de desenvolvimento dos sistemas fotovoltaicos em Portugal

serão os sistemas ligados à rede eléctrica e os sistemas autónomos destinados a electrificação rural.

Claro que todas e quaisquer medidas de desenvolvimento da energia solar tem de ser feitas de forma coordenada e em estreita ligação com os vários agentes responsáveis nestas áreas, fazendo também passar ao público em geral este tipo de iniciativas. 6.6.3. Dimensionamento Fotovoltaico

O estudo do dimensionamento fotovoltaico foi realizado segundo o método do pior mês. Neste método o dimensionamento é feito para o mês de Janeiro, uma vez que se pretende optimizar a radiação solar no mês com o menor número de horas de pico de sol. Para isso a inclinação dos painéis deve ser igual à latitude + 15º, dando uma inclinação teórica de 56º, que se revela muito próxima dos 61º obtidos com o “RetScreen” (programa de apoio ao dimensionamento fotovoltaico).

Neste método considera-se que a energia colectada pelo gerador no pior mês, neste caso, Janeiro, seja suficiente para a energia consumida no mesmo período, sendo a capacidade de acumulação dimensionada de modo a assegurar um certo número de dias de autonomia de fornecimento energético sem geração (no nosso caso 3 dias).

Para a determinação dos dados, foi necessário determinar as coordenadas geográficas do infantário e creche. Para tal recorreu-se ao programa “Google Earth”, sendo as coordenadas



obtidas: 41º 09’ 19’’ N, 8º 38’ 17’’. Esta informação foi utilizada no programa “RetScreen”, obtendo-se os dados de ambiente para cada um dos meses do ano.

Os dados necessários ao dimensionamento do sistema encontram-se na tabela seguinte:

Dados ambiente (Janeiro) Horas Pico Sol -HPS- (h/d) 2,92 Radiância -E- (W/m2) 1700 Temperatura ambiente -Ta- (ºC) 9,3

Dados carga

Energia consumida pela carga num ciclo de consumo -El- (Wh) 16000 Nº de dias de um ciclo de consumo -NDCL- 1

Dados bateria

Nº de dias de autonomia desejados -NDA- 3 Profundidade de descarga máxima da bateria -Pdmax- (%) 70 Rendimento da bateria -nbat- (%) 85 Inicialmente, interessava determinar o consumo da instalação eléctrica do anexo do infantário e creche, onde se iriam situar os painéis fotovoltaicos. De notar, que era pretendido não só a alimentação de toda a instalação eléctrica do anexo mas também da iluminação do pátio exterior. A estimativa de potência obtida foi de 1840 W e pode ser visualizada na folha “Instalação Eléctrica.xls” presente no CD entregue junto com o trabalho, ou na página da internet referente ao projecto (www.fe.up.pt/~ee01208 ou www.fe.up.pt/~ee02154). Este valor já incorpora os factores de simultaneidade, mas para o cálculo irá considerar-se, por excesso uma potência na ordem dos 2000 W.

Para a determinação do consumo, e antevendo um horário de funcionamento do infantário e creche de cerca de 8 horas, com abertura às 8 horas da manhã e fecho às 19:00 horas da tarde, com uma hora para almoço), chegou-se a um consumo de:

kWxConsumo 1682000 ==

Para a configuração do sistema a 48 V, optou-se pela ligação em série de dois painéis “BP-3160” de 24 V.

Para o dimensionamento vêm:



KwpPN

P

mNNAN

painéisNN

N

painéisNVV

N

painéisNNDCE

EN

WhEVIHPSE

VTcVTcVTcV

ATcITcITcI

TcNOCTETaTc

p

p

mp

mppm

ps

mpp

psm

alnops

mLdia

Lm

MPPTdiaMPPTmmMPPTdia

24,2

127,0162,17

1

62,171479,0593,1

72

14

261,180,29

48

1476,13139,13952,1160002,1

39,139595,080,2988,1692,2

80,29))2568,66(2,44

160,01(1,35)())25(1()º25()(

88,16))2568,66(065,01(55,4)())25(1()º25()(

º68,66800

204717003,9800

20

2

222

max_

min

_max_max__

maxmaxmax

maxmaxmax

==<=>=

=××=<=>×=

===

===<=>=

==×

×=<=>

××

=

=×××=<=>×××=

=−×−×=<=>−×−×=

=−+×=<=>−×+×=

=−

×+=<=>−

×+=

η

η

β

α

O esquema de ligação dos painéis pode ser visto na figura seguinte:

Figura 41. Esquema de ligação dos painéis fotovoltaicos

Total de Volts: 48 V Total de Amperes: 7x4,55=31,85 A

Para o dimensionamento da bateria vêm:



KWC

AhCPDVNDC

NDAEC

baterias

bateriasbatsistemanL

Lbaterias

814867,1680

67,168085,07,0481

316000

max_

=×=

=×××

×=<=>

××××

=η

Perante estes resultados, a bateria escolhida para a execução do projecto foi a “AUTOSIL E12-255”.

Nº total de baterias: 28 Nº de baterias em série: 4

Nº de baterias em paralelo: 7428

=

O esquema de ligação das baterias pode ser visto na figura seguinte:

Figura 42. Esquema de ligação das baterias

Total de Volts: 48 V Total de Amperes-hora: 255x7=1785 Ah De seguida é realizado o dimensionamento do regulador de carga. Ao usarmos 2 reguladores em paralelo, a potência necessária por regulador é dada

através de:

KwPregulador 46,12

3,11024,2 3

=××

>

Para estas características a escolha para o regulador de carga recaiu sobre o “SOLAR

BOOST 3048” (“datasheet” disponível no CD-ROM entregue junto com o presente relatório) Em relação à escolha do inversor, a potência de saída do mesmo deve ser dimensionado

para a máxima carga simultânea AC. Deste modo, escolheu-se o modelo “STUDER C3548” (“datasheet” presente no CD).



6.6.4. Determinação da Secção Técnica

Para a tensão nominal de 48 V, a corrente necessária será AVkW 42,30

4846,1

= .

Com recurso a uma tabela para dimensionamento de cabos, chega-se ao valor da secção técnica necessária, que neste caso será de 4 mm2.

Verificando a condição de queda de tensão:

%15,048

85,3125018,0242

%%%min

max =Δ<=>Δ×

×××=<=>

Δ××××

= admadmadmalno

VVVV

IlS

ρ

As condições de queda de tensão são assim verificadas. As perdas diárias e anuais, para a secção técnica são dadas por:

KWPP

WISLP

diáriasanuais

MQdiárias

8,2336529,65365

23,6581,5791025018,02

=×=×=

=××=××= ρ

Para o cálculo das perdas diárias e anuais, foi necessário calcular previamente a corrente

média quadrática, tendo por base o valor de radiância diária, com um ângulo de inclinação do painel de 56º, para o mês de Abril, visto este mês apresentar valores medianos. O cálculo da corrente média quadrática pode ser visto na página da internet relativo a este trabalho.

6.6.5. Determinação da Secção Económica

A secção determinada anteriormente de acordo com a condição de aquecimento

constitui um valor mínimo que, do ponto de vista técnico, deverá ser respeitado. Em todo o caso, convém não esquecer que o problema de dimensionamento de uma instalação eléctrica não se pode dissociar de um conjunto de aspectos de índole económica. Por um lado, o estabelecimento da instalação implica a aquisição de um conjunto de equipamentos entre os quais se contam os cabos. Por outro lado, a rede a ser dimensionada irá funcionar durante um determinado período de tempo - n anos, por hipótese. Durante este período de tempo ocorrem perdas por efeito de Joule cujo encargo deverá ser suportado pelo proprietário da instalação. Nestas condições, o custo total da rede resulta da soma de duas parcelas:

• A primeira está associada a custos de investimento, nomeadamente em cabos. Este custo revela-se, por razões facilmente compreensíveis, crescente com o aumento da secção dos condutores;

• A segunda resulta de custos de exploração, nomeadamente associados ao custo das perdas por efeito de Joule. O custo das perdas por efeito de Joule depende da resistência dos condutores pelo que esta parcela é decrescente com o aumento da secção;



Por estas razões, é possível representar o custo total envolvido na instalação e exploração de uma instalação eléctrica pela expressão genérica apresentada abaixo. Atendendo à dependência já explicitada para os custos de investimento e de exploração em função da secção é possível obter a representação gráfica apresentada na Figura37.

)()( exp sCsCC invtotal +=

Figura 43. Custos de investimento, de exploração e total em função da secção

A análise desta figura indica que, considerando as duas parcelas já referidas, será

possível identificar um valor de secção mais económica no sentido em que a utilização desse valor conduz à minimização do custo ou encargo total associado à instalação eléctrica.

Dados Resistividade -ρ- (Ω.mm2/m) 0,018 Corrente média quadrática -IMQ- (A) 579,807 Custo da energia -E- (€/Km) 0,317 Duração de vida -n- (anos) 25 Comprimento do cabo -L- (m) 25 Tempo -t- (dias) 365 Secção Custo do cabo (€/m) Custo 25 m cabo (€)

16 8,89 222,25 25 13,53 338,16 35 17,72 442,97 50 24,58 614,51 70 33,88 847,06 95 47,17 1179,29

Sendo os custos associados ao cabo, de comprimento 25 m, os custos de investimento,

podemos calcular os custos de exploração através da formula matemática:

tESLIC MQ ××××= ρexp

Efectuando os cálculos para as diversas secções chegamos a:



Secção Custos de exploração (€) 16 1886,81 25 1207,56 35 862,54 50 603,78 70 431,27 95 317,78

Efectuando uma análise gráfica dos resultados obtidos, vêm:

Gráfico 2. Custos de investimento e de exploração em função da secção do cabo

Perante estes resultados, uma escolha da secção do cabo de S=50 mm2 é a decisão mais

acertada, uma vez que esta é a secção económica. Verificando a condição de queda de tensão para esta secção vem:

%012,048

85,3125018,02502

%%%min

max =Δ<=>Δ×

×××=<=>

Δ××××

= admadmadmalno

VVVV

IlS

ρ

São assim verificadas as condições de queda de tensão. As perdas diárias e anuais podem ser calculadas através de:

KWPP

WISLP

diáriasanuais

MQdiárias

9,136522,5365

22,581,5795025018,0

=×=×=

=××=××= ρ

Estamos agora em condições de avaliar o custo do projecto, tendo em conta os preços dos diversos componentes:



Componente Preço por unidade

(€) Nº de unidades

necessárias Preço total

(€) Painel pv BP 3160 992,32 14 13892,48

Bateria AUTOSIL E12-255 326,82 28 9150,96 Regulador SOLAR BOOST

3048 586,10 2 1172,2

Inversor STUDER C3548 2458,59 2 4917,18 Cabo CABELTE bipolar VAV 24,58 25 614,5

TOTAL 29747,32 €

Da análise da tabela anterior, constatamos que o custo associado ao projecto

fotovoltaico a instalar no infantário e creche será da ordem dos 30000 €.

6.6.6. Viabilidade do Sistema Ligado à Rede

Com o objectivo de vender o excesso de produção à rede eléctrica, para assim amortizar o investimento inicial do projecto, no seguinte quadro podemos ver o excesso de produção em cada mês, assim como os lucros mensais provenientes da venda desse excesso à rede. Para ver em detalhe os cálculos efectuados consultar folha de cálculo do Microsoft Excel “Dimensionamento Fotovoltaico” na página da internet relativa ao projecto, ou no CD entregue junto com o presente relatório.

Mês Excesso produção/mês (kW/mês) Lucros mensais (€) Janeiro 106,00 26,50 Fevereiro 592,66 148,16 Março 1132,93 283,23 Abril 1064,64 266,16 Maio 718,48 179,62 Junho 423,26 105,82 Julho 265,14 66,29 Agosto 781,25 195,31 Setembro 1132,63 283,16 Outubro 983,46 245,87 Novembro 558,02 139,50 Dezembro 478,99 119,75

Total 8237,46 2059,37

O custo associado ao projecto seria da ordem dos 30000 €. Interessa agora saber ao fim

de quanto tempo estaria pago o investimento considerando uma taxa anual real isenta de risco de 2%. O quadro seguinte dá-nos essa indicação através de uma análise dos cash-flows ao longo de 25 anos, uma vez que este é o tempo médio de vida dos painéis solares (para informação mais detalhada ver ficheiro do Microsoft Excel “Dimensionamento fotovoltaico”:



Ano Cash Flows (€) Montante obtido

Por implementar o projecto Por deixar o dinheiro a render 0 -29747,32 0,00 29747,32 1 2059,37 2059,37 30342,27 2 2059,37 4159,92 30949,11 3 2059,37 6302,49 31568,09 4 2059,37 8487,91 32199,46 5 2059,37 10717,04 32843,44 6 2059,37 12990,75 33500,31 7 2059,37 15309,94 34170,32 8 2059,37 17675,50 34853,73 9 2059,37 20088,38 35550,80

10 2059,37 22549,52 36261,82 11 2059,37 25059,88 36987,05 12 2059,37 27620,45 37726,79 13 2059,37 30232,23 38481,33 14 2059,37 32896,24 39250,96 15 2059,37 35613,54 40035,98 16 2059,37 38385,18 40836,70 17 2059,37 41212,25 41653,43 18 2059,37 44095,87 42486,50 19 2059,37 47037,16 43336,23 20 2059,37 50037,27 44202,95 21 2059,37 53097,38 45087,01 22 2059,37 56218,70 45988,75 23 2059,37 59402,45 46908,53 24 2059,37 62649,86 47846,70 25 2059,37 65962,23 48803,63

Tabela 9. Análise económica do projecto Pela análise do quadro vemos que o projecto fica pago ao fim de 13 anos. Podemos

assim afirmar que do ponto de vista económico, a decisão por implementar este sistema seria uma decisão rentável. Apesar de tempo de vida das baterias ser sempre inferior a 25 anos, conclui-se que este investimento seria aconselhado em regime de produtor/consumidor.

Neste regime, o produtor vê-se obrigado a consumir 50% da energia produzida. A tarifa de venda à rede, para sistemas com uma potência de pico inferior a 5 kWp, é aproximadamente 0,25 €/kWh.

Pode-se assim afirmar, que como solução a um custo maior do projecto com a implementação do sistema domótico EIB-KNX, a opção por este tipo de iniciativa levará a recuperar não só todo o investimento inicial e igualmente a assegurar um lucro mensal de forma a servir de apoio à concepção do sistema domótico.



7. Desenvolvimento de uma Aplicação Paralelamente ao projecto eléctrico desenvolvido na empresa Rodrigues Gomes & Associados – Consultores de Engenharia, S.A., foi conjuntamente realizado uma aplicação em Excel, através de programação em Visual Basic, que permitisse o cálculo automatizado das correntes admissíveis segundo os métodos de referência para canalizações eléctricas presentes nas Regras Técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão. A ideia da realização do programa foi sugerida pelo Eng. Projectista Luís Fernandes, que reconheceu a dificuldade crescente que as novas regras técnicas, e em particular os métodos de referência vieram trazer para o cálculo destas correntes. Ele acreditou sempre nas nossas capacidades de desenvolvimento desta aplicação, e mostrou-se sempre interessado no acompanhamento da mesma, dando-nos moral para o seu término.

Com o objectivo de facilitar o cálculo, de o tornar mais rápido, praticamente instantâneo, comprometemo-nos a empenharmo-nos no seu crescimento e aperfeiçoamento. Inicialmente, tivemos que estudar a fundo a temática por detrás desta aplicação, percebendo o seu contexto e finalidade, para assim iniciarmos o seu desenvolvimento. A aplicação demorou cerca de dois meses a estar finalizada, após alguns receios, certas correcções, e muitas conquistas. Se observarmos bem, apercebemo-nos da quantidade de métodos de referência a considerar, mas para além disso, certos métodos apresentam dificuldades acrescidas na sua elaboração, uma vez que não são triviais as escolhas a tomar até à apresentação dos cálculos. Por tudo isso, sentimo-nos bastante satisfeitos com o trabalho desenvolvido.

Foi ainda desenvolvido um pequeno Manual do Utilizador, apresentado em anexo, que pretende ajudar os utilizadores do programa a compreender o seu funcionamento base.

O programa desenvolvido pode ser acedido através da página da internet relativa ao projecto de fim de curso (www.fe.up.pt/~ee01208 ou www.fe.up.pt/~ee02154).



8. Notas Finais

Com o intuito de aprofundar os conhecimentos na área da domótica, o presente trabalho pretendendo focar os seus aspectos essenciais, as suas aplicações e vantagens quando comparado com uma instalação convencional.

Neste seguimento, optou-se pela realização do projecto eléctrico de uma creche e infantário nas duas vertentes, e a elaboração do respectivo orçamento. Assim, através de uma análise económica procurou-se quantificar o custo inerente a cada um dos projectos, tendo em atenção critérios como o investimento inicial, nível de conforto, segurança e gestão de energia.

Não obstante o facto de a instalação inteligente representar um incremento no investimento inicial de cerca de 41% em relação à instalação convencional, no nosso entender, e por se tratar de uma instalação de características algo especiais, nomeadamente devido à faixa etária a que se destina, a aplicação da domótica no edifício proporciona inúmeras vantagens, permitindo um acréscimo de conforto e qualidade de vida.

Assim, foi ainda analisada a possibilidade de aplicação de um sistema fotovoltaico, e através de uma análise de cash-flows, verificou-se que o mesmo não só era economicamente viável, ficando totalmente pago ao fim de 13 anos, mas também permitia a partir desse ano recuperar o investimento feito na instalação inteligente.

Paralelamente ao projecto eléctrico desenvolvido, foi ainda desenvolvido uma aplicação para o cálculo automatizado das correntes admissíveis segundo os métodos de referência para canalizações eléctricas, presentes nas R.T.I.E.B.T., e o correspondente Manual do Utilizador.

Este trabalho, no seu conjunto, permitiu adquirir e fortalecer conhecimentos na área dos edifícios inteligentes. Pensamos que a realização do estágio muito contribui para o sucesso, no nosso entender, do mesmo. Para além disso, são apresentadas soluções ao longo do trabalho que vão de encontro a uma racionalização da energia e a uma maior eficiência energética. Uma vez que consideramos ser uma área de todo o interesse e com um enorme potencial, nomeadamente no nosso país, a aplicação de painéis fotovoltaicos foi uma mais-valia para a instalação.

Consideramos pois, que o objectivo do trabalho foi inteiramente alcançado.



9. Referências Bibliográficas

1. ABB, i-bus EIB: Intelligent Installation Systems, 2004; 2. ABB, i-bus EIB: Manual Técnico, 2004; 3. ABB, i-bus EIB: Product Range Overview; 4. ABB, i-bus EIB, Tabela de Preços 2003; 5. HAGER, Tehalit, Catálogo 2006; 6. JG DOMÓTICA, Desenvolvimento de Equipamento de Domótica, versão 1.02,

Matosinhos, 2005; 7. MERTEN, Tev 2, Seminários Instabus EIB, Maia: 2004; 8. PEREIRA, José Marinho Gomes, MORAIS, Josué Lima, Guia Técnico das Instalações

Eléctricas, CERTIEL, 2006; 9. Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão, Lisboa: Imprensa Nacional

– Casa da Moeda, 2006; 10. SIEMENS, Instabus EIB, Preços 2005; 11. SIEMENS, Sistema de Gestão Técnica de Edifícios Instabus EIB, 2001; 12. www.abb.pt 13. www.eiba.com 14. www.fe.up.pt/~arminio 15. www.fe.up.pt/~cdm 16. www.hager.pt 17. www.jgdomotica.com 18. www.tev.pt



10. Anexos

Fazem parte integrante destes anexos, o Manual de Utilizador elaborado para o programa de cálculo de correntes admissíveis concebido e as peças desenhadas relativas ao projecto eléctrico convencional e inteligente.

Documents

EDIFÍCIOS INTELIGENTES: DOMÓTICA E GESTÃO INTEGRADA DE ...paginas.fe.up.pt/~ee02154/relatorio_estagio.pdf · Edifícios Inteligentes: Domótica e Gestão Integrada de Edifícios