Projecto de Climatização Grupo 2

Projecto de Climatização

Grupo 2

Antonio Bernardo Rosas Ferreira nª980504050 Fernando Baltasar dos Santos Pedrosa nª000504003

Realizado por: Fernando Baltasar dos Santos Pedrosa

António Bernardo Rosas Ferreira

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Introdução:........................................................................................................................ 1 Considerações................................................................................................................... 2 Resumo ............................................................................................................................. 3 Caracterização do edifício ................................................................................................ 4

Descrição do edifício .................................................................................................... 4 Cálculo das cargas térmicas de Inverno ........................................................................... 6

Coeficientes de transferência de calor ...................................................................... 7 Perdas por condução através da envolvente ................................................................. 8

Factor de concentração de perdas........................................................................... 10 Perdas localizadas................................................................................................... 12 Calculo da temperatura dos espaços não climatizados........................................... 15 Perdas devidas à renovação de ar ........................................................................... 18

Conclusão: .................................................................................................................. 19 Método graus-dia para o Aquecimento .......................................................................... 20

Ganhos Internos (Qgi) ................................................................................................ 24 Observação ............................................................................................................. 25

Ganhos Solares (Qsolar) ............................................................................................... 25 Necessidades de aquecimento .................................................................................... 31 Resultados................................................................................................................... 33 Conclusão ................................................................................................................... 34

Cargas Térmicas de arrefecimento ou Cargas Térmicas de Verão................................. 35 Ganhos por condução ................................................................................................. 35 Ganhos solares directos através dos envidraçados ..................................................... 37 Ganhos associados à ventilação artificial ................................................................... 38 Ganhos internos .......................................................................................................... 39

Ganhos internos devidos á ocupação...................................................................... 39 Ganhos internos devidos à iluminação ................................................................... 40 Ganhos internos devidos ao equipamento .............................................................. 40

Cálculo das temperaturas de equilíbrio das zonas não climatizadas .......................... 40 Resultados................................................................................................................... 41

Necessidades de arrefecimento....................................................................................... 44 Método BIN................................................................................................................ 44

• Carga de Condução através da envolvente ..................................................... 45 • Carga de radiação ........................................................................................... 46 • Ganhos Internos.............................................................................................. 46 • Ventilação....................................................................................................... 47

Verificação do RCCTE................................................................................................... 49 Metodologia................................................................................................................ 49 Folhas de Cálculo do RCCTE .................................................................................... 51

Caso Inverno:.......................................................................................................... 51 Conclusões:............................................................................................................. 52 Caso Verão: ............................................................................................................ 53

Conclusões Finais:...................................................................................................... 54 Verificação do novo RCCTE.......................................................................................... 54 Determinação da potência do equipamento a utilizar..................................................... 55 Verificação do RSECE ................................................................................................... 58

Conclusão ................................................................................................................... 62 Bibliografia:.................................................................................................................... 63



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Introdução: Este trabalho está enquadrado na disciplina de Climatização da opção de Fluidos e Calor da Licenciatura em Engenharia Mecânica. Tem como objectivo determinar o sistema de climatização para a torre do novo edifício do INEGI considerando que a torre tem palas exteriores na fachada sul iguais ás representadas na planta de pormenor e que nas fachadas este e norte tem estores interiores. Para a determinação do sistema e para a verificação dos regulamentos foram calculados os seguintes parâmetros:

• Cargas térmicas de Inverno ou de aquecimento; • Cargas térmicas de Verão ou de arrefecimento; • Necessidades térmicas de aquecimento (Método Graus-Dia); • Necessidades térmicas de arrefecimento (Método BIN).

Finalmente foi escolhido o tipo de sistema a instalar e calculas as potências dos respectivos equipamentos e verificação dos regulamentos (RCCTE e RSECE).



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Considerações Para a execução deste trabalho foram tomadas as seguintes considerações:

• O edifício em estudo é a torre das novas instalações do INEGI, no entanto, considera-se que os pisos a climatizar com este sistema são apenas os situados entre o piso 2 e 8 inclusive;

• Para a determinação das cargas térmicas do edifício e para todos os restantes

cálculos foram realizados apenas os cálculos para os pisos 2, 5 e 8 por serem considerados representativos do o edifício em estudo. O facto de se ter considerado estes pisos deve-se às propriedades específicas de cada um. O piso 8 é considerado representativo porque está em contacto com a cobertura por esse motivo pode ter maiores ganhos e perdas comparativamente com os pisos intermédios. O piso 5 considerou-se representativo porque tem as mesmas características que os pisos 3, 4, 5, 6 e 7 que se consideram serem todos semelhantes. O piso 2 é representativo porque tem uma parte suspensa que o torna diferente de todos os outros;

• Como condições de projecto para o Inverno foram consideradas a temperatura

exterior igual a 1,3ºC e temperatura interior igual a 20ºC;

• Como condições de projecto para o Verão foram consideradas a temperatura exterior igual a 28,4ºC e amplitude 9,6ºC e temperatura interior igual a 25ºC;

• As palas existentes na fachada sul são iguais às representadas na planta de

pormenor e protege a fachada da incidência do sol quando este incide na mesma com ângulos compreendidos entre 35º e 72º;

• Para o cálculo das perdas lineares e para o cálculo do factor de concentração das

perdas (fc) foram considerados apenas dois tipos de paredes como paredes envolventes do edifício, paredes com e sem janelas;

• Os dois tipos de paredes considerados no ponto anterior foram considerados

como tendo propriedades distintas para o piso 2 e 8 devido à diferença existente entre o coeficiente linear de perdas destes pisos para os pisos intermédios;

• O valor do caudal volúmico de ar para a ventilação mecânica do corredor igual a

5m3/m2;

• O valor do caudal volúmico de ar para a ventilação mecânica da casa-de-banho masculina (WCH) igual a 80m3/h;

• O valor do caudal volúmico de ar para a ventilação mecânica da casa-de-banho

feminina (WCM) igual a 60m3/h;

• As janelas têm todas uma altura de 2.2 m e têm 40 cm de parede em cima e em baixo como se pode ver na planta representativa do corte A.



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Resumo O edifício em estudo é um edifício de serviços e tem importantes ganhos internos no período ocupado devido ao número de ocupantes por cada piso, o que torna quase nulas as necessidades de aquecimento neste período. Por outro lado este facto tem grandes desvantagens no caso do Verão e mesmo no Inverno porque torna necessário arrefecer o edifício no Inverno e exige uma potência de arrefecimento no Verão muito grande. Outra desvantagem apresentada por este edifício é o facto de ter estores interiores nas fachadas Este e Norte, este facto intensifica os ganhos durante o dia devido á incidência solar e as perdas durante a noite. Tomando como considerações as mencionadas no tópico anterior procedeu-se ao cálculo das cargas térmicas de Inverno e de Verão e chegou-se aos resultados seguintes:

• Carga térmica de aquecimento para os 7 pisos considerados é igual a 95,8 KW; • Carga térmica de arrefecimento para os 7 pisos considerados é igual a 133 KW;

As necessidades térmicas de aquecimento calculadas através do Método de Graus-Dia mantendo o edifício a 13º durante o período não ocupado são iguais a 78,96 KWh. As necessidades térmicas de arrefecimento e aquecimento calculadas através do Método BIN são apenas para os 5 dias úteis da semana e admitindo que o sistema é desligado durante o período não ocupado por esse motivo no período não ocupado não existem necessidades térmicas e no período ocupado apenas existem necessidades de arrefecimento que são iguais a 126,8 KWh/Ap. O sistema adoptado para ser instalado neste edifício é um sistema ar-água, em que o arrefecimento e aquecimento é feito através dum sistema de 4 tubos com ventiloconvectores, o ar insuflado é 100% ar novo e o caudal de ar insuflado é igual ao caudal mínimo (1,74m3/s) que se deve garantir para as condições de funcionamento estabelecidas. A potência da Caldeira e do Chiller a instalar para garantir o funcionamento do sistema nas condições estabelecidas é respectivamente igual a 101,6 KW e 56,4 KW. A verificação do RCCTE permite concluir que este edifício não satisfaz o regulamento nas condições de Verão e que é necessário tomar medidas de correcção. A verificação do novo RCCTE neste edifício não pode ser realizada dado que se trata de um edifício de serviços com sistema de climatização centralizado. A verificação do RSECE permite concluir que o sistema projectado não verifica este regulamento dado que a potência de arrefecimento de projecto é superior á potência permitida pelo regulamento.



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Caracterização do edifício

Descrição do edifício O caso de estudo é a Torre do Edifício do INEGI/IDMEC. È um edifício de escritórios, com oito pisos e 35 m de altura. Está localizada na cidade do Porto, Portugal com uma latitude de 41.1º em relação à linha do equador, e longitude de 8.0º Oeste, em relação ao meridiano de Greenwich. O Edifício encontra-se situado ao lado da Faculdade de Engenharia, na Rua Dr. Roberto Frias, perto do Hospital de São João. E está inserido numa zona urbana, com uma elevada densidade de construções. O edifício é constituído por 7 pisos de escritórios que partilhando uma divisão do espaço semelhante (Figura 1), com excepção do piso 3.

Fig.1 – Planta do piso 2 Para simplificação da análise deste edifício, considera-se apenas os Pisos 2, 5 e 8, considerando que todos os pisos intermédios têm um comportamento semelhante ao Piso 5. Desprezando as diferenças do Piso 3, todos os pisos são constituídos por um conjunto de seis gabinetes orientados a Sul, sendo os gabinetes em ambas as extremidades ligeiramente maiores, e o gabinete seis com janelas a Sul e a Este. Cada Piso contém também uma área de trabalho comum, onde diversas pessoas partilham o mesmo espaço. Existe também uma casa de banho para os homens e outra para as mulheres.



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Todas estas divisões estão interligadas por um átrio central, que também se considera climatizado. Todos os pisos se encontram ligados por um elevador e umas escadas, estando as escadas isoladas numa caixa de escadas. Existem também dois espaços não úteis, onde podem passar tubagens que não se encontram climatizados. Todo o edifício consiste basicamente numa torre com grandes áreas de envidraçado a Norte, Este e Sul, e sem nenhuma entrada de luz a Oeste. A fachada a Sul contem sombreadores externos de acordo com a figura 2, e a fachada Norte e Este tem sombreadores interiores metálicos de lâminas cinzentas.

Fig. 2 – Pormenor das palas utilizadas na fachada sul



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Cálculo das cargas térmicas de Inverno

A carga térmica de Inverno é a potência máxima que a instalação de aquecimento tem que possuir para garantir o conforto térmico de todas as zonas habitáveis caso não existam ganhos solares nem ganhos internos. Esta potência é calculada somando todas as perdas por condução através da envolvente do edifício e as perdas por renovação do ar.

As perdas por condução incluem as perdas pelas paredes (zonas homogéneas + pontes térmicas), pelas coberturas, pavimentos, envidraçados, portas, zonas enterradas e zonas adjacentes não aquecidas.

Normalmente nas renovações de ar são consideradas as perdas térmicas devido a infiltrações, mas como neste caso se admite que o edifício vai estar pressurizado, podem ser desprezáveis considerando apenas as perdas por ventilação mecânica.

O cálculo das cargas térmicas de Inverno é efectuado considerando as piores condições possíveis, ou seja, a temperatura exterior é a mais baixa ocorrida com uma probabilidade de ocorrência de pelo menos 95%, não existem ganhos solares, nem ganhos internos e pretendesse nestas condições manter a temperatura interior das zonas climatizadas constante e igual a 20ºC.

Atendendo ás condições preestabelecidas é necessário calcular todas as perdas devidas ás diferenças de temperatura existentes entre os espaços climatizados e o exterior, e entre os espaços climatizados e as zonas não climatizadas.

Considerando a temperatura exterior na zona do Porto com uma probabilidade de ocorrência de 97,5% igual a 1,3ºC deve-se calcular a temperatura dos espaços não climatizados, as perdas dos espaços climatizados para os espaços não climatizados e as perdas dos espaços climatizados para o exterior.



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Coeficientes de transferência de calor

O coeficiente global de transferência térmica (K) é o inverso da soma das resistências térmicas de todas as componentes que constituem o elemento (formula 2).

A obtenção correcta dos coeficientes de transferência de calor é muito importante nesta fase uma vez que o fluxo de calor que atravessa um dado elemento da envolvente de um edifício lhe está directamente associado.

1

1n

ii

KRt

=

=

Σ (W/m2K) (2)

A resistência térmica (Rt) pode ser obtida através da divisão da espessura do material pela sua condutibilidade térmica (fórmula 3).

eRtλ

= (m2K/W) (3)

onde: e - espessura do material (m) λ - condutibilidade térmica do material (W/mK)

Neste trabalho foram considerados os coeficientes de transferência térmica fornecidos no projecto, e para as paredes exteriores é o K de simulação fornecido que é utilizado para o cálculo (apesar deste não corresponder ao coeficiente calculado usando as espessuras e coeficientes de condutibilidade fornecidos).

Elemento Coeficiente global de transferência Térmica (W/m2ºK)

Parede Exterior 0,644 Parede Interior 1,54

Cobertura 0,665 Laje do piso 2 em contacto com o exterior 0,828

Envidraçados 3,4

Tabela 1: Coeficientes Globais de Transferência Térmica para os diferentes elementos



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Perdas por condução através da envolvente

As perdas de calor pela envolvente são o factor mais significativo para o cálculo das cardas térmicas. Devido ao seu peso no resultado final, é necessário especial atenção para incluir todos os seus componentes (paredes, envidraçados).

As perdas pela envolvente são calculadas com base na fórmula 1 para cada sala. O facto deste cálculo ser feito sala a sala devesse a que posteriormente é necessário saber qual a potência a instalar em cada sala.

( )i aQ KA T T= − (W) (1) onde: Q: Perdas térmicas (W)

K: Coeficiente de transferência de calor do elemento em análise (W/m2K)

A: Área total do elemento (m2)

Ti: Temperatura do espaço climatizado (ºC)

Ta: Temperatura do ar exterior (ºC)

Os resultados das perdas através da envolvente de cada sala para os pisos 2, 5 e 8 são os apresentados na tabela 2.

Perdas pela Envolvente (W) Piso 2 Piso 5 Piso 8

Sala 1 888 624 893 Sala2 521 411 580 Sala3 521 411 580 Sala4 521 411 580 Sala5 521 411 580 Sala6 1415 1211 1452

Openspace 3871 3338 3338 Hall 130 130 691 W.C 196 196 388 Total 8586 7143 9083

Tabela 2 – Valor das perdas pela envolvente através das paredes exteriores para os pisos 2, 5 e 8.



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Perdas pela Envolvente Piso 2

Sala 1Sala2Sala3Sala4Sala5Sala6OpenspaceHallW.C

Gráfico 1 – Perdas pela envolvente no Piso 2

Como é possível ver no gráfico 1 circular para o Piso 2, a principal fonte de perdas pela envolvente e pelo Open space facto que se justifica pela existência de grandes áreas de envidraçado a Este e a Norte, e dado que o K dos envidraçados é muito superior ao das paredes as perdas também são maiores.

Perdas pela Envolvente por Piso

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

Piso 2 Piso 5 Piso 8

Gráfico 2 – Perdas pela envolvente nos vários Pisos

Por observação do gráfico 2 é possível constatar que o Piso onde existem mais

perdas pela envolvente é o piso 8. Este resultado era o esperado visto que o Piso 8 está em contacto com a cobertura, que vai ser uma fonte de perdas bastante grande. Por outro lado constata-se que o piso com menores perdas é o piso 5 como já se esperava porque é um piso intermédio que não tem perdas devidas a elementos horizontais como acontece no piso 2 e 8.



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Factor de concentração de perdas

O factor de concentração de perdas é um factor que se utiliza para influenciar as perdas pela envolvente e que representa a percentagem de carga que é perdida pelas paredes com as respectivas perdas lineares. Neste trabalho consideram-se apenas dois tipos de factores de concentração de perdas, um para paredes com envidraçados e outro para paredes sem envidraçados. Destes dois tipos de factores de concentração ainda se faz uma distinção entre pisos intermédios (3,4,5,6,7) e pisos extremos (2,8).

Para o cálculo factor de concentração para paredes com janela considerou-se a parede exemplo representada na Figura 3.

Fig.3 – Parede com janela

Para os pisos intermédios (3,4,5,6,7):

.int .0,4 * 2 * 2,67 * 0,64 0,2 * 0,8 * 2 2,67 * 2 * 0,11 1,66

0,4 * 2 * 2,67 * 0,64jfc + +=

Para os pisos extremos (2,8):

. .0,4 * 2 * 2,67 * 0,64 0,2 * 0,8 * 2 2,67 * 0,55 2,67 * 0,11 2,52

0,4 * 2 * 2,67 * 0,64j extrfc + + +=

Por sua vez o cálculo do factor de concentração para paredes sem janela foi baseado na parede exemplo representada na figura 4.



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Fig.4 – Parede sem janela

Para os pisos intermédios (3,4,5,6,7):

int .0,64 * 3 * 5,65 5,65 * 2 * 0,11 3 * 2 * 0,2 1,23

0,64 * 3 * 5,65fc + +

=

Para os pisos extremos (2,8):

.0,64 * 3 * 5,65 5,65 * 0,11 5,65 * 0,55 3 * 2 * 0,2 1,45

0,64 * 5,65 * 3extrfc + + +=



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Perdas localizadas

As perdas localizadas são perdas pontuais de calor associadas às pontes térmicas que ocorrem nas uniões entre paredes, uniões de paredes com lajes e uniões de paredes com pilares.

Fig 5 –Esquema das Perdas localizadas

Na tabela 3 pode-se observar os valores dos coeficientes de transmissão térmica Ψ (W/ m.ºK) retirados do RCCTE (Regulamento das características de Comportamento Térmico dos Edifícios) e utilizados neste relatório.

Descrição Ψ (W/ m.ºK) Observações

Parede exterior em contacto com a laje superior 0,11 Tabela C.e.

admitindo em>0,25 Parede exterior em contacto com

a laje inferior 0,11 Tabela C.e. admitindo em>0,26

Pilares de canto 0,2 Tabela F.e. admitindo em=0,25 com isolamento exterior

Pilares em contacto com a parede exterior de ambos os lados 0,2 Tabela F.e.

admitindo em=0,25

Parede exterior sobre laje de tecto em contacto com o exterior 0,55 Tabela D.e.1

admitindo ep=0,35 r

Tabela 3 – Valores do coeficiente Ψ- RCCTE .

Ponte térmica por parede exterior/ laje inferior

Ponte térmica por parede exterior / laje tecto

Ponte térmica por parede exterior/ laje superior

Ponte térmica por parede exterior / laje tecto



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O cálculo das perdas térmicas lineares para cada divisão do edifício é feito usando a fórmula 4 ou a fórmula 5.

( )loc i aQ P T T= Ψ − [W] ( 4 )

ou

( 1) * * * ( )loc i aQ fc K A T T= − − [W] ( 5 )

onde: Qloc: Perdas térmicas localizadas (W);

Ψ: Coeficiente de transferência de calor (W/m.ºK);

P: Perímetro do elemento (m);

Ti: Temperatura do espaço climatizado (ºC);

Ta: Temperatura do ar exterior (ºC) ;

fc: Factor de concentração das perdas;

K: Coeficiente de transferência de calor da parede em análise;

A: Área da parede em análise.

De seguida encontra-se exemplificado o cálculo das perdas térmicas localizadas

para a sala 1.

Fig.6 - Esquema das perdas localizadas Sala 1

3

2

1



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Fig.7 - Esquema das perdas localizadas Sala 1

Perdas localizadas (W) Piso 2 Piso 5 Piso 8


Openspace 19 8 19 Total 42 19 42

Tabela 4 - Perdas localizadas

5

4



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Calculo da temperatura dos espaços não climatizados

As zonas consideradas não climatizadas para este estudo são comuns para os três pisos e são as seguintes: caixa dos elevadores, caixa de escadas, zona entre as casas-de-banho e a parede exterior, zona fechada à saída das escadas.

O cálculo da temperatura destas quatro zonas não climatizadas é efectuado tendo em consideração que apenas existem trocas de calor de e para estes espaços através das paredes, não sendo consideradas para este cálculo as perdas devidas ás pontes térmicas. O facto destes quatro espaços serem espaços que não estão limitados por pisos e que percorrem o edifício desde o solo até à cobertura permite circulação de ar e provoca aquecimento destas zonas nos pisos superiores caso estes não estejam abertos para o exterior, este facto apesar de se poder verificar no caso em estudo não vai ser considerado para o cálculo da temperatura das diferentes zonas. Caixa de escadas

A caixa de escadas tem uma temperatura designado por Tb e como se pode verificar na figura 8 tem duas perdas para o exterior assinaladas na figura como Q1 e Q7, tem ganhos vindos da caixa dos elevados (Q4), tem ganhos vindos da zona não climatizada 1 (Q6), tem ganhos vindos da zona não climatizada 2 (Q2) e tem ganhos vindos do corredor (Q5) e da casa-de-banho (Q3).

Fig.8 - Representação dos fluxos de calor entre a caixa de escadas e a envolvente

Realizando um balanço aos diferentes fluxos de calor que entram e saem deste espaço e estabelecendo que os ganhos são iguais ás perdas obtém-se a equação de equilíbrio 6.

1 7 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q Q+ = + + + + (6)



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Caixa dos elevadores

A caixa dos elevadores tem uma temperatura designada por TD e como se pode observar na representação feita na figura 9 este espaço tem apenas perdas para a caixa de escadas designado nesta figura e na anterior por Q4 e tem ganhos vindos do corredor (Q9) e das casas-de-banho (Q8).

Fig.9 – Representação dos fluxos de calor entre a caixa dos elevadores e as zonas envolventes

Efectuando um balanço igual ao realizado anteriormente para a caixa de escadas chega-se à equação de equilíbrio 7.

4 8 9Q Q Q= + (7)

Zona não climatizada 1

Este espaço tal como os anteriores tem uma temperatura de equilíbrio designada neste caso como TC. O cálculo desta temperatura é efectuado considerando um equilíbrio entre todos os fluxos de calor que para este caso específico se verificam entre o corredor (Q10), a sala 1 (Q11), a caixa de escadas (Q6) e o exterior (Q12) como se pode observar na representação apresentada na figura 10.

Fig.10 - Representação dos fluxos de calor existentes na zona não climatizada 1 Do equilíbrio entre todos estes fluxos resulta a equação de equilíbrio 8.

6 12 10 11Q Q Q Q+ = + (8)



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Zona não climatizada 2

Finalmente considera-se o espaço representado na figura 11 designado a partir de agora como sendo a zona não climatizada 2 ou zona 2.

Fig.11 – Representação dos fluxos de calor existentes entre a zona 2 e a envolvente

Este espaço tal como os três anteriores tem uma temperatura constante de equilíbrio designada neste caso como Te. Este espaço apresenta perdas de calor para o exterior (Q13) e para a caixa de escadas (Q2), apresenta ganhos vindos das casas-de-banho (Q15) e da sala 7 (Q14). Fazendo um balanço chega-se á equação de equilíbrio 9.

2 13 14 15Q Q Q Q+ = + (9)

Resolvendo o sistema constituído por estas quatro equações (6, 7, 8 e 9) chega-se aos valores apresentados na tabela 5 e 6.

Fluxos (W) Q1 50 Q2 4 Q3 51 Q4 14 Q5 48 Q6 29 Q7 95

Q8 5 Q9 9 Q10 74 Q11 20 Q12 66 Q13 143 Q14 7 Q15 140

Tabela 5 – Fluxos de Calor entre os diferentes espaços

Temperaturas (ºC) Tb 11 Tc 16 Td 19 Te 14 Ta 1,3 Ti 20,00

Tabela 6 – Temperaturas dos espaços envolvidos nos balanços



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Perdas devidas à renovação de ar As perdas devidas à renovação de ar são as perdas de calor associadas à ventilação mecânica existente e são calculadas com base na fórmula 10.

. * * ( )vent i aQ V Z T T•

= − ( 10 )

*3600

arar pCZ

ρ= ( 11 )

Onde:

V•

: Caudal volúmico de ar insuflado (m3/h); Z: Factor de conversão que entra em consideração com o arρ e

arpC , neste caso o factor Z é igual a 0,34. As perdas por ventilação para os diferentes pisos têm os valores apresentado na tabela 7.

Perdas por ventilação (W) Piso 2 Piso 5 Piso 8


Openspace 2225 2225 2225 Hall 1236 1236 1236 W.C 890 890 890 Total 5689 5689 5689

Tabela 7 – Valor das perdas por ventilação para os pisos 2, 5 e 8.



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Conclusão:

As cargas térmicas máximas de Inverno para cada piso para as condições exteriores de projecto são as apresentadas na tabela 8.

Piso 2 Piso 5 Piso 8 Perdas pela envolvente (W) 8586 7143 9083

Perdas Lineares (W) 42 19 42 Perdas para os espaços não climatizados (W) 347 347 347

Perdas por ventilação (W) 5689 5689 5689 Total (W) 14664 13198 15161

Tabela 8 – Valores das cargas de aquecimento máximas para cada sala e para cada piso.

Dos dados recolhidos da tabela 8 pode-se determinar o valor da carga térmica de

Inverno ou carga térmica de aquecimento para o edifício todo, que é igual a 95,8 KW.



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Método graus-dia para o Aquecimento

O método graus-dia (MGD) é um método cálculo estático utilizado para a determinação das necessidades térmicas de aquecimento. Isto é, este método assume que o edifício, no Inverno, passa por uma série de estados de equilíbrio. Considerando constantes as condições exteriores como velocidade do vento e a humidade, assim como as condições interiores (ganhos internos).

Apesar da sua simplicidade este permite obter resultados bastante aceitáveis para o cálculo das necessidades anuais de aquecimento.

( )0,024. .

24

i aj

T TQ GA

+Σ −= (12)

( )

24i aj

T TGD

+Σ −= (13) [ºC/dia]

Onde o factor GA é o coeficiente médio global das perdas do edifício em (W/ºC), considerando as perdas pela envolvente, as perdas localizadas e as perdas por ventilação. O factor GD é o parâmetro Graus-dia, que representa o somatório das diferenças positivas entre Ti (temperatura interior de projecto) e Ta (temperatura do ambiente exterior) média ao longo do período de aquecimento. Considerando os ganhos internos:

Fig.12 – Gráfico do método graus-dia *

*Apontamentos de Climatização – Opção Fluidos e Calor – Licenciatura Eng. Mecânica - FEUP

Onde Tb (temperatura base ou de equilíbrio) representa a temperatura a baixo da qual surgem necessidades de aquecimento.

[kWh] [kWh]



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Tb é calculada através da diferença entre Ti e a divisão do Qgi (ganhos internos médios) por GA.

QgiTb TiGA

= − (14)

Para a análise das necessidades de aquecimento considera-se a semana dividida

em três períodos. No período de fim-de-semana não é considerada a existência de ocupantes no interior do edifício, pressupondo-se assim que toda a iluminação e ventilação se encontram desligadas, por este motivo não existem ganhos internos nem perdas por ventilação. Nos dias úteis, consideram-se o período ocupado e o período nocturno onde não existem ganhos internos nem ganhos solares.

Tabela 9 – Tabela do cálculo da Tb para o piso 2, período ocupado

Piso Tb (Período Ocupado)

2 12.84 5 11.68 8 13.75

Tabela 10 – Tabela da Tb para os vários pisos, período ocupado

Depois de calcular a Tb para os vários pisos obteve-se os valores dos GD, através de uma regressão linear de valores de GD tabelados para Porto - Serra do Pilar.

GA medio global (W \ ºK) Qgi ( W ) Tb Ti - Tb

Sala 1 66,74 469 12,97 7,03

Sala2 42,80 310 12,77 7,23

Sala3 42,80 310 12,77 7,23

Sala4 42,80 310 12,77 7,23

Sala5 42,80 310 12,77 7,23

Sala6 95,90 426 15,56 4,44

Openspace 348,69 3311 10,50 9,50

Hall 73,06 292 16,01 3,99

W.C 58,08 92 18,42 1,58

Total 813,65 5827 12,84 7,92

Ti= 20 ºC

Tb= 12,84 ºC



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Porto-S. do Pilar

Graus dia Tabelados

Tb Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio15 0 79 155 185 142 137 35 0 18 0 131 243 276 223 221 61 0

Tb Piso 2 12,84 0 42 92 119 84 76 16 0

Tabela 11 – Tabela dos GD tabelados para varias Tb e o resultado para a regressão linear para Tb do piso 2

y = 30,333x - 270

y = 8,6667x - 95

y = 17,333x - 181

y = 29,333x - 285y = 27x - 263

y = 28x - 283

0

50

100

150

200

250

300

14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5

Linear (Janeiro)Linear (Abril)Linear (Novembro)Linear (Dezembro)Linear (Fevereiro)Linear (Março)

Gráfico 3 – Regressão linear dos valores tabelados Na tabela 11 estão os resultados do cálculo do GD para o piso 2 usando a formula 15.

GDmensal = (Tb-Te)*Ni (15) Onde: GDmensal: Graus-Dia num mês (º/dia) Tb: temperatura base (ºC) Te: temperatura exterior média (ºC)



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Meses Tb (ºC) Te (ºC) Tb-Te Dias do mês

Graus dias de

aquecimento

Janeiro 12,84 7,5 5,34 31 165

Fevereiro 12,84 10 2,84 28 79

Março 12,84 12,5 0,34 31 10

Abril 12,84 14 -1,16 30 0

Maio 12,84 15 -2,16 31 0

Junho 12,84 18 -5,16 30 0

Julho 12,84 20 -7,16 31 0

Agosto 12,84 20 -7,16 31 0

Setembro 12,84 18 -5,16 30 0

Outubro 12,84 15 -2,16 31 0

Novembro 12,84 12,5 0,34 30 10 Dezembro 12,84 10 2,84 31 88

Total 365 354

Tabela 12 – Tabela dos GD calculados para o piso 2

Graus dias de aquecimento calculados

Graus dias de aquecimento

tabelado Erro (%)

165 119 -0,28

79 84 0,05 10 76 6,29 0 16 0,00

0 0 0,00

0 0 0,00

0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00

10 42 3,09

88 92 0,04

354 429

Tabela 13 – Tabela de comparação dos GD calculados com os GD tabelados para o piso 2

Como existe uma diferença significativa entre os 2 resultados, optou-se por seguir os GD tabelados por estes serem mais fiáveis.



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Ganhos Internos (Qgi)

Existe sempre, num edifício, uma certa quantidade de energia térmica libertada para o ar interior, por todo o conjunto de ocupantes, equipamentos e iluminação. Estes ganhos internos de energia térmica não são programados, mas antes consequência do normal funcionamento do edifício.

Neste edifício, visto destinar-se para escritórios, vamos ter ganhos internos com um elevado peso no balanço energético global do edifício. Isto devido principalmente a elevada taxa de ocupação do espaço assim como ao grande número de equipamentos informáticos.

Nem todos os ganhos internos vão ser úteis para o aquecimento do edifício, isto é devido a vários factores mas principalmente devido a inércia térmica do edifício. Por isso optou-se pela multiplicação dos resultados por um rendimento de 50% para eliminar influência da inércia do edifício no aproveitamento dos ganhos internos. Os cálculos dos ganhos do edifício estão resumidos na tabela 14.

Ocupantes

Area (m^2)

nº Ocupantes

Q sensivel

Q latente Iluminação Equipamentos Rendimento Gi (W)

Sala 1 21,59 1 75 55 323,85 539,75 0,5 469,30

Sala2 13,6 1 75 55 204 340 0,5 309,50

Sala3 13,6 1 75 55 204 340 0,5 309,50

Sala4 13,6 1 75 55 204 340 0,5 309,50

Sala5 13,6 1 75 55 204 340 0,5 309,50

Sala6 19,4 1 75 55 291 485 0,5 425,50

Openspace 146,8 10 750 550 2202 3670 0,5 3311,00

Hall 38,89 0 0 0 583,35 0 0,5 291,68

W.C 12,21 0 0 0 183,15 0 0,5 91,58

Piso* 293,29 16 1200 880 4399,35 6054,75 5827,05

* Espaço climatizado

Tabela 14 – Tabela do cálculo dos ganhos internos

Estes cálculos foram feitos com base nos dados fornecidos pelo arquitecto que

estão transcritos na tabela 15.

Ocupantes Q sensivel* ( W/ ocup.)

Q latente* ( W/ ocup.)

Iluminação (W/m2)

Equipamentos (W/m2)

75 55 15 25

Tabela 15 – Dados assumidos para o cálculo do Qgi. (dados recomendados por o RSECE)



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Observação

No cálculo do Qgi foi considerado que durante o horário de funcionamento, em cada piso se encontravam permanentemente a trabalhar 16 funcionários e que o equipamento e iluminação se encontravam sempre ligados. Esta rigidez nos cálculos deve-se ao facto do MGD se tratar de um método estático (como já referido), isto vai introduzir um certo erro no cálculo das necessidades térmicas de aquecimento (NTA). Este erro é compensado pela facilidade e simplicidade do método.

Para uma maior certeza nos resultados era aconselhado usar métodos dinâmicos, que espelhem com maior precisão a natureza das trocas térmicas que ocorrem no edifício ao longo de um ano.

Ganhos Solares (Qsolar)

A radiação solar tem a maior contribuição na diminuição da necessidade de aquecimento. Por isso é essencial a sua consideração no cálculo das necessidades de aquecimento.

O primeiro passo deste processo foi calcular a quantidade de energia que chega a uma superfície vertical.

A radiação global média diária mensal numa superfície horizontal e o índice de claridade médio mensal (Kt) para o Porto, foram retirados das tabelas presentes no Anexo 2 dos apontamentos da cadeira de Térmica dos Edifícios.. Seguidamente converteu-se a radiação global média diária mensal em radiação incidente numa superfície vertical virada a este da seguinte forma:

Nesta fase ir-se-á contabilizar os ganhos solares captados pelos envidraçados, tendo em conta que nem todos os ganhos solares incidentes são úteis ou não.

De seguida será apresentado um possível procedimento para o cálculo dos ganhos solares.

Determinação da Radiação global média diária mensal numa superfície inclinada (Gv ): Considerando:

Gv = HG X R [Wh/m2.dia] (16) onde: Gv : radiação global média diária mensal incidente numa superfície vertical [Wh/m2.dia];

HG : radiação global média diária mensal incidente numa superfície horizontal [Wh/m2.dia]; R : factor de conversão da radiação no plano horizontal para o plano do envidraçado.



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O factor HG está tabelado e encontra-se nos Apontamentos da cadeira de Térmica de Edifícios, no Anexo 3.

Por sua vez, o valor do factor de conversão R é dado por:

1 cos 1 cos12 2

H Hs

H H

D DR RG G

β βρ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ −⎟⎜ ⎟ ⎟⎜ ⎜⎟= − + +⎜ ⎟ ⎟⎜ ⎜⎟⎜ ⎟ ⎟⎜ ⎜⎟⎟⎜ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ (17)

em que:

SR : factor geométrico;

HD : radiação difusa média diária mensal incidente numa superfície horizontal [Wh/m2.dia]; ρ : coeficiente de reflexão; β : ângulo de inclinação da superfície, em relação ao plano horizontal [º].

Nota: Como este edifício se encontra numa zona altamente urbana, ρ considerado foi o ρ betão = 0,3;

Através da relação de “ Collares-Pereira “ consegue-se estimar a fracção da

radiação difusa na radiação global incidente numa superfície horizontal H

H

DG

⎛ ⎞⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎟⎜⎝ ⎠, isto é:

0 00,775 0,00653( 90) (0,505 0,00455( 90)) cos(115 1)HT

H

D H H x KG

⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= + − − + − −⎜ ⎟⎜ ⎟⎟⎜⎝ ⎠(18)

onde:

0H : ângulo horário de “pôr-do-sol” [º];

TK : índice médio mensal de claridade. (retirado Anexo 4)

O ângulo horário de “pôr-do-sol” ( 0H ) é igual a : 0 cos( tan tan )H a xφ δ= − [º] (19) sendo: φ : latitude do local [º]; δ : declinação –



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36023,45 sin (284 )365

x Nδ⎛ ⎞⎟⎜= + ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠

[º] (20)

N: nº de dias contados a partir de 1 de Janeiro.

O factor geométrico ( SR ) é definido, segundo “ Duffie & Becker ”, para superfícies inclinadas com qualquer orientação, desde que não seja interrompida a incidência directa do sol mais de que uma vez durante o dia. Assim:

sR E F J= + − (21) sendo:

( ) 00

( ) * [(cos sin sin ) (sin cos sin cos )180

2 cos cos sin (sin sin )180

ss srH H

EHH

πβ δ φ δ φ β ψ

πφ δ φ δ

−−

=⎡ ⎤⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦

(22)

[ ]0

0

(sin sin ) * (cos cos cos ) (cos cos sin sin

2 (cos cos sin ) (sin sin )180

ss srH HF

HH

φ δ β δ ψ φ βπ

φ δ φ δ

− +=

⎡ ⎤⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦

(23)

00

(cos cos ) * (cos sin sin )

2 (cos cos sin ) (sin sin )180

ss srH HJHH

δ β ψπ

φ δ φ δ

−=

⎡ ⎤⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦

(24)

e que: se 0γ > ⇒ 0min( ; )srH H C=− [º] 0min( ; )ssH H D= se 0γ < ⇒ 0min( ; )srH H D=−

0min( ; )ssH H C= [º] considerando :



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cos sinsin tan tan

A φ φψ β ψ

= + [º] (25)

cos sintantan sin tan

B φ φδ

ψ ψ β

⎡ ⎤⎢ ⎥= +⎢ ⎥⎣ ⎦

[º] (26)

2 2

2

1cos1

AB A BC arA

⎡ ⎤+ + +⎢ ⎥= ⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦ [º] (27)

2 2

2

1cos1

AB A BD arA

⎡ ⎤− + +⎢ ⎥= ⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦ [º] (28)

onde:

SRH : ângulo horário do “nascer-do-sol” na superfície inclinada [º]; SSH : ângulo horário do “pôr-do-sol” na superfície inclinada [º]; 0H : ângulo horário de “pôr-do-sol” [º];

β : ângulo de inclinação da superfície, em relação ao plano horizontal [º]; φ : latitude do local [º]; δ : declinação [º]; ψ : azimute de superfície relativamente ao sul [º]; γ : azimute solar de superfície [º]; Por outro lado, o azimute solar de superfície (γ ) é definido como:

saγ ψ= − [º] (29) onde:

Sa : azimute solar [º]; ψ : azimute de superfície relativamente a sul [º]. Logo, para envidraçados virados a Sul e Este: - Sul : asγ = [º] ( 0γ > ); - Este e inclinado 90º : ( 90)saγ = − − [º] ( 0γ < ). . Determinação do Coeficiente de Transmissão de Radiação Solar dos Envidraçados (τ ):

Nem toda a radiação incidente numa superfície vertical é captada, ou transmitida através do envidraçado para o edifício.



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Por isso é necessário multiplicar os ganhos solares por um coeficiente de transmissão (τ ) que corrige a perda de energia de radiação, pela existência de um envidraçado.

Este coeficiente depende do tipo de vidro e do ângulo de incidência da radiação directa. O ângulo de incidência médio mensal ( i ) é definido como:

[ ]cos cos sinh sin cos coshi ar β β γ= + [º] (30) onde: β : ângulo de inclinação da superfície, em relação ao plano horizontal [º]; γ : azimute solar de superfície [º]; h: altura do sol [º]. A altura do sol ( h ) em :

[ ]sin sin sin cos cos cosh arc Hδ φ δ φ= + [º] (31) com: φ : latitude do local [º]; δ : declinação [º]; H : ângulo horário [horas]: ângulo formado pelo circulo horário com a direcção Sul do plano meridiano do lugar, isto é: sabendo que 15º da trajectória do sol corresponde a 1 hora passada, então:

360º(1 ) 15º /24 /

rot horah rot

=

Todos os envidraçados do Edifício são de vidro duplo, com 0,75τ = Finalmente:

0,75 *n

ττ

τ

⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (32)

onde: τ : Coeficiente de Transmissão de Radiação Solar.



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Cálculo da Energia Mensal Incidente, que é a energia de radiação que seja aos

envidraçados em cada mês.

*vI G n= [Wh/m2] (33) onde: n: nº dias por mês I: Energia Mensal incidente Cálculo da área sombreada media mensal.

Como existem sombreadores em todas as superfícies envidraçadas, é necessário saber para cada mês a fracção de energia que passa através dos envidraçados.

Sombreamento = Total

Sombra

AA

(34)

Em que: Asombra : Área Sombreada do envidraçado Atotal: Área total do envidraçado Para o cálculo do sombreamento consideramos Finalmente: Qsolar = I x τ x Sombreamento x 0.001 [kWh] (35) Qsolar efec = Qsolar * fsolar [kWh] (36) Onde: fsolar: fracção solar

A fracção solar é calculada em função do do parâmetro Relação Carga Solar (RCS), que se exprime mês a mês pela equação (37).

QsolarRCSQperdas

= (37)



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Ganho Directo

y = -0,1104x2 + 0,6236x + 0,0174

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

RCS

Frac

ção

Sol

ar

Gráfico 4 – Fracção solar para vidros duplos – construção de tijolo

Necessidades de aquecimento Necessidades de aquecimento para o piso 2, período semanal ocupado. Calculo das Necessidades mensais brutas de aquecimento:

Meses Factor

correcção temporal

diaria

Graus dias de

aquecimento

Graus dias de

aquecimento corrigidos

Necessidades brutas de

aquecimento (Kwh)

Janeiro 0,50 119 60 1166,07 Fevereiro 0,50 84 42 816,62

Março 0,50 76 38 746,70 Abril 0,50 16 8 158,83 Maio 0,50 0 0 0,00 Junho 0,50 0 0 0,00 Julho 0,50 0 0 0,00

Agosto 0,50 0 0 0,00 Setembro 0,50 0 0 0,00 Outubro 0,50 0 0 0,00

Novembro 0,50 42 21 405,48 Dezembro 0,50 92 46 893,89

Ano 214 4188

Tabela 16 – Necessidades mensais brutas de aquecimento GDcorrig FdxGD= (38)

0.024Qp xGAxGDcorrig= (kWh) (39) Onde: Qp: Necessidades de aquecimento brutas. GDcorrig: Graus Dia Equivalente ao período diurno



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Necessidades brutas de

aquecimento (Kwh)

Qs (KWh) RCS f solar Qs efect

(KWh)

Factor correcção temporal semanal

Qm ( KWh)

1166,07 2959,94 2,54 0,889 2631,339 0,71 0,00 816,62 2454,13 3,01 0,894 2194,96 0,71 0,00 746,70 2761,95 3,70 0,89 2458,139 0,71 0,00 158,83 2955,77 18,61 0,89 2630,639 0,71 0,00

0,00 2504,40 0,00 0 0 0,71 0,00 0,00 2499,96 0,00 0 0 0,71 0,00 0,00 2712,42 0,00 0 0 0,71 0,00 0,00 2914,00 0,00 0 0 0,71 0,00 0,00 2714,74 0,00 0 0 0,71 0,00 0,00 2853,89 0,00 0 0 0,71 0,00

405,48 3275,45 8,08 0,89 2915,15 0,71 0,00 893,89 3386,27 3,79 0,795 2693,509 0,71 0,00

4188 33993 40 5 15524 0

Tabela 17 – Necessidades mensais de aquecimento

( )Qm Qp Qsxfsolar xFsemanal= − (40) Onde: Qm: Necessidades de aquecimento Fsolar: fracção solar Qs: ganhos solares pelos envidraçados a Sul e a Este em kWh Fsemanal: Factor correcção temporal semanal igual a 5/7

KWh



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Resultados Na tabela 18 pode-se ver os resultados para as necessidades de aquecimento para todos os pisos, considerando que todos os pisos intermédios apresentam um comportamento idêntico ao piso 5. Como é possível constatar devido aos elevados ganhos internos do edifício, somando uma apreciável componente solar, resulta que não existe necessidade de aquecimento durante o período ocupado (tabela 18).

Meses Piso 1 Piso 2

Piso 3

Piso 4

Piso 5

Piso 6

Piso 7 Cobertura Total

Janeiro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Fevereiro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Março 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Abril 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Maio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Junho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Julho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Agosto 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Setembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Outubro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Novembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Dezembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Total 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Tabela 18 – Necessidades mensais de aquecimento para todos os pisos período ocupado Durante o período nocturno vai ser necessário aquecer, para manter o edifico a temperatura interior de 13ºC, um total anual de 12268,5 kWh. Este valor elevado deve-se ao facto de neste período não existirem quaisquer ganhos internos ou ganhos solares.

Meses Piso 1 Piso 2 Piso 3 Piso 4 Piso 5 Piso 6 Piso 7 Cobertura Total Janeiro 543,01 431,86 431,86 431,86 431,86 431,86 675,17 3377,50Fevereiro 384,34 305,67 305,67 305,67 305,67 305,67 477,89 2390,59Março 353,77 281,36 281,36 281,36 281,36 281,36 439,87 1637,72Abril 77,16 61,37 61,37 61,37 61,37 61,37 95,94 357,21Maio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Junho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Julho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Agosto 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Setembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Outubro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Novembro 193,61 153,98 153,98 153,98 153,98 153,98 240,73 1204,23Dezembro 420,55 334,47 334,47 334,47 334,47 334,47 522,91 2615,80

Total 0,00 1972,43 1568,71 1568,71 1568,71 1568,71 1568,71 2452,51 12268,50

Tabela 19 – Necessidades mensais de aquecimento para todos os pisos período não ocupado nocturno

[KWh]

[KWh]



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No período de fim-de-semana, que correspondente a sábado e domingo, considerou-se que o edifício não estava ocupado mas era necessário manter o edifício a uma temperatura constante de 13 ºC. Apesar de não haver ganhos internos, verificou-se que só era necessário proceder ao aquecimento apenas no mês de Janeiro, com um valor de 78,79 kWh.

Meses Piso 1 Piso 2 Piso 3 Piso 4 Piso 5 Piso 6 Piso 7 Cobertura Total Janeiro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 78.79 78.79 Fevereiro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Março 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Abril 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Maio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Junho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Julho 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Agosto 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Setembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Outubro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Novembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Dezembro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Total 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 42,45 78,79

Tabela 20 – Necessidades mensais de aquecimento para todos os pisos período fim de semana

Conclusão Apesar de se poder considerar estes resultados fiáveis, estes valores tiveram origem em que muitos parâmetros como ganhos internos e os ganhos solares se mantivessem estáveis ao longo de cada período de aquecimento (ocupado, não ocupado e fim de semana). Além disso considerou-se a evolução linear dos Graus-dia tabelados mensais (Gráfico 3), o que introduz uma fonte de erro no cálculo. Para obter uma avaliação mais precisa devia-se usar um método mais complexo como o método BIN, onde o clima é caracterizado de forma mais detalhada e analisando a temperatura em função da hora do dia, permitindo uma contabilização mais detalhada da temperatura exterior, dos ganhos internos e ganhos solares.



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Cargas Térmicas de arrefecimento ou Cargas Térmicas de Verão

A carga térmica de arrefecimento de um espaço é a potência térmica que é necessária retirar desse mesmo espaço de modo que a temperatura no seu interior seja constante e igual à estabelecida como condição de projecto.

Contrariamente ao que acontecia no cálculo das cargas térmicas de Inverno em que se considerava um regime permanente, as cargas térmicas de Verão devem ter em conta o regime variável dos ganhos. Para se considerar o facto do regime ser variável utiliza-se um método tabular designado por CLTD/CLF que envolve compromissos aceitáveis e bastante fiáveis com a variação da temperatura ao longo do dia. As cargas térmicas de arrefecimento têm várias origens:

• Condução de calor através dos elementos opacos da envolvente; • Ganhos solares directos através dos envidraçados; • Ganhos de calor associados às infiltrações; • Ganhos associados à ventilação artificial; • Ganhos internos, derivados de ocupantes, equipamentos e iluminação artificial.

Resumindo todas estas origens numa formula tem-se a fórmula 41.

inf .int .arref cond vent g solQ Q Q Q Q Q= + + + + (41)

Admitindo que o espaço se encontra pressurizado como se admitiu anteriormente no cálculo das cargas térmicas de Inverno elimina-se os ganhos por infiltrações dado que estes nestas condições não vão existir. Todos os restantes ganhos são calculados para os meses da estação quente (Junho, Julho, Agosto, Setembro). Na fachada Sul dado que os sombreadores existentes são os apresentados na figura 2 não existem ganhos solares directos e a fachada é considerada como se estivesse orientada a Norte.

Ganhos por condução

A condução através da envolvente opaca (envidraçados, paredes e coberturas) pode ser calculada recorrendo à equação da transferência de calor monodimensional em regime permanente considerada em cada hora do dia.

( )Q KA CLTD= (42) Onde:

K – coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente, já calculado anteriormente e tem como unidades (W/m2ºK); A – área do elemento da envolvente considerado (m2);



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CLTD – valor da diferença fictícia de temperatura exterior-interior que na ausência de radiação solar e, em regime permanente, conduz a uma carga térmica igual ao valor real calculado pelo método das funções de transferência.

Os valores de CLTD que inicialmente surgiram foram calculados pela

ASHRAE, no entanto, como o tipo de construção em Portugal é bastante diferente e apresenta uma inércia bastante superior foram desenvolvidas tabelas de CLTD para o caso de construções típicas em Portugal. As tabelas existentes dos valores de CLTD para Portugal são calculadas com base nos parâmetros apresentados na tabela 21 que correspondem às características da região V2 do RCCTE.

Temperatura exterior de projecto 32ºC Amplitude diária exterior 13ºC

Temperatura interior 25ºC Dia 21 de Julho

Latitude 40ºN

Tabela 21 – Características utilizadas para o cálculo dos valores de CLTD tabelados Para o caso em estudo segundo o RCCTE o edifício encontra-se na região I2,V1 que tem as características apresentadas na tabela 22 com uma probabilidade de ocorrência de 97,5%.

Temperatura exterior de projecto 28,4ºC Amplitude diária exterior 9,6ºC

Temperatura interior 25ºC

Tabela 22 – Características da zona V1 Como as condições do caso de estudo são diferentes das escolhidas para o cálculo dos valores tabelados deve-se efectuar a correcção dos valores do CLTD recorrendo à fórmula 43 para o caso de paredes, à fórmula 44 para o caso de coberturas e envidraçados.

0 0( ) * ( ) ( )corri iref i refCLTD CLTD LM K T T T T= + + − + − (43)

0 0( ) ( )corri iref i refCLTD CLTD T T T T= + − + − (44) Onde:

CLTD – valor tabelado para a região V2;

LM – correcção para outras latitudes e meses;

K – índice de cor das paredes/coberturas K = 1 – cor escura ou clara mas em zona industrial



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K = 0,83 – cor média K = 0,65 – cor clara – zona rural

Ti – temperatura interior [ºC];

Tiref – temperatura interior de referência [ºC];

T0 – temperatura exterior de projecto [ºC];

T0ref – temperatura exterior de projecto de referência [ºC].

Para este estudo o edifício apresenta uma inércia forte como se pode verificar por observação dos cálculos efectuados para o efeito no Anexo 5, por este motivo os valores de CLTD para uma parede de tipo 4 com inércia pesada são os utilizados.

Para a obtenção do valor de LM utilizou-se uma latitude igual a 40º dado que dos valores tabelados é a que se aproxima mais da latitude do local onde se encontra o edifício.

O valor de K igual a 1 é utilizado na correcção dado que o edifício em estudo se encontra numa cidade, por isso considera-se zona industrial.

Ganhos solares directos através dos envidraçados

O caso dos ganhos solares por radiação solar é um processo que se encontra limitado à incidência solar nas superfícies com capacidade de absorção conduzindo ao armazenamento parcial dessa energia, que mais tarde é libertada no espaço circundante por convecção. Por este motivo é muito importante a inércia, dado que, os atrasos registados na libertação dessa energia para o espaço são maiores quanto maior for a inércia do espaço.

Os ganhos solares por radiação solar são calculados através da fórmula 45.

* * *Q A SC SHGF CLF= (45) Onde:

A – área do envidraçado [m2];

SC – factor solar (shading coefficient);

SHGF – Máximo ganho solar no envidraçado [W/m2];

CLF – cooling load factor;

Dado que na fachada sul o edifício tem palas exteriores para protecção do envidraçado, e considerando vidro duplo incolor+incolor (5+5) retira-se o valor 0,75 para SC do RCCTE. Nas fachadas Este e Norte o edifício tem estores interiores de lâminas, por este motivo o valor de SC deve ser corrigido através da fórmula 46.



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*

0,75p v

corri

S SSC = (46)

Onde:

Sv – factor solar do envidraçado duplo (RCCTE);

Sp – factor solar da protecção (RCCTE).

Para a determinação do valor de Sp considerou-se estores de lâminas de cor média.

Os valores de SHGF máximo para todas as fachadas são determinados considerando uma latitude igual a 40º. Na utilização dos valores de SHGF nos envidraçados da fachada Sul considera-se que estes se encontram virados a Norte dado que as palas exteriores não deixam passar radiação solar directa. Para as fachadas Este e Norte o valor de SHGF é corrigido através da fórmula 47 considerando que os estores interiores cobrem metade da altura do envidraçado.

( * * )( )

sol sol somb somb

sol somb

SHGF A SHGF ASHGFA A

+=

+ (47)

O valor de CLF é determinado para a fachada Sul e para as fachadas Este e Norte recorrendo aos valores tabelados.

Ganhos associados à ventilação artificial

Para os ganhos por ventilação artificial é necessário distinguir dois diferentes tipos de ganhos, ganhos sensíveis (Qsen) e ganhos latentes (Qlat). Para a determinação destes dois tipos de ganhos deve-se recorrer a um diagrama psicrométrico para determinação do 1h∆ e 2h∆ como se pode observar na figura 13 e recorrer às fórmulas 48 e 49 para a determinação do valor dos ganhos sensíveis e latentes.

Fig. 13 – Exemplificação da determinação dos valores das entalpias



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1*senQ m h•

= ∆ (48)

2*latQ m h•

= ∆ (49)

Ganhos internos

Os ganhos internos de um edifício podem ter várias contribuições, tais como:

• Ocupação; • Iluminação; • Equipamentos.

Dado que o edifício em estudo é um edifício de escritórios admite-se que tem um

funcionamento contínuo das 9 às 17 horas legais. Uma vez que o cálculo das cargas térmicas é feito com base no tempo solar verdadeiro é necessário efectuar a conversão das horas legais em horas de sol verdadeiro. A conversão de tempo legal em tempo solar verdadeiro é efectuado recorrendo à fórmula 50.

160 15ETTSV TL λ

= + + − (50)

9,87 * sin(2 ) 7,53 * cos( ) 1,5 * sin( )ET B B B= − − (51)

360 * ( 81)

364NB −

= (52)

Onde:

N – número de dias contados a partir do dia 1 de Janeiro;

λ - longitude do local ( portoλ =-8,6º).

Ganhos internos devidos á ocupação

Considerando que neste espaço as pessoas que aqui trabalham tem uma actividade moderada típica de escritórios e que pelos valores tabelados para actividades típicas elas libertam 75W de carga sensível e 55W de carga latente. Admitindo que a carga latente é constante em todo o período de ocupação e que a carga sensível para o tempo solar verdadeiro libertada no espaço é calculada com base na fórmula 53 pode-se desta forma determinar os ganhos do espaço devidos á ocupação deste mesmo espaço.



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*sens senTSV

Q Q CLF= (53)

Ganhos internos devidos à iluminação

Os ganhos internos devidos á iluminação são ponderados através do factor CLF tal como a carga sensível nos ganhos internos. A iluminação apresenta este factor de ponderação porque enquanto a iluminação se encontra ligada o espaço armazena energia que é libertada quando a iluminação é desligada ou quando o espaço está saturado e não consegue armazenar mais.

Os ganhos internos devidos á iluminação são calculados através da fórmula 54.

*ilu iluTSV

Q Q CLF= (54)

Ganhos internos devidos ao equipamento

Estes ganhos podem ser de dois tipos tal como os ganhos por ocupação, no entanto, para o estudo como se trata de um edifício de escritórios admite-se que apenas libertam carga sensível pelo que também deve ser considerado um factor de ponderação CLF.

Os ganhos internos devidos ao equipamento são calculados através da fórmula 55.

*eq eqTSV

Q Q CLF= (55)

Cálculo das temperaturas de equilíbrio das zonas não climatizadas

O cálculo das temperaturas de equilíbrio das zonas não climatizadas é um processo em tudo idêntico ao realizado no Inverno, no entanto, no Verão deve ser tido em conta a variação do CLTD hora a hora.



Página 41

Resultados

As cargas térmicas obtidas para as diferentes salas e para os diferentes pisos têm uma configuração próxima da apresentada como exemplo no gráfico 5.

Carga Térmica Total para a sala 2 do piso 2

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W

) JunhoJulhoAgostoSetembro

Gráfico 5 - Carga total da sala 2 do piso 2

Este gráfico apresenta alguns pontos de descontinuidade começando pelo lado esquerdo pode-se ver que às 6 horas existe um ponto de descontinuidade e a carga passa de uma tendência decrescente para uma tendência crescente, este facto deve-se ao nascer do sol. O segundo ponto de descontinuidade verifica-se às 8 horas, e neste a carga sofre um crescimento repentino que é devido à entrada das pessoas e ao acender das luzes e equipamentos, no terceiro ponto às 16 verifica-se um decréscimo repentino que é devido ao inverso do que aconteceu no ponto anterior.

O quarto ponto que se verifica e a partir do qual o valor da carga começa a descer até atingir novamente o ponto das 6 horas deve-se ao facto do por do sol. O desfasamento entre as cargas térmicas para os diferentes meses deve-se ao facto das alterações climáticas exteriores existentes entre os mesmos.

Os gráficos de cada zona considerada para o cálculo das cargas térmicas de Verão podem ser consultados recorrendo ao anexo 6.

Na tabela 23 são apresentados os valores das cargas térmicas máximas verificadas em cada zona assim como o respectivo mês e a respectiva hora de ocorrência da mesma.



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Valores máximos da Carga Térmica do Piso 2 Zona Climatizada Mês Hora Q

Sala 1 Junho 16 1488Sala 2,3,4,5 Junho 16 1154

Sala 6 Junho 9 2683Open Space Junho 9 9685

WCM Junho 22 243 WCH Junho 16 297

Corredor Junho 16 955 Valores máximos da Carga Térmica do Piso 5

Zona Climatizada Mês Hora Q Sala 1 Junho 16 1437

Sala 2,3,4,5 Junho 16 1125Sala 6 Junho 9 2658

Open Space Junho 9 9508WCM Junho 22 243 WCH Junho 16 297

Corredor Junho 16 955 Valores máximos da Carga Térmica do Piso 8

Zona Climatizada Mês Hora Q Sala 1 Junho 17 1514

Sala 2,3,4,5 Junho 17 1154Sala 6 Junho 10 2485

Open Space Junho 15 9721WCM Junho 22 255 WCH Junho 16 310

Corredor Agosto 17 1043

Tabela 23 – Valores máximos das Cargas Térmicas para os diferentes pisos considerados

O facto da carga máxima para sala ocorrer em tempos diferentes deve-se ao facto da sua orientação.

Considerando a soma dos três pisos tem-se a variação de carga total ao longo do dia típico de cada mês representada no gráfico 6.



Página 43

Carga Total do Edifício

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 6 – Carga Térmica Total para os 7 pisos considerados Para o edifício considerado tem-se que a Carga Térmica Total de Arrefecimento é igual a 133 KW.



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Necessidades de arrefecimento Para a determinação das necessidades de arrefecimento utilizou-se o método BIN em vez do método de Graus-Dia, devido à maior precisão do mesmo.

Método BIN

O método BIN tal como mencionado anteriormente é um método mais preciso que o método Graus-Dia, uma vez que o clima é descrito de uma forma mais detalhada. No método dos Graus-Dia interessa apenas quantificar temperaturas independentemente da hora a que ocorre-se uma determinada temperatura, no método BIN a hora a que uma determinada temperatura exterior se verifica é importante.

O método BIN é um método mais preciso que o método de Graus-Dia porque permite ultrapassar algumas das hipóteses simplificativas que são feitas no método de Graus-Dia, tais como:

Os ganhos internos são considerados uniformemente distribuídos durante o período em que há aquecimento ambiente. No entanto a distribuição destes ganhos não é uniforme e tem interesse considerar a variação dos mesmos ao longo do dia;

As trocas de calor por condução são tratadas no método de Graus-Dia como tratando-se de regime permanente e considerando a temperatura exterior constante ao longo do dia. O método BIN permite considerar a variação de temperatura ao longo do dia e desta forma atribuir um carácter dinâmico ao processo.

O grau de precisão com que o método BIN pode ser aplicado pode ter vários niveís:

O intervalo dos intervalos BIN (1ºC ou mais); O nº de períodos do dia distintos:

3 (8 horas cada); 4 (6 horas cada); 6 (4 horas cada); No limite: 24 (1 hora cada);

O número de períodos distintos para cálculo das cargas: Mínimo: 2 períodos: Ocupado – Não Ocupado; Máximo: 1 período por intervalo de divisão do dia (de 3 a 24).

Por outro lado este método não tem apenas vantagens uma vez que para a

implementação do mesmo é necessário dispor de informação muito mais detalhada sobre o clima do que para a implementação dos Graus-Dia. Uma outra desvantagem deste método é o elevado esforço de cálculo inerente ao mesmo.

Uma vez compreendido o método convém referir que este tem como objectivo determinar as necessidades de arrefecimento e de aquecimento a que vão estar sujeitos os diferentes pisos do edifício em estudo e a variação linear das mesmas com a variação da temperatura exterior. Para a determinação do valor destas potências foi considerado o



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mês critico das estações criticas do ano, ou seja, Janeiro para o Inverno e Junho para o Verão.

Para a obtenção do valor final das necessidades de aquecimento e arrefecimento é necessário determinar as várias cargas que contribuem para o aquecimento e arrefecimento de cada piso, as cargas em questão são:

• Carga de Condução através da envolvente

No cálculo das cargas de arrefecimento era utilizado o valor de CLTD ao longo das horas do dia para determinação da carga de condução através da envolvente. No método BIN o cálculo da carga de condução já não é efectuado utilizando directamente o valor de CLTD. Neste método a carga de condução é calculada separando a parte devida à diferença de temperaturas (Q1) e a parte devida à incidência solar (Q2).

O valor da componente Q1 é calculado para as paredes através da fórmula 56 e para os envidraçados através da fórmula 57.

1 0( )c iQ f KA T T= − (56)

1 0( )iQ KA T T= − (57) Onde: fc – factor de concentração das perdas; K – Coeficiente de transferência de calor; A – Área do elemento considerado; T0 – Temperatura exterior; Ti – Temperatura interior.

O valor de Q2 é obtido para as paredes recorrendo à fórmula 58 e para os envidraçados recorrendo à fórmula 59.

2 c psQ f KAESTDF= (58)

2 psQ KAESTDF= (59) Onde: fc – factor de concentração das perdas; K – coeficiente de transferência de calor; A – Área do elemento considerado; Fps – % de dias de céu limpo; ESTD - representa a temperatura solar equivalente média e pode ser determinada recorrendo à fórmula 63. Sabendo que



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0( )c iCLTD T T ESTD= − + (60)

e que

0( ) *1 (25 ) ( 25,5)c iCLTD CLTD LM T T= + + − + − (61) tem-se

( ) 0,5i iESTD CLTD LM= + − (62) e

24

1

1 ( 0,5)24 i

i

ESTD CLTD LM=

⎡ ⎤⎢ ⎥= + −⎢ ⎥⎣ ⎦

∑ (63)

• Carga de radiação

Esta carga é devida à radiação solar que atravessa os envidraçados e é calculada recorrendo á fórmula 64.

max3 i i psQ SHGF A SC CLF F= × × × × (64) Onde:

maxSHGF - valor médio de SHGF para o período BIN em questão; Ai – Área do elemento considerado; SCi – Factor solar do envidraçado; CLF - valor médio de CLF para o período BIN considerado; Fps – % de dias de céu limpo.

• Ganhos Internos

A carga devida à existência de diferentes ganhos internos é determinada recorrendo para o caso da carga libertada pelos ocupantes á fórmula 10 e no caso da carga libertada pela iluminação e pelos equipamentos à fórmula 11 considerando para o efeito a pior das hipóteses que seria as pessoas manterem-se dentro do espaço 8 horas seguidas e a iluminação e os equipamentos as 8 horas seguidas ligados.

4 AQ Q ACLF= (65)

4 o oQ Q N CLF= (66)



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Onde: QA – Carga libertada pela iluminação e pelos equipamentos por unidade de área; A – Área da zona climatizada; Qo – Carga libertada por cada ocupante; No – Número de ocupantes no espaço; CLF – Valor médio de CLF para o intervalo BIN considerado.

• Ventilação

A carga devida à ventilação depende essencialmente do valor da temperatura exterior e é determinada através da fórmula 67.

5 0( )p iQ mC T T•

= − (67)

Uma outra componente que também contribui para a carga total do edifício é a carga recebida ou perdida através dos espaços não climatizados. Para a determinação desta carga recorre-se a equações de equilíbrio para os diferentes espaços não climatizados, considerando condução devida à diferença de temperatura entre o exterior e o espaço não climatizado e entre o espaço não climatizado e o espaço climatizado e considerando condução devida à incidência solar na envolvente exterior em contacto com os espaços não climatizados.

Após o cálculo da carga total a que está sujeito cada piso para cada intervalo BIN diário é necessário agrupar os dados em apenas dois períodos diários, ocupado e não ocupado, para isso soma-se o valor da carga dos diferentes intervalos BIN diários correspondentes aos diferentes períodos.

Finalizada esta operação tem-se o valor da carga no período ocupado e no período não ocupado em função da temperatura exterior, traçando o gráfico e aproximando a série de pontos por uma recta obtém-se assim uma equação do tipo Ax+B que dá a variação da carga com a variação da temperatura exterior para cada período considerado e para cada estação como representado nos graficos 7 e 8.

Período Ocupado

y = 1593,2x - 9908,8R2 = 1

y = 1558,9x - 2378,6R2 = 1

-20000,00

-10000,00

0,00

10000,00

20000,00

30000,00

40000,00

50000,00

60000,00

0 10 20 30 40

Temperatura Exterior (ºC)

Car

ga (W

) VerãoInvernoLinear (Verão)Linear (Inverno)

Período não ocupado

y = 3186,5x - 66676R2 = 1

y = 3117,9x - 51991R2 = 1

-80000,00

-60000,00

-40000,00

-20000,00

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W


Gráfico 7 – Carga Térmica para o período ocupado do piso 2 Gráfico 8 – Carga Térmica para o período não ocupado do piso 2



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Com a equação da variação da carga em função da temperatura exterior para cada período e para cada uma das estações consideradas pode-se determinar cada uma das temperaturas de equilíbrio apresentadas na tabela 24.

Temperaturas de equilibrio (ºC) Piso 2 Piso 5 Piso 8 PO PNO PO PNO PO PNO

Verão 6 21 4 21 8 21 Inverno 2 17 -1 16 4 18

Tabela 24 – Temperaturas de equilíbrio para os três pisos em estudo e para os dois periodos considerados

Determinadas as temperaturas de equilíbrio, o seguinte passo é a determinação das

necessidades anuais de aquecimento e de arrefecimento de cada piso. Para a determinação das necessidades anuais de arrefecimento basta multiplicar o

valor da carga de cada temperatura exterior superior à temperatura de equilíbrio para o Verão pelo número de ocorrências dessa temperatura e no final somar tudo. Para a determinação das necessidades anuais de aquecimento o processo é idêntico no entanto utiliza-se a temperatura de equilíbrio para a estação de Inverno e em vez de se utilizarem as temperaturas superiores à temperatura de equilíbrio utilizam-se as temperaturas inferiores.

Os valores intermédios e finais para cada piso podem ser consultados recorrendo ao anexo 7.

O valor das necessidades de arrefecimento obtido para o edifício todo é igual a 126,8 KWh/Ap.



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Verificação do RCCTE

O Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) apareceu como uma forma de combater a falta de conforto térmico dos edifícios, diminuir os seus consumos energéticos e evitar algumas patologias de origem térmica. (condensações).

Metodologia

O primeiro passo na verificação do RCCTE é o cumprimento dos requisitos mínimos (artigo 7º, Decreto-Lei nº 40/90 de 6 de Fevereiro) tanto para o Inverno como para o Verão. Em caso de não obedecer a um destes requisitos resulta numa reprovação imediata do edifício. Se o edifício passar os requisitos mínimos deve-se depois verificar que as soluções construtivas são iguais ou melhores ás apresentadas como de referência especificadas no regulamento.

Deve-se ainda verificar que o valor das necessidades energéticas do edifício, no Inverno (NIC) e no Verão (NVC), é inferior ao correspondente valor nominal NI ou NV usando Folhas de Cálculo fornecidas do regulamento.

Apresentam-se de seguida os passos seguidos para a verificação automática: 1. Verificar se o piso cumpre o Artigo 7º do Decreto de Lei nº 40/90 de 6 de Fevereiro

⇒ caso verifique passa-se ao ponto seguinte (ponto 2) ⇒ caso não verifique, conclui-se de imediato que o regulamento não é satisfeito e

não verifica o RCCTE 2. Verificar se a área útil do piso é inferior a 300 m2 (Artigo 5º, parágrafo 5 do Decreto

de Lei n.º 40/90 de 6 de Fevereiro) ⇒ caso não seja, passa-se de imediato ao preenchimento das folhas de cálculo,

ponto 4

⇒ caso seja inferior passa-se ao ponto seguinte (ponto 3)

3. Verificar se o edifício satisfaz automaticamente o Regulamento (Artigo 5º, parágrafo 5 do Decreto de Lei nº 40/90 de 6 de Fevereiro)

⇒ caso não verifique passa-se ao ponto 4

⇒ caso verifique conclui-se que o regulamento é satisfeito e termina assim a

aplicação do RCCTE



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4. O preenchimento das folhas de cálculo que se encontram no anexo 8 (Folhas de Cálculo do RCCTE).

As várias condições para a verificação das necessidades de aquecimento são as seguintes:

⇒ Os coeficientes de transmissão térmica não podem exceder os valores máximos de 1.6 W/m2K para a envolvente opaca exterior vertical e de 1,0 W/m2K para a envolvente opaca exterior horizontal;

⇒ O factor de concentração das perdas das fachadas não excede 1,3; ⇒ A área das zonas não opacas não ultrapassa 15% da área útil do pavimento;

Para as necessidades de arrefecimento as condições são as seguintes:

⇒ As mesmas apontadas para as necessidades de aquecimento; ⇒ A cobertura é de cor clara; ⇒ A inércia térmica é média ou forte ⇒ Todas as zonas não opacas têm factor solar não superior a 15 %;

O edifício em estudo não passava a verificação automática porque nas necessidades

de aquecimento o factor de concentração de perdas das fachadas calculado (1,9) é superior ao o valor regulamentado (1,3) e a área de envidraçado representa 34% da área útil de pavimento (o máximo é 15%).



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Folhas de Cálculo do RCCTE Todas as tabelas relativas às folhas de cálculo usadas estão no Anexo 8.

Caso Inverno: Para a folha de Cálculo FCIV. 1:

⇒ Consultou-se o quadro III.2 do RCCTE, para obter o valor para graus dias médio para I2.

Para a Folha de Cálculo FCIV. 1°

⇒ Os valores dos coeficientes de transmissão térmica e dos factores de concentração das perdas nas fachadas dão os mesmos considerados anteriormente, neste relatório.

Para a Folha de Cálculo FCIV. 1b

⇒ O valor 0,75 está associado ao efeito tampão. ⇒ Foram consideradas necessidades de aquecimento devido a envolvente

interior na ligação da zona útil as escadas e com os espaços livres 1 e 2. Para a Folha de Cálculo FCIV. 1c

⇒ Os envidraçados são compostos por vidro duplo de 6mm, com um coeficiente de

transmissão térmica para os envidraçados de 3,4 W/m2.ºC (LNEC). Para a Folha de Cálculo FCIV. 1d

⇒ O valor 0, 34 corresponde a 3600pCρ

Para a Folha de Cálculo FCIV. 1e

⇒ Consultou-se o quadro III.2 do RCCTE, para obter o valor para energia solar média incidente para I2.

⇒ Para o factor de utilização dos ganhos solares consultou-se a o quadro 8 no

anexo VI do RCCTE.

⇒ Nos ganhos solares considerou-se que os envidraçados são de vidro duplo, incolor + incolor (5 mm + 5 mm).



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⇒ O factor de obstrução esta calculado em anexo 9.

⇒ O factor de utilização dos ganhos solares ( η ) foi calculado usando a formula:

( / )1 k GLReη −≈ −

GanhosSolaresBrutosGLRNecessidadesBrutasdeAquecimento

=

e K = 1,3 (edifício com inércia forte)

Conclusões:

Na Folha de Cálculo FCIV 1 obteve-se o valor de 35,05 [kWh/m2.ano] para necessidades nominais de aquecimento e na Folha de Cálculo FCIV2 obteve-se o valor de 61,66 [kWh/m2.ano] de valor máximo imposto pelo artigo 5º do RCCTE.

Por comparação dos valores anteriores, conclui-se que o valor de Nic cálculado na folha FCIV 1 é inferior ao valor Ni cálculado na folha FCIV 2 por esse motivo pode-se dizer que o edificio verifica o regulamento para as condições de Inverno.



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Caso Verão: Para a Folha de Cálculo FCV. 1:

⇒ Os valores dos coeficientes de transmissão térmica e dos factores de concentração das perdas nas fachadas são os mesmos considerados anteriormente, neste relatório.

⇒ Para o factor de utilização dos ganhos solares consultou-se o quadro VI.8 do

RCCTE.

⇒ Nos ganhos solares considerou-se que os envidraçados são de vidro duplo, incolor + incolor (5 mm + 5 mm).

⇒ O factor de obstrução esta calculado em anexo.

⇒ Para o factor de inércia, consultou-se o quadro V.5 do RCCTE.

⇒ A duração média da insolação na estação de Arrefecimento foi retirada da

alínea 2,2 b ) do anexo II do RCCTE. Para a Folha de Cálculo FCV. 2:

⇒ Considerou-se o edifício com uma inércia térmica forte e numa zona climática I2 V1. Pelas tabelas inseridas nas folhas considerou-se:

Kfr = 1,20; Khr = 0,85 Gref (kWh/ m^2. mês) = 25 ∆ Tr (ºC) =4,5 ∆ Th (ºC) =1,5

Conclusões:

Na FCV 1 obteve-se o valor de 11,6 [kWh/m2.ano] para necessidades nominais de arrefecimento para o edifício e na FCV. 2, obteve-se o valor de 8,99 [kWh/m2.ano] como o valor máximo das necessidades de arrefecimento imposto pelo artigo 5º do RCCTE.

Como o valor das necessidades nominais de aquecimento cálculado na folha FCV1 é superior ao valor imposto pelo regulamento cálculado na folha FCV 2 conclui-se desta forma que no Verão o edifício não satisfaz as condições mínimas para verificar o RCCTE.



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Conclusões Finais:

Este edifício não preenche os requisitos mínimos para verificar o RCCTE, quer na verificação automática onde se constatou que a área de envidraçado era superior ao permitido, e que o factor de concentração de perdas das fachadas calculado era demasiado elevado.

Também se verificou que as necessidades nominais de arrefecimento do edifício eram demasiado excessivas.

Para que o edifício consiga cumprir o RCCTE, recomenda-se que se proceda a algumas alterações no edifício, de preferência na fase de projecto.

Em baixo encontram-se algumas soluções propostas:

⇒ Diminuir as perdas térmicas pelas lajes e pelos pilares. ⇒ Diminuir a área de envidraçado, de preferência na fachada este ou na

fachada sul.

⇒ Aumentar a protecção solar na fachada este.

Verificação do novo RCCTE

O novo RCCTE não se aplica a este edificio dado que é um edificio de serviços com sistema de climatização centralizado ( alinea 2 do artigo 2º).



Página 55

Determinação da potência do equipamento a utilizar

O sistema que se considerou para ser instalado neste edifício é um sistema ar-água em que o caudal de ar insuflado é 100% ar novo e é igual ao caudal mínimo para que o edifício funcione bem nas condições estabelecidas. O aquecimento e arrefecimento do espaço são garantidos por um sistema de condutas de água de 4 tubos e ventiloconvectores. A adopção deste sistema prende-se no facto de ser o mais usado em Portugal e do edifício em questão não ter muitos ganhos de humidade o que reduz a necessidade de controlo da mesma. As cargas que o sistema deve garantir são:

• Carga Térmica de Aquecimento – 95,8 KW • Carga Térmica de Arrefecimento – 133 KW.

O sistema de ventilação está representado esquematicamente na figura 13 e circula

um caudal volúmico igual a 1,74 m3/s.

Fig.13 – Representação esquemática do sistema que trata o ar antes deste ser inserido dentro da sala

Conhecidas as propriedades de alguns pontos tais como: Condições no interior da sala

20ºInvernoT C= 25ºVerãoT C= 50%φ = 50%φ =

Condições de projecto para o ar exterior



Página 56

1,3ºInvernoT C= 28,4ºVerãoT C=

80%φ= . .

11a s

gW Kg=

Condições de insuflação

25ºInvernoT C= 20ºVerãoT C=

. .2Inverno sala

a s

gW W Kg= + . .

2Verão salaa s

gW W Kg= −

Representando estes pontos num diagrama psicrométrico como se pode observar no anexo 10, tiram-se as propriedades apresentadas na tabela 25.

Verão Inverno

h (KJ/Kga.s.)

W (g/Kga.s.)

v (m3/Kga.s.)

h (KJ/Kga.s.)

W (g/Kga.s.)

v (m3/Kga.s.)

Ponto 1 57,5 11 0,87 10 3,2 0,781 Ponto 5 51 10,2 0,858 39 7,2 0,84 Ponto 4 41 8,2 0,841 48,5 9,2 0,857

Tabela 25 – Propriedades dos pontos 1,5 e 4 retiradas do diagrama psicrométrico Com estes dados pode-se calcular a carga removida ou inserida do ou no espaço devido á insuflação deste caudal de ar. Inverno

5 4 51,74( ) (48,5 39) 19,80,84

Q m h h KW•

= − = • − =

Verão

5 5 41,74( ) (51 41) 20,3

0,858Q m h h KW

•

= − = • − =

Dado que a caldeira para além da carga que deve inserir na sala também deve alimentar o permutador de aquecimento que se encontra dentro da UTA calcula-se a carga que este introduz no ar da seguinte forma: admitindo 3 15ºT C= temos 3

. .38,5

a s

KJh Kg=

3 4 4 4 31,74( ) (48,5 38,5) 20,3

0,857Q m h h KW

•

− = − = • − =

admitindo que este permutador tem um rendimento de 90% tem-se que a carga que a caldeira deve fornecer ao permutador é igual a 22,6 KW.



Página 57

Desta forma e admitindo que a caldeira a instalar tem um rendimento de 97% conclui-se que a potência da caldeira a instalar é de 101,6KW. O Chiller tal como a caldeira também alimenta um permutador situado no interior da UTA no entanto este permutador é o permutador e arrefecimento e remove carga do ar antes deste ser insuflado. A carga removida por este permutador é calculada da seguinte forma: admitindo que 2 95%φ = tem-se 2

. .33,5

a s

KJh Kg= e 3

2. .

0,82a s

mv Kg=

1 2 2 1 21,74( ) (57,5 33,5) 50,90,82

Q m h h KW•

− = − = • − =

Admitindo que este permutador tal como o anterior tem um rendimento de 90% a carga que o Chiller lhe deve fornecer é igual a 56,6 KW. Desta forma e admitindo que o Chiller a instalar tem um COP igual a 3 conclui-se que a potência do Chiller a instalar é de 56,4 KW.



Página 58

Verificação do RSECE

O Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE), aprovado no decreto-lei nº40/90, nasceu para certificar que os ocupantes dos edifícios tenham conforto térmico e qualidade do ambiente interior, principalmente através melhoria da qualidade térmica da envolvente, intervindo no projecto e na construção do edifício.

Este regulamento veio complementar o RCCTE, e serve para ajudar a regulamentar a instalação e a utilização de sistemas energéticos de climatização nos edifícios, certificando-se que estes seguem uma utilização racional da energia.

Esta medida efectuada pelo Estado Português é tentativa para combater o desperdício energético nos edifícios, e evitar o abuso de sistemas de climatização para compensar um projecto deficiente.

A verificação do RSECE passa pelo preenchimento da “check-list”, com o auxílio

de folhas de cálculo (anexo 11) para o valor máximo das potências térmicas de aquecimento e de arrefecimento.

Para o cálculo das cargas térmicas de Verão e de Inverno e para a aplicação do regulamento foram utilizados os valores apresentados nos quadros do RSECE.

Nota:

O edifício está situado na zona do Porto, o que corresponde a uma zona zona de Inverno I2 e zona de Verão V1.

Visto tratar-se de um edifício não licenciado os valores do coeficiente de transmissão de calor seram corrigidos por um factor 0,8.

Os coeficientes de transferência de calor e os factores de concentração de perdas usados na caracterização da envolvente foram os valores calculados anteriormente.

Para todos os cálculos considerou-se que o edifício possuía uma inércia forte. Para as perdas de potência devido ao ar exterior, considerou-se uma taxa de renovação de 0,5 RPH para as infiltrações e um caudal de ar novo de 35 m3/h.ocupante para a ventilação mecânica.

Nas páginas seguintes encontram-se a “check-list” e a ficha energética.



Página 59

Check List - Edifício ARTIGO 7.º Projecto Regulamentação Verifica? Número 1

Potência Total Aquecimento 98,6 137,37 Sim

Potência Total Arrefecimento 169 142,06 Não

Número 2

Verificar por Z.I. e globalmente Sim Sim Não

Número 3

Potência eléctrica por efeito Joule Não < 25 kW Sim

Número 4

Potência de reaquecimento

terminal em sistemas só para arrefecimento

Não < 5% Parref Sim

Número 5

Recurso a unidades individuais

de climatização em novos edificios

Não Sim

Os espaços abrangidos apresentam

cargas térmicas ou condições interiores

especiais relativamente ao resto do edificio

Não Sim

Número 6 Potência térmica de rejeição Não Recuperação no Ar Novo Não Sim para > 80 kW Não

Eficiência na recuperação de calor do ar de rejeição Não > 50%

Número 7 Sistemas "tudo-ar" Não Caudal de ar insuflado (m3/h) 6264

"Free-Cooling"? Não Sim se >10.000m3/h

Número 8 Registo do consumo de energia? Sim Sim Número 9

Contagem de energia por zona independente? Sim Sim

Número 10 Equipamentos de segurança Sim



Página 60

ARTIGO 8.º Projecto Regulamentação Verifica? Número 5

Eficiência nominal dos equipamentos de aquecimento

Tipo de combustível (líquido ou sólido")?

Qual a eficiência nominal dos equipamentos de arrefecimento? >2

Número 6

N.º de escalões de

fraccionamento de potência das instalações de aquecimento?

1 2

N.º de escalões de

fraccionamento de potência das instalações de arrefecimento?

2 2

Número 7

Equipamentos com potência eléctrica superior a 12,5 kW

com meios individuais de registodo consumo de energia?

Não

Equipamentos com potência térmica em combustíveis fósseis

superior a 120 kW com meios individuais de registo

do consumo de energia?

Não


Sistemas de climatização com limitação da temperatura

máxima e mínima, de acordo com o tipo de espaço?

Sim Sim

Regulação da potência de aquecimento e de arrefecimento? Sim Sim

Possibilidade de fecho ou reduçãoautomática da climatização, por

espaço, em períodos de não ocupação?

Sim Sim


Sistemas de gestão de energia "Simples"? Não Para > 250 kW

Número 2

Sistemas de gestão de energia

com "optimização da parametrização"

Não Para > 500 kW



Página 61

Ficha Energética

Rua/Lugar- LOCALIZAÇÃO

Concelho- Distrito- Código Postal- Pessoa Entidade Singular Pública

X

Pessoa Entidade colectiva Privada

Nome- Grupo II Morada- Concelho- Porto Distrito- Porto Código Postal- 4150

IDENTIFICAÇÃO DA OBRA

REQUERENTE

Bilhete de Identidade - Nº de contribuinte- Referência [1] Área útil

Edifíco completo 1 1953,00 Piso

Fracção

TIPO E ÁREA

UTILIZAÇÃO Residêncial/Comercial

Temperatura [ºC] Humidade [g/Kgas]

Interiores (I/V) 20/25 7/10 Exteriores (I/V) 0/28 3/10

CARACTERIZAÇÃO DA ZONA

INDEPENDENTE

CONDIÇÕES DE

DIMENSIONAMENTO

Justificação [2] Área útil [m2] Potência Potência

Nominal [W] Máxima [W]

Aquecimento 1953 110211 137763 Arrefecimento 1953 113646 142058

Folhas de cálculo anexas X

Casos de excepção

VERIFICAÇÃO (Anexo IV)

(especificar) -

Área útil [m2] Potência instalada [W]

[3,4] Aquecimento 1953 101600

Arrefecimento 1953 56400

Energia utilizada [5] Electricidade Lenha

Efeito de Joule Gás propano Bomba de calor Gás natural

Chiller X Gás de cidade Petróleo Energia renovável Gasóleo Outra

Tipo de controlo Eléctrico Pneumático

SISTEMA DE CLIMATIZAÇÃO

INSTALÇÃO PROPOSTA

Electrónico X



Página 62

Sim X Não

Nome- Morada- REFERÊNCIAS

PESSOAIS Bilhete de identidade- Nº de contribuinte-

Licenciatura em Engenharia-

RESPONSABILIDADE TÉCNICA REFERÊNCIAS

PROFISSIONAIS Bacharelato em Engenharia-

Conclusão

O Edifício não satisfaz as exigências mínimas do RSECE, porque a potência térmica de arrefecimento projectada ultrapassa a potência máxima de arrefecimento permitida pelo RSECE.

Logo este Edifício não verifica o RSECE.



Página 63

Bibliografia: ASHRAE STANDARD, American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers. Maldonado, Eduardo, Calculo das Cargas Térmicas Arrefecimento em Edifícios. Maldonado, Eduardo, Calculo das Cargas Térmicas Aquecimento em Edifícios. Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Coeficientes de Transmissão Térmica da Envolvente dos Edifícios. Alexandre, José Luís, Apontamentos de apoio a disciplina de Climatização – 5º ano, Licenciatura de Engenharia Mecânica, Opção de Fluidos e Calor.

Anexo 1

Plantas

Anexo 2, 3 e 4

Índice de Claridade e Radiação Global

Anexo 2, 3 e 4

-Página 1 -

Anexo 5

Cálculo da Inércia do edifício

Anexo 5

-Página 1 -

Cálculo da Inércia do Edifício O cálculo da Inércia do edifício é efectuada considerando a fórmula 1, limitando para as paredes exteriores o valor da massa específica em 150 Kg/m2, para as paredes interiores em 300 Kg/m2 e para a e de soalho em 150 Kg/m2. Deve-se ter em consideração que apesar de existir isolamento no soalho (linóleo) a resistência térmica do mesmo é muito baixa e deve-se por isso contabilizar metade da laje de tecto para cada piso.

1 i ii

p

A MI

A=Σ

= (Kg/m2)(1)

Na tabela 1 estão representados os valores utilizados no cálculo da inércia para este piso e o respectivo valor da inércia. Uma vez que o valor da inércia para este piso já diz que ele é tem uma inércia pesada uma vez que é superior a 400 não é necessário calcular para os restantes pisos.

Área M A*M (A*M)/Ap Paredes exteriores 186 150 27900 101,82 Paredes interiores 208 278,5 57928 211,42

Tecto 274 150 41100 150,00 Pavimento 274 150 41100 150,00

I 613,24 Tabela 1 – Valores utilizados no calculo da inércia do piso 5 e respectivo valor da inércia

Anexo 6

Gráficos da variação das cargas térmicas de arrefecimento para os três pisos considerados

Anexo 6

-Página 1 -

Anexo 3

Cálculo das cargas térmicas de Verão A carga latente é igual para todos os pisos uma vez que apenas varia com a ventilação e com o número de ocupantes e tem uma configuração igual á apresentada na figura 1 apresentando um acréscimo bruto no intervalo de tempo em que se encontram pessoas dentro das salas. Para o corredor e para as casas-de-banho o a figura 1 também apresenta este acréscimo bruto apesar de não existirem ocupantes a iluminação é ligada no mesmo intervalo de tempo.

Carga Latente da sala 1 do piso 2

0

20

40

60

80

100

120

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W


Fig.1 – Gráfico da variação da carga latente Nos gráficos seguintes aparece representada a variação da carga total para cada sala e para os três pisos considerados. As variações de carga súbitas nos gráficos devem-se aos motivos já mencionados no relatório, nascer do sol, entrada das pessoas ao serviço, saída das pessoas e por do sol.

Anexo 6

-Página 2 -

Piso 2


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W


Gráfico 1 – Variação da carga total da sala 1 do Piso 2


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Anexo 6

-Página 3 -


0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Carga Térmica Total para o Open Space do piso 2

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W


Gráfico 4 – Variação da carga total do open space do Piso 2

Anexo 6

-Página 4 -

Carga Térmica Total para o corredor do piso 2

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 5 – Variação da carga total do corredor do Piso 2

Carga Térmica Total para o WCM do piso 2

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 6 – Variação da carga total da casa de banho das mulheres do Piso 2

Anexo 6

-Página 5 -

Carga Térmica Total para o WCH do piso 2

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 7 – Variação da carga total da casa de banho dos homens do Piso 2

Carga Térmica Total do piso 2

0

5000

10000

15000

20000

25000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 8 – Variação da carga total do Piso 2

Anexo 6

-Página 6 -

Piso 5


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W




0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W



Anexo 6

-Página 7 -


0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Carga Térmica Total para o open space do piso 5

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Anexo 6

-Página 8 -


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W




0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W



Anexo 6

-Página 9 -


0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W




0

5000

10000

15000

20000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 16 – Variação da carga total do Piso 5

Anexo 6

-Página 10 -

Piso 8


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W




0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W



Anexo 6

-Página 11 -


0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Carga Térmica Total para o open space do piso 8

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Car

ga (W



Anexo 6

-Página 12 -


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W




0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W



Anexo 6

-Página 13 -


0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W




0

5000

10000

15000

20000

25000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora

Carg

a (W


Gráfico 25 – Variação da carga total Piso 8

Anexo 7

Valores intermédios calculados através do método BIN

Anexo 7

- Página 1 -

Neste anexo estão presentes os resultados intermédios e finais calculados para os três pisos em estudo, utilizados para o cálculo das necessidades de arrefecimento e de aquecimento calculadas através do método BIN.

Piso 2 Carga de condução através da envolvente:

Variação da Carga devida à condução

y = 475,36x - 11884R2 = 1

y = 475,36x - 9507,2R2 = 1

-15000,00

-10000,00

-5000,00

0,00

5000,00

10000,00

0 10 20 30 40

Temperatura exterior (ºC)

Car

ga (W


Gráfico 1 – Variação da carga devida à condução

Carga devida à incidência solar mais a carga devida à radiação que atravessa os envidraçados:

Carga Total Devida á incidência solarBIN Paredes Envidraçados

00-04h 562 28 04-08h 382 4379 08-12h 292 6940 12-16h 385 6465 16-20h 564 4522 20-24h 661 1367

Tabela 1 – Carga para os diferentes períodos BIN devida a incidência solar para o período de Verão


00-04h 222 -168 04-08h 61 3196 08-12h -21 6276 12-16h 64 6791 16-20h 225 5075 20-24h 312 1445

Tabela 2 – Carga para os diferentes períodos BIN devida a incidência solar para o período de Inverno

Anexo 7

- Página 2 -

Carga devida aos ganhos internos:

Ganhos Internos BIN Verão Inverno

00-04h 0 0 04-08h 0 0 08-12h 7167 7167 12-16h 8523 8523 16-20h 0 0 20-24h 0 0

Tabela 3 – Carga para os diferentes períodos BIN devida aos ganhos internos para o período de Verão e de Inverno Carga devida à ventilação:

Carga devida à ventilação

y = 304,11x - 6082,3R2 = 1

y = 304,11x - 7602,8R2 = 1

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0 10 20 30 40


Car

ga (W

) VerãoInvernoLinear (Inverno)Linear (Verão)

Gráfico 2 – Variação da carga devida à ventilação

Carga Total:

Período Ocupado

y = 1593,2x - 9908,8R2 = 1

y = 1558,9x - 2378,6R2 = 1

-20000,00

-10000,00

0,00

10000,00

20000,00

30000,00

40000,00

50000,00

60000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W


Gráfico 3 – Variação da carga total no período ocupado

Anexo 7

- Página 3 -


y = 3186,5x - 66676R2 = 1

y = 3117,9x - 51991R2 = 1

-80000,00

-60000,00

-40000,00

-20000,00

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W


Gráfico 4 – Variação da carga total no período não ocupado


Variação da carga devida à condução

y = 376,54x - 7530,8R2 = 1

y = 376,54x - 9413,5R2 = 1

-12000,00-10000,00-8000,00-6000,00-4000,00-2000,00

0,002000,004000,006000,008000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W



Anexo 7

- Página 4 -


Carga Total Devida á incidência solar

BIN Paredes Envidraçados 00-04h 239 28 04-08h 172 4379 08-12h 144 6940 12-16h 181 6465 16-20h 244 4522 20-24h 282 1367


Carga Total Devida á incidência solar

BIN Paredes Envidraçados 00-04h 119 -168 04-08h 58 3196 08-12h 33 6276 12-16h 67 6791 16-20h 125 5075 20-24h 159 1445

Tabela 5 – Carga para os diferentes períodos BIN devida a incidência solar para o período de Inverno Carga devida aos ganhos internos:


00-04h 0 0 04-08h 0 0 08-12h 7167 7167 12-16h 8523 8523 16-20h 0 0 20-24h 0 0



y = 304,11x - 6082,3R2 = 1

y = 304,11x - 7602,8R2 = 1

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0 10 20 30 40


Car

ga (W


Anexo 7

- Página 5 -

Gráfico 6 – Variação da carga devida à ventilação Carga Total:

Período Ocupado

y = 1395,6x - 5319,1R2 = 1

y = 1361,3x + 1630,7R2 = 1

-10000,00

0,00

10000,00

20000,00

30000,00

40000,00

50000,00

60000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W




y = 2791,2x - 58025R2 = 1

y = 2722,6x - 44444R2 = 1

-80000,00

-60000,00

-40000,00

-20000,00

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W



Anexo 7

- Página 6 -


Variação da Carga devida à condução

y = 588,48x - 11770R2 = 1

y = 569,89x - 14247R2 = 1

-20000,00

-15000,00

-10000,00

-5000,00

0,00

5000,00

10000,00

15000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W





00-04h 534 28 04-08h 444 4379 08-12h 375 6940 12-16h 386 6465 16-20h 477 4522 20-24h 559 1367



00-04h -189 -168 04-08h -278 3196 08-12h -354 6276 12-16h -351 6791 16-20h -259 5075 20-24h -171 1445

Tabela 8 – Carga para os diferentes períodos BIN devida a incidência solar para o período de Inverno

Anexo 7

- Página 7 -

Carga devida aos ganhos internos:


00-04h 0 0 04-08h 0 0 08-12h 7167 7167 12-16h 8523 8523 16-20h 0 0 20-24h 0 0



y = 304,11x - 6082,3R2 = 1

y = 304,11x - 7602,8R2 = 1

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0 10 20 30 40


Car

ga (W


Gráfico 10 – Variação da carga devida à ventilação

Carga Total:

Período Ocupado

y = 1782,3x - 14550R2 = 1

y = 1785,2x - 7651,2R2 = 1

-20000,00

-10000,00

0,00

10000,00

20000,00

30000,00

40000,00

50000,00

60000,00

70000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W



Anexo 7

- Página 8 -


y = 3564,6x - 76284R2 = 1

y = 3570,4x - 62757R2 = 1

-100000,00

-80000,00

-60000,00

-40000,00

-20000,00

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

0 10 20 30 40


Car

ga (W



Concluídos estes cálculos chega-se aos valores das temperaturas de equilíbrio

apresentadas na tabela 10.

Temperaturas de equilibrio (ºC) Piso 2 Piso 5 Piso 8 PO PNO PO PNO PO PNO

Verão 6 21 4 21 8 21 Inverno 2 17 -1 16 4 18

Tabela 10 – Temperaturas de equilíbrio para os três pisos em estudo e para os dois periodos considerados

Com base nestas temperaturas de equilíbrio e multiplicando a carga total para cada valor da temperatura exterior inferior ou superior à temperatura de equilíbrio pelo número de ocorrências de cada temperatura chegou-se aos valores das necessidades térmicas representados na tabela 11.

Necessidades de Arrefecimento e Aquecimento Anuais (MW) Piso 2 Piso 5 Piso 8 PO PNO PO PNO PO PNO Verão 33,26 4,42 35,9 4,03 30,45 4,36 Inverno 0,01 51,18 0 41,93 0,22 68,53

Tabela 11 – Necessidades de Arrefecimento e de aquecimento Anuais para os três pisos considerados

Anexo 8

Folhas de Cálculo do RCCTE

Anexo 8

-Página 1 -

Folha de Calculo FCIV.1 Calculo das Necassidades Nominais de Aquecimento do Edificio

Necessidades Nominais Especificas de Aquecimento

(WºC)

Envolvente Opaca Exterior (da FCIV1.1a)

954,30775

Envolvente Interior (da FCIV1.1b)

405,978573

Envidraçados (da FCIV1.1c) 2280,8016

Renovação de ar (da

FCIV1.1d) 2058,462

TOTAL 5699,549923 5699,54992

X 800

X

Graus-Dias de Aquecimento na Base 15ºC para a zona

Climatica respectiva (Quadro III.2 Anexo III)

0,024 . =

109431,36 ( KWh/ano ) .-

Necessidades Brutas de Aquecimento (Para o Calculo do Factor de Utilização dos Ganhos Solares - FCIV.1e)

40974,04 ( KWh/ano ) Ganhos Solares Uteis (da

FCIV.1e) .=

68457,32 ( KWh/ano )

NA - Necessidades Nominais de Energia util por Estação de

Aquecimento NIC = NA/Ap 35,05 ( KWh/m^2 ano )

Anexo 8

-Página 2 -

Folha de Calculo FCIV.1a Calculo das Necassidades Nominais Especificas de Aquecimento devido à Envolvente Opaca

Exterior

1 ) Perdas pelas paredes: A (m^2) K (W/m^2 ºC) fc KA (W/ºC)

105,35 0,65 1,90 130,10725 153,65 0,65 1,90 189,75775 153,65 0,65 1,90 189,75775

182 0,65 1,30 153,79 Paredes

TOTAL 663,41275 663,41275 2 ) Perdas pelas coberturas: A (m^2) K (W/m^2 ºC) fc KA (W/ºC)

279 0,665 1 185,535 Coberturas

TOTAL 185,535 185,535 3 ) Perdas pelos pavimentos: A (m^2) K (W/m^2 ºC) fc KA (W/ºC)

120 0,878 1 105,36 Pavimentos

TOTAL 105,36 105,36

Total da envolvente opaca exterior (Para a FCIV.1) 954,30775

Anexo 8

-Página 3 -

Folha de Calculo FCIV.1b Calculo das Necassidades Nominais Especificas de Aquecimento devido à Envolvente Interior

A (m^2) K (W/m^2 ºC) fc KA (W/ºC) KA edif. (W/ºC)

Envidraçacos

Norte 186,62 0,644 1,30 120,18328 156,238264 Oeste 227,85 0,644 1,30 296,205 385,0665

Paredes

Coberturas

Pavimentos

TOTAL 416,38828 541,304764 X 0,75

Total da envolvente interior (Para a FCIV.1) 405,978573 (W/ºC)

Anexo 8

-Página 4 -

Folha de Calculo FCIV.1c Calculo das Necassidades Nominais Especificas de Aquecimento Devidas aos Envidraçados

Tipo de Envidraçado A (m^2) K (W/m^2 ºC) KA (W/ºC) Norte vidro duplo 6mm 167,244 3,4 568,6296 Sul vidro duplo 6mm 251,64 3,4 855,5624 Este vidro duplo 6mm 251,944 3,4 856,6096 Oeste vidro duplo 6mm 0 3,4 0

TOTAL de Perdas pelos envidraçados (Para FCIV.1) 2280,8016 (W/ºC)

Anexo 8

-Página 5 -

Folha de Calculo FCIV.1d Calculo das Necassidades de Aquecimento Devidas ao ar exterior

Area util de pavimneto (m^2) 1953 X

Pé direito medio (m) 3,1 X

Taxa de Renovação Nominal 1 X 0,34 .=

Taxa das Perdas para a renovação do ar (Para FCIV.1) 2058,462 (W/ºC)

Anexo 8

-Página 6 -

Folha de Calculo FCIV.1e Calculo dos Ganhos Solares Uteis

Orientação Tipo de

Envidraçado A (m^2) Sv Φ f Ae (m^2) 0.7 SE 0.7

vidro duplo 6mm 251,636 0,75 0,45 1.0 84,92715 S 1.0

SW 0.7 0.85 0.85 0.85 Horizontal

0.85

Area equivalente total de vidro a Sul (m^2) 84,92715 X

Energia solar media incidente ( kWh/m^2 ano ) 500 (Quadro III.2 do Anexo III)

.=

Ganhos Brutos ( kWh/ano) 42463,575 X

Factor de Utilização dos Ganhos Solares 0,964922081 (ver fig. IV.2 ou expressão IV.1)

.=

Ganhos solares úteis ( kWh/ano) 40974,04117 (Para FCIV.1)

Anexo 8

-Página 7 -

Folha de Cálculo FCV.1

Cálculo das Necessidades Nominais de Arrefecimento Resultantes da Transmissão de Calor Através da Envolvente

Orientação Área (m^2) Φ

S Factor Solar

(Anexo VI)

Ganhos Solares Medios ( Quadro V.4) (kWh/m^2)

Ganho Incidente

(kWh)

23,892 0,7 0,47 26 204,372168 N 0,7 0 26 0 0,7 0 37 0 NE 0,7 0 37 0

251,94 0,7 0,47 67 5553,601592 E 0,7 0 67 0 0,7 0 75 0 SE 0,7 0 75 0

251,64 0,45 0,75 67 5690,11905 S 0,7 0 67 0 0,7 0 83 0 SW 0,7 0 83 0 0 0,7 0 77 0 W 0,7 0 77 0 0,7 0 43 0 NW 0,7 0 43 0 0,7 0 0

Envidraçados

Horiz. 0,7 0 0

Área (FCIV.1a)

(m^2)

fe (Quadro

VI.5)

K (FCIV.1a) (W/m^2K)

∆ Te (quadros V.1a V.3) (kWhºC/W)

Norte 105,4 1,90 0,64 -0,50 -64,45 Sul 153,7 1,90 0,64 3,00 564,02

Este 153,7 1,90 0,64 5,50 1034,03 Paredes

Oeste 182,0 1,30 0,64 4,50 685,67 Cobertura 279 1 0,665 11,5 2133,6525 Coberturas Pavimento 120 1,00 0,88 -0,50 -52,68

TOTAL 15748,33 x Factor de Inercia (Quadro V.5) 0,9 x

Duração Média da Insolação na estação de Arrefecimento (M-Anexo III) 1,6

Anexo 8

-Página 8 -

:= Necessidades globais kWh/ano 22677,59688 Necessidades nominais Nvc = (Nec. Globais / Ap) = 22677,59688

1953

Anexo 9

Factor de Obstrução

Anexo 9

- Página 1 -

Sombreamento Direcção: Sul

Cut off angle: 36º

Sol Sombra

Nascer do sol Por do sol horas ao sol

Nascer do sol

Por do sol

horas ao sol Total

Janeiro 7:00 17:00 10:00 7:00 17:00 10:00 100,00% Fevereiro 6:30 17:30 11:00 10:30 13:45 3:15 70,45% Março 6:00 18:00 12:00 9:30 14:45 5:15 56,25% Factor de obstução para o Verão Abril 5:30 18:30 13:00 8:30 15:45 7:15 44,23% 45,56% Maio 5:00 19:10 14:10 8:00 16:00 8:00 43,53% Junho 5:10 19:20 14:10 7:45 16:30 8:45 38,24% Julho 5:00 19:10 14:10 8:00 16:00 8:00 43,53% Agosto 5:30 18:30 13:00 8:30 15:45 7:15 44,23% Setembro 6:00 18:00 12:00 9:30 14:45 5:15 56,25% Outubro 6:30 17:30 11:00 10:30 13:45 3:15 70,45% Novembro 7:00 17:00 10:00 7:00 17:00 10:00 100,00% Dezembro 7:30 16:30 9:00 7:30 16:30 9:00 100,00%

Anexo 10

Diagramas Psicrométricos

Anexo 11

Folhas de Cálculo do RSECE

Anexo 11

-Página 1 -

Folha de Cálculo FCI

Potência Nominal de Aquecimento

Envolvente Exterior (Folha FCIa) Q1[W] 83879,724 Envolvente Interior (Folha FCIb) Q2[W] 3903,685695 Total Q1+Q2 [W] 87783,4097

Edifício a licenciar (Artº6,nº2) 0,8

Edifício já Licenciado 1 0,8 70226,72776 Ar Exterior (Folha FCIc) Q3 [W] 39984 Total Q1+Q2+Q3 [W] 110210,7278 0,001

Potência Nominal de

Aquecimento [KW] 110,2107278

Art.º7, nº1 1,25/1,20

Potência Máxima de Aquecimento [KW]

137,8

Anexo 11

-Página 2 -

Folha de Cálculo FCIa Área K fc KtA m2 W/m2ºC W/ºC 1 302,4 0,644 1,90 370,0166

N 2

NE SE S 446,4 0,644 1,90 546,215 SW W 201,6 0,644 1,30 168,7795

PA

RE

DE

S

NW Total 1628,29 1628,29 N 167,244 3,4 1 568,6296 NE 3,4 1 0 E 251,944 3,4 1 856,6096 SE 3,4 1 0 S 251,636 3,4 1 855,5624 SW 3,4 1 0 W 0 3,4 1 0 NW 3,4 1 0

VID

RO

S

H 3,4 1 0 Total 2280,802 2280,802 COB. 279 0,665 1,00 185,535 185,535 PAV. 120 0,828 1,00 99,36 99,36 PERIM. Kl KlP m W/mºC W/ºC SOLO 1 0 Total 4193,986

DIFERENÇA DE TEMPERATURA (Ti-Te) 20

POTÊNCIA DE PERDAS PELA ENVOLVENTE EXTERIOR [W] 83879,72

Anexo 11

-Página 3 -

Folha de Cálculo FCIb Potência de perdas pela envolvente interior Área K fc KtA m2 W/m2ºC W/ºC Envidraçados 0 0 0 0 Norte 186,62 0,644 1,30 156,2383

Paredes Oeste 227,85 0,644 1,30 190,756

Tecto Pavimentos Total 346,9943 0,75 DIFERENÇA DE TEMPERATURA (Ti-Te) [ºC] 15 POTÊNCIA DE PERDAS PELA ENVOLVENTE INTERIOR [w] 3903,686

Anexo 11

-Página 4 -

Folha de cálculo FCIc Potência de perdas devida ao ar exterior Infiltrações Ar novo Área Pavimento Nº Pessoas 112 [m2] 1953 Ar novo por pessoa 35

Pé Direito

[m] 3,1 Caudal ar novo 3920

Taxa de Renovação 0,5

Caudal de Infiltrações 3027,15 Caudal de ar exterior [m3/h] 3920 3920 0,34 Diferença de temperatura (Ti-Te) [ºC] 20 Calor sensível [W] 26656 26656 Caudal de ar exterior [m3/h] 3920 3920 0,85 I1 3 Diferença de humidade I2 4 (xi-xe) [g/Kg] I3 5 Açores 1 Madeira 0

4

Calor latente [W] 13328 13328 Perda Total por caudal de ar exterior [W] 39984

Anexo 11

- Página 5 -

Folha de cálculo FCV Potência nominal de arrefecimento Pm Pt FT Envolvente exterior (Folha FCVa) [W] 1219 4099 12927 + + + Envolvente interior (Folha FCVb) [W] 586 586 586 + + + Envidraçados (Folha FCVc) [W] 78487 57302 20622 = = = Total 80292 61987 34134 * * * 0,8 0,8 0,8 = = = Total 64234 49590 27308 + + + Ar exterior (folha FCVd) [W] 3998 3998 3998 + + + Pessoas (folha FCVe) [W] 16800 16800 16800 + + + Iluminação (folha FCVf) [W] 28614 28963 29661 + + + Equipamento (folha FCVg) [W] 0 0 0 + + + Desumidificação (folha FCVh) [W] 0 0 0 = = = total 113646 99351 77767 * * * 0,001 0,001 0,001 = = = Potência nominal

de arrefecimento [kW] 113,6 99,4 77,8

* * * 1,25 1,25 1,25 = = = Potência máxima

de arrefecimento [kW] 142,06 124,19 97,21

Anexo 11

- Página 6 -

Folha de cálculo FCV1b Potência de perdas pela envolvente interior Área K fc Kt A m2 W/m2ºc - W/ºc * * = * * =

Envidraçados * * =

Norte 186,62 0,64 1,30 156,2 Oeste 227,85 0,64 1,30 190,8

Paredes * * =

* * = * * =

Tecto * * =

* * = * * =

Pavimentos * * =

347 * 0,75 * Diferença de temperatura 1) (Te-Ta) [ºc] 2,25 = Potência de perdas pela [W] 586 envolvente interior

1) Ver Quadros 1 e 3

Anexo 11

- Página 7 -

Folha de calculo FCVc Potência de ganhos por radiação pelos envidraçados Área S G FIGV Pot. [W]

m2 Φ

Factor Solar W/m2 PM PT FT PM PT FT

167,2 * 0,45 * 0,75 * 120 * 0,72 0,7 0,6 = 4877 4741 3861 * * * * = N

* * * * =

* * * * = * * * * = N

E

* * * * =

251,94 * 0,7 * 0,47 * 681 * 0,89 0,75 0,2 = 50239 42336 13547 * * * * = E

* * * * =

* * * * = * * * * = SE

* * * * =

251,6 * 0,45 * 0,75 * 344 * 0,8 0,35 0,1 = 23372 10225 3214 * * * * = S

* * * * =

* * * * = * * * * = S

W

* * * * =

0,00 * * * * = * * * * = W

* * * * =

* * * * = * * * * = N

W

* * * * =

* * * * = * * * * =

Vidros

H

* * * * =

Potência de ganhos por radiação pelos envidraçados

[W] 78487 57302 20622

Anexo 11

- Página 8 -

FOLHA FCVd Potência de perdas devido ao ar exterior Infiltração Ar novo Área Pavim.

[m2] 1953 nª pessoas

* 112 Pé direito * [m] 3,1 Ar novo

* por pessoa 35

Taxa de = renovação 0,5 Caudal ar = novo 3920 B Caudal de infiltração 3027,15 A caudal de ar exterior (o maior valor entre A e B) [m^3/h] 3920 3920 = * 0,34 * Diferença de temperatura (Te-Ti) [ºC] 3 = Calor sensivel

[W] 3998

=3998

+ Cadal de ar exterior [m3/h] 3027,15 * 0,85 *

V1 0 Diferênça de humidade V2 (xe-xi) g/kg] V3

Açores Madeira

= + Calor latente [W] 0

=0

= Perda total por caudal de ar exterior

[W] 3998

Anexo 11

- Página 9 -

Folha de cálculo FCVe Potência de ganhos por ocupação

NP QS POT - [W] [W]

112 * 75 = 8400

* = 0

* = 0

Total sensível 8400

NP QL POT - [W] [W]

112 * 75 = 8400

* = 0

* = 0

Total Latente 8400

Total de ganhos por ocupação [W] 16800

Anexo 11

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Folha de cálculo FCVf Potência de ganhos por iluminação

Aamb Qamb FIGI POT. [W] [m2] [W/m2] PM PT FT PM PT FT

1729,00 * 15 * 0,82 0,83 0,85 = 21267 21526 22045

* * = * * =

Total ambiente 21267 21526 22045

Atrab Qtrab POT. [W] [m2] * [W/m2] PM PT FT 224 40 = 0,82 0,83 0,85 7347 7437 7616

* = * =

Total trabalho

Total de ganhos por iluminação

[W] 28614 28963 29661

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Projecto de Climatização Grupo 2