Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

This work arose from the scope of the MSc Dissertation Thesis in Sustainable Energy of the Institute of Engineering of Porto, with the monitoring of guiding companies Ecotermolab Laboratory of Welding and Quality Institute and Institute Superior of Engineering of Porto, to ensure the drawn line going according to the objectives. This thesis addressed the impact study of the influence of fresh air in the air conditioning of buildings, based on analysis to support the dynamic simulation of the building under real conditions in a suitable program, accredited by ASHRAE 140-2004. This study sought to highlight the impact of the influence of fresh air in the cooling of a building with the combination of several factors such as occupation, activities and patterns of use (hours), and lighting equipment. Studying the possibility of the system to work on a "Free Cooling" regime. The principle set out by fundamentally determine to what extent can weatherize using only and exclusively to the introduction of fresh air on a "Free Cooling", through an all-air system Variable Air Volume - VAV, without the support of any other auxiliary HVAC system located in space, respecting the minimum flows imposed by RSECE (Decree-Law 79/2006). Initially identified all data relating to the determination of thermal load of the building, taking into account all factors and input depicting the value of the thermal load, such as the transmission of heat and its constituents, illumination, ventilation, using equipment and occupancy levels. Consequently several dynamic simulations were prepared with the use of integrated program EnergyPlus in the DesignBuilder, combining variables from the surrounding architecture to own, use occupational profiles, equipment and air renewal rates in different areas of the building under study. Varied models were obtained, in order to promote an in-depth comparative study that could determine the impact of new air cooling in the building, viewing the functional capacity of the system to work on a "Free Cooling" regime. Thus, the analysis and comparison of the data obtained allowed the following conclusions: Taking into account that for very high cooling requirements, the "free-cooling" day proved ineffective or nearly zero, for the type of environment found in Portugal. For the temperature differential between the outside and inside is not sufficient to make possible the removal of cargo in order to lower the inside temperature to the comfort range. Regarding "Free Cooling" at night time or after work, this proved to be much more efficient. Benefits obtained were very interesting, especially during the heating seasons and mid-season, taking into consideration the fact that there needs cooling even during the heating season. Referring to night ventilation, i.e. in the morning and closing periods of the building, it was concluded that this contributes to lowering the heat accumulated during the day in the building and construction materials that is subsequently released or returned to the spaces during a later period. From the following variables, increasing the flow of fresh air inflated and the temperature differential between the indoor and outdoor air, it was confirmed that the latter had higher weight in contributory heat removal. Finally, it is undisputed that in general, a cooling system will always be necessary due to internal loads, elevated conditions of temperature and humidity inside. However, the "free-cooling" as a viable option to incorporate in cooling the solution so as to promote the natural cooling, reducing the active power consumption and the introduction of fresh air.