Análise energética, otimização e modernização dos sistemas de um grande edifício de serviços na ótica da melhoria da eficiência energética

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Perfil Energia, Refrigeração e Climatização

Eficiência energética e controlo de iluminação em edifícios

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Concepção de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada

O presente trabalho tem como objectivo a elaboração de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada. A estação fruteira integra seis câmaras de refrigeração e um túnel de pré arrefecimento. Os produtos alimentares são considerados perecíveis e requerem o frio para a conservação das suas características. Para tal, é necessário um correcto dimensionamento dos equipamentos que constituem as instalações frigoríficas, tais como: compressores, condensadores, evaporadores, válvulas, entre outros. Foi efectuado um estudo de modo a implementar um plano de gestão e manutenção das instalações frigoríficas, para que deste modo se consiga prevenir a avaria dos diferentes equipamentos. A concepção do projecto teve com base de estudo uma instalação assente numa lógica de optimização energética. Realizou-se um estudo de viabilidade económica entre a concepção de uma estação fruteira convencional e em regime de atmosfera controlada implementado em Portugal, tendo em conta a produção de fruta que advém do mercado externo. Todo o procedimento deste trabalho teve como finalidade atingir um projecto real e portanto todos os componentes e processos construtivos prescritos deverão ser rigorosamente obedecidos e considerados imprescindíveis.

Optimização da afectação de recursos à produção de serviços da CP regional

O investimento efectuado na últimas décadas, em Portugal, nas infra-estruturas de transporte de longa duração, permitiu o desenvolvimento da rede rodoviária, quer em extensão quer em qualidade, enquanto pelo contrário, a Rede Ferroviária Nacional (RFN), entrou num processo contínuo de degradação, percebido pela redução das velocidades máximas permitidas e pelo elevado número e dispersão de limitações (reduções) de velocidades impostas na via-férrea. Actualmente, um comboio ao circular na RFN, fica sujeito a variadíssimas reduções de velocidade, recorrendo obrigatoriamente à utilização do freio, com impacto na eficiência energética e na redução das velocidades comerciais. Estes factores, associados às baixas performances do material, nomeadamente o reduzido esforço acelerador, em particular no diesel, resulta no aumento dos tempos de percurso e na redução do conforto, factores que constituem sem dúvida, as principais causas de perda de competitividade do sector ferroviário, tendo culminado na perda de 30% dos passageiros transportados, para o modo rodoviário, nas últimas décadas. Constituiu o objectivo deste trabalho, criar um modelo dinâmico, que permita identificar os pontos críticos da RFN, medindo o impacto das reduções de velocidade nas circulações ferroviárias, em tempo perdido, em termos energéticos, ambientais e financeiros. Os indicadores obtidos através da aplicação do modelo, são produzidos com auxílio do computador, identificando os pontos críticos da infra-estrutura e ordenando-os em função do impacto financeiro na oferta comercial da CP regional. Este relatório, será efectuado com uma periodicidade concertada com a REFER e permitirá ao gestor da infra-estrutura, programar de forma objectiva as intervenções na RFN, eliminando os pontos críticos. Contibui-se assim, para a melhoria da qualidade do serviço, para o aumento da competitividade e da sustentabilidade do sector ferroviário em Portugal.

Building intelligence open systems (BIOS)

Os edifícios estão a ser construídos com um número crescente de sistemas de automação e controlo não integrados entre si. Esta falta de integração resulta num caos tecnológico, o que cria dificuldades nas três fases da vida de um edifício, a fase de estudo, a de implementação e a de exploração. O desenvolvimento de Building Automation System (BAS) tem como objectivo assegurar condições de conforto, segurança e economia de energia. Em edifícios de grandes dimensões a energia pode representar uma percentagem significativa da factura energética anual. Um BAS integrado deverá contribuir para uma diminuição significativa dos custos de desenvolvimento, instalação e gestão do edifício, o que pode também contribuir para a redução de CO2. O objectivo da arquitectura proposta é contribuir para uma estratégia de integração que permita a gestão integrada dos diversos subsistemas do edifício (e.g. aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), iluminação, segurança, etc.). Para realizar este controlo integrado é necessário estabelecer uma estratégia de cooperação entre os subsistemas envolvidos. Um dos desafios para desenvolver um BAS com estas características consistirá em estabelecer a interoperabilidade entre os subsistemas como um dos principais objectivos a alcançar, dado que o fornecimento dos referidos subsistemas assenta normalmente numa filosofia multi-fornecedor, sendo desenvolvidos usando tecnologias heterogéneas. Desta forma, o presente trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma que se designou por Building Intelligence Open System (BIOS). Na implementação desta plataforma adoptou-se uma arquitectura orientada a serviços ou Service Oriented Architecture (SOA) constituída por quatro elementos fundamentais: um bus cooperativo, denominado BIOSbus, implementado usando Jini e JavaSpaces, onde todos os serviços serão ligados, disponibilizando um mecanismo de descoberta e um mecanismo que notificada as entidades interessadas sobre alterações do estado de determinado componente; serviços de comunicação que asseguram a abstracção do Hardware utilizado da automatização das diversas funcionalidades do edifício; serviços de abstracção de subsistemas no acesso ao bus; clientes, este podem ser nomeadamente uma interface gráfica onde é possível fazer a gestão integrada do edifício, cliente de coordenação que oferece a interoperabilidade entre subsistemas e os serviços de gestão energética que possibilita a activação de algoritmos de gestão racional de energia eléctrica.

Energia solar térmica: uma contribuição para a melhoria do RCCTE

O presente estudo pretende avaliar o desempenho energético dos vários sistemas de preparação de águas quentes sanitárias (AQS) em edifícios de habitação. Segundo o RCCTE, decreto de lei nº 80/2006 de 4 de Abril, o recurso a sistemas de colectores solares térmicos é obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada. O RCCTE indica parâmetros de referência para o dimensionamento e cálculo do desempenho do sistema solar térmico. Indica nomeadamente um consumo de AQS a 60º C médio de referência de 40 l por pessoa e exige uma área mínima de captação na base de lm2 de colector padrão por ocupante convencional previsto. Existe no mercado a tendência para dimensionar o sistema para o mínimo exigido pela lei. Este relatório mostra que os parâmetros de referência do RCCTE estão desajustados à realidade portuguesa. Segundo este estudo, o consumo médio diário é o dobro do referido, resultando na redução muito significativa do desempenho energético do sistema solar, dado que existe um subdimensionamento da área de captação. Nestas condições, conclui-se que um sistema tradicional de esquentador a gás é mais eficiente que um sistema de colectores solares térmicos com apoio por efeito de Joule. Em Portugal, cerca de 35% dos sistemas solares em edifícios de habitação, utilizam esta energia de apoio. Este estudo apresenta fortes fundamentos para se rever os parâmetros de referência do RCCTE e permite concluir que o apoio por efeito de Joule, nas actuais condições, não deve ser permitido.

Patologia em paredes de alvenaria de tijolo

O presente trabalho procurou abordar a patologia mais comum de que “padecem”, mais tarde ou mais cedo, as paredes de alvenaria do tijolo. A construção em alvenaria de tijolo, além de tradicional, e ainda muito usada no nosso país, pelo que, neste trabalho se visa quer as novas construções – de forma a evitar erros de concepção, projecto e de execução, e a minimizar o aparecimento precoce de patologias – quer a recuperação de edificações mais antigas, sobretudo aquelas que se localizam nas “zonas históricas” das pequenas e das grandes cidades. Começou-se assim por estudar o elemento constituinte – o tijolo – desde o seu fabrico até ao processo de certificação. A concepção, projecto e execução de novas construções com alvenaria de tijolo, tem especial relevo neste trabalho, onde se analisaram questões sociais, económicas e ambientais no que concerne á escolha deste material, mas também o seu comportamento ao nível térmico-higrométrico e acústico, e sua eficiência energética. Considerou-se importante a elaboração de um levantamento, não exaustivo, da legislação em vigor sobre a matéria, com um pequeno destaque para o Eurocódigo 6 e o 8. Pensando sobretudo na resolução dos problemas que surgem em edifícios mais antigos abordou-se a fase de diagnóstico que permitirá escolher as técnicas adequadas da recuperação do edifício.

Acompanhamento e caracterização do desempenho de uma UTA baseada em tecnologia DEC assistida por energia solar

Neste trabalho referiremos em particular a tecnologia do arrefecimento evaporativo com desumidificação prévia por exsicantes e far-se-á a apresentação da Unidade de Demonstração instalada no INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inovação) que faz uso dessa tecnologia que recorre a um sistema de captação de energia solar do tipo CPC (Colectores Parabólicos Compostos). Em funcionamento desde 1999, este sistema já sofreu várias alterações que serão referidas, realçando-se as que tiveram lugar mais recentemente, e serão apresentados alguns resultados entretanto obtidos. O funcionamento de todo o sistema foi acompanhado de perto, possibilitando assim, uma melhor compreensão do funcionamento do mesmo e, no caso de surgirem anomalias, actuar de imediato na tentativa de resolução. Para além da descrição dos componentes principais, modos de operação e alterações introduzidas, neste trabalho são apresentados e analisados os resultados obtidos nesta nova fase de funcionamento da UTA, após introdução de um humidificador na conduta de insuflação. Concluí-se que para períodos que antecedem e procedem o pico do Verão, esta unidade executa a sua função na perfeição apresentando valores de eficiência energética bastante favoráveis. Ao longo da estação fria, a captação de energia por parte dos colectores solares, possibilita o aquecimento dos espaços a climatizar.

Sistemas de climatização industrial com saturação adiabática

Com este projecto pretende-se demonstrar a aplicação dos processos de climatização através do sistema de arrefecimento por saturação adiabática no tratamento do ar novo, em oposição ao sistema tradicional de arrefecimento, em termos de conforto industrial, vantagens económicas e ambientais e de eficiência energética. Considerando as condições exteriores de projecto em quatro cidades (Beja, Coimbra, Lisboa e Porto), fez-se um estudo teórico de forma a comparar os dois sistemas em relação à potência de frio necessária para o tratamento de 1000 m3 h-1 de ar novo que determinado equipamento deveria ter para garantir uma temperatura na saída da máquina de 25 ºC. Posteriormente procedeu-se à selecção de equipamentos e à sua validação, comparando as cargas térmicas sensíveis do ar novo, com as potências de frio dos equipamentos. Consultando os catálogos de várias empresas reuniram-se os dados necessários para os cálculos do estudo económico e eficiência energética. Ficou confirmado que os consumos de energia eléctrica e de água assim como os custos totais foram sempre inferiores no sistema arrefecimento por saturação adiabática. Também foi objectivo deste projecto, o estudo de um caso concreto de uma unidade fabril. Seleccionou-se a cidade de Beja, por ser a cidade com as melhores condições de clima para aplicação dos sistemas de climatização por saturação adiabática de forma a conseguir as condições termo higrométricas interiores dentro dos parâmetros de conforto. Dos dois processos analisados para arrefecimento do ar novo, verificou-se que a introdução de um recuperador no sistema de climatização com saturação adiabática, não só permite garantir as condições requeridas para o conforto como também apresenta menores consumos energéticos e de água.

Tecnologias de construção associadas aos sistemas sustentáveis de produção de água quente e de climatização em edifícios: estado da arte

Este trabalho apresenta o estado da arte das tecnologias de construção associadas aos sistemas sustentáveis de produção de água quente e de climatização em edifícios e pretende-se com o mesmo contribuir para a sustentabilidade na construção e para a eficiência energética nos edifícios. Efectuou-se um estudo aprofundado dos conceitos relacionados com a construção sustentável e a eficiência energética em edifícios, sendo apresentadas algumas das ferramentas mais utilizadas para avaliação da sustentabilidade, bem como métodos expeditos para obtenção da classe de eficiência energética. É feita a análise dos conceitos fundamentais da Arquitectura Bioclimática de edifícios, apresentando-se as estratégias passivas de aquecimento e de arrefecimento, as possibilidades de integração das energias renováveis nos edifícios e as tecnologias de construção associadas nos diversos contextos. Na energia solar térmica é dado especial destaque aos colectores para aquecimento de águas, aquecimento ambiente e arrefecimento solar. São ainda apresentados alguns exemplos de boas práticas em edifícios sustentáveis e energeticamente eficientes, com aplicação destas tecnologias

Projecto de concepção de entreposto frigorífico para produtos alimentares congelados

Pretende-se com este trabalho de projecto de Mestrado, conceber um entreposto frigorífico para conservar produtos alimentares perecíveis, de grandes dimensões, energeticamente optimizado. O trabalho inicia-se com a definição dos principais objectivos de uma unidade frigorífica deste tipo. O projecto propõe o dimensionamento do entreposto frigorífico na sua vertente de produção de frio e serviços complementares. Será feita a descrição do edifício, com instalações técnicas para manter temperaturas e humidades adequadas. Serão também dimensionadas as áreas de apoio às tarefas e processos tecnológicos desenvolvidos na recepção e expedição dos produtos alimentares perecíveis. Será analisado o enquadramento técnico-funcional e as condições higio-sanitárias exigidas para o funcionamento correcto desta unidade, de acordo com a regulamentação comunitária e nacional existente. Para complementar estas matérias abordaremos o sistema preventivo de controlo de riscos de Segurança Alimentar designado por HACCP (Análise de Perigos e Controlo de Pontos Críticos). De seguida, teremos uma abordagem teórica de dois fluidos frigorigéneos, designadamente o NH3 e o R404A, ambos de impacte ambiental nulo, os quais poderão ser utilizados na instalação frigorífica do entreposto, com características específicas conforme o fluido utilizado. Também foi objecto deste estudo, o enquadramento desta unidade como um dos elos fundamentais da chamada cadeia do frio. Após o dimensionamento das instalações, define-se o respectivo isolamento e realiza-se o balanço térmico a partir dos quais as instalações frigoríficas serão dimensionadas. Serão abordados, do ponto de vista termodinâmico e tecnológico, dois conceitos diferentes para a instalação frigorífica desta unidade. Num deles, a produção de frio faz-se por expansão directa do R404A como fluido frigorigéneo nos evaporadores. No outro, a produção de frio processa-se com alimentação forçada dos evaporadores, com NH3 líquido a temperaturas negativas, por bombeamento a partir de um separador de líquido. Os custos de aquisição e montagem destas instalações frigoríficas são diferentes, mas os consumos energéticos durante a sua vida útil também variam. Finalmente, um estudo comparativo dos dois conceitos concluirá na solução com maior eficácia energética e menor custo a médio prazo.

Climatização passiva versus climatização activa

A dissertação em causa foi elaborada no contexto da Unidade Curricular Dissertação, constante do 1º e 2º Semestres do 2º Ano do Curso de Mestrado em Engenharia Mecânica – Perfil Energia, Refrigeração e Climatização, leccionada no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O objecto do presente trabalho enquadra-se na temática energético/ambiental, pretendendo-se analisar comparativamente soluções de Climatização Passiva versus Climatização Activa, numa unidade de negócios específica, o sector de “serviços”. A comparação em causa sendo abrangente, comporta a análise térmica e económica, em que se vai analisando a variação da componente construtiva do edifício e a aplicação de várias soluções de Climatização Activa. No desenvolvimento do estudo em causa, cumpriram-se várias etapas, das quais destacam-se a problemática energética/ambiental, o enquadramento legal, a caracterização das soluções em causa, o seu dimensionamento, cálculos e simulações energéticas, estimativas orçamentais comparativas entre várias soluções construtivas, culminando na inevitável conclusão da necessidade de reforçar a componente passiva em detrimento da componente activa, inclusive para além do que está regularmente estabelecido.

"Construção sustentável": contribuição para o estudo de critérios de avaliação ambiental de edifícios através da análise de um caso prático

O sector da construção civil é uma área determinante na estrutura económica e social do país, pelo que é fundamental estudar e acompanhar o relacionamento entre o exercício da construção civil e os aspectos ambientais. Assim, há que criar habitações “saudáveis” para os utilizadores, tendo sempre em mente alguns aspectos, como, por exemplo, o uso de materiais de construção mais ecológicos, soluções construtivas e tecnológicas “amigas do ambiente”, bem como edifícios mais eficientes do ponto de vista energético, isto é, construções que estabeleçam um equilíbrio eficaz entre o património arquitectónico e o património ambiental. Esse equilíbrio deverá ser estabelecido através da utilização de ferramentas que ajudem a fomentar a sustentabilidade nas construções. Uma dessas ferramentas será um sistema de avaliação de sustentabilidade/ambiental que tem como objectivo averiguar se um determinado edifício, durante o seu ciclo de vida, tem mais-valias para o ambiente, sociedade e economia. Em Portugal, esse sistema de avaliação da sustentabilidade é denominado por LiderA®. Sendo uma ferramenta de grande importância, quer no presente quer no futuro, é necessário que se promova a sua divulgação. A sua importância na sociedade, no ambiente e na economia, será demonstrada pela aplicação deste sistema a um caso de estudo. Há que ter uma atitude responsável, pró-activa e ambiental, sensibilizando a comunidade técnica para a importância de desenvolver cada vez mais e melhores soluções construtivas e tecnológicas. No entanto, também é importante renovar as mentalidades e sua posterior exteriorização para os diferentes actores no ciclo de vida de um edifício, através do conhecimento de tecnologias, práticas mais sustentáveis, de modo a tornar o ambiente mais saudável e o País mais sustentável. Desta forma, a Indústria da Construção Civil pode constituir um factor determinante para o alcance dos objectivos de uma construção “mais sustentável”, por vezes designada por construção “mais verde”.

Desenvolvimento de um dispositivo flutuante de recuperação de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante

Este relatório de estágio tem por finalidade demonstrar as aptidões adquiridas no decorrer do Mestrado, aptidões essas que tornaram possíveis a participação num projecto bastante inovador e em fase de desenvolvimento. Para além da grande importância do cálculo e verificação estrutural realizada, podemos também retirar algumas informações importantes sobre a tecnologia referente a energia das ondas, verificar que esta ainda está pouco desenvolvida e que se apresentam bastantes variações de equipamentos, quer pela sua forma, quer pelo seu método de extracção de energia, tal facto demonstra que ainda não se encontrou um tipo de dispositivo predominante que tenha uma boa eficiência energética e que os seus custos de construção tornem possível a sua comercialização. No âmbito do estágio deu-se mais importância ao dispositivo do tipo coluna de água oscilante, uma vez que se pretende desenvolver um dispositivo deste tipo para instalação offshore. Tal importância deve-se ao facto de que são poucos os dispositivos deste tipo e que os mesmos tenham sido bem-sucedidos.

Análise comparativa de diferentes tipos de sistemas de climatização e respectivas centrais de produção de água gelada e quente num hotel

A garantia do futuro da vida como a conhecemos, bem como de um hotel está, e será baseada no seu desenvolvimento sustentável, a racionalização dos recursos naturais, a gestão da energia e da água, minimizando o impacto que a sua actividade tem sobre o meio ambiente. A gestão da energia, gestão da água e a reciclagem serão cada vez mais, os vectores principais de todos os projectos, na sua concepção e na fase de exploração. A equipa que gere uma unidade hoteleira deverá ter sempre presente o custo energético por quarto, deve procurar optimizar o consumo energético, sem afectar o bem-estar do cliente, deve respeitar o meio ambiente, deve ter em consideração, que cada vez mais o cliente irá seleccionar o hotel, não só pelo preço, mas também pelo facto do hotel, respeitar o meio ambiente. Na fase de um novo projecto ou da modernização de uma unidade hoteleira, engenheiros, arquitectos, gestores, técnicos, devem partilhar o conhecimento e desenvolvimento do projecto desde o primeiro dia. No presente trabalho é feita a análise comparativa de diferentes tipos de sistemas de climatização e respectivas centrais de produção de água gelada e quente num hotel, seleccionar soluções, e guiar diferentes entidades, promotor de hotéis, donos de hotéis, arquitectos, empresas de fiscalização, projectistas e instaladores, gestor de exploração, gestor de manutenção. Utilizando o modelo de arquitectura de um hotel existente, onze pisos, com três pisos de zonas comuns, restaurantes, salas de reunião e sete pisos de quartos, com 182 quartos, com o software de origem nos E.U.A., Hourly Air Analysis Program, na versão 4.5, e que utiliza o método de cálculo da American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers,, foi efectuado o cálculo de carga térmicas, identificação e caracterização dos sistemas de climatização a estudar , definição de possíveis tipos de centrais de água gelada e quente, simulação energética dos vários sistemas definidos e respectivas tipos de solução de hotéis. Através das simulações efectuadas e através da previsão de consumos pode-se identificar as soluções que apresentam melhor eficiência e as mais amigas do ambiente.