Controlo preditivo distribuído para conforto térmico em edifícios

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Controlo preditivo distribuído em edifícios para conforto térmico e alocação de cargas

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Reabilitação de edifícios de serviços: casos de estudo: edifício de escritórios em Coimbra, centro de atendimento permanente em Seia

Perante a constante preocupação de melhoria das condições de conforto nos locais de trabalho, bem como a melhoria da eficiência energética dos edifícios, o presente trabalho teve como base o acompanhamento das obras de reabilitação realizadas em dois edifícios distintos, com diferentes patologias. O seu objectivo passou por: - Compreensão de algumas técnicas de engenharia utilizadas na reabilitação de edifícios de serviços, envolvendo as especialidades de civil, electricidade e máquinas, com preocupação da melhoria das classes de certificação energética e consequentemente do seu desempenho energético; - Análise e acompanhamento das fases de preparação de caderno de encargos, análise de propostas e adjudicação num grupo empresarial de referência. O primeiro edifício em estudo localiza-se em Coimbra. Este apresentava uma patologia pouco comum, relacionada com variações térmicas e com uma deficiente execução na fase de construção. Esta patologia originou a perda de verticalidade de duas fachadas do edifício, totalmente em caixilharia metálica. Foram analisados os relatórios de patologias bem como a solução encontrada. A solução, que foi concebida exclusivamente para este caso, consistiu na execução de juntas de dilatação no interior das referidas caixilharias. Foram ainda aplicadas juntas de dilatação nas paredes de suporte das caixilharias. Analisaram-se ainda duas auditorias (energética e da qualidade do ar interior), realizadas no edifício, que visaram a melhoria da classe de certificação energética (de B- para B) e, por conseguinte, a redução dos consumos energéticos do edifício. A intervenção de reabilitação no segundo edifício em estudo, situado em Seia, foi alvo de acompanhamento assíduo por parte do autor. O objectivo desta reabilitação passou pela melhoria da eficiência energética e do conforto térmico e acústico dos “residentes”. Para atingir os objectivos pretendidos foi necessário envolver vários ramos de engenharia, nomeadamente Civil, Mecânica e Electricidade. As melhorias permitiram que a Classe Energética passasse de G para B-.

Reabilitação de edifícios com novas tendências NZEB: caso de estudo: edifício de serviços em Setúbal

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Análise da aplicação do novo RCCTE a edifícios existentes construídos após 1990

Com este trabalho pretendeu caracterizar-se um conjunto representativo de edificações construídas a partir de 1990, à luz do novo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios e avaliar o grau de exigência da nova legislação de regulamentação das características de comportamento térmico dos edifícios, Dec. Lei 80/ 2006 de 4 de Abril, face ao antigo regulamento o Dec. Lei 40/1990 de 6 de Fevereiro. Para o efeito foram analisadas duas moradias e dois edifícios de habitação colectiva, num total de 8 fracções autónomas, com o objectivo de posiciona-las no contexto da nova regulamentação face ao seu desempenho energético, e estudar a influência da exposição solar, do local de implantação, dos envidraçados, assim como o uso específico de determinados equipamentos de climatização e produção de águas quentes sanitárias no comportamento e desempenho energético de uma edificação.

Análise de factores que influenciam a classe energética de uma fracção autónoma

O conforto térmico nas habitações e nos locais de trabalho é uma condição essencial para o bem-estar e produtividade. O novo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios identifica as características fundamentais para esse conforto, e estabelece um patamar mínimo para todos os edifícios de habitação novos. A nova legislação sobre a certificação energética permitirá que cada fracção autónoma apresente um “Certificado de Desempenho Energético e do Ar Interior”, que dependerá das soluções adoptadas a nível construtivo e de projecto. Neste contexto, o principal objectivo deste estudo é o de sensibilizar todos os intervenientes do meio da construção, desde a fase de projecto até à fase final de obra, das opções mais vantajosas, levando em consideração os investimentos e respectivos períodos de retorno, que proporcionem um melhor desempenho energético dos edifícios do nosso país. Para tal, estudou-se o comportamento de duas fracções autónomas diferentes, mediante a consideração de várias características que influenciem a sua classificação energética, obtendo-se variações significativas.

Análise da aplicação de um sistema domótico no desempenho térmico de frações autónomas de habitação face ao sistema de certificação energética: casos de estudo

A presente dissertação tem por finalidade compreender as vantagens da aplicação da domótica no comportamento energético de uma fração habitacional, e possível efeito na classificação energética do Sistema de Certificação Energética (SCE), tendo assentado na realização de simulações dinâmicas cuja modelação foi feita no software DesignBuilder, associado ao software EnergyPlus, na parte respeitante aos cálculos. Como forma de melhorar a qualidade de vida, reduzir o trabalho doméstico, aumentar o bem-estar e a segurança, foi criada a domótica que é responsável pela automação predial. O conceito de automação implica a integração da iluminação, eletrodomésticos, ar-condicionado, controlo de acessos, alarmes, sensores e sistemas de dados, voz e imagem de um edifício ou de uma fração autónoma, fazendo com que todos os seus componentes possam realizar ações em conjunto a fim de facilitar a vida dos seus utilizadores. A preocupação com a segurança, a gestão e o controlo, a redução de custos e o bem-estar trouxe os sistemas de automação para a sociedade. Esses sistemas divididem-se em dois grandes grupos: os subsistemas de supervisão e controlo das utilidades, que realizam o controlo das instalações elétricas, de arrefecimento e aquecimento, de instalações hidráulicas (águas sanitárias), de gás e o controle de elevadores; e os subsistemas de segurança, de proteção contra incêndio, contra intrusão e a monitorização visual centralizada (câmaras de vídeo-vigilância). Na construção de um edifício existe a preocupação cada vez maior na garantia do conforto aliado ao menor consumo de energia possível, isto é, a temperatura e a iluminação adequada para a realização de diferentes tarefas a efetuar, sem que implique um maior consumo. A regulação da temperatura interior da habitação, o controlo de luzes através de sensores e abertura de fecho dos dispositivos de sombreamento (persianas), através de domótica, permitirá o maior proveito da iluminação natural e a temperatura aos utilizadores da fracção em cada instante. Com tudo o que a domótica permite é necessário saber quais as vantagens e desvantagens na sua implementação. Com esta finalidade, realizou-se a análise baseada no RCCTE, de três apartamentos de um edifício, com a mesma tipologia mas com distintas orientações de envidraçados. Os apartamentos escolhidos no último piso do edifício. Posteriormente , optou-se por uma das fracções para o aprofundamento da análise e avaliação de implementação de sistemas domóticos de contolo de abertura/e fecho de dispositivos de oclusão de vãos para controlo dos ganhos solares e abertura e fecho dos vãos envidraçados para controlar as cargas térmicas por ventilação. Neste intuito, desenvolveu-se um modelo 3D com recurso ao software DesignBuilder, Energy Plus, em diferentes zonas climáticas, em regime dinâmico, por forma a contabilizar a diferença entre os fatores que não são quantificados através da análise feita pelo RCCTE. Após uma análise com as permissas incluídas no RCCTE (ventilação e factor solar), é imposto no DesignBuilder alguns aspetos da domótica, como a abertura/fecho de persianas/janelas obtendo-se para cada situação as perdas e ganhos através de cada elemento (envidraçados, necessidades de aquecimento e arrefecimento). Foi ainda elaborado um pequeno estudo da viabilidade económica da implementação de um sistema domótico.

Projecto climatização e ventilação: unidade de saúde familiar

Nesta Tese Final de Mestrado vai ser desenvolvido um projecto de climatização, ventilação e ar condicionado (AVAC) de um edifício do tipo Hospitalar, sem internamento, designado por “Unidade de Saúde Familiar”, com o objectivo de se discutirem os conceitos teóricos e práticos em todos os aspectos que fazem parte integrante de um projecto deste tipo. A Tese Final de Mestrado baseia-se num sistema hidráulico centralizado a 4 tubos, ao longo da qual se irão dimensionar e seleccionar todos os equipamentos necessários para manter a temperatura ambiente dentro dos limites de conforto e limitar os níveis de ruído e a qualidade do ar interior dentro de valores regulamentares, sempre dentro de parâmetros económicos sustentáveis. Ao elaborar esta Tese Final de Mestrado procurou-se seguir critérios e concepções que garantam a obtenção de elevados níveis de qualidade, tendo presente a preocupação de assegurar uma condução fiável, económica e simples da instalação. Procurou-se também seguir uma rigorosa definição de conceitos e parâmetros reguladores do projecto ao nível de qualidade dos equipamentos e das exigências de montagem face à legislação e regulamentação vigentes DL 78/2006 de 4 de Abril – Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios, RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (DL. nº 79/2006), RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (DL. nº 80/2006), DL 9/2007, de 13 de Janeiro – Regulamento Geral sobre o Ruído.

Simulação térmica de uma fachada de dupla pele com ventilação natural

Este trabalho relata os resultados obtidos de uma simulação térmica de uma fachada de dupla pele com ventilação natural utilizando um software genérico de simulação térmica de edifícios. Esta fachada encontra-se montada numa célula de teste no Laboratório de Engenharia Civil em Lisboa, e cujo propósito é verificar e analisar o comportamento térmico deste tipo de elementos em regimes de ventilação natural. Para atingir o objectivo desta dissertação em simular a DSF, é utilizado o amplamente conhecido EnergyPlus, um programa de grande capacidade para simular o comportamento térmico de edifícios e dimensionar pormenorizadamente os seus sistemas de ventilação e AVAC. Paralelamente a este software, é utilizado um outro programa, o DesignBuilder, tratando-se este de um interface comercial para o EnergyPlus. Os resultados das simulações efectuadas são comparadas com os dados experimentais retirados durante o funcionamento da DSF entre das datas de 23 a 28 de Abril de 2008. Utilizando estas ferramentas informáticas, foram efectuadas duas modelações da fachada de modo a avaliar diferentes graus de detalhe, ambas segundo as características geométricas, propriedades térmicas e ópticas dos seus elementos de construção, sombreamento existente e modo de funcionamento durante o período em causa. Posteriormente são comparados os resultados das simulações com os dados experimentais. A análise dos resultados permitiu chegar á conclusão que, embora o software utilizado não contenha até á data um modelo próprio e detalhado para fachadas envidraçadas de dupla pele com ventilação natural, este possui uma potencialidade promissora para efectuar uma simulação fiável. No entanto, diversas divergências significativas foram notadas e analisadas nos parâmetros comparados, nomeadamente a temperatura e o caudal, de modo a estabelecer algumas limitações do software.

Monitorização e caracterização de uma UTA com tecnologia exsicante-evaporativa assistida por energia solar de acordo com a metodologia definida no âmbito da AIE SHC task 38

A presente dissertação fundamenta-se na monitorização e análise de uma “Unidade de Tratamento de Ar” baseada em tecnologia exsicante evaporativa assistida por energia solar. Primeiramente é apresentado um conjunto de conceitos associados ao tema abordado, de modo a facilitar a compreensão dos fenómenos termodinâmicos envolvidos. Após a abordagem inicial que serve de consolidação, é feito o ponto da situação actual, quer em termos tecnológicos, quer em termos de instalações existentes. A etapa seguinte da dissertação descreve pormenorizadamente a instalação do LNEG e seus princípios de funcionamento, nesta fase também é contemplada a descrição sumária dos equipamentos, dos componentes e dos elementos de medição e controlo presentes no sistema. A metodologia seguida assenta fortemente em dois pontos; primeiro, a monitorização do sistema através do software “Agilent VEE Pro” e pela análise dos dados recolhidos com auxílio da folha de cálculo do LNEG, desenvolvida especialmente para este sistema. Em segundo lugar, a metodologia seguida será a imposta pela “Tarefa 38” de acordo com a Agência Internacional de Energia, no âmbito do programa de Aquecimento e Arrefecimento Solar o que permite a comparação de sistemas a nível internacional. Alias a “Tarefa 38” pretende desenvolver esta tecnologia, ao nível da concepção, estandardização, optimização das instalações, conceder o fácil acesso à informação e promover a comparabilidade de resultados. O desempenho global do sistema é bastante positivo, o bom comportamento do sistema é ilustrado na análise gráfica feita nos modos de aquecimento e arrefecimento. O grau de satisfação dos utilizadores é bom e o sistema demonstra capacidade para manter o conforto térmico dos espaços a climatizar de acordo com as normas e regulamentos em vigor. A utilização das energias renováveis nos dias de hoje, como por exemplo a energia solar é mais do que uma obrigação, é um dever.

Argamassas leves para execução de camadas de regularização e de enchimento de pavimentos

Este trabalho aborda os aspectos relacionados com a execução de argamassas e betões leves para execução de camadas de regularização e enchimento de pavimentos, apresentando opções actuais, de forma a estabelecer uma metodologia de comparação, técnicas de execução e respectivo controlo. A execução destas camadas deve-se à necessidade de incorporar nos pavimentos as diversas instalações técnicas, à colocação de isolamentos e à criação de pendentes em coberturas planas. As opções apresentadas referem-se à execução das referidas argamassas, utilizando um dos seguintes agregados leves: granulado de poliestireno expandido; argila expandida e o regranulado negro de cortiça; e o betão celular. Sendo o pavimento um conjunto integrado de camadas, cada qual com a sua função, deverão as mesmas ser analisadas em conjunto de forma a ser possível a sua compatibilização e consequente optimização, visando-se assim a economia e a qualidade exigível. Este trabalho permitiu concluir que a utilização destes materiais, com as suas características específicas, é vantajosa em termos de redução das acções permanentes, comparticipação no conforto térmico e acústico. Por outro lado, juntamente com a camada de acabamento, asseguram a função de base para assentamento dos revestimentos de piso.

Revestimentos de piso de madeira aplicados por colagem

Neste trabalho é apresentado detalhadamente uma monografia sobre: revestimentos de piso de madeira aplicados por colagem, com referência à normalização aplicável; soluções construtivas e exigências funcionais de bases; revestimentos e materiais de fixação, assim como os procedimentos de aplicação em obra. Efectivamente trata-se de um material de revestimento amplamente utilizado e considerado como nobre pela sociedade civil, nomeadamente projectistas, construtores, imobiliárias e utentes em geral, quer pela tradição, de se assemelhar aos pavimentos antigos da construção tradicional portuguesa, quer pelo aspecto visual, do cheiro, do toque, conforto térmico, das qualidades de estabilidade, durabilidade e resistência superiores a outros tipos de pavimentos. Porém tem sido registado várias situações de deficiências construtivas, com os prejuízos inerentes e algumas desconfianças do consumidor final. Assim quer na construção nova ou na reabilitação em geral, os trabalhos devem ser executados escolhendo o tipo de madeira adequado ao local e respectiva funcionalidade, verificando as condições físicas das bases de assentamento, as prescrições técnicas dos materiais de revestimento e de colagem e respectivos processos construtivos, enquadrados pela normalização europeia e nacional existente além de que tais trabalhos devem serem executados por pessoal técnico especializado e credenciado por acções de formação contínua perante a panóplia de materiais existentes no mercado.

Levantamento das metodologias (ensaios e medições acústicas) utilizadas por entidades acreditadas: estado da arte

O ruído é, por definição, um som desagradável ou indesejável que perturba o ambiente, contribuindo para o mal-estar físico e psíquico, podendo pôr em causa a saúde do ser humano. As situações de exposição nos espaços de repouso, lazer e trabalho a valores sonoros elevados, especialmente nos meios urbanos e suburbanos, têm-se multiplicado. Por outro lado, o desenvolvimento cultural dos cidadãos, cada vez mais cientes do direito à qualidade de vida, tem originado um aumento das exigências de conforto, influenciado directamente pela qualidade dos edifícios que habitam. Através da publicação do Regulamento Geral Sobre o Ruído – RGR – (aprovado pelo Decreto Lei nº251/87 de 24 de Junho) bem como o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios – RRAE - (aprovado pelo Decreto Lei nº129/02 de 11 de Maio), com as devidas alterações no Decreto-lei nº96/08, de 9 de Junho, foi permitido relacionar um conjunto de disposições normativas e legais, permitindo o estabelecimento de condições para a verificação das exigências fundamentais associadas ao conforto acústico dos edifícios (integração urbanística, isolamento sonoro a sons aéreos, isolamento a sons de percussão, exposição ao ruído durante o trabalho), justificando assim a necessidade da existência de regulamentação pelo facto da saúde dos indivíduos também se encontrar relacionada ao conforto acústico. Na presente dissertação, pretende-se dar um contributo para a elaboração da avaliação e certificação do comportamento acústico de edifícios de habitação através da definição dos principais aspectos a avaliar neste processo. Para tal, foi retratado o actual estado da arte e foi feito um levantamento das metodologias utilizadas pelas entidades acreditadas para os ensaios de acústica, tendo em conta a normalização e regulamentação existente, de maneira a obter o panorama destes diagnósticos de conforto acústico para a verificação da sua conformidade com as exigências regulamentares.

Caracterização experimental e numérica da permeabilidade ao ar da envolvente e do sistema de ventilação de um edifício "Gaioleiro"

Os edifícios do tipo “Gaioleiro”, em continuidade com os edifícios do tipo Pombalino, são um conjunto arquitectónico e cultural de elevada importância, expressivo na cidade de Lisboa, sendo fundamental a sua conservação e reabilitação para responder a algumas das actuais preocupações relacionadas com a segurança (funcional, estrutural e construtiva), eficiência energética e valorização deste edificado. A conservação de energia e actual regulamentação de eficiência energética nos edifícios de habitação, baseada nos princípios da Directiva Europeia relativa ao Desempenho Energético de Edifícios 2002/91/EC (EPBD - Energy Performance of Buildings Directives), aplicam-se a edifícios novos e a grandes reabilitações. Contudo, a conservação de energia é uma preocupação transversal (ambiental, económica e social) e nas últimas décadas tem sido objecto de investigação. No entanto, a caracterização experimental de sistemas de ventilação e a sua influência no desempenho térmico de edifícios é escassa, não se conhecendo trabalhos em edifícios “Gaioleiros”. Para a correcta avaliação da eficiência energética das soluções de reabilitação a implementar nestes edifícios é essencial o estudo do seu sistema de ventilação natural. A presente dissertação pretende caracterizar experimentalmente o sistema de ventilação de um edifício “Gaioleiro” através de ensaios de pressurização e de gás traçador. Os ensaios de pressurização destinam-se a avaliar a permeabilidade ao ar das componentes que integram a envolvente, e assim, suportar a estimativa da taxa de infiltrações de ar. Os ensaios com gases traçadores destinam-se a medir a taxa média de renovação de ar, tendo sido, neste trabalho, avaliadas as taxas de renovação de ar para a condição actual, para uma condição de melhoria da permeabilidade ao arda envolvente e para a condição de também ser aplicado um exaustor na chaminé. Esta avaliação experimental permitiu suportar o desenvolvimento e validação do modelo numérico de simulação da ventilação. Com este modelo validado são estimadas as taxas médias de ventilação e são estudadas oportunidades de melhoria de acordo com as exigências de qualidade do ar interior e de eficiência energética, como contributo para uma construção (reabilitação) sustentável. Do trabalho experimental foi evidenciado que se for exclusivamente melhorada a permeabilidade do ar da envolvente existe um elevado risco da taxa de ventilação ser insuficiente, apesar de no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) serem previstas taxas de renovação mais elevadas para essa nova situação. Conclui-se que a caixilharia é o elemento que mais contribui para a permeabilidade ao ar da envolvente (60%). A permeabilidade ao ar deste edifício é muito elevada, sendo possível melhorar substancialmente (reduzir em 50% as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento) através de intervenções ao nível das janelas e das gralhas de admissão de ar.