Utilização do programa energyplus para simulação do conforto térmico em edificações populares em quatro capitais brasileiras

O principal objetivo deste trabalho consiste em utilizar o programa EnergyPlus para simular e analisar o nível de conforto térmico dos moradores de uma edificação térrea simples. Para tanto, escolheu-se e definiu-se uma casa popular padrão que será utilizada para as cidades de Belém, PA, Brasília, DF, São Paulo, SP e Recife, PE. Em relação a esta residência e aos seus moradores foram determinadas diversas características, entre elas, rotinas de ocupação, nível de atividades, fator de vestimenta e número de moradores. Ganhos internos (lâmpadas e equipamentos elétricos) e renovação do ar (infiltração e ventilação) foram, também, considerados neste trabalho. O conforto térmico dos ocupantes da habitação foi simulado e analisado para uma semana representante da época do ano com a temperatura mais elevada, e outra semana que representa o período de frio ou chuvas, ou seja, época do ano com temperaturas mais baixas. Para esta etapa necessitou-se a utilização de arquivos climáticos das quatro capitais brasileiras citadas acima. Os níveis de conforto térmico foram determinados e estudados conforme a metodologia de Fanger, que utiliza os seguintes parâmetros: temperatura, umidade relativa e velocidade do ar, temperatura média radiante do ambiente, vestimenta e metabolismo dos indivíduos. Este estudo foi realizado para um ambiente em evolução livre e analisou-se somente a sala e os quartos da residência. Também não foram considerados neste trabalho os equipamentos elétricos com o intuito de melhorar o conforto térmico como, por exemplo, ventiladores A ferramenta de simulação computacional utilizada para o cálculo do conforto térmico neste trabalho foi o programa EnergyPlus. Para a simulação do conforto necessitou-se calcular a infiltração e a ventilação na residência, e com este intuito utilizou-se uma sub-rotina deste programa baseada no modelo de fluxo de ar multizonal COMIS. Os resultados obtidos para o conforto térmico, através dos valores de PMV, nos dias analisados das quatro cidades em que foi realizado o estudo mostraram-se bastante coerentes com as condições externas e internas da residência, indicando a boa capacidade do programa EnergyPlus nestes casos simulados. Calculado e analisado o conforto térmico das pessoas, melhorias nas estruturas da edificação foram sugeridas a fim da obtenção de condições otimizadas para os ocupantes desta habitação.

Vertical vegetation design decisions and their impact on energy consumption in subtropical cities

Vertical vegetation is vegetation growing on, or adjacent to, the unused sunlit exterior surfaces of buildings in cities. Vertical vegetation can improve the energy efficiency of the building on which it is installed mainly by insulating, shading and transpiring moisture from foliage and substrate. Several design parameters may affect the extent of the vertical vegetation's improvement of energy performance. Examples are choice of vegetation, growing medium geometry, north/south aspect and others. The purpose of this study is to quantitatively map out the contribution of several parameters to energy savings in a subtropical setting. The method is thermal simulation based on EnergyPlus configured to reflect the special characteristics of vertical vegetation. Thermal simulation results show that yearly cooling energy savings can reach 25% with realistic design choices in subtropical environments. Heating energy savings are negligible. The most important parameter is the aspect of walls covered by vegetation. Vertical vegetation covering walls facing north (south for the northern hemisphere) will result in the highest energy savings. In making plant selections, the most significant parameter is Leaf Area Index (LAI). Plants with larger LAI, preferably LAI>4, contribute to greater savings whereas vertical vegetation with LAI<2 can actually consume energy. The choice of growing media and its thickness influence both heating and cooling energy consumption. Change of growing medium thickness from 6cm to 8cm causes dramatic increase in energy savings from 2% to 18%. For cooling, it is best to use a growing material with high water retention, due to the importance of evapotranspiration for cooling. Similarly, for increased savings in cooling energy, sufficient irrigation is required. Insufficient irrigation results in the vertical vegetation requiring more energy to cool the building. To conclude, the choice of design parameters for vertical vegetation is crucial in making sure that it contributes to energy savings rather than energy consumption. Optimal design decisions can create a dramatic sustainability enhancement for the built environment in subtropical climates.

Building energy simulation and parallel computing : opportunities and challenges

Increased focus on energy cost savings and carbon footprint reduction efforts improved the visibility of building energy simulation, which became a mandatory requirement of several building rating systems. Despite developments in building energy simulation algorithms and user interfaces, there are some major challenges associated with building energy simulation; an important one is the computational demands and processing time. In this paper, we analyze the opportunities and challenges associated with this topic while executing a set of 275 parametric energy models simultaneously in EnergyPlus using a High Performance Computing (HPC) cluster. Successful parallel computing implementation of building energy simulations will not only improve the time necessary to get the results and enable scenario development for different design considerations, but also might enable Dynamic-Building Information Modeling (BIM) integration and near real-time decision-making. This paper concludes with the discussions on future directions and opportunities associated with building energy modeling simulations.

Performance analysis of solar desiccant-evaporative cooling for a commercial building under different Australian climates

This paper evaluates and compares the system performance of a solar desiccant-evaporative cooling (SDEC) system with a referenced conventional variable air volume (VAV) system for a typical office building in all 8 Australian capital cities. A simulation model of the building is developed using the whole building simulation software EnergyPlus. The performance indicators for the comparison are system coefficient of performance (COP), annual primary energy consumption, annual energy savings, and annual CO2 emissions reduction. The simulation results show that Darwin has the most apparent advantages for SDEC system applications with an annual energy savings of 557 GJ and CO2 emission reduction of 121 tonnes. The maximum system COP is 7. For other climate zones such as Canberra, Hobart and Melbourne, the SDEC system is not as energy efficient as the conventional VAV system.

Thermal building simulation using the UKCP09 probabilistic climate projections

This article investigates how to use UK probabilistic climate-change projections (UKCP09) in rigorous building energy analysis. Two office buildings (deep plan and shallow plan) are used as case studies to demonstrate the application of UKCP09. Three different methods for reducing the computational demands are explored: statistical reduction (Finkelstein-Schafer [F-S] statistics), simplification using degree-day theory and the use of metamodels. The first method, which is based on an established technique, can be used as reference because it provides the most accurate information. However, it is necessary to automatically choose weather files based on F-S statistic by using computer programming language because thousands of weather files created from UKCP09 weather generator need to be processed. A combination of the second (degree-day theory) and third method (metamodels) requires only a relatively small number of simulation runs, but still provides valuable information to further implement the uncertainty and sensitivity analyses. The article also demonstrates how grid computing can be used to speed up the calculation for many independent EnergyPlus models by harnessing the processing power of idle desktop computers. © 2011 International Building Performance Simulation Association (IBPSA).

Applying quality control in building energy modelling: Comparative simulation of a high performance building

Quality control is considered from the simulator's perspective through comparative simulation of an ultra energy-efficient building with EE4-DOE2.1E and EnergyPlus. The University of Calgary's Leadership in Energy and Environmental Design Platinum Child Development Centre, with a 66% certified energy cost reduction rating, was the case study building. A Natural Resources Canada incentive program required use of EE4 interface with DOE2.1E simulation engine for energy modelling. As DOE2.1E lacks specific features to simulate advanced systems such as radiant cooling in the CDC, an EnergyPlus model was developed to further evaluate these features. The EE4-DOE2.1E model was used for quality control during development of the base EnergyPlus model and simulation results were compared. Advanced energy systems then added to the EnergyPlus model generated small difference in estimated total annual energy use. The comparative simulation process helped identify the main input errors in the draft EnergyPlus model. The comparative use of less complex simulation programs is recommended for quality control when producing more complex models. © 2009 International Building Performance Simulation Association (IBPSA).

智能玻璃建筑节能特性分析

智能玻璃能够根据人的意愿或者外界环境的变化动态的调节太阳光的输入，是新一代的建筑节能玻璃，目前引起广泛的关注。本文选取了两种典型的智能玻璃——电致变色玻璃和VO2热色玻璃，采用动态能耗分析软件EnergyPlus分别对其建筑节能特性进行了分析，具体研究内容如下： （1）讨论了电致变色玻璃不同控制方式对其节能效果的影响。结果表明，电致变色玻璃选用合适的控制方式可以显著降低建筑的能耗，但如果控制方式选用不当，采用电致变色玻璃后建筑的能耗反而会高于采用普通白玻的能耗。此外，无论在何种控制方式下，采用电致变色/LOW-E的节能效果都要优于电致变色/白玻中空玻璃。 （2）对VO2光学薄膜的膜系结构进行了优化，研究了外观颜色与膜层厚度的关系，设计出的TiO2(135nm)/VO2(50nm)/ITO(45nm)/glass三层膜结构相对于VO2(50nm)/glass的单层膜结构，太阳能调节量提高了从3.7%提高到9.8%，半导体状态时的可见光透过率从33.6%提高到55.5%，金属状态时的可见光透过率从34.0%提高到50.0%，同时半导体与金属状态时的膜面发射率都有很大程度的降低。 （3）研究了VO2热色玻璃的热学性能和建筑节能特性，重点分析了膜层结构、膜面位置、建筑的地理位置等因素对VO2热色玻璃建筑节能效果的影响。结果表明，对于单层VO2热色玻璃，其功能膜面朝向室内比朝向室外可以获得更好的节能效果，而对于由VO2热色玻璃与白玻组成的双层玻璃，其功能膜面位于室内玻璃的外侧时VO2很难起到相应的调节作用。另外，与其他类型的玻璃相比，虽然一定膜层结构下VO2热色玻璃在不同地区的建筑能耗低于白玻，但是在全年以采暖为主的严寒地区和全年以空调为主的夏热冬暖地区，VO2热色玻璃的节能效果分别不及高透型和遮阳型LOW-E玻璃。

Projeto de AVAC e classificação energética de uma cafetaria

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

Climatização passiva em edifício de serviços

Dissertação Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil no Ramo de Edificações

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.

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

Reabilitação energética de um edifício de serviços

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Reabilitação energética de um edifício de serviços: convergência para NZEB

Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Construção sustentável: contributo da utilização da parede trombe

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Construção Sustentável - Propostas de melhoria da eficiência energética em edifícios de habitação

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção