Projeto de comportamento térmico, certificação energética e ensaios acústicos

O presente relatório incluído na Unidade Curricular de Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado (DIPRE) em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) e desenvolvido no âmbito do estágio curricular realizado na empresa Asl & Associados, tem como principais objetivos a minha integração no mercado de trabalho e obtenção de experiência profissional. Neste trabalho, serão abordados temas como as introduções teóricas ao Comportamento Térmico e Acústico de Edifícios de Habitação, estudos de casos práticos como o Projeto de Comportamento Térmico de uma grande intervenção, Certificação Energética de edifícios existentes com base no Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação e Ensaios Acústicos de Edifícios de acordo com o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios. O projeto realizado consistiu no estudo do comportamento térmico do edifício na Avenida Marechal Gomes da Costa nº802, no Porto. Nesse estudo realizou-se a verificação das soluções construtivas, por vezes foram propostas alterações das mesmas de modo a verificar os requisitos impostos pelo REH e foi realizada a emissão do seu pré-certificado. A maior parte do período em que decorreu o estágio na empresa foi preenchida com a realização de certificados energéticos de frações autónomas e de moradias. Para a recolha da informação necessária à sua elaboração, foram efetuadas várias vistorias aos imóveis referidos. Foram também efetuados durante o estágio, ensaios acústicos a edifícios de habitação e comércio e elaborado o respetivo relatório de ensaio.

Auditorias energéticas – definição de um plano de ação para edifícios de serviços

O setor dos edifícios representa perto de 40% do consumo de energia final na Europa e cerca de 30% no caso de Portugal [1]. Para fazer face a esta situação foi elaborada e aprovada uma Diretiva Europeia Relativa ao Desempenho Energético dos Edifícios, que foi transposta a nível nacional através de um pacote legislativo assente em três pilares, nomeadamente o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior (SCE), o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE) e o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE). Atuando ao nível da eficiência energética o consumo de energia nos edifícios pode diminuir para metade, para tal é necessário proceder-se à execução de auditorias energéticas para poder determinar as soluções mais adequadas de forma a reduzir os desperdícios e custos associados ao consumo de energia. Nesta dissertação desenvolveu-se uma metodologia para a realização de auditorias energéticas em edifícios que assenta essencialmente em cinco etapas, nomeadamente: o planeamento, a análise do estado atual, o planeamento estratégico, a elaboração de relatório e a implementação de medidas com acompanhamento de resultados. A aplicação desta metodologia constitui uma grande ajuda na realização de auditorias energéticas conferindo uma maior qualidade à sua execução. De forma a validar a metodologia efetuada foi realizado o estudo de três casos práticos relativos a três agências bancárias (denominadas de A, B e C), em que duas delas pertencem a um projeto de eficiência energética que engloba 50 agências e uma outra que pertence a um outro projeto de apenas 3 agências. A metodologia segue a mesma lógica para as três agências, no entanto, em termos de validação, a última instalação baseia-se nos consumos dos dados monitorizados em contínuo.

Reabilitação térmica de fachadas

As fachadas são um elemento da envolvente que faz a interface entre o ambiente exterior e o interior. Do conjunto das suas características mais relevantes, existe uma, cuja importância tem vindo a aumentar devido à conjuntura ambiental e económica atual: o desempenho energético. Assim, é importante analisar as características do comportamento térmico dos elementos da fachada, com base na respetiva regulamentação em vigor (REH – D.L. n.º 118/2013 de 20 de Agosto) e analisar o contributo da sua eventual reabilitação para uma melhor qualidade térmica da fachada e por consequente uma melhor qualidade de conforto dos utentes do edificio, não desprezando o aspeto arquitetónico do mesmo. Esta monografia baseia-se na análise de casos práticos de diferentes soluções construtivas e avaliação das vantagens e desvantagens dos sistemas propostos, conferindo a possibilidade de optar pelo sistema mais eficaz de acordo com as necessidades exigidas. Assim, e com base no principal objetivo, que é o de melhorar o desempenho térmico das fachadas recorrendo à reabilitação, o enfoque é sobre a redução do consumo energético dos edificios, nomeadamente através do contributo térmico dos elementos das fachadas para a redução das necessidades energéticas por climatização.

Simulação Dinâmica do Centro de Dia e Apoio à Terceira Idade de Leça do Balio

Pela importância que os edifícios têm na utilização de energia, a avaliação do seu desempenho energético é de grande relevância, uma vez que, em grande parte, passa por estes a concretização das metas europeias definidas para 2020, no que concerne à diminuição da utilização de energia. Tendo em conta que os edifícios representam 40% do consumo de energia total, e estando o sector em expansão, esta realidade obriga a uma procura de soluções integradas de arquitetura e engenharia que promovam a sustentabilidade dos edifícios. Foi efetuado um estudo num edifício constituído por dois corpos, um mais antigo que funciona como centro de dia e um mais recente que funciona como lar, localizados no concelho de Matosinhos, onde se identificaram os pontos de maior consumo energético, para os quais foram sugeridas alterações no sentido de baixar os custos com a factura energética. Nesta dissertação foi utilizado um software de simulação dinâmica para avaliação do comportamento térmico do edifício nas condições atuais e, posteriormente, foram simulados outros cenários com alterações ao nível da envolvente térmica dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, que permitiram identificar algumas medidas de melhoria de eficiência energética. As medidas de melhoria sugeridas implicam uma redução energética, ao nível do consumo de água quente sanitária, consumo de gás natural e electricidade. De entre essas medidas, e com um payback inferior a 8 anos e meio, destacam-se a instalação de redutores de caudal, a substituição da caldeira e da bomba de recirculação, a instalação de painéis solares térmicos e a redução da quantidade de lâmpadas.

Implicações da nova legislação na certificação energética de edifícios existentes

O desenvolvimento deste trabalho teve como principal objetivo obter uma primeira avaliação da nova proposta de revisão do Regulamento das Características do Comportamento Térmico de Edifícios (RCCTE), relativamente à certificação energética de edifícios existentes. Inicialmente foi feito um estudo da regulamentação térmica de edifícios em Portugal relativamente ao desempenho energético de edifícios. De seguida abordou-se o caso de estudo, onde para uma fração autónoma existente se compara a aplicação do RCCTE com a nova proposta de revisão. Este estudo comparativo foi realizado através de um método detalhado e um outro simplificado, que no caso do RCCTE está relacionado com a Nota Técnica NT-SCE-01 para a certificação térmica de edifícios existentes. Após obtidos os resultados das necessidades energéticas para todas as metodologias, referidas no parágrafo anterior, foi elaborada uma proposta de melhoria e a respetiva análise económica, de acordo com o Fundo de Eficiência Energética, FEE. As medidas de melhoria preconizadas, de acordo com este fundo, foram a substituição das janelas existentes por janelas eficientes e a utilização de coletores solares térmicos para preparação de água quente sanitária, AQS. Por fim, é feita uma análise dos resultados obtidos relativos às necessidades energéticas da fração autónoma, antes e após da proposta de melhoria.

Projeto de Térmica: Aplicação do Novo Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação Novos

Neste trabalho estudou-se a nova regulamentação de térmica em edifícios, Decreto-Lei nº 118/2013, dando particular ênfase ao Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação, REH. Para o efeito, aplicou-se a metodologia definida nesta legislação a um edifício de habitação unifamiliar e compararam-se os resultados obtidos com os resultados da ferramenta de cálculo automático elaborada pelo ITEcons. Fizeram-se ainda várias simulações para as diferentes zonas climáticas possíveis e comparou-se também com o mesmo edifício mas admitindo que todas as soluções construtivas são as de referência.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Influência dos equipamentos de aquecimento, arrefecimento e AQS na certificação energética de edifícios

Na União Europeia os sectores dos transportes e da indústria são ambos grandes consumidores de energia, mas são os edifícios residenciais e de serviços onde o consumo energético é maior, e em 2005, segundo a EnerBuilding, representavam cerca de 17% dos consumos de energia primária em termos nacionais. A energia gasta com a iluminação, o aquecimento, o arrefecimento e AQS das habitações, locais de trabalho e locais de lazer é superior à consumida pelos sectores dos transportes e da indústria. As habitações representam dois terços do consumo total de energia dos edifícios europeus, o qual aumenta todos os anos com a melhoria da qualidade de vida, traduzindo-se numa maior utilização dos sistemas de climatização. Neste sentido, e de acordo com o decreto-lei que transpõe para a legislação portuguesa a diretiva comunitária relativa ao desempenho energético dos edifícios, todos os Estados da União Europeia devem ter um sistema de certificação energética para informar o cidadão sobre a qualidade térmica dos edifícios, aquando da construção, da venda ou do arrendamento. Assim, entrou em vigor em Portugal, desde 1 de Janeiro de 2009, a obrigatoriedade de apresentação de um certificado de eficiência energética, no ato de compra, venda ou aluguer de edifícios novos e existentes. A certificação energética permite assim aos futuros utilizadores dos edifícios obter informação sobre os potenciais consumos de energia, no caso dos novos edifícios ou no caso de edifícios existentes sujeitos a grandes intervenções de reabilitação, dos seus consumos reais ou aferidos para padrões de utilização típicos, passando o consumo energético a integrar um conjunto dos aspetos importantes para a caracterização de qualquer edifício. Em edifícios de serviços, o certificado energético assegura aos utentes do edifício ou da fração que este reúne condições para garantir a eficiência energética e a adequada qualidade do ar interior. Uma vez que passamos 80% do nosso tempo em edifícios, e que isto se reflete num consumo cada vez mais elevado do sector residencial e dos serviços no consumo total energético do país, este trabalho pretende fazer a comparação dos vários equipamentos de aquecimento, de arrefecimento e de AQS e qual a influência dos mesmos na certificação energética de edifícios, e consequentemente na eficiência dos mesmos, sendo que a eficiência e a certificação energética de um edifício deve ser um aspeto relevante a levar em consideração no momento do planeamento ou da construção, bem como na aquisição de uma nova habitação. Um projeto concebido de modo a tirar proveito das condições climáticas, da orientação solar, dos ventos dominantes e utilizadas técnicas construtivas e os materiais adequados, é possível reduzir os gastos energéticos com a iluminação ou os sistemas de climatização.

Simulation of urban microclimates

Urban microclimates are greatly affected by urban form and texture and have a significant impact on building energy performance. The impact of urban form on energy consumption in buildings mainly relates to the availability of the uses of solar radiation, daylighting and natural ventilation. The urban heat island (UHI) effect increases the risk of overheating in buildings as well as the maximum energy demand for cooling. A need has arisen for a robust calculation tool (using the first-cut calculation method) to enable planners, architects and environmental assessors, to quickly and accurately compare the impact of different urban forms on local climate and UHI mitigation strategies. This paper describes a tool for the simulation of urban microclimates, which is developed by integrating image processing with a coupled thermal and airflow model.

Field studies on the effect of built forms on urban wind environments

Airflow through urban environments is one of the most important factors affecting human health, outdoor and indoor thermal comfort, air quality and the energy performance of buildings. This paper presents a study on the effects of wind induced airflows through urban built form using statistical analysis. The data employed in the analysis are from the year-long simultaneous field measurements conducted at the University of Reading campus in the United Kingdom. In this study, the association between typical architectural forms and the wind environment are investigated; such forms include: a street canyon, a semi-closure, a courtyard form and a relatively open space in a low-rise building complex. Measured data captures wind speed and wind direction at six representative locations and statistical analysis identifies key factors describing the effects of built form on the resulting airflows. Factor analysis of the measured data identified meteorological and architectural layout factors as key factors. The derivation of these factors and their variation with the studied built forms are presented in detail.

What does “retrofit” mean, and how can we scale up action in the UK sector?

Purpose – Progress in retrofitting the UK's commercial properties continues to be slow and fragmented. New research from the UK and USA suggests that radical changes are needed to drive large-scale retrofitting, and that new and innovative models of financing can create new opportunities. The purpose of this paper is to offer insights into the terminology of retrofit and the changes in UK policy and practice that are needed to scale up activity in the sector. Design/methodology/approach – The paper reviews and synthesises key published research into commercial property retrofitting in the UK and USA and also draws on policy and practice from the EU and Australia. Findings – The paper provides a definition of “retrofit”, and compares and contrasts this with “refurbishment” and “renovation” in an international context. The paper summarises key findings from recent research and suggests that there are a number of policy and practice measures which need to be implemented in the UK for commercial retrofitting to succeed at scale. These include improved funding vehicles for retrofit; better transparency in actual energy performance; and consistency in measurement, verification and assessment standards. Practical implications – Policy and practice in the UK needs to change if large-scale commercial property retrofit is to be rolled out successfully. This requires mandatory legislation underpinned by incentives and penalties for non-compliance. Originality/value – This paper synthesises recent research to provide a set of policy and practice recommendations which draw on international experience, and can assist on implementation in the UK.

A field study of urban microclimates in London

This paper aims to address the characteristics of urban microclimates that affect the building energy performance and implementation of the renewable energy technologies. An experimental campaign was designed to investigate the microclimate parameters including air and surface temperature, direct and diffuse solar irradiation levels on both horizontal and vertical surfaces, wind speed and direction in a dense urban area in London. The outcomes of this research reveal that the climatic parameters are significantly influenced by the attributes of urban textures, which highlight the need for both providing the microclimatic information and using them in buildings design stages. This research provides a valuable set of microclimatic information for a dense urban area in London. According to the outcomes of this research, the feasibility study for implementation of renewable energy technologies and the thermal/ energy performance assessment of buildings need to be conducted using the microclimatic information rather than the meteorological weather data mostly collected from non-urban environments.

Identifying behavioural predictors of small power electricity consumption in office buildings

It is widely accepted that there is a gap between design energy and real world operational energy consumption. The behaviour of occupants is often cited as an important factor influencing building energy performance. However, its consideration, both during design and operation, is overly simplistic, often assuming a direct link between attitudes and behaviour. Alternative models of decision making from psychology highlight a range of additional influential factors and emphasise that occupants do not always act in a rational manner. Developing a better understanding of occupant decision making could help inform office energy conservation campaigns as well as models of behaviour employed during the design process. This paper assesses the contribution of various behavioural constructs on small power consumption in offices. The method is based upon the Theory of Planned Behaviour (TPB) which assumes that intention is driven by three factors: attitude, subjective norms, and perceived behavioural control, but we also consider a fourth construct: habit measured through the Self- Report Habit Index (SRHI). A questionnaire was issued to 81 participants in two UK offices. Questionnaire results for each behavioural construct were correlated against each participant’s individual workstation electricity consumption. The intentional processes proposed by TPB could not account for the observed differences in occupants’ interactions with small power appliances. Instead, occupants were interacting with small power “automatically”, with habit accounting for 11% of the variation in workstation energy consumption. The implications for occupant behaviour models and employee engagement campaigns are discussed.

An investigation of the required skills for the delivery of low and zero carbon buildings within a region

The United Kingdom is committed to a raft of requirements to create a low-carbon economy. Buildings consume approximately 40% of UK energy demand. Any improvement on the energy performance of buildings therefore can significantly contribute to the delivery of a low-carbon economy. The challenge for the construction sector and its clients is how to meet the policy requirements to deliver low and zero carbon (LZC) buildings, which spans broader than the individual building level, to requirements at the local and regional levels, and wider sustainability pressures. Further, the construction sector is reporting skills shortages coupled with the need for ‘new skills’ for the delivery of LZC buildings. The aim of this paper is to identify, and better understand, the skills required by the construction sector and its clients for the delivery of LZC buildings within a region. The theoretical framing for this research is regional innovation system (RIS) using a socio-technical network analysis (STNA) methodology. A case study of a local authority region is presented. Data is drawn from a review of relevant local authority documentation, observations and semi-structured interviews from one (project 1) of five school retrofit projects within the region. The initial findings highlight the complexity surrounding the form and operation of the LZC network for project 1. The skills required by the construction sector and its clients are connected to different actor roles surrounding the delivery of the project. The key actors involved and their required skills are: project management and energy management skills required by local authority; project management skills (in particular project planning), communication and research skills required by school end-users; and a ‘technical skill’ relating to knowledge of a particular energy efficient measure (EEM) and use of equipment to implement the EEM is required by the EEM contractors.

A review of occupant control on natural ventilation

According to IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), the largest use of energy in commercial buildings is space heating in colder climates and air conditioning in hot climates. In Europe, the Directive on the energy performance of buildings EPBD (European Energy Performance of Buildings Directive) [1] provides a framework for national building performance regulations and calculation procedures. However, there are often large discrepancies between calculated and measured energy performance of buildings. One main reason is the behaviour of occupants, which is often not reflected in calculation models.