Consumos de Energia

Consumos nos edifícios 22% do consumo final

(Média Europeia 40% por razões óbvias)

Crescimento anual de 3,7% .

Residencial (13%) e Serviços (9%) – 3,5 MTep

58% deste consumo é de electricidade representando

um consumo 27% da electricidade total

Na década de 90 consumos nos transportes aumentaram 68% e doméstico/serviços 31%.

Consumos específicos

Conforto térmico

• Parâmetros individuais• Actividade; Vestuário

• Parâmetros ambientais• Temperatura; Humidade e Velocidade do ar• Temperatura média radiante

• Equação de Conforto: Com base nos parâmetros determinam a acumulação energética no corpo, S.

• Indíces: Quantificam as condições de conforto

• PMV (Predicted Mean Value) e Grau de Insatisfação.

Metabolismo e vestuário1 met=58.15 W/m2

1 clo= 0.155 m2K/W

Balanço de energia

Variáveis do Balanço e PMV• Muitas das variáveis não são conhecidas e são estimadas de

balanços de energia com condições conhecidas.

Condições de conforto - PMV

O metabolismo (M) e a acumulação térmica (S) foram correlacinadas com as opiniões das pessoas sobre as condições de conforto (PMV –Predicted Mean Value)

1 Ligeiramente - Frio

2 0 Neutro

3 Insuportavelmente + Quente

Condições de conforto - PPD

PPD (Percentagem de Pessoas Desconfortáveis)

Nunca se conseguem condições que satisfaçam a todas as pessoas por isso aceita-se como condições de conforto quando a PPD é inferior a 10%.

Intensidade de radiação no exterior da atmosfera varia devido à trajectória elíptica

da terra em torno do sol Máx 21 Dez.

O ângulo da radiação solar em relação à superfície depende da Latitude L e da

Declinação d que varia devido à inclinação do eixo de rotação

A altitude solar a é o ângulo entre os raios solares e uma superfície horizontal e

varia de 0º a um valor máximo dependente de L e d que é dado por a12horas

Para outras horas do dia a altitude é dada por a12horas - 15ºx Ih-12I

A altitude pode ser calculada por:

A intensidade máxima de radiação numa superfície horizontal seria então

na ausência de efeitos da atmosfera.

Radiação Solar

Interferência da atmosfera

A atmosfera absorve e dispersa parte da radiação que contribuem para a (extinção) diminuição da radiação directa:

Depende dos ângulos d-declinação, e a-altitude

que afectam A e B que variam ao longo do ano.

A radiação difusa (suposta uniforme em todas as direcções) é:

A, B e C têm valores tabelados na metodologia da ASHRAE

Existem muitas outras fórmulas para o cálculo das grandezas referidas por exemplo considerando o estado do tempo e visibilidade (nuvens).

Factor de visibilidade com α ângulo da vertical e normal à superfície

Trajectória do Sol na TerraComo interessa analisar a variação do ângulo do sol com as superfícies usa-se o ângulo de azimute (z) que representa a diferença entre a projecção dos raios solares numa horizontal e a direcção Sul (180º no meio dia solar, varia ~90 a ~270)

Nascer do sol para a=0:

A altitude e azimute podem ser lidos a partir de diagramas em função do dia do ano e horas. (As horas formam duas linhas (tipo 8) que se aproxima por uma)

Altitude

Azimute

0

90

180

0

20

40

60

80

N

EW

S

HorasDias ou

declinações

270

21 Jun

21 Jul/Mai21 Ago/Abr

21 Set/Mar

21 Out/Fev

21 Nov/Jan

21 Dez8h

10h

Representação Estereografica

Latitude 32ºNMadeira

N

W E

S

Latitude 38,4ºNLisboaAçores

6h

8h

10h14h16h

18h

Notar que a escala da altitude corresponde às circunferências de fora para dentro e o azimute à direcção que varia de 0 a 360º.

Representação CilíndricaNesta projecção pode-se observar a trajectória do sol numa projecção cilíndrica que depois é planificada para fazer-se as leituras. Podem-se localizar os pontos pelo dia e hora no diagrama e ler no eixo vertical a altitude e no horizontal o azimute. (Gráfico mostrado para 32º de Latitude ~Ilha da Madeira).

Azimute

Altitude

Hora

Dia

Horas

21 Jun

21 Jul/Mai

21 Ago/Abr

21 Out/Fev

21 Nov/Jan

21 Dez

21 Set/Mar

90º Este 180º Sul 270º Oeste

Incidência em superfícies• O ângulo de incidência da radiação solar em

relação a superfícies pode ser quantificado a partir dos ângulos que definem essa superfície:– α Ângulo entre a superfície e a horizontal

• (Se for maior que 90º a superfície aponta para baixo)

– β Ângulo entre a normal à superfície e o Sul.

• permitindo definir então o ângulo de incidência:

zcossenacoscosasencos 1

A fórmula dos apontamentos estava errada pois tem sen em vez de coscomo me chamou a atenção um aluno na aula.

Cálculo de Sombras• Os ângulos de azimute z e de altura de sombras a podem-se definir a

partir dos ângulos num corte vertical v e horizontal h (exemplo prática).

• A altura relaciona-se com estes ângulos por:

e varia entre o valor de a=v (z=0) e a=0 para z= )(

)()(

htg

vtgatg

V2

V1

-h2

-h1

+h2

+h1

Na projecção hemisférica as linhas das sombras são radiais e arcos que podem rodar consoante a orientação da fachada

Na projecção cilíndrica as linhas das sombras são verticais e arcos que se podem deslocar na horizontal consoante a orientação da fachada

V2

V1

-h2 -h1 h2h1

Caracterização climática

• Existem tabelas com características climáticas emitidas pelo INM (Instituto Nacional de Metereologia) com valores extremos de temperaturas absolutos e médios e horas de ocorrência.

• Existem ainda temperaturas extremas com probabilidade acumulada que é a probabilidade de ocorrência. e.g. para Lisboa (de 1989) 90% TMax<27ºC, 95% TMax<29,4ºC, 97,5% TMax<31,4ºC, 99% TMax<33ºC que permitem definir valores diferentes para projecto, consoante o objectivo.

• Também existe outra grandeza que é o número de Graus-Dia que exprimem o somatório do valor deste produto ao longo de um dia ou ao longo do ano.– Permite ter uma ideia de consumo enquanto os valores

extremos servem para dimensionar as potências.

Projecto AVAC I• Aquecimento, Ventilação Ar Condicionado• Condições de projecto

– temperatura, humidade relativa e qualidade do ar– características térmicas das superfícies da envolvente e

das paredes interiores– exposição à radiação solar e ao céu– renovação e velocidades do ar– níveis de iluminação

• Determinação das zonas de AVAC considerando:– Actividade– Horário de ocupação– Ganhos internos de calor– Orientação

Projecto AVAC II

• Cálculo das cargas térmicas de cada zona– Na situação de Inverno mais desfavorável– Na situação de Verão mais desfavorável– Necessidades energéticas anuais.

• Definição do sistema de AVAC– Identificação dos componentes e localização– Dimensionamento dos componentes– Estimativa do investimento– Integração do sistema no edifício.

Projecto AVAC III

• Cálculo das cargas térmicas – Fluxo por condução de calor através da envolvente– Tratamento do caudal de ar novo para garantir a qualidade

do ar– Ganhos devido à radiação solar– Ocupação– Equipamentos– Iluminação.

• As trocas de calor com a envolvente apresentam importantes efeitos de inércia e dependem também da hora do dia, variando as condições interiores e as cargas térmicas.

Considerações

• Condução de calor através de paredes.• Transferência de calor por radiação para vidros que

posteriormente é transferido por convecção.• Efeito de estufa nas superfícies vidradas.• Diminuição de transmissão de radiação nos vidros

também diminui transmissão de luz (rad. visível).• Vidros duplos devem ter transmissão baixa no

exterior e interior transparente. Calor para exterior.• Ocupação e cargas de equipamentos apresenta

variações importantes ao longo do dia e devem ser sempre divididas em cargas sensíveis e latentes.

Classificação de sistemas AVAC

• Ar-Ar (Conduta simples VAC, VAV, VTV ou dupla)Volume de ar constante, vol. ar variável e vol. e temperatura variável.

– Condutas grandes, Grande consumo energético

• Água (2 ou 4 tubos)– Apenas para aquecimento ou arrefecimento

• Ar-Água (Combinação de anteriores)– Ar para renovação e cargas latentes, água p. calor

• Expansão directa (fluído refrigerante)– Caudal de fluído variável VRV c/ 3 tubos, Modelos split,

Unidade central e periféricas (4-32)

• Depósitos de acumulação (fluidos eutéticos ou gelo)

Unidade de Tratamento de Ar • Esquema de UTA típica que permite:

– Arrefecimento com desumidificação e aquecimento– Aquecimento com humidificação– Mistura de ar recirculado (condições da sala S)

E

S

Sala (S)

IF Q LAr In-

sufladoAr

Novo

RM

Evoluções Diagrama Psicrométrico

S

I=L=R

E

M=FQ

I=Q

EM

F

M=F Q

L

Exemplos de evoluções para situação de verão:S+EMF Q=ISe de inverno S+EMMQLR=I SMQL=I S