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Emissões de Carbono - Estudo Comparativo entre

Sistemas AVAC em Ambiente Hospitalar

Vigas Arrefecidas e Ventiloconvectores

Filipe Miguel Fernandes Ventura

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Júri

Presidente: Professor Mário Manuel Gonçalves da Costa

Orientador: Professor Tiago Morais Delgado Domingos

Co-Orientador: Professor Jorge Alberto Gil Saraiva

Vogal: Professor Miguel José Pereira Sales Cavique Santos

Outubro de 2011

ii

AGRADECIMENTOS

Dedico os meus agradecimentos:

� à empresa Teixeira Duarte Engenharia e Construções, S.A. por tornar possível a realização

do presente trabalho, assim como à equipa de trabalho em que estou inserido pelo apoio e

incentivo;

� ao Investigador Doutor Jorge Saraiva e ao Professor Doutor Tiago Domingos pela importante

orientação na elaboração deste trabalho;

� aos Engenheiros António Sampaio, José Amaral e Rui Pedro Nunes pela colaboração e for-

necimento de documentação essencial à execução deste trabalho;

� ao Engenheiro Daniel Cabrita pela informação e documentação disponibilizada;

� à Vanessa pela paciência e apoio incondicional.

iii

RESUMO

As alterações climáticas são actualmente uma ameaça séria para o ambiente a nível global. O

clima é influenciado por mudanças nas concentrações atmosféricas dos Gases de Efeito de Estufa

(GEE) que capturam a radiação infravermelha da superfície da Terra. Os compromissos internacio-

nais a nível de emissões de GEE para a União Europeia tiveram a sua base no Protocolo de Quioto,

com o objectivo de redução de 8%, seguindo-se o objectivo de 20% com o Pacote Energia-Clima e o

objectivo de longo prazo, definido na conferência do G8, em Itália, de redução de 80% das emissões

de GEE em 2050 (sempre face ao ano de referência de 1990).

Com a elaboração deste trabalho, pretendeu-se desenvolver ferramentas de cálculo expeditas

para a determinação de emissões de carbono de sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condi-

cionado (AVAC), de forma a efectuar uma análise comparativa entre sistemas e aferir sobre a possibi-

lidade de redução de emissões.

A aplicação destas ferramentas recaiu sobre um bloco de internamentos de um edifício hospita-

lar a ser construído em Faro pelo que, face ao que parece ser a actual expansão do mercado de

AVAC na Saúde, foram considerados dois sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como

casos de estudo. Face ao contributo dos consumos energéticos dos equipamentos dos sistemas

AVAC, que correspondem a cerca de 95% das emissões de carbono globais, realça-se a importância

do desenvolvimento de uma ferramenta expedita de cálculo para estimar as necessidades térmicas

anuais e os consumos energéticos dos equipamentos, em termos de electricidade e de gás. A este

facto não pode ficar alheia a introdução do conceito original de Humidade-dia, que permite estimar,

em paralelo e de forma similar ao Grau-dia, as necessidades anuais de desumidificação e humidifica-

ção.

Comparando os resultados obtidos, verifica-se que a opção pelo sistema de vigas arrefecidas,

em vez do sistema de ventiloconvectores, permite a redução anual de 18,5% no consumo eléctrico e

de 19,3% no consumo de gás, a redução anual de 18,6% no consumo de energia primária, e a redu-

ção de emissões de carbono em cerca de 20% durante o período analisado de 30 anos.

Palavras-Chave: Potencial de Aquecimento Global, Emissões de Carbono, Consumos de Ener-

gia Primária, Ventiloconvectores, Vigas Arrefecidas

iv

ABSTRACT

Climate change is a serious threat to the global environment. Climate is influenced by changes in

atmospheric concentrations of greenhouse gases (GHGs) that trap infrared radiation from the Earth's

surface. The international commitments regarding GHG emission levels for the European Union are

based on the Kyoto Protocol, aimed at a reduction of 8%, followed by the 20% reduction goal pro-

posed by the Climate and Energy Package and the long-term goal, set in the G8 summit in Italy, of

80% reduction of GHG emissions in 2050 (compared to the reference year 1990).

This dissertation aims to develop simple tools which, in an expedite way, allows the determination

of carbon emissions of Heat, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems in order to make a

comparative analysis of systems and assess the possibility of reducing emissions.

These tools were applied to the project for an inpatient ward of a hospital to be built in Faro so,

considering what seems to be the current expansion of the HVAC market in healthcare, two systems

were considered, fan coils and chilled beams, as case studies. Given the contribution of the HVAC

equipment’s energy consumption, equal to about 95% of global carbon emissions, the importance of

developing an expedite tool to estimate the annual thermal needs and equipment’s electricity and gas

energy consumption should be emphasized. It is also worth noting the introduction in this dissertation

of the Humidity-Day original concept, that estimates, alongside and in analogy to the Degree-Day, the

dehumidification and humidification annual needs.

Comparing the results, it was found that the choice of a chilled beam system instead of a fan coil

system allows a reduction in annual electricity consumption by 18,5% and 19,3% in gas consumption,

the annual reduction of 18,6% in primary energy consumption, and the reduction in carbon emissions

by 20% during the analyzed period of 30 years.

Keywords: Global Warming Potential, Carbon Emissions, Primary Energy Consumption, Fan

coil, Chilled Beam

v

SIGLAS E ACRÓNIMOS

ACSS Administração Central do Sistema de Saúde

ADEME Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (Agência Francesa)

ADENE Agência para a Energia

APA Agência Portuguesa do Ambiente

APME Association of Plastics Manufacturers in Europe

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

AVAC Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado

CE Certificado Energético

DCR Declaração de Conformidade Regulamentar

DGEG Direcção Geral de Energia e Geologia

EDP Energias de Portugal

EEA European Enviroment Agency

EPA Environment Protection Agency (Agência Americana)

EPBD Energy Performance of Buildings Directive

ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos

ESEER European Seasonal Energy Efficiency Ratio

FER Fontes de Energia Renovável

GD Grau-dia

GEE Gases de Efeito de Estufa

GN Gás Natural

GNL Gás Natural Liquefeito

GWP Global Warming Potential

HD Humidade-dia

IEA International Energy Agency

IFP Institut Français du Pétrole

INERPA Inventários Nacionais de Emissões de Poluentes Atmosféricos

INMG Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change

ISO Organização Internacional de Normalização

LCA Life Cycle Assessment

LEED Leadership in Energy and Environmental Design

LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil

MEDD Ministère de l'Écologie, du Développement Durable (Ministério Francês)

n-ZEB Nearly Zero Energy Building

QAI Qualidade do Ar Interior

RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

REN Redes Energéticas Nacionais

RNT Rede Nacional de Transporte

vi

RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

RSU Resíduos Sólidos Urbanos

SCE Sistema Nacional Certificação Energética e Qualidade do Ar Interior dos Edifícios

SNGN Sistema Nacional de Gás Natural

U Coeficiente de Transmissão Térmica

UE União Europeia

UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change

UTA Unidade de Tratamento de Ar

UTAN Unidade de Tratamento de Ar Novo

UTAN-VA UTAN interligada a Vigas Arrefecidas

UTAN-VC UTAN interligada a Ventiloconvectores

VA Viga arrefecida

VAC Volume de Ar Constante

VAV Volume de Ar Variável

VC Ventiloconvector

VRV Volume de Refrigerante Variável

vii

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS...................................................................................................................ii

RESUMO .................................................................................................................................... iii

ABSTRACT.................................................................................................................................iv

SIGLAS E ACRÓNIMOS ............................................................................................................ v

ÍNDICE.......................................................................................................................................vii

CAPÍTULO 1 : Introdução........................................................................................................... 1

1.1. Objectivos ................................................................................................................... 1

1.2. Enquadramento do tema ............................................................................................ 1

1.3. Plano de trabalho ........................................................................................................ 2

CAPÍTULO 2 : Estado da arte .................................................................................................... 3

2.1. Protocolo de Quioto e redução dos GEE.................................................................... 3

2.2. Situação energética em Portugal................................................................................ 6

2.3. Directiva comunitária de desempenho energético de edifícios .................................. 8

2.3.1. RSECE ........................................................................................................... 10

2.3.2. RCCTE ........................................................................................................... 12

CAPÍTULO 3 : Metodologia de cálculo ..................................................................................... 14

3.1. Sistemas AVAC......................................................................................................... 14

3.1.1. Classificação dos sistemas por área servida ................................................. 14

3.1.2. Classificação dos sistemas por fluido térmico ............................................... 15

3.1.3. Equipamentos terminais................................................................................. 17

3.2. Metodologia de cálculo de potências........................................................................ 20

3.2.1. Potência térmica............................................................................................. 20

3.2.2. Correcção da potência térmica ...................................................................... 21

3.3. Metodologia de cálculo de consumos....................................................................... 22

3.3.1. Necessidades térmicas anuais ...................................................................... 22

3.3.2. Correcção das necessidades térmicas anuais............................................... 24

3.3.3. Consumo eléctrico e de gás........................................................................... 25

3.3.4. Grau-dia e Humidade-dia ............................................................................... 27

3.3.5. Energia primária ............................................................................................. 31

3.4. Metodologia de cálculo de emissões de carbono..................................................... 32

3.4.1. Materiais ......................................................................................................... 33

3.4.2. Transporte ...................................................................................................... 35

3.4.3. Energia ........................................................................................................... 37

3.4.4. Desperdícios de fim de vida ........................................................................... 44

CAPÍTULO 4 : Aplicação .......................................................................................................... 48

4.1. Caracterização do edifício ........................................................................................ 48

4.2. Caracterização do sistema AVAC............................................................................. 49

4.3. Parâmetros de cálculo .............................................................................................. 50

viii

4.3.1. Potências........................................................................................................ 50

4.3.2. Consumos ...................................................................................................... 52

4.3.3. Emissões de carbono..................................................................................... 59

CAPÍTULO 5 : Resultados........................................................................................................ 63

5.1. Potência térmica ....................................................................................................... 63

5.2. Necessidades térmicas anuais ................................................................................. 66

5.3. Consumo eléctrico e de gás ..................................................................................... 68

5.4. Energia primária........................................................................................................ 71

5.5. Emissões de carbono ............................................................................................... 73

5.6. Comparativo de emissões de carbono ..................................................................... 80

CAPÍTULO 6 : Comentários e conclusões ............................................................................... 84

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................... 87

APÊNDICES ................................................................................................................................ I

Apêndice A - Metodologia de cálculo de potências térmicas................................................. II

Apêndice B - Metodologia de cálculo de necessidades térmicas anuais ..............................X

Apêndice C - Parâmetros geométricos das zonas a climatizar.......................................... XIX

Apêndice D - Características da envolvente ....................................................................... XX

Apêndice E - Especificações técnicas dos equipamentos................................................. XXI

Apêndice F - Dados dos fornecedores.............................................................................XXIV

Apêndice G – Dados climáticos .......................................................................................XXIX

Apêndice H – Emissões de carbono detalhadas ..............................................................XXX

Apêndice I – Comparativo de emissões de carbono........................................................XXXI

Apêndice J – Consumos.xls: folha de cálculo.................................................................XXXII

Apêndice K – Carbono.xls: folha de cálculo...................................................................XXXVI

ix

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 – Potencial de aquecimento global GWP100 [fonte: IPCC, 2001] .......................................... 4

Tabela 3.1 – Potência térmica de arrefecimento local e de ar novo, em W ......................................... 21

Tabela 3.2 – Potência térmica de aquecimento local e de ar novo, em W........................................... 21

Tabela 3.3 – Correcção da potência térmica pelo ar primário .............................................................. 22

Tabela 3.4 – Necessidades térmicas de arrefecimento local e de ar novo, em kWh/ano .................... 23

Tabela 3.5 – Necessidades térmicas de aquecimento local e de ar novo, em kWh/ ano ................... 23

Tabela 3.6 – Correcção das necessidades térmicas pelo ar primário .................................................. 24

Tabela 3.7 – Consumo eléctrico de equipamentos do sistema AVAC ................................................. 25

Tabela 3.8 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento ...................... 28

Tabela 3.9 – Definição do Grau-dia relativo à temperatura local e de insuflação da UTAN ................ 29

Tabela 3.10 – Definição da Humidade-dia relativa às condições locais e de insuflação da UTAN...... 31

Tabela 3.11 – Factores de conversão para energia primária, em kgep/ kWh [fonte: D.L. 79/2006] .... 31

Tabela 3.12 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes materiais ............................ 33

Tabela 3.13 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes plásticos [fonte: ADEME] ... 35

Tabela 3.14 – Factores de emissão associados ao transporte de passageiros [fonte: ADEME] ......... 36

Tabela 3.15 – Factores de emissão associados ao transporte de mercadorias [fonte: ADEME]......... 37

Tabela 3.16 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica e gás natural........ 37

Tabela 3.17 – Factores de emissão associados aos processos a montante da combustão de gás

natural [fonte: IFP] ................................................................................................................................. 38

Tabela 3.18 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural [fonte: ADEME] ............ 39

Tabela 3.19 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural, adaptado à realidade

nacional ................................................................................................................................................. 41

Tabela 3.20 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica, ano de 2004 [fonte:

IEA] ........................................................................................................................................................ 42

Tabela 3.21 – Factores de emissão associados a desperdício em fim de vida.................................... 45

Tabela 3.22 – Factores de emissão associados aos tratamentos do plástico em fim de vida ............. 46

Tabela 3.23 – Factores de emissão associados ao fim de vida do plástico, balanço nacional em 2005

............................................................................................................................................................... 47

Tabela 4.1 – Equipamentos dos sistemas AVAC a analisar................................................................. 49

Tabela 4.2 – Condições higro-térmicas dos sistemas AVAC................................................................ 50

Tabela 4.3 – Condições hidráulicas dos sistemas AVAC ..................................................................... 52

Tabela 4.4 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento ...................... 53

Tabela 4.5 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC .............. 61

Tabela 4.6 – Tempo médio de vida útil dos equipamentos do sistema AVAC ..................................... 61

Tabela 5.1 – Carga térmica local e de ar novo ..................................................................................... 63

Tabela 5.2 – Potência térmica local corrigida e de ar novo .................................................................. 64

Tabela 5.3 – Necessidade térmica anual do local e de ar novo dos sistemas ..................................... 66

x

Tabela 5.4 – Consumo anual de electricidade e de gás dos equipamentos de produção de frio e calor

............................................................................................................................................................... 68

Tabela 5.5 – Consumo eléctrico anual de ventilação dos sistemas VC e VA ...................................... 69

Tabela 5.6 – Consumo eléctrico anual das bombas de circulação dos sistemas VC e VA.................. 69

Tabela 5.7 – Consumo eléctrico anual do humidificador dos sistemas VC e VA ................................. 69

Tabela 5.8 – Resumo dos consumos eléctricos anuais dos equipamentos dos sistemas VC e VA .... 70

Tabela 5.9 – Consumo de gás anual da caldeira para os sistemas VC e VA ...................................... 70

Tabela 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por equipamento............ 72

Tabela 5.11 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por utilização.................. 72

Tabela 5.12 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA, por fase do ciclo de vida....................... 74

Tabela 5.13 – Emissões de carbono determinadas pelo metodologia proposta (MP) e pelo Bilan

Produit (BP) ........................................................................................................................................... 80

Tabela 5.14 – Parâmetros considerados no comparativo de emissões ............................................... 80

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Consumo referido à emissão no sistema eléctrico nacional [fonte: DGEG, REN] .............. 6

Figura 2.2 – Potência instalada e energia eléctrica produzida em fontes de energia renovável, em

2009 [fonte: DGEG] ................................................................................................................................. 7

Figura 2.3 - Consumo de energia final por sector em 2009 [fonte: DGEG] ............................................ 7

Figura 3.1 – Ventiloconvector do tipo conduta ...................................................................................... 18

Figura 3.2 – Viga arrefecida passiva..................................................................................................... 18

Figura 3.3 – Viga arrefecida activa........................................................................................................ 18

Figura 3.4 – Representação do Grau-dia de arrefecimento e de aquecimento relativo à temperatura

local ....................................................................................................................................................... 30

Figura 3.5 – Representação do Grau-dia de arrefecimento relativo a temperaturas de insuflação da

UTAN..................................................................................................................................................... 30

Figura 3.6 – Fluxos de energia no SNGN em 2009/2010 [fonte: ERSE] .............................................. 39

Figura 3.7 – Taxa de perdas de energia eléctrica na RNT [fonte: REN] e nas redes de transporte

[fonte: EDP e EDP Distribuição] ............................................................................................................ 43

Figura 3.8 – Evolução das emissões de CO2 equivalente associadas ao consumo de energia eléctrica

[fonte: APA] ........................................................................................................................................... 44

Figura 4.1 – Modelo do edifício hospitalar, perspectiva Sudeste ......................................................... 48

Figura 4.2 – Localização do bloco de internamentos Sul-Este no piso 3 ............................................. 48

Figura 4.3 – Esquema de funcionamento do sistema AVAC................................................................ 49

Figura 4.4 – Localização do ventiloconvector (VC) e da viga arrefecida (VA) em quarto de

internamento individual.......................................................................................................................... 51

Figura 4.5 – Representação dos períodos de arrefecimento e aquecimento durante o ano................ 53

Figura 4.6 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura interior........ 54

Figura 4.7 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura de insuflação

da UTAN-VC.......................................................................................................................................... 55

Figura 4.8 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura de insuflação

da UTAN-VA.......................................................................................................................................... 55

Figura 4.9 – Intervalo de humidade absoluta admissível para as temperaturas interiores de 20ºC e

25ºC....................................................................................................................................................... 56

Figura 4.10 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade interior ............. 57

Figura 4.11 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade do ar de

insuflação UTAN-VC ............................................................................................................................. 58

Figura 4.12 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade do ar de

insuflação UTAN-VA.............................................................................................................................. 58

Figura 4.13 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos terminais (VC e VA) ......................... 60

Figura 5.1 – Potências térmicas de arrefecimento local e de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)........... 64

Figura 5.2 – Potências térmicas de aquecimento local e de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA) ............ 64

Figura 5.3 – Potência térmica de arrefecimento dos sistemas VC e VA ............................................. 65

xii

Figura 5.4 – Potência térmica de aquecimento dos sistemas VC e VA............................................... 65

Figura 5.5 – Necessidades térmicas anuais de arrefecimento dos sistemas VC e VA ........................ 67

Figura 5.6 – Necessidades térmicas anuais de aquecimento dos sistemas VC e VA ......................... 68

Figura 5.7 – Consumo eléctrico anual dos sistemas VC e VA.............................................................. 71

Figura 5.8 – Consumo de gás anual dos sistemas VC e VA ................................................................ 71

Figura 5.9 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por

equipamento.......................................................................................................................................... 72

Figura 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por utilização

............................................................................................................................................................... 73

Figura 5.11 – Distribuição das emissões de carbono no período de 30 anos ...................................... 74

Figura 5.12 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de ventiloconvectores, em % ......... 75

Figura 5.13 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de vigas arrefecidas, em %............ 76

Figura 5.14 – Emissões de carbono associadas ao fabrico do equipamento dos sistemas VC e VA,

por equipamento terminal...................................................................................................................... 76

Figura 5.15 – Emissões de carbono associadas ao transporte do equipamento dos sistemas VC e VA,

por equipamento terminal...................................................................................................................... 77

Figura 5.16 – Emissões de carbono associadas à energia consumida pelos sistemas VC e VA, por

equipamento terminal ............................................................................................................................ 77

Figura 5.17 – Emissões de carbono associadas a actividades de manutenção sobre os sistemas VC e

VA, por equipamento terminal .............................................................................................................. 78

Figura 5.18 – Emissões de carbono associadas a desperdícios em fim de vida gerados pelos

sistemas VC e VA, por equipamento terminal....................................................................................... 78

Figura 5.19 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA no período de 30 anos, por equipamento

terminal .................................................................................................................................................. 79

Figura 5.20 – Variação das emissões de carbono função do ESEER do chiller .................................. 82

Figura 5.21 – Variação das emissões de carbono função do rendimento da caldeira ......................... 82

Figura 5.22 – Variação das emissões de carbono função da eficiência de recuperação de calor....... 83

Figura 5.23 – Variação das emissões de carbono função da eficiência de ventilação ........................ 83

Figura 5.24 – Variação das emissões de carbono função da temperatura interior na estação de

aquecimento .......................................................................................................................................... 83

1

CAPÍTULO 1 : INTRODUÇÃO

Neste capítulo é feita uma introdução aos temas relacionados com o presente trabalho. Apresen-

tam-se os objectivos a alcançar e a respectiva planificação de trabalhos.

1.1. Objectivos

Com a elaboração deste trabalho, pretendeu-se desenvolver ferramentas de cálculo expeditas

para a determinação de emissões de carbono associadas ao ciclo de vida de sistemas de Aquecimen-

to, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC), por forma a efectuar uma análise comparativa entre sistemas

e aferir sobre a possibilidade de redução de emissões, procurando ainda avaliar quais os factores com

maior contributo na redução de emissões de carbono.

A aplicação destas ferramentas recaiu sobre um edifício hospitalar, pelo que, face ao que parece

ser a actual expansão do mercado de AVAC na Saúde (ACSS, 2010), foram considerados dois

sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como casos de estudo. Pretende-se que as

ferramentas de cálculo obtidas sejam passíveis de aplicação a outros sistemas de AVAC, para o

desenvolvimento de futuros trabalhos.

1.2. Enquadramento do tema

O Protocolo de Quioto, celebrado em 1997, é um dos instrumentos jurídicos internacionais mais

importantes na luta contra as alterações climáticas, que marcou o início de um conjunto de compromis-

sos internacionais para a redução de emissões de Gases de Efeito de Estufa (GEE), nomeadamente

com a criação de directivas comunitárias, como a Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético

de Edifícios (EPDB), Directiva 2002/91/CE, ou a sua recente reformulação na forma da Directiva

2010/31/CE, no seguimento do Pacote Energia-Clima.

Para comparar os impactes de diferentes GEE utiliza-se como referência o potencial de aqueci-

mento global GWP (Global Warming Potential) relativamente ao CO2, adoptando-se a designação de

CO2 equivalente, que pode ainda ser convertido em termos de carbono equivalente.

Verifica-se que a redução de emissões de carbono e o mercado de emissões são questões emer-

gentes que implicarão no futuro penalizações em caso de incumprimento de determinadas metas pelos

Estados Membros. Neste sentido, surge a necessidade crescente, por parte de todos os sectores de

actividade, de aferição e avaliação das emissões de carbono de sistemas ou produtos.

A determinação das emissões de carbono directas e indirectas de um sistema ou produto suben-

tende a decomposição nas diferentes fases do seu ciclo de vida, em termos de fabrico de materiais e

consumíveis, incluindo extracção de matéria prima e seu processamento, transporte de carga e pes-

soas, energia consumida em fase de exploração, desperdícios em fim de vida, entre outros.

No caso particular dos edifícios, é importante avaliar quais os sistemas que garantem as melhores

condições ambientais e, também, proceder ao balanço entre as melhorias ambientais e os seus custos

2

globais, pelo que a sua avaliação através de uma ferramenta de cálculo de emissões de carbono é

uma vantagem competitiva para o decisor. A par do balanço de emissões de carbono, a estimativa de

energia primária consumida pode também ser uma ferramenta válida para avaliar o seu efeito para o

ambiente.

1.3. Plano de trabalho

Para alcançar os objectivos enunciados no ponto anterior, procedeu-se à adaptação dos factores

de emissão e incertezas associadas publicadas pela Agência Francesa para a Energia (ADEME1), e

desenvolveu-se um procedimento de cálculo baseado no método Bilan Carbone. Foi ainda desenvolvi-

do um método expedito de cálculo estimativo de potências térmicas e necessidades térmicas anuais

dos sistemas de climatização, baseado no Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE2) e no Decreto-Lei n.º

40/90 (antigo RCCTE3), respectivamente, sujeito a adaptações para dar resposta a algumas exigências

regulamentares e para estimar parâmetros de funcionamento reais. Por forma a obter elementos sobre

todos os processos do ciclo de vida dos equipamentos constituintes dos sistemas AVAC dimensiona-

dos no presente trabalho, procedeu-se à consulta de fornecedores e equipas de manutenção. O caso

de aplicação recaiu sobre um bloco de internamentos num edifício hospitalar a ser construído em Faro.

A presente dissertação tem a estrutura apresentada de seguida:

O primeiro capítulo inclui os objectivos e o enquadramento geral do trabalho.

No segundo capítulo é realizada uma revisão da literatura sobre os compromissos internacionais

de redução de emissões de GEE, o balanço energético no panorama nacional e a legislação nacional

aplicável a sistemas de climatização em edifícios.

No terceiro capítulo procede-se à caracterização dos sistemas AVAC e são introduzidos os méto-

dos de cálculo de potências, de consumos e de emissões de carbono.

No quarto capítulo é apresentada a caracterização do edifício e dos sistemas AVAC a analisar,

assim como os parâmetros de cálculo utilizados para a determinação de potências, consumos e de

emissões de carbono.

No quinto capítulo apresentam-se os resultados estimados das potências térmicas dos equipa-

mentos dos sistemas AVAC, as estimativas das necessidades térmicas anuais e de consumos eléctri-

cos e de gás dos equipamentos de climatização, e finalmente as emissões de carbono associadas ao

ciclo de vida dos sistemas e a sua incerteza. Também são apresentados os consumos de energia pri-

mária referentes ao funcionamento dos sistemas e um comparativo das emissões de carbono em fun-

ção da variação de alguns parâmetros, com vista à redução de emissões.

Por fim, no sexto capitulo apresentam-se as conclusões do trabalho e as sugestões para desen-

volvimento de trabalhos futuros.

1 Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie 2 Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios 3 Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

3

CAPÍTULO 2 : ESTADO DA ARTE

Neste capítulo apresenta-se uma breve descrição de alguns acordos internacionais realizados

com o objectivo de redução dos Gases de Efeito de Estufa e a consequente adopção de Directivas

Comunitárias ao nível dos edifícios e respectiva transposição para os Regulamentos Nacionais.

2.1. Protocolo de Quioto e redução dos GEE

As alterações climáticas são actualmente uma ameaça séria para o ambiente a nível global. O cli-

ma é influenciado por mudanças nas concentrações atmosféricas de diversos gases que capturam a

radiação infravermelha da superfície da Terra, através do fenómeno denominado de efeito de estufa.

As nuvens e os gases de efeito de estufa (GEEs) presentes na atmosfera, como o vapor de água e o

dióxido de carbono (CO2), originam um efeito de estufa natural, sem o qual a temperatura da superfície

da Terra seria inferior em 33ºC (IPCC, 2007). Outros gases que contribuem para o efeito de estufa são

o metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e compostos halogenados tais como os CFC’s, HFC’s e PFC’s. Ao

longo do último século, as actividades humanas têm originado subidas na concentração de GEEs.

Durante o mesmo período observou-se um aumento significativo na temperatura média global. Embora

haja incerteza acerca de quanto deste aumento pode ser imputado aos GEEs, existe evidência de que

as actividades humanas estão a causar um aumento no efeito de estufa ou aquecimento global (IPCC,

1996). A queima de combustíveis fósseis que origina emissões de CO2 é a principal causa do efeito de

estufa. Outras actividades que contribuem para este problema são a agricultura e as alterações no uso

do solo (incluindo a desflorestação), determinadas actividades industriais tais como a produção de

cimento, a deposição de resíduos em aterro, a refrigeração, propulsão de espumas e utilização de sol-

ventes (EEA, 1998, 1999).

As mudanças climáticas podem ter diversas consequências negativas tais como:

� Aumento do nível do mar e possível inundação de zonas baixas;

� Fusão dos glaciares e gelo marítimo;

� Mudanças nos padrões pluviométricos, com implicações em termos de cheias e secas;

� Variações na incidência de extremos climáticos, especialmente extremos de temperaturas ele-

vadas.

Estes efeitos podem causar impactes negativos significativos nos ecossistemas, saúde, sectores

económicos chave, como a agricultura, e nos recursos hídricos. A magnitude dos potenciais impactes

ambientais é ainda incerta, embora nos últimos anos a comunidade científica internacional, nomeada-

mente no âmbito do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC), tenha feito pro-

gressos significativos no estudo das relações entre as emissões de GEEs, concentrações atmosféri-

cas, temperaturas e custos económicos das mudanças climáticas.

Para comparar os impactes de diferentes GEEs utiliza-se como referência o potencial de aqueci-

mento global GWP (Global Warming Potential) relativamente ao CO2, adoptando-se a designação de

CO2 equivalente. Em termos físicos, o GWP de um gás é definido como sendo o efeito de aquecimento

de uma emissão de 1 kg desse gás relativamente a 1 kg de CO2. Para os gases constantes no Proto-

4

colo de Quioto, os valores de GWP, calculados numa base temporal de 100 anos (GWP100), são os

apresentados na Tabela 2.1.

Compostos GWP100

CO2 1

CH4 23

N2O 310

HFC 140-11700

PFC 6500-9200

SF6 23900

Tabela 2.1 – Potencial de aquecimento global GWP100 [fonte: IPCC, 2001]

Com base no GWP100, é possível determinar a quantidade de GEE em termos de CO2 eq (CO2

equivalente) multiplicando a quantidade de cada composto pelo respectivo GWP100. Outra forma de

contabilização consiste na determinação das emissões em termos de carbono equivalente Ceq, consi-

derando a relação da massa molar entre o carbono e o dióxido de carbono para conversão entre as

duas bases de medida4. Desta forma, o carbono equivalente Ceq é obtido através da multiplicação da

emissão de CO2 eq pelo coeficiente 12/44.

Os compromissos internacionais a nível de emissões de GEE para a União Europeia tiveram a

sua base no Protocolo de Quioto, com o objectivo de redução de 8%, seguindo-se o objectivo de 20%

com o Pacote Energia-Clima e o objectivo de longo prazo, definido na conferência do G8, em Itália, de

redução de 80% das emissões de GEE em 2050 (face ao ano de referência de 1990).

Protocolo de Quioto

O Protocolo de Quioto assinado em 1997 e ratificado em 1999, que sucede à Convenção-Quadro

das Nações Unidas sobre as Alterações Climáticas de 1992 (UNFCCC), é um dos instrumentos jurídi-

cos internacionais mais importantes na luta contra as alterações climáticas. Integra os compromissos

assumidos por alguns países industrializados5 de reduzirem as suas emissões de determinados gases

com efeito de estufa principais responsáveis pelo aquecimento planetário. As emissões totais dos paí-

ses desenvolvidos deveriam ser reduzidas em, pelo menos, 5,2% em relação aos níveis de 1990,

durante o período de 2008-2012.

A União Europeia acordou numa redução global de 8% (definindo, ao abrigo do compromisso

comunitário de partilha de responsabilidades, metas distintas para cada um dos seus Estados-

Membros), ambicionando reduzir as emissões de GEE, em mais de 1% ao ano, desde 2012 a 2020.

Portugal comprometeu-se em limitar o aumento das suas emissões de GEE em 27%, no período entre

2008-2012, em relação às emissões de 1990.

O Protocolo estimula os países signatários a cooperarem entre si, de modo a cumprir estas metas,

através de algumas acções:

4 A massa molar do Carbono (C) é de 12 g/mol e a massa molar do Dióxido de Carbono (CO2) é de 44g/mol,

sendo obtida a partir do balanço estequiométrico da massa molar do Carbono e do Oxigénio (12 + 2 x 16 = 44). 5 Alguns países industrializados como os Estados Unidos da América ou o Canadá negaram-se a assinar o

acordo.

5

� Reformar os sectores de energia e transportes;

� Promover o uso de fontes energéticas renováveis;

� Eliminar mecanismos financeiros e de mercado que coloquem entraves aos objectivos do Pro-

tocolo;

� Limitar as emissões de metano no tratamento de resíduos e dos sistemas energéticos;

� Proteger as florestas.

No contexto das obrigações resultantes do Protocolo de Quioto, foi desenvolvida, entre outras, a

Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético de Edifícios (EPDB), que se abordará mais adian-

te.

Pacote energia-clima

Numa perspectiva pós-Protocolo de Quioto, que expira no final de 2012, a União Europeia através

do Pacote "Energia-Clima 20-20-20", aprovado pelo Parlamento Europeu em 17 de Dezembro de 2008,

definiu três grandes metas a alcançar até 2020:

� Reduzir as emissões de gases de efeito de estufa (GEE) em 20%, face aos níveis de 1990,

podendo esta meta passar a 30%, no caso de novo acordo global sobre as alterações climáti-

cas;

� Alcançar 20% de quota global de energia proveniente de fontes de energia renovável no con-

sumo final bruto de energia;

� Redução de 20% no consumo de energia primária, através da melhoria da eficiência energéti-

ca;

� O pacote fixa também uma meta de 10% de energias renováveis no sector dos transportes até

2020.

O Pacote Energia-Clima é constituído pelas seguintes propostas:

� Proposta relativa à revisão do regime europeu de comércio de licenças de emissão (ETS), que

propõe o reforço do mercado único do carbono à escala da União Europeia, incluindo mais

gases com efeito de estufa como o óxido nitroso (fertilizantes) e os perfluorocarbonos (alumí-

nio) e a participação de todos os principais emissores industriais;

� Proposta relativa à quantificação de metas por país para a redução das emissões (10% face a

2005) dos sectores não cobertos pelo ETS (transportes terrestres e marítimos, agricultura, ser-

viços e energia dos edifícios). A quantificação foi ponderada em função do PIB por habitante

em cada Estado Membro;

� Proposta relativa ao desenvolvimento de tecnologias para a captura, transporte e armazena-

gem geológico de carbono;

� Proposta relativa à promoção da utilização das energias renováveis de forma a aumentar para

20% a parte destas fontes de energia até 2020, fixando metas vinculativas para a quota global

de energia proveniente de fontes renováveis no consumo total de energia e para a quota de

energia proveniente de fontes renováveis consumida nos transportes.

6

2.2. Situação energética em Portugal

Portugal é um país com escassos recursos energéticos endógenos, nomeadamente, daqueles que

asseguram a generalidade das necessidades energéticas da maioria dos países desenvolvidos, como

o petróleo, o carvão e o gás. A escassez de recursos fósseis conduz a uma elevada dependência ener-

gética do exterior, nomeadamente das importações de fontes primárias de origem fóssil. Importa assim

aumentar a contribuição das energias renováveis endógenas: hídrica, eólica, solar, geotérmica, bio-

massa.

Segundo dados da Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG), verifica-se o seguinte panora-

ma nacional:

� O petróleo mantém um papel essencial na estrutura de abastecimento, representando 48,7%

do consumo total de energia primária em 2009, contra 51,6% em 2008;

� O gás natural contribuiu, no último decénio, para diversificar a estrutura da oferta de energia e

reduzir a dependência exterior em relação ao petróleo. Manifestou uma evolução positiva no

mix energético, representando este combustível, em 2009, 17,5% do total do consumo em

energia primária contra 17,0% em 2008;

� O consumo de carvão representou, em 2009, 11,8% do total do consumo de energia primária.

Prevê-se uma redução progressiva do peso do carvão na produção de electricidade, devido ao

seu impacto nas emissões de CO2.

� Em 2009 o contributo das energias renováveis no consumo total de energia primária foi de

20% contra 17,7% em 2008.

-10

0

10

20

30

40

50

60

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Co

nsu

mo

(T

Wh

)

Carvão nacional Hidrica, inferior a 10 MW Cogeração

Eólica, Fotovoltaica, Marés RSU Carvão importado

Gás natural Fuel Gasóleo

Hidrica, superior a 30 MW Hidrica, entre 10 a 30 MW Importações líquidas

Figura 2.1 - Consumo referido à emissão no sistema eléctrico nacional [fonte: DGEG, REN]

É manifesto o crescimento da potência instalada em fontes de energia renovável (FER) nos últi-

mos anos para produção de energia eléctrica. Atingiu-se em 2009, 9207 MW de potência instalada

sendo 4876 MW em hídrica, 578 MW em biomassa, 3608 MW em eólica, 30 MW em geotérmica e

115,2 MW em fotovoltaica (ver Figura 2.2). Em 2009 foram produzidos 19316 GWh de energia eléctrica

a partir de FER.

7

Potência instalada das centrais de produção de energia eléctrica a partir de FER em 2009

39.2%

6.3%

52.9%

1.3%0.3%

Eólica Biomassa Geotérmica

Fotovoltaica Hídrica

Energia eléctrica produzida a partir de FERem 2009

39.2%

12.3%

46.6%

0.8% 1.0%

Eólica Biomassa Geotérmica

Fotovoltaica Hídrica

Figura 2.2 – Potência instalada e energia eléctrica produzida em fontes de energia renovável, em 2009 [fonte: DGEG]

Atendendo à importância da hídrica na produção de energia eléctrica com base renovável (cerca

de 47% em 2009), salienta-se a influência da variação anual do índice de hidraulicidade, que represen-

ta o nível de pluviosidade anual. Por exemplo, o ano de 2003 foi um ano de excelência no que diz res-

peito à produção de energia hidroeléctrica, fruto do elevado índice de hidraulicidade pois tratou-se de

um ano húmido. Contudo, a redução da produção de energia eléctrica observada em 2004 e 2005

deve-se em grande parte ao momento difícil de seca, pelo qual o País passou (ver Figura 2.1).

Energia final

Em termos de energia final, em 2009, foi atingido o valor de 17499 ktep, tendo-se verificado uma

redução de 3% face a 2008. Registou-se uma diminuição do consumo de 2,8% de petróleo, de 0,9%

em electricidade e de 8,4% de gás natural.

Consumo de energia final em 2009

27.5%

38.4%

12.2%3.6%

18.3%

Indústria Transportes Doméstico Outros Serviços

Figura 2.3 - Consumo de energia final por sector em 2009 [fonte: DGEG]

De acordo com a Figura 2.3 o peso do consumo dos principais sectores de actividade económica

relativamente ao consumo de energia final, para 2009, foi de 27,5% na Indústria, 38,4% nos Transpor-

tes, 18,3% no Doméstico, 12,2% nos Serviços e 3,6% nos outros sectores (onde se inclui a Agricultura,

Pescas, Construção e Obras Públicas). Constata-se assim uma forte incidência dos sectores de Indús-

tria e Transportes no consumo de energia final. Ainda assim, os edifícios apresentam um peso conside-

rável no consumo de energia final (sector doméstico e de serviços representa cerca de 31%), pelo que

devem ser tomadas medidas para a sua redução, e consequentemente para a redução de emissão de

8

GEE, o que vai ao encontro das metas definidas pela Directiva Europeia sobre o Desempenho Energé-

tico de Edifícios (EPDB).

2.3. Directiva comunitária de desempenho energético de edifícios

A Directiva Europeia sobre o Desempenho Energético de Edifícios (EPDB) foi publicada com o

intuito de limitar os consumos energéticos em edifícios e garanti-los através da certificação energética.

A Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro de 2002, publicada em 4 de Janeiro de 2003, teve um

impacto decisivo na regulação do sistema energético no sector dos edifícios de todos os países per-

tencentes à UE, definindo claramente as bases que teriam que ser implementadas. Abrange quatro

pontos principais:

� A introdução de uma metodologia integrada para a medição de desempenho energético de edi-

fícios;

� A definição e aplicação de requisitos mínimos de desempenho energético em edifícios novos e

sujeitos a reabilitações com mais de 1000 m2, e actualização regular destes critérios;

� A introdução de um sistema de certificação energética e de recomendações para edifícios

novos e existentes, e para edifícios públicos, onde os certificados devem ser exibidos em local

visível;

� A inspecção e verificação regular de caldeiras e sistemas de aquecimento e ar condicionado.

A directiva refere-se a edifícios no sector doméstico e terciário com áreas superiores a 1000m2,

sendo excluídos alguns tipos de edifícios, como edifícios históricos ou zonas industriais. Os certificados

energéticos devem ser disponibilizados quando os edifícios são construídos, vendidos ou alugados.

Apesar do prazo limite de implementação dos principais pontos da directiva EPBD até 2006, vários

países pediram o alargamento dos prazos devido à falta de peritos nacionais para efectuar as certifica-

ções energéticas, pelo que o novo prazo foi fixado para Janeiro de 2009.

Durante a transposição e implementação da directiva, a Comunidade Europeia tomou consciência

que algumas das disposições e requisitos estabelecidos deveriam ser clarificados e que os requisitos

de desempenho energético deveriam ser reforçados. Neste contexto, uma nova versão da directiva, a

EPBD reformulada (EPBD recast) ou directiva 2010/31/UE foi adoptada em Maio de 2010, também no

seguimento das metas propostas pelo Pacote Energia-Clima 20-20-20.

Reformulação da Directiva

A reformulação da Directiva 2010/31/EU assenta nos seguintes pontos principais e diferenças em

relação à Directiva 2002/91/CE:

� A partir de 31 de Dezembro de 2020 todos os edifícios novos deverão ter balanços energéticos

quase nulos e a energia consumida, em grande medida, terá que ser originada a partir de Fon-

tes de Energia Renováveis (FER). O edifício de energia quase-nula n-ZEB (nearly Zero Energy

Building) é um edifício com desempenho energético muito elevado e a reduzida quantidade de

9

energia necessária para o seu funcionamento é fornecida por fontes renováveis, sendo esta

energia renovável produzida pelo edifício ou nas suas imediações;

� Os edifícios públicos devem dar o exemplo, garantido que serão n-ZEB a partir de 31 de

Dezembro de 2018;

� O limite de 1000m2 para grandes reabilitações foi eliminado, devendo tomar efeito aquando da

transposição para as legislações nacionais;

� Os Estados-Membros são obrigados a elaborar planos nacionais para aumentar o número de

edifícios de energia quase-nula, devendo, até meados de 2011, fazer uma lista de incentivos

financeiros e outros para a transição, tais como assistência técnica, subsídios, programas de

empréstimos e empréstimos a juros baixos;

� Uma metodologia de cálculo harmonizada dos requisitos mínimos de desempenho é definida

na Directiva, e os Estados-Membros têm de justificar se a diferença entre os níveis óptimos de

rentabilidade calculados para os requisitos mínimos de desempenho energético exceder 15%;

� Um procedimento mais detalhado e rigoroso para a emissão de certificados de desempenho

energético será requerido nos Estados-Membros, e deve ser introduzindo um sistema de con-

trolo e verificação dos certificados;

� Os Estados-Membros terão de garantir que os certificados de desempenho energético são

emitidos para todos os edifícios construídos, vendidos ou alugados, e também para os edifícios

onde mais de 500 m2 são ocupados por um organismo público. Cinco anos após a legislação

entrar em vigor, esse limite será reduzido para 250 m2.

� Os Estados-Membros terão que reforçar a qualidade da inspecção das caldeiras e de sistemas

de calor e ar condicionado;

� Os Estados-Membros podem estabelecer metas para estimular investimentos de elevada efi-

ciência energética em edifícios de baixo consumo energético;

� Os Estados-Membros podem penalizar o não-cumprimento destas metas.

A transposição da EPBD reformulada deve ser efectuada a partir de Julho de 2012.

Transposição para a legislação nacional

Em Portugal encontram-se em vigor os Regulamentos energéticos para edifícios promulgados em

2006, que asseguraram a transposição da directiva 2002/91/CE para a legislação nacional, sendo que

estes deverão ser actualizados ou revistos com base na reformulação da EPBD, a directiva

2010/31/CE. Os referidos Regulamentos são os seguintes:

� Decreto-Lei n.º 78/2006 de 4 de Abril - Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qua-

lidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE);

� Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril - Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatiza-

ção dos Edifícios (RSECE);

� Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril - Regulamento das Características de Comportamento

Térmico dos Edifícios (RCCTE).

10

O SCE é gerido pela Agência para a Energia (ADENE) e supervisionado pela DGEG nas questões

energéticas, e pela Agência Portuguesa do Ambiente (APA) nas questões relacionadas com a qualida-

de do ar. A verificação dos Regulamentos é efectuada por Peritos Qualificados, através da preparação

da Declaração de Conformidade Regulamentar (DCR), exigida para a emissão da licença de constru-

ção, e de Certificados Energéticos (CE) exigidos para a emissão da licença de utilização. Os certifica-

dos energéticos dos edifícios permitem que compradores e donos de obra tomem consciência dos

custos energéticos associados à utilização dos edifícios, criando novos padrões de exigência, o que

ajudará ao desenvolvimento e implementação de novos processos construtivos que permitam não só a

poupança energética ao longo da vida útil do edifício mas, também, a utilização de materiais que mini-

mizem os impactes ambientais, ao longo do seu ciclo de vida. Os edifícios existentes apenas deverão

ter um certificado energético válido aquando de uma transacção comercial (venda ou aluguer), sem

obrigatoriedade de cumprir qualquer requisito.

2.3.1. RSECE

Em 1998 entrou em vigor o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

(RSECE), Decreto-Lei n.º180/98 de 7 de Maio. Nesta versão foi adoptada uma estratégia de redução

do consumo energético nos edifícios através da limitação de potência dos sistemas de climatização a

instalar nos edifícios ou zonas independentes, não sendo, no entanto, imposta qualquer limitação ao

consumo energético.

Neste Regulamento foram impostas medidas de racionalização energética em função da potência

dos sistemas, nomeadamente, através da limitação da potência eléctrica para aquecimento por efeito

de Joule, limitação do reaquecimento terminal para os sistemas destinados apenas a arrefecimento,

recuperação de energia, arrefecimento gratuito, eficiência mínima dos equipamentos, entre outros.

Foram também definidos procedimentos de ensaio, de recepção das instalações e de manutenção

durante o funcionamento.

A ausência de uma entidade que assegurasse o cumprimento regulamentar e o aumento efectivo

das necessidades de conforto pela população provocaram um aumento acentuado dos consumos

energéticos dos edifícios.

Em 2002 surge a Directiva 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho que, tal como refe-

rido anteriormente, originou a criação do Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 de Abril – RSECE (actualmente

em vigor). O novo Regulamento passa a ser aplicado no projecto, em fase de obra, e durante a utiliza-

ção do edifício, prevendo-se assim uma estimativa de consumos durante a fase de projecto, e uma

verificação dos consumos do edifício durante a sua utilização. Deste modo, este Regulamento provou

ser muito mais abrangente que o anterior, uma vez que, para além de limitar a potência instalada,

impõe também limitações para os consumos de energia. Propõe ainda o cumprimento dos seguintes

objectivos:

11

� Assegurar a Qualidade do Ar Interior (QAI) e o conforto térmico, ficando todos os edifícios de

serviços sujeitos a auditorias da QAI, e os grandes edifícios6 também a auditorias energéticas;

� Reforçar e melhorar a prática de manutenção dos sistemas de climatização;

� Colocar uma maior exigência para os grandes edifícios, obrigando a uma demonstração, atra-

vés de simulação dinâmica detalhada, dos limites de consumos especificados antes do licen-

ciamento;

� Exigir habilitações dos técnicos responsáveis pela auditoria, projecto, instalação e manutenção

dos sistemas de climatização, em termos da eficiência energética e da QAI.

Qualidade do Ar Interior

Ao nível da QAI, os requisitos regulamentares consistem no cumprimento dos caudais de ar novo

mínimos tabelados em função da utilização de cada espaço, e dos máximos das concentrações de

algumas substâncias poluentes do ar interior. Nas auditorias periódicas, realizadas nos edifícios, são

verificadas as concentrações de diferentes poluentes, não podendo estas exceder os valores tabelados

no Regulamento.

Conforto Térmico

Os requisitos de conforto térmico considerados para o cálculo das necessidades energéticas são,

em termos de temperatura do ar e humidade relativa, os seguintes:

� Estação de aquecimento: 20 ºC;

� Estação de arrefecimento: 25 ºC e 50% de humidade relativa.

O RSECE preconiza ainda velocidades do ar inferiores a 0,2 m/s na zona ocupada e a compensa-

ção de eventuais desequilíbrios térmicos.

Requisitos Energéticos

Os requisitos energéticos são fixados através de indicadores de consumo baseados em padrões

nominais de utilização e através de uma envolvente que, no caso dos novos edifícios e nos existentes

sujeitos a grandes reabilitações7, tem de cumprir os requisitos mínimos do RCCTE (coeficiente de

transmissão térmica U, pontes térmicas planas e factor solar dos envidraçados g┴).

Os indicadores de consumo designados por Indicadores de Eficiência Energética (IEE), em

kgep/m2.ano, são calculados a partir dos consumos efectivos de energia do edifício durante um ano, ou

média de três anos, e convertidos para uma base de energia primária através de factores de conversão

obtidos com base na informação sobre o mix energético nacional de um ano de referência publicados

anualmente pela DGEG.

6 Área útil de pavimento (Ap) superior a 1000 m2, sendo que para os centros comerciais, hipermercados,

supermercados e piscinas cobertas são considerados grandes edifícios os que apresentam áreas úteis de pavi-mento superiores a 500 m2.

7 As grandes reabilitações, foram definidas como intervenções no edifício e/ou nos seus sistemas energéticos cujo custo seja superior a 25% do custo do edifício, calculado a 630 €/m2.

12

O Regulamento impõe ainda outros requisitos complementares ao nível da limitação de potência

instalada e da eficiência energética dos sistemas, alguns dos quais já eram impostos no anterior Regu-

lamento, destacando-se os seguintes:

� Obrigatoriedade da recuperação de energia no ar de rejeição, na estação de aquecimento,

com uma eficiência mínima de 50%, ou recuperação de calor equivalente, quando a potência

térmica de rejeição for superior a 80kW;

� Nos sistemas do tipo «tudo ar», com caudal de insuflação superior a 10000 m3/h, é obrigatório

o recurso a arrefecimento gratuito (free-cooling);

� Obrigatoriedade de recurso a sistemas de climatização que utilizem fontes renováveis;

� Obrigatoriedade de ligação a sistemas de redes urbanas de distribuição de calor e frio se exis-

tirem no local ou nas proximidades;

� Para alguns edifícios com áreas superiores a 10000 m2, é obrigatório a instalação de sistemas

próprios de co-geração.

É possível, contudo, justificar a não implementação de alguns requisitos, caso seja apresentado

estudo de não viabilidade económica.

2.3.2. RCCTE

Em 1990 entrou em vigor o Regulamento das Características de Comportamento Térmico em Edi-

fícios (RCCTE) , Decreto-Lei n.º 40/90 de 6 de Fevereiro, que constituiu o primeiro passo para a melho-

ria da qualidade de conforto sem aumento do consumo energético, através da introdução de requisitos

mínimos para a envolvente. Na sua formulação, o RCCTE estabeleceu limites para as necessidades

nominais de energia nas estações de aquecimento e de arrefecimento, sendo estas calculadas para

cada edifício através de parâmetros de referência tabelados no Regulamento, definindo-se assim um

edifício de referência.

Apesar da evolução do mercado e da consciencialização que melhorias nas soluções construtivas

representam edifícios com maior conforto térmico, mais eficientes e menos consumidores de energia,

alguns edifícios construídos são energeticamente ineficientes, uma vez que os projectos não eram

sujeitos a verificação.

Em 2002 surge a Directiva 2002/91/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, que tal como refe-

rido anteriormente, originou a criação do Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 de Abril – RCCTE (actualmente

em vigor).O actual RCCTE não se aplica a grandes edifícios, nem a edifícios que tenham mais de 25

kW de potência instalada qualquer que seja a sua área útil, passando os edifícios com estas caracterís-

ticas a ser do âmbito exclusivo do RSECE.

Embora, no essencial, a forma do novo RCCTE seja muito semelhante à versão de 1990, deixa de

existir o conceito de edifício de referência, passando o Regulamento a impor limites às necessidades

anuais de consumos energéticos dos edifícios. Para cumprimento do actual RSECE devem ser cum-

pridos os requisitos mínimos do RCCTE.

13

Requisitos mínimos

Com a introdução deste novo Regulamento, são impostos uma série de requisitos mínimos com o

objectivo de promover uma melhor qualidade de construção aliada a um maior conforto térmico. Desta

forma, todos os novos edifícios, bem como os existentes sujeitos a grandes intervenções terão que

cumprir os seguintes requisitos:

� Limites máximos dos coeficientes de transmissão térmica da envolvente opaca (U);

� Limites dos factores solares dos vãos envidraçados horizontais e verticais (g┴);

� Nenhuma zona de qualquer elemento opaco da envolvente, incluindo zonas de ponte térmica

plana, podem ter valor de U superior ao dobro dos elementos homólogos em zona corrente.

14

CAPÍTULO 3 : METODOLOGIA DE CÁLCULO

Neste capítulo apresenta-se uma descrição dos diferentes sistemas AVAC, em particular dos

equipamentos terminais que constituem os casos de estudo, por forma a enquadrar as metodologias

de cálculo de potências e de consumos dos equipamentos de climatização. Para aferir sobre as princi-

pais fontes emissoras de GEE e proceder a uma avaliação comparativa entre diferentes soluções de

sistemas é apresentado o método de cálculo de emissões de carbono, com a indicação detalhada dos

factores de emissão.

3.1. Sistemas AVAC

O termo AVAC, vulgarmente utilizado na designação dos sistemas de climatização, refere-se a

sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado. Uma instalação de AVAC deve ser capaz de

manter ao longo de todo o ano e nos ambientes condicionados a temperatura desejada e humidade

relativa aceitável. Para assegurar a Qualidade do Ar Interior (QAI) e proporcionar condições de confor-

to aos ocupantes através da correcta difusão do ar é necessário estabelecer adequadamente o caudal

de ar exterior que deve ser introduzido, seleccionar o tipo de filtros a adoptar e estudar o sistema de

distribuição de ar no local a climatizar.

No caso de sistemas com caudal de ar insuflado variável deve ser tido em conta que, em determi-

nados períodos, nomeadamente sob condições de carga térmica reduzida, a distribuição do ar na zona

ocupada pode ser deficiente devido ao caudal do ar em contacto com os ocupantes ser reduzido, o que

afecta a diluição dos contaminantes e eventualmente o ruído.

Um problema importante que também se coloca nas instalações de AVAC é o de conseguir man-

ter as temperaturas dos diferentes ambientes dentro dos limites definidos no projecto, sendo especial-

mente complexo nos edifícios em que existam simultaneamente determinadas zonas que necessitam

de ser aquecidas e outras que necessitam de ser arrefecidas, devido à influência de diversos factores,

como a exposição solar em fachadas diferentes ou cargas internas distintas, sendo esta situação agra-

vada, sobretudo, nos períodos de estação intermédia.

É neste âmbito que devem ser definidas as características e limitações dos diferentes tipos de sis-

temas de AVAC, para determinar a adequação de um determinado sistema a cada caso particular de

projecto.

3.1.1. Classificação dos sistemas por área servida

Os sistemas AVAC podem ser classificados segundo a área servida e a localização dos equipa-

mentos de produção de calor e de frio nas seguintes categorias: sistemas centralizados e individuais,

podendo ainda ser considerado um grupo adicional, o dos sistemas modulares (Roriz, 2006).

Sistemas centralizados - Os equipamentos de produção de frio e de calor estão situados em

local técnico distinto dos locais a climatizar. Estes sistemas podem servir vários locais através da dis-

15

tribuição do fluido de transferência de energia (ar, água ou fluido refrigerante) pelos equipamentos ter-

minais em contacto directo com o ambiente dos locais a climatizar.

Sistemas individuais - Os equipamentos de produção de calor ou de frio são compactos, e utili-

zam o sistema de expansão directa de um fluido refrigerante, servindo apenas um local e instalados na

proximidade dos ambientes a climatizar. Estão incluídos neste grupo os aparelhos de janela e os

“splits”.

Sistemas modulares - Estão incluídos neste grupo os sistemas de volume de refrigerante variá-

vel (VRV), apenas existindo um circuito que corresponde ao refrigerante (primário) que é conduzido até

aos locais a climatizar (de dois ou três tubos). Estes sistemas não podem ser classificados como cen-

tralizados pois estão confinados a um conjunto de zonas de um edifício, devido ao número limitado de

unidades interiores associadas a cada unidade exterior de produção de frio e calor.

Face ao actual RSECE, o facto de um determinado sistema pertencer a um ou outro grande grupo

tem implicações, uma vez que o Regulamento impõe restrições ao uso de sistemas individuais. Não

refere, contudo, requisitos para sistemas modulares, como é o caso dos sistemas VRV ou ainda dos

multi-splits.

3.1.2. Classificação dos sistemas por fluido térmico

Os sistemas de AVAC podem também ser classificados segundo o tipo de fluidos utilizados nos

equipamentos terminais existentes nas zonas a climatizar em sistemas tudo-ar, tudo-água, ar-água ou

expansão directa (Roriz, 2006).

Sistemas Tudo-Ar - A remoção da carga térmica das diferentes zonas de um edifício é efectuada

apenas através da distribuição de ar que foi tratado nos equipamentos dos sistemas individuais ou nos

sistemas centralizados. Nos locais técnicos centralizados existem normalmente unidades produtoras

de água refrigerada (chillers) e de água quente (caldeiras) que asseguram a produção primária de frio

e de calor, utilizando fluidos refrigerantes e água, necessária nas Unidades de Tratamento de Ar

(UTA's).

O ar tratado é distribuído até aos locais condicionados onde, ao ser insuflado no ambiente pelos

dispositivos terminais (grelhas ou difusores) deve promover a sua difusão adequada na zona ocupada,

para que o efeito da carga térmica local seja eliminado.

Estes sistemas podem ainda ser agrupados em sistemas de Volume de Ar Constante (VAC) ou

sistemas de Volume de Ar Variável (VAV), sendo que os sistemas VAC têm vindo a cair em desuso

devido aos elevados consumos de ventilação e cargas térmicas.

Sistemas Tudo-Água - Estes sistemas consistem na distribuição pelos equipamentos terminais

existentes em cada local de unicamente água fria ou água quente em função das necessidades de

16

arrefecimento ou de aquecimento. Apresentam a vantagem de necessitarem dum espaço reduzido

para o circuito da tubagem de distribuição de água aos diferentes locais. O processo de produção da

água quente e da água fria é assegurado respectivamente pelas unidades produtoras de água quente

(caldeiras) e de água refrigerada (chillers), geralmente localizadas num espaço técnico centralizado.

Nestes sistemas não existe um circuito de distribuição de ar novo pelos espaços, sendo o processo de

renovação do ar assegurado por ventilação natural.

Os equipamentos terminais mais utilizados são os ventiloconvectores que asseguram apenas a

recirculação do ar. Contudo, existem outros sistemas a água que também conseguem fazer as funções

de arrefecimento e de aquecimento, nomeadamente, os sistemas de pavimentos aquecidos, tectos

arrefecidos ou radiadores.

Este tipo de sistemas pode ainda ser classificado em função do tipo da configuração da alimenta-

ção e do retorno da água quente e fria, como circuitos de dois, três ou quatro tubos8.

Sistemas Água-Ar - Nestes sistemas a climatização dos diferentes locais é alcançada através da

utilização, em simultâneo, da distribuição de água e de ar. O ar introduzido mecanicamente nos locais,

designado por ar primário, é constituído normalmente apenas por ar novo, tratado centralmente numa

Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN). A função principal do ar primário consiste em assegurar

as necessidades mínimas de ventilação e de controlo da humidade relativa dos diferentes locais.

A parcela da carga térmica local que este escoamento de ar consegue eliminar depende das con-

dições definidas para a insuflação. A solução mais frequente é a de remover aproximadamente a carga

térmica no interior do local através do circuito de água e remover ou fornecer a energia necessária ao

ar exterior para o colocar nas condições interiores antes de o insuflar na sala9. Na prática, a solução

mais usual é colocar o ar a insuflar ligeiramente mais frio do que as condições pretendidas (≈2ºC)

quando se está em regime de arrefecimento ou ligeiramente mais quente quando se está em regime de

aquecimento.

Os equipamentos terminais mais usuais são os ventiloconvectores, painéis radiantes ou unidades

de indução.

Tal como no sistema Tudo-Água, o circuito de distribuição da água quente e fria pode ser efectua-

do a dois, três ou quatro tubos. O ar primário que alimenta cada um dos locais pode ser introduzido

directamente no ambiente, através de grelhas ou difusores, ou ser canalizado para os equipamentos

terminais onde se mistura com o ar recirculado, para posteriormente ser introduzido no ambiente.

8 A classificação dos sistemas em função do tipo de configuração da alimentação e do retorno da água quente

e fria é efectuada da seguinte forma:

� Sistema a dois tubos - apenas se processa a ida e o retorno de água quente ou de água fria, consoante as necessidades sejam de aquecimento ou de arrefecimento, respectivamente;

� Sistema a três tubos - o circuito apresenta duas idas, água quente e água fria, e um único retorno comum à água quente e água fria (este sistema praticamente não é utilizado);

� Sistema a quatro tubos - estas instalações permitem satisfazer as necessidades simultâneas de aqueci-mento e de arrefecimento em diferentes locais, através de 2 circuitos fechados de ida e retorno, de água fria e de água quente, respectivamente.

9 A esta solução costuma designar-se por utilização de “ar neutro”.

17

Uma vantagem dos sistemas Ar-Água relativamente aos sistemas Tudo-Ar consiste na necessida-

de de menor espaço para a passagem de condutas uma vez que o caudal em jogo é inferior.

Sistemas de Expansão Directa - O aquecimento ou o arrefecimento dum escoamento de ar pode

também ser obtido através do contacto com a superfície de baterias alimentadas directamente por um

fluido refrigerante. Estes sistemas são designados por sistemas de expansão directa dum fluido refrige-

rante em que os elementos principais que compõem o ciclo frigorífico são o evaporador, o compressor,

o condensador e o dispositivo de expansão. O compressor é normalmente accionado por motor eléctri-

co, embora também estejam disponíveis no mercado sistemas com compressão mecânica accionada

por motor a gás.

Nesta categoria de sistemas de expansão directa também podem ser enquadrados os sistemas

autónomos de condicionamento de ar, caracterizados por possuírem produção própria de frio ou de frio

e calor e servirem um único espaço. O equipamento pode estar todo concentrado numa unidade com-

pacta ou então apresentar-se separado em unidades exteriores e unidades interiores. Como exemplos

de sistemas autónomos podem citar-se as unidades do tipo “split”.

3.1.3. Equipamentos terminais

Após esta breve introdução às diferentes categorias de sistemas AVAC, interessa descrever as

soluções abordadas no âmbito do presente trabalho que dizem respeito, sobretudo, à aplicação de

diferentes equipamentos terminais, nomeadamente, os ventiloconvectores e as vigas arrefecidas. Os

equipamentos terminais analisados fazem parte de um sistema AVAC do tipo centralizado, com produ-

ção de água fria por chiller e água quente por caldeira, e do tipo ar-água, em que o ar primário é intro-

duzido nos equipamentos terminais por uma UTAN.

3.1.3.1. Ventiloconvector

Os ventiloconvectores são unidades compactas com elevado desempenho de transferência térmi-

ca constituídos por um ventilador e respectivo motor, filtro, uma ou duas baterias de água (para arrefe-

cimento e aquecimento) e tabuleiro de recolha de condensados.

Nas situações em que o ventiloconvector permite a admissão directa de ar primário (ar novo da

UTAN), este é misturado com o ar de recirculação, no pleno de mistura. O ventilador é responsável

pela movimentação desta mistura de ar através das baterias, pela distribuição do ar de insuflação no

espaço e ainda pela recirculação do ar ambiente. Quando o ar primário não é introduzido directamente

no ventiloconvector, o ventilador apenas movimenta um escoamento de ar de recirculação.

O arrefecimento e aquecimento do espaço a climatizar é garantido pela passagem do ar através

das baterias de água fria, usualmente à temperatura de ida de 7ºC, e das baterias de água quente,

com temperaturas superiores a 45ºC.

Face à baixa temperatura da água no processo de arrefecimento (7ºC) e às condições interiores

de conforto (o RSECE impõe como condições nominais 25ºC e 50% de humidade relativa), o processo

18

de arrefecimento é acompanhado de desumidificação, de onde resulta condensação10 da água com

aparecimento de gotículas na superfície das alhetas da serpentina da bateria de água fria. Desta for-

ma, aquando da passagem do ar ambiente pela serpentina de água fria, formam-se na sua superfície

depósitos das partículas sólidas em suspensão no ar, provocando perda de eficiência da bateria, e

posteriormente a sua acumulação no fundo do tabuleiro de recolha de condensados, criando assim

condições para se desenvolverem colónias patogénicas (por exemplo da legionella). Para evitar esta

situação, os ventiloconvectores estão munidos de filtro de ar na grelha de retorno, que não se destina a

purificar o ar ambiente, mas tão somente protege as baterias de acumulação de partículas.

No âmbito do presente trabalho, consideram-se ventiloconvectores do tipo conduta, como repre-

sentado na Figura 3.1, instalados no tecto falso, em que o ar é insuflado através de grelha instalada em

sanca ou difusor no tecto falso, e a grelha de retorno é colocada ao nível do tecto falso.

Figura 3.1 – Ventiloconvector do tipo conduta

3.1.3.2. Vigas arrefecidas

As vigas arrefecidas podem ser agrupadas em vigas arrefecidas passivas e vigas arrefecidas acti-

vas (REHVA, 2006), tal como se apresenta nas figuras seguintes.

Figura 3.2 – Viga arrefecida passiva Figura 3.3 – Viga arrefecida activa

10 Quando um escoamento de ar húmido é arrefecido abaixo do seu ponto de orvalho, parte do vapor de água con-densa e o escoamento de ar é desumidificado.

Este processo de desumidificação pode ocorrer numa bateria de arrefecimento, desde que a sua temperatura média esteja abaixo do ponto de orvalho do ar. A evolução deste processo está representada no diagrama psicrométrico, sen-do que T2s corresponde à temperatura média da bateria (Ruivo, 2010).

19

As vigas arrefecidas passivas são compostas por um permutador de calor, sendo o processo de

climatização efectuado por convecção natural, através da troca de calor entre o ar do espaço e o refe-

rido permutador.

As vigas arrefecidas activas, que são objecto do presente trabalho, são unidades de indução,

ligadas ao sistema de insuflação de ar novo e ao sistema hidráulico, através da inclusão de baterias de

água fria (14 a 18ºC) e de baterias de água quente (máximo 60ºC).

Nestas unidades, o ar primário introduzido no pleno de admissão é injectado através de várias

tubeiras na câmara de distribuição, de modo que os jactos de ar se encarregam da movimentação e

recirculação do ar provocando o efeito de indução (ver Figura 3.3). O ar recirculado ao entrar na unida-

de contacta directamente com as baterias, sendo, de seguida, misturado com o ar primário na câmara

de distribuição. Consegue-se insuflar ar numa relação de 1 para 5, ou seja, com 20% de ar primário,

induzir 80% de ar ambiente.

O funcionamento dos injectores exige que os valores de pressão estática no pleno de admissão

do ar primário sejam mais elevados que no sistema de ventiloconvectores, pela que a UTAN deverá

disponibilizar uma pressão adicional de cerca de 125 Pa. O ar é movimentado pelo espaço ambiente

sem recurso a ventilador local, sendo que a pressão estática do ar de insuflação constitui o motor des-

ta movimentação.

O funcionamento a temperaturas de água fria mais elevadas (quando comparado com sistemas

convencionais como os ventiloconvectores), entre 14ºC a 18ºC (de onde resulta uma bateria de arrefe-

cimento seca), permite que estas unidades não necessitem de filtro de ar nem de tabuleiro de recolha

de condensados, uma vez que, desta forma, é evitado o risco de condensações e, consequentemente,

de acumulação de partículas nas baterias. O facto das baterias apresentarem maior espaçamento

entre alhetas é também um factor que evita a acumulação de partículas nas baterias.

Apresentam-se de seguida as principais vantagens e desvantagens face aos ventiloconvectores:

Vantagens

� Maior longevidade do equipamento, por não conter componentes móveis;

� Melhor distribuição do ar interior, conseguindo ventilar espaços com elevada carga térmica,

sem provocar estratificações;

� Menor risco de contaminação bacteriana/virulógica, sobretudo relativamente à Legionella

(ASHRAE, 2000), pela ausência de condensados e de acumulação de partículas;

� Maior eficiência energética, pois não há consumo nos motores dos ventiladores;

� Menor nível de ruído, por não haver ventilador (desde que os jactos estejam adequadamente

regulados);

� Redução dos custos de manutenção, pela ausência de filtros e de motores.

Desvantagens

� Alteração das temperaturas convencionais de distribuição de água;

� Necessidade de pressão adicional na UTAN;

20

� Necessidade de controlo mais rigoroso da humidade ambiente, através do controlo da tempe-

ratura da água e do aumento da capacidade de desumidificação da UTAN;

� Custos de investimento inicial mais elevados.

3.2. Metodologia de cálculo de potências

3.2.1. Potência térmica

O método utilizado para o cálculo das potências de aquecimento e arrefecimento foi o adoptado

no Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE), com adaptações referentes ao Decreto-Lei n.º 79/2006

(actual RSECE), por forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares.

Foram ainda introduzidos alguns parâmetros para estimativa do funcionamento real de uma insta-

lação AVAC, como sejam, por exemplo, a eficiência de recuperação de calor ou a temperatura e humi-

dade do ar novo insuflado no interior do espaço a climatizar (distintas das condições nominais). Optou-

se por esta solução, em preterição da simulação dinâmica detalhada imposta pelo actual RSECE11, por

se pretender obter uma ferramenta de cálculo expedita de potências, que permita comparar dois siste-

mas, como é o objectivo do presente trabalho. Com este método não se pretende obter valores preci-

sos de potência térmica, mas apenas uma ordem de grandeza comparável que permita o dimensiona-

mento de equipamentos de climatização, nas suas condições de máxima potência. O método de cálcu-

lo utilizado para a determinação de potências térmicas está descrito no Apêndice A.

Dimensionamento de equipamentos

Descreve-se na Tabela 3.1 e Tabela 3.2 a composição das potências térmicas locais e de ar novo,

em termos do balanço térmico dos ganhos e perdas de calor (descritos no Apêndice A), para proceder

posteriormente ao dimensionamento do equipamento. De uma forma geral o dimensionamento e selec-

ção dos equipamentos pode ser efectuado da seguinte forma:

� Equipamento terminal - A selecção do equipamento terminal é efectuada a partir das cargas

térmicas locais (componentes sensível e latente). Devido a eventuais cargas internas não pre-

vistas nos dados iniciais de projecto, esta potência térmica local poderá ainda ser sujeita a cor-

recção através da consideração de um factor de segurança. Despreza-se o efeito da carga

latente local na estação de aquecimento;

� Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN) - A selecção de equipamento do tipo UTAN, a

interligar ao equipamento terminal para proceder à renovação do ar novo e assegurar as con-

dições de QAI, é efectuada a partir da potência térmica associada ao ar novo (componentes

sensível e latente);

11 Verifica-se, de acordo com Yuan (2008), que os programas de simulação dinâmica acreditados pela norma ASHRAE 140-2004, exigidos pelo actual RSECE, podem representar diferenças (Max-Min)/Min de 33% para o consumo anual de aquecimento, 30% para o consumo anual de arrefecimento, 24% para a potência de pico de aquecimento e 14% para a potência de pico de arrefecimento.

21

� Unidade de Tratamento de Ar (UTA) - A selecção de equipamento do tipo UTA, a interligar

directamente a equipamentos de difusão que não estejam dotados da capacidade de arrefeci-

mento ou aquecimento (difusores, grelhas, injectores, etc), é efectuada a partir da potência

total calculada considerando quer a potência térmica local quer a potência térmica associada

ao ar novo (componentes sensível e latente).

Potência Térmica de Arrefecimento Descrição e referências

Local:

� Sensível 4A3A2A1A

localsens

PPPPP +++= (3.1)

� Latente B

locallat PP = (3.2)

PA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados

PA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento

PA3 – ganhos de calor pela envolvente interior PA4 – ganhos internos sensíveis resultantes da ocupa-

ção, iluminação e de equipamentos PB – ganhos internos latentes resultantes da ocupação e

de equipamentos

Ar Novo:

� Sensível sensC

ANsens

PP = (3.3)

� Latente latC

ANlat

PP = (3.4)

PCsens – ganhos sensíveis por admissão do ar exterior PClat – ganhos latentes por admissão do ar exterior

Tabela 3.1 – Potência térmica de arrefecimento local e de ar novo, em W

Potência Térmica de Aquecimento Descrição e referências

Local:

� Sensível 2A1A

localsens

PPP += (3.5)

� Latente 0Plocallat ≈ (3.6)

PA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento PA2 – perdas de calor pela envolvente interior

Ar Novo:

� Sensível sensC

ANsens

PP = (3.7)

� Latente latC

ANlat

PP = (3.8)

PCsens – perdas sensíveis por admissão do ar exterior PClat – perdas latentes por admissão do ar exterior

Tabela 3.2 – Potência térmica de aquecimento local e de ar novo, em W

3.2.2. Correcção da potência térmica

Adicionalmente ao cálculo de potências térmicas abordado no capítulo anterior, deverá ser avalia-

da a necessidade de correcção da potência global dos equipamentos face às temperaturas de insufla-

ção da UTAN e respectiva humidade absoluta do ar. O ar novo da UTAN poderá introduzir perdas ou

ganhos na carga térmica local de arrefecimento e aquecimento e, assim alterar as potências térmicas

do equipamento terminal a instalar. As correcções de potência devido ao ar novo da UTAN podem ser

traduzidas nas expressões indicadas na Tabela 3.3.

22

Correcção da potência térmica Descrição e referências

Potência de ar novo introduzida no local pela UTAN, em W: � Arrefecimento

−⋅⋅=−

UTANinsintAN

localANsens TT34.0QP (3.9)

−⋅⋅=−

UTANinsintAN

localANlat XX85.0QP (3.10)

� Aquecimento

−⋅⋅=−

intUTANinsAN

localANsens TT34.0QP (3.11)

−⋅⋅=−

intUTANinsAN

localANlat XX85.0QP (3.12)

QAN – Caudal de ar novo exterior12, em m3/h

Tins_UTAN – temperatura do ar de insuflação da UTAN, em ºC

Tint – temperatura do ar no interior do local, em ºC

Xins_UTAN – humidade absoluta no ar de insuflação da UTAN, em gagua / kgar seco

Xint – humidade absoluta no ar no interior do local, em gagua / kgar seco

Potência do equipamento terminal corrigida, em W

� Sensível localAN

senslocalsens

ETsens PPP −−= (3.13)

� Latente localAN

latlocallat

ETlat PPP −−= (3.14)

localsensP , local

sensP – potência térmica local do

espaço a climatizar, sensível e latente

Tabela 3.3 – Correcção da potência térmica pelo ar primário

3.3. Metodologia de cálculo de consumos

3.3.1. Necessidades térmicas anuais

O método utilizado para o cálculo das necessidades térmicas anuais de aquecimento e arrefeci-

mento foi o adoptado no Decreto-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE), com a introdução de alguns parâme-

tros de cálculo do Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) e adaptações referentes ao Decreto-Lei n.º

79/2006 (actual RSECE), por forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares. As adapta-

ções principais referentes ao actual RSECE referem-se à consideração dos perfis anuais de ocupação,

de iluminação e de equipamentos.

Foram ainda introduzidos alguns parâmetros para estimativa do funcionamento real de uma insta-

lação, como sejam, a eficiência de recuperação de calor, condições higro-térmicas de insuflação do ar

novo no espaço a climatizar (distintas das condições nominais), o Grau-dia para a estação de arrefeci-

mento e de aquecimento e ainda o conceito de Humidade-dia (abordado no capítulo 3.3.4) para estimar

os consumos associados às necessidades de desumidificação e humidificação. Optou-se por esta

solução, em preterição da simulação dinâmica detalhada imposta pelo actual RSECE, por se pretender

obter uma ferramenta expedita de cálculo de necessidades térmicas anuais, que permita comparar dois

sistemas, como é o objectivo do presente trabalho. Com este método não se pretende obter valores

12 O caudal de ar novo QAN considerado na correcção da potência térmica corresponde ao caudal que, de fac-

to, é insuflado na zona ocupada do espaço e a climatiza, pelo que, segundo a definição de eficiência de ventilação do D.L. 79/2006 (RSECE), este caudal de ar novo não deverá ser afectado desta mesma eficiência.

23

precisos de necessidades térmicas anuais, mas apenas uma ordem de grandeza comparável. O méto-

do de cálculo utilizado para a determinação das necessidades térmicas anuais está descrito no Apên-

dice B.

Necessidades térmicas anuais por equipamento

Em paralelo com o método descrito para o dimensionamento dos equipamentos indicado no capí-

tulo anterior, é possível estimar as necessidades térmicas anuais associadas a cada equipamento, de

acordo com a Tabela 3.4 e Tabela 3.5.

Necessidade térmica de arrefecimento Descrição e referências

Local:


local

sensCCCCC +++= (3.15)

� Latente B

locallat CC = (3.16)

CA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados

CA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento

CA3 – ganhos de calor pela envolvente interior CA4 – ganhos internos sensível resultantes da ocu-

pação, iluminação e de equipamentos CB – ganhos internos latente resultantes da ocupa-

ção, iluminação e de equipamentos

Ar Novo:

� Sensível sensC

AN

sensCC = (3.17)

� Latente latC

AN

latCC = (3.18)

CCsens – ganhos de calor sensível por admissão do ar exterior

CClat – ganhos de calor latente por admissão do ar exterior

Tabela 3.4 – Necessidades térmicas de arrefecimento local e de ar novo, em kWh/ano

Necessidade térmica de aquecimento Descrição e referências

Local:


local

sensCCCCC +++= (3.19)

� Latente 0Clocallat ≈ (3.20)

CA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento

CA2 – perdas de calor pela envolvente interior CA3 – ganhos de calor úteis provocados pela inci-

dência da radiação solar nos envidraçados CA4 – ganhos internos úteis resultantes da ocupa-

ção, iluminação e do funcionamento de equi-pamentos

Ar Novo:

� Sensível sensC

AN

sensCC = (3.21)

� Latente latC

AN

latCC = (3.22)

CCsens4 – perdas de calor sensível por admissão do

ar exterior CClat – perdas de calor latente por admissão do ar

exterior

Tabela 3.5 – Necessidades térmicas de aquecimento local e de ar novo, em kWh/ ano

De uma forma geral a necessidade térmica anual associada a cada equipamento pode ser efec-

tuada da seguinte forma:

� Equipamento terminal – as necessidades térmicas do equipamento terminal resultam das

necessidades térmicas locais. Despreza-se o efeito da carga latente interna na estação de

aquecimento;

24

� Unidade de Tratamento de Ar Novo (UTAN) – as necessidades térmicas de equipamento do

tipo UTAN, a interligar ao equipamento terminal para proceder à renovação do ar novo e asse-

gurar a QAI, resultam das necessidades térmicas associadas ao ar novo (componentes sensí-

vel e latente);

� Unidade de Tratamento de Ar (UTA) – as necessidades térmicas de equipamento do tipo UTA,

a interligar directamente a equipamentos de difusão que não estejam dotados da capacidade

de arrefecimento ou aquecimento (difusores, grelhas, injectores, etc), resultam das necessida-

des térmicas totais estimadas considerando quer as necessidades térmicas locais quer as

necessidades térmicas associada ao ar novo (componentes sensível e latente).

3.3.2. Correcção das necessidades térmicas anuais

Após estimativa das necessidades térmicas dos espaços, deve ser avaliada a necessidade de cor-

recção das mesmas, função dos parâmetros de funcionamento e exploração do sistema AVAC. Nos

casos de estudo, em que são analisados sistemas constituídos por uma UTAN interligada a equipa-

mentos terminais, os parâmetros de funcionamento da UTAN, nomeadamente a temperatura de insu-

flação do ar novo e a humidade absoluta associada poderão introduzir ganhos ou perdas nas cargas

térmicas locais de arrefecimento e aquecimento. As correcções das necessidades térmicas dos equi-

pamentos terminais resultantes do ar novo da UTAN podem ser traduzidas nas expressões indicadas

na Tabela 3.6.

Correcção das necessidades térmicas Descrição e referências

Energia térmica do ar novo introduzida no local pela UTAN, em kWh/ano

� Arrefecimento

( ) 024.0GDGD34.0QC intUTAN_insANlocalAN

sens ⋅−⋅⋅=− (3.23)

( ) 024.0HDHD85.0QC intUTAN_insANlocalAN

lat ⋅−⋅⋅=− (3.24)

� Aquecimento

( ) 024.0GDGD34.0QC intUTAN_insANlocalAN

sens ⋅−⋅⋅=− (3.25)

( ) 024.0HDHD85.0QC intUTAN_insANlocalAN

lat ⋅−⋅⋅=− (3.26)

QAN – Caudal de ar novo exterior13, em m3/h GDins_UTAN – Graus-dia na base de tempera-

tura Tins_UTAN (ºC.dia/ ano) GDint – Graus-dia na base de temperatura

Tint, em ºC.dia/ano HDins UTAN – Humidade-dia na base de humi-

dade absoluta Xins_UTAN, em(gagua/kgar

seco).dia)/ano HDint – Humidade-dia na base de humidade

absoluta Xint, em (gagua/kgar seco).dia)/ano

Necessidade térmica do equipamento terminal corrigida, em kWh/ano

� Sensível localAN

senslocalsens

ETsens CCC −−= (3.27)

� Latente localAN

latlocallat

ETlat CCC −−= (3.28)

localsensC ,

locallatC – necessidade térmica local do

espaço a climatizar, sensível e latente

Tabela 3.6 – Correcção das necessidades térmicas pelo ar primário

13 O caudal de ar novo QAN considerado na correcção das necessidades térmicas anuais corresponde ao cau-

dal que, de facto, é insuflado na zona ocupada do espaço e a climatiza, pelo que, segundo a definição de eficiên-cia de ventilação do D.L. 79/2006 (RSECE), este caudal de ar novo não deverá ser afectado desta mesma eficiên-cia.

25

As expressões de cálculo para a determinação da energia térmica adicional fornecida pelo ar novo

da UTAN foram baseadas nas expressões para a potência de ar novo introduzida no local, indicadas

no Capítulo 3.2.2, substituindo na componente sensível, a diferença de temperaturas pelo termo inte-

grativo relativo ao tempo (GDins_UTAN – GDint), e da mesma forma, substituindo na componente latente, a

diferença de humidades absolutas pelo termo (HDins_UTAN – HDint). A definição e cálculo de GD e HD é

desenvolvido no capítulo 3.3.4.

3.3.3. Consumo eléctrico e de gás

Os consumos eléctricos dos equipamentos de um sistema AVAC convencional de funcionamento

a água (fluído térmico), com produção de água refrigerada através de chiller e produção de água quen-

te através de caldeira a gás, podem ser determinados a partir das expressões indicadas na Tabela 3.7.

Consumo eléctrico dos equipamentos Descrição e referências

� Chiller

ESEER

CC chiller_term

chiller = (3.29)

Cchiller – consumo eléctrico anual do chiller, em Wh/ano Cterm_chiller – necessidade térmica anual de arrefecimento, a ser

fornecida pelo chiller, em Wh/ano ESEER – rácio de eficiência energética sazonal europeu

� Electrobomba de circulação

( ) tfPCi

itibombabomba ∆⋅

⋅= ∑ (3.30)

η

∆⋅=

PQP bomba

bomba (3.31)

Cbomba – consumo eléctrico anual da electrobomba, em Wh/ano

Pbomba – potência eléctrica da electrobomba para diferentes cargas parciais i, em W

ft – fracção do período de funcionamento total ∆t da electro-bomba, à carga parcial i

Qbomba – caudal volúmico de água da electrobomba para dife-rentes cargas parciais i, em m3/s.

∆P – pressão a disponibilizar pela bomba, em Pa η – eficiência global da conjunto bomba-motor, para diferentes

cargas parciais i

� Ventilador

( ) tfPCi

itiventiladorventilador ∆⋅

⋅= ∑ (3.32)

η

∆⋅=

PQP ventilador

ventilador (3.33)

Cventilador – consumo eléctrico anual do ventilador, em Wh/ano Pventilador – potência eléctrica do ventilador para diferentes

cargas parciais i, em W ft – fracção do período de funcionamento total ∆t do ventilador,

à carga parcial i Q ventilador – caudal volúmico de ar do ventilador para diferentes

cargas parciais i, em m3/s. ∆P – pressão a disponibilizar pelo ventilador, em Pa η – eficiência global do conjunto ventilador-motor , para dife-

rentes cargas parciais i

� Humidificador

η=

hum_term

dorhumidifica

CC (3.34)

Chumidificador – consumo eléctrico anual do humidificador, em Wh/ano

Cterm_hum – necessidades anuais de humidificação do sistema, em Wh/ano

η – eficiência do humidificador

Tabela 3.7 – Consumo eléctrico de equipamentos do sistema AVAC

26

Apresenta-se um conjunto de considerações relativas à aplicação das expressões apresentadas:

� O consumo eléctrico anual do chiller corresponde a um valor médio anual, obtido a partir das

necessidades térmicas de arrefecimento dos sistemas servidos pelo chiller e através do coefi-

ciente ESEER indicado pelo fabricante do equipamento seleccionado14. Este parâmetro repre-

senta a média ponderada da eficiência EER15 de sistemas frigoríficos para diferentes cargas

parciais;

� Para a determinação do consumo eléctrico de bombas e ventiladores é considerada a média

ponderada das potências eléctricas a diferentes cargas parciais (100%, 75%, 50% e 25%)

afectadas dos respectivos períodos de funcionamento;

� Para obter a potência eléctrica das electrobombas de circulação de água refrigerada e de água

quente, será necessário determinar o caudal de água transportado16, a pressão a disponibilizar

e a eficiência global do equipamento seleccionado, indicado pelo fabricante. A pressão a dis-

ponibilizar corresponde às perdas de carga do circuito hidráulico, e pode ser determinada de

forma aproximada a partir das perdas de carga em linha e perdas decorrentes da passagem

através de equipamentos como sejam baterias de arrefecimento e aquecimento, colectores,

entre outros;

� O cálculo da potência eléctrica nominal dos ventiladores dos equipamentos terminais (caso

tenham) e das UTA’s é similar ao das electrobombas. A pressão a disponíbilizar no ventilador

corresponde às perdas de carga do circuito aerólico e pode ser determinado, de forma aproxi-

mada, a partir das perdas de carga em linha e perdas decorrentes da passagem através de

equipamentos como sejam filtros, baterias de arrefecimento e aquecimento, recuperadores de

calor, atenuadores acústicos, registos, grelhas, difusores, entre outros;

� A determinação do caudal de ar de insuflação do equipamento de climatização pode ser efec-

tuado a partir das necessidades térmicas dos espaços a climatizar e das temperaturas do ar

14 O parâmetro ESEER é obtido através da média ponderada das eficiências (EER) de unidades produtoras de

frio com condensação a ar em diferentes cargas parciais (25%, 50%, 75% e 100%) sendo definido pela expressão:

%25%50%75%100 EERDEERCEERBEERAESEER ⋅+⋅+⋅+⋅=

As temperaturas do ar ambiente que representam a utilização real destas unidades para diferentes cargas par-ciais e respectivos coeficientes associados às eficiências EER, estão indicados na tabela seguinte:

Parâmetros ESEER

Carga Parcial Temperatura ar (ºC)

Coeficientes

100% 35 A = 3% 75% 30 B = 33% 50% 25 C = 41% 25% 20 D = 23%

15 O EER é um parâmetro adimensional que mede a eficiência de sistemas frigoríficos e obtém-se a partir da

razão entre a potência útil produzida (térmica), em kW, e a potência aplicada (eléctrica), em kW. Quanto maior for o EER, maior é a eficiência do sistema. Regra geral os valores de EER são superiores em funcionamento a cargas parciais.

16 O caudal volúmico de água de uma bomba Qbomba, em m3/h, pode ser obtido a partir da expressão:

T

P86.0Q bomba_term

bomba∆

⋅= Pterm_bomba – potência térmica dos equipamentos servidos pelo circuito da bomba, em kW

∆T - diferença de temperatura da água no circuito hidráulico, entre a ida e o retorno, em ºC

27

seleccionadas para o funcionamento do equipamento (em específico, a temperatura interior e a

temperatura de insuflação)17. O caudal de insuflação do equipamento poderá ainda ser impos-

to, como no caso das UTAN’s, devendo respeitar, para cada espaço servido pela rede aerólica,

os valores tabelados actualmente no Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) relativos aos caudais

mínimos de ar novo, afectado da eficiência de ventilação do sistema de difusão de ar previsto;

� Os processos de humidificação podem ser conseguidos à custa de injecção de água no estado

líquido ou então sob a forma de vapor. Optou-se por considerar a solução mais usual que con-

siste na aplicação de humidificadores com gerador de vapor eléctrico (por exemplo, por eléc-

trodos submersos) – nestes equipamentos a troca energética é aproximadamente isotérmica e

a potência térmica deste equipamento envolve sobretudo a componente latente. Tendo em

conta que o processo de vaporização desenvolvido pelo gerador de vapor eléctrico consiste

em aquecimento e evaporação de água a partir de resistência eléctrica, por efeito Joule, admi-

te-se que a eficiência é unitária.

Para a determinação do consumo de gás da caldeira (do tipo convencional) são consideradas as

necessidades térmicas de aquecimento, afectada do seu rendimento η, indexado ao Poder Calorífico

Inferior (P.C.I.)18.

3.3.4. Grau-dia e Humidade-dia

Para determinar as necessidades térmicas de um edifício é necessário considerar um conjunto de

dados climáticos representativos da região onde o edifício será construído, pelo que se pode recorrer a

estações meteorológicas específicas da zona climática ou, na falta destas, a dados estatísticos publi-

cados por instituições como o Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica (INMG). Para proceder ao

cálculo expedito de necessidades térmicas anuais, foi considerada a base de dados do programa Sol-

term, reconhecida pela ADENE, enquanto fonte de dados climáticos de Portugal.

Dado que não faz parte do âmbito do presente trabalho o cálculo das necessidades térmicas atra-

vés de simulação dinâmica detalhada horária, pretendendo-se um método de cálculo expedito, proce-

deu-se ao desenvolvimento de cálculo através do conceito de Grau-dia, presente nos métodos de cál-

culo do RCCTE, quer no antigo Decreto-Lei n.º 40/90 quer no Decreto-Lei n.º 80/2006 em vigor. Uma

17 O caudal de insuflação Qins de um equipamento de climatização, em m3/h, pode ser obtido a partir da expressão:

T34.0QP inssens ∆⋅⋅= Psens – necessidade térmica sensível do espaço a climatizar, em W

∆T – diferença de temperatura interior e de insuflação do ar no espaço a climatizar, em ºC

18 A quantidade de calor libertada na combustão completa do combustível denomina-se poder calorífico. Nos

combustíveis cujos produtos da combustão contêm vapor de água distingue-se entre o Poder Calorífico Inferior (P.C.I.) e o Poder Calorífico Superior (P.C.S.). O P.C.I. é a quantidade de calor que se liberta numa combustão completa quando a água originada está presente na forma de vapor. O P.C.S. é a quantidade de calor libertada na combustão completa, incluindo a entalpia de condensação do vapor de água contido nos fumos. No caso do gás natural a diferença entre o P.C.I. e o P.C.S., a que se chama o calor de condensação é de 11%. Ao contrário de uma caldeira convencional, uma caldeira de condensação com o aproveitamento adicional deste calor permite que se possa obter um rendimento sazonal superior a 100% (quando indexado ao P.C.I.).

28

vez que este conceito apenas pemite estimar as necessidades térmicas decorrentes da diferença de

temperaturas, tornou-se necessário introduzir um conceito similar que pudesse estimar as necessida-

des térmicas decorrentes da diferença de humidades absolutas - sobretudo, porque os casos de estu-

do que se pretendem comparar neste trabalho, poderão apresentar diferenças significativas devido ao

controlo de humidade dos equipamentos. A este conceito introduzido no sentido de estimar as neces-

sidades anuais de desumidificação e humidificação designou-se por Humidade-dia.

3.3.4.1. Grau-dia

O Grau-dia é definido da seguinte forma, de acordo com o INMG e LNEC (1989):

Grau-dia de Arrefecimento

( )

≤

>−

=∑

bj

jbj

bj

arref

TT,0

TT,24

TT

GD (3.35) Sendo:

Tb – temperatura de base, em ºC

Tj – temperatura do ar exterior à hora j, em ºC

Grau-dia de Aquecimento

( )

≥

<−

=∑

bj

jbj

jb

aquec

TT,0

TT,24

TT

GD (3.36) Sendo:

Tb – temperatura de base, em ºC

Tj – temperatura do ar exterior à hora j, em ºC

Tendo por base os dados climáticos do Solterm no período de 8760 horas anuais, nomeadamente,

a temperatura, é possível definir o número de Graus-dia, respectivamente, para as estações de arrefe-

cimento e aquecimento. É ainda necessário estabelecer o período de arrefecimento e o período de

aquecimento, consoante a região a analisar. Propõe-se o seguinte método para determinação das

estações “convencionais” de arrefecimento e aquecimento, através das condições definidas na Tabela

3.8.

Definição do período Descrição e referências

� Arrefecimento

<

≥=

arrefmedia

arrefmediaarref

jp TTse,0

TTse,1f (3.37)

� Aquecimento

>

≤=

aquecmedia

aquecmediaaquec

jp TTse,0

TTse,1f (3.38)

fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, res-pectivamente, para cada hora j

Tmedia – média diária das temperaturas exteriores retiradas da base de dados do Solterm, em ºC, entre a hora (j - 24) e a hora (j – 1)

Tarref – temperatura mínima do ar exterior na estação de arrefecimento, em ºC Taquec – temperatura máxima do ar exterior na estação de

aquecimento, em ºC

Tabela 3.8 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento

A definição do período de arrefecimento e aquecimento, depende, desta forma, dos valores selec-

cionados para Tarref e Taquec, que serão indicados no capítulo 4.3.2.

Por forma a determinar as necessidades térmicas (componente sensível) dos equipamentos ter-

minais e dos equipamentos que introduzem ar novo no local (UTAN), apresentam-se as expressões de

cálculo para os Graus-dia relativos ao local e para os Graus-dia relativos ao ar novo, na Tabela 3.9.

29

Definição do Grau-dia Descrição e referências

� Local - Arrefecimento

( )

≤

>−

⋅=∑

intj

jintj

intjarref

jpint

TT,0

TT,24

TTf

GD (3.39)

� Local - Aquecimento

( )

≥

<−

⋅=∑

intj

jintj

jintaquec

jpint

TT,0

TT,24

TTf

GD (3.40)

� UTAN - Arrefecimento

<∨≤

>

−

⋅=

−

∑

UTANintposetj

UTANinsj

j UTANinsj

UTANinsj

arref

jpf

UTANins

TTTT,0

TT,24

TT

GD (3.41)

� UTAN - Aquecimento

>∨≥

<

−

⋅=

−

∑

UTANintposetj

UTANinsj

j UTANinsj

jUTANins

aquec

jpUTANins

TTTT,0

TT,24

TT

fGD (3.42)

Tint – temperatura base do GD local, correspon-dente à temperatura interior pretendida, em ºC

Tins_UTAN – temperatura base do GD da UTAN, correspondente à temperatura de insuflação do ar novo, em ºC

Tj – temperatura exterior à hora j definida na base de dados do Solterm, em ºC

Tset-point – temperatura de set-point da UTAN, em ºC.

fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, para cada hora j.

Tabela 3.9 – Definição do Grau-dia relativo à temperatura local e de insuflação da UTAN

Temperaturas de funcionamento

� De acordo com o Decreto-Lei n.º 80/2006 (RCCTE), a temperatura interior de conforto de refe-

rência na estação de arrefecimento é de 25ºC, com 50% de humidade relativa e na estação de

aquecimento é de 20ºC;

� As temperaturas de insuflação do ar novo em sistemas convencionais como é a solução UTAN

com ventiloconvectores verificam-se para valores de temperatura entre 20ºC a 22ºC. Contudo,

em sistemas específicos como é o caso da solução de UTAN com vigas arrefecidas, as tempe-

raturas de insuflação do ar novo poderão ser de 15ºC;

� A temperatura de set-point da UTAN, indicada na Tabela 3.9, corresponde à temperatura exte-

rior a partir da qual o sistema procede ao arrefecimento ou aquecimento do ar novo da UTAN.

Por exemplo, a UTAN poderá funcionar em modo de arrefecimento a partir de temperaturas

exteriores superiores a 22ºC e em modo de aquecimento a partir de temperaturas inferiores a

20ºC. No intervalo entre 20ºC a 22ºC poderá funcionar em modo de arrefecimento gratuito

(free-cooling).

Num esquema exemplificativo, representa-se na Figura 3.4 os Graus-dia de arrefecimento e de

aquecimento do local, na base de temperatura interior de 25ºC para a estação de arrefecimento e na

base de temperatura interior de 20ºC para a estação de aquecimento.

30

Figura 3.4 – Representação do Grau-dia de arrefecimento e de aquecimento relativo à temperatura local

Da mesma forma, representa-se na Figura 3.5 os Graus-dia de arrefecimento da UTAN para duas

soluções distintas, com temperatura de insuflação do ar novo a 22ºC (solução A) e temperatura de

insuflação do ar novo a 15ºC (solução B), e com set-point da UTAN a 22ºC..

Figura 3.5 – Representação do Grau-dia de arrefecimento relativo a temperaturas de insuflação da UTAN

3.3.4.2. Humidade-dia

O conceito de Humidade-dia que se propõe no presente trabalho foi definido de forma análoga ao

conceito de Grau-dia. Assumiu-se que na estação de arrefecimento as necessidades térmicas latentes

se devem sobretudo a necessidades de desumidificação, e que na estação de aquecimento se devem

a necessidades de humidificação, o que deriva das expressões de potência térmica latente de ar novo

indicadas no Apêndice A. Deste modo, a Humidade-dia é definida da seguinte forma:

Humidade-dia na estação de Arrefecimento - Desumidificação

( )

≤

>−

=∑

bj

jbj

bj

desum

XX,0

XX,24

XX

HD (3.43) Sendo:

Xb – humidade absoluta de base, em gagua/kgar seco

Xj – humidade absoluta do ar à hora j, em gagua/kgar seco

Humidade-dia na estação de Aquecimento - Humidificação

( )

≥

<−

=∑

bj

jbj

jb

hum

XX,0

XX,24

XX

HD (3.44) Sendo:

Xb – humidade absoluta de base, em gagua/kgar seco

Xj – humidade absoluta do ar à hora j, em gagua/kgar seco

31

Por forma a determinar o consumo energético, na sua componente latente, dos equipamentos

terminais e dos equipamentos que introduzem ar novo no local (UTAN), apresentam-se as expressões

de cálculos para a Humidade-dia relativa ao local e para a Humidade-dia relativa ao ar novo, na Tabela

3.10.

Definição da Humidade-dia Descrição e referências

� Local – Desumidifcação (arrefecimento)

( )

∨≤

>−

⋅=∑

intintj

jintj

intj

jpint

GD_condXX,0

XX,24

XXf

HD (3.45)

� Local – Humidificação (aquecimento)

( )

∨≥

<−

⋅=∑

intintj

jintj

jint

jpint

GD_condXX,0

XX,24

XXf

HD (3.46)

� UTAN – Desumidificação (arrefecimento)

∨≤

>

−

⋅= ∑

UTANins

UTANinsj

j UTANinsj

UTANinsj

jp

UTANins

GD_condXX,0

XX,24

XXfHD (3.47)

� UTAN – Humidificação (aquecimento)

∨≥

<

−

⋅= ∑

UTANins

UTANinsj

j UTANinsj

jUTANins

jp

UTANins

GD_condXX,0

XX,24

XXfHD (3.48)

Xint – humidade absoluta base da HD local, correspondente à humidade absoluta interior pretendida, em gagua/kgar seco.

Xj – humidade absoluta exterior à hora j, convertida da humidade relativa definida na base de dados do Solterm, em gagua/kgar seco.

Xins_UTAN – humidade absoluta base da HD da UTAN, correspondente à humidade absoluta do ar novo insuflado, em gagua/kgar seco.

fpj – factor do período de arrefecimento e de aquecimento, para cada hora j.

cond_GDint – condições definidas no subcapítulo anterior para GDint=0

cond_GDins_UTAN – condições definidas no subcapítulo anterior para GDins_UTAN=0

Tabela 3.10 – Definição da Humidade-dia relativa às condições locais e de insuflação da UTAN

As condições de temperatura cond_GD indicadas nas expressões representam os intervalos horá-

rios em que não se procede a arrefecimento ou aquecimento sensível através das baterias dos equi-

pamentos de climatização – nestes períodos não se considerou correcção da carga térmica latente.

Realça-se que a humidade do ar interior não necessita de um controlo rigoroso, sendo aceitável em

termos de conforto a gama entre 30% a 70% de humidade relativa, e em casos pontuais poderá mes-

mo ultrapassar estes limites.

3.3.5. Energia primária

Tendo em conta os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos do sistema AVAC, é possível

converter os mesmos em energia primária, através dos factores de conversão definidos no Decreto-Lei

n.º 79/2006 (RSECE), indicados na Tabela 3.11:

Electricidade 0,290

Combustiveis sólidos, liquidos, gasosos 0,086

Tabela 3.11 – Factores de conversão para energia primária, em kgep/ kWh [fonte: D.L. 79/2006]

32

3.4. Metodologia de cálculo de emissões de carbono

Neste trabalho pretendeu-se efectuar uma análise ao ciclo de vida de um sistema AVAC (LCA19 -

Life Cycle Assessment), tendo por base as emissões de carbono libertadas para o meio ambiente. Esta

análise compreende a determinação e avaliação das emissões de carbono dos equipamentos que

compõem o sistema AVAC nas seguintes fases:

1. Fabrico dos equipamentos, incluindo a extracção de matéria prima e seu processamento;

2. Transporte e distribuição dos equipamentos;

3. Energia consumida pelo sistema AVAC em fase de exploração;

4. Actividades de Manutenção, incluindo o fabrico de consumíveis e o seu transporte;

5. Desperdícios de fim de vida do equipamento e consumíveis das actividades de manutenção.

A metodologia de cálculo adoptada no presente trabalho, nomeadamente, os factores de emissão

utilizados, foram baseados nos manuais disponibilizados gratuitamente pela ADEME, relativos ao

método Bilan Carbone, sendo ainda alvo de alguns ajustes de modo a adaptá-los à realidade nacional.

O método Bilan Carbone é um método de cálculo de emissões de GEE, que permite avaliar as emis-

sões directas ou indirectas produzidas por uma determinada actividade ou território. Aplica-se a todos

os sectores de actividades: industrial ou terciário, administrações, autoridades locais e inclusive territó-

rios administrados por organismos locais. Esta avaliação é o primeiro passo na realização de um diag-

nóstico do efeito estufa para uma determinada actividade ou território. Permite efectuar uma listagem

das fontes de emissões de acordo com o seu contributo e desta forma estabelecer mais facilmente

quais as acções com maior influência na redução de emissões. Este método é compatível com a nor-

ma ISO 14064, a iniciativa do Protocolo de Gases de Efeito de Estufa (GHG Protocol) e com os termos

da Directiva n.º 2003/87/CE relativa ao comércio de licenças de emissão.

A ferramenta de cálculo Bilan Carbone consiste de um conjunto de folhas de cálculo e respectivos

manuais de utilização apenas acessíveis após frequência dos cursos de formação da ADEME. A

ADEME, contudo, disponibiliza gratuitamente os seguintes documentos (que, como indicado, constitui-

ram a base da metodologia desenvolvida para o presente trabalho):

19 A avaliação do ciclo de vida LCA (Life Cycle Assessment), também denominada como análise do ciclo de

vida ou ecobalanço, é uma técnica que permite avaliar os impactos ambientais associados a todas as fases da vida de um produto ou serviço desde a sua origem até ao fim de vida, isto é, desde a extracção de matéria prima, passando pelo processamento de materiais, fabrico, distribuição, utilização, manutenção e finalmente a sua elimi-nação ou reciclagem. A Organização Internacional de Normalização (ISO) fornece as directrizes para a realização de um LCA através das normas ISO14040 e 14044. As principais fases são:

� Definição dos objectivos - o produto ou serviço a ser analisado é definido, sendo escolhida uma base funcional para comparação e definidos os níveis de detalhe requeridos;

� Inventário de inputs e outputs - Uma lista de dados de entrada e saída é definida, contendo as matérias primas utilizadas e os produtos libertados para o meio ambiente durante o ciclo de vida do produto ou ser-viço;

� Avaliação do impacto - os efeitos da utilização dos recursos ambientais e emissões geradas são agrupa-dos e quantificados num número limitado de categorias de impacto, a que podem ser atribuídas pondera-ções;

� Interpretação - os resultados são relatados e avaliadas as necessidades e oportunidades para reduzir o impacto do produto ou serviço no meio ambiente.

33

� Um guia metodológico (ADEME, 2007b) que descreve o desenvolvimento do método para

todas as actividades do sector industrial ou terciário, de autoridades locais e de todos os terri-

tórios;

� Um documento que apresenta a forma de determinação dos factores de emissão (ADEME,

2007a), explicando, em particular, como os valores padrão utilizados nas folhas de cálculo da

ferramenta Bilan Carbone foram seleccionados e as respectivas fontes de dados utilizadas.

Em particular, a metodologia descrita no Bilan Carbone consiste na utilização de factores de emis-

são médios e uma incerteza associada, sendo que as emissões calculadas permitem, acima de tudo,

determinar ordens de grandeza, no sentido de proceder a uma análise comparativa entre diferentes

soluções e alcançar a melhor forma de actuar nas principais fontes de emissão para proceder à sua

redução.

A ADEME disponibiliza ainda o software “Bilan Produit” desenvolvido pela Universidade de Cergy-

Pontoise e pelo Centro Ecoinvent, destinado sobretudo a PME’s e estudantes, que se trata de uma

ferramenta simplificada que permite a quantificação dos impactos ambientais de um produto (ou servi-

ço) durante todo seu ciclo de vida, do fabrico até à eliminação em fim da vida. A estimativa dos impac-

tos foca oito indicadores e permite comparar situações diferentes para o mesmo produto. Este software

foi utilizado para comparar com os resultados obtidos pelo método desenvolvido no presente trabalho.

3.4.1. Materiais

Os GEE’s emitidos na produção de materiais têm origem essencialmente nos combustíveis fósseis

utilizados nos processos industriais de fabrico. A Tabela 3.12 sintetiza os factores de emissão conside-

rados resultantes do fabrico dos materiais que mais vulgarmente se encontram nos equipamentos que

compõem os sistemas AVAC, nomeadamente, o aço, o alumínio, o cobre e o plástico.

Materiais Factor de Emissão

[kgC / ton]

Incerteza

[%]

Aço / Ferro Fundido 870 10

Alumínio 2890 30

Cobre 800 50

Plástico (médio) 640 20

Poliéster (filme de PET) 1600 30

Tabela 3.12 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes materiais

Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção destes valores.

3.4.1.1. Aço

A produção de aço origina GEE’s principalmente devido à emissão de CO2 do carvão utilizado

para a redução de minério de ferro e das emissões de combustão de gás de coque. Os factores de

emissão do aço e incerteza associada apresentados no Bilan Carbone baseiam-se em dados da Revis-

34

ta Suíça “Cahiers de l’environment” e da Agência Americana para o Ambiente (EPA). As emissões,

dependendo da origem do aço, são as seguintes:

� Aço produzido de minério ferro: 870 kgC/ton

� Aço reprocessado (proveniente de sucata): 300 kgC/ton

Se a proporção de aço reciclado/sucata (X em %) for conhecida, pode ser utilizada a seguinte

expressão para estimar o kg de carbono equivalente por tonelada de aço:

kgC / ton = 300 . X + 870 . (1–X) (3.49)

O Bilan Carbon indica ainda a incerteza de 10% associada a estes valores.

De uma forma conservativa, considerou-se a emissão de carbono para a produção de aço “novo”,

sem reprocessamento de sucata, correspondendo a 870 kC/ton, e uma incerteza de 10%.

3.4.1.2. Alumínio

A produção de alumínio é uma fonte de GEE’s devido à energia utilizada e libertação de perfluoro-

carbono, durante a electrólise da alumina. As emissões apresentadas pelo Bilan Carbone baseiam-se

na Revista Suíça “Cahiers de l’environment”, apresentando os seguintes valores, consoante a origem

do alumínio:

� Alumínio produzido de bauxite: 2890 kgC/ton

� Alumínio reprocessado: 670 kgC/ton

Se a proporção de alumínio reprocessado (X em %) for conhecida, pode ser utilizada a seguinte

expressão para estimar o kg de carbono equivalente por tonelada de alumínio:

kgC / ton = 670 . X + 2890 . (1–X) (3.50)

Dado que a produção de alumínio requer grandes consumos de electricidade e os factores de

emissão relativos à electricidade variam significativamente de país para país, os factores de emissão

do alumínio deverão igualmente variar conforme o país onde é produzido.

Face aos dados apresentados pela EPA, de 3900 kgC/ton para alumínio produzido de bauxite e

700 kgC/ton para alumínio reciclado, e sabendo que os factores de emissão da electricidade nos Esta-

dos Unidos da América (EUA) são 30% superiores à média europeia, os valores apresentados pelo

“Cahiers de l’environment” parecem admissíveis, sendo assim considerado, de modo a cobrir esta dife-

rença, a incerteza de 30%.

Tal como na situação anterior do aço, considerou-se neste trabalho a emissão de carbono para a

produção de alumínio “novo”, sem reprocessamento – 2890 kgC/ton e uma incerteza de 30%.

3.4.1.3. Cobre

Para o cobre, as emissões de GEE resultam dos processos de extracção, transporte, consumo de

combustível e de electricidade. Considera-se o valor sugerido pelo Bilan Carbone de 800 kgC/ton e

uma incerteza de 50%.

35

3.4.1.4. Plásticos

A Association of Plastics Manufacturers in Europe (APME) tem publicado análises de ciclo de vida

facultando dados sobre as libertações atmosféricas de CO2, metano, N2O, entre outros, associados à

produção de plásticos. O Bilan Carbone indica os factores de emissão do carbono apresentados pela

APME para diferentes tipos de plástico: poliestireno (PE), policloreto de vinil (PVC), polietileno de alta

densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno tereftalato (PET). A Tabela 3.13

contém os valores indicados pelo Bilan Carbone.

Materiais Factor de Emissão

[kgC / ton]

PE 770

PVC 520

PEAD 500

PEBD 550

PET – valor médio 1200

PET – filme de PET 1600

Tabela 3.13 – Factores de emissão associados ao fabrico de diferentes plásticos [fonte: ADEME]

Considera-se o valor médio proposto pela Mission Interministérielle de l’Effet de Serre (MIES,

1999), de 640 kgC/ ton. A incerteza associada ao valor médio do plástico pode ser determinada tendo

em conta a diferença com o PEAD (onde a diferença com a média é superior, excluindo o PET), que é

de 20%. Se o plástico em análise for conhecido, dever-se-á recorrer aos valores apresentados na tabe-

la por forma a aumentar o grau de precisão.

Relativamente ao filme de PET (poliéster), considera-se o valor indicado de 1600 kgC/ ton e uma

incerteza associada de 30%, tendo em conta o valor médio do PET e do filme de PET.

3.4.2. Transporte

O transporte, quer seja rodoviário, ferroviário, aéreo ou marítimo, é uma fonte de GEE, nas

seguintes formas:

� Dióxido de carbono durante o processo de combustão;

� Fugas de refrigerante dos sistemas de ar condicionado que provocam emissões de halocarbo-

no;

� Vários poluentes pontuais (óxido de azoto) ou componentes criadores de ozono.

Com excepção das fugas de refrigerante dos sistemas de ar condicionado (para as quais existe

regulamentação específica), o balanço das emissões é uma consequência directa da utilização do

combustível dos motores. Prever as emissões geradas requer informação acerca de características

mensuráveis, nomeadamente, potência dos motores, combustível utilizado, peso, entre outras caracte-

rísticas que poderão ser mais difíceis de quantificar.

36

No presente trabalho vão ser abordados os transportes rodoviários, em particular veículos do tipo

ligeiro de passageiros e de mercadorias. Para a determinação das emissões de GEE por veículo, o

Bilan Carbone considera dados recolhidos em França acerca da energia primária por veículo, e coefi-

cientes europeus para a electricidade.

3.4.2.1. Transporte de passageiros

As emissões de carbono de veículos utilizados para transporte de passageiros têm em conta o

peso em vazio do veículo, as emissões de fabrico do veículo e as emissões de consumo por tipo de

itinerário (que depende sobretudo do combustível utilizado e o tempo de vida útil em km). Na Tabela

3.14, apresentam-se os valores médios de emissão de carbono para veículos a gasolina e a diesel,

indicados pelo Bilan Carbone.

Emissões globais por tipo de itinerário

[gC / km] Veículo Peso vazio

[kg] Não Urbano Misto Urbano

Incerteza

[%]

935 55,3 64,1 79,7 10

1205 61,0 73,8 96,1 15 Gasolina

1454 71,1 90,0 122,9 20

1169 53,7 62,6 78,2 10

1399 58,2 68,1 85,5 15 Diesel

1895 83,0 99,4 128,0 20

Tabela 3.14 – Factores de emissão associados ao transporte de passageiros [fonte: ADEME]

3.4.2.2. Transporte de mercadorias

Na determinação das emissões de veículos de transporte de mercadorias consideram-se as emis-

sões no fabrico dos veículos (amortização) e do consumo de combustível, para obter as emissões

médias por veículo.km, apresentadas na Tabela 3.15, em função da classe GVW20. Estes factores de

emissão correspondem a uma média para cada classe GVW, onde são integrados todos os tipos de

itinerários, factores de carga e percentagem de viagens sem carga.

Uma vez que, no presente trabalho, as características dos veículos de mercadorias utilizados não

são conhecidas, considerou-se o valor médio dos factores de emissões indicados, e uma incerteza que

permita abranger as várias classes. Desta forma, o factor de emissão para uma camião de mercadorias

20 Os veículos podem ser definidos pelo seu peso bruto, através da classe GVW (Gross Vehicle Weight). As classes GVW

são definidas da seguinte forma:

Classe GVW Peso médio (ton)

Peso médio vazio (ton)

Carga máxima útil (ton)

5,1 – 6 ton 5,67 2,84 2,84 6,1 – 10,9 ton 8,80 4,11 4,69 11 – 19 ton 16,32 6,53 9,79 19,1 – 21 ton 19,37 7,75 11,62 21,1 – 32,6 ton 26,87 10,21 16,66 Articulado 40,00 15,00 25,00

37

genérico é de 0,252 kgC/veiculo.km com uma incerteza de 50%. Verifica-se que este factor de emis-

são está enquadrado num veículo de classe GVW 11 – 19 ton, que corresponde a uma carga máxima

útil de 9,79 ton21.

Classe GVW Emissões globais

[gC / veículo.km]

Incerteza

[%]

5,1 – 6 ton 132,2 12

6,1 – 10,9 ton 194,5 10

11 – 19 ton 261,3 10

19,1 – 21 ton 299,5 10

21,1 – 32,6 ton 372,0 9

Articulado 332,0 11

Tabela 3.15 – Factores de emissão associados ao transporte de mercadorias [fonte: ADEME]

Existem outros métodos mais precisos para o cálculo de emissões de transportes de mercadorias,

que têm em conta a carga variável do veículo durante a viagem (à carga máxima, em vazio, factor de

carga médio) e que introduzem a grandeza ton.km. Contudo, uma vez que estes dados são desconhe-

cidos, considerou-se o valor médio por classe GVW.

3.4.3. Energia

A utilização de energia é uma fonte de GEE’s, das seguintes formas:

� Dióxido de carbono emitido durante a combustão de combustíveis fósseis (petróleo, gás, car-

vão);

� Vários poluentes pontuais que podem ser GEE’s ou seus precursores (é o caso do ozono ou

óxidos de azoto);

� Na produção de electricidade com recurso a combustíveis fósseis;

� Fugas de gás natural durante as operações de perfuração, sendo o metano o principal compo-

nente do gás natural.

Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção dos facto-

res de emissão de gás natural e de electricidade, apresentados na Tabela 3.16.

Energia Factor de Emissão

[kgC / kWh]

Incerteza

[%]

Perdas linha

[%]

Gás Natural 0,068 7 -

Electricidade 0,116 15 10

Tabela 3.16 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica e gás natural

21 A carga máxima útil de 9,79 ton é superior ao valor determinado para a carga máxima de equipamento a ser transportado, como se pode verificar no Apêndice F.

38

3.4.3.1. Gás Natural

Dados publicados em 2005, pela ADEME e pelo Ministère de l’Ecologie et du Développement

Durable (MEDD) indicam o valor de 0,056 kgC/ kWh ou de 771 kgC/ ton para as emissões resultantes

da combustão do gás natural, indexado ao PCI.

As emissões a montante, na forma de combustível líquido, podem ser estimadas para os proces-

sos de extracção, transporte e armazenamento do gás natural. O Institut Français du Pétrole (IFP)

publicou em 2001 um documento que indica os resultados de cálculos de emissões associadas às

seguintes fases do ciclo de vida do gás natural (Tabela 3.17).

Processos a montante

da combustão do

gás natural

Emissões por energia final

[g CO2 / MJ ]

Extracção 1,9

Processamento 1,6

Transporte 2,2

Total 5,7

Tabela 3.17 – Factores de emissão associados aos processos a montante da combustão de gás natural [fonte: IFP]

O IFP indica ainda que as perdas de gás pelas redes de transporte e distribuição na Europa são

de 0,35% do gás vendido. Para determinar a emissão das referidas perdas, o Bilan Carbone considera

as emissões “não-energéticas” sugeridas pelo IPCC em 2001 que, para o metano, principal componen-

te do gás natural, representam 6,27 kg de carbono equivalente por kg de gás metano (para um GWP22

de 23). Desta forma, as perdas de 0,35% do gás correspondem a cerca de 21,95 kgC/ ton (0,35% x

6,27 kgC/ kg metano) ou de outra forma a 0,0016 kgC/ kWh (considerando o PCI do Gás Natural apre-

sentado pela ADEME (2005) 23 de 49,6 GJ/ton).

Apresentam-se na Tabela 3.18 os valores das emissões resultantes da combustão, extracção,

processo, transporte e perdas nas redes de transporte e distribuição. A incerteza indicada pelo Bilan

Carbone é de 5%.

22 O GWP (Global Warming Potential) representa o Potencial de Aquecimento Global que mede quanto uma

determinada quantidade de GEE contribui para o aquecimento global. O GWP é uma medida relativa que compara o gás em questão com a mesma quantidade de dióxido de carbono, cujo potencial é definido como 1. O Potencial de Aquecimento Global é calculado sobre um intervalo de tempo específico de 20, 100 ou 500 anos.

O IPCC em 2001 indicou que o GWP do metano numa base de 100 anos é de 23, o que significa que se o mesmo peso de metano e do dióxido de carbono forem introduzidos na atmosfera, o metano contribuiria 23 vezes mais para o aquecimento global durante os próximos 100 anos. Considerando o coeficiente de conversão de 12/44 para carbono equivalente, obtém-se para o metano o valor de 6,27 kgC/kg metano

23 Contem em anexo lista de coeficientes disponibilizada pela MEDD.

39

Fases do ciclo de vida do

gás natural

Emissões de Carbono

[kgC / kWh ]

Combustão 0,056

Extracção 0,0019

Processo 0,0016

Transporte 0,0022

Perdas rede 0,0016

Total 0,063

Tabela 3.18 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural [fonte: ADEME]

Adaptações efectuadas para a realidade nacional

Procedeu-se a adaptações e ajustes necessários para melhor adequar a análise das emissões de

carbono do Gás Natural à realidade portuguesa.

O Sistema Nacional de Gás Natural (SNGN) recebe Gás Natural nas proporções de 58% do Ter-

minal de Gás Natural de Sines e 42% pelo Gasoduto de interligação com Campo Maior, de acordo com

os fluxos de energia de 2009/ 2010, indicados na Figura 3.6.

Figura 3.6 – Fluxos de energia no SNGN em 2009/2010 [fonte: ERSE]

O terminal de Sines trabalha como instalação de regaseificação em regime de carga na base do

diagrama de consumo, complementando as importações de gás natural argelino por gasoduto Magre-

be-Europa através de Marrocos e Espanha, permitindo que o país diversifique a sua procura desta

fonte de energia, com origem em países como a Nigéria. Segundo dados das Redes Energéticas

Nacionais (REN), o terminal compreende instalações portuárias de recepção e descarga de navios

metaneiros, dois tanques de armazenagem de Gás Natural Liquefeito (GNL), instalações de processa-

mento de GNL e de despacho de gás natural para um gasoduto, ligando Sines à rede de gás natural

40

em Setúbal. Está igualmente dotado de equipamento de carregamento de GNL em camiões cisterna de

forma a abastecer unidades autónomas de regaseificação (Unidades Autónomas de Gás, UAG) desen-

volvidas pela Transgás em zonas de Portugal que não são servidas pela rede de alta pressão (Algarve,

por exemplo).

No presente trabalho, será considerada alimentação do edifício através de UAG, sendo o seu

abastecimento efectuado por camiões-cisterna do terminal de Sines. Para proceder ao cálculo ajustado

das emissões de carbono do Gás Natural é necessário conhecer as emissões resultantes das seguin-

tes actividades:

� Extracção, processo e transporte de Gás Natural Liquefeito (GNL) por navio metaneiro;

� Terminal de Sines - Perdas e autoconsumos;

� Distribuição para a UAG - Camião Cisterna (capacidade 45 m3);

� UAG - Perdas e autoconsumos.

Dado que são desconhecidas as emissões de extracção, processo e transporte de GNL do país

fornecedor, consideram-se os valores indicados pelo IFP de 5,7 gCO2 /MJ (ou 0,0056 kgC/ kWh). Con-

sidera-se que as emissões do processo, quer no terminal de Sines, quer na UAG se devem sobretudo

a perdas e autoconsumos, tendo sido considerado os factores de ajustamento publicados pela

ERSE (2009a):

� Terminal de Sines 0%

� UAG 1,30%

Deste modo, as perdas pelas redes de transporte e distribuição são corrigidas para 1,30%, de

onde resulta 0,006 kgC/kWh. Realça-se que o factor de ajustamento para as UAG é o valor mais ele-

vado apresentado pela ERSE em termos de perdas e autoconsumos24, e de facto a média dos restan-

tes valores parece estar em consonância com o proposto pelo IFP de 0,35% para perdas das redes de

transporte e distribuição.

O transporte de GNL é efectuado por camião cisterna com capacidade para 45 m3, correspon-

dendo a cerca de 23 toneladas transportadas (para uma massa volúmica do GN de 0,84 kg/m3 e consi-

derando que o GNL corresponde a cerca de 600 vezes o seu volume em GN). Como verificado ante-

riormente, a emissão de carbono para um camião com esta carga útil (aproximadamente 25 ton cor-

respondente a classe GVW de camião articulado) é de 0,332 kgC/veículo.km, sendo que, para uma

24 Os factores de ajustamento para perdas e autoconsumos para o ano gás de 2009-2010 apresentados pela

ERSE são os seguintes:

Infra-estrutura Factor de ajustamento

[%]

Rede Nacional Transporte Gás Natural (RNTGN) 0,11

Terminal de GNL de Sines 0,00

Armazenamento subterrâneo 0,85

Rede de Distribuição em média pressão 0,07

Rede de Distribuição em baixa pressão 0,34

Unidades Autónomas de Gás natural (UAG) 1,30

41

distância de ida e retorno de 440 km (entre Sines e Faro onde está o edifício em estudo), resulta 146

kgC/ 23 ton ou 0,0005 kgC/kWh.

Os resultados apresentam-se compilados na Tabela 3.19, sendo que os contributos para a emis-

são de carbono das várias fases do ciclo de vida do gás natural desde a sua extracção até ao utiliza-

ção final correspondem a 9% para as fases de extracção, processo e transporte, 9% para perdas na

rede e cerca de 82% devido à combustão.

Fases do ciclo de vida do

gás natural


[kgC / kWh ]

Combustão 0,056

Extracção 0,0019

Processo 0,0016

Transporte 0,0022

Transporte camião-cisterna 0,0005

Perdas rede (UAG) 0,0059

Total 0,068

Tabela 3.19 – Factores de emissão associados ao consumo de gás natural, adaptado à realidade nacional

Atendendo às emissões apresentadas pelo Bilan Carbone que correspondem a 0,063 kgC/kWh,

admitindo perdas nas redes de 0,35%, e os valores nacionais que correspondem a 0,068 kgC/kWh

para perdas nas redes de 1,30% (para o caso particular das UAG), verifica-se uma diferença de 7%, ao

qual se atribui a incerteza do factor de emissão. Desta forma, o factor de emissão considerado para o

gás é de 0,068 kgC/kWh e uma incerteza de 7%.

3.4.3.2. Electricidade

Para a determinação da emissão de carbono equivalente num kWh de electricidade fornecida ao

consumidor, é necessário considerar os seguintes pontos:

� Energia primária utilizada para gerar um kWh da central eléctrica;

� Emissões a montante para tornar a energia primária disponível para utilização na central eléc-

trica;

� Emissões resultantes da construção do equipamento produtor;

� Perdas em linha.

A electricidade é gerada a partir de diversas fontes de energia primária, que variam significativa-

mente de país para país, assim como, em consequência, a média de GEE associada a um kWh da

energia produzida numa central eléctrica. Acresce ainda que poderão existir vários produtores do

mesmo país que utilizam diferentes fontes de energia primária, fornecendo electricidade com diferentes

valores de GEE. O Reino Unido, por exemplo, em função do produtor, tem emissões praticamente

nulas por kWh de energia produzida (produtor com centrais nucleares) ou das mais elevadas da Euro-

pa (produtor com centrais de carvão). Uma vez que diferentes produtores de energia eléctrica estão

42

todos ligados à mesma rede eléctrica, não é simples determinar a origem do kWh da rede. Desta for-

ma, os factores de emissão associados à rede eléctrica de um determinado país reflectem o tipo de

energia primária utilizada para produzir a energia da rede, contabilizando a energia primária utilizada

pelos produtores no mix energético nacional, corrigida pelas importações e exportações.

Na Tabela 3.20 apresentam-se valores do Protocolo de Gases com Efeito de Estufa (GHG Proto-

col), que se referem a dados publicados pela International Energy Agency (IEA), para o ano de refe-

rência de 2004. Como se pode verificar, Portugal apresenta para o ano de referência de 2004 o valor

de 0,137 kgC/ kWh.

País Emissões em kgC / kWh

França 0,023 Alemanha 0,141 Áustria 0,056 Bélgica 0,073 Dinamarca 0,091 Espanha 0,117 Finlândia 0,069 Grécia 0,222 Irlanda 0,176 Itália 0,139 Luxemburgo 0,083 Holanda 0,120 Portugal 0,137 Reino Unido 0,124 Suécia 0,012

Média Europeia 0,096 Estados Unidos América 0,158 Japão 0,115

Tabela 3.20 – Factores de emissão associados ao consumo de energia eléctrica, ano de 2004 [fonte: IEA]

O Bilan Carbone estabelece para estes valores uma incerteza de 15%, tendo em conta as fortes

variações das potências de pico de ano para ano, a construção lenta de novas centrais eléctricas, e o

facto de se referirem ao ano de 2004.

Relativamente a perdas em linha, o transporte e a distribuição de electricidade da central eléctrica

para o consumidor conduz a perdas de energia devido ao efeito de Joule. Para um consumidor de

energia em baixa tensão (220 V) estas perdas quantificam-se, em média, em 10% da consumo final de

electricidade. Por outras palavras por 1 kWh consumido da rede, o sistema gerador terá de injectar 1,1

kWh. Os factores de emissão indicados pelos produtores, regra geral, referem-se a GEE relativos à

energia que sai da central eléctrica. Se estes factores de emissão forem aplicados directamente aos

valores de consumo de electricidade, as perdas em linha não são consideradas.

De acordo com o Bilan Carbone, para obter uma boa estimativa das emissões reais, deverá ser

adicionado 10% às emissões calculadas com base no consumo final e nos factores de emissão dos

produtores.

43


A energia produzida nas centrais eléctricas é entregue à rede de transporte, que a canaliza para

as redes de distribuição, sendo veiculada até às instalações dos consumidores. Uma parte da energia

produzida, nomeadamente, a proveniente de energias renováveis, é injectada directamente nas redes

de distribuição de média e alta tensão.

Dados publicados na ERSE acerca da taxa de perdas de energia eléctrica na Rede Nacional de

Transporte (RNT) e da taxa de perdas de energia eléctrica nas redes de distribuição, foram transpostos

para a Figura 3.7. Como se observa, apesar das variações, verifica-se uma tendência de redução das

perdas desde 1997 até 2009, sendo que no ano de 2009 é cerca de 9%. Por forma a compensar varia-

ções, considera-se o valor de 10% apresentado pelo Bilan Carbone.

0

2

4

6

8

10

12

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Ano

%

Distribuição

Transporte

Figura 3.7 – Taxa de perdas de energia eléctrica na RNT [fonte: REN] e nas redes de transporte [fonte: EDP e EDP Distri-

buição]

A Agência Portuguesa do Ambiente (APA), enquanto entidade responsável pela realização anual

dos Inventários Nacionais de Emissões de Poluentes Atmosféricos (INERPA), publicou os Factores de

Emissão associados ao Consumo de Energia Eléctrica, cujos resultados foram obtidos das estimativas

realizadas no âmbito do Sistema Nacional de Inventário de Emissões por Fontes e Remoções por

Sumidouros de Poluentes Atmosféricos (SNIERPA), sendo que o valor total de electricidade disponível

teve origem no balanço energético da DGEG. O valor total de electricidade utilizado na construção

destes factores de emissões é calculado da seguinte forma:

Produção em

Termoeléctricas +

Produção em

Renováveis + Importação – Exportações -

Consumo no

Sector Energético

As emissões contabilizadas incluem a produção de electricidade em:

� centrais termoeléctricas;

� equipamentos de co-geração no sector industrial e refinarias.

As emissões da co-geração foram corrigidas para a produção de electricidade através dos dados

do balanço energético (para remoção das emissões associadas à produção de calor). Apresenta-se no

Figura 3.8 os resultados do SNIERPA que representam a evolução das emissões de CO2 equiva-

lente, desde 1990 a 2008 (APA, 2010).

44

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Ano

ton

CO

2 /

GW

h

Figura 3.8 – Evolução das emissões de CO2 equivalente associadas ao consumo de energia eléctrica [fonte: APA]

Tendo em conta o actual mix energético, e atendendo à tendência de redução das emissões,

devido às metas impostas pelo Protocolo de Quioto aos Estados-Membros, através do recurso a ener-

gias renováveis e melhoria de eficiência das centrais produtoras, foi considerada a média nos últimos 3

anos, que corresponde a 382 ton CO2/ GWh, equivalente a 0,104 kgC/ kWh. Atendendo à importância

da hídrica na produção de energia eléctrica com base renovável, salienta-se a influência do índice de

hidraulicidade na variação da produção de energia nacional, que poderá justificar algumas das flutua-

ções de emissões verificadas na Figura 3.8.

Realça-se, contudo, que estas emissões, para além de não contabilizarem as emissões decorren-

tes das operações de produção de electricidade por fontes renováveis (hídrica, eólica, fotovoltaica),

que deverão ser desprezáveis comparativamente com as outras fontes, não têm em conta as emissões

associadas às restantes fases do ciclo de vida dos equipamentos produtores, nomeadamente, constru-

ção, fabrico, transportes e demolições.

Desta forma, atendendo aos dados publicados pela IEA para Portugal em 2004, de 0,137 kgC/

kWh e aos dados da APA (valores do SNIERPA) para o mesmo ano de 2004, de 0,122 kgC/kWh, veri-

fica-se uma diferença de 12%, entendida como a diferença associada ao factor de emissão correspon-

dente à construção, fabrico, transportes e demolições. Sendo assim, atribuiu-se para o factor de emis-

são global da electricidade em Portugal o valor de 0,116 kgC/kWh, em que se consideram os resulta-

dos da APA, de 0,104 kgC/kWh, e o acréscimo de 12% devido a emissões indirectas. Considera-se a

incerteza de 15% indicada pelo Bilan Carbone como razoável.

3.4.4. Desperdícios de fim de vida

Os desperdícios de fim de vida dos equipamentos e consumíveis devem ser contabilizados em

função do tratamento a que será sujeito: aterro, incineração, reciclagem/ reprocessamento. No presen-

te trabalho pretende-se determinar os factores de emissão de metais e de plásticos em fim de vida.

Os próximos subcapítulos apresentam as considerações efectuadas para a construção dos facto-

res de emissão para materiais em fim de vida apresentados na Tabela 3.21.

45

Energia Factor de Emissão

[kgC / ton]

Incerteza

[%]

Metal 4 20

Plástico 23 20

Tabela 3.21 – Factores de emissão associados a desperdício em fim de vida

3.4.4.1. Desperdícios inertes

O desperdício inerte é um desperdício não sujeito a alterações físicas, químicas ou biológicas sig-

nificativas, que não se decompõe, não queima e não inicia nenhuma reacção física ou química. Na

prática esta categoria inclui todos os materiais que não contêm compostos orgânicos, nomeadamente,

metais e outros minerais.

Os desperdícios inertes não causam GEE’s, quer sejam depositados em aterro ou sujeitos a inci-

neração. De acordo com o Bilan Carbone, as emissões relativas aos desperdícios inertes devem ser

enquadradas da seguinte forma:

� No caso de deposição em aterro, as únicas emissões associadas a materiais inertes corres-

pondem às emissões do transporte de desperdício até ao aterro, e respectiva manutenção do

aterro. A quantidade de energia necessária no processo é negligenciável quando comparada

com a energia requerida para a produção dos materiais. Para evitar valores nulos, é proposto o

valor de 4 kgC/ ton, que corresponde ao percurso médio de transporte em camião de 80 km;

� Relativamente à incineração, uma determinada percentagem do material é recuperada após a

combustão e reutilizada. Contudo, dado que os materiais recuperados se encontram num ciclo

fechado de reciclagem (por exemplo, a sucata é recuperada para a produção de aço), não são

tidos em conta em termos da análise de fim de vida.

Desta forma, considera-se, por convenção, as emissões em fim de vida dos desperdícios inertes,

nomeadamente dos metais, limitadas ao transporte, ou seja, 4 kgC/ ton e uma incerteza de 20%.

3.4.4.2. Plásticos

Os plásticos podem ser sujeitos a diferentes tratamentos em fim de vida: aterro, incineração sem

recuperação de energia, incineração com recuperação de energia e reciclagem.

Aterro - O plástico depositado em aterros não é sujeito a qualquer reacção química, pelo que,

como indicado anteriormente, a emissão de deposição em fim de vida está associada por convenção

apenas ao seu transporte, correspondente a 4 kgC/ ton.

Incineração sem recuperação de energia - Quando os plásticos são incinerados, o seu carbono

fóssil é libertado por combustão. A emissão devido à combustão do plástico, segundo dados publica-

dos em 2005 pela ADEME, é de 470 kgC/ ton. O transporte implica uma soma adicional de 4 kgC/ton,

pelo que a emissão de reciclagem sem recuperação de energia representa 474 kgC/ ton.

46

Incineração com recuperação de energia - A recuperação de energia consiste na utilização da

energia da combustão da incineração para produzir electricidade ou vapor (utilizado para aquecimen-

to). O método convencional para contabilizar a recuperação de energia consiste na estimativa de CO2

que seria emitida para gerar a mesma quantidade de electricidade ou vapor a partir do gás natural, e

subtrair esta quantidade de CO2 das emissões globais da combustão, para obter as emissões líquidas

correspondentes à incineração com recuperação de energia. Nesta estimativa assume-se que a maio-

ria das instalações de recuperação de energia geram electricidade, e que as emissões de carbono

fóssil evitadas são estimadas numa base de emissão média anual da produção eléctrica de cada país.

Tendo em conta estas considerações, a EPA publicou em 1998 os valores das emissões evitadas pela

recuperação de energia na incineração de plásticos nos EUA, sendo o valor médio de -510 kgC/ ton.

Ajustando os valores para a realidade nacional, as emissões evitadas terão uma quantidade de

carbono inferior, uma vez que a produção de electricidade em Portugal gera cerca de 116 gC/ kWh,

como visto anteriormente, e nos EUA, para o ano do estudo da EPA, é de 167g/ kWh. Assumindo que

a eficiência energética da electricidade gerada pela combustão da incineração é aproximadamente

igual entre Portugal e os EUA, o valor médio de emissões evitadas deve ser multiplicado pela fracção

116/167. Desta forma, as emissões evitadas para o plástico em Portugal são de -354 kgC/ ton de mate-

rial incinerado (116 / 167 x 510), pelo que o valor líquido de emissão dos materiais incinerados com

recuperação é de 120 kgC/ ton (obtido da diferença entre as emissões sem recuperação, 474 kgC/

ton, e das emissões evitadas na recuperação, 354 kgC/ ton).

Reciclagem - As poupanças relativas a reciclagem não estão incluídas nas emissões em fim de

vida, uma vez que a reciclagem está em circuito fechado. Desta forma, a emissão de plástico reciclado

corresponde ao valor convencionado associado ao transporte dos materiais até à instalação de repro-

cessamento, de 4 kgC/ ton.

Resume-se na Tabela 3.22, os factores de emissão dos plásticos em fim de vida, em função do

tratamento.

Tratamento do plástico em fim de vida Emissões de Carbono

[kgC / ton ]

Aterro 4

Incineração sem recuperação de energia 474

Incineração com recuperação de energia 120

Reciclagem 4

Tabela 3.22 – Factores de emissão associados aos tratamentos do plástico em fim de vida

47


A situação em Portugal relativamente a reciclagem e valorização energética (incineração com

recuperação de energia) está disponível nos “dados estatísticos de embalagens e resíduos de

embalagens” apresentados pela APA, para o período de 1998 a 2005 (APA, 2011). Para o ano de

2005, as taxas de reciclagem e de valorização energética25 dos plásticos foram, respectivamente, 16%

e 13%, sendo a valorização total de 29%. Uma vez que estes dados estatísticos não referem incinera-

ção sem recuperação de energia, considerou-se que esta é negligenciável, pelo que a proporção de

plásticos encaminhados para aterros é aproximadamente 71%.

A Tabela 3.23 sintetiza estes valores e indica a média nacional estimada para as emissões de car-

bono libertadas pelo tratamento dos plásticos em fim de vida. As incertezas apresentadas derivam do

facto do Bilan Carbone associar a incerteza de 20% para incineração de plásticos e a incerteza de 20%

para o transporte de materiais em camião (correspondente aos 4 kgC/ton convencionados).

Tratamento do plástico em fim de vida Proporção em

2005 kgC / ton

Incerteza

[%]

Aterro 0,71 4 20

Incineração sem recuperação de energia 0 474 20

Incineração com recuperação de energia 0,16 120 20

Reciclagem 0,13 4 20

Média 1,00 23 20

Tabela 3.23 – Factores de emissão associados ao fim de vida do plástico, balanço nacional em 2005

As emissões de carbono consideradas para o plástico em fim de vida correspondem assim a 23

kgC/ ton e uma incerteza de 20%.

25 A valorização ou recuperação energética dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em Portugal, é realizada por duas unidades de incineração de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no Continente, localizadas na região de Lisboa e do Porto, na Valorsul e Lipor, respectivamente, e uma na Madeira.

48

CAPÍTULO 4 : APLICAÇÃO

Pretende-se neste capítulo apresentar o modo de aplicação dos métodos de cálculo descritos no

capítulo 3, para a determinação das potências, consumos e emissões de carbono dos equipamentos

de dois sistemas de AVAC com equipamentos terminais distintos: ventiloconvectores e vigas arrefeci-

das.

4.1. Caracterização do edifício

O presente trabalho é aplicado a um sistema de AVAC integrado num edifício do tipo hospitalar, a

ser construído no Algarve, na região de Faro (ver modelo do hospital na Figura 4.1). O edifício é consti-

tuído por vários pisos, os quais integram serviços hospitalares, zonas sociais, zonas de serviços de

apoio, estacionamento coberto e áreas técnicas de acesso exclusivo às equipas de manutenção.

Figura 4.1 – Modelo do edifício hospitalar, perspectiva Sudeste

Os equipamentos terminais a analisar no presente trabalho localizam-se nos internamentos, nos

pisos superiores (pisos 3, 4 e 5), em particular, no Bloco Sul-Este, como se mostra na Figura 4.2. A

UTAN que permite a renovação do ar novo dos espaços a climatizar está localizada na área técnica do

piso 2, e as electrobombas de circulação de água fria e água quente para o sistema hidráulico de cli-

matização situam-se na área técnica do piso -2.

Figura 4.2 – Localização do bloco de internamentos Sul-Este no piso 3

49

4.2. Caracterização do sistema AVAC

O sistema de climatização dos internamentos é representado na Figura 4.3. Os equipamentos

produtores, chiller e caldeira (que abrangem as bombas do circuito primário), fornecem água fria e

água quente, respectivamente, que é encaminhada através do circuito hidráulico primário até aos

colectores do circuito secundário. A partir destes colectores desenvolve-se o circuito hidráulico secun-

dário, que através das electrobombas conduz água fria e água quente (sistema a 4 tubos) até à UTAN

e aos equipamentos terminais, quer sejam ventiloconvectores ou vigas arrefecidas. Por sua vez, a

UTAN fornece ar novo aos equipamentos terminais de climatização. O ar de extracção das Instalações

Sanitárias é reencaminhado para o circuito de extracção da UTAN (fisicamente separado do circuito de

insuflação) atravessando o recuperador de calor, por forma a reduzir as necessidades energéticas das

baterias de arrefecimento e aquecimento da UTAN.

Figura 4.3 – Esquema de funcionamento do sistema AVAC

No comparativo dos dois sistemas AVAC, em termos de emissões de carbono, procurou-se englo-

bar os equipamentos que directamente são influenciados pelos parâmetros de funcionamento dos

equipamentos terminais. Desta forma, na determinação das emissões de carbono, foram analisados os

equipamentos apresentados na Tabela 4.1. Os equipamentos produtores, chiller e caldeira, uma vez

que servem todo o edifício hospitalar e não contribuem exclusivamente para as emissões associadas

aos equipamentos terminais analisados, não foram englobados na análise. Também as tubagens do

circuito hidráulico e as condutas do circuito aerólico não são consideradas, dado que representam

grandezas idênticas em ambas as soluções.

Equipamentos analisados Sistema VC Sistema VA

Equipamento terminal de climatização VC VA

Unidade de Tratamento de Ar Novo

(incluindo humidificador) UTAN-VC UTAN-VA

Electrobombas:

Circuito equip. terminal – arrefecimento B.AF.VC B.AF.VA

Circuito equip. terminal – aquecimento B.AQ.VC B.AQ.VA

Circuito UTAN – arrefecimento B.AF.UTAN-VC B.AF.UTAN-VA

Circuito UTAN - aquecimento B.AQ.UTAN-VC B.AQ.UTAN-VA

Tabela 4.1 – Equipamentos dos sistemas AVAC a analisar

50

4.3. Parâmetros de cálculo

4.3.1. Potências

Para a determinação das potências térmicas e eléctricas, considerou-se o método de cálculo

apresentado no capítulo 3.2, e ainda os dados construtivos, funcionais e higro-térmicos do projecto,

assim como as características técnicas dos equipamentos facultadas pelos fornecedores.

Os espaços foram agrupados em zonas tipo, descritas no Apêndice C, em função das suas

necessidades específicas, nomeadamente os aspectos construtivos (a orientação da envolvente exte-

rior por exemplo) e dos aspectos funcionais, tendo em conta a ocupação e o tipo de utilização. Os coe-

ficientes de transmissão de calor das envolventes exterior e interior, inércia térmica e factor solar dos

envidraçados são indicados no Apêndice D.

As condições higro-térmicas do ar exterior, do ar interior e do ar de insuflação das UTAN-VC e

UTAN-VA apresentam-se na Tabela 4.2.

Condições higro-térmicas Arrefecimento Aquecimento

EXTERIOR

Temperatura exterior [ºC] 32 4

Humidade exterior [g agua / kg ar seco ] 11,9 (HR 40%) 4,0 (HR 80%)

INTERIOR

Temperatura interior [ºC] 25 20

Humidade interior [g agua / kg ar seco ] 9,9 (HR 50%) 7,3 (HR 50%)

UTAN-VC

Temperatura insuflação [ºC] 22 20

Humidade insuflação [g agua / kg ar seco ] 9,9 (HR 60%) 7,3 (HR 50%)

UTAN-VA

Temperatura insuflação [ºC] 15 20

Humidade insuflação [g agua / kg ar seco ] 8,4 (HR 80%) 7,3 (HR 50%)

Tabela 4.2 – Condições higro-térmicas dos sistemas AVAC

As condições higro-térmicas consideradas obedeceram aos seguintes critérios:

� As condições exteriores correspondem ao dia de projecto, baseados nos dados de publicação

do INMG/LNEC (1995);

� A temperatura e humidade do ar interior dizem respeito aos valores apresentados pelo Decre-

to-Lei n.º 80/2006 (RCCTE) como requisitos exigenciais de conforto térmico de referência;

� Relativamente às temperaturas do ar de insuflação da UTAN, apresentam-se as condições de

projecto, sendo de realçar o caso particular da UTAN-VA que insufla na estação de arrefeci-

mento a uma temperatura de 15ºC, por forma a permitir uma potência de arrefecimento do ar

primário (ar novo) mais elevada e consequentemente potência da bateria da viga arrefecida

(VA) mais reduzida. A opção pela redução da potência da bateria da VA deve-se ao facto das

características especificas do seu funcionamento exigirem maior área de passagem do ar atra-

vés da bateria, pelo que a insuflação do ar da UTAN a uma temperatura de 22ºC (como no

caso do ventiloconvector) resultaria num comprimento excessivo e indesejável nos espaços a

51

climatizar e em particular nos quartos de internamento. As humidades relativas de insuflação

admitidas no cálculo, correspondem à humidade absoluta interior pretendida (de 9,9 g/kg na

estação de arrefecimento e 7,3 g/kg na estação de aquecimento). Como indicado no Capítulo

3.1.3, a temperatura da água fria da viga arrefecida (entre 14 a 18ºC) não permite desumidifi-

cação do ar, pelo que este tipo de equipamento terminal não consegue vencer cargas latentes

(de desumidificação). Desta forma, para desumidificar o ar no interior dos espaços, e assim

evitar condensações, a UTAN-VA deverá proporcionar uma potência latente adicional de

desumidificação, pelo que a insuflação do ar deve ser efectuada para humidades absolutas

inferiores a 9,9 gagua/kgar seco. A diferença de humidade adicional obtida é de 1,5 gagua/kgar seco26,

correspondendo a uma humidade do ar de insuflação.de 8,4 gagua/kgar seco (humidade relativa de

80% para uma temperatura de insuflação de 15ºC).

Figura 4.4 – Localização do ventiloconvector (VC) e da viga arrefecida (VA) em quarto de internamento individual

Face à localização dos equipamentos terminais nos espaços, apresentada na Figura 4.4 e às con-

dições de difusão do ar, admitiu-se uma eficiência de ventilação de 100% para a viga arrefecida e

de 80% para o ventiloconvector.

Dado que as condições operacionais de um ventiloconvector e de uma viga arrefecida são distin-

tas, apresenta-se na Tabela 4.3 os pontos de funcionamento considerados para o sistema hidráulico,

nomeadamente as temperaturas de distribuição da água do circuito de arrefecimento e aquecimento.

26 Neste caso específico, a UTAN-VA deve garantir a desumidificação do ar exterior, e ainda a desumidificação

adicional do espaço, para qual a bateria de uma viga arrefecida não tem capacidade. A potência latente adicional da UTAN, para a desumidificação do interior do espaço, é dada por:

adicANUTAN

adicionallat

X85.0QP ∆⋅⋅= QAN – caudal de ar novo a insuflar no espaço a climatizar, em m3/h

∆Xadic – diferença de humidade adicional, correspondente às cargas internas do espaço a climatizar, em gagua/kgar seco

Pretende-se obter a seguinte relação para cada espaço i que disponha de uma viga arrefecida:

0PPi

latUTAN

adicionallat

=

− Plat – carga térmica latente local do espaço i, correspondente às cargas internas, em W

Considerando as expressões anteriores, a diferença de humidade adicional a fornecer pela UTAN é dada por:

iAN

latadic Q85.0

PmáxX

⋅=∆

que corresponde a cerca de 1,5 gagua/kgar seco, de acordo com as cargas latentes obtidas pelo método de cálcu-lo de potências apresentado no capítulo 3.2 e pelos caudais de ar novo considerados para cada espaço i (que obedecem aos caudais de ar novo mínimos definidos no Decreto-Lei n.º 79/2006 – RSECE).

52

Condições hidráulicas

Arrefecimento

Temperatura

[ºC]

Aquecimento

Temperatura

[ºC]

VC e UTAN

Circuito de ida 7 80

Circuito de retorno 12 60

VA

Circuito de ida 14 60

Circuito de retorno 19 40

Tabela 4.3 – Condições hidráulicas dos sistemas AVAC

A eficiência dos equipamentos do sistema AVAC, nomeadamente, dos ventiloconvectores,

UTANs, electrobombas, e ainda dos equipamentos produtores, chiller e caldeira são indicados no

Apêndice F. O chiller apresenta um EER de 3.1 e a caldeira, de alta eficiência, tem um rendimento de

92% (PCI). Destaca-se ainda que o recuperador de calor considerado para a UTAN é do tipo hidráulico

(run-around-coil) dado ser a solução preferencial para edifícios hospitalares onde é imperativo assegu-

rar condições de controlo de infecção. Este tipo de recuperadores de calor é composto por baterias

instaladas nas secção do ar exterior da UTAN e na secção do ar de rejeição da UTAN (ou fora das

UTAN, nas condutas), interligadas por um sistema de tubagem. O fluído de refrigeração circula no sis-

tema hidráulico através de uma bomba, recuperando, na estação de aquecimento, o calor do ar de

rejeição para aquecer o ar exterior e na estação de arrefecimento, arrefecendo o ar exterior através da

recuperação de calor do ar de rejeição. Apenas recupera calor sensível, sendo que o recuperador de

calor considerado apresenta uma eficiência de 40% (sensível). Existem outros sistemas mais eficien-

tes como é o caso da roda térmica, que recupera energia sensível e latente. A sua principal desvanta-

gem consiste na mistura do ar de rejeição com o ar exterior que propicia a contaminação cruzada e

potencia problemas no controlo de infecção.

4.3.2. Consumos

Na determinação dos consumos térmicos pelo método apresentado no capítulo 3.3, a variação

das condições higro-térmicas do ambiente exterior é representada pelos conceitos de Grau-dia e

Humidade-dia, pelo que é fundamental explicitar os parâmetros considerados na obtenção dos respec-

tivos valores. As temperaturas e humidades relativas exteriores foram retiradas dos dados climáticos

do programa Solterm, para a região de Faro.

Por forma a determinar os períodos de arrefecimento e de aquecimento anuais, definiu-se um cri-

tério com base na média diária das temperaturas exteriores (ver Tabela 4.4). Admitiu-se que a estação

de arrefecimento pode ser definida por uma temperatura exterior média diária superior ou igual a 20ºC

ao passo que a estação de aquecimento pode ser definida por uma temperatura exterior média diária

inferior ou igual a 15ºC. De facto, considerando as cargas internas do interior dos espaços e o efeito da

radiação solar, as temperaturas interiores poderão sofrer um acréscimo entre 2ºC a 3ºC, o que corres-

ponde, para as temperaturas médias exteriores de aquecimento e arrefecimento, de 15ºC e 20ºC, res-

53

pectivamente, a temperaturas interiores entre 18ºC a 23ºC, que são condições de temperatura de con-

forto aceitáveis.

Definição período Condição diária

Arrefecimento Tmédia ≥ 20 ºC

Aquecimento Tmédia ≤ 15ºC

Tabela 4.4 – Critério para definição dos períodos de arrefecimento e de aquecimento

Representa-se na Figura 4.5 os períodos de arrefecimento e aquecimento considerados. Pode-se

constatar que o período de arrefecimento situa-se predominantemente nos meses consecutivos de

Junho a Setembro, com alguns dias nos meses de Maio e Outubro, e o período de aquecimento inicia-

se a meados de Novembro e termina em Abril. Em rigor, os períodos obtidos pelo critério da média

diária das temperaturas exteriores correspondem para a estação de arrefecimento a 3,9 meses e

para a estação de aquecimento a 4,5 meses, o que está de acordo com o definido no Decreto-Lei n.º

80/2006 – RSECE, que indica que a estação convencional de arrefecimento é o “conjunto dos quatro

meses de Verão (Junho, Julho, Agosto e Setembro) em que é maior a probabilidade de ocorrência de

temperaturas exteriores elevadas” e que a estação convencional de aquecimento é o “período do ano

com início no primeiro decendio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura

média diária é inferior a 15°C e com termo no último decendio anterior a 31 de Maio em que a referida

temperatura ainda é inferior a 15°C”. Observando ainda o quadro III.1 do Decreto-Lei n.º 80/2006 para

a região de Faro, correspondente à zona climática I1-V2, os dados apresentados são consonantes

com os resultados obtidos, uma vez que o número de Graus-dia (base de 20ºC) indicado é de 1060

ºC.dia, o que está de acordo com o valor calculado, indicado no subcapítulo 4.3.2.1, de 1008 ºC.dia

(erro de 5%) e a duração da estação de aquecimento é de 4,3 meses, pelo que se adequa o valor cal-

culado de 4,5 meses (erro de 5%).

Período arrefecimento

Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.

Período aquecimento

Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.

Figura 4.5 – Representação dos períodos de arrefecimento e aquecimento durante o ano

54

4.3.2.1. Grau-dia

Considerando as temperaturas exteriores do Solterm para a região de Faro (ver Apêndice G) , as

temperaturas interiores definidas no Decreto-Lei n.º 80/2006 - RCCTE, e as expressões de cálculo

indicadas no capítulo 3.3.4, procede-se ao cálculo dos Graus-dia de arrefecimento e de aquecimento,

na base de 25ºC e 20ºC, respectivamente, de onde resulta.

GDarrefecimento, base 25ºC = 120 ºC.dia

GDaquecimento, base 20ºC = 1008 ºC.dia

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Te

mp

era

tura

[ºC

]

Temperatura exterior ARREF: Text - TinteriorAQUEC: Tinterior - Text ARREF: TbaseAQUEC: Tbase

Figura 4.6 – Evolução anual da temperatura exterior e da diferença com a temperatura interior

Na Figura 4.6 está representada a evolução temporal da temperatura exterior e a sua linha de

valor médio (a preto) e as diferenças de temperaturas consideradas no cálculo de Graus-dia de arrefe-

cimento (a azul) e de Graus-dia de aquecimento (a laranja). As linhas de valor constante representam

as temperaturas base para a determinação dos Graus-dia de arrefecimento (25ºC) e de aquecimento

(20ºC). Estes valores são utilizados na estimativa das necessidades térmicas sensíveis locais.

Para proceder ao cálculo das necessidades térmicas associadas ao ar novo, considera-se como

temperatura base dos Graus-dia a temperatura de insuflação da UTAN, na estação de arrefecimento e

de aquecimento, respectivamente. Contudo, deve ser efectuada uma restrição na expressão de cálculo

dos Graus-dia, no que concerne ao “set-point” da UTAN (ver capítulo 3.3.4). Assim, admitiu-se que a

UTAN procede ao arrefecimento para temperaturas exteriores superiores a 22ºC e aquecimento para

temperaturas exteriores inferiores a 20ºC, sendo o processo de arrefecimento gratuito (freecooling)

efectuado para temperaturas entre 20 a 22ºC. A título de exemplo, no caso particular da UTAN-VA que

deverá insuflar ar para as vigas arrefecidas a 15ºC, os Graus-dia de arrefecimento para a temperatura

base de 15ºC, só serão avaliados para temperaturas exteriores superiores a 22ºC.

Representa-se na Figura 4.7 e Figura 4.8 a evolução temporal da diferença de temperatura do ar

novo (temperatura exterior e temperatura de insuflação da UTAN) das UTAN-VC e UTAN-VA, sendo

que as linhas de valor constante representam as temperaturas base dos Graus-dia, que correspondem

às temperaturas de insuflação das UTAN’s. O Grau-dia de aquecimento nas duas situações, UTAN-VC

e UTAN-VA, é igual uma vez que a temperatura de insuflação é de 20ºC, ao passo que o Grau-dia de

arrefecimento da UTAN-VA é superior, devido à maior diferença térmica resultante de uma temperatura

de insuflação de 15ºC em vez da temperatura de 22ºC da UTAN-VC.

55

UTAN - VC

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Te

mpe

ratu

ra [º

C]

Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN

AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase

AQUEC: Tbase

UTAN - VA

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Tem

per

atu

ra [º

C]

Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN

AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase

AQUEC: Tbase

Figura 4.7 – Evolução anual da temperatura exterior e da

diferença com a temperatura de insuflação da UTAN-VC

Figura 4.8 – Evolução anual da temperatura exterior e da

diferença com a temperatura de insuflação da UTAN-VA

Resultam dos parâmetros de funcionamento das UTAN, os seguintes valores de Grau-dia de arre-

fecimento e aquecimento:

UTAN-VC



UTAN-VA



4.3.2.2. Humidade-dia

Para a determinação das necessidades térmicas latentes anuais, optou-se por considerar uma

gama de humidade interior admissível entre 40% a 60%, que está dentro dos valores de conforto

para o corpo humano. Acresce ainda que a energia para promover o controlo de humidade de um

espaço, sobretudo, na humidificação é muito elevado, pelo que não é usual considerar um controlo de

humidade muito rigoroso.

Procedendo a uma análise simplificada, admite-se que no período de arrefecimento é necessário,

sobretudo, desumidificar o ar exterior e no período de aquecimento é necessário humidificar o ar exte-

rior. Desta forma, para promover o controlo de humidade do ar, considera-se o seguinte critério para

definir a humidade do ar no interior do espaço a climatizar:

Período de arrefecimento - desumidificação

Para a temperatura Tint = 25ºC, tem-se:

Hint (40%) = 7,9 gagua/kgar seco,


56

pelo que se considera para o controlo de humidade (desumidificação) o limite superior da gama

de valores de 11,9 gagua/kgar seco.

Período de aquecimento - humidificação:

Para a temperatura Tint = 20ºC, tem-se:



pelo que se considera para o controlo de humidade (humidificação) o limite inferior da gama de

5,8 gagua/kgar seco.

Figura 4.9 – Intervalo de humidade absoluta admissível para as temperaturas interiores de 20ºC e 25ºC

Considerando as humidades absolutas exteriores obtidas a partir das humidades relativas do

Solterm para a região de Faro (ver Apêndice G), as humidades interiores definidas anteriormente, e as

expressões de cálculo indicados no capítulo 3.3.4, procede-se ao cálculo da Humidade-dia de desumi-

dificação (no período de arrefecimento) e de humidificação (no período de aquecimento), na base de

11,9 gagua/kgar seco e 5,8 gagua/kgar seco, respectivamente, de onde resulta:

HDdesumidificação, base 11,9 g/kg = 32 g/kg.dia

HDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia

Na Figura 4.10 está representada a evolução temporal da humidade absoluta do ar exterior e a

sua linha de valor médio (a roxo) e as diferenças de humidades absolutas consideradas no cálculo de

Humidade-dia de desumidificação (a azul) e de Humidade-dia de humidificação (a laranja). As linhas de

valor constante representam as humidades base para a determinação da Humidade-dia de desumidifi-

cação (11,9 gagua/kgar seco) e de humidificação (5,8 gagua/kgar seco).

57

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Hum

idad

e (g

/kg)

Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)

HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hint (arref.)

HUM: Hint - Hext (aquec.)

Figura 4.10 – Evolução anual da humidade exterior e da diferença com a humidade interior

Dado que as vigas arrefecidas não têm capacidade para vencer cargas latente, e por forma a evi-

tar condensações nos espaços, o ar de insuflação da UTAN deverá vencer a carga latente de ar novo e

ainda a carga latente gerada no interior da sala (devido a ocupação), que é aproximadamente 1.5

gagua/kgar seco para a situação de carga máxima (ver capítulo 4.3.1). Nestas condições, a UTAN-VA

deverá considerar para o controlo de humidade na estação de arrefecimento (desumificação) uma

humidade de insuflação que varia entre 6,4 gagua/kgar seco e 10,4 gagua/kgar seco (correspondente a 7,9 –

1,5 para Hins = 40%, e 11,9 – 1,5 para Hins = 60%).

Considerando as expressões de cálculo do capítulo 3.3.2 que permitem corrigir as necessidades

térmicas locais com base na energia cedida pelo ar primário para o interior dos locais a climatizar, veri-

fica-se que a humidade absoluta máxima do ar insuflado pela UTAN-VA que garante a desumidificação

do ar exterior e das cargas internas latentes é de 9,4 gagua/kgar seco 27 (valor admissível uma vez que se

encontra entre a gama referida de 6,4 a 10,4 gagua/kgar seco), com 88% de humidade relativa para a tem-

peratura de insuflação de 15ºC.

Representa-se, na Figura 4.11 e Figura 4.12, a evolução temporal da diferença de humidade

absoluta do ar novo (humidade exterior e humidade do ar de insuflação da UTAN) das UTAN-VC e

UTAN-VA, sendo que as linhas de valor constante representam as humidades absolutas base da

Humidade-dia, que correspondem às humidades do ar de insuflação das UTAN’s. A Humidade-dia de

aquecimento, que representa a necessidade de humidificação nos meses de Novembro a Abril (7300 a

8760h, 0 a 2920 h) para ambas as situações (UTAN-VC e UTAN-VA) é igual, uma vez que a tempera-

27 Considerando as expressões de cálculo do capítulo 3.3.2, para uma situação em que o equipamento termi-

nal (VA) não tem capacidade térmica latente, temos que:

( ) locallatintUTAN_insAN

locallat

localANlat

localANlat

locallat

ETlat C024.0HDHD85.0QCC0CCC =⋅−⋅⋅⇔=⇒=−= −−

Sendo conhecido a humidade-dia de desumidificação do local HDint, o caudal de ar novo QAN e as necessida-des térmicas latentes do local, consegue-se obter a humidade-dia de desumidificação da UTAN-VA HDins_UTAN e desta forma, determinar em processo iterativo a humidade absoluta de insuflação do ar interior Hins_UTAN.

Nestas condições, a humidade absoluta do ar de insuflação resultante é de 9,4 g/kg, para 149 g/kg.dia

58

tura de insuflação considerada é de 20ºC e a humidade do ar de insuflação (humidade base) é de 5.8

g/kg. No que concerne a Humidade-dia de arrefecimento, que representa a necessidade de desumidifi-

cação nos meses de Maio a Outubro (2920h a 7300h), verifica-se que a solução de vigas arrefecidas

apresenta valores superiores, de modo a garantir a desumidificação do ar exterior acrescida da energia

necessária para vencer a carga latente interna.

UTAN - VC

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Hum

idad

e (g

/kg)


HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)

HUM: Hins - Hext (aquec.)

UTAN - VA

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760Tempo [h]

Hu

mid

ade

(g

/kg

)


HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)

HUM: Hins - Hext (aquec.)

Figura 4.11 – Evolução anual da humidade exterior e da

diferença com a humidade do ar de insuflação UTAN-VC

Figura 4.12 – Evolução anual da humidade exterior e da

diferença com a humidade do ar de insuflação UTAN-VA

Realça-se ainda que se considerou apenas controlo de humidade nos períodos em que os equi-

pamentos de climatização funcionam em modo de arrefecimento ou aquecimento, isto é, nos períodos

sem necessidade de correcção de temperatura (local ou do ar novo) os módulos de controlo de humi-

dade encontram-se desligados.

Nestas condições, resultam os seguintes valores de Humidade-dia de arrefecimento e aquecimen-

to para as UTAN’s:

UTAN-VC

HDdesumidificação, base 11,9 g/kg = 55 g/kg.dia

HDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia

UTAN-VA

GDdesumidificação, base 9,4 g/kg = 149 g/kg.dia

GDhumidificação, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia

4.3.2.3. Perfis de carga dos equipamentos

Para determinar o consumo eléctrico dos equipamentos do sistema AVAC é necessário estimar os

perfis de carga dos equipamentos. As expressões de cálculo propostas são indicadas no Capítulo

3.3.3, sendo que os parâmetros de funcionamento dos equipamentos estão definidos no Apêndice F:

� O chiller de condensação a ar apresenta um ESEER de 4.2;

� A caldeira de alta eficiência tem um rendimento sazonal de 96%;

59

� Para as electrobombas de circulação foram consideradas diferentes eficiências a cargas par-

ciais (25%, 50%, 75% e 100%) e respectivo período de funcionamento;

� Para garantir a qualidade do ar interior (QAI), pela diluição dos contaminantes através da insu-

flação de ar novo, os equipamentos terminais que servem espaços com ocupação nocturna

(quartos de internamento, por exemplo), assim como a UTAN a que estão interligados, funcio-

nam 365 dias por ano, 24/24h. Nos espaços sem ocupação nocturna, os equipamentos termi-

nais estão em funcionamento apenas durante a sua ocupação, tendo sido considerado o factor

de ocupação anual de 71% (considerou-se desocupado entre as 0h e as 7h, sendo o factor de

ocupação dado por (24-7)/24). Admite-se que os equipamentos terminais (neste caso, o venti-

loconvector) funcionam sempre na velocidade média, pelo que a eficiência global do ventilador

é constante;

� No que concerne as unidades do tipo UTAN, ao longo do ano, o caudal de ar novo é sujeito a

variações provocadas pelo perfil de ocupação dos espaços servidos28, tendo sido consideradas

para cada zona29 as densidades de ocupação resultante dos perfis horários de utilização diário

baseados no Anexo XV do Decreto-Lei n.º 79/2006 – RSECE, para “Estabelecimento de saúde

com internamento”.

4.3.3. Emissões de carbono

A determinação das emissões de carbono de um determinado sistema ou produto pressupõe o

trabalho numa equipa multidisciplinar, dado que implica a recolha de vários dados associados ao ciclo

de vida do sistema/ produto, quer sejam, as características do edifício, necessidades térmicas e de

qualidade do ar interior, assim como os parâmetros de funcionamento dos equipamentos e as activida-

des decorrentes da exploração, como por exemplo, a substituição de equipamento ou a sua manuten-

ção. No presente trabalho foi recolhida informação junto do projectista, de fornecedores de equipamen-

to e de equipas de manutenção. Foram determinadas as emissões de carbono de dois sistemas de

climatização, solução com equipamento terminal do tipo ventiloconvector (VC) e do tipo viga arrefecida

(VA) para um período de exploração de 30 anos.

4.3.3.1. Materiais utilizados no fabrico de equipamento

As emissões de carbono resultantes do fabrico dos equipamentos são determinadas a partir dos

factores de emissão indicados no capítulo 3.4.1, em kgC/ ton, e dos pesos dos materiais que consti-

tuem cada equipamento AVAC, em ton. Desta forma, foram recolhidos elementos sobre a constituição

dos equipamentos dos sistemas AVAC, decompostos em aço, cobre, alumínio e filme de PET, que se

encontram tabelados no Apêndice F.

28 A ocupação de um espaço pode ser monitorizada, por exemplo, através da leitura de sensores CO2 instala-

dos nesse espaço. 29 As zonas de climatização encontram-se definidas no Apêndice C.

60

Apresenta-se na Figura 4.13 a constituição e peso dos equipamentos terminais: ventiloconvecto-

res e vigas arrefecidas.

0

10

20

30

40

50

Ventiloconvector Viga Arrefecida

Pes

o [k

g]

Aço Cobre Alumínio Filme de PET

Figura 4.13 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos terminais (VC e VA)

4.3.3.2. Transporte de equipamento

Para a determinação das emissões de carbono resultantes do transporte de equipamentos, consi-

derou-se que o transporte é efectuado por camião entre a fábrica onde são produzidos e o edifício

hospitalar em Faro onde serão instalados, e respectivo regresso. No Apêndice F são indicados para

cada equipamento o local de origem (fábrica), o percurso percorrido (entre a fábrica e o edifício hospi-

talar) e a carga de equipamento transportado para o edifício hospitalar. O cálculo das emissões de

carbono é efectuado a partir da distância percorrida, em veículo.km, e do factor de emissão indicado no

Subcapítulo 3.4.2.2, em kgC/ veiculo.km. Durante o período de exploração do edifício de 30 anos, as

emissões resultantes do transporte do equipamento são contabilizadas após a finalização da fase de

obra (no 1º ano), e aquando da substituição por equipamentos novos, findo o seu tempo de vida útil.

4.3.3.3. Energia consumida em exploração

A energia consumida pelo sistema AVAC em fase de exploração é decomposta nas suas compo-

nentes eléctrica e de gás natural. A componente eléctrica engloba a energia consumida pelos seguin-

tes equipamentos:

� chiller - para produzir energia térmica para os circuitos hidráulicos de arrefecimento que ser-

vem os equipamentos terminais e da UTAN;

� electrobombas – para a circulação de água fria e quente nos circuitos hidráulicos de arrefeci-

mento e aquecimento, respectivamente;

� humidificador da UTAN – na produção de vapor de água para os períodos com necessidade

de humidificação do ar interior.

A componente de gás engloba a energia consumida pela caldeira, para produção de energia tér-

mica para os circuitos hidráulicos de aquecimento que servem os equipamentos terminais e a UTAN.

Considerando os factores de emissão apresentados no Capítulo 3.4.3, em kgC/ kWh, e o consumo

de energia estimado a partir do método de cálculo proposto no Capítulo 3.3, em kWh, é possível deter-

61

minar as emissões de carbono resultantes da energia consumida em fase de exploração. Os consumos

eléctricos e de gás são indicados no capítulo 5.3.

4.3.3.4. Actividades de manutenção

As actividades de manutenção preventiva30 dos equipamentos dos sistemas AVAC e as periodici-

dades expectáveis ao longo do período em análise de 30 anos são indicadas no Apêndice F. As princi-

pais actividades de manutenção consideradas são apresentadas na Tabela 4.5.

Manutenção de Equipamentos Mensal Trimestral Semestral Anual > 1 ano

Ventiloconvector (VC)

Limpeza de filtro G4 x

Substituição de filtro G4 5

Rebobinagem de motor 3

Viga Arrefecida (VA)

Limpeza de alhetas x

UTAN

Substituição de filtro G4 x

Substituição de filtro F5 x

Substituição de filtro F7 X

Substituição de baterias 20

Substituição de motores 5

Tabela 4.5 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC

Durante o período referido, para além da substituição dos consumíveis (filtros, baterias, motores,

etc), os equipamentos são substituídos por equipamentos novos, pelo que é relevante definir os tem-

pos médios de vida útil (Tabela 4.6), por forma a planear as periodicidades de manutenção efectivas

(indicados no Apêndice F).

Equipamentos

Tempo médio de

vida útil

[anos]

Ventiloconvector 15

Viga Arrefecida 30

UTAN 15

Electrobomba 10

Tabela 4.6 – Tempo médio de vida útil dos equipamentos do sistema AVAC

Consideram-se associadas às actividades de manutenção as emissões resultantes do fabrico de

consumíveis e seu respectivo transporte até ao local de instalação, assim como as emissões resultan-

30 À manutenção preventiva correspondem um conjunto de acções criteriosas e sistemáticas e/ou condiciona-

das que se desenvolvem independentemente da ocorrência de qualquer avaria, falha ou ruptura de um equipa-mento ou sistema, que têm como objectivo prolongar a respectiva vida útil, reduzir as ocorrências e a duração dos períodos de indisponibilidade e garantir as condições de serviço em operação. Este conjunto de acções consiste na execução dos trabalhos necessários sobre o equipamento ou sistema, de modo a eliminar falhas ou avarias ou a manter essas falhas ou avarias dentro de determinados limites económicos, salvaguardando e garantindo a operacionalidade necessária à função, através, essencialmente, da execução programada de inspecções, reposi-ções de consumíveis e substituições de componentes de desgaste rápido, evitando assim a realização de acções de maior envergadura e com maiores repercussões negativas no serviço.

62

tes da deslocação periódica das equipas de manutenção para assegurar estas operações. O método

de cálculo das emissões resultantes do fabrico de consumíveis e do seu transporte foi indicada ante-

riormente nos subcapítulos 4.3.3.1 e 4.3.3.2, respectivamente. Admitiu-se que as emissões de trans-

porte associadas à deslocação casa-trabalho das equipas de manutenção resultam de uma distância

média diária de 25 km (entre casa e trabalho) e do factor de emissão de 0.074 kgC/km (e uma incerte-

za de 15%) correspondente a um veículo a gasolina, com peso médio de 1205 kg, sobre um percurso

misto (ver capítulo 3.4.2.1).

Por uma questão de simplicidade de análise, e porque não faz parte do âmbito deste trabalho, não

foi estudada a possibilidade de gestão de stocks dos consumíveis, embora esta seja uma questão com

relevância para uma abordagem futura.

4.3.3.5. Desperdícios de fim de vida

As emissões de carbono resultantes do fim de vida dos equipamentos e consumíveis são determi-

nadas a partir dos factores de emissão indicados no capítulo 3.4.4, em kgC/ ton, e dos pesos dos

materiais, agrupados nas categoria de metais ou de plásticos, em ton.

63

CAPÍTULO 5 : RESULTADOS

Neste capítulo são apresentadas as potências térmicas dos equipamentos dos sistemas AVAC

analisados, de modo a proceder ao dimensionamento e selecção dos equipamentos, e ainda as neces-

sidades térmicas anuais e respectivos consumos eléctricos e de gás, de modo a proceder à determina-

ção da energia primária consumida em fase de exploração e das emissões de carbono resultantes. As

emissões de carbono dos sistemas são decompostas nas várias fases do ciclo de vida, sendo efectua-

da uma análise comparativa para aferir sobre a possibilidade de redução de emissões.

5.1. Potência térmica

Considerando o método de cálculo de potências térmicas apresentada em detalhe no Apêndice A,

obtém-se as cargas térmicas de arrefecimento e aquecimento locais e de ar novo, para a totalidade

dos espaços analisados (106 espaços), apresentadas na Tabela 5.1.

Carga térmica

(em kW) Local UTAN-VC UTAN-VA

ARREFECIMENTO

Sensível 128,0 51,5 79,8

Latente 16,8 34,5 48,3

Total 144,8 86,0 128,1

AQUECIMENTO

Sensível 43,4 70,3 56,2

Latente - 56,9 45,6

Total 43,4 127,2 101,8

Tabela 5.1 – Carga térmica local e de ar novo

Como referido no capítulo 3.2.1, as potências locais de arrefecimento dizem respeito ao balanço

dos ganhos de calor pela envolvente exterior e interior, radiação solar e fontes de calor internas, e as

potências locais de aquecimento contabilizam as perdas de calor pela envolvente. Os resultados refe-

rentes a UTAN-VC e UTAN-VA contabilizam a potência térmica associada ao ar novo sob condições de

funcionamento real, sendo representado na Figura 5.1 e a Figura 5.2 as potências de ar novo envolvi-

das nos dois sistemas.

64

ARREFECIMENTO

128

5180

17

35

48

0

50

100

150

200

Local UTAN-VC UTAN-VA

Pot

ênci

a [k

W]

Sensível Latente

AQUECIMENTO

4370

56

57

46

0

50

100

150

200

Local UTAN-VC UTAN-VA

Pot

ênci

a [k

W]

Sensível Latente

Figura 5.1 – Potências térmicas de arrefecimento local e

de ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)

Figura 5.2 – Potências térmicas de aquecimento local e de

ar novo (UTAN-VC e UTAN-VA)

Dado que as condições de funcionamento das UTAN’s, nomeadamente, a temperatura e humida-

de absoluta do ar novo insuflado no equipamento terminal, são diferentes das condições pretendidas

para o interior dos espaços, em particular no período de arrefecimento31, procedeu-se à correcção das

potências térmicas locais à custa da potência adicional de ar novo introduzida pelas UTAN’s nas zonas

a climatizar (de acordo com o indicado no capítulo 3.2.2). Deste modo, apresentam-se na Tabela 5.2

as potências térmicas locais corrigidas (potência dos equipamentos terminais), assim como as potên-

cias térmicas de ar novo (potência térmica das UTAN’s).

Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Potência térmica

(em kW) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total

Diferença32

VC

VCVA

SSS −

ARREFECIMENTO

Sensível 111,4 51,5 162,9 72,8 79,8 152,6 (-) 6,7%

Latente 16,8 34,5 51,3 - 48,3 48,3 (-) 5,8%

Total 128,2 86,0 214,2 72,8 128,1 200,9 (-) 6,2%

AQUECIMENTO

Sensível 43,4 70,3 113,7 43,4 56,2 99,6 (-) 12,4%

Latente - 56,9 56,9 - 45,6 45,6 (-) 20,0%

Total 43,4 127,.2 170,6 43,4 101,8 145,2 (-) 14,9%

Tabela 5.2 – Potência térmica local corrigida e de ar novo

Dos resultados obtidos, realçam-se os seguintes pontos:

� Verifica-se uma redução significativa da potência de arrefecimento sensível local no sistema

com vigas arrefecidas, devido à elevada diferença de temperatura entre o ar insuflado pela

UTAN-VA (15ºC) e a temperatura interior pretendida (25ºC) - a potência térmica sensível local

da totalidade das zonas é de 128 kW, enquanto que a respectiva potência corrigida das vigas

31 Ver condições higrotérmicas do capítulo 4.3.1 32 Pretende-se saber qual a redução ou aumento de potência do sistema, quando se substitui o equipamento

terminal do tipo ventiloconvector (VC) pela viga arrefecida (VA), pelo que se considera a diferença relativa entre o sistema com o equipamento terminal “novo” SVA e o sistema com o equipamento terminal a substituir SVC, relati-vamente ao sistema com o equipamento substituido SVC.

65

arrefecidas é de 73 kW – o que representa uma redução de 40%. Para o sistema de ventilo-

convectores a redução da potência térmica sensível de arrefecimento local é de 15%, uma vez

que a diferença de temperatura entre o ar de insuflação da UTAN (22ºC) e a temperatura inte-

rior (25ºC) é inferior (potência local de 128 kW e respectiva potência corrigida dos ventilocon-

vectores de 111 kW);

� Como referido, a correcção das potências dos equipamentos terminais é obtida à custa da

potência adicional de ar novo introduzida no espaço, sendo que a potência térmica sensível da

UTAN-VC é de 52 kW ao passo que a potência térmica sensível da UTAN-VA é de 80 kW, cer-

ca de 55% superior;

� Constata-se ainda que a potência térmica latente de ar novo da UTAN-VA é superior à potên-

cia latente da UTAN-VC, cerca de 40% (UTAN-VC com 35 kW e UTAN-VA com 48 kW) por

forma a proceder não só à desumidificação do ar exterior, como também à desumidificação do

interior dos espaços, uma vez que as vigas arrefecidas não têm capacidade térmica latente.

Nestas condições, verificou-se a necessidade da UTAN-VA proceder a desumidificação do ar

exterior numa diferença adicional de 1,5 gagua/kgar seco relativamente à UTAN-VC (como indica-

do no Capítulo 4.3.1).

ARREFECIMENTO

111

73

51

80

17

35

48

0

50

100

150

200

250


Pot

ênci

a [k

W]

Sens. terminal Sens. UTAN Lat. terminal Lat. UTAN

AQUECIMENTO

43 43

7056

57

46

0

50

100

150

200

250


Pot

ênci

a [k

W]


Figura 5.3 – Potência térmica de arrefecimento dos

sistemas VC e VA

Figura 5.4 – Potência térmica de aquecimento dos

sistemas VC e VA

Representam-se nas Figura 5.3 e Figura 5.4 as potências térmicas de arrefecimento e aquecimen-

to dos dois sistemas. As potências térmicas globais de arrefecimento sensível e latente do sistema de

vigas arrefecidas são cerca de 6% inferiores às correspondentes potências do sistema de ventilocon-

vectores. Da mesma forma, constata-se que a potência térmica global de aquecimento do sistema de

vigas arrefecidas é inferior à correspondente potência do sistema de ventiloconvectores, cerca de 15%,

representando uma diferença de 12% na componente sensível e 20% na componente latente. Este

facto é uma consequência directa da eficiência de ventilação considerada para os dois sistemas (100%

para as vigas arrefecidas face a 80% para os ventiloconvectores), que permite caudais de ar novo mais

reduzidos na UTAN-VA. De facto, as potências térmicas locais dependem, em ambos os sistemas, de

factores externos do meio, quer seja a radiação solar, envolvente ou cargas internas e como tal afec-

tam os sistemas da mesma forma. Contudo, as cargas associadas ao ar novo estão intimamente liga-

66

das à distribuição e difusão do ar, que se trata de uma propriedade intrínseca do sistema de climatiza-

ção. Desta forma, distintos modos de difusão do ar (com diferentes eficiências de ventilação) poderão

afectar as necessidades térmicas globais dos sistemas.

5.2. Necessidades térmicas anuais

Na Tabela 5.3 apresenta-se o resumo das necessidades térmicas anuais de arrefecimento e

aquecimento para os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas, após correcção das neces-

sidades locais pela energia adicional fornecida pelo ar novo das UTANs.

Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Necessidade térmica

(em MWh / ano) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total

Diferença

VC

VCVA

SSS −

ARREFECIMENTO

Sensível 140,6 37,1 177,8 83,3 87,0 170,3 (-) 4,2%

Latente - desumidificação 21,9 22,9 44,8 - 49,4 49,4 (+)10,2%

Total 162,5 60,1 222,6 83,3 136,4 219,8 (-) 1,3%

AQUECIMENTO

Sensível 4,0 106,2 110,2 4,0 85,0 89,0 (-) 19,3%

Latente - humidificação - 3,7 3,7 - 3,0 3,0 (-) 20,0%

Total 4,0 110,0 113,9 4,0 88,0 91,9 (-) 19,3%

Tabela 5.3 – Necessidade térmica anual do local e de ar novo dos sistemas

Dos resultados obtidos, realçam-se os seguintes pontos:

� A diferença de temperatura garantida pela UTAN-VA33 na estação de arrefecimento implica

que a energia térmica transportada pelo ar novo no sistema de vigas arrefecidas seja superior

à do sistema de ventiloconvectores, o que representa maior consumo de energia térmica pela

UTAN-VA, mas também proporciona um decréscimo das necessidades térmicas anuais de

arrefecimento (sensível) local das vigas arrefecidas, correspondendo a cerca de 60% das

necessidades térmicas anuais dos ventiloconvectores (VA com 83 MWh/ano e VC com 141

MWh/ano). Para garantir as mesmas condições de temperatura interior (25ºC), as necessida-

des térmicas globais de arrefecimento sensível do sistema de vigas arrefecidas, atendendo às

cargas locais e de ar novo, são ligeiramente inferiores às necessidades dos ventiloconvecto-

res, com uma diferença relativa de 4% (sistema VA com 170 MWh/ano e sistema VC com 178

MWh/ano);

� Como referido anteriormente, as vigas arrefecidas não permitem proceder à remoção de carga

latente, pelo que a UTAN-VA, para evitar condições que propiciem condensação nos espaços

a climatizar, deve garantir desumidificação adicional, contribuindo não só para a carga latente

do ar novo, como também para a carga latente interna do espaço a climatizar. Desta forma, a

33 O ar novo admitido no espaço a climatizar através da UTAN é parametrizado com temperaturas de insufla-

ção do ar distintas nos sistemas de ventiloconvectores e de vigas arrefecidas, pelos motivos indicados no capítulo 4.3.1. A temperatura de insuflação do ar considerada na estação de arrefecimento para a UTAN-VA é de 15ºC, enquanto que para a UTAN-VC é de 22ºC, sendo a temperatura interior de 25ºC.

67

UTAN-VA ao longo do ano necessita de cerca de duas vezes mais energia para desumidifica-

ção do que a UTAN-VC (UTAN-VA com 49 MWh/ano e UTAN-VC com 23 MWh/ano);

� Verifica-se que, no período de aquecimento, as necessidades térmicas locais não são impor-

tantes, apresentando um valor quase residual de 4% das necessidades globais, o que pode ser

consequência das ganhos de calor resultantes da radiação solar, mas sobretudo devido às

cargas internas que são significativas em locais com ocupação permanente como é o caso de

uma unidade de internamento hospitalar;

� Relativamente às necessidades de humidificação, verifica-se também que, apesar da elevada

potência a disponibilizar pelo humidificador da UTAN, em termos das necessidades térmicas

anuais representa um peso pouco significativo, de cerca de 4% das necessidades térmicas glo-

bais de aquecimento.

ARREFECIMENTO

140.6

83.3

37.1

87.0

21.9 49.4

22.9

0

50

100

150

200

250


MW

h / a

no


Figura 5.5 – Necessidades térmicas anuais de arrefecimento dos sistemas VC e VA

Constata-se que a diferença entre as necessidades térmicas totais de arrefecimento (sensível e

latente) do sistema de vigas arrefecidas e do sistema de ventiloconvectores não é significativa, repre-

sentando cerca de 1% (VA com 220 MWh/ano e VC com 223 MWh/ano).

As necessidades térmicas de aquecimento são claramente inferiores no sistema de vigas arrefeci-

das, com uma diferença relativa de cerca de 19% (sistema VA com 92 MWh/ano e sistema VC com

114 MWh/ano). Dado que o peso fundamental reside nas necessidades térmicas sensíveis da UTAN,

uma vez que a energia térmica a disponibilizar pela UTAN corresponde a mais de 95% das necessida-

des globais de aquecimento (UTAN-VA com 85 MWh/ano e UTAN-VC com 106 MWh/ano), não é de

estranhar que a diferença relativa entre os dois sistemas de climatização corresponda aproximadamen-

te à diferença relativa entre os caudais de ar novo em jogo34, e às respectivas eficiências de ventilação

consideradas.

34 Em ambos os sistemas foi considerado para o ar de insuflação da UTAN, na estação de aquecimento, a tem-

peratura de 20ºC.

68

AQUECIMENTO

106.285.0

4.0 4.0

3.7

3.0

0

50

100

150

200

250


MW

h / a

no


Figura 5.6 – Necessidades térmicas anuais de aquecimento dos sistemas VC e VA

5.3. Consumo eléctrico e de gás

Apresenta-se na Tabela 5.4 o resumo dos consumos eléctricos e de gás dos equipamentos produ-

tores, chiller e caldeira, respectivamente, imputado a ambos os sistemas de ventiloconvectores e vigas

arrefecidas.

Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Equip. produtor

(em MWh / ano) VC UTAN-VC Total VA UTAN-VA Total

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Chiller 38,9 14,4 53,3 19,9 32,6 52,6 (-) 1,3%

Caldeira 4,1 110,7 114,8 4,1 88,5 92,7 (-) 19,3%

Tabela 5.4 – Consumo anual de electricidade e de gás dos equipamentos de produção de frio e calor

Verifica-se, de acordo com o indicado no Capítulo 5.2, que apesar da UTAN-VA apresentar maio-

res necessidades térmicas de arrefecimento do que a UTAN-VC, a potência adicional de ar novo intro-

duzida nos espaços a climatizar contribui para a redução das necessidades térmicas locais (dos equi-

pamentos terminais). No balanço global, as necessidades térmicas de arrefecimento (sensível e laten-

te), considerando o contributo das cargas locais e de ar novo, são aproximadamente iguais para os

dois sistemas, o que representa consumos eléctricos idênticos do chiller, com uma diferença relativa de

cerca de 1%. No que concerne ao consumo de gás da caldeira, a diferença entre o sistema de vigas

arrefecidas e de ventiloconvectores é cerca de 19%, consequência da diferença relativa das necessi-

dades térmicas de aquecimento (sensível).

Nas tabelas seguintes são apresentados os consumos eléctricos dos ventiladores, das electro-

bombas e do humidificador.

69

Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Ventiladores

(em MWh / ano) Insuflação Extracção Total Insuflação Extracção Total

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Equip. terminal 20,8 - 20,8 - - - (-) 100,0%

UTAN 38,6 30,8 69,3 38,2 24,6 62,8 (-) 9,4%

Total 59,4 30,8 90,2 38,2 24,6 62,8 (-) 30,3%

Tabela 5.5 – Consumo eléctrico anual de ventilação dos sistemas VC e VA

Sistema Ventiloconvectores Sistema Vigas Arrefecidas Electrobombas

(em MWh / ano) Água

Fria

Água

Quente Total

Água

Fria

Água

Quente Total

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Equip. terminal (ET) 3,9 1,5 5,3 2,6 1,5 4,1 (-) 23,3%

UTAN 2,4 1,3 3,8 3,6 1,3 4,9 (+) 29,7%

Total 6,3 2,8 9,1 6,2 2,8 9,0 (-) 1,4%

Tabela 5.6 – Consumo eléctrico anual das bombas de circulação dos sistemas VC e VA

Humidificador

(em MWh / ano)

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas Arrefecidas

Diferença

VC

VCVA

SSS −

UTAN 3,7 3,0 (-) 20,0%

Tabela 5.7 – Consumo eléctrico anual do humidificador dos sistemas VC e VA

Interessa realçar as seguintes observações face aos resultados obtidos:

� Quando se opta pelo sistema de vigas arrefecidas é notória a redução do consumo eléctrico

associado aos ventiladores, de 30%, pelo que a ausência de motores nas vigas arrefecidas

contribui significativamente para o seu decréscimo. No que se refere aos ventiladores das

UTAN’s, apesar do caudal de ar novo da UTAN-VA representar 80% do caudal de ar novo da

UTAN-VC (devido à eficiência de ventilação), os consumos eléctricos associados aos ventila-

dores de insuflação (de ar novo) são aproximadamente iguais, cerca de 38 MWh/ano – isto

deve-se ao facto da pressão a disponibilizar pela UTAN-VA ser superior, por forma a vencer a

perda de carga adicional na viga arrefecida (cerca de 125 Pa) e também, ainda que com um

peso menos importante, devido às maiores dimensões da bateria de arrefecimento35 que intro-

duz maior perda de carga. O consumo eléctrico dos ventiladores de extracção da UTAN-VA

apresenta uma redução de 80%, face ao valor correspondente da UTAN-VC (UTAN-VA com 31

MWh/ano e UTAN-VC com 25 MWh/ano), consequência da eficiência de ventilação36;

� A diferença entre o consumo eléctrico global das electrobombas dos dois sistemas é pouco

significativa, cerca de 1%. Verifica-se que a electrobomba do circuito que alimenta os equipa-

35 Como visto anteriormente, a potência da bateria de arrefecimento da UTAN-VA é superior à da UTAN-VC,

por forma a garantir desumidificação adicional do espaço a climatizar e assim evitar potenciais condensações. 36 Para manter a depressão nos espaços a climatizar, optou-se por considerar que o caudal de extracção é

10% superior ao caudal de insuflação, pelo que o caudal de extracção das UTAN’s é directamente proporcional ao caudal de insuflação.

70

mentos terminais apresenta maior consumo eléctrico no sistema de ventiloconvectores, conse-

quência sobretudo das maiores necessidades térmicas de arrefecimento destes. A electro-

bomba do circuito de arrefecimento que alimenta a UTAN-VA tem maior consumo eléctrico, o

que se deve ao facto da UTAN-VA apresentar temperatura de insuflação na estação de arrefe-

cimento inferior (a temperatura de insuflação da UTAN-VA é 15ºC face aos 22ºC da UTAN-VC)

e consequentemente maior diferença de temperatura e necessidades térmicas de arrefecimen-

to superiores. O consumo eléctrico das electrobombas do circuito de aquecimento é aproxima-

damente igual, o que é expectável para o circuito dos equipamentos terminais, uma vez que as

condições térmicas são iguais nos dois sistemas37. Realça-se que, apesar da potência térmica

de aquecimento da UTAN-VA ser inferior à potência térmica da UTAN-VC (80% da potência da

UTAN-VC, devido aos caudais de ar novo), as eficiências do conjunto motor-bomba a diferen-

tes cargas parciais, podem contribuir para que, no balanço global no período de funcionamen-

to, os consumos eléctricos sejam aproximadamente iguais;

� O humidificador da UTAN-VA apresenta uma redução de 20% no consumo eléctrico face à

UTAN-VC, devido aos caudais de ar novo em jogo nos dois sistemas.

Apresenta-se na Tabela 5.8 e na Tabela 5.9 o resumo dos consumos eléctricos e de gás anuais

dos equipamentos dos sistemas AVAC analisados.

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecidas Consumo eléctrico

MWh/ano Proporção MWh/ano Proporção

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Chiller 53,3 34,1% 52,6 41,3% (-) 1,3%

Ventiladores equip. terminal 20,8 13,3% - - (-) 100,0%

Ventiladores UTAN 69,3 44,4% 62,8 49,3% (-) 9,4%

Bombas arrefecimento 6,3 4,0% 6,2 4,9% (-) 1,5%

Bombas aquecimento 2,8 1,8% 2,8 2,2% (-) 1,0%

Humidificador 3,7 2,4% 3,0 2,3% (-) 20,0%

Total 156,2 100,0% 127,3 100,0% (-) 18,5%

Tabela 5.8 – Resumo dos consumos eléctricos anuais dos equipamentos dos sistemas VC e VA

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecidas Consumo eléctrico

MWh/ano MWh/ano

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Caldeira 114,8 92,7 (-) 19,3%

Tabela 5.9 – Consumo de gás anual da caldeira para os sistemas VC e VA

O sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,5% no consumo eléctrico e de

19,3% no consumo de gás.

37 Em qualquer um dos sistemas analisados, ventiloconvectores ou vigas arrefecidas, não se verifica correcção

da carga térmica local de aquecimento pelo ar novo da UTAN, uma vez que temperatura de insuflação do ar é efectuada à temperatura interior pretendida de 20ºC.

71

CONSUMO ELÉCTRICO

53.3 52.6

6.3 6.2

20.8

69.3

62.8

3.7

3.0

0

25

50

75

100

125

150

175

200


MW

h / a

no

Chiller Bombas Arref.Bombas Aquec. Ventiladores TerminalVentiladores UTAN Humidificador

Figura 5.7 – Consumo eléctrico anual dos sistemas VC e VA

CONSUMO GÁS

114.892.7

0

50

100

150

200


MW

h / a

no

Figura 5.8 – Consumo de gás anual dos sistemas VC e VA

5.4. Energia primária

Tendo em conta os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos do sistema AVAC, é possível

converter os mesmos em energia primária, através dos factores de conversão definidos no Decreto-Lei

n.º 79/2006 (RSECE), sendo os resultados apresentados na Tabela 5.10.

72

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecodas Consumo energia primária

tep/ ano Proporção tep/ ano Proporção

Diferença

VA

VCVA

SSS −

Chiller 15,4 28,0% 15,2 34,0% (-) 1,3%

Caldeira 9,9 17,9% 8,0 17,8% (-) 19,3%

Ventiladores equip. terminal 6,0 10,9% - 0,0% (-) 100,0%

Ventiladores UTAN 20,1 36,4% 18,2 40,6% (-) 9,4%

Bombas arrefecimento 1,8 3,3% 1,8 4,0% (-) 1,5%

Bombas aquecimento 0,8 1,5% 0,8 1,8% (-) 1,0%

Humidificador 1,1 2,0% 0,9 1,9% (-) 20,0%

Total 55,2 100,0% 44,9 100,0% (-) 18,6%

Tabela 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por equipamento

15.4 15.2

9.9 8.0

1.81.8

6.0

20.1

18.2

1.1

0.9

0

10

20

30

40

50

60


tep

/ ano

Chiller Caldeira Bombas Arref.

Bombas Aquec. Ventiladores Terminal Ventiladores UTAN

Humidificador

Figura 5.9 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por equipamento

A Tabela 5.11 apresenta o consumo de ambos os sistemas AVAC agrupados em arrefecimento,

aquecimento e humidificação e, por fim, ventilação. Os consumos das electrobombas estão incluídas

nas necessidades de arrefecimento e aquecimento, respectivamente.

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecodas Consumo energia primária

tep/ ano Proporção tep/ano Proporção

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Arrefecimento 17,3 31,3% 17,0 38,0% (-) 1,3%

Aquecimento e Humidificação 11,8 21,3% 9,6 21,5% (-) 18,1%

Ventilação 26,1 47,4% 18,2 40,6% (-) 30,3%

Total 55,2 100,0% 44,9 100,0% (-) 18,6%

Tabela 5.11 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, por utilização

O sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,6% no consumo de energia pri-

mária.

73

17.3 17.0

11.8 9.6

26.1

18.2

0

10

20

30

40

50

60


tep

/ ano

Arrefecimento Aquecimento e Humidificação Ventilação

Figura 5.10 – Consumo anual de energia primária dos sistemas VC e VA, decomposto por utilização

Atendendo à quantidade de equipamentos terminais, 106 unidades, pode-se ainda exprimir o con-

sumo global dos sistemas por unidade:

• Ventiloconvector: 520 kgep/ un

• Viga arrefecida: 423 kgep/ un

5.5. Emissões de carbono

Considerando os factores de emissão de carbono apresentados no Capítulo 3.4, os dados relati-

vos às diferentes fases do ciclo de vida dos sistemas AVAC a analisar - tempo médio de vida útil dos

equipamentos, materiais utilizados no fabrico de equipamentos e consumíveis, informação sobre o

transporte de equipamentos e consumíveis e periodicidade das actividades de manutenção (indicados

no Apêndice F) - e ainda os consumos anuais estimados de electricidade e de gás, obtidos no capítulo

5.3, determinam-se as emissões de carbono dos sistemas AVAC. Os resultados obtidos permitirão

aferir sobre a eventual redução ou aumento de emissões de carbono entre dois sistemas AVAC com

diferentes equipamentos terminais de climatização, nomeadamente, ventiloconvectores e vigas arrefe-

cidas.

Os resultados são agrupados nas categorias de emissões de carbono associadas a: materiais uti-

lizados no fabrico dos equipamentos, transporte dos equipamentos entre a fábrica e o local da instala-

ção (e respectivo regresso), energia consumida em fase de exploração durante o funcionamento do

sistema, actividades de manutenção (incluindo fabrico e transporte de consumíveis e transporte de

equipas de manutenção), desperdícios de fim de vida (dos equipamentos e dos consumíveis). A análi-

se de cada sistema AVAC foi efectuada para um conjunto de 106 equipamentos terminais, 4 electro-

bombas de circulação e 1 UTAN, num período de exploração de 30 anos. Os resultados apresentam-

se na Tabela 5.12.

74

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecidas Emissões de carbono

Ton C eq Proporção Ton C eq Proporção

Diferença

VC

VCVA

SSS −

Material equipamento 17,7 ± 15% 2,0% 14,9 ± 17% 2,1% (-) 15,5%

Transporte equipamento 5,8 ± 50% 0,7% 5,8 ± 50% 0,8% (-) 1,0%

Energia consumida 832,2 ± 13% 94,7% 676,4 ± 12% 95,7% (-) 18,7%

Actividades manutenção 23,3 ± 44% 2,6% 9,9 ± 42% 1,4% (-) 57,6%

Desperdícios fim de vida < 0,1 ± 20% < 0,1% < 0,1 ± 20% < 0,1% (-) 39,8%

Total: 879,0 ± 14% 100,0% 707,0 ± 13% 100,0% (-) 19,6%

Mínimo 757,1 - 614,8 - (-) 18,8%

Máximo 1000,9 - 799,2 - (-) 20,2%

Tabela 5.12 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA, por fase do ciclo de vida

Verifica-se a redução de emissões de carbono quando se opta pela substituição do sistema

com ventiloconvectores pelo sistema com vigas arrefecidas, em cerca de 20%.

Observando as proporções das categorias analisadas, constata-se que o peso principal para as

emissões reside na energia consumida em fase de exploração, correspondente aos consumos de elec-

tricidade e de gás, afectando cerca de 95% do valor de emissões globais no balanço de ambos os sis-

temas no período analisado. O material utilizado no fabrico dos equipamentos do sistema tem um peso

relativo de cerca de 2% em ambos os sistemas, o transporte de equipamentos tem um peso inferior a

1% e as emissões decorrentes das actividades de manutenção dos sistemas têm um peso mais rele-

vante nos ventiloconvectores (2,6%) do que nas vigas arrefecidas (1,4%), embora também pouco signi-

ficativo. As emissões associadas à deposição de materiais em fim de vida, quer seja dos equipamentos

do sistema ou dos consumíveis utilizados nas actividades de manutenção, têm um peso desprezável,

inferior a 0,1%. No Apêndice H são indicadas as emissões de carbono detalhadas, para cada ano, e a

proporção de cada contribuição (materiais, transporte, energia, manutenção e fim de vida).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30Anos

tonC

eq

Ventiloconvector

Viga Arrefecida

Figura 5.11 – Distribuição das emissões de carbono no período de 30 anos

Apresenta-se na Figura 5.11 a distribuição anual média de emissões de carbono dos dois siste-

mas, que permite verificar as seguintes situações:

75

� Os picos máximos de emissões de carbono verificam-se em ambos os sistemas para os anos 1

e 16, quando ocorre a instalação de novos equipamentos de climatização. Como pode ser veri-

ficado na Figura 5.12 (VC) e na Figura 5.13 (VA), no 1º ano, a proporção das emissões asso-

ciadas aos materiais utilizados no fabrico de equipamentos tem um peso superior nas emis-

sões globais, contribuindo para cerca de 22% das emissões dos ventiloconvectores e 27% das

emissões das vigas arrefecidas. Também a contribuição do transporte de equipamentos é

importante no 1º ano, com um peso entre 6% a 9% das emissões anuais (ver Apêndice H).

Verifica-se ainda que no 1º ano a contribuição dos materiais de fabrico é mais importante no

sistema de vigas arrefecidas do que no 16º ano, o que se deve ao facto da vida útil das vigas

arrefecidas ser cerca de 30 anos, e desta forma, no 16º ano apenas se procede à substituição

da UTAN (que tem uma vida útil média de 15 anos, tal como os ventiloconvectores);

� Nos anos 11 e 21 também se verificam picos nas emissões de carbono, embora menos signifi-

cativos, associados à substituição das electrobombas e seu respectivo transporte;

� De um modo geral, as emissões de carbono do sistema com vigas arrefecidas apresentam

menos flutuações ao longo do período em análise, o que se deve à menor carga de operações

de manutenção responsáveis por emissões, verificando-se a contribuição mais importante nos

anos 6, 11, 21 e 26, quando são substituídos os motores da UTAN. Relativamente ao sistema

com ventiloconvectores, a operação adicional de substituição do cobre para a rebobinagem

dos motores dos ventiloconvectores de 3 em 3 anos, contribui com um peso significativo nas

emissões associadas às operações de manutenção.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Anos

Material equipamento Transporte equipamento Energia consumida

Manutenção Desperdicios fim de vida

Figura 5.12 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de ventiloconvectores, em %

76

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30Anos

Material equipamento Transporte equipamento Energia consumida

Manutenção Desperdicios fim de vida

Figura 5.13 – Distribuição das emissões de carbono do sistema de vigas arrefecidas, em %

Nas figuras seguintes são apresentadas as emissões de carbono globais, no período de 30 anos,

por unidade de equipamento terminal (ventiloconvector ou viga arrefecida), decompostas nas diferen-

tes categorias analisadas, assim como a incerteza associada.

Materiais de fabrico

0

50

100

150

200


kgC

eq

/ un

Aço Cobre

Alumínio Poliester (filme de PET)

Ferro Fundido

Figura 5.14 – Emissões de carbono associadas ao fabrico do equipamento dos sistemas VC e VA,

por equipamento terminal

Apesar das emissões de carbono associadas ao fabrico da totalidade dos equipamentos do siste-

ma com vigas arrefecidas serem superiores38, as emissões globais no balanço do período de 30 anos

são inferiores (diferença relativa de 15%), uma vez que as vigas arrefecidas não são substituídas

durante o período em análise, ao contrário dos ventiloconvectores que deverão ser trocados no final de

15 anos de funcionamento.

38 No 1ª ano em que a totalidade dos equipamentos do sistema são instalados, as emissões globais associa-

dos aos materiais utilizados no fabrico de equipamento correspondem para o sistema VC ao valor médio de 8.7 ton C e para o sistema VA a 9.6 ton C (ver Apêndice H).

77

Transporte equipamento

0

25

50

75

100


kgC

eq

/ un

Equipamento Terminal UTAN Electrobombas

Figura 5.15 – Emissões de carbono associadas ao transporte do equipamento dos sistemas VC e VA,


No balanço global, as emissões associadas ao transporte de equipamentos é idêntica nos dois

cenários, com uma diferença pouco significativa de 1%. A incerteza associada corresponde a 50%,

contudo, uma vez que o contributo das emissões do transporte para a emissão global é pouco impor-

tante, inferior a 1%, não foi considerado relevante o estudo mais aprofundado das características de

transporte por forma a reduzir a incerteza.

Energia consumida

0

2000

4000

6000

8000

10000


kgC

eq

/ un

Electricidade Gás

Figura 5.16 – Emissões de carbono associadas à energia consumida pelos sistemas VC e VA,


O termo da energia consumida em fase de exploração é o mais importante para as emissões glo-

bais, como referido anteriormente, cerca de 95% das emissões globais. Desta forma, para reduzir as

emissões de carbono deste tipo de sistemas, é importante seleccionar equipamentos com elevadas

eficiências energéticas, com recuperação de calor, capacidade de free-cooling e, em termos de explo-

ração, actuar sobre os parâmetros de funcionamento dos equipamentos, nomeadamente, modificar,

dentro dos limites de conforto, temperaturas e humidades interiores pretendidas.

Em termos médios a diferença relativa das emissões associadas à energia consumida é inferior no

sistema de vigas arrefecidas, cerca de 19%, o que é consonante com o facto deste sistema apresentar

consumos de electricidade e de gás mais baixos que o sistema de ventiloconvectores, numa diferença

78

relativa de 18.5% e 19.3%, respectivamente, e ainda com uma diferença relativa de 18.6% no que se

refere à energia primária.

Actividades de manutenção

0

50

100

150

200

250

300

350


kgC

eq

/ un

Consumiveis - Poliester Consumiveis - CobreConsumiveis - Aluminio Transporte consumiveisTransporte equipa

Figura 5.17 – Emissões de carbono associadas a actividades de manutenção sobre os sistemas VC e VA,


A opção pelo sistema com vigas arrefecidas, em preterição do sistema com ventiloconvectores,

permite ainda reduzir as emissões libertadas para o ambiente associadas às actividades de manuten-

ção, sobretudo devido às características específicas do equipamento terminal. As vigas arrefecidas,

como não têm motor e filtro de ar, prescindem das operações de manutenção de rebobinagem dos

motores (com consumo de cobre como consumível) e da substituição de filtro, o que evita emissões

associadas ao fabrico de consumíveis (cobre e poliester para o filtro do ventiloconvector), transporte de

consumíveis e transporte de equipas para realizar estas operações. As emissões associadas às opera-

ções de manutenção da UTAN e de electrobombas são idênticas nos dois sistemas. A diferença das

emissões associadas à manutenção entre os dois sistemas é de 58%.

Desperdicios fim de vida

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6


kgC

eq

/ un

Consumiveis - Plástico Consumiveis - Metal

Equipamento - Plástico Equipamento - Metal

Figura 5.18 – Emissões de carbono associadas a desperdícios em fim de vida gerados pelos sistemas VC e VA, por

equipamento terminal

A diferença relativa de emissões de carbono médias associadas aos equipamentos em fim de

vida, equipamentos e consumíveis, é cerca de 40%. Contribuem para esta diferença, sobretudo os

seguintes factores: ao nível dos equipamentos, o facto dos ventiloconvectores serem substituídos ao

79

final de 15 anos e ao nível dos consumíveis, os filtros e o cobre dos motores dos ventiloconvectores

substituídos durante as operações de manutenção. O contributo dos desperdícios em fim de vida para

as emissões globais é desprezável (inferior a 0.1%).

0

2

4

6

8

10


tonC

eq

/ un

Materiais fabrico Transporte equipamento

Energia consumida Actividades manutenção

Desperdícios fim de vida

Figura 5.19 – Emissões de carbono dos sistemas VC e VA no período de 30 anos, por equipamento terminal

As emissões de carbono estimadas para o período de 30 anos, por unidade de equipamento ter-

minal são:

� Ventiloconvector: 8,3 tonCeq/ un ± 14% (ou 30,4 tonCO2 eq/ un ± 14%)

� Viga arrefecida: 6,7 tonCeq/ un ± 13% (ou 24,5 tonCO2 eq/ un ± 13%)

Procurou-se ainda determinar as emissões de carbono a partir do programa de cálculo Bilan Pro-

duit 2008 desenvolvido pela ADEME. Foram aplicados os mesmos parâmetros utilizados na método de

cálculo desenvolvido, com excepção dos factores de emissão que se encontram já pré-definidos pelo

software. Desta forma, será expectável um desvio entre os resultados obtidos, consequência da utiliza-

ção de diferentes factores de emissão. Os resultados obtidos pelo Bilan Produit 2008, por unidade de

equipamento terminal, são os seguintes:

� Ventiloconvector: 8,3 tonCeq/ un

� Viga arrefecida: 6,7 tonCeq/ un

A diferença relativa entre as emissões de carbono médias calculadas de acordo com a metodolo-

gia proposta e pelo Bilan Produit 2008, apresentadas na Tabela 5.13, correspondem a 0,2% para os

sistemas de ventiloconvectores e 1,1% para os sistemas de vigas arrefecidas, o que está dentro do

intervalo determinado pela ferramenta de cálculo desenvolvida, uma vez que a incerteza corresponde a

14% e 13%, respectivamente.

80

Sistema

Ventiloconvectores

Sistema

Vigas arrefecidas Emissões de carbono

(em ton C eq – por sistema) MP BP MP BP

Material equipamento 17,7 ± 15% 10,6 14,9 ± 17% 9,2

Transporte equipamento 5,8 ± 50% 2,1 5,8 ± 50% 2,3

Energia consumida 832,2 ± 13% 859,8 676,4 ± 12% 700,2

Actividades manutenção 23,3 ± 44% 4,9 9,9 ± 42% 3,3

Desperdícios fim de vida < 0,1 ± 20% 0,1 < 0,1 ± 20% 0,1

Total: 879,0 ± 14% 877,5 707,0 ± 13% 715,1

Mínimo 757,1 - 614,8 -

Máximo 1000,9 - 799,2 -

Tabela 5.13 – Emissões de carbono determinadas pelo metodologia proposta (MP) e pelo Bilan Produit (BP)

5.6. Comparativo de emissões de carbono

A energia consumida em fase de exploração, na forma de electricidade e de gás, representa a

principal fonte de emissões durante o período analisado (30 anos), cerca de 95% das emissões glo-

bais, desde o fabrico dos equipamentos até à sua deposição enquanto desperdício em fim de vida.

Desta forma, a redução das emissões passa, em primeiro lugar, pela selecção dos equipamentos mais

adequados com elevada eficiência energética e, em segundo lugar, por actuar directamente sobre os

parâmetros de funcionamento do sistema através de um sistema de gestão técnica centralizado eficaz,

capaz de controlar dinamicamente as condições higro-térmicas interiores e setpoints das máquinas,

entre outros factores.

De modo a evidenciar os principais factores que poderão contribuir para a eficiência energética

dos equipamentos, e uma exploração do sistema que contribua para a poupança energética e, conse-

quentemente, para a redução de emissões de carbono, procedeu-se à variação de alguns parâmetros

na ferramenta de cálculo desenvolvida para a estimativa dos consumos energéticos. Os resultados

obtidos são apenas indicativos das possíveis variações do consumo energético, sendo que, para uma

análise mais detalhada e precisa, deverá recorrer-se a um programa de simulação detalhada com evo-

luções horárias. Os parâmetros considerados são indicados na Tabela 5.14.

Eficiência energética do chiller ESEER

Rendimento da caldeira Propriedades dos equipamentos

Eficiência da recuperação de calor da UTAN

Parâmetros de funcionamento Temperatura interior na estação de aquecimento

Características da instalação Eficiência de ventilação

Tabela 5.14 – Parâmetros considerados no comparativo de emissões

Os resultados obtidos, em termos de consumo anual de energia eléctrica e gás, de energia primá-

ria, e emissões de carbono médias dos sistemas no período de 30 anos, encontram-se tabelados no

Apêndice I e permitem retirar as seguintes conclusões:

81

� A substituição de chillers com eficiências ESEER reduzidas, de 3.0, por chillers de elevada efi-

ciência como considerado na solução base do presente trabalho, com ESEER de 4.2, permite

reduções no consumo de energia eléctrica entre 12% e 14%, para o sistema de ventiloconvec-

tores e de vigas arrefecidas, respectivamente. Em consequência, as emissões de carbono dos

dois sistemas são reduzidas em 8% e 10%;

� A solução base compreende a utilização de uma caldeira de elevado rendimento sazonal, 96%

(indexado ao PCI), pelo que, quando comparada com uma caldeira de baixo rendimento, por

exemplo 80%, permite reduções no consumo de gás de 17% e consequentemente redução de

emissões na ordem dos 5%;

� A eficiência de recuperação de calor da UTAN apresenta-se como um factor fundamental para

a redução do consumo energético, sobretudo no período de aquecimento, onde os diferenciais

de temperatura são superiores, e com um contributo bastante significativo para a redução de

emissões de carbono. Constata-se, que a inclusão de um módulo de recuperação de calor na

UTAN, do tipo hidráulico (run-around-coil) com uma baixa eficiência de 40% (apenas sensível),

como se considerou na solução base, permite a redução do consumo energético de gás em

36% e de electricidade em 2%, em ambos os sistemas, quando comparado com uma UTAN

sem recuperação de calor - a redução de emissões é de 14%. Como indicado anteriormente,

a opção por este tipo de recuperador de calor foi tomada para evitar potenciais contaminações

cruzadas, uma vez que se trata de ambiente hospitalar. Contudo, considerando hipoteticamen-

te a possibilidade de recurso a recuperador de calor do tipo roda térmica (onde ocorre mistura

dos circuitos de insuflação e extracção de ar), com eficiência de recuperação sensível e latente

de 75%, a redução de emissões face à solução base é de 16%, sendo de 28% relativa-

mente a uma UTAN sem módulo de recuperação;

� Pretendeu-se determinar a influência da variação dos parâmetros de funcionamento do siste-

ma, nomeadamente, através do aumento da temperatura interior na estação de arrefecimento

(Verão) e da diminuição da temperatura interior na estação de aquecimento (Inverno). Dado

que o método de cálculo considerado para as necessidades térmicas anuais subentende a sua

determinação em condições de temperatura e humidade interiores nominais39, para efectuar

uma análise comparativa em rigor com base na variação da temperatura interior seria necessá-

rio recorrer a uma simulação dinâmica detalhada. Contudo, visto que, em particular, no período

de aquecimento o contributo principal para as necessidades térmicas reside na admissão de ar

novo (cerca de 96%, de acordo com capítulo 5.2), e consequentemente na diferença de tempe-

raturas exterior e interior, procedeu-se à variação da temperatura interior com respeito à com-

ponente de ar novo. Nestas condições, verificou-se que o efeito da diminuição da temperatura

interior na estação de aquecimento poderá ser considerável, representando, para uma diminui-

ção de 2ºC (temperatura interior de 18ºC) a redução do consumo de gás em 27% e em conse-

39 Alguns parâmetros de cálculo, nomeadamente, a diferença efectiva de temperatura ou a potência sensível

por ocupante, apresentam valores fixos com respeito às condições nominais de temperatura, pelo que não é pos-sível, pelo método de cálculo considerado (indicado no Apêndice B) determinar as necessidades térmicas anuais para temperaturas interiores distintas, em particular no período de arrefecimento.

82

quência a redução das emissões em 7% e 8%, respectivamente, para o sistema de ventilo-

convectores e de vigas arrefecidas;

� Como verificado em capítulos anteriores, a distribuição e difusão do ar pelos equipamentos

terminais pode ser fundamental para a redução ou aumento das cargas de ar novo, devido ao

efeito que a eficiência de ventilação tem sobre o caudal de ar novo a tratar na UTAN. Desta

forma, quanto maior for a eficiência de ventilação de uma instalação, menor o caudal de ar

novo a ser tratado o que conduz a consumos mais reduzidos. Uma vez que não há uma clara

definição da eficiência de ventilação para cada configuração de sistema, pretendeu-se verificar

como a sua variação pode influenciar as emissões de carbono do sistema. Admitindo que o

sistema de ventiloconvectores apresenta uma eficiência fixa de 80% (o que parece razoável),

os consumos e emissões foram calculados para eficiências de ventilação das vigas arrefecidas

de 90%, 95% e 100% (solução base). Verifica-se, entre as soluções com eficiência de ventila-

ção de 90% e de 100%, uma redução no consumo eléctrico de 8% e no gás de 10%, e conse-

quentemente uma redução de 8% nas emissões. A diferença relativa das emissões entre os

sistemas de vigas arrefecidas e ventiloconvectores também é afectada, sendo de 12%, 16% e

20% nas situações em que o sistema de vigas arrefecidas é considerado com uma eficiência

de ventilação de 90%, 95% e 100%, respectivamente.

Apresenta-se nas seguintes figuras o comparativo das emissões de carbono médias calculadas

para os parâmetros considerados.

959919

879

786746

707

0

200

400

600

800

1000

1200

3.0 3.5 4.2 (base)

ESEER do chiller

Em

issã

o C

arbo

no (t

onC

eq)

VentiloconvectorViga Arrefecida

926895 879

745 720 707

0

200

400

600

800

1000

1200

80% 90% 96% (base)

Rendimento da caldeira

Em

issã

o C

arbo

no (t

onC

eq)


Figura 5.20 – Variação das emissões de carbono função

do ESEER do chiller


do rendimento da caldeira

83

1020

879

809 792736

820

707651 638

592

0

200

400

600

800

1000

1200

Semrecuperação

40% sens.(base)

60% sens. 60% sens.60% lat.

75% sens.75% lat.

Eficiência de recuperação de calor

Em

issã

o C

arbo

no (t

onC

eq)


879 879 879

771737

707

0

200

400

600

800

1000

1200

80 - 90% 80 - 95% 80 - 100% (base)

Eficiência de ventilação

Em

issã

o C

arbo

no (t

onC

eq)



da eficiência de recuperação de calor


da eficiência de ventilação

879846

814

707680

654

0

200

400

600

800

1000

1200

20 (base) 19 18

Tinterior (ºC) - estação de aquecimento

Em

issã

o C

arbo

no (t

onC

eq)



da temperatura interior na estação de aquecimento

84

CAPÍTULO 6 : COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES

A nível internacional existe uma preocupação crescente na redução de emissões de carbono

associadas ao ciclo de vida de sistemas e instalações em edifícios, nomeadamente em sistemas

AVAC, o que é evidenciado por vários artigos científicos publicados nesse sentido (Prek, 2004; Wong,

2010 e Dec, 2011) e pela concepção de sistemas de certificação de edifícios eco-sustentáveis como o

LEED. Apesar de já terem sido desenvolvidos trabalhos em Portugal com respeito a metodologias para

cálculo das emissões de GEE associadas a edifícios (Henriques, 2008) e métodos expeditos de esti-

mativa de consumos energéticos em edifícios (Tico, 2009), a presente dissertação apresenta-se de

certa forma como um trabalho unificador destes dois campos de análise, introduzindo no panorama

nacional a temática das emissões de carbono aplicada a sistemas AVAC, preenchendo deste modo

uma lacuna em estudos comparativos deste género.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta expedita de cálculo de emissões de carbono,

baseada no método Bilan Carbone da ADEME. Foi também desenvolvido um método expedito de cál-

culo de potências térmicas (para dimensionamento e selecção dos equipamentos) e de necessidades

térmicas anuais (para estimar consumos eléctricos e de gás), baseado nos métodos descritos no

Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) e no Decreto-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE), sujeito a adapta-

ções para dar resposta a algumas exigências regulamentares e para estimar parâmetros de funciona-

mento reais.

Face ao que parece ser a actual expansão do mercado de AVAC na Saúde, foram considerados

dois sistemas, ventiloconvectores e vigas arrefecidas, como casos de estudo. Apresentam-se as prin-

cipais conclusões em termos de consumo de energia final, energia primária e de emissões de carbono.

Consumo de energia final

� Para garantir as mesmas condições de QAI no que se refere aos caudais mínimos de ar novo,

e face à localização dos equipamentos terminais e às condições de difusão do ar, considerou-

se que as vigas arrefecidas apresentam uma solução de difusão de ar mais eficiente, com uma

eficiência de ventilação de 100%, enquanto que os ventiloconvectores apresentam uma efi-

ciência de 80% - o que implica que a UTAN-VA necessita de um caudal de ar novo inferior;

� Apesar do caudal de ar novo inferior no sistema de vigas arrefecidas, a baixa temperatura do

ar primário na estação de arrefecimento (ar novo é insuflado a 15ºC) conduz a necessidades

térmicas de ar novo mais elevadas que no sistema de ventiloconvectores mas, também pro-

porciona o decréscimo das necessidades locais de arrefecimento sensível. Desta conjugação

de factores resultam necessidades térmicas sensíveis mais reduzidas no sistema de vigas

arrefecidas, com uma diferença relativa ao sistema de ventiloconvectores de cerca de 4%. Por

outro lado, a temperatura de funcionamento do fluido térmico (água) das baterias de arrefeci-

mento das vigas arrefecidas, superior a 14ºC, não permite efectuar a desumidificação do local,

pelo que a UTAN-VA deverá disponibilizar carga latente adicional para compensar as cargas

internas dos vários espaços climatizados e evitar condensações indesejadas – daqui resulta

que as necessidades de desumidificação no período de arrefecimento sejam mais elevadas no

sistema de vigas arrefecidas, com uma diferença relativa de 10%. Nestas condições, a diferen-

85

ça global entre as necessidades anuais de arrefecimento (sensível e latente) obtidas para os

dois sistemas é desprezável, representando cerca de 1%;

� No que diz respeito às necessidades térmicas de aquecimento, estas são claramente inferiores

no sistema de vigas arrefecidas, com uma diferença relativa de cerca de 19%. Dado que o

peso fundamental reside nas necessidades térmicas sensíveis da UTAN, não é de estranhar

que a diferença relativa entre os dois sistemas de climatização corresponda aproximadamente

à diferença relativa entre os caudais de ar novo, e às respectivas eficiências de ventilação;

� Relativamente ao consumo dos equipamentos, o sistema de vigas arrefecidas permite uma

redução, face ao sistema de ventiloconvectores, de 18,5% no consumo eléctrico e de 19,3% no

consumo de gás. Salienta-se que, quando se opta pelo sistema de vigas arrefecidas, é notória

a redução do consumo eléctrico associado aos ventiladores, em cerca de 30%, sendo que a

ausência de motores nas vigas arrefecidas contribui significativamente para o seu decréscimo.

No que se refere aos ventiladores das UTAN’s, apesar do caudal de ar novo da UTAN-VA

representar 80% do caudal de ar novo da UTAN-VC, os consumos eléctricos associados aos

ventiladores de insuflação são aproximadamente iguais, o que se deve, sobretudo, à pressão

adicional a disponibilizar pela UTAN, por forma a vencer a perda de carga nas vigas arrefeci-

das (cerca de 125 Pa);

� Desta forma constata-se que os principais contributos para a redução dos consumos de ener-

gia final residem na ausência de motores nas vigas arrefecidas (consumo eléctrico) e no cau-

dal de ar novo mais reduzido que influencia as necessidades térmicas de aquecimento e con-

sequentemente o consumo de gás.

Consumo de energia primária

� Aplicando os factores de conversão de energia primária aos consumos eléctricos e de gás,

verifica-se que o sistema de vigas arrefecidas permite uma redução de 18,6% no consumo de

energia primária face ao sistema de ventiloconvectores, apresentando por unidade de equipa-

mento terminal, 520 kgep/ un no sistema de ventiloconvectores e 423 kgep/ un no sistema de

vigas arrefecidas.


� Considerando as diferentes fases do ciclo de vida dos sistemas durante o período de 30 anos,

verifica-se a redução de emissões de carbono em cerca de 20% quando se opta pela substitui-

ção do sistema com ventiloconvectores pelo sistema com vigas arrefecidas, apresentando por

unidade de equipamento terminal, 8,3 tonCeq/ un ± 14% no sistema de ventiloconvectores e

6,7 tonCeq/ un ± 13% no sistema de vigas arrefecidas;

� Observando as proporções das categorias analisadas, constata-se que o peso principal para

as emissões reside na energia consumida em fase de exploração, correspondente aos consu-

mos de electricidade e de gás, afectando cerca de 95% do valor de emissões globais no

balanço de ambos os sistemas no período analisado. Desta forma, para reduzir as emissões

de carbono destes sistemas, é importante seleccionar equipamentos com eficiências energéti-

cas elevadas, com recuperação de calor, capacidade de free-cooling e em termos de explora-

ção, actuar sobre os parâmetros de funcionamento dos equipamentos, nomeadamente, modifi-

86

car, dentro dos limites de conforto, temperaturas e humidades interiores. Contudo, visto que os

casos de estudo estão inseridos em contexto hospitalar, particular atenção deve ser dada à

modificação das temperaturas e humidades interiores, uma vez que o estado debilitado dos

doentes exige condições de conforto especificas (ASHRAE, 2003 e ACSS, 2010);

� De modo a validar os resultados obtidos pelo método de cálculo desenvolvido, procedeu-se à

determinação de emissões de carbono a partir do software Bilan Produit disponibilizado pela

ADEME. A diferença relativa entre as emissões de carbono médias calculadas pela ferramenta

de cálculo desenvolvida e pelo Bilan Produit corresponde a 0,2% para os sistemas de ventilo-

convectores e 1,1% para os sistemas de vigas arrefecidas, que está dentro do intervalo de

incerteza obtido de 14% e 13%, respectivamente.

Conclui-se que o sistema com vigas arrefecidas apresenta um desempenho energético superior e,

permite, consequentemente, redução de emissões de carbono, face ao elevado contributo dos consu-

mos energéticos nas emissões globais. Neste sentido, deve ser realçada a importância do desenvolvi-

mento do método de cálculo para a estimativa das necessidades térmicas anuais e de consumos ener-

géticos dos equipamentos. A este facto não pode ficar alheia a introdução do conceito original de

Humidade-dia, que permite estimar, em paralelo e de forma similar ao Grau-dia, as necessidades

anuais de desumidificação e humidificação, e que os métodos de cálculo adoptados nos Regulamentos

(RCCTE) não prevêem, devido ao seu peso no balanço térmico global, considerado pouco importante.

Verifica-se, contudo, no intervalo admitido para controlo de humidade relativa interior (entre 40% a

60%) que, apesar do peso negligenciável das necessidades de humidificação no período de aqueci-

mento (cerca de 3% das necessidades de aquecimento anuais), na estação de arrefecimento o peso

da desumidificação não é de todo desprezável, representando cerca de 20% das necessidades de

arrefecimento anuais. O desenvolvimento deste conceito surgiu da necessidade de comparar as neces-

sidades anuais de desumidificação, uma vez que a incapacidade das vigas arrefecidas em tratar car-

gas latentes exige o aumento do consumo da UTAN-VA para fazer face às necessidades de desumidi-

ficação adicionais, sendo que se verificou, inclusive, que este factor pode ser penalizador para os sis-

temas de vigas arrefecidas, não influenciado, ainda assim, as conclusões acerca da melhor performan-

ce energética deste tipo de sistemas.

Outra vantagem da solução de vigas arrefecidas prende-se com a poupança económica associada

à factura energética, quer em termos de electricidade quer em termos de gás, permitindo assim uma

análise comparativa mais abrangente, que poderá ser explorada em trabalhos futuros. Deve ainda ser

considerada a redução de custos associados às operações de manutenção, pelo facto das vigas arre-

fecidas não disporem de filtro ou componentes móveis (como o conjunto motor-ventilador do ventilo-

convector), e ainda ao seu tempo médio de vida útil que garante o funcionamento durante o período de

30 anos, sem necessidade de substituição por equipamentos novos. A principal desvantagem das

vigas arrefecidas reside, sobretudo, no custo de investimento inicial mais elevado.

Em futuros trabalhos propõe-se a aplicação e validação das ferramentas de cálculo desenvolvidas

para outros sistemas, sendo que se revela particularmente interessante aprofundar o conceito de

Humidade-dia desenvolvido neste trabalho e procurar avaliar o seu erro através da aplicação a casos

de estudo de edifícios em funcionamento com consumos reais.

87

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ACSS (2010). Especificações Técnicas para Instalações de AVAC – ET 06/2008 (rev. 2010). Lisboa:

UONIE/ACSS.

ADEME (2005). Facteurs d’Émission de Dioxyde de Carbone pour les Combustibles, les Chiffres Ade-

me à Utiliser. Paris: ADEME.

ADEME (2007a). Bilan Carbone, Emission Factors Guide - version 5.0. Paris: ADEME.

ADEME (2007b). Bilan Carbone, Methodological Guide - version 5.0. Paris: ADEME.

ADENE (2011). Perguntas & Respostas sobre o RSECE Energia - versão 2.0. Miraflores: ADENE

APA (2010). Factores de Emissão associados ao Consumo de Energia Eléctrica, 1990 a 2008. Acedido

em 7 de Dezembro de 2010 em:http://www.apambiente.pt/politicasambiente/Ar/InventarioNacional/

Paginas/default.aspx

APA (2011). Dados Estatísticos de Embalagens e Resíduos de Embalagens, 1998 a 2005. Acedido em

12 de Janeiro de 2011 em: http://www.apambiente.pt/politicasambiente/Residuos/fluxresiduos/

respalarprodutor/ERE/Paginas/default.aspx

ASHRAE (2000). ASHRAE Guideline 12-2000 – Minimizing the Risk of Legionellosis Associated with

Building Water Systems. Atlanta: ASHRAE.

ASHRAE (2003). HVAC Design Manual for Hospitals and Clinics. Atlanta: ASHRAE.

ASHRAE (2007). ASHRAE Handbook - HVAC Applications, SI Edition. Atlanta: ASHRAE

CARRIER (1970). Manual de Aire Acondicionado. Espanha: Carrier.

Dec, M. (2011), Carbon Footprint Analysis: the 2030 Challenge. Acedido em 13 de Outubro de 2011

em: http://www.glumac.com/greenresources/gr_2030_challenge.html

Decreto-Lei n.º 40/90 de 6 de Fevereiro. Diário da República nº 31/98 - I Série. Ministério das Obras

Públicas, Transportes e Comunicações. Lisboa.

Decreto-Lei n.º 118/98 de 7 de Maio. Diário da República nº 105/98 - I Série-A. Ministério do Equipa-

mento, do Planeamento e da Administração do Território. Lisboa.

Decreto-Lei n.º 78/2006 de 4 de Abril. Diário da República n.º 67/2006 - I Série-A. Ministério das Obras




88



Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro. Jornal Oficial das Comunidades Europeias - L1/65.

Directiva 2003/87/CE de 13 de Outubro. Jornal Oficial da União Europeia – L275/32.

Directiva 2010/31/EU de 19 de Maio. Jornal Oficial da União Europeia - L153/13.

EEA (1998), Europe’s Environment: The Second Assessment. Oxford: EEA/Elsevier Science

Publishers.

EEA (1999), Environment in the European Union at the Turn of the Century. Copenhagen: EEA.

ERSE (2009a). Análise da Evolução e Caracterização da Procura de Gás Natural no Ano Gás 2009-

2010. Lisboa: ERSE.

ERSE (2009b). Comércio Europeu de Licenças de Emissão de Gases com Efeito de Estufa, Análise

para Portugal – Período 2005-2008. Lisboa: ERSE.

Fornasieri, E., Corradi, M. Cecchinato, L. Seasonal Efficiency (ESEER) of different installation solutions

of chillers using screw compressors for R134a. Texto inédito, University of Studies of Padua.

Henriques, A.(2008). Metodologia para Cálculo das Emissões de Gases de Efeito de Estufa Associa-

das a Edificios. Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente. Lisboa: Instituto Superior Técni-

co.

INMG/LNEC (1989). Temperaturas Exteriores de Projecto e Número de Graus-Dias. Lisboa:

INMG/LNEC.

INMG/LNEC (1995). Temperaturas Exteriores de Projecto e Número de Graus-Dias (2ª ed.). Lisboa:

INMG/LNEC.

IPCC (1996), Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reference

Manual. Geneva: IPCC.

IPCC (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to

the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. New York:

Cambridge University Press.

Kurnitski, J. et al. (2011). How to define nearly net zero energy buildings nZEB. The REHVA European

HVAC Journal, 3, 6-12.

Maldonado, E. & Gonçalves, H. (2006). Manual de Apoio à Aplicação do RCCTE. Lisboa: INETI.

89

Maldonado, E. (2001). Manual de Aplicação do RSECE. Lisboa: Ordem dos Engenheiros.

Pereira, T., Seabra, T., Maciel, H. & Torres,P.(2010). Portuguese National Inventory on GreenHouse

Gases, 1990-2008. Amadora: APA.

Prek, M. (2004). Environmental Impact and Life Cycle Assessment of Heating and Air Conditioning

Systems, a Simplified Case Study, Energy and Buildings, 36, 1021-1027.

REHVA (2006). Manual REHVA - Vigas Arrefecidas. Lisboa: OE / REHVA.

Roriz, L. (2006). Climatização - Concepção, Instalação e Condução de Sistemas (1ª ed.). Amadora:

Orion.

Ruivo, C. (2010). Formação: Psicometria Aplicada - AVAC. Texto inédito, Instituto Superior de Enge-

nharia, Universidade do Algarve.

Ruivo, C. (2011). Formação: Cálculo de Cargas Térmicas. Texto inédito, Instituto Superior de Engenha-

ria Universidade do Algarve.

Santos, C. P. & Matias, L. (2006). Coeficientes de Transmissão Térmica de Elementos da Envolvente

dos Edificíos (ITE 50). Lisboa: LNEC.

Tico, N. (2009). Método Expedito de Estimativa de Consumos Energéticos e Potências em Edifícios -

Aplicação a um Edifício Hospitalar. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica. Lisboa: Institu-

to Superior Técnico.

Wong, F e Tang, Y (2010), Comparative Life-Cycle Carbon Footprint Study of a Proposed District

Cooling System and Conventional HVAC Systems for Hong-Kong New Urban Developments. 16th

Anual International Sustainable Development Research Conference 2010, 1-9.

Xará, S. (2009). A Incineração de Resíduos em Portugal. Debater a Europa, 1, 71-75.

Yuan, S. e O’Neill, Z.(2008). Testing and Validating an Equation-Based Dynamic Building Program with

ASHRAE Standard Method of Test. Third National Conference of IBPSA-USA, 45-52.

90

Web-sites:

ACSS. Web-site da Administração Central do Sistema de Saúde: http://www.acss.min-saude.pt/

ADEME. Web-site da Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie: http://www.ademe.fr/

ADENE. Web-site da Agência para a Energia: http://www.adene.pt/

APA. Web-site da Agência Portuguesa do Ambiente: http://www.apambiente.pt/

Carbon Trust. Web-site do Carbon Trust: http://www.carbontrust.co.uk/

DGEG. Web-site da Direcção Geral de Energia e Geologia: http://www.dgge.pt/

ERSE. Web-site da Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos: http://www.erse.pt/

GHG Protocol. Web-site do GHG Protocol Initiative: http://www.ghgprotocol.org/

IPCC. Web-site do Intergovernmental Panel on Climate Change: http://www.ipcc.ch/

REN. Web-site das Redes Energéticas Nacionais: http://www.ren.pt/

USGBC (LEED). Web-site do U.S. Green Building Council: http://www.usgbc.org/

I

APÊNDICES

II

Apêndice A - Metodologia de cálculo de potências térmicas

O método de cálculo de potências térmicas de arrefecimento e aquecimento proposto no presen-

te trabalho baseia-se no método de verificação da potência máxima definido no Decreto-Lei n.º

118/98, que integra o antigo Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

(RSECE), e ainda pelo método de cálculo de cargas térmicas definido pela CARRIER (1970). Em

situações pontuais foram adaptados os parâmetros do actual Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) por

forma a dar resposta a algumas exigências regulamentares.

A.1 - Potência térmica nominal de arrefecimento

A potência térmica nominal de arrefecimento é a potência útil que é necessário extrair para man-

ter no seu interior as condições nominais de temperatura e humidade. O cálculo da potência térmica

nominal de arrefecimento contabiliza as seguintes trocas de calor:

� Ganhos de calor por radiação através dos envidraçados;

� Ganhos de calor por condução através da envolvente exterior;

� Ganhos de calor por condução através da envolvente interior;

� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos;

� Ganhos de calor associados à admissão de ar exterior.

Apresenta-se na tabela A.1 o resumo das expressões de cálculo consideradas para a potência

nominal de arrefecimento.

Adaptações efectuadas às expressões de cálculo do RSECE – D.L. nº 118/98:

Apresentam-se os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RSECE – Decreto-Lei

n.º 118/98, que tiveram como objectivo adaptar as mesmas aos novos Regulamentos e a condições

de funcionamento real:

� Na expressão de cálculo da potência de ganhos por radiação através dos envidraçados do

RSECE (D.L. 118/98), é considerado um coeficiente de 0,7 correspondente ao factor de obs-

trução Φ, resultante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstá-

culos exteriores. Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obs-

trução Φ está implícito no cálculo do factor solar s, sendo a expressão definida no RCCTE

(D.L. 40/90) ajustada da seguinte forma:

85.0s's

s v⋅⋅Φ= (A.1) s’ – factor solar da protecção solar, obtido do quadro VI.8 do RCCTE (D.L. n.º 40/90)

sv – factor solar do vidro, obtido do quadro VI.9 (D.L. n.º 40/90) Φ – factor de obstrução, que pode apresentar o valor típico de 0,7

Desta forma, é possível considerar diferentes cenários em que o factor de obstrução é dife-

rente de 0,7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise.

� O método de cálculo do RSECE (D.L. n.º 118/98) impõe que no cálculo da potência térmica

nominal de aquecimento, em edifícios novos, as potências de ganho pela envolvente (PA2 e

PA3) sejam multiplicadas por 0,8, o que é equivalente a exigir uma envolvente com valores do

III

coeficiente de transmissão térmica mais exigentes, ou seja, 80% dos valores de referência

exigidos no RCCTE (D.L. 40/90). Como actualmente os edifícios têm envolventes projectadas

e construídas com requisitos mais exigentes que os do RCCTE de 1990, o factor 0,8 não tem

assim significado, pelo que não foi considerado nas expressões de cálculo apresentadas.

Realça-se ainda que os valores do coeficiente de transmissão térmica U a utilizar deverão ser

retirados do ITE50 – LNEC que apresenta dados actualizados referentes às envolventes

actuais, face ao antigo ITE38 – LNEC referido no RSECE (D.L. 118/98).

� A potência de perdas térmicas pela envolvente interior deve-se à diferença de temperatura

entre o ar interior e o ar dos espaços não úteis, bem como de outras fracções autónomas

adjacentes de edifícios vizinhos. Por forma a estimar a diferença de temperatura (Ta – Tint),

onde Ta é a temperatura do espaço não útil, o RSECE (D.L. 118/98) procede à simplificação

de cálculo considerado o factor 0.75 no cálculo da potência de modo que:

)TT(AU75,0P intéxteriorint_env −⋅⋅×= (A.2)

Por outro lado o actual RCCTE (D.L. 80/2006) propõe um método mais detalhado para o cál-

culo das perdas/ ganhos relativos a espaços não úteis, através da variável τ. Desta forma, a

expressão de cálculo considerada adapta a expressão de cálculo do D.L. n.º 118/98, conside-

rando a variável fint que poderá tomar os valores definidos no actual RCCTE (D.L. 80/2006),

ou simplesmente considerar o valor de 0,75 do RSECE (D.L. 118/98).

� Relativamente ao cálculo da potência total por admissão do ar exterior (sensível e latente) o

RSECE (D.L. 118/98) indica que não devem ser somados os termos correspondentes às infil-

trações e ao ar novo. As situações de referências consideradas são as seguintes:

o No caso de não existir insuflação mecânica de ar novo para o interior do edifício,

deve ser considerado apenas o termo relativo à infiltrações;

o No caso de existir ventilação mecânica, deve ser considerado o maior dos dois ter-

mos (infiltrações ou ar insuflado mecanicamente)

De acordo com o manual de aplicação do RSECE (Maldonado, 2001) só faz sentido contabili-

zar o termo relativo às infiltrações de ar quando o espaço em questão não estiver em sobre-

pressão ou o edifício não for pressurizado. Para as condições nominais considera-se:

o Edifício pressurizado: 0,5 ren/h

o Edifício não pressurizado: 1,0 ren/h

Desta forma, na expressão de cálculo da potência de ganhos por admissão do ar exterior, a

variável caudal de ar novo exterior QAN deve ter em conta estas considerações.

Nos espaços com exigências regulamentares ao nível do ar novo, para proceder à renovação

do ar do local com fins de higiene e saúde, e garantir assim a Qualidade de Ar Interior (QAI),

o caudal de ar novo deve ser retirado do Anexo VI do actual RSECE (D.L. 79/2006). A tabela

constante do Anexo VI do D.L. 79/2006 apresenta os caudais mínimos de ar novo (por pes-

soa, Qocup em m3/(h.ocup), e por área, Qarea em m3/(h.m2)) que estão de acordo com as

actuais exigências de QAI, pelo que se considerou que os valores do antigo D.L. 118/98

devem ser preteridos. No seguimento das exigências regulamentares do actual RSECE, con-

sidera-se ainda a eficiência de ventilação εv, cuja definição do RSECE foi corrigida pela ADE-

IV

NE (2011) como a “razão entre o caudal de ar novo que efectivamente chega à zona ocupada

de um dado espaço e o caudal de ar novo insuflado no mesmo. De acordo com o disposto na

norma Europeia EN13779:2007, entende-se como zona ocupada o volume de um espaço

onde pode ocorrer ocupação humana, compreendido entre o nível do pavimento até uma altu-

ra de 2m.”. O caudal de ar novo mínimo a considerar é obtido a partir da seguinte expressão:

⋅⋅⋅ε⋅⋅ε

⋅⋅=

contráriocaso,)Vol5.0,AQ,NQ(max

apenasnaturalventilação,PA1Q

areavpocupv

dpAN

(A.3)

� A expressão de cálculo da potência total por admissão do ar exterior do RSECE, foi ainda

ajustada de modo a considerar a eficiência de recuperação de calor do sistema, caso seja

disponibilizado no sistema equipamento com esse fim. Para tal, é necessário obter junto do

fabricante a eficiência do recuperador40 e ter ainda em conta a relação dos caudais envolvi-

dos na transmissão de calor. Foi considerada na expressão de cálculo a temperatura de insu-

flação do ar, por forma a estimar as potências dos equipamentos em condições normais de

funcionamento, em que, regra geral, a temperatura do ar insuflado para o espaço é distinta da

temperatura interior nominal.

A potência térmica por condução através da envolvente exterior corresponde aos ganhos de

calor através das paredes, de envidraçados, da cobertura e do pavimento. No Verão, devido à acção

combinada da diferença de temperaturas entre o exterior e o interior e da radiação solar incidente

sobre as superfícies exteriores dos elementos da envolvente, a transferência de calor através dessas

zonas não pode ser quantificada em regime permanente, ao contrário do que sucede no Inverno, uma

vez que tanto a radiação solar como a temperatura exterior variam continuamente ao longo do dia.

40 A eficiência de um recuperador de calor, sensível e latente, é determinada a partir das seguintes expres-

sões:

13

12

sensrec TT

TT−

−=ε

T1 – Temperatura do ar exterior a montante do recuperador, em ºC - cor-

responde à temperatura exterior Text

T2 – Temperatura do ar exterior a jusante do recuperador, em ºC - corres-

ponde a uma temperatura Trec_in

T3 – Temperatura do ar interior a montante do recuperador, em ºC - corres-

ponde à temperatura interior Tint

13

12

latrec XX

XX−

−=ε

X1 – humidade absoluta do ar exterior a montante do recuperador, em g/kg

X2 – humidade absoluta do ar exterior a jusante do recuperador, em g/kg

X3 – humidade absoluta do ar interior a montante do recuperador, em g/kg

Num equipamento de climatização do tipo UTA, as baterias de arrefecimento localizadas a jusante do ponto

2, apresentam a seguinte potência sensível:

( )insin_recANsensTTQ34.0P −⋅⋅= QAN – caudal de ar novo que atravessa a bateria de arrefecimento, em m3/h

Trec_in – temperatura do ar exterior a jusante do recuperador de calor, em ºC

Tins – temperatura do ar insuflado para o espaço a climatizar, em ºC

Considerando a expressão da eficiência do recuperador, obtém-se:

( ) ( )

−ε−−⋅⋅=⇒

−

−=ε intext

sensrecinsextANsens

extint

extin_rec

sensrec TTTTQ34.0P

TT

TT

Procede-se da mesma forma para a determinação da potência latente da bateria.

V

Assim para se proceder ao cálculo da potência térmica de arrefecimento de uma forma mais rigorosa

do que em regime permanente, o RSECE (D.L. 118/98) recorre à noção de Diferença Efectiva de

temperatura – ∆Te que se define como sendo a diferença de temperaturas entre o exterior e o interior

que deveria existir em cada instante para que, em regime permanente, o ganho de calor fosse igual

ao ganho de calor real. Deste modo, a componente instantânea da potência térmica por condução

através da envolvente dos edifícios pode ser calculada através de uma equação simples, semelhante

à do regime permanente, com a seguinte forma:

)t(TAU)t(P e∆⋅⋅= (A.4)

sendo ∆Te (t) o valor instantâneo das Diferenças Efectivas de Temperatura correspondentes ao ele-

mento da envolventes. Os valores apresentados no RSECE para os períodos da manhã (PM), da

tarde (PT) e fim da tarde (FT) foram obtidos dos valores instantâneos para as 10h, 12h e 15h, respec-

tivamente, horas solares (11h30, 13h30 e 16h30 horas legais, respectivamente).

VI

Tipo de ganho de calor

Expressão de cálculo

Descrição e referências

Potência de ganhos por radiação através dos envidraçados

( )∑ ⋅⋅⋅=j

jjjj1A FIGVsGAP (A.5) PA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (W)

A – área de cada tipo de envidraçado (m2) G – ganhos solares mensais máximos em períodos de sol descoberto, para cada orientação, para um factor solar de 100%

(W/m2). Os valores típicos de G considerados são obtidos do Quadro IV.8 do RSECE – DL118/98 s – factor solar de cada tipo de envidraçado. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE – DL40/90), do tipo e cor da

protecção exterior e interior (Quadro VI.8 do RCCTE – DL40/90) e ainda do factor de obstrução (valor típico de 0.7) FIGV – factor inercial de ganho solar do envidraçado. É função da orientação, do tipo de construção, da hora e da existência ou

não de sombreamento interior. Os valores típicos de FIGV estão listados no Quadro IV.9 do RSECE – DL118/98. As clas-ses de inércia estão listadas no quadro IV.10 do RSECE – DL118/98.

Potência de ganhos por condução através da envolvente exterior

( )( )∑ ∆⋅⋅⋅=j

jejjc2A TUAfP (A.6) PA2 – ganhos pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (W).

U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no

cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do

coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste factor

encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE - DL40/90. Para cumprimento do RSECE – DL118/98, o valor de fc

para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0. A – área do elemento da envolvente medida pelo exterior (m2)

∆Te – diferença efectiva de temperatura através de cada tipo de elemento da envolvente (ºC). É função do tipo de elemento,

orientação, latitude, mês, hora e condições de projecto: ∆Te para paredes – indicado no Quadro IV.3 do RSECE – DL118/98 em função do tipo de parede. Classificação da paredes no

Quadro IV.4 do RSECE – DL118/98. ∆Te para coberturas – indicado no Quadro IV.6 do RSECE – DL 118/98 em função do tipo de cobertura. ∆Te para envidraçados e pavimentos – indicado no Quadro IV.7 do RSECE – DL118/98.

As correcções de ∆Te para as zonas climáticas são indicadas no Quadro IV.5 do RSECE – DL118/98.

Potência de calor por condução através da envolvente interior

( )( )∑ −⋅⋅⋅=j

intextjjint3A TTUAfP (A.7) PA3 – ganhos de calor pela envolvente interior (W).

U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo do U

estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)

Text – temperatura do ar exterior (ºC)

Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC) fint – factor da envolvente interior

Potência de calor por ganhos internos

� Sensível

� Latente

equip4Atrab

ilum4Aamb

ilum4Aocup4A4A PPPPP−−−−

+++= (A.8)

equipBocupBB PPP += (A.9)

PA4 , PB – ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (W) – componente

sensível e latente, respectivamente. PA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (W)

Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista para o

edifício. sensocupP , lat

ocupP - potência relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente, por cada ocupante e por tipo de activida-

de, cujos valores se encontram tabelados no Quadro IV.11 do RSECE – DL 118/98 (W/ocup). PA4-ilum_amb, PA4-ilum_trab – potência dos ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (W).

VII

Potência de calor resultante de:

� Ocupação

� Iluminação:

- Ambiente

- Trabalho

� Equipamentos

latocupp

)lat(

ocupBsensocupp

)sens(

ocup4A PNP,PNP ⋅=⋅=−

(A.10)

ilumambambamb_ilum4A fFIGIPAP ⋅⋅⋅=−

(A.11)

ilumtrabtrabtrab_ilum4A fPAP ⋅⋅=−

(A.12)

latequip

)lat(

equipBsensequip

)sens(

equip4A PAP,PAP ⋅=⋅=−

(A.13)

Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado, respecti-

vamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho, respectivamente (m2) FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada no

local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3 classes de

inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98. filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de 1.25.

Nos restantes casos será unitário. PA4-equip, PBequip – potência dos ganhos resultantes do equipamento, relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamen-

te (W). Deverá ser considerado o valor da potência térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor de

simultaneidade aplicável.

Potência de ganhos por admissão do ar exterior

� Sensível

� Latente

Eficiência de recuperação calor

( ) ( )

−ε−−⋅⋅= intext

sensrecinsextANsensC TTTTQ34.0P (A.14)

( ) ( )

−ε−−⋅⋅= intext

latrecinsextANlatC XXXXQ85.0P (A.15)

( )( )ANrejeição

ANrejeiçãorrecuperadorec Q,Qmax

Q,Qmin⋅ε=ε

PCsens , PClat – ganhos de calor por admissão do ar exterior (W) – componente sensível e latente, respectivamente.

QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h) Text – temperatura do ar exterior (ºC)

Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC)

Xext – humidade absoluta no ar exterior (gagua / kgar seco)

Xint – humidade absoluta no ar no interior do local (gagua / kgar seco)

Tins – temperatura do ar de insuflação (ºC)

Xins – humidade absoluta do ar de insuflação (gagua / kgar seco) εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os caudais

envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN

Potência total arrefecimento

� Sensível

� Latente

sensC4A3A2A1AsensPPPPPP ++++= (A.16)

latCBlat PPP += (A.17)

Tabela A. 1 – Resumo das expressões de cálculo da potência nominal de arrefecimento

VIII

A.2 - Potência térmica nominal de aquecimento

A potência térmica nominal de aquecimento é a potência resultante do balanço das perdas tér-

micas nas condições nominais e corresponde à potência útil que seria necessário fornecer para man-

ter as condições de temperatura e humidade nominais pretendidas no seu interior na ausência de

quaisquer ganhos. O cálculo da potência térmica nominal de aquecimento contabiliza as seguintes

trocas de calor:

� Perdas de calor através da envolvente exterior;

� Perdas de calor através da envolvente interior;

� Perdas de calor associados à admissão de ar exterior.

Apresenta-se na tabela A.2 o resumo das expressões de cálculo consideradas para a potência

nominal de aquecimento.

Adaptações efectuadas às expressões de cálculo do RSECE – D.L. n.º118/98:

Foram efectuados os ajustes a algumas expressões de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º

118/98, tal como indicado anteriormente relativamente ao cálculo da potência térmica de arrefecimen-

to, que tiveram como objectivo adaptar as mesmas aos novos Regulamentos e a condições de fun-

cionamento real.

Realça-se que, uma vez pretendido calcular a potência térmica nominal de aquecimento, pode-

se admitir que esta potência será necessária para satisfazer as necessidades de ponta, que certa-

mente ocorrerá após uma sequência mais ou menos prolongada de dias frios, sem radiação solar

significativa e sem ganhos de calor internos, ou seja, em condições semelhantes às do regime per-

manente, em que as temperaturas são constantes.

IX

Tipo de perda de calor



Potência de perdas pela envolvente exterior

( )( )∑ −⋅⋅⋅=j

jintextjjc1A TTUAfP (A.18) PA1 – potência de perdas pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (W).


cálculo do U estão indicados no ITE 50. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do


encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE - DL40/90. Para cumprimento do RSECE – DL118/98, o valor de fc

para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0. A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2) Text – temperatura do ar exterior (ºC)


Potência de perdas pela envolvente interior

( )( )∑ −⋅⋅⋅=j

intextjjint2A TTUAfP (A.19) PA2 – potência de perdas de calor pela envolvente interior (W).


estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)


Tint – temperatura do ar no interior do local (ºC) fint – factor da envolvente interior

Potência de perdas por admissão do ar exterior

� Sensível

� Latente

Eficiência recuperação de calor

( ) ( )

−ε−−⋅⋅= extint

sensrecextinsANsensC TTTTQ34.0P (A.20)

( ) ( )

−ε−−⋅⋅= extint

latrecextinsANlatC XXXXQ85.0P (A.21)

( )( )ANrejeição

ANrejeição

rrecuperadorec Q,Qmax

Q,Qmin⋅ε=ε

PCsens , PClat – potência de perdas por admissão do ar exterior (W) – componente sensível e latente, respectivamente.

QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h)



Xext – humidade absoluta no ar exterior (gagua / kgar seco)

Xint – humidade absoluta no ar no interior do local (gagua / kgar seco) Tins – temperatura do ar de insuflação (ºC)

Xins – humidade absoluta do ar de insuflação (gagua / kgar seco)

εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os caudais

envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN

Potência total aquecimento

� Sensível

� Latente

sensC2A1AsensPPPP ++= (A.22)

latClat PP = (A.23)

Tabela A. 2 – Resumo das expressões de cálculo da potência nominal de aquecimento

X

Apêndice B - Metodologia de cálculo de necessidades térmicas anuais

O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento e aquecimento pro-

posto no presente trabalho baseia-se no método de cálculo descrito no Decreto-Lei n.º 40/90, que

integra o antigo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE)

e ainda em alguns parâmetros de cálculo do Decreto-Lei n.º 118/98, que definia o antigo Regulamen-

to dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE). Em situações pontuais foram

adaptados os parâmetros do actual Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) por forma a dar resposta a

algumas exigências regulamentares.

B.1 – Necessidades térmicas de arrefecimento

O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento contabiliza o balan-

ço das seguintes componentes:

� Ganhos de calor por radiação através dos envidraçados;

� Ganhos de calor por condução através da envolvente exterior;


� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos;

� Ganhos de calor associados à admissão de ar exterior.

Apresenta-se na tabela B.1 o resumo das expressões de cálculo consideradas para as necessi-

dades térmicas de arrefecimento, com as adaptações descritas de seguida.

Adaptações efectuadas às expressões de cálculo:

O RCCTE - Decreto-Lei n.º 40/90 apenas considera para as necessidades térmicas de arrefeci-

mento, as componentes térmicas relativas a ganhos por condução através da envolvente exterior e

ganhos solares através do envidraçado. Realça-se que este Regulamento “apenas visa o edifício

propriamente dito, não tratando das instalações energéticas para o conforto, que serão objecto de

regulamentação separada”.

De acordo com a filosofia do RCCTE os ganhos internos não são considerados, uma vez que

“não são uma consequência directa da envolvente”. Da mesma forma, este Regulamento considera

desprezável a contribuição da renovação de ar para as necessidades de arrefecimento, dado que “a

diferença entre as temperaturas interior e exterior é geralmente, e em média, pequena”. Contudo,

uma vez que se pretende um cálculo estimativo das necessidades térmicas de arrefecimento para um

edifício genérico com instalações de climatização, interessa considerar todas as componentes térmi-

cas, tal como definidos no RSECE (D.L.n.º 118/98) – especial enfâse pode ser atribuído às cargas

internas que são uma componente térmica importante em edifícios de serviços, assim como à contri-

buição da admissão de ar novo no edifício, face às exigentes necessidades actuais de renovação de

ar e de Qualidade do Ar Interior (QAI). Desta forma, optou-se por incluir e adaptar as expressões de

cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98 relativos a:

XI

� Ganhos de calor internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equi-

pamentos;

� Ganhos de calor associados à admissão do ar;


Apresentam-se, desta forma, os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RCCTE

– Decreto-Lei n.º 40/90 e a introdução de parâmetros de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98

que tiveram como objectivo adaptar o método de cálculo às novas exigências regulamentares e a

condições de funcionamento real:

� Na expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados do RCCTE (D.L. n.º

40/90), é considerado um coeficiente de 0.7 correspondente ao factor de obstrução Φ, resul-

tante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstáculos exteriores.

Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obstrução Φ está

implícito no cálculo do factor solar s, sendo a expressão definida no RCCTE (D.L. n.º 40/90)

ajustada da seguinte forma:

85.0

s'ss v⋅

⋅Φ= (B.1) s’ – factor solar da protecção solar, obtido do quadro VI.8 do RCCTE (D.L. n.º 40/90) sv – factor solar do vidro, obtido do quadro VI.9 (D.L. n.º 40/90) Φ – factor de obstrução, que pode apresentar o valor típico de 0.7


rente de 0.7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise.

� Na expressão de cálculo dos ganhos através da envolvente exterior, o termo relativo à dife-

rença de temperatura efectiva ∆Te, engloba os efeitos de temperatura ambiente e da radiação

solar incidente, tal como indicado no Apêndice A. Dado que os parâmetros tabelados no

RCCTE consideram que a temperatura interior é 22ºC e não 25ºC (sendo que a diferença de

3ºC poderá ser justificada pelos ganhos internos, não considerados explicitamente no método

descrito no RCCTE), optou-se por considerar a diferença de temperatura efectiva ∆Te tabela-

da no RSECE que considera a temperatura interior de 25ºC;

� Dado que a expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados descrita no

método do RCCTE já considera a componente de radiação dos envidraçados, introduziu-se

no método de cálculo proposto, relativamente aos ganhos através da envolvente exterior, a

componente de condução dos envidraçados. A expressão do RSECE para a potência térmica

de condução da envolvente exterior foi adaptada, por forma a obter um consumo energético,

considerando o conceito de Grau-dia de arrefecimento, GD. A definição e cálculo de GD é

desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2;

� De modo a contabilizar os ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e equipa-

mento, foram consideradas as expressões para a potência térmica de arrefecimento definidas

no RSECE – D.L. n.º 118/2006, adaptadas de modo a obter um consumo energético, consi-

derando os conceitos de dias da estação de arrefecimento, darref, e de densidades de utili-

zação, Docup, Dilum, Dequip , em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectiva-

mente. As densidades de utilização medidas em percentagem média anual resultam dos per-

fis horários de utilização por dia de cada espaço a climatizar, sendo que os valores típicos

podem ser retirados do Anexo XV do actual RSECE – D.L. n.º 79/2006. Deste modo, é possí-

XII

vel estimar de uma forma expedita a utilização do edifício num ano típico. A definição e cálcu-

lo de darref é desenvolvida no capítulo 4.3.2;

� Para a determinação do consumo de energia térmica relativa à admissão de ar novo, foram

consideradas as expressões para o cálculo da potência térmica de ar novo, substituindo a

diferença de temperatura (Text – Tins), em ºC, pelo Grau-dia de arrefecimento GDins, em

ºC.dia/ano, e a diferença de humidade absoluta (Xext – Xins), em gagua /kgar seco, pelo conceito

Humidade-dia de desumidificação HDins, em (gagua /kgar seco).dia) / ano. Procedeu-se da

mesma forma para a componente de recuperação de calor, substituindo a diferença de tem-

peraturas (Text – Tint) por GDint e a diferença de humidade absoluta (Xext – Xint) por HDint. A

definição e cálculo de GD é desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2.

XIII

Tipo de ganho de calor



Ganhos por radiação através dos envidraçados

( ) MIsGACj

jjj1A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.2) CA1 – ganhos de calor provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (kWh/ano)

A – área de cada tipo de envidraçado (m2) G – ganhos solares mensais máximos em períodos de sol descoberto durante a estação de arrefecimento, para cada orienta-

ção, para um factor solar de 100% (kWh/(m2.mês)). Os valores típicos de G considerados são obtidos do Quadro V.4 do

RCCTE – DL40/90. s – factor solar de cada tipo de envidraçado. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE), do tipo e cor da protecção

exterior e interior (Quadro VI.8 do RCCTE) e ainda do factor de obstrução (valor típico de 0.7) I – factor de inércia do edifício – indicado no Quadro V.5 do RCCTE – DL40/90

M – duração média de insolação durante a estação de arrefecimento, função das zonas climáticas (meses) – indicado no

Anexo III, alínea 2.2 b) do RCCTE – DL40/90

Ganhos por condução e radiação através da envolvente exterior

Condução e radiação

(paredes, coberturas e pavimentos)

( )( ) 36.0MITUAfCj

jejjc1.2A ⋅⋅⋅∆⋅⋅⋅=∑ (B.3)

Condução

(envidraçados)

( ) 024.0GDUAfCj

jjc2.2A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.4)

CA2 – ganhos de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (kWh/ano).


cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo do


encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE (DL40/90). Para cumprimento do RSECE, o valor de fc para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a 1,0.

A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2)

∆Te – diferença efectiva de temperatura através de cada tipo de elemento da envolvente (ºC). É função do tipo de elemento,

orientação, latitude, mês, hora e condições de projecto: ∆Te para paredes – indicado no Quadro IV.3 do RSECE em função do tipo de parede. Classificação da paredes no Quadro

IV.4 do RSECE – DL118/98. ∆Te para coberturas – indicado no Quadro IV.6 do RSECE em função do tipo de cobertura. ∆Te para pavimentos – indicado no Quadro IV.7 do RSECE - DL118/98.

As correcções de ∆Te para as zonas climáticas são indicadas no Quadro IV.5 do RSECE – DL118/98. GD – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).

Ganhos de calor por condução através da envolvente interior

( ) 024.0GDUAfCj

jjint3A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.5) CA3 – ganhos de calor pela envolvente interior (kWh/ano).


estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2) GD – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).

fint – factor da envolvente interior

Ganhos internos

� Sensível

� Latente

equip4Atrab_ilum4Aamb_ilum4Aocup4A4A CCCCC−−−−

+++= (B.6)

equipBocupBB CCC +=

CA4 , CB – ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (kWh/ano) – compo-

nente sensível e latente, respectivamente. CA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (kWh/ano)

Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista para o

edifício. sensocupP , lat

ocupP - potência relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente, por cada ocupante e por tipo de activida-

de, cujos valores se encontram tabelados no Quadro IV.11 do RSECE – DL118/98 (W/ocup).

XIV


� Ocupação

� Iluminação:

- Ambiente

- Trabalho

� Equipamentos

⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅=−

024.0DdPNC

024.0DdPNC

ocuparreflatocupp

)lat(

ocupB

ocuparrefsensocupp

)sens(

ocup4A (B.8)

024.0DdfFIGIPAC ilumarrefilumambambamb_ilum4A ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=−

(B.9)

024.0DdfPAC ilumarrefilumtrabtrabtrab_ilum4A ⋅⋅⋅⋅⋅=−

(B.10)

⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅=−

024.0DdPAC

024.0DdPAC

equiparreflatequip

)lat(

equipB

equiparrefsensequip

)sens(

equip4A (B.11)

CA4-ilum_amb, CA4-ilum_trab – ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (kWh/ano).

Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado, respec-

tivamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho, respectivamente (m2)

FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada no

local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3 classes de

inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98. filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de 1.25.

Nos restantes casos será unitário. CA4-equip, CBequip – ganhos resultantes do equipamento, relativa ao calor sensível e ao calor latente, respectivamente

(kWh/ano). Deverá ser considerado o valor da potência térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor

de simultaneidade aplicável. darref – duração da estação de arrefecimento (dias).

Docup, Dilum, Dequip – densidades de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectivamente, em %,

resultante dos perfis horários de utilização por dia. Os valores típicos podem ser retirados do Anexo XV do RSECE –

DL79/2006

Ganhos por admissão do ar exterior

� Sensível

� Latente


024.0GDGDQ34.0C intsensrecinsANsensC ⋅

⋅ε−⋅⋅= (B.12)

024.0HDHDQ85.0C intlatrecinsANlatC ⋅

⋅ε−⋅⋅= (B.13)

( )( )ANrejeição

ANrejeição


Q,Qmin⋅ε=ε

CCsens , CClat – ganhos de calor por admissão do ar exterior (kWh/ano) – componente sensível e latente, respectivamente.

QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h) GDins, GDint – Graus dias de arrefecimento na base de temperatura de insuflação Tins e na base de temperatura interior Tint,

respectivamente (ºC.dia/ ano). HDins, HDint – Humidade-dia de desumidificação na base de humidade absoluta do ar de insuflação Hins e na base de humida-

de absoluta do ar interior Hint, respectivamente ((gagua/kgar seco).dia) / ano). εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os cau-

dais envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exterior, QAN

Necessidades térmicas totais de arrefecimento

� Sensível

� Latente

sensC4A3A2A1AsensCCCCCC ++++= (B.14)

latCBlat CCC += (B.15)

Tabela B. 1 – Resumo das expressões de cálculo das necessidades térmicas de arrefecimento

XV

B.2 – Necessidades térmicas de aquecimento

O método de cálculo estimativo das necessidades térmicas de aquecimento contabiliza o balan-

ço das seguintes componentes:

� Perdas de calor por condução através da envolvente exterior;

� Perdas de calor por condução através da envolvente interior;

� Perdas de calor associados à admissão de ar exterior.

� Ganhos de calor úteis por radiação através dos envidraçados a Sul;

� Ganhos de calor internos úteis resultantes da ocupação, iluminação e de equipamentos.

Apresenta-se na tabela B.2 o resumo das expressões de cálculo consideradas para as necessi-

dades térmicas de aquecimento.

Adaptações efectuadas às expressões de cálculo:

O RCCTE - Decreto-Lei n.º 40/90 considera para as necessidades térmicas de aquecimento, as

componentes térmicas relativas a perdas pela envolvente exterior e interior, perdas de calor pela

admissão de ar novo exterior e ganhos úteis solares. A contribuição dos ganhos internos está implíci-

ta no método do Regulamento, uma vez que a temperatura interior considerada é de 18ºC e o número

médio de Graus-dia de aquecimento se encontra na base de temperatura de 15ºC (admite-se que os

ganhos internos se traduzem num aumento de 2 a 3º C).

No método de cálculo estimativo proposto, por forma a cumprir com as exigências regulamenta-

res a nível da temperatura interior, procede-se ao cálculo dos Graus-dia de aquecimento na base de

temperatura 20ºC, pelo que faz sentido considerar a componente de ganhos internos.

Apresentam-se os ajustes efectuados a algumas expressões de cálculo do RCCTE – Decreto-Lei

n.º 40/90 e a introdução de parâmetros de cálculo do RSECE – Decreto-Lei n.º 118/98 que tiveram

como objectivo adaptar o método de cálculo às novas exigências regulamentares e a condições de

funcionamento real:

� Na expressão de cálculo dos ganhos solares através dos envidraçados do RCCTE (D.L. n.º

40/90), é considerado um coeficiente de 0,7 correspondente ao factor de obstrução Φ, resul-

tante das caixilharias, da parede no contorno do vão envidraçado e dos obstáculos exteriores.

Na expressão de cálculo apresentada no presente trabalho, o factor de obstrução Φ está

implícito no cálculo do factor solar do vidro sv, sendo )(RCCTEvv

ss ⋅Φ= .


rente de 0,7, consoante a arquitectura do edifício e envolvente do edifício em análise;

� De modo a contabilizar os ganhos internos resultantes da ocupação, iluminação e equipa-

mento, foram consideradas as expressões para a potência térmica de arrefecimento definidas

no RSECE – D.L. n.º 118/2006, adaptadas de modo a obter um consumo energético, consi-

derando os conceitos de dias da estação de aquecimento, daquec, e de densidades de utili-

zação, Docup, Dilum, Dequip , em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectiva-

mente. As densidades de utilização medidas em percentagem média anual resultam dos per-

fis horários de utilização por dia de cada espaço a climatizar, sendo que os valores típicos

XVI

podem ser retirados do Anexo XV do actual RSECE – D.L. n.º 79/2006. Deste modo, é possí-

vel estimar de uma forma expedita a utilização do edifício num ano típico. A definição e cálcu-

lo de daquec é desenvolvido no capítulos 4.3.2.

� Dado que a contribuição da componente latente nos ganhos internos durante a estação de

aquecimento é usualmente desprezável, apenas se considerou a componente sensível para

definir as necessidades energéticas internas;

� Para a determinação do consumo de energia térmica relativa à admissão de ar novo, foram

consideradas as expressões para o cálculo da potência térmica de ar novo, substituindo a

diferença de temperatura (Tins – Text), em ºC, pelo Grau-dia de aquecimento GDins, em

ºC.dia/ano, e a diferença de humidade absoluta (Xins – Xext), em gagua /kgar seco, pelo conceito

Humidade-dia de humidificação HDins, em (gagua /kgar seco).dia) / ano. Procedeu-se da mes-

ma forma para a componente de recuperação de calor, substituindo a diferença de tempera-

turas (Tint – Text) por GDint e a diferença de humidade absoluta (Xint – Xext) por HDint. A defini-

ção e cálculo de GD é desenvolvida nos capítulos 3.3.4 e 4.3.2.

� Os ganhos de calor brutos por radiação através dos envidraçados e das fontes internas resul-

tantes de ocupação, iluminação e equipamentos, devem ainda ser afectados de um factor de

utilização dos ganhos térmicos, uma vez que nem toda a energia térmica ganha é utilizável

em termos de conforto, traduzindo-se por vezes em sobreaquecimento do ar interior. Desta

forma, para a determinação dos ganhos de calor úteis nas componentes de radiação solar

através dos envidraçados e dos ganhos internos, considera-se o factor de utilização dos

ganhos térmicos definido pela expressão indicada no novo RCCTE – Decreto-Lei n.º 80/2006:

oaquecimentdebrutasesNecessidadbrutoscostérmiGanhos

1se,1a

a

1se,1

11a

a

=γ

=γ+

≠γγ−

γ−

=η+

(B.17),

sendo a variável a função da inércia térmica do edifício. Optou-se por considerar esta expres-

são de cálculo, uma vez que a expressão do factor de utilização do RCCTE - Decreto-Lei n.º

40/90 apenas tem em conta os ganhos solares brutos, não contabilizando os ganhos internos.

XVII

Tipo de troca de calor



Perdas de calor por condução através da envolvente exterior

( ) 024.0GDUAfCj

jjc1A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.18)

CA1 – perdas de calor pela envolvente exterior: paredes, cobertura, envidraçados, pavimento (kWh/ano).

U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente em zona corrente (W/m2.ºC). Os valores a utilizar

no cálculo do U estão indicados no ITE 50 - LNEC. fc – factor concentração de perdas, que contabiliza os efeitos dos pilares, vigas, caixas de estore, etc., no valor efectivo

do coeficiente de transmissão térmica dos elementos de fachada em zona corrente. Os valores convencionais deste

factor encontram-se estabelecidos no Quadro VI.5 do RCCTE (DL40/90). Para cumprimento do RSECE, o valor de fc

para os elementos de fachada em edifícios novos é considerado igual a 1,3, e para os restantes elementos é igual a

1,0. A – área do elemento da envolvente exterior medida pelo exterior (m2)

GD – Graus dias de aquecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).

Perdas de calor por condução através da envolvente interior

( ) 024.0GDUAfCj

jjint2A ⋅⋅⋅⋅=∑ (B.19)

CA2 – perdas de calor pela envolvente interior (kWh/ano).

U – coeficiente de transmissão térmica dos elementos da envolvente interior (W/m2.ºC). Os valores a utilizar no cálculo

do U estão indicados no ITE 50. A – área do elemento da envolvente interior (m2)

GD – Graus dias de aquecimento na base de temperatura T (ºC.dia/ ano).

fint – factor da envolvente interior

Ganhos por radiação através dos envidraçados

( ) η⋅⋅⋅⋅−= ∑ sulj

jojvj3A EfsAC (B.20)

CA3 – ganhos de calor úteis provocados pela incidência da radiação solar nos envidraçados (kWh/ano) A – área de cada tipo de envidraçado no quadrante sul (m2)

Esul – Energia solar média incidente numa superfície vertical orientada a Sul na estação de aquecimento, em função da

zona climatica, em (kWh/m2). Os valores típicos de Esul considerados são obtidos do Quadro III.2 do RCCTE –

DL40/90. Sv – factor solar do vidro. É função do tipo de vidro (quadro VI.9 do RCCTE – DL40/90), e ainda do factor de obstrução

(valor típico de 0.7). fo – factor de orientação, sendo para a orientação SE: 0.70, S: 1.00, SW: 0.70, Hor: 0.85.

η – factor de utilização dos ganhos térmicos. É função da inércia térmica do edifício e da relação entre os ganhos totais

brutos (internos e solares) e as perdas térmicas totais, conforme indicado no ponto 4.4 do anexo IV do RCCTE -

DL80/2006.

Ganhos internos:

(Sensível)


� Ocupação

� Iluminação:

- Ambiente

- Trabalho

equip4Atrab_ilum4Aamb_ilum4Aocup4A4A CCCCC−−−−

+++= (B.21)

η⋅⋅⋅⋅⋅−=−

024.0DdPNC ocupaquecsensocuppocup4A

(B.22)

η⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅−=−

024.0DdfFIGIPAC ilumaquecilumambambamb_ilum4A (B.23)

η⋅⋅⋅⋅⋅⋅−=−

024.0DdfPAC ilumaquecilumtrabtrabtrab_ilum4A (B.24)

CA4 – ganhos internos úteis resultantes da ocupação, iluminação e do funcionamento de equipamentos (kWh/ano).

CA4-ocup – ganhos internos resultantes de ocupação (kWh/ano)

Np – número de pessoas. O número de pessoas de referência deve corresponder à ocupação normalmente prevista

para o edifício. sensocupP - potência relativa ao calor sensível por cada ocupante e por tipo de actividade, cujos valores se encontram tabela-

dos no Quadro IV.11 do RSECE - DL118/98 (W/ocup). CA4-ilum_amb, CA4-ilum_trab – ganhos internos resultantes da iluminação, ambiente e de trabalho, respectivamente (kWh/ano).

Pamb , Ptrab – potência instalada para iluminação do ambiente e para iluminação nos locais de trabalho individualizado,

respectivamente (W/m2) Aamb , Atrab – área de pavimento correspondente à área de iluminação ambiente e à área de trabalho (m2)

FIGI – factor inercial de ganho para o calor libertado pela iluminação. É função do número de horas de iluminação ligada

no local climatizado e do número de horas após a sua entrada em serviço. Os valores típicos de FIGI, para as 3

XVIII

� Equipamentos

η⋅⋅⋅⋅⋅−=−

024.0DdPAC equipaquecsensequipequip4A

(B.25) classes de inércia dos edifícios, estão listados no Quadro IV.12 do RSECE – DL118/98.

filum – factor de potência de iluminação que representa para a iluminação do tipo fluorescente o factor multiplicativo de

1.25. Nos restantes casos será unitário. CA4-equip, – ganhos resultantes do funcionamento do equipamento (kWh/ano). Deverá ser considerado o valor da potên-

cia térmica libertada, indicada pelo fabricante, tendo em conta o factor de simultaneidade aplicável. daquec – duração da estação de aquecimento (dias).

Docup, Dilum, Dequip – densidades de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamento, respectivamente, em

%, resultante dos perfis horários de utilização por dia. Os valores típicos podem ser retirados do Anexo XV do RSE-

CE – DL79/2006 η – factor de utilização dos ganhos térmicos. É função da inércia térmica do edifício e da relação entre os ganhos totais

brutos (internos e solares) e as perdas térmicas totais, conforme indicado no ponto 4.4 do anexo IV do RCCTE -

DL80/2006.

Perdas de calor por admissão do ar exterior

� Sensível

� Latente


024.0GDGDQ34.0C intsensrecinsANsensC ⋅

⋅ε−⋅⋅= (B.26)

024.0HDHDQ85.0C intlatrecinsANlatC ⋅

⋅ε−⋅⋅= (B.27)

( )( )ANrejeição

ANrejeição


Q,Qmin⋅ε=ε

CCsens , CClat – perdas de calor por admissão do ar exterior (kWh/ano) – componente sensível e latente, respectivamente. QAN – Caudal de ar novo exterior (m3/h)

GDins, GDint – Graus dias de aquecimento na base de temperatura de insuflação Tins e na base de temperatura interior

Tint, respectivamente (ºC.dia/ ano). HDins, HDint – Humidade-dia de humidificação na base de humidade absoluta do ar de insuflação Hins e na base de

humidade absoluta do ar interior Hint, respectivamente ((gagua/kgar seco).dia) / ano). εrec – eficiência de recuperação do sistema, que depende da eficiência do recuperador, εrecuperador, e da relação entre os

caudais envolvidos na permuta de calor - caudal de rejeição para o exterior, Qrejeição, e do caudal de ar novo do exte-

rior, QAN

Necessidades térmicas totais de aquecimento

� Sensível

� Latente

sensC4A3A2A1AsensCCCCCC ++++= (B.28)

latClat CC = (B.29)

Tabela B. 2 – Resumo das expressões de cálculo das necessidades térmicas de aquecimento

XIX

Apêndice C - Parâmetros geométricos das zonas a climatizar

As zonas a climatizar para os 3 pisos de internamento do Bloco Sul-Este apresentam-se no

seguinte quadro, subdivididas nas zonas Z1 a Z10.

Area (m2)Número

SalasFachada Pavimento

Envidraçado Interior

ParedeInterior

Contacto Ainterior

E SE 2.8 SE 2.6 28.4 5.4 courette

NE 0.0 NE 8.1

W W 3.6 W 6.9 25.5 5.4 courette

E SE 2.8 SE 2.6 28.4 5.4 courette

NE 0.0 NE 8.1

interior 21.0 27.6 ATMF+M.Limp.

interior 9.0 1.7 6.6 I.S.

interior 35.0 15.0 I.S.

interior 14.5 14.1 courette

4.3

W W 3.6 W 6.9 25.5 5.4 courette

E SE 2.8 SE 2.6 28.2 5.4 courette

NE NE 8.1

S - W S 7.2 S 14.4 24.7 5.4 courette

W 3.6 W 6.6

11.0

24.7 3.0

6.0

14.5 6.0

25.5 3.0

14.0

21.0 3.0

9.0 10.0

Z9

Z10

28.4

25.5

28.4

35.0

28.2

Z5

Z6

Z7

Z8

Sala Espera/ Estar E

Sala Espera/ Estar S - W

Quarto Individual

Quarto Duplo W

Quarto Duplo E

Sala Descanso/ Supervisor/ Preparação

Posto Vigilância/ Gab. Informações

Trab. Admnistrativo/ Copa

Sala Espera/ Estar W

Salas TipoEnvidraçado

ExteriorParedeExterior

Sala Tratamentos

Z1

Z2

Z3

Z4

16.0

34.0

Tabela C. 1 – Parâmetros geométricos das zonas-tipo a climatizar

XX

Apêndice D - Características da envolvente

O edifício será construído na região de Faro, que corresponde à zona climática I1-V2. De acordo

com os elementos do projecto do Hospital, a classe de inércia térmica do edifício é Média

(150 ≤ It ≤ 400 kg/m2) e os coeficientes de transmissão térmica são indicados na Tabela D. 1.

Elementos da envolvente

Coeficientes

transmissão térmica

[W/m2.ºC]

Parede exterior 0,37

Envidraçado exterior 1,60

Cobertura exterior 0,35

Parede interior 1,28

Envidraçado interior 3,70

Tabela D. 1 – Coeficientes de transmissão térmica dos elementos da envolvente

Para a determinação dos factores solares, calculados de acordo com as expressões definidas no

Apêndice A, considerou-se:

� Vidro duplo: incolor + incolor (5mm + 5mm);

� Protecção interior: Cortinas ligeiramente transparentes;

� Factor de obstrução Φ de 0,7.

Factor solar Sem obstrução Com obstrução Φ

Factor solar do vidro sv 0,75 0,53

Factor solar do vão envidraçado s 0,48 0,33

Tabela D. 2 – Factor solar do vidro e do vão envidraçado

XXI

Apêndice E - Especificações técnicas dos equipamentos

Para seleccionar o equipamento do sistema de climatização foram determinadas as cargas tér-

micas de arrefecimento e aquecimento para cada local a climatizar e as cargas relativas ao ar novo.

Na tabela E.1 são apresentadas as cargas térmicas locais das zonas Z1 a Z10 e as cargas térmicas

associadas ao ar novo, relativas às UTAN do sistema com ventiloconvectores, UTAN-VC, e do siste-

ma com vigas arrefecidas, UTAN-VA. As cargas térmicas locais foram calculadas para o período do

fim da tarde, onde se verificou o máximo diário das potências.

CARGA TÉRMICA Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Ar Novo Ar Novo

Designação da zonaQuarto

IndividualQuarto

Duplo WQuarto Duplo E

Sala Tratamento

Sala Descanso

Posto Vigilância

Trabalho Admin.

Sala Espera W

Sala Espera E

Sala Espera S-W

UTAN-VC UTAN-VA

ARREFECIMENTO

Sensível (kW) 0.8 1.5 0.9 1.3 0.4 1.5 1.3 1.8 1.3 2.2 51.5 79.8

Latente (kW) 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 0.1 0.3 0.3 0.3 34.5 48.3

Total (kW) 0.9 1.6 1.1 1.5 0.5 1.6 1.4 2.1 1.6 2.5 86.0 128.1

AQUECIMENTO

Sensível (kW) 0.4 0.4 0.4 0.6 0.2 0.4 0.5 0.4 0.4 0.7 70.3 56.2

Latente (kW) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 56.9 45.6

Total (kW) 0.4 0.4 0.4 0.6 0.2 0.4 0.5 0.4 0.4 0.7 127.2 101.8

Tabela E. 1 – Cargas térmicas das zonas-tipo a climatizar

Apesar das zonas Z1 a Z10 apresentarem diferentes cargas térmicas, optou-se por considerar

um equipamento terminal médio representativo da globalidade das zonas. Uma vez que os quartos de

internamento representam as principais necessidades de climatização, foi considerado a selecção do

equipamento para o quarto com a carga térmica mais elevada – Quarto duplo com orientação a Oes-

te. Na Tabela E.2 apresentam-se as principais especificações técnicas dos equipamentos terminais.

Potência41 Caudal ar novo Temp. ar novo Temp. água

Arref. Aquec. Caudal Arref. Aquec. Fria Quente Equipamento

terminal [kW] [kW] [m3/h]

Eficiência

Ventilação [ºC] [ºC] [ºC] [ºC]

VC Sensível 1,5

Latente 0,2 0,5 180 80% 22 20 7 / 12 80 / 60

VA Sensível 1,5

Latente 0,2 0,5 180 100% 15 20 14 / 19 60 / 40

Tabela E. 2 – Especificações técnicas dos equipamentos terminais VC e VA

Apresenta-se na tabela E.3 para cada solução VC e VA, as principais especificações técnicas da

UTAN que alimenta as várias zonas do bloco de internamentos Sul-Este.

41 Potência térmica local do espaço – na selecção do equipamento deve ser tido em conta a temperatura do ar primário (ar novo), que permite obter potência das baterias dos equipamentos terminais distintas em função da potência introduzida pelo ar primário.

XXII

Potência42 Temp. água Temp. ar novo

Arref. Aquec

Recup.

calor

Caudal

ar novo

Pressão

estática Filtragem

Fria Quente Arref. Aquec. UTAN

[kW] [kW] (mín.) [m3/h] [Pa] [ºC] [ºC] [ºC] [ºC]

UTAN-VC Sens. 55

Lat. 30

Sens. 75

Lat. 50

Sens. 40%

Lat. 0%

Ins. 20300

Ext. 22300

Ins. 250

Ext. 300

G4

F5+F7 7 / 12 80 / 60 22 20

UTAN-VA Sens. 80

Lat. 45

Sens. 60

Lat. 40

Sens. 40%

Lat. 0%

Ins. 16300

Ext. 17900

Ins. 350

Ext. 300

G4

F5+F7 7 / 12 80 / 60 15 20

Tabela E. 3 – Especificações técnicas das UTAN-VC e UTAN-VA

As electrobombas de circulação dos circuitos hidráulicos secundários, que alimentam os equi-

pamentos terminais (VC ou VA) e a UTAN, em sistema a 4 tubos (ida e retorno para o arrefecimento

e para o aquecimento), têm as especificações técnicas principais indicadas na tabela E.4.

Caudal de

água

Pressão

estática Electrobomba de circulação

[m3/h] [kPa]

Sistema VC - Circuito equip. terminal

B.AF.VC 22,1 202,1

B.AQ.VC 1,9 192,1

Sistema VC - Circuito UTAN-VC

B.AF.UTAN-VC 14,8 176,0

B.AQ.UTAN-VC 3,0 166,0

Sistema VA - Circuito equip. terminal

B.AF.VA 12,5 207,1

B.AQ.VA 1,9 197,1

Sistema VA - Circuito UTAN-VA

B.AF.UTAN-VA 22,0 186,0

B.AQ.UTAN-VA 2,4 166,0

Tabela E. 4 – Especificações técnicas das electrobombas de circulação

Com base nas especificações técnicas apresentadas, os equipamentos de climatização foram

seleccionados. Os elementos utilizados no presente trabalho, nomeadamente, os materiais utilizados

no fabrico dos equipamentos e consumíveis, a localização das fábricas onde são produzidos e as

eficiências dos equipamentos, foram baseados nos modelos indicados na Tabela E. 5. As actividades

de manutenção usualmente praticadas para cada equipamento foram indicadas pelos mesmos forne-

cedores ou por equipas de manutenção.

42 Potência da UTAN já tem em conta a eficiência de recuperação de calor.

XXIII

Equipamento Marca Modelo

Ventiloconvector (VC) Wesper AHN 7021

Viga Arrefecida (VA) Airwell AquaBeam 4W2-12

UTAN-VC Wesper Premi@ir 300

UTAN-VA Wesper Premi@ir 300

Electrobombas:

B.AF.VC Grundfos TPED 50-290/2

B.AF.UTAN-VC Grundfos TPED 40-270/2

B.AQ.VC Grundfos TPED 32-230/2

B.AQ.UTAN-VC Grundfos TPED 32-230/2

B.AF.VA Grundfos TPED 40-270/2

B.AF.UTAN-VA Grundfos TPED 50-240/2

B.AQ.VA Grundfos TPED 32-230/2

B.AQ.UTAN-VA Grundfos TPED 32-230/2

Chiller Trane RTAC 400 SE

Caldeira Buderus S825 L

Tabela E. 5 – Marcas e modelos dos equipamentos dos sistemas AVAC

XXIV

Apêndice F - Dados dos fornecedores

F.1 - Tempo médio de vida útil

Equipamento

Tempo médio de

vida útil

[anos]

Ventiloconvector 15

Viga Arrefecida 30

UTAN 15

Electrobomba 10

Tabela F. 1 – Tempo média de vida útil dos equipamentos dos sistemas AVAC

F.2 - Materiais utilizados

Peso dos materiais utilizados em cada equipamento unitário, em kg Equipamento

Aço / F.F. Cobre Alumínio Plástico Filme de PET Total

Ventiloconvector (VC) 29,7 3,3 1,0 - 0,2 34,2

Viga Arrefecida (VA) 35,0 8,0 2,0 - - 45,0

UTAN-VC 4476,0 436,0 215,0 - 2,5 5165,50

UTAN-VA 4006,0 556,0 272,0 - 2,5 4836,50

Electrobombas:

B.AF.VC 136,0 - - - - 136,0

B.AF.UTAN-VC 86,9 - - - - 86,9

B.AQ.VC 83,3 - - - - 83,3

B.AQ.UTAN-VC 83,3 - - - - 83,3

B.AF.VA 86,9 - - - - 86,9

B.AF.UTAN-VA 123,0 - - - - 123,0

B.AQ.VA 83,3 - - - - 83,3

B.AQ.UTAN-VA 83,3 - - - - 83,3

Tabela F. 2 – Materiais utilizados no fabrico dos equipamentos dos sistemas AVAC

Peso dos materiais utilizados para cada “consumível” unitário, em kg Consumíveis

Aço / F.F. Cobre Alumínio Plástico Filme de PET Total

Filtro G4 para VC - - - - 0,2 0,2

Filtro G4 para UTAN - - - - 0,5 0,5

Filtro F5 para UTAN - - - - 1,0 1,0

Filtro F7 para UTAN - - - - 1,0 1,0

Cobre - rebobinagem

do motor do VC - 0,3 - - - 0,3

Baterias da UTAN-VC - 402,0 71,0 - - 473,0

Baterias da UTAN-VA - 522,0 92,0 - - 614,0

Motores da UTAN-VC - 34,0 180,0 - - 214,0

Motores da UTAN-VA - 34,0 180,0 - - 214,0

Tabela F. 3 – Materiais utilizados no fabrico dos consumíveis dos equipamentos dos sistemas AVAC

XXV

F.3 - Transporte

Origem Destino Distância Tipo de

transporte

Carga

equip. Equipamentos

(Fábrica) (Hospital) [km] [ton]

Ventiloconvector (VC) França 1630 Camião 3,6

Viga Arrefecida (VA) Hungria 3150 Camião 4,8

UTAN-VC 5,2

UTAN-VA França 1450 Camião

4,8

Electrobombas França

Portugal

(Faro)

1800 Camião 0,4

Tabela F. 4 – Transporte de equipamentos dos sistemas AVAC

Origem Destino Distância Tipo de

transporte

Carga

equip. Consumíveis

(Fábrica) (Hospital) [km] [ton]

Filtros: VCs e UTAN-VC 0,05

Filtros: UTAN-VA França 1800 Camião

0,03

Cobre - rebobinagem do

motores dos VCs Alemanha 2800 Camião 0,03

Baterias da UTAN-VC 0,47

Motores da UTAN-VC 0,21

Baterias da UTAN-VA 0,61

Motores da UTAN-VA

França

Portugal

(Faro)

1450 Camião

0,21

Tabela F. 5 – Transporte de consumíveis dos equipamentos dos sistemas AVAC

Admitindo os tempos médios de vida útil dos equipamentos, e a sua subsequente substituição,

as periodicidades de transporte de equipamentos das fábricas são indicadas na Tabela F. 6.

SISTEMA VC Frequência de transporte de equipamentos

Ano em análise 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TOTAL

Ventiloconvector 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

Electrobomba 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 SISTEMA VA Frequência de transporte de equipamentos


Viga arrefecida 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

Electrobomba 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3

Tabela F. 6 – Frequência de transporte de equipamentos no período de 30 anos

Considerando ainda as actividades de manutenção, as periodicidades de transporte de consumí-

veis das fábricas são indicadas na Tabela F. 7.

XXVI

SISTEMA VC Frequência de transporte de consumíveis


Filtros: VC + UTAN 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4

VC: Cobre motores 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 8

UTAN: Baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UTAN: Motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 SISTEMA VA Frequência de transporte de consumíveis


Filtros: UTAN 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4

UTAN: Baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UTAN: Motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4

Tabela F. 7 – Frequência de transporte de consumíveis dos equipamentos no período de 30 anos

NOTA: Durante os primeiros cinco anos assume-se que os filtros da UTAN (a serem substituídos trimestral,

semestral ou anualmente) provêm de um stock de reserva, reabastecido de 5 em 5 anos.

F.4 - Eficiências

Equipamentos Eficiência

Ventiloconvector – motor + ventilador 45%

UTAN – motor + ventilador Insuflação – 70%

Extracção – 70%

UTAN – recuperador de calor hidráulico Sensível – 40%

Latente – 0%

Electrobomba – motor + bomba:

B.AF.VC

B.AF.UTAN-VC

B.AQ.VC

B.AQ.UTAN-VC

B.AF.VA

B.AF.UTAN-VA

B.AQ.VA

B.AQ.UTAN-VA

45%

41%

11%

16%

38%

44%

11%

14%

Tabela F. 8 – Eficiências dos equipamentos dos sistemas AVAC

Equipamentos produtores Eficiência

Chillers condensação a ar EER – 3.1

ESEER – 4.2

Caldeira de alta eficiência η100% – 92%

η sazonal 43– 96%

Tabela F. 9 – Eficiências dos equipamentos de produção de frio e calor

43 O rendimento sazonal da caldeira, de acordo com a norma DIN 4702, é medido a partir das eficiências à

carga parcial, da seguinte forma:

∑= ϕη

=η5

1ii

N 15

ηN – rendimento sazonal da caldeira (de acordo com a DIN 4702)

φi – potência da caldeira à carga parcial i

XXVII

Eficiência a carga parcial44 Electrobomba – motor + bomba

100% 75% 50% 25%

B.AF.VC

B.AF.UTAN-VC

B.AQ.VC

B.AQ.UTAN-VC

B.AF.VA

B.AF.UTAN-VA

B.AQ.VA

B.AQ.UTAN-VA

54%

45%

19%

27%

46%

53%

19%

23%

53%

45%

15%

22%

44%

51%

15%

19%

45%

41%

11%

16%

38%

44%

11%

14%

28%

29%

6%

10%

26%

28%

6%

8%

Período de funcionamento 6% 15% 35% 44%

Tabela F. 10 – Eficiências das electrobombas a carga parcial

F.5 - Actividades de manutenção

Na Tabela F. 11 são indicadas as actividades de manutenção e as periodicidades expectáveis ao

longo do período em análise.

Manutenção de Equipamentos Mensal Trimestral Semestral Anual > 1 ano

Ventiloconvector (VC)

Limpeza de filtro G4 x

Substituição de filtro G4 5

Rebobinagem de motor 3

Viga Arrefecida (VA)

Limpeza de alhetas x

UTAN

Substituição de filtro G4 x



Substituição de baterias 20

Substituição de motores 5

Tabela F. 11 – Actividades de manutenção preventiva dos equipamentos do sistema AVAC

Admitindo os tempos médios de vida útil dos equipamentos, e a sua subsequente substituição

(Tabela F. 12), as periodicidades de manutenção ficam desfasadas das indicadas anteriormente, pelo

que se apresenta a periodicidade das operações de manutenção resultantes na Tabela F. 13.

EQUIPAMENTOS Substituição de equipamento


Ventiloconvector (VC) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

Viga Arrefecida (VA) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

UTAN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

Electrobombas 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3

Tabela F. 12 – Frequência de substituição de equipamentos no período de 30 anos

44 Para as cargas parciais das electrobombas, considera-se constante a altura manométrica e variável o cau-dal de água, a 100%, 75%, 50% e 25%. Para os períodos de funcionamento relativos a cada carga parcial, foi considerado o perfil de carga normal indicado pelo software de selecção da Grundfos para circuladores do circui-to secundário.

XXVIII

SISTEMA VC Frequência de operações de manutenção anuais


VC - Limpeza filtro 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 360

VC - Substituição filtro 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4

VC - Rebobinagem motor 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 8

UTAN - Substituição filtro:

Filtro G4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120

Filtro F5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 60

Filtro F7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 28

UTAN - Substituição baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UTAN - Substituição motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4 SISTEMA VA Frequência de operações de manutenção anuais


VC - Limpeza alhetas 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120

UTAN - Substituição filtro:

Filtro G4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 120

Filtro F5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 60

Filtro F7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 28

UTAN - Substituição baterias 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UTAN - Substituição motores 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 4

Tabela F. 13 – Frequência de operações de manutenção anuais no período de 30 anos

XXIX

Apêndice G – Dados climáticos

Os dados climáticos de um ano típico foram retirados do programa Solterm, para a região de

Faro (região climática I1-V2). Apresenta-se na Figura G. 1 e Figura G. 2 a evolução ao longo do ano

das temperaturas e humidades.

Condições exteriores - Temperatura e Humidade

0

20

40

60

80

100

120

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Humidade Relativa (%) Humidade Absoluta (g/kg) Temperatura (ºC)

Figura G. 1 – Temperatura e humidade exterior [fonte: Solterm]

Temperatura e Humidade Exterior

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

0 1460 2920 4380 5840 7300 8760

Tempo [h]

Humidade Absoluta (g/kg) Temperatura (ºC)

Figura G. 2 – Temperatura e humidade absoluta exterior [fonte: Solterm]

XXX

Apêndice H – Emissões de carbono detalhadas

Apresentam-se na Tabela H. 1 e Tabela H. 2 os resultados anuais detalhados das emissões de

carbono, em toneladas de carbono equivalente e a proporção anual de cada contribuição.

SISTEMA VC Emissões de carbono em ton C equiv.


Material equipamento 8.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 8.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17.7

Transporte equipamento 2.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 1.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.8

Energia consumida 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 27.7 832.2

Actividades manutenção 0.1 0.1 0.1 1.5 0.1 2.3 1.5 0.1 0.1 1.5 2.3 0.1 1.5 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 1.5 0.1 2.3 1.5 0.1 0.1 1.5 2.3 0.1 1.5 0.1 0.1 23.3

Desperdícios fim de vida 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Total 39.0 27.8 27.8 29.3 27.8 30.1 29.3 27.8 27.8 29.3 31.3 27.8 29.3 27.8 27.8 37.8 27.8 27.8 29.3 27.8 31.3 29.3 27.8 27.8 29.3 30.1 27.8 29.3 27.8 27.8 879.0


Material equipamento 22.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 22.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.0%

Transporte equipamento 6.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.9% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 4.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.9% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.7%

Energia consumida 71.2% 99.7% 99.7% 94.8% 99.7% 92.3% 94.8% 99.7% 99.7% 94.8% 88.6% 99.7% 94.8% 99.7% 99.7% 73.5% 99.7% 99.7% 94.8% 99.7% 88.6% 94.8% 99.7% 99.7% 94.8% 92.3% 99.7% 94.8% 99.7% 99.7% 94.7%

Actividades manutenção 0.2% 0.3% 0.3% 5.2% 0.3% 7.7% 5.2% 0.3% 0.3% 5.2% 7.4% 0.3% 5.2% 0.3% 0.3% 0.3% 0.3% 0.3% 5.2% 0.3% 7.4% 5.2% 0.3% 0.3% 5.2% 7.7% 0.3% 5.2% 0.3% 0.3% 2.6%

Desperdícios fim de vida 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%

Total 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Tabela H. 1 – Emissões de carbono detalhadas do sistema de ventiloconvectores no período de 30 anos

SISTEMA VA Emissões de carbono em ton C equiv.


Material equipamento 9.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 4.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 14.9

Transporte equipamento 3.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 5.8

Energia consumida 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 676.4

Actividades manutenção 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 2.2 0.0 0.0 0.0 0.0 9.9

Desperdícios fim de vida 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Total 35.4 22.6 22.6 22.6 22.6 24.8 22.6 22.6 22.6 22.6 26.0 22.6 22.6 22.6 22.6 28.1 22.6 22.6 22.6 22.6 26.0 22.6 22.6 22.6 22.6 24.8 22.6 22.6 22.6 22.6 707.0


Material equipamento 27.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 16.8% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 1.3% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.1%

Transporte equipamento 9.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 3.5% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 2.6% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 3.5% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.8%

Energia consumida 63.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 91.0% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 86.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 80.4% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 86.7% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 91.0% 99.8% 99.8% 99.8% 99.8% 95.7%

Actividades manutenção 0.1% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 9.0% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 8.6% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 0.1% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 8.6% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 9.0% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 1.4%

Desperdícios fim de vida 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%

Total 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Tabela H. 2 – Emissões de carbono detalhadas do sistema de vigas arrefecidas no período de 30 anos

XXXI

Apêndice I – Comparativo de emissões de carbono

Na Tabela I. 1 são apresentados, para os sistemas de ventiloconvectores (VC) e de vigas arrefe-

cidas (VA), os consumos anuais de energia eléctrica e de gás, o seu correspondente em energia pri-

mária e as emissões de carbono dos sistemas no período de 30 anos. Os resultados foram obtidos

para diferentes parâmetros do sistema e do seu funcionamento.

(em MWh/ ano) (em tep/ ano) (em tonC)

VA - VC

Eléctrica Gás Eléctrica Gás VC

CHILLER

ESEER 3.0 177 115 148 93 61 51 959 786 -18%

ESEER 3.5 167 115 138 93 58 48 919 746 -19%

ESEER 4.2 - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%

CALDEIRA

rendimento 80% 156 138 127 111 57 46 926 745 -20%

rendimento 90% 156 122 127 99 56 45 895 720 -20%

rendimento 96% - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%

RECUPERAÇÃO DE CALOR

Sem recuperação 159 178 130 143 61 50 1,020 820 -20%

ε = 40% (sens) - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%

ε = 60% (sens) 155 83 126 67 52 42 809 651 -20%

ε = 60% (sens + lat) 150 83 123 67 51 41 792 638 -20%

ε = 75% (sens + lat) 148 59 121 48 48 39 736 592 -20%

TEMPERATURA INTERIOR - ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO

20ºC - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%

19ºC 156 99 127 80 54 44 846 680 -20%

18ºC 156 84 127 67 52 43 814 654 -20%

EFICIÊNCIA DE VENTILAÇÃO (VC - VA)

80% - 80% 156 115 153 115 55 54 879 851 -3%

80% - 90% 156 115 139 103 55 49 879 771 -12%

80% - 95% 156 115 133 97 55 47 879 737 -16%

80% - 100% - base 156 115 127 93 55 45 879 707 -20%

EMISSÃO CARBONO(30 ANOS)

VC VAVC VA VC VA

ENERGIA CONSUMIDA ENERGIA PRIMÁRIA

Tabela I. 1 – Resumo de resultados obtidos de consumo eléctrico e gás, energia primária e emissões de carbono,

para os sistemas VC e VA, em função da variação de diferentes parâmetros

As linhas marcadas a amarelo correspondem aos resultados calculados para a solução base

analisada no presente trabalho.

XXXII

Apêndice J – Consumos.xls: folha de cálculo

A folha de cálculo [consumos.xls], desenvolvida em Excel, permite determinar uma estimativa

das potências térmicas de sistemas de climatização em condições nominais de temperatura e humi-

dade interior, potências eléctricas dos equipamentos e em termos de consumos, permite determinar

uma estimativa das necessidades térmicas anuais dos mesmos sistemas e dos consumos eléctricos

e de gás dos equipamentos. Também permite determinar a estimativa da energia primária consumi-

da.

Os separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q, que calculam as potências térmicas nominais e neces-

sidades térmicas anuais, podem ser aplicados a qualquer tipo de sistema AVAC, sendo que a correc-

ção das cargas térmicas pelo ar primário (ar novo), efectuada pelos separadores POT_VC, POT_VA,

CONS_VC e CONS_VA, está, sobretudo, dedicada aos sistemas analisados de venticonvectores

(VC) e vigas arrefecidas (VA), para condições higro-térmicas do ar novo insuflado pela UTAN distinto

das condições nominais.

A folha de cálculo é composta pelos separadores que de seguida se descrevem:

EQ_DADOS - Este separador compreende os seguintes dados de entrada, saída e resultados:

Dados de entrada

� Eficiência dos equipamentos de produção (chiller, caldeira e humidificador)

� Eficiência de recuperação de calor da UTAN

� Eficiência dos motores em carga máxima (VC, UTAN, Bombas)

� Condições higro-térmicas exteriores e interiores: temperatura e humidade

� Condições higro-térmicas UTAN: temperatura e humidade

� Condições de funcionamento hidráulico (VC, VA e UTAN): temperatura de ida e retorno

� Parâmetros do equipamento terminal: eficiência ventilação, temp. de insuflação e de retorno

� Condições para equilibro de caudais (depressão, extracção de I.S. para compensação de ar)

� Factores de conversão de energia primária

Dados de saída (do separador GD)

� Período de arrefecimento e aquecimento

� Graus-dia de arrefecimento e aquecimento

� Humidade-dia de desumidificação e humidificação

Resultados dos sistemas VC e VA

� Consumo anual eléctrico e de gás

� Consumo anual de energia primária

GD - Este separador determina o Grau-dia de arrefecimento e aquecimento e a Humidade-dia de desumidi-

ficação e humidificação, a partir da base de dados climática do Solterm. Compreende os seguintes dados de

entrada e saída:

Dados de entrada

� Temperatura exterior para definição do período de arrefecimento e de aquecimento

� Temperatura de set-point da UTAN

� Intervalo de humidade relativa para controlo de humidade

XXXIII

Dados de saída

� Grau-dia de arrefecimento e aquecimento (local, UTAN-VC e UTAN-VA)

� Humidade-dia de desumidificação e humidificação (local, UTAN-VC e UTAN-VA)

POT_VC - Este separador determina a potência térmica corrigida dos equipamentos terminais do tipo VC

tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do separador

CT. Calcula ainda a potência eléctrica global de todos os VCs.

POT_VA - Este separador determina a potência térmica corrigida dos equipamentos terminais do tipo viga

arrefecida VA tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados

do separador CT. Verifica e apresenta nota de aviso para a correcção da potência térmica latente da VA se esta

for superior a zero (uma vez que estes equipamentos não têm capacidade de desumidificação).

CONS_VC - Este separador determina a necessidade térmica anual corrigida dos equipamentos terminais

do tipo VC tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do

separador CONS. Calcula ainda o consumo eléctrico global de todos os VCs.

CONS_VA - Este separador determina a necessidade térmica anual corrigida dos equipamentos terminais

do tipo VA tendo em conta a carga de ar novo introduzida pela UTAN no espaço a climatizar e os resultados do

separador CONS. Verifica e apresenta nota de aviso para a correcção da necessidade térmica latente da VA se

esta for superior a zero (uma vez que estes equipamentos não têm capacidade de desumidificação)

POT_EQ - Este separador apresenta as potências térmicas corrigidas (pelo ar novo das UTAN’s) dos sis-

temas de VCs e de VAs, e calcula as potências eléctricas dos equipamentos (chillers, bombas, ventiladores de

UTAN’s e humidificador das UTAN’s), a partir dos dados de entrada de EQ_DADOS e dos resultados de

POT_VC e POT_VA. A potência eléctrica dos ventiladores dos VCs é calculada em POT_VC. Neste separador

também são calculadas as perdas de carga das electrobombas e dos ventiladores das UTAN’s.

CONS_EQ - Este separador apresenta as necessidades térmicas anuais corrigidas (pelo ar novo das

UTAN’s) dos sistemas de VCs e de VAs e calcula os consumos eléctricos e de gás dos equipamentos dos siste-

mas (chiller, caldeira, ventiladores de UTAN’s e humidificador das UTAN’s), a partir dos dados de entrada de

EQ_DADOS e dos resultados de POT_EQ, CONS_VC e CONS_VA. Os consumos globais dos ventiladores dos

VCs são calculados em CONS_VC e os consumos globais das electrobombas são calculados em

CONS_Bombas.

CONS_Bombas - Este separador determina os consumos eléctricos globais das electrobombas a partir

das diferentes cargas parciais estimadas para um ano e dos resultados de POT_EQ.

RESUMO - Este separador apresenta os resultados determinados para ambos os sistemas de VCs e VAs,

na forma de tabelas, relativos à potência térmica dos sistemas AVAC, potência eléctrica dos respectivos equipa-

mentos, necessidades térmicas anuais dos sistemas AVAC, consumos anuais eléctricos e de gás dos respecti-

vos equipamentos AVAC e consumo de energia primária (por equipamento e por utilização). Reúne os resultados

dos separadores POT_EQ e CONS_EQ.

CT - Este separador apresenta os resultados determinados para as cargas térmicas locais e do ar novo da

UTAN, obtidos a partir dos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e Z1q a Z12q (aquecimento). As cargas tér-

micas locais apresentadas correspondem às cargas determinadas para condições nominais de temperatura e

humidade, sem correcção pela carga adicional introduzida pelo ar novo da UTAN. Permite ainda fazer corres-

ponder a potência ao equipamento pretendido - Equipamento terminal: potência local, UTAN: potência de ar

novo, UTA: potência local + ar novo.

CONS - Este separador apresenta os resultados determinados para as necessidades térmicas anuais

locais e do ar novo da UTAN, obtidos a partir dos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e Z1q a Z12q (aqueci-

mento). As necessidades térmicas locais apresentadas correspondem às cargas determinadas para condições

XXXIV

nominais de temperatura e humidade, sem correcção pela carga adicional introduzida pelo ar novo da UTAN.

Permite ainda fazer corresponder a necessidade térmica ao equipamento pretendido - Equipamento terminal:

consumo local, UTAN: consumo associado ao ar novo, UTA: consumo local + ar novo.

ZONA - Este separador permite introduzir os dados de entrada para a determinação das potências térmi-

cas e necessidades térmicas de cada zona Z1 a Z12, calculadas nos separadores Z1f a Z12f (arrefecimento) e

Z1q a Z12q (aquecimento), segundo a metodologia de cálculo apresentada no Apêndice A (potências) e no

Apêndice B (necessidades térmicas anuais). No presente trabalho, as zonas Z1 a Z10 correspondem a cargas

térmicas locais e as zonas Z11 a Z12 correspondem a cargas térmicas relativas ao ar novo da UTAN-VC e

UTAN-VA.

Dados de entrada

� Dados genéricos:

- zona climática

- classe de inércia

- factor concentração de perdas

� Condições higro-térmicas exteriores e interiores (do separador EQ_DADOS)

� Parâmetros geométricos de cada zona:

- área de implantação e pé-direito

- área da envolvente exterior e interior (paredes, envidraçados, cobertura,…)

- factor de correcção solar dos envidraçados (do separador FSolar40_90)

� Coeficientes de transmissão de calor (envolvente exterior e interior)

� Parâmetros de funcionamento por cada zona:

- Número de pessoas e respectivos ganhos de calor sensível e latente

- Potência da iluminação ambiente e de trabalho (e área de trabalho)

- Potência sensível e latente dos ganhos de calor dos equipamentos

- Possibilidade de ventilação natural ou mecânica

� Eficiência de ventilação dos equipamentos terminais (do separador EQ_DADOS)

� Eficiência de recuperação de calor de UTA/UTAN (do separador EQ_DADOS)

� Perfis de utilização anual relativo a ocupação, iluminação e equipamento (do separador DENS)

� Grau-dia de arrefecimento e aquecimento (do separador EQ_DADOS)

� Humidade-dia de desumidificação e humidificação (do separador EQ_DADOS)

FSolar40_90 - Este separador determina o factor solar do vidro e do vão envidraçado, de acordo com o

indicado no Apêndice A.

Z1f a Z12f - Estes separadores permitem determinar para cada zona Z1 a Z12 as potências térmicas de

arrefecimento e as necessidades térmicas anuais de arrefecimento, segundo a metodologia de cálculo apresen-

tada no Apêndice A (potências térmicas) e no Apêndice B (necessidades térmicas anuais).

Z1q a Z12q - Estes separadores permitem determinar para cada zona Z1 a Z12 as potências térmicas de

aquecimento e as necessidades térmicas anuais de aquecimento, segundo a metodologia de cálculo apresenta-

da no Apêndice A (potências térmicas) e no Apêndice B (necessidades térmicas anuais).

RSECE - Este separador contém os parâmetros de cálculo indicados no Apêndice A e no Apêndice B,

relativos ao Decreto-Lei n.º 118/98 (antigo RSECE) a serem utilizados nos separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q,

nomeadamente, diferenças efectivas de temperatura, ganhos solares mensais médios, factores inerciais de

ganhos solares (FIGV), factores inerciais dos ganhos de iluminação (FIGI), ganhos derivados da ocupação, entre

outros.

XXXV

RCCTE - Este separador contém os parâmetros de cálculo indicados no Apêndice B, relativos ao Decre-

to-Lei n.º 40/90 (antigo RCCTE) a serem utilizados nos separadores Z1f a Z12f e Z1q a Z12q, nomeadamente,

duração média da insolação na estação de arrefecimento (M), energia solar incidente em superficie vertical orien-

tada a Sul na estação de aquecimento (Esul), ganhos solares mensais médios por estação de arrefecimento (G),

factor de inércia do edifício, entre outros.

DENS - Este separador contém os padrões de referência de utilização dos edifícios definidos no Decreto-

Lei n.º 79/2006 (RSECE) relativos à densidade de ocupação, iluminação e equipamento. Com base nos “Estabe-

lecimentos de saúde com internamento” são definidos os perfis de utilização anual utilizados nos dados de

entrada do separador ZONA.

Grafico-Resumo - Este separador apresenta em forma gráfica os resultados do separador RESUMO.

Grafico-CT - Este separador apresenta em forma gráfica os resultados do separador CT.

Figura J.1 – Diagrama de fluxos de informação de [consumos.xls]

Z1f Z1q

Z2f Z2q

. .

. .

. .

Z11f Z11q

Z12f Z12q

ZONA

RSECE

RCCTE

DENS

CT

CONS

POT_VC

POT_VC

CONS_VC

CONS_VA

POT_EQ

CONS_EQ

RESUMO

EQ_DADOS GD

CONS_bombas POT_EQ

XXXVI

Apêndice K – Carbono.xls: folha de cálculo

A folha de cálculo [carbono.xls], desenvolvida em Excel, permite determinar uma estimativa das

emissões de carbono médias e incerteza associada do ciclo de vida de sistemas ou produtos, durante

um período de 30 anos. O seu desenvolvimento foi, sobretudo, orientado para sistemas de climatiza-

ção, em particular para sistemas AVAC com equipamentos terminais do tipo ventiloconvector e do

tipo viga arrefecida.

A folha de cálculo é composta pelos separadores que de seguida se descrevem:

VC – Este separador permite calcular as emissões de carbono nas diferentes fases do ciclo de vida do sis-

tema com ventiloconvectores, de acordo com a metodologia indicada no capítulo 3.4 e com os parâmetros de

cálculo apresentados no capítulo 4.3.3.

VA – Este separador permite calcular as emissões de carbono nas diferentes fases do ciclo de vida do sis-

tema com vigas arrefecidas, de acordo com a metodologia indicada no capítulo 3.4 e com os parâmetros de

cálculo apresentados no capítulo 4.3.3.

RESUMO_VC – Este separador apresenta o resumo das emissões de carbono anuais médias do sistema

com ventiloconvectores, durante o período de 30 anos.

RESUMO_VA– Este separador apresenta o resumo das emissões de carbono anuais médias do sistema

com vigas arrefecidas, durante o período de 30 anos.

Ciclo_C – Este separador apresenta o comparativo de emissões de carbono anuais médias, durante o

período de 30 anos, entre os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas.

Analise_30anos – Este separador apresenta o comparativo de emissões de carbono globais e incerteza

associada para o período de 30 anos, entre os sistemas com ventiloconvectores e vigas arrefecidas.

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