INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
rea Departamental de Engenharia Mecnica
Projeto de AVAC e Classificao Energtica de uma cafetaria
INS ALVES DE FRIAS PINTO (Licenciada em Engenharia do Ambiente)
Trabalho Final de Mestrado para obteno do grau de Mestre
em Engenharia Mecnica
Orientador (es): Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa
Jri:
Presidente: Professor Doutor Jorge Filipe Oliveira Mendona e Costa Vogais: Professor Doutor Armando Tefilo dos Santos Pinto Professor Especialista Joo Antero Cardoso Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa
Dezembro de 2013
II
INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
rea Departamental de Engenharia Mecnica
Projeto de AVAC e Classificao Energtica de uma cafetaria
INS ALVES DE FRIAS PINTO (Licenciada em Engenharia do Ambiente)
Trabalho Final de Mestrado para obteno do grau de Mestre
em Engenharia Mecnica
Orientador (es): Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa
Jri:
Presidente: Professor Doutor Jorge Filipe Oliveira Mendona e Costa Vogais: Professor Doutor Armando Tefilo dos Santos Pinto Professor Especialista Joo Antero Cardoso Professora Doutora Cludia Sneca Casaca Professor Doutor Guilherme Carrilho da Graa
Dezembro de 2013
IV
i
Agradecimentos
Este Trabalho de Final de Mestrado representa o terminar de dois anos em que conciliei
a minha vida profissional com a de estudante, um desafio que se veio a revelar mais
intenso do que eu esperava inicialmente.
Neste momento, quero agradecer professora Cludia Casaca por ter aceite ser minha
orientadora e por toda a disponibilidade que sempre teve para me receber (muitas vezes
fora de horas), esclarecer e orientar.
Quero agradecer ao meu chefe e tambm orientador, Engenheiro Guilherme Carrilho da
Graa, no s pela ajuda ao longo do desenvolvimento deste trabalho mas tambm pela
compreenso que vrias vezes demonstrou durante estes ltimos dois anos, que me
permitiu conciliar os estudos com o meu trabalho na NaturalWorks.
Quero agradecer ao meu colega Pedro Paredes, por partilhar comigo todo o seu
conhecimento de projeto de AVAC e por todas as vezes que a sua pacincia foi maior
que as minhas olheiras. Quero agradecer tambm minha colega Maria Lerer pela ajuda
nas simulaes em Energyplus e por ouvir os meus desabafos.
Obrigado aos meus pais, pelo apoio essencial que me deram e que tantas vezes facilitou
a minha vida.
Por fim, quero agradecer ao Gomes por ter sido incansvel na pacincia, compreenso e
carinho e por todos os momentos em que me fez ganhar confiana, serenidade e
motivao.
ii
iii
Resumo
O antigo Centro de Iniciao Artstica Infantil (CIAI) da Fundao Calouste Gulbenkian
(FCG) ir sofrer obras de remodelao resultantes num edifcio cujo espao principal
uma cafetaria. Este trabalho pretende apresentar o projeto de Aquecimento, Ventilao e
Ar Condicionado (AVAC), o projeto de Sistema Solar Trmico (SST) e a classificao
energtica das novas instalaes.
A determinao das potncias de climatizao do edifcio foi efetuada com recurso a
dois softwares de simulao trmica: Carrier HAP e Energyplus. As potncias trmicas
obtidas so ligeiramente diferentes com ambos os programas no dimensionamento de
unidades terminais mas sem expresso no momento de seleo de equipamentos. As
potncias trmicas da Unidade de Tratamento de Ar (UTA) apresentaram diferenas
significativas, possivelmente relacionados com o modo de caracterizao da
recuperao de calor com cada programa.
Foi utilizado o software Solterm para anlise e dimensionamento do SST, revelando-se
uma ferramenta til e intuitiva no apoio a projeto e estimativa de consumos
energticos do edifcio.
Enquadrando-se o edifcio no Regulamento dos Sistemas Energticos de Climatizao
de Edifcios (RSECE), calculou-se o Indicador de Eficincia Energtica (IEE) para
atribuio da sua classe. Efetuaram-se, em HAP e Energyplus, simulaes em condies
nominais para dois cenrios de funcionamento da UTA: caudal de ar constante e caudal
varivel. Concluiu-se que os consumos energticos anuais so visivelmente inferiores
quando o caudal da UTA varivel. No entanto, no caso do edifcio estudado, essas
diferenas no se refletem na classe energtica. O edifcio apresenta classe energtica B.
Palavras-chave: Simulao trmica, projeto, AVAC, SST, IEE, classe energtica
iv
v
Abstract
The antique Artistic Initiation Child Centre of the Fundao Calouste Gulbenkian will
be refurbished. The main space of the new building will be a cafeteria. The main goals
of this thesis are to present the project of Heating, Ventilation and Air Conditioning
(HVAC) and the project of the Solar Thermal System (STS) for the new installations
and the energy class, according to the portuguese current regulation.
The thermal power necessities of the building were determined using two thermal
simulation softwares: Carrier HAP and Energyplus. The results obtained for the design
of the terminal units are slightly different with both programs, but with no relevance in
the selection of the equipments. The thermal power of the Air Handling Unit (AHU)
showed significant differences, probably related to the characterization of heat recovery
with each program.
The STS project was supported by Solterm software simulations, which revealed to be
an useful and intuitive tool for the equipment design and for the analysis of the energy
consumption of the building.
Since the building is covered by the portuguese regulation Regulamento dos Sistemas
Energticos de Climatizao de Edifcios (RSECE), the Energy Efficiency Indicator
(EEI) was calculated in order to determine its energy class. Thermal simulations were
carried out by HAP and Energyplus, considering the nominal conditions stablished in
the regulation and two different sceneries for the AHU: constante air volume and
variable air volume. According to the obtained results, the annual energetic
consumptions are significantly lower for the AHU VAV scenery. However, those
differences do not influence the energy class. The building energy class is B.
Keywords: design, HVAC, STS, EEI, energy class
vi
vii
Siglas e Acrnimos
A rea
ADENE Agncia para a Energia
AN Ar Novo
AQS guas Quentes Sanitrias
ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers
AVAC Aquecimento, Ventilao e Ar-Condicionado
CA Airflow coefficient (Coeficiente de descarga)
COP Coefficient Of Performance (Coeficiente de desempenho)
EER Energy Efficiency Ratio (Eficincia energtica)
FF Fator de Forma
FCi Fator de correo climtica de inverno
FR Coeficiente de radiao
FU Coeficiente de utilizao
FCv Fator de correo climtica de vero
GTC Gesto Tcnica Centralizada
HAP Hourly Analysis Program
IEE Indicador de Eficincia Energtica
Pd P direito
QAN Caudal de ar novo
Qext Caudal de extrao
Qins Caudal de insuflao
RCCTE Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos Edifcios
RPH Renovaes Por Hora
RSECE Regulamento dos Sistemas Energticos e de Climatizao de Edifcios
SCE Sistema de Certificao Energtica
SST Sistema Solar Trmico
V Volume
VC Ventiloconvector
UTA Unidade de Tratamento de Ar
viii
ix
ndice
1 Introduo ................................................................................. 1
1.1 A importncia de climatizar e ventilar ............................................. 1
1.2 Condies interiores de conforto ...................................................... 2
1.3 Condies exteriores ......................................................................... 4
1.4 Cargas trmicas ................................................................................. 7
1.5 A conceo de instalaes de ventilao e climatizao .................. 9
1.6 Objetivos e organizao do trabalho .............................................. 11
2 Caracterizao do edifcio ....................................................... 13
2.1 Descrio do edifcio ...................................................................... 13
2.2 Caudais de ar a insuflar e extrair .................................................... 16
2.2.1 Caudais mnimos de ar novo .................................................................... 16
2.2.2 Necessidades de renovao de ar.............................................................. 19
2.2.3 Balano de caudais ................................................................................... 20
2.3 Ganhos internos .............................................................................. 22
2.3.1 Iluminao ................................................................................................ 22
2.3.2 Equipamentos eltricos ............................................................................. 23
2.3.3 Ocupao .................................................................................................. 25
2.3.4 Perfis de utilizao.................................................................................... 25
2.4 Envolvente exterior ......................................................................... 26
2.4.1 Envolvente exterior opaca ........................................................................ 26
2.4.1.1 Paredes exteriores ................................................................................. 26
2.4.1.2 Pontes trmicas planas .......................................................................... 27
2.4.1.3 Cobertura exterior ................................................................................. 27
2.4.1.4 Pavimento em contacto com o solo ...................................................... 28
2.4.2 Envolvente exterior envidraada .............................................................. 28
2.4.2.1 Janelas e portas ..................................................................................... 28
2.4.2.2 Claraboias ............................................................................................. 29
x
2.5 Infiltraes ...................................................................................... 31
3 Projeto de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado
(AVAC) ........................................................................................ 35
3.1 Simulao Trmica Dinmica ........................................................ 35
3.1.1 Simulao com Carrier HAP .................................................................... 36
3.1.1.1 Modelao do edifcio .......................................................................... 36
3.1.1.2 Metodologia de simulao .................................................................... 38
3.1.2 Simulao com Energyplus ...................................................................... 39
3.1.2.1 Modelao do edifcio .......................................................................... 39
3.1.2.2 Metodologia de simulao .................................................................... 42
3.1.3 Resultados de simulaes ......................................................................... 43
3.2 Sistema de AVAC .......................................................................... 47
3.2.1 Descrio do sistema de AVAC ............................................................... 47
3.2.2 Controlo da instalao .............................................................................. 48
3.2.3 Critrios adotados em projeto ................................................................... 50
3.2.3.1 Admisso e rejeio de ar ..................................................................... 50
3.2.3.2 Nveis de rudo ...................................................................................... 50
3.2.3.3 Velocidade do ar no interior dos espaos ............................................. 51
3.3 Dimensionamento do sistema de AVAC ........................................ 52
3.3.1 Principais equipamentos ........................................................................... 52
3.3.1.1 Bomba de calor ..................................................................................... 52
3.3.1.2 Unidade de Tratamento de Ar ............................................................... 54
3.3.1.3 Ventiloconvectores ............................................................................... 55
3.3.1.4 Sistema de climatizao tipo monosplit ................................................ 57
3.3.1.5 Ventiladores .......................................................................................... 59
3.3.1.6 Hotte da Copa ....................................................................................... 60
3.3.2 Rede aerulica........................................................................................... 60
3.3.2.1 Rede de condutas .................................................................................. 60
3.3.2.2 Difusores ............................................................................................... 61
3.3.2.3 Grelhas .................................................................................................. 62
3.3.2.4 Vlvulas de extrao ............................................................................. 63
xi
3.3.2.5 Atenuadores Acsticos ......................................................................... 63
3.3.2.6 Outros acessrios da rede aerulica ...................................................... 64
3.3.3 Rede hidrulica ......................................................................................... 65
3.3.3.1 Rede de tubagem ................................................................................... 65
3.3.3.2 Volante trmico ..................................................................................... 67
3.3.3.3 Outros acessrios da rede hidrulica..................................................... 67
4 Projeto de Sistema Solar Trmico (SST) ................................ 69
4.1 Simulao Solterm .......................................................................... 69
4.2 Principais equipamentos do SST .................................................... 71
4.2.1 Coletores solares ....................................................................................... 71
4.2.2 Rede de tubagem ...................................................................................... 71
4.2.3 Dissipador de calor ................................................................................... 72
4.2.4 Depsito de acumulao de AQS ............................................................. 72
4.2.5 Bomba de circulao ................................................................................ 73
4.2.6 Vaso de expanso ..................................................................................... 73
5 Classificao energtica do edifcio ....................................... 75
5.1 Enquadramento regulamentar ......................................................... 75
5.2 Pressupostos de clculo do IEE ...................................................... 78
5.3 Simulao energtica em condies nominais ............................... 82
5.3.1 Simulao em condies nominais com HAP .......................................... 82
5.3.2 Simulao em condies nominais com Energyplus ................................ 84
5.4 Resultados de simulao ................................................................. 85
5.5 Determinao da classe energtica do edifcio ............................... 88
6 Concluses .............................................................................. 91
7 Referncias Bibliogrficas ...................................................... 95
Anexo A ....................................................................................... 97
Anexo A.1 Eficincia de ventilao na cafetaria .................................. 99
xii
Anexo A.2 Plantas de arquitetura com mobilirio .............................. 101
Anexo A.3 Projeto de Iluminao ....................................................... 103
Anexo A.4 Projeto de alimentaes especficas ................................. 107
Anexo A.5 Determinao dos coeficientes de transmisso trmica da
envolvente exterior ................................................................................. 109
Anexo A.6 Determinao das infiltraes de ar exterior .................... 111
Anexo B ...................................................................................... 115
Anexo B.1 - Dimensionamento da rede aerulica .................................. 117
Anexo B.2 - Dimensionamento da rede hidrulica ................................ 119
Anexo C ...................................................................................... 121
Anexo C.1 Relatrio da simulao em Solterm .................................. 123
Anexo C.2 Clculo do volume do vaso de expanso .......................... 129
Anexo D ..................................................................................... 131
Anexo D.1 Lista de desenhos .............................................................. 133
Anexo D.2 - Desenhos dos projetos de AVAC e de SST ...................... 135
Anexo E ...................................................................................... 149
Anexo E.1 Resumo de inputs de simulao em condies nominais . 151
Anexo E.2 Clculo do fator de forma do edifcio ............................... 153
Anexo E.3 Estimativa do nmero anual de horas de funcionamento da
bomba de circulao do SST .................................................................. 155
Anexo E.4 Clculo de IEEs ................................................................. 157
xiii
ndice de Figuras
Figura 1.1 Relao entre temperatura operativa tima, atividade e vesturio ............... 3
Figura 1.2 Zonas climticas em Portugal Continental ................................................... 6
Figura 1.3 Balano energtico num edifcio .................................................................. 7
Figura 1.4 Balano energtico no corpo humano .......................................................... 8
Figura 1.5 Sistema de climatizao de um edifcio ..................................................... 10
Figura 2.1 Localizao do edifcio a intervencionar no recinto da Fundao Calouste Gulbenkian ..................................................................................................................... 13
Figura 2.2 Alteraes previstas no edifcio (amarelo a demolir, encarnado a construir) ......................................................................................................................... 14
Figura 2.3 Edifcio remodelado ................................................................................... 15
Figura 2.4 Claraboias do edifcio (a azul) cobertura ................................................ 30
Figura 2.5 Claraboias do edifcio (a azul) corte na zona da cafetaria ...................... 30
Figura 3.1 Envolvente exterior da Cafetaria - HAP..................................................... 37
Figura 3.2 Modelo tridimensional do edifcio, planta DesignBuilder ...................... 40
Figura 3.3 Modelo tridimensional do edifcio, vista Nascente DesignBuilder ........ 41
Figura 3.4 Modelo tridimensional do edifcio, alado Noroeste DesignBuilder ...... 41
Figura 5.1 - Regulamentao aplicvel a cada tipo de edifcio ...................................... 76
Figura 5.2 Escala de classes energticas de edifcios .................................................. 76
Figura A.1 Identificao de teto falso e zona sem teto falso na cafetaria (corte) ........ 99
Figura A.2 Identificao de zonas com e sem teto falso na cafetaria (planta) ......... 100
Figura A.3 Mobilirio da cafetaria, 28 lugares (planta) ............................................ 101
Figura A.4 Mobilirio do Dialogue Cafe, 4 lugares (planta) .................................... 101
Figura A.5 Mobilirio do gabinete, 1 posto de trabalho (planta) .............................. 102
Figura A.6 Planta de iluminao normal - Cafetaria ................................................. 103
Figura A.7 Planta de iluminao normal Dialogue Cafe ........................................ 103
xiv
Figura A.8 Planta de iluminao normal Gabinete................................................. 104
Figura A.9 Planta de iluminao normal Copa....................................................... 104
Figura A.10 Planta de iluminao normal IS senhoras, IS homens, Circulao 6 . 105
Figura A.11 Planta de iluminao normal Vestirios, IS Mob. Condicionada, Economato, Circulao 9 e rea Tcnica .................................................................... 105
Figura A.12 Planta de iluminao normal Arrumo/ Economato ............................ 106
Figura A.13 Planta de alimentaes especficas Dialogue Cafe ............................ 107
Figura A.14 Planta de alimentaes especficas Copa ........................................... 108
Figura A.15 Determinao da classe de exposio do edifcio ................................. 111
Figura A.16 Valores convencionais de RPH ............................................................. 112
Figura A.17 Determinao do valor de CA ................................................................ 114
Figura A.18 Determinao do valor de RP ................................................................ 114
xv
ndice de Tabelas
Tabela 2.1 Determinao do tipo de atividade e caudais de ar novo a insuflar, segundo o RSECE [8] ................................................................................................................... 18
Tabela 2.2 Determinao de caudais de ar novo a insuflar em cada espao segundo EN 15251:2007 [10] ............................................................................................................. 19
Tabela 2.3a Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados .................................................................................................................... 19
Tabela 2.3b Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados .................................................................................................................... 20
Tabela 2.4 Renovaes por hora mnimas de ar e correspondente caudal nos espaos no climatizados ............................................................................................................. 20
Tabela 2.5 Caudais a insuflar e extrair ........................................................................ 21
Tabela 2.6a Determinao de densidade de iluminao em cada espao .................... 22
Tabela 2.6b Determinao de densidade de iluminao em cada espao ................... 23
Tabela 2.7a Determinao de densidade de equipamentos em cada espao ............... 24
Tabela 2.7b Determinao de densidade de equipamentos em cada espao ............... 25
Tabela 2.8 Caracterizao das janelas e portas............................................................ 29
Tabela 2.9 Caracterizao das claraboias .................................................................... 30
Tabela 2.10 Determinao de infiltraes em cada espao (RPH).............................. 33
Tabela 3.1 Resultados de simulao HAP ................................................................ 44
Tabela 3.2 Resultados de simulao - Energyplus ...................................................... 44
Tabela 3.3 Presso sonora de referncia para os vrios espaos do edifcio ............... 51
Tabela 3.4 Caractersticas da bomba de calor selecionada .......................................... 53
Tabela 3.5 Caractersticas da UTA selecionada .......................................................... 55
Tabela 3.6 Caractersticas de ventiloconvectores selecionados .................................. 57
Tabela 3.7 Caractersticas do sistema monosplit selecionado ..................................... 58
Tabela 3.8 Caractersticas de ventiladores selecionados ............................................. 59
xvi
Tabela 3.9 Caractersticas de difusores lineares selecionados .................................... 61
Tabela 3.10 Caractersticas de grelhas selecionadas ................................................... 62
Tabela 3.11 Caractersticas de atenuadores selecionados ........................................... 64
Tabela 4.1 Perfil de consumos de AQS ....................................................................... 70
Tabela 4.2 Resultados Solterm .................................................................................... 70
Tabela 4.3 Caractersticas da bomba de circulao do SST selecionada .................... 73
Tabela 4.4 Caractersticas do vaso de expanso do SST selecionado .......................... 74
Tabela 5.1 Valores de IEE e classes energticas para edifcios de tipologia Pronto-a-comer ............................................................................................................................ 78
Tabela 5.2 Condies nominais para edifcios de tipologia Pronto-a-comer ........... 78
Tabela 5.3 Fatores de correo climtica do edifcio em estudo ................................. 79
Tabela 5.4 Fatores de converso entre energia til e energia primria ....................... 80
Tabela 5.5 Necessidades trmicas trmica anuais do edifcio UTA com caudal constante ......................................................................................................................... 85
Tabela 5.6 Necessidades trmicas trmica anuais do edifcio UTA com caudal varivel ........................................................................................................................... 86
Tabela 5.7 IEEs e classes energticas do edifcio ....................................................... 89
Tabela A.1 Tabela de siglas projeto de alimentaes especficas .......................... 108
Tabela A.2 Clculo do U das paredes exteriores ....................................................... 109
Tabela A.3 Clculo do U dos pilares ......................................................................... 109
Tabela A.4 Clculo do U da cobertura fluxo de calor ascendente ......................... 110
Tabela A.5 Clculo do U da cobertura fluxo de calor descendente ....................... 110
Tabela A.6 Clculo das infiltraes de ar exterior (sistema de AVAC desligado) ... 112
Tabela B.1 Dimensionamento da rede aerulica (mtodo da perda de carga constante) ...................................................................................................................................... 117
Tabela B.2 Dimensionamento da rede hidrulica (mtodo da velocidade mxima admissvel) .................................................................................................................... 119
Tabela E.1 Clculo do fator de forma do edifcio ..................................................... 153
xvii
Tabela E.2 Simulao em HAP, UTA com caudal constante, com recuperao de calor ...................................................................................................................................... 159
Tabela E.3 Simulao em HAP, UTA com caudal constante, sem recuperao de calor ...................................................................................................................................... 160
Tabela E.4 Simulao em Energyplus, UTA com caudal constante, com recuperao de calor ......................................................................................................................... 161
Tabela E.5 Simulao em HAP, UTA com caudal varivel, com recuperao de calor ...................................................................................................................................... 162
Tabela E.6 Simulao em HAP, UTA com caudal varivel, sem recuperao de calor ...................................................................................................................................... 163
Tabela E.7 Simulao em Energyplus, UTA com caudal varivel, com recuperao de calor .............................................................................................................................. 164
xviii
xix
ndice de Equaes
Equao 2.1 .................................................................................................................... 32
Equao 3.1 .................................................................................................................... 51
xx
1
1 Introduo
1.1 A importncia de climatizar e ventilar
Numa sala fechada a energia libertada por pessoas e equipamentos eleva a temperatura
do ar interior. A ocupao e alguns tipos de atividades resultam na libertao de CO2 e
de vapor de gua, por vezes tambm na formao de odores. As trocas de calor entre o
interior e o exterior dos edifcios atravs das envolventes opacas e envidraadas levam,
muitas vezes, a ganhos exagerados durante a estao mais quente e a perdas excessivas
durante os meses mais frios. Ao fim de algum tempo, a degradao da qualidade do ar e
o desmedido aumento ou diminuio da temperatura interior, tornam impossvel a
permanncia de pessoas numa sala.
A entrada de ar novo e a sada de ar viciado em espaos fechados permite reduzir
fortemente a concentrao de gases, vapores e a quantidade de partculas em suspenso
no seu interior, repondo nveis de qualidade do ar indispensveis sade de ocupantes e
conservao de equipamentos e materiais [1]. Por estas razes, a ventilao dos
edifcios desempenha um papel fundamental para a sua adequada utilizao e
longevidade.
Os ganhos e perdas de calor de um espao associados renovao do ar interior,
juntamente com os que ocorrem atravs das suas envolventes e com os ganhos
resultantes das atividades que nele tomam lugar, conduzem definio de carga
trmica. A carga trmica a quantidade de calor que deve ser colocada ou retirada de
uma zona do edifcio para que as condies interiores de temperatura e humidade se
mantenham dentro do intervalo de valores pretendidos [2]. As cargas trmicas so
vulgarmente tratadas recorrendo a sistemas mecnicos de climatizao.
2
1.2 Condies interiores de conforto
O principal objetivo de um sistema de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado
(AVAC) proporcionar condies, em que o estado da mente expressa satisfao com
o ambiente trmico circundante, segundo a norma ASHRAE 55 [3]. Esta definio
deixa em aberto tanto o conceito de estado da mente como o de satisfao e, no
fundo, reala corretamente que a sensao de conforto um processo cognitivo que
envolve vrios fatores fsicos, fisiolgicos e psicolgicos [3], nomeadamente a idade, o
estado de sade, o vesturio e o nvel de atividade.
Verificou-se que condies interiores agradveis para os ocupantes no influenciam
apenas o seu bem estar fsico mas tambm a sua produtividade, rendimento e at taxas
de acidentes no trabalho. Temperaturas do ar interior demasiado elevadas ou demasiado
reduzidas diminuem a atividade cerebral humana e a capacidade para desempenhar
operaes manuais. Tambm gradientes trmicos elevados, resultantes de diferenas de
temperatura acentuadas, por exemplo entre a zona dos ps e a da cabea dos ocupantes,
provocam sensao de desconforto.
Para compreender a interao entre um ocupante e o meio que o rodeia e em que que
esta afeta a sensao de conforto trmico, importante identificar as trocas de calor que
ocorrem entre o ar ambiente e as pessoas. A determinao da taxa de calor libertada por
uma pessoa para o ambiente circundante pode ser obtida pela multiplicao entre a rea
superficial do seu corpo e o calor metablico correspondente ao seu nvel de atividade.
usual caracterizar a taxa de calor metablico por unidade de rea de corpo em termos
da unidade met (1 met = 58,2 W/m2). Tambm o vesturio afeta fortemente as trocas
entre os ocupantes e o meio. A medio do nvel de isolamento trmico do vesturio
usualmente efetuada na unidade clo (1 clo = 0,155 m2.C/W) [2].
Uma forma (entre outras) de avaliar a sensao de conforto trmico consiste na
aplicao da teoria desenvolvida por Fanger, segundo a qual estabelecida uma relao
entre a resistncia trmica do vesturio dos ocupantes, o seu nvel de atividade e a
temperatura operativa tima. Este mtodo baseia-se em dois ndices que caracterizam a
resposta de um grande grupo de indivduos sensao de conforto trmico em
3
ambientes com diferentes condies. A Figura 1.1 traduz a relao entre estas diferentes
variveis sob a forma grfica. Importa referir que a temperatura operativa combina
efeitos de conveco e radiao atravs de uma mdia ponderada que inclui a
temperatura de bolbo seco do ar interior e a temperatura mdia das superfcies
existentes no ambiente (temperatura radiante mdia) [2].
Figura 1.1 Relao entre temperatura operativa tima, atividade e vesturio Fonte: Adaptado de [4]
As correntes de ar numa sala podem provocar arrefecimentos indesejados, devidos a
conveco. Por esta razo, tambm a velocidade do ar no interior dos edifcios afeta a
sensao de conforto dos seus ocupantes.
A humidade do ar outro parmetro importante na definio de condies interiores de
conforto. A humidade relativa do ar interior no deve ser inferior a 30%, sob risco dos
4
ocupantes poderem ter sintomas como pele seca e dificuldades respiratrias. Por outro
lado, esta tambm no deve ser superior a 70%, o que poderia provocar mau estar
devido forte reduo nas trocas de calor por sudao [2].
Os contaminantes ambientais, ao afetarem a pureza e higiene do ar, traduzem-se
tambm no nvel de conforto e podem constituir um perigo potencial ao nvel da sade
dependendo dos valores das suas concentraes e do tempo de exposio dos ocupantes.
A degradada qualidade do ar pode provocar uma simples deteo sensorial ou pode, em
casos extremos em que resulte de elevadas concentraes de poluentes txicos, ser letal.
semelhana do que acontece com outros seres vivos, tambm o Homem depende de
oxignio para sobreviver. A quantidade mnima de oxignio exigida pelo metabolismo
humano em repouso cerca de 0,2 l/s, ou seja cerca de 1 l/s de ar atmosfrico (21% de
oxignio). Para atividades mais intensas a quantidade de ar novo disponvel ter de ser
superior. A disponibilidade de oxignio no ar de um espao fechado um dos fatores
que mais afeta a sade e bem estar dos seus utilizadores.
Pode concluir-se que as condies de conforto no interior dos edifcios dependem da
temperatura, do gradiente de temperaturas, da velocidade, dos teores de oxignio e
humidade e da quantidade de contaminantes e partculas do ar interior. Apesar dos
limites de tolerncia a cada um destes parmetros poderem variar ligeiramente de
pessoa para pessoa, todos eles tm influncia na sensao de conforto dos seres
humanos.
1.3 Condies exteriores
O desempenho dos sistemas de condicionamento de ar fortemente influenciado pelas
variaes climatricas que se verificam em cada dia ao longo do ano. O ambiente
exterior num determinado local caracterizado por diversos parmetros, tais como a
temperatura, a humidade, a velocidade e direo do vento, a nebulosidade, a qualidade
do ar e a precipitao. A temperatura e a humidade do ar numa regio devem-se
5
essencialmente ao do vento e da radiao solar, enquanto que a qualidade do ar
exterior maioritariamente afetada pela atividade humana.
A evoluo da temperatura do ar atmosfrico ao longo do dia e ao longo do ano
significativamente influenciada pela variao anual e diria da radiao solar que incide
na superfcie terrestre. A variao da declinao da terra ao longo do ano justifica as
evolues que ocorrem na temperatura exterior nos diferentes meses, a variao da
intensidade da radiao solar incidente devida ao movimento de rotao do planeta do
nascer ao pr do sol, explica a evoluo diria das temperaturas [2].
Um fluxo de radiao trmica ao incidir numa superfcie (numa parede ou vidro, por
exemplo) subdivide-se em trs componentes radiativas: refletida (uma parte da energia
retorna atmosfera), absorvida (componente da radiao que absorvida e acumulada
termicamente pelas molculas da superfcie) e transmitida (componente da radiao que
atravessa a superfcie sem sofrer alteraes, o que acontece apenas nas superfcies
transparentes). A compreenso desta decomposio da radiao trmica muito
importante para perceber os fenmenos de transferncia e transmisso de calor que
ocorrem atravs das envolventes exteriores dos edifcios.
A ao do vento um fator tambm com grande influncia no clima. Basicamente, os
ventos so massas de ar em movimento provocado por variaes da presso atmosfrica
devidas ao desigual aquecimento verificado nos continentes e nos mares. Os ventos
provenientes do interior dos continentes tornam o clima de uma regio seco, enquanto
os provenientes dos mares, com contedos de humidade elevados, tornam o clima
hmido. A velocidade do vento afeta tambm as trocas de calor entre um edifcio e o
exterior devidas a efeitos de conveco [2].
O conhecimento das condies exteriores a que um edifcio est sujeito tem uma
importncia fulcral no dimensionamento de sistemas de climatizao e no estudo do seu
desempenho energtico.
Face variabilidade das condies do clima exterior, o RCCTE [5] apresenta dados
climticos mdios para cada concelho de Portugal Continental e para as Regies
Autnomas, distinguindo trs zonas climticas, tanto na estao de aquecimento (zonas
climticas de Inverno: I1, I2 e I3) como na estao de arrefecimento (zonas climticas de
6
Vero: V1, V2 e V3). Estas zonas climticas so influenciadas pelos dados climticos
mdios, mas tambm pela altitude e distncia costa. A zona I1 a mais fria durante o
Inverno e a zona V1 a mais quente no Vero. A Figura 1.2 apresenta as zonas climticas
definidas no RCCTE para Portugal Continental [5].
Figura 1.2 Zonas climticas em Portugal Continental Fonte: [6]
A definio destas zonas, juntamente com outros dados climticos de referncia tambm
apresentados no RCCTE [5] para cada concelho, nomeadamente a durao da estao
de aquecimento, a temperatura exterior de projeto e o nmero de graus dias, fornecem
importantes informaes a projetistas de AVAC, quando se pretende efetuar o
dimensionamento de sistemas sem recorrer a complexas simulaes trmicas. Os
requisitos da qualidade trmica das envolventes exteriores de edifcios abrangidos pelo
Sistema de Certificao Energtica (SCE) so funo da zona climtica em que se
encontram.
7
1.4 Cargas trmicas
A radiao incidente nos edifcios e a diferena de temperaturas entre o interior e o
exterior originam um fluxo de calor atravs das suas envolventes. A diferena de
humidade especfica entre o interior e o exterior do edifcio resulta num fluxo de massa
que atravessa as envolventes exteriores. As trocas de calor e massa entre o ambiente
interior e exterior traduzem-se em carga trmica sensvel e latente. Tambm as
infiltraes de ar exterior nos espaos interiores resultam numa carga trmica sensvel e
latente. A utilizao do edifcio (ocupao, iluminao, utilizao de equipamentos)
leva a que se liberte calor e vapor de gua. Todos estes fenmenos resultam em carga
trmica, que tem de ser removida (caso seja positiva) ou cedida (caso seja negativa)
para que o espao interior se mantenha nas condies desejadas. A Figura 1.3 representa
os fluxos de calor que resultam na carga trmica de um edifcio, em situao de vero e
de inverno.
Figura 1.3 Balano energtico num edifcio Fonte: Adaptado de [4]
8
No caso da ocupao , na maioria dos casos, considerado que a carga trmica igual
ao metabolismo dos ocupantes. O metabolismo funo da atividade desenvolvida. A
carga latente, carga sensvel por conveco e carga sensvel por radiao libertadas
pelos ocupantes dependem tambm das condies de temperatura, humidade e
velocidade do ar interior. A Figura 1.4 apresenta o balano trmico no corpo humano.
Figura 1.4 Balano energtico no corpo humano Fonte: [4]
No caso do clculo de cargas trmicas devidas a equipamentos, usual ser considerado
um fator de potncia e de simultaneidade.
As cargas trmicas devidas a infiltraes do ar exterior devem ser tambm consideradas,
na caracterizao de um espao. No entanto, no fcil a sua quantificao devido
incerteza em relao efetiva utilizao de janelas e portas e ao desconhecimento,
muitas vezes, das condies do vento [1]
O caudal de ar novo a insuflar nos edifcios responsvel, normalmente, por cerca de
20 a 40% da carga trmica que os sistemas de AVAC tm de eliminar [2]. A
contabilizao da energia necessria para tratamento de ar novo pode ser feita
conhecendo os caudais a insuflar e as condies interiores e exteriores de temperatura e
humidade.
9
No domnio do AVAC necessrio calcular as cargas trmicas a tratar em cada zona de
um edifcio. A importncia da determinao das cargas trmicas cobre dois aspetos
fundamentais:
o dimensionamento de equipamentos do sistema de climatizao;
a determinao do consumo de energia da instalao.
Atualmente, o clculo das cargas trmicas , na maioria dos casos, efetuado atravs de
programas informticos.
1.5 A conceo de instalaes de ventilao e climatizao
A forma mais comum de resolver as cargas trmicas de um edifcio fazer com que as
zonas a tratar sejam atravessadas por um fluido que arrefece (cede calor ao espao) ou
aquece (ganha calor do espao), consoante existam cargas trmicas negativas (calor em
dfice no espao) ou positivas (calor em excesso no espao), e que tem de ser reposto
nas suas condies iniciais, para poder ser novamente utilizado [1]. neste princpio
base que assentam a maioria dos sistemas de AVAC, apesar de existirem algumas
alternativas para aquecer ou arrefecer o interior de edifcios, como o caso por exemplo
dos processos radiativos [1].
O fluido que distribui energia pelo edifcio (fluido trmico) pode ser gua, uma soluo
aquosa (gua glicolada ou salmoura), ar, termofluido (geralmente um leo) ou ainda
gases, em aplicaes especiais. Existem tambm vrias alternativas para aquecer e
arrefecer o fluido trmico e diferentes solues para a distribuio e introduo da
energia trmica em cada espao.
A conceo do sistema de distribuio e extrao de ar deve ter em conta os efeitos de
contaminao produzidos por fontes pontuais no interior dos ambientes. Podendo estes
ser controlados atravs da criao de presses diferenciais, utilizando ventiladores de
extrao e colocando criteriosamente os dispositivos terminais de insuflao e de
extrao (grelhas e difusores). Deste modo, os contaminantes podem ser evacuados
10
antes de se espalharem pela zona ocupada. A limpeza do ar tambm um importante
processo para assegurar condies interiores adequadas e consiste na reteno de parte
das partculas suspensas em filtros [1].
Um sistema de ventilao e climatizao pode ser constitudo por uma grande
quantidade de equipamentos e componentes: caldeiras (recorrendo a diferentes tipos de
combustveis para produzir calor), bombas de calor, chillers (de arrefecimento a ar ou a
gua), coletores solares, equipamentos de co-gerao, unidades de ventilao, unidades
de tratamento de ar, ventiloconvectores, ventiladores, bombas de circulao, difusores,
grelhas etc.
A conceo de uma instalao de AVAC exige o conhecimento do edifcio, das suas
cargas trmicas, do clima em que se insere, das expectativas dos utilizadores e da
legislao aplicvel. O projeto deve garantir corretas condies de funcionamento do
sistema em perodos distintos, prever a monitorizao de forma a poderem ser seguidas
e registadas as condies de funcionamento e assegurar a facilidade de manuteno e
substituio de equipamentos. A Figura 1.5 apresenta o esquema de uma instalao de
AVAC onde se pode identificar uma caldeira (encarnado), um chiller (azul), uma UTA
(verde) e a distribuio de ar num edifcio.
Figura 1.5 Sistema de climatizao de um edifcio
Fonte: [7]
11
1.6 Objetivos e organizao do trabalho
O presente trabalho foi realizado no mbito da unidade curricular Trabalho de Final de
Mestrado (TFM) do mestrado em Engenharia Mecnica, perfil de Energia, Refrigerao
e Climatizao do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL).
Este trabalho pretende apresentar o projeto de AVAC de um edifcio cujo principal
espao uma cafetaria. Um dos objetivos estabelecidos foi determinar as cargas
trmicas a tratar em cada espao com recurso a simulaes efetuadas em dois softwares:
Carrier HAP e Energyplus. Incluem-se tambm nos objetivos do trabalho a realizao
do projeto do Sistema Solar Trmico (SST) do edifcio, o enquadramento regulamentar
(RSECE/ RCCTE) e a determinao da classe energtica da frao.
Este documento foi organizado em seis captulos. No captulo 1, Introduo, so
apresentados alguns conceitos tericos relevantes ao desenvolvimento do trabalho, bem
como os seus objetivos e organizao.
O captulo 2 pretende caracterizar pormenorizadamente o edifcio a estudar sendo
apresentada a sua localizao, arquitetura, ocupao esperada, iluminao e
equipamentos previstos, solues construtivas adotadas, caudais de ar a insuflar e a
extrair e caudais de infiltraes de ar exterior a considerar.
No captulo 3 apresentam-se as metodologias adotadas para determinao das potncias
de climatizao a instalar, recorrendo a simulao trmica dinmica nos softwares HAP
e Energyplus, bem como os resultados obtidos e o dimensionamento dos principais
equipamentos, rede aerulica e rede hidrulica do sistema de AVAC.
O captulo 4 dedicado ao projeto de SST do edifcio, sendo apresentada a estimativa
dos consumos de guas Quentes Sanitrias (AQS), os resultados obtidos na simulao
do sistema com o software Solterm e o dimensionamento dos principais equipamentos.
O enquadramento regulamentar do edifcio feito no captulo 5, onde so tambm
apresentadas as metodologias e resultados de simulaes efetuadas no HAP e no
12
Energyplus, em condies nominais de funcionamento, para determinao do IEE e da
classe energtica da frao.
O trabalho termina com o captulo 6, onde so apresentadas as concluses mais
relevantes.
Do conjunto de anexos, importa salientar o Anexo D, onde so apresentados os
desenhos dos projetos de AVAC e de SST, incluindo implantao de equipamentos e
traados de redes de fluidos e esquemas de princpio, que faziam tambm parte dos
objetivos propostos para este TFM.
13
2 Caracterizao do edifcio
2.1 Descrio do edifcio
A Fundao Calouste Gulbenkian pretende realizar uma interveno no antigo Centro
de Iniciao Artstica Infantil (CIAI), localizado dentro do permetro do conjunto dos
Edifcios e Jardim da Fundao (ver Figura 2.1).
O edifcio em estudo situa-se junto entrada Nascente da Fundao, na Rua Marqus de
S da Bandeira, e encontra-se encerrado h vrios anos, por questes relacionadas com
a insalubridade dos espaos. A construo tem uma configurao irregular,
aproximando-se de uma forma triangular, com uma fachada paralela rua e apresenta
dois pisos, um dos quais, enterrado.
Figura 2.1 Localizao do edifcio a intervencionar no recinto da Fundao Calouste Gulbenkian Fonte: Adaptado de GoogleEarth
14
A interveno prev a eliminao da cave e a demolio da rea superior
correspondente no piso trreo, ficando o edifcio com apenas um piso.
O programa inclui a instalao de um Dialogue Cafe, um pequeno espao preparado
para videoconferncias, que possibilita ao cidado comum comunicar cara a cara com
outros cidados, em Dialogue Cafes de outras cidades do mundo. Prev-se tambm a
criao de uma rea de cafetaria, com uma generosa esplanada voltada a sul e para o
jardim. Os grandes vos envidraados, em paredes opostas da cafetaria, permitem criar
uma continuidade visual entre o espao interior e o jardim e esplanada.
No interior, o espao ir dividir-se em reas de pblico e reas de servio.
Na Figura 2.2 e na Figura 2.3 apresentam-se as demolies (a amarelo) e novas
construes (a encarnado) propostas pela arquitetura e a planta do edifcio remodelado.
Figura 2.2 Alteraes previstas no edifcio (amarelo a demolir, encarnado a construir) Fonte: Projeto de arquitetura Dialogue Cafe
15
Figura 2.3 Edifcio remodelado Fonte: Adaptado de Projeto de arquitetura Dialogue Cafe
Tratando-se de um edifcio de servios, foram identificados os espaos em que devero
ser asseguradas condies interiores de conforto trmico e qualidade do ar adequada
recorrendo ao Regulamento dos Sistemas Energticos e de Climatizao de Edifcios
(DL. 79/2006, de 4 de Abril RSECE [8]): a cafetaria, o Dialogue Cafe e o gabinete.
De notar que existe tambm uma copa, que apesar de no ter diretamente exigncias de
ar novo segundo o RSECE, um espao que comunica em permanncia com a cafetaria
atravs do balco e onde se iro encontrar funcionrios do edifcio. Apesar das reas
tcnicas, instalaes sanitrias e arrumos no estarem abrangidos pelo regulamento, so
locais onde necessrio assegurar renovaes de ar, de modo a garantir a remoo de
odores, impedir a acumulao de humidade, manter a salubridade no interior do edifcio
e promover a longevidade de materiais e equipamentos.
16
2.2 Caudais de ar a insuflar e extrair
2.2.1 Caudais mnimos de ar novo
Na determinao do caudal de ar novo a insuflar em cada espao, importante ter em
considerao a eficincia do sistema de ventilao. A eficincia de ventilao define-se
como a razo entre o caudal de ar novo que efetivamente chega zona ocupada de um
dado espao e o caudal de ar novo insuflado no mesmo. H sempre algum ar insuflado
que extrado, sem que passe na proximidade dos ocupantes. Segundo a Agncia para a
Energia (ADENE), devem ser utilizados os seguintes valores de eficincia de
ventilao, de acordo com as situaes seguidamente descritas:
60% nos casos em que a insuflao e a extrao so ambas feitas pelo teto, ou
junto deste e prximas entre si, sem medidas especficas para reduzir o risco de
curto-circuito do ar entre elas;
70% nos casos que se enquadrem numa situao intermdia entre as descritas
para utilizao dos valores de eficincia de 60% e 80%, por exemplo, quando
apenas ocorre curto-circuito relativamente a uma parte dos difusores/grelhas de
insuflao;
80% nos espaos com boa estratgia de distribuio do ar insuflado, incluindo
situaes com insuflao e extrao (ambas) no teto ou junto deste, desde que
exista cumulativamente:
i. Minimizao do risco de curto-circuito, atravs da maximizao da distncia
insuflao - extrao, ou de estratgias que otimizem o percurso efetivo do jacto
de ar de insuflao na zona ocupada;
ii. Difusores de alta induo, bem distribudos;
iii. Extrao em zonas mortas do campo do escoamento;
17
90 % - situaes em que a insuflao se faz numa zona junto ao pavimento e a
extrao junto ao teto sem hiptese de curto circuito, ou outro tipo de insuflao
em que a mistura excelente e se aproxima da eficincia de sistemas do tipo por
deslocamento (displacement) [9].
No edifcio em estudo no ser instalado um sistema do tipo displacement por
limitaes arquitetnicas. A soluo de insuflao de ar discutida com a equipa de
arquitetura desde uma fase inicial passa pela instalao de difusores lineares,
encastrados no teto falso e uniformemente distribudos pelo espao ocupado. A
principal razo para ser adotada esta soluo prende-se com o facto dos difusores
lineares poderem acompanhar a mtrica das claraboias (descritas no captulo 2.5.2.2) e
das luminrias, conjugando diferentes especialidades numa soluo harmoniosa.
Tambm se pretende uma soluo discreta para a extrao de ar nos diferentes espaos,
enquadrada com os elementos de construo. Sero instaladas grelhas contnuas de
parede ou sancas no teto para extrao de ar.
Com base nas solues de insuflao e extrao propostas, foi considerada uma
eficincia de ventilao de 70%, para a generalidade do edifcio. Apenas numa parte da
cafetaria ter de ser previsto um sistema ligeiramente diferente e com uma eficincia de
ventilao mais baixa (60%), uma vez que a inexistncia de teto falso no permite a
instalao de difusores. Foi calculada uma eficincia total de 68% para a cafetaria, a
metodologia adotada para determinao deste valor pode ser consultada no anexo A.1.
O nmero de ocupantes da cafetaria, do Dialogue Cafe e do gabinete foi definido com
base no mobilirio apresentado nos desenhos do projeto de arquitetura, que podem ser
consultados no anexo A.2.
Adicionalmente aos 28 ocupantes que se podem encontrar na cafetaria, ser de esperar
mais um ocupante, o empregado de mesa, pelo que foi considerada uma ocupao total
de 29 pessoas neste espao.
Uma vez que a copa se encontra em contacto permanente com a cafetaria atravs do
balco, no ser insuflado ar novo directamente neste espao, apenas ser considerada
18
extrao. Desta forma assegura-se a renovao do ar na copa sem o risco de serem
transferidos odores indesejveis para o espao mais nobre do edifcio, a cafetaria.
A Tabela 2.1 identifica os espaos do edifcio que apresentam exigncias
regulamentares de caudais de ar novo, o tipo de atividade de cada local segundo o
RSECE [8], o nmero de ocupantes, a rea, a eficincia de ventilao e os caudais
mnimos a insuflar para que seja cumprido o regulamento. No caso dos espaos com
tipo de atividade gabinetes, em que o RSECE estabelece caudal de ar novo mnimo
por ocupante e por metro quadrado de rea til, ser adotado o maior dos dois valores
calculados.
Tabela 2.1 Determinao do tipo de atividade e caudais de ar novo a insuflar, segundo o RSECE [8]
Esp. n
Designao Tipo de
atividade A
(m2) N
ocup AN
(m3/h.ocup) AN
(m3/h.m2) QAN mn.
(m3/h)
2 Cafetaria Salas
refeies 92,9 29 35 0 0,68 1500
3 Dialogue Cafe
Gabinetes 23,4 4 35 5 0,7 200
4 Gabinete Gabinetes 9,5 1 35 5 0,7 70
Foram tambm determinados os caudais mnimos de ar novo recorrendo norma
EN15251:2007 [10]. Esta norma define categorias da qualidade do ambiente interior,
segundo as quais so definidos os critrios para dimensionamento dos sistemas de um
edifcio [10]. Uma vez que estas categorias esto diretamente relacionadas com as
expectativas dos ocupantes, assumiu-se que nos espaos sem ocupao permanente no
h necessidade de insuflao de ar novo. Estipulou-se que o edifcio deve apresentar
categoria II relativamente qualidade do ar interior, por se tratar de uma grande
remodelao e por se pretender uma boa qualidade do ambiente interior. Uma vez que
no ser permitido fumar e no se prev a utilizao de materiais de construo e
acabamentos no ecologicamente limpos, consideram-se as emisses no interior do
edifcio very low. A Tabela 2.2 apresenta os caudais de ar novo mnimos a insuflar
19
em cada espao, determinados segundo o mtodo baseado na ocupao e nos
componentes do edifcio definido na norma EN 15251:2007 [10].
Tabela 2.2 Determinao de caudais de ar novo a insuflar em cada espao segundo EN 15251:2007 [10]
Esp. n Designao Categoria Emisses do
edifcio Ar Novo (m3/h)
2 Cafetaria II very low 1255
3 Dialogue Caf II very low 190
4 Gabinete II very low 55
Ser utilizado, para cada espao, o maior dos caudais de ar novo determinado por ambos
os mtodos (RSECE [8] e mtodo baseado na ocupao e componentes do edifcio da
EN 15257:2007 [10]). Conforme se pode verificar por comparao dos resultados
apresentados na Tabela 2.1 e na Tabela 2.2, a legislao nacional (RSECE [8]) que
apresenta os valores mais exigentes.
2.2.2 Necessidades de renovao de ar
Conforme referido no captulo 2.1, devero ser asseguradas renovaes do ar interior
mesmo nos espaos sem caudais de ar novo impostos pela legislao. Por consulta de
bibliografia relativa ao nmero de renovaes por hora de ar (RPH) aconselhvel para
diferentes espaos, definiram-se os valores apresentados na Tabela 2.3
Tabela 2.3a Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados
Designao RPH
Circulaes 2
Instalaes Sanitrias 10
20
Tabela 2.3b Renovaes por hora mnimas de ar a considerar por tipo de espaos no climatizados
Designao RPH
reas tcnicas 5
Arrumos 2
Fonte: adaptado de Especificaes Tcnicas para Instalaes de AVAC [11]
O caudal extrado no tipo de espaos indicados na Tabela 2.3 ser proveniente dos
espaos onde existe insuflao de ar novo.
Tabela 2.4 Renovaes por hora mnimas de ar e correspondente caudal nos espaos no climatizados
Esp. n Designao RPH mnimas Volume
(m3)
Q mnimo
(m3/h)
6 Circulao 10 14,4 144
7.1 IS Homens 10 16,6 166
7.2 IS Senhoras 10 16,3 163
7.3 IS Mob. Condicionada 10 9,8 98
8 Circulao 2 31,2 62
9 Vestirios 10 16,6 166
10 Economato 2 2,9 6
11 rea tcnica 5 5 27
12 Arrumos/ Economato 5 5 46
2.3 Balano de caudais
Para que seja assegurada presso positiva nos espaos interiores, deve ser extrado um
caudal cerca de 10% inferior ao caudal insuflado [12]. Esta indicao ser considerada
na determinao dos caudais a insuflar e extrair em cada espao, sendo desejvel que os
locais climatizados, com exceo da copa, se encontrem em sobrepresso quando o
sistema de AVAC se encontra a funcionar, evitando as infiltraes de ar no
climatizado, proveniente de outros espaos do edifcio ou do exterior. Na copa,
21
pretende-se uma presso negativa, de modo a assegurar que no ocorre propagao de
cheiros desta zona para o restante edifcio.
A Tabela 2.5 apresenta os caudais de insuflao/extrao determinados para cada
espao do edifcio, tendo em conta:
os caudais de ar novo mnimos para os espaos climatizados (apresentados no
captulo 2.2.1);
as renovaes do ar pretendidas para os locais no climatizados (apresentadas na
Tabela 2.3);
se pretendida sobrepresso ou depresso para cada espao.
De notar que, apesar de no existirem exigncias de ar novo para as circulaes, ser
insuflado ar na circulao 8, de modo a compensar as extraes a efetuar em alguns dos
restantes espaos.
Tabela 2.5 Caudais a insuflar e extrair
Esp.
n Designao
A
(m2)
Pd
(m)
V
(m3) Climatizado?
Qins
(m3/h)
Qext
(m3/h)
2 Cafetaria 92,9 2,7 250,8 Sim 1500 710
3 Dialogue Cafe 23,4 2,7 63,2 Sim 200 180
4 Gabinete 9,5 2,7 25,7 Sim 70 60
5 Copa/ Balco 19,7 2,5 49,3 Sim - 200
6 Circulao 6 2,4 14,4 No - -
7.1 IS Homens 6,9 2,4 16,6 No - 170
7.2 IS Senhoras 6,8 2,4 16,3 No - 170
7.3 IS Mob. Condicionada 4,1 2,4 9,8 No - 100
8 Circulao 13 2,4 31,2 No 260 -
9 Vestirios 6,9 2,4 16,6 No - 170
10 Economato 1,2 2,4 2,9 No - 10
11 rea tcnica 2,2 2,4 5,3 No - 30
12 Arrumos/ Economato 3,8 2,4 9,1 No - 50
22
Devido ao tipo de atividades que se desenvolvem na copa que originam uma elevada
carga trmica de equipamentos e geram odores desagradveis, ser considerada a
existncia de uma hotte compensada. Estabeleceu-se que a hotte compensada dever ter
capacidade para assegurar 12 RPH da copa [11]. O caudal de ar a movimentar pela hotte
com compensao dever ser de 590 m3/h.
2.4 Ganhos internos
2.4.1 Iluminao
Consultando o projeto de iluminao do edifcio, foi possvel determinar o nmero e
potncia eltrica das luminrias de cada espao. Determinou-se, deste modo, a
densidade de iluminao (W/m2) em cada local. No anexo A.3 apresentam-se as plantas
do projeto de luminotecnia para os diferentes locais do edifcio.
A Tabela 2.6 apresenta a densidade de iluminao em cada espao. De notar que a
cafetaria, as instalaes sanitrias e os vestirios apresentam mais do que um tipo de
luminria. Todas as luminrias sero equipadas com lmpadas fluorescentes.
Tabela 2.6a Determinao de densidade de iluminao em cada espao
Esp. n
Designao N de
luminrias
Potncia/ luminria
(W)
Potncia total
iluminao (W)
Densidade iluminao
(W/m2)
2 Cafetaria 6+3 80+70 690,0 7,4
3 Dialogue Cafe 3 90 270,0 11,5
4 Gabinete 2 100 200 21,1
5 Copa/ Balco 2 80 160 8,1
6 Circulao 1 50 50 8,3
7.1 IS Homens 2+1 35+45 111 16,1
7.2 IS Senhoras 2+1 35+45 111 16,3
7.3 IS Mob. Condicionada 2 65 130 31,7
23
Tabela 2.6b Determinao de densidade de iluminao em cada espao
Esp. n
Designao N de
luminrias
Potncia/ luminria
(W)
Potncia total
iluminao (W)
Densidade iluminao
(W/m2)
8 Circulao 9 20 180 13,8
9 Vestirios 1+1+2 90+25+20 155 22,5
10 Economato 2 40 80 66,7
11 rea tcnica 0 0 0 0
12 Arrumos/ Economato 4 20 80 21,1
2.4.2 Equipamentos eltricos
Consultando o projeto de alimentaes especficas do edifcio, foi possvel identificar os
equipamentos previstos para a copa e para o Dialogue Cafe. O projeto de alimentaes
especficas destes espaos pode ser consultado no Anexo A.4.
Na copa, parte da carga trmica libertada pelos equipamentos em funcionamento
removida juntamente com o caudal de ar extrado pela hotte.
No Dialogue Cafe, adicionalmente ao ecr previsto no projeto de alimentaes
especficas, foi considerada a utilizao de quatro computadores portteis (laptop), um
por cada utilizador.
No gabinete, foram considerados os equipamentos tipicamente associados a um posto
de trabalho de escritrio.
A determinao dos ganhos de calor radiante por equipamentos eltricos do Dialogue
Cafe, da copa e do gabinete teve como base os valores tpicos recomendados nos
manuais da ASHRAE [3]. Segundo o ASHRAE Fundamental Handbook de 2009 [3],
para determinar os ganhos de calor de um espao devidos ao funcionamento de um
equipamento, deve ser considerado o consumo energtico desse equipamento associado
aos coeficientes de radiao (FR) e de utilizao (FU). O coeficiente de utilizao
aplicado potncia eltrica do equipamento, permite obter o consumo energtico mdio
24
do aparelho. O coeficiente de radiao relaciona o consumo energtico mdio do
aparelho com calor que radia [3].
Na cafetaria e restantes espaos do edifcio, falta de informao adicional, assumiu-se
a densidade de equipamentos definida no anexo XV do RSECE para edifcios de
tipologia Pronto-a-Comer (30 W/m2) [8].
A Tabela 2.7 apresenta as cargas e densidade de equipamentos determinadas para cada
espao.
Tabela 2.7a Determinao de densidade de equipamentos em cada espao
Esp. n
Designao Equip. Pot. Ele.
(W) FR FU
Carga (W)
Densidade equip.
(W/m2)
2 Cafetaria RSECE
30
3 Dialogue Cafe
Monitor CTS 110 0,67 1 73,7
Laptops (4x) 4x36 0,75 1 4x27
TOTAL
182 7,8
4 Gabinete
Computador 65 0,75 1 48,75
Monitor 70 0,75 1 52,5
Impressora 215 0,55 1 118,25
Fax 15 0,75 1 11,25
TOTAL
231 24
5 Copa/ Balco
Forno 5510 0,2 0,14 154
Torradeira 1700 0,11 0,64 120
Tostadeira 1700 0,38 0,55 355
Mquina de sumos 150 0,15 0,2 4,5
Bancada refrigerada 791 0,45 0,41 146
Mquina de lavar loia
1690 0,27 0,34 155
Moinho de caf 180 0,15 0,2 5,4
Mquina de caf 2403 0,15 0,33 119
TOTAL
1059 481
6 Circulao RSECE - - - - 30
25
Tabela 2.7b Determinao de densidade de equipamentos em cada espao
Esp. n
Designao Equip. Pot. Ele.
(W) FR FU
Carga (W)
Densidade equip.
(W/m2)
7.1 IS Homens RSECE - - - - 30
7.2 IS Senhoras RSECE - - - - 30
7.3 IS Mob. Condicionada
RSECE - - - - 30
8 Circulao RSECE - - - - 30
9 Vestirios RSECE - - - - 30
10 Economato RSECE - - - - 30
11 rea tcnica RSECE - - - - 30
12 Arrumos/ Economato
RSECE - - - - 30
2.4.3 Ocupao
A ocupao a considerar em cada espao foi determinada com base no mobilirio das
plantas de arquitetura, foi indicada anteriormente (verificar Tabela 2.1) e utilizada na
determinao de caudais de ar novo mnimos a insuflar. Adicionalmente, assumiram-se
3 ocupantes na copa, para que seja considerada a carga devida ocupao neste espao.
Definiram-se os seguintes nveis de atividade para cada espao climatizado, por se
entender que so os que melhor traduzem o comportamento esperado para os ocupantes:
Cafetaria atividade sedentria (160 W/ ocupante);
Gabinete e Dialogue Cafe trabalho de escritrio (132 W/ ocupante);
Copa atividade mdia (220 W/ ocupante).
2.4.4 Perfis de utilizao
Para definir os perfis de utilizao de equipamentos e de ocupao da cafetaria e do
Dialogue Cafe, foram considerados os padres de referncia de utilizao dos
26
edifcios indicados no anexo XV do RSECE [8] e o horrio de funcionamento da
Fundao Calouste Gulbenkian (das 9 s 18 horas). Apesar do acesso ao pblico ser
apenas das 9 s 18 horas, considerou-se que existir alguma utilizao do edifcio pelos
funcionrios uma hora antes e uma hora depois deste perodo. Assim, estima-se que a
cafetaria e o Dialogue Caf apresentem perfis de utilizao de equipamentos e de
ocupao semelhantes aos definidos no RSECE entre 9 s 18 horas. Entre as 8-9h e as
18-19h, assumiu-se o menor valor dirio do padro de utilizao de RSECE. Ser
considerada a tipologia Pronto-a-comer para o espao de cafetaria e Escritrios para
o espao de Dialogue Cafe.
Na copa e no gabinete, por serem espaos destinados aos funcionrios do edifcio,
prev-se que a ocupao seja de 100% das 8 s 19h.
Na copa, sero instalados equipamentos que funcionam em permanncia (como o caso
da bancada refrigerada). Por esta razo, foi assumido que 15% dos equipamentos deste
espao se mantm a funcionar durante a noite. No gabinete, foi considerada a utilizao
de 100% dos equipamentos das 8 s 19 h.
Foi assumido que a iluminao do edifcio se mantm ligada na totalidade das 8 s 19h.
2.5 Envolvente exterior
2.5.1 Envolvente exterior opaca
2.5.1.1 Paredes exteriores
As paredes exteriores do edifcio so compostas por dupla alvenaria de tijolo furado
com pano interior de 0,11 m de espessura e pano exterior de 0,20 m, com caixa-de-ar de
0,05 m de espessura, com revestimento interior em reboco com 0,01 m de espessura
massa volmica 2000 kg/m3 e condutibilidade trmica 1,8 W/mC. [13] Est previsto o
revestimento exterior destas envolventes com 0,06 m de argamassa trmica composta
por agregados de poliestireno expandido moldado (EPS) com condutibilidade trmica
27
0,07 W/mC [14] Com exceo das instalaes sanitrias, em que o acabamento interior
ser em pedra mrmore amaciada, o acabamento interior ser em estuque pintado. O
acabamento exterior das paredes ser numa fina camada de beto, de cor clara. As
paredes exteriores apresentam coeficiente de transmisso trmica U=0,48 W/m2C. No
anexo A.5 pode consultar-se a tabela com os dados utilizados para determinao do
coeficiente de transmisso trmica das paredes exteriores do edifcio.
2.5.1.2 Pontes trmicas planas
Foram identificadas zonas de ponte trmica plana nos desenhos de arquitetura,
correspondentes a pilares de beto, com espessura de 0,4 m, massa volmica superior a
2300 kg/m3 e condutibilidade trmica 2 W/mC [13], com revestimento interior em
reboco de 0,01 m de espessura, com massa volmica superior a 2000 kg/m3 e
condutibilidade trmica 1,8 W/mC [13]. Est previsto o revestimento exterior destas
envolventes com 0,06 m de argamassa composta por agregados de poliestireno
expandido moldado (EPS) com condutibilidade trmica no superior a 0,07 W/mC
[14]. O acabamento interior destes elementos ser estuque pintado. Os pilares
apresentam um coeficiente de transmisso trmica U=0,78 W/m2C. A cor exterior dos
pilares ser clara. No anexo A.5 pode consultar-se a tabela com os dados utilizados para
determinao do coeficiente de transmisso trmica dos pilares do edifcio.
2.5.1.3 Cobertura exterior
A cobertura do edifcio ser plana, com teto falso interior em gesso cartonado com
caixa-de-ar, laje de beto de 0,2 m, com massa volmica de 2300 kg/m3 e
condutibilidade trmica 2 W/mC, betonilha (para formao de pendente) com 0,05 m
de espessura, massa volmica de 2000 kg/m3 e condutibilidade trmica no inferior a
1,65 W/mC e isolamento trmico exterior em placa de poliestireno expandido
extrudido com espessura de 0,10 m e condutibilidade trmica de 0,035 W/mC,
revestida por seixo rolado [13]. A soluo de cobertura apresenta um coeficiente de
28
transmisso trmica 0,3 W/m2C tanto em regime de fluxo de calor ascendente como
descendente. A cor exterior da cobertura ser clara. No anexo A.5 pode consultar-se a
tabela com os dados utilizados para determinao do coeficiente de transmisso trmica
da cobertura do edifcio.
2.5.1.4 Pavimento em contacto com o solo
Est previsto isolamento trmico no pavimento, acima da laje existente e sob betonilha
a colocar. O isolamento ser prolongado de modo a isolar as pontes trmicas lineares na
juno do pavimento com as envolventes exteriores verticais. O isolamento destas
pontes trmicas ser assegurado em todo o permetro do edifcio.
O isolamento trmico apresenta uma resistncia de 0,88 m2/C.W [13].
2.5.2 Envolvente exterior envidraada
2.5.2.1 Janelas e portas
Segundo o mapa de vos do projeto de arquitetura, todas as caixilharias do edifcio
sero metlicas, com corte trmico e com classificao de permeabilidade ao ar de 3
Identificam-se no edifcio vos fixos, vos de abertura giratria e vos de abertura de
correr.
Os vidros de todos os vos sero duplos compostos por vidro exterior de 6 mm com
capa de baixa emissividade, caixa de ar de 16 mm e vidro interior de 6 mm.
Existem elementos que sombreiam alguns dos vos do edifcio. O vo da cafetaria
orientado a sul, ser sombreado por uma pala em beto. O vo do Dialogue Cafe e o vo
do gabinete sero sombreados pelo prprio edifcio (que produz um efeito semelhante a
palas verticais, para estes vos) e por uma pala exterior horizontal.
29
A Tabela 2.8 apresenta as caractersticas dos vos envidraados do edifcio.
Tabela 2.8 Caracterizao das janelas e portas
Coeficiente de transmisso trmica do
vidro (W/m2.C) [15] 1,4
Coeficiente de transmisso trmica das
caixilharias (W/m2.C) 4,5
Coeficiente de sombreamento [15] 0,4
Fator solar do vidro [15] 0,32
2.5.2.2 Claraboias
O edifcio ser dotado de claraboias, distribudas pelos diferentes espaos, conforme se
pode verificar na Figura 2.4. As claraboias apresentam uma geometria pouco
convencional, apresentando vidros verticais e no horizontais, como habitual. A
Figura 2.5 apresenta um corte do edifcio na zona da cafetaria, sendo identificados a
azul os vidros das claraboias.
Segundo o mapa de vos do projeto de arquitetura, as caixilharias das claraboias sero
metlicas, com corte trmico e classe de permeabilidade ao ar 3, fixas ou de abertura
giratria. Os vidros sero duplos com vidro exterior de 6 mm com capa de baixa
emissividade, caixa-de-ar de 16 mm e vidro interior de 6 mm. A Tabela 2.9 apresenta as
caractersticas das claraboias do edifcio.
30
Figura 2.4 Claraboias do edifcio (a azul) cobertura
Fonte: Adaptado de projeto de arquitetura Dialogue Cafe
Figura 2.5 Claraboias do edifcio (a azul) corte na zona da cafetaria
Fonte: Adaptado de projeto de arquitetura Dialogue Caf
Tabela 2.9 Caracterizao das claraboias
Coeficiente de transmisso trmica do vidro
(W/m2.C) [15] 1,4
Coeficiente de transmisso trmica das
caixilharias (W/m2.C) 4,5
Coeficiente de sombreamento [15] 0,4
Fator solar do vidro [15] 0,32
31
2.6 Infiltraes
Quando o sistema de ventilao do edifcio se encontra ligado, os espaos climatizados
esto em sobrepresso e no ocorrem infiltrao de ar proveniente do exterior atravs da
envolvente. Assim, na generalidade dos espaos, ser assumido que apenas quando o
sistema desliga podem ocorrer infiltraes de ar exterior.
Para determinar a taxa de renovaes por hora devidas a infiltraes, recorreu-se
metodologia apresentada no RCCTE para clculo deste parmetro [5].
Considerou-se uma classe de exposio 1 por se tratar de um edifcio em meio urbano
com menos de 10 m de altura. No Anexo A.6, podem verificar-se mais
pormenorizadamente os dados considerados para determinao da infiltrao nos
diversos espaos, recorrendo metodologia do RCCTE [5].
Dado o tipo de utilizao da cafetaria, de esperar que durante o perodo de
funcionamento entrem e saiam ocupantes diversas vezes. de prever que a abertura
frequente das portas exteriores resulte numa infiltrao de ar significativa, que tem de
ser tida em considerao na caracterizao deste espao. O caudal de infiltrao atravs
de portas depende da rea da porta, do diferencial de presso entre o exterior e o interior
do edifcio, do coeficiente de descarga da porta quando est aberta e da frao de tempo
que se encontra aberta. Obter o coeficiente de descarga, nestes casos, complicado uma
vez que este vai variando medida que a porta abre e fecha. Para simplificar estes
clculos, a ASHRAE desenvolveu um grfico que combina o coeficiente de descarga de
portas medida que abrem e fecham com a frao de tempo que se encontram abertas,
considerando um determinado nvel de utilizao. Este grfico apresenta o coeficiente
de descarga em funo do nmero de pessoas que utilizam a porta por hora e pode ser
consultado na Figura A.17 do Anexo A.6.
No manual ASHRAE Fundamentals 2009 [3] proposta a seguinte metodologia para
clculo das infiltraes devido utilizao de portas automticas em edifcios de
servios:
32
= Equao 2.1
Sendo Q o caudal de infiltrao (l/s), CA o coeficiente de descarga da porta obtido com
base no nmero de utilizadores por hora e na consulta do grfico publicado no manual
ASHRAE Fundamentals 2009 [3] e apresentado na Figura A.17 do Anexo A.6., A a
rea de porta (m2) e Rp um valor relacionado com o diferencial de presso entre o
interior e o exterior do edifcio, determinado por consulta de um grfico publicado no
manual ASHRAE Fundamentals 2009 e apresentado na Figura A.18 do Anexo A.6, que
tem em considerao a diferena entre a temperatura do ar exterior e interior e a altura
do edifcio em anlise [3].
A metodologia proposta pela ASHRAE foi adaptada ao caso em estudo tendo em
considerao que, ao contrrio do que acontece com as portas automticas, quando as
portas so manuais no comum que seja aberta a totalidade da porta cada vez que
entra ou sai um utilizador.
Existem duas portas na cafetaria, cada uma com rea de 5,7 m2, dividida em duas folhas
de 2,7 m2. Assumiu-se que apenas uma das folhas da porta aberta quando uma pessoa
entra ou sai da cafetaria e ainda que no aberta na totalidade mas apenas 2/3 (A=1,8
m2).
Assumiu-se que, durante uma hora, entram e saem 28 pessoas da cafetaria (nmero total
de lugares sentados no seu interior), tendo sido obtido um coeficiente de descarga de 30
l/s.m2.Pa0,5, como se pode verificar no Anexo A.6.
Para o edifcio em estudo, com altura de 3 m e valores de Tinterior Texterior
compreendidos entre os -7 e 15C, o valor de Rp sensivelmente 4,5 Pa0,5, como se
pode verificar no Anexo A.6. Assim, determinou-se que, durante o perodo de
funcionamento, a infiltrao de ar exterior na cafetaria ser de 3,5 RPH.
33
= (/) () =!" A $ 3,6
= 30)/(*.,. -.,/) 1,8, 4,5-.,/ 3,6250,8 = 3,5
Durante o perodo em que a cafetaria est encerrada, a infiltrao de ar exterior foi
determinada segundo a mesma metodologia dos restantes espaos do edifcio (mtodo
do RCCTE [5]).
As infiltraes determinadas para cada espao so as apresentadas na Tabela 2.10
Tabela 2.10 Determinao de infiltraes em cada espao (RPH)
Esp. n Designao RPH infiltraes
2 Cafetaria 0,85/ 3,5
3 Dialogue Cafe 0,85
4 Gabinete 0,85
5 Copa/ Balco 0,75
6 Circulao 0,75
7.1 IS Homens 0,75
7.2 IS Senhoras 0,75
7.3 IS Mob. Condicionada 0,75
8 Circulao 0,85
9 Vestirios 0,75
10 Economato 0,75
11 rea tcnica 0,75
12 Arrumos/ Economato 0,75
34
35
3 Projeto de Aquecimento Ventilao e Ar Condicionado (AVAC)
3.1 Simulao Trmica Dinmica
A utilizao de programas informticos para a simulao trmica de edifcios tem vindo
a ganhar fora entre os projetistas de AVAC. O recurso a estas ferramentas permite a
simulao de situaes reais e a obteno de dados de estudo bastante fidedignos, muito
teis tanto para anlise de desempenho energtico dos edifcios como para o ensaio de
diferentes solues de projeto. Existem, hoje em dia, diversos programas informticos
de simulao.
A norma ASHRAE 140 especifica procedimentos para avaliar as capacidades tcnicas
de programas informticos de simulao trmica de edifcios [16]. O conjunto de testes
apresentado nesta norma consiste em:
1. Testes comparativos baseados na envolvente trmica dos edifcios, cargas
internas e desempenho de equipamentos de AVAC
2. Testes analticos de verificao do desempenho de equipamentos AVAC [16].
Segundo a legislao nacional atualmente em vigor (RSECE [8]), devero ser utilizados
softwares de simulao trmica dinmica acreditados pela norma ASHRAE 140 -2004
[17], para efeitos de verificao dos requisitos aplicveis.
No presente trabalho, o dimensionamento dos principais equipamentos do sistema de
AVAC foi efetuado com base em resultados de simulaes dinmicas, executadas em
dois softwares acreditados pela norma ASHRAE 140: Carrier HAP e Energyplus [16].
Desta forma, pretende-se recorrer a diferentes ferramentas de que os projetistas de
AVAC dispem atualmente para dimensionar equipamentos e verificar se a utilizao
de programas distintos pode afetar significativamente os equipamentos de climatizao
selecionados.
36
Para que os resultados obtidos com os dois programas sejam comparveis, necessrio
que sejam assumidos os mesmos pressupostos e utilizado o mesmo ficheiro climtico
em ambos.
Os ndices de Eficincia Energtica de referncia (IEEref) apresentados no RSECE
foram determinados utilizando a base de dados climtica do programa Solterm (verso
5) [18]. Por esta razo, nas simulaes realizadas, foi utilizado um ficheiro climtico
que inclui dados do ficheiro climtico do Solterm para o concelho de Lisboa e alguns
dados adicionais (como por exemplo a velocidade do vento), convertido para o formato
.epw, que pode ser lido tanto pelo Energyplus como pelo HAP. Este ficheiro climtico
disponibilizado no mesmo website onde se pode fazer download do Energyplus [16].
Pretende-se que os espaos com ocupao permanente sejam mantidos nas condies de
conforto de referncia apresentadas no RCCTE ou seja, temperatura do ar de 20C para
a estao de aquecimento e de 25C para a estao de arrefecimento. Considerou-se,
ento, que as temperaturas interiores de todos os espaos climatizados devem manter-se
dentro do intervalo 20-25C, sempre que o edifcio estiver em funcionamento.
3.1.1 Simulao com Carrier HAP
3.1.1.1 Modelao do edifcio
Foram introduzidos no HAP todos os dados relativos aos diferentes espaos do edifcio
a climatizar, apresentados no captulo 2 (ganhos internos, envolventes exteriores,
infiltrao e perfis de utilizao).
De notar que no HAP so introduzidas as zonas a climatizar uma a uma,
individualmente e no o edifcio como um todo.
Para que sejam consideradas as trocas de calor de uma zona climatizada com os espaos
adjacentes, necessrio preencher, no menu partitions, a rea do elemento de separao
(parede ou teto), o seu coeficiente de transmisso trmica e a temperatura mxima e
37
mnima dos espaos adjacentes. De notar tambm que este programa apenas permite a
introduo de duas adjacncias a cada zona trmica.
A geometria peculiar das claraboias deste edifcio difcil de modelar no HAP, uma vez
que os vos envidraados so verticais e no horizontais, como usualmente costumam
ser. Optou-se por introduzir estes elementos como se fossem vos nas paredes, visto que
considera-los vos horizontais de cobertura seria muito penalizador para o edifcio e
menos representativo da realidade.
O efeito de elementos de sombreamento exteriores aos vos envidraados (palas e a
geometria do prprio edifcio) foi tambm considerado no programa.
A Figura 3.1 apresenta, a ttulo de exemplo, a introduo da envolvente exterior da
cafetaria no HAP. Os elementos de 1 a 3 tratam-se das paredes exteriores, com os
respetivos envidraados e sombreamentos por palas. O elemento 4 uma ponte trmica
plana (pilar) existente numa das paredes. As claraboias encontram-se representadas nos
elementos 5 a 8.
Figura 3.1 Envolvente exterior da Cafetaria - HAP
Uma vez que os espaos climatizados estaro em sobrepresso quando o sistema de
AVAC se encontrar em funcionamento, considerou-se que apenas existem infiltraes
38
quando este est desligado, com exceo da cafetaria. Durante o dia, espera-se uma
infiltrao correspondente a 3,5 RPH na cafetaria devido entrada e sada de ocupantes
com frequncia (verificar captulo 2.6). Uma vez que no HAP no possvel considerar
variao dos caudais de infiltrao de acordo com o funcionamento do sistema de
AVAC, optou-se por considerar o valor constante de 3,5 RPH neste espao (24 horas
por dia).
3.1.1.2 Metodologia de simulao
Em fase de dimensionamento, em que os equipamentos do sistema de AVAC no foram
ainda definidos, a opo foi simular o edifcio com um tipo de equipamento indefinido
(equipment type undefined, no menu air system properties do HAP) e um sistema do
tipo volume de ar constante para uma nica zona (CAV Single zone).
Cada zona trmica foi tratada por um sistema CAV single zone. A simulao de cada
sistema permitiu obter as potncias trmicas necessrias para climatizao, em cada
hora do ano, considerando as trocas de calor atravs da envolvente opaca e envidraada,
as renovaes de ar devidas a infiltraes e os ganhos trmicos interiores. Determinou-
se, assim, a potncia de arrefecimento e de aquecimento dos equipamentos terminais a
instalar em cada espao.
Foi criada uma zona trmica adicional (zona virtual) sem envolvente exterior, sem
infiltraes e sem cargas internas, em que foi introduzido o caudal de ar novo total a
insuflar no edifcio. semelhana das restantes zonas simuladas, associou-se zona
virtual um sistema indefinido CAV single zone. A zona virtual representa a unidade de
tratamento de ar (UTA) a instalar no edifcio. Visto que este espao no apresenta trocas
de calor com o exterior nem cargas internas, as potncias trmicas obtidas para
climatizao correspondem apenas neutralizao do ar novo. Foi considerada a
recuperao de calor no sistema definido para a zona virtual. Desta forma,
determinaram-se as potncias de arrefecimento e de aquecimento da UTA.
39
No HAP define-se o termstato de cada zona indicando qual a temperatura interior
pretendida em perodo de arrefecimento e em perodo de aquecimento, quando o espao
se encontra ocupado e desocupado. As temperaturas pretendidas para cada perodo, que
no caso em estudo foram 25C em estao de arrefecimento e 20C em estao de
aquecimento quando as zonas esto ocupadas, so utilizadas em conjunto com um valor
de tolerncia (throttling range), que no caso de estudo foi +/- 2C. Isto significa que
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