Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira

1. Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira Orientação: Prof. Vítor Leal Prof. Eduardo de Oliveira Fernandes Prof. Manuel Dias de Castro

2. Objectivos Estudar a relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do ESP-r e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do RCCTE e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Clarificar que níveis de requisitos permitem prescindir sistemas mecânicos de arrefecimento; Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

3. Metodologia Aplicar o RCCTE a cada caso de estudo, para determinar os principais índices térmicos: • Necessidades nominais de energia útil para aquecimento; • Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento; • Produção de águas quentes sanitárias; • Necessidades globais de energia primária; Analisar cada edifício com o software de simulação dinâmica ESP-r; • Análise do edifício em regime condicionado; • Análise do edifício em regime de flutuação livre de temperaturas; • Implementar uma rede de escoamento dinâmica de ar para permitir ventilação natural dinâmica; • Aplicar a norma ASHRAE 55-2004; Compilar os resultados de todos os casos de estudo com vista a estabelecer as relações pretendidas; Concluir e discutir os resultados perante os objectivos definidos; Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

4. Caso de estudo nº1: habitação unifamiliar Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

5. Breve Apresentação e Caracterização Planta do rés-do-chão da habitação Planta do 1º andar da habitação Habitação unifamiliar de tipologia T3 Localização no concelho de Marco de Canaveses Zona climática I2-V2 Norte Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Área útil de pavimento – 150.5 m2 Habitação Unifamiliar Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

6. Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: Aplicação do RCCTE: Resultados CUMPRE CUMPRE Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

7. Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Modelo de Simulação em ESP-r Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

8. Simulação em regime condicionado Adoptado no modelo de simulação o valor da taxa de renovação horária nominal determinada na aplicação do RCCTE – rph = 1.10 Análise mensal das necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento: Resultados da Simulação Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

9. Simulação em freefloat com networkflow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo a ventilação natural; Modelo de Simulação em ESP-r Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

10. Estudo das Infiltrações Variação da área das aberturas e da espessura das frinchas - renovação mínima de 0,6 rph; Modelo de Simulação em ESP-r Cozinha: Aberturas exteriores activas durante o Verão Quarto: Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

11. Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: • Avaliar a evolução da temperatura interior Resultados da Simulação Tméd =14.6 °C Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

12. Aplicação da Norma ASHRAE 55-2004 Calcular a % de horas da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento que cumprem os requisitos de conforto térmico: Norma ASHRAE 55-2004 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

13. Caso de Estudo nº2 – Edifício de Apartamentos Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

14. Breve apresentação e caracterização Caracterização: • Análise do piso 0; • Um piso constituído por 4 fracções autónomas: • 2 de tipologia T1; • 2 de tipologia T2; • Localizado em Lisboa (zona climática I1 – V2); Edifício de Apartamentos Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

15. Breve apresentação e caracterização Planta do piso do Edifício a analisar: Edifício de Apartamentos Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

16. Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Modelo de Simulação em ESP-r Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

17. Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo ventilação natural dinâmica; Modelo de Simulação em ESP-r Frincha Abertura Controlada Abertura Fixa Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

18. Temperaturas Interiores – Fracção Autónoma T1-A Análise do comportamento do edifício em regime de free float: Resultados da Simulação Tméd = 16.0 °C Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

19. Caso de Estudo nº3 – Moradia geminada Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

20. Breve Apresentação e Caracterização Moradia geminada de tipologia T3; Localização no concelho do Porto; Zona climática I2-V1 Norte Área útil de pavimento – 187.4 m2 Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Planta do rés-do-chão Planta do 1º andar Moradia Geminada Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

21. Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: Aplicação do RCCTE: Resultados CUMPRE CUMPRE Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

22. Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Modelo de Simulação em ESP-r Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

23. Simulação em freefloat com networkflow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar; Modelo de Simulação em ESP-r Frincha Abertura Controlada Abertura Fixa Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

24. Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: Resultados da Simulação Tméd = 15.0 °C Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

25. Caso de Estudo nº4 – Variante eficiente da Moradia geminada Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

26. Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Alterações relativamente ao modelo do caso de estudo anterior: • Fachada principal da moradia geminada orientada a Sul; • Maximização da área envidraçada orientada a Sul; Modelo de Simulação em ESP-r Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

27. Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: Resultados da Simulação Tméd = 16.3 °C Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

28. Análise de resultados & Conclusões Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

29. Estação de aquecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; • Relação linear significativa, com clara proporcionalidade directa; Potenciais diferenças dos resultados: • Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; • Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; Análise de Resultados RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento ≈ 17 % Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

30. Estação de arrefecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; • Relação linear forte, com clara proporcionalidade directa; Potenciais diferenças de resultados: • Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; • Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; Análise de Resultados RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento ≈ 73 % Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

31. % horas de conforto vs NIC do ESP-r % horas de conforto vs NIC do RCCTE Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Relação linear fraca; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 46 %; Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 67 %; Análise de Resultados Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

32. % horas de conforto vs NVC do ESP-r % horas de conforto vs NVC do RCCTE Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Recta de regressão com declive quase nulo; Na prática verifica-se uma relativa independência entre o NVC do RCCTE e a % de horas de conforto ( > 96%); Não existe relação linear estatisticamente significativa; Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear relativamente moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Coeficiente de determinação de 61 %; Elevada % de horas que cumprem os requisitos de conforto, sempre > 96 %; Análise de Resultados Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

33. Conclusões Obteve-se uma relação linear significativa entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; • RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento em ≈ 17 %; Obteve-se uma relação linear forte entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; • RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento em ≈ 73 %; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Obteve-se uma relação linear relativamente fraca entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Estes casos de estudo não permitiram obter uma relação linear entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto (ESP-r); Devido ao baixo nº de horas de conforto durante a estação de aquecimento conclui-se que nestes casos os sistemas de aquecimento são necessários para manter o edifício mais tempo com conforto térmico; Durante a estação de arrefecimento, conclui-se que a abertura de janelas nos períodos correctos, tende a ser suficiente para promover o arrefecimento do edifício, sem recorrer a equipamentos de ar condicionado; Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

34. FIM Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica