ANÁLISE DO IMPACTE DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO … · ANÁLISE DO IMPACTE DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS Jorge Filipe da Cruz Sirgado Dissertação

ANÁLISE DO IMPACTE DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO

DESEMPENHO TÉRMICO DOS EDIFÍCIOS

Jorge Filipe da Cruz Sirgado

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Professor Doutor Augusto Martins Gomes

Orientador: Professor Doutor António Heleno Domingues Moret Rodrigues

Vogal: Professora Doutora Maria da Glória de Almeida Gomes

Outubro de 2010

Dedico esta dissertação à

minha mãe

III

Agradecimentos

Uma dissertação de mestrado representa o término de uma longa caminhada e a

entrada numa nova etapa da vida, um esforço e empenho não só da minha parte, mas de todos

os que estiveram ao meu lado durante estes últimos anos.

Gostaria, em primeiro lugar, de agradecer à minha família, em especial à minha mãe e

ao meu irmão, pois sem a sua ajuda ao longo destes cinco anos, não teria chegado aqui.

Um agradecimento especial também, para o meu colega e amigo Hélder Almeida,

pelos inúmeros trabalhos que realizámos juntos durante os cinco anos de curso, esta

camaradagem não podia passar sem um muito obrigado. Ao meu amigo António Minhalma, um

grande obrigado pela sua ajuda sempre que o inglês foi necessário. Agradeço ainda a todos os

outros meus amigos, que durante estes últimos meses, muitas vezes se viram privados da

minha companhia.

Por fim, agradeço ao Professor Moret Rodrigues, meu orientador científico, pela sua

dedicação e disponibilidade no esclarecimento de todas as questões sobre o tema desta

dissertação, o que muito contribuiu para o desenvolvimento da mesma.

IV

V

Resumo

Com o aumento da escassez de combustíveis fósseis e de emissões de CO2 para a

atmosfera, torna-se necessário reduzir o consumo energético originado pelos edifícios. Dado

que as janelas ocupam uma grande área da envolvente das habitações, e são elementos

altamente propícios à ocorrência de trocas de calor, é conveniente conhecer de que forma as

inúmeras soluções disponíveis no mercado afectam o desempenho térmico dos edifícios.

Após a introdução dos principais fenómenos de transferência de calor – condução,

convecção e radiação – e parâmetros que afectam o desempenho térmico de um envidraçado

– factor solar e coeficiente de transmissão térmica –, apresenta-se uma metodologia para a

completa definição de uma janela com base nos seus impactes energéticos nos edifícios. Esta

metodologia poderá auxiliar arquitectos e engenheiros a projectar habitações energeticamente

mais eficientes.

Todos os critérios que integram o processo de definição de um vão envidraçado são

alvo de análise neste trabalho, avaliando-se o impacte da zona climática, orientação dos vãos,

área de janela, condições de sombreamento, tipo de vidro e material de caixilharia no

desempenho térmico dos edifícios. Para tal, recorreu-se a um programa de simulação dinâmica

– EnergyPlus –, e a um programa de modelação de janelas – WINDOW5 –, programas

informáticos com especial relevância nesta área.

Com este trabalho, conclui-se que um projecto cuidado dos vãos envidraçados de um

edifício reduz significativamente o consumo de energia para climatização. Contudo, as variadas

soluções e combinações possíveis podem tornar este projecto algo complexo.

Palavras-chave: Vão envidraçado, Janela, Vidro, Ganhos solares, Desempenho térmico,

Factor solar

VI

VII

Abstract

The scarcity of fossil fuels and the increase of CO2 emissions to the atmosphere leads

to the necessity of reduce the energy consumption caused by the buildings. Since windows

consist in a major area of the facades of dwellings and windows are one of the most important

elements responsible for heat loss and heat gain, it´s desirable to know how the many solutions

available at the market affect thermal performance of buildings.

After the introduction of the main processes of heat transfer – conduction, convection

and radiation – and the main parameters that affect the thermal performance of a window –

solar heat gain coefficient and U-factor –, it was presented a decision-making process for

window design based on their energy impacts in buildings. This process will help architects and

engineers to design homes more energy-efficient.

All criteria that compose the decision-making process for window design have been

analyzed in this study, measuring the impact on thermal performance for buildings of climatic

zone, solar orientation, window area, shading conditions, glazing and frame material. For such,

it was used a software of dynamic simulation – EnergyPlus –, and a software for window

modeling – WINDOW5 –, software that have a special importance in this knowledge area.

This assignment enables to conclude that a careful window design for residence

buildings significantly reduces the energy consumption for air conditioning. However, the

multiple solutions and combinations that it´s possible to create can make this design quite

complex.

Keywords: Window, Glazing, Glass, Solar gains, Thermal performance, Solar heat gain

coefficient

VIII

IX

Índice

Capítulo 1 – Introdução .............................................................................................................. 1

1.1 – Enquadramento do tema .................................................................................................. 1

1.2 – Motivações ....................................................................................................................... 2

1.3 – Objectivos ......................................................................................................................... 2

1.4 – Estrutura do trabalho ........................................................................................................ 3

Capítulo 2 – Transmissão de calor associada aos vãos envidraçados ................................ 5

2.1 – Introdução......................................................................................................................... 5

2.2 – Trocas de calor por condução .......................................................................................... 5

2.2.1 – Trocas de calor num envidraçado devido a diferença de temperatura ..................... 5

2.3 – Trocas de calor por convecção ........................................................................................ 7

2.4 – Trocas de calor devido à radiação ................................................................................... 7

2.4.1 – Composição da radiação ........................................................................................... 8

2.4.2 – Geometria solar ......................................................................................................... 8

2.4.3 – Tipos de transferência de calor por radiação ............................................................ 9

2.4.4 – Ganhos solares através de um envidraçado ............................................................. 9

Capítulo 3 – Elementos constituintes de uma janela ............................................................ 15

3.1 – Introdução....................................................................................................................... 15

3.2 – Vidro ............................................................................................................................... 15

3.2.1 – Vidro com controlo solar .......................................................................................... 18

3.2.2 – Vidro com película de baixa emissividade .............................................................. 21

3.3 – Caixilharia ....................................................................................................................... 23

3.3.1 – Alumínio ................................................................................................................... 23

3.3.2 – Madeira .................................................................................................................... 24

3.3.3 – PVC ......................................................................................................................... 24

3.3.4 – Caixilhos híbridos .................................................................................................... 25

3.3.5 – Compósitos de madeira .......................................................................................... 25

3.3.6 – PRFV ....................................................................................................................... 25

X

3.4 – Meios de sombreamento ................................................................................................ 26

3.4.1 – Dispositivos fixos exteriores .................................................................................... 26

3.4.2 – Estores .................................................................................................................... 26

3.4.3 – Telas ........................................................................................................................ 27

3.4.4 – Portadas .................................................................................................................. 27

3.4.5 – Vegetação ............................................................................................................... 27

Capítulo 4 – Critérios para projecto de vãos envidraçados ................................................. 29

4.1 – Introdução....................................................................................................................... 29

4.2 – Método para definição dos vãos envidraçados .............................................................. 29

Capítulo 5 – Metodologia de trabalho ..................................................................................... 33

5.1 – Introdução....................................................................................................................... 33

5.2 – Metodologia geral ........................................................................................................... 33

5.3 – Modelo base ................................................................................................................... 34

5.3.1 – Geometria ................................................................................................................ 35

5.3.2 – Envolvente opaca .................................................................................................... 36

5.3.3 – Taxa de renovação do ar ........................................................................................ 36

5.3.4 – Ganhos internos ...................................................................................................... 37

5.3.5 – Massa interna .......................................................................................................... 37

5.4 – Estudos paramétricos ..................................................................................................... 38

5.4.1 – Zonamento climático ............................................................................................... 38

5.4.2 – Orientação ............................................................................................................... 39

5.4.3 – Área de janela ......................................................................................................... 40

5.4.4 – Condições de sombreamento ................................................................................. 40

5.4.5 – Tipo de vidro ............................................................................................................ 41

5.4.6 – Material de caixilharia .............................................................................................. 42

Capítulo 6 – EnergyPlus e WINDOW5 ..................................................................................... 43

6.1 – Introdução....................................................................................................................... 43

6.2 – EnergyPlus ..................................................................................................................... 43

6.2.1 – Simulation Parameters ............................................................................................ 44

6.2.2 – Location – Climate – Weather File Access ............................................................. 44

6.2.3 – Surface Construction Elements ............................................................................... 44

6.2.4 – Thermal Zone Description/Geometry ...................................................................... 45

6.2.5 – Schedules ................................................................................................................ 46

XI

6.2.6 – Space Gains ............................................................................................................ 46

6.2.7 – Air Flow .................................................................................................................... 46

6.2.8 – Node-Branch Management ..................................................................................... 47

6.2.9 – Zone Equipment ...................................................................................................... 47

6.2.10 – Zone Forced Air Units ........................................................................................... 47

6.2.11 – Zone Controls and Thermostats ............................................................................ 47

6.2.12 – Report .................................................................................................................... 48

6.3 – WINDOW5 ...................................................................................................................... 48

6.3.1 – Glass Library ........................................................................................................... 49

6.3.2 – Gas Library .............................................................................................................. 49

6.3.3 – Glazing System Library ........................................................................................... 49

6.3.4 – Frame Library .......................................................................................................... 50

6.3.5 – Divider Library ......................................................................................................... 50

6.3.6 – Environmental Conditions Library ........................................................................... 50

6.3.7 – Window Library ........................................................................................................ 50

Capítulo 7 – Avaliação dos critérios para projecto de vãos envidraçados ......................... 53

7.1 – Introdução....................................................................................................................... 53

7.2 – Necessidades de energia para aquecimento ................................................................. 53


7.2.2 – Orientação ............................................................................................................... 55

7.2.3 – Área de janela ......................................................................................................... 57


7.2.5 – Tipo de vidro ............................................................................................................ 66


7.3 – Necessidades de energia para arrefecimento ............................................................... 69


7.3.2 – Orientação ............................................................................................................... 71

7.3.3 – Área de janela ......................................................................................................... 73


7.3.5 – Tipo de vidro ............................................................................................................ 87


7.4 – Necessidades de energia anual ..................................................................................... 91


7.4.2 – Orientação ............................................................................................................... 92

7.4.3 – Área de janela ......................................................................................................... 94


XII

7.4.5 – Tipo de vidro ............................................................................................................ 99

7.4.6 – Material de caixilharia ............................................................................................ 102

Capítulo 8 – Conclusões ......................................................................................................... 103

Referências bibliográficas

ANEXOS

XIII

Índice de figuras

Figura 2.1 – Componentes que constituem as trocas de calor através de uma janela

relacionadas com o valor de U [5]. ................................................................................................ 6

Figura 2.2 – Movimento do Sol ao longo do dia para os períodos de Inverno e Verão [9]. ......... 9

Figura 2.3 – Decomposição da radiação solar ao incidir num elemento envidraçado [8]. ......... 10

Figura 2.4 – Efeito de sombreamento criado num vão envidraçado por palas horizontal e

vertical [8]. ................................................................................................................................... 13

Figura 3.1 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro simples, duplo e triplo. ...... 17

Figura 3.2 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro duplo normal e três vidros

duplos com controlo solar. .......................................................................................................... 20

Figura 3.3 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro duplo normal e dois vidros

duplos com películas de baixa emissividade, uma convencional e outra com controlo solar. ... 22

Figura 4.1 – Processo para projecto de vãos envidraçados. ...................................................... 30

Figura 5.1 – Vista conceptual do modelo de estudo em perspectiva isométrica. ....................... 35

Figura 7.1 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da zona

climática de Inverno. ................................................................................................................... 54

Figura 7.2 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da

orientação. ................................................................................................................................... 56

Figura 7.3 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da área do

vão envidraçado. ......................................................................................................................... 59

Figura 7.4 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento sem a utilização de

qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Norte. .................................................... 61

Figura 7.5 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento com a utilização de

meios de sombreamento fixos para uma orientação Norte. ....................................................... 61


qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Sul. ........................................................ 63


meios de sombreamento fixos para uma orientação Sul. ........................................................... 63


qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Este. ...................................................... 64


meios de sombreamento fixos para uma orientação Este. ......................................................... 64

XIV


qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Oeste. .................................................... 65


meios de sombreamento fixos para uma orientação Oeste. ...................................................... 65

Figura 7.12 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento para diferentes tipos de

vidro. ............................................................................................................................................ 66

Figura 7.13 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da

espessura dos panos de vidro. ................................................................................................... 67

Figura 7.14 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento para diferentes tipos de

gases. .......................................................................................................................................... 67

Figura 7.15 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função do material

dos caixilhos. ............................................................................................................................... 69

Figura 7.16 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da zona

climática de Verão. ...................................................................................................................... 70

Figura 7.17 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da

orientação. ................................................................................................................................... 72

Figura 7.18 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da área do

vão envidraçado. ......................................................................................................................... 74

Figura 7.19 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento sem a utilização de

qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Norte. .................................................... 76

Figura 7.20 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento com a utilização de

meios de sombreamento amovíveis para uma orientação Norte. .............................................. 76


meios de sombreamento fixos para uma orientação Norte. ....................................................... 77

Figura 7.22 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento conjugando meios de

sombreamento amovíveis e fixos para uma orientação Norte. ................................................... 78




meios de sombreamento amovíveis para uma orientação Sul. .................................................. 79




sombreamento amovíveis e fixos para uma orientação Sul. ...................................................... 81

XV


qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Este. ...................................................... 82


meios de sombreamento amovíveis para uma orientação Este. ................................................ 82


meios de sombreamento fixos para uma orientação Este. ......................................................... 83


sombreamento amovíveis e fixos para uma orientação Este. .................................................... 84


qualquer tipo de sombreamento para uma orientação Oeste. .................................................... 85


meios de sombreamento amovíveis para uma orientação Oeste. .............................................. 85


meios de sombreamento fixos para uma orientação Oeste. ...................................................... 86


sombreamento amovíveis e fixos para uma orientação Oeste. .................................................. 87

Figura 7.35 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento para diferentes tipos

de vidro. ....................................................................................................................................... 88

Figura 7.36 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da

espessura dos panos de vidro. ................................................................................................... 89

Figura 7.37 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento para diferentes tipos

de gases. ..................................................................................................................................... 89

Figura 7.38 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função do material

dos caixilhos. ............................................................................................................................... 90

Figura 7.39 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para três regiões

distintas de Portugal Continental................................................................................................. 92

Figura 7.40 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da

orientação. ................................................................................................................................... 93

Figura 7.41 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da área do

vão envidraçado. ......................................................................................................................... 95

Figura 7.42 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária sem a utilização de


Figura 7.43 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária com a utilização de

meios de sombreamento amovíveis para uma orientação Sul. .................................................. 97

XVI

Figura 7.44 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária com a utilização de


Figura 7.45 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária conjugando meios de

sombreamento amovíveis e fixos para uma orientação Sul. ...................................................... 99

Figura 7.46 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para diferentes tipos

de vidro. ..................................................................................................................................... 100

Figura 7.47 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da

espessura dos panos de vidro. ................................................................................................. 101

Figura 7.48 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para diferentes tipos

de gases. ................................................................................................................................... 101

Figura 8.1 – Comparação das necessidades nominais globais anuais de energia primária para

climatização entre duas soluções: uma boa solução e uma má solução. ................................ 104

XVII

Índice de quadros

Quadro 3.1 – Comparação dos valores de U, gv e τv para vidros duplos e triplos utilizando

diferentes gases no espaço entre panos. ................................................................................... 18

Quadro 7.1 – Quadro resumo com a comparação do desempenho térmico anual em função da

zona climática. ............................................................................................................................. 91

Quadro 7.2 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função do material

utilizado nos caixilhos. ............................................................................................................... 102

XVIII

XIX

Siglas

RCCTE – Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

SCE – Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios

PVC – Policloreto de Vinil

PRFV – Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro

AQS – Águas Quentes Sanitárias

LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil

AVAC – Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado

CEN – Comité Européen de Normalisation

XX

XXI

Simbologia

U – Coeficiente de transmissão térmica (W/m2oC)

R – Resistência térmica (m2.oC/W)

gv – Factor solar do vidro (-)

g – Factor solar do vão (-)

gp – Factor solar da protecção (-)

τs – Transmitância solar (-)

ρs – Reflectância solar (-)

αs – Absortância solar (-)

τv – Transmitância da luz visível (-)

Nic – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento (kWh/m2.ano)

Nvc – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento (kWh/m2.ano)

Ntc – Necessidades nominais anuais globais de energia primária (kgep/m2.ano)

ηi – Eficiência nominal do sistema de aquecimento (-)

ηv – Eficiência nominal do sistema de arrefecimento (-)

Fpui – Factor de conversão entre energia útil e energia primária para o sistema de aquecimento

(kgep/kWh)

Fpuv – Factor de conversão entre energia útil e energia primária para o sistema de

arrefecimento (kgep/kWh)

Ni – Valor limite das necessidades nominais de energia útil para aquecimento (kWh/m2.ano)

Nv – Valor limite das necessidades nominais de energia útil para arrefecimento (kWh/m2.ano)

Nt – Valor limite das necessidades nominais anuais globais de energia primária (kgep/m2.ano)

τ – Coeficiente de redução de perdas térmicas para locais não aquecidos (-)

Rph – Taxa de renovação do ar (h-1)

Aj – Relação entre a área de janela e a área da parede da envolvente exterior (%)

XXII

e – Espessura (cm)

λ – Condutibilidade térmica (W/m.oC)

ρ – Massa volúmica aparente (kg/m3)

Cp – Calor específico (J/kg.K)

Rar – Resistência térmica de espaços de ar não-ventilados (m2.oC/W)

1

Capítulo 1

Introdução

1.1 – Enquadramento do tema

A escassez dos combustíveis fósseis, fontes de energia não renováveis,

nomeadamente o carvão, o petróleo e o gás natural, bem como os danos que a utilização

destes causam no meio ambiente são problemas graves que afectam a sociedade nos dias de

hoje e que exigem medidas minimizadoras.

A energia consumida nos edifícios representa uma grande fatia do consumo energético

na União Europeia, cerca de um terço, resultando daqui uma elevada taxa de emissão de CO2

para a atmosfera, responsável por importantes impactes ambientais. Torna-se assim inevitável

a aplicação de medidas que visem o desenvolvimento sustentável na construção, reduzindo a

facturação mensal energética dos edifícios e melhorando o conforto ambiental no seu interior

recorrendo o menos possível a instalações de aquecimento e condicionamento do ar. Estas

medidas passam quer pela utilização de materiais de construção adequados na envolvente do

edifício quer pela utilização de sistemas passivos de aquecimento/arrefecimento e ainda pela

utilização de energias renováveis.

Em Portugal, o consumo de energia no sector dos edifícios estima-se em cerca de 30%

do consumo de energia final, sendo os edifícios de habitação responsáveis por 17%, embora a

sua tendência seja a de um crescimento elevado no futuro [1]. Para contrariar esta tendência

foi publicada regulamentação específica para os edifícios, nomeadamente, o Regulamento das

Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) [2] – que visa a redução

dos consumos energéticos associados ao conforto térmico e qualidade do ambiente interior dos

edifícios, quer no Inverno quer no Verão, através da melhoria da qualidade térmica da

envolvente –, e o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

(RSECE) [3] – que regula a instalação e a utilização de sistemas energéticos de climatização

nos edifícios, com o objectivo de economizar e promover uma utilização mais racional da

energia. A aplicação destes dois regulamentos culmina no Sistema Nacional de Certificação

Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE) [4], sistema este que certifica os

edifícios quanto à boa aplicação do RCCTE e RSECE e que passou a ser obrigatório para

todas as habitações que pretendam ser vendidas ou alugadas.

É neste âmbito que surge o presente trabalho, que se centra na análise do impacte dos

vãos envidraçados no desempenho térmico dos edifícios, e que deste modo pode constituir um

2

contributo válido para um projecto energeticamente mais eficiente deste importante elemento

da envolvente dos edifícios. De seguida descrevem-se as motivações e os principais objectivos

do trabalho.

1.2 – Motivações

As janelas constituem grande parte da envolvente dos edifícios de habitação, estando

em contacto directo com o ambiente exterior. São, desta forma, zonas propícias à ocorrência

de grandes trocas de calor. Assim, os ganhos e as perdas de calor que se verificam através

dos vãos envidraçados podem representar uma parcela significativa na energia consumida

pelos edifícios para aquecimento e arrefecimento. Com a introdução da nova regulamentação

para controlo do consumo energético dos edifícios em Portugal, nomeadamente o RCCTE e o

SCE, torna-se necessário controlar da melhor forma as trocas de calor ao nível dos

envidraçados, optando por soluções adequadas que sejam capazes de tornar os edifícios mais

eficientes do ponto de vista energético.

Com o rol cada vez mais alargado de tipos de vidro e materiais para caixilharia

disponível no mercado, é necessário fornecer aos projectistas de edifícios de habitação

informação relevante acerca do desempenho energético dos edifícios para as diferentes

soluções, de forma a que, através de um processo expedito possam avaliar quais as

implicações que a opção por uma determinada solução trará no consumo energético dos

edifícios.

No ponto seguinte, apresenta-se em maior detalhe os principais objectivos que este

trabalho pretende alcançar.

1.3 – Objectivos

O objectivo do presente trabalho passa pela definição de uma metodologia para

projecto de vãos envidraçados de edifícios de habitação. Procura-se através desta dissertação

transmitir aos projectistas, arquitectos ou engenheiros, que desenvolvam funções na área da

térmica de edifícios, um processo constituído por passos simples para a completa definição das

janelas de uma habitação.

É também objectivo deste trabalho avaliar o impacte dos vários critérios utilizados no

projecto de vãos envidraçados no desempenho térmico dos edifícios. Estes critérios são: o

zonamento climático, a orientação dos envidraçados, a área de janela, as condições de

sombreamento, o tipo de vidro e o material da caixilharia.

Para cumprir estes objectivos serão utilizados dois programas informáticos de grande

utilidade nesta área – o EnergyPlus e o WINDOW5.

3

1.4 – Estrutura do trabalho

A divisão desta dissertação nos diferentes capítulos que aqui se apresentam foi

criteriosamente pensada com o intuito de expor os conteúdos do trabalho de uma forma clara e

sucinta. Assim, dividiu-se o trabalho em oito capítulos.

No presente capítulo faz-se o enquadramento do tema na problemática do crescente

consumo energético dos edifícios, expõe-se as motivações e os objectivos a atingir com este

trabalho e apresenta-se a estrutura geral da dissertação.

No Capítulo 2 são expostos conceitos teóricos relacionados com as trocas de calor que

se processam ao nível dos vãos envidraçados. O entendimento destes conceitos torna-se

fundamental para a compreensão dos resultados que se apresentam ao longo do Capítulo 7.

No Capítulo 3 apresenta-se as inúmeras partes constituintes de uma janela,

designadamente, o vidro, a caixilharia e os elementos de sombreamento. São descritos os

diferentes tipos de vidros e materiais de caixilharia disponíveis no mercado para edifícios de

habitação, procurando-se, sempre que possível, apresentar valores caracterizadores do

desempenho térmico.

No Capítulo 4 desta dissertação, descrevem-se quais os critérios que fazem parte

integrante do processo de selecção dos vãos envidraçados por parte do projectista. Estes

critérios serão posteriormente alvo de análise, sendo os resultados obtidos apresentados no

Capítulo 7.

No Capítulo 5 é apresentada a metodologia do trabalho. Neste capítulo é descrita a

zona de estudo utilizada para a obtenção dos resultados e a metodologia adoptada,

descrevendo-se os diferentes estudos paramétricos realizados.

No Capítulo 6 são descritas as ferramentas informáticas utilizadas na realização do

estudo proposto nesta dissertação e sem as quais teria sido difícil atingir os objectivos

descritos no ponto anterior. Este capítulo encontra-se dividido em duas partes: a primeira parte

é reservada ao EnergyPlus, enquanto a segunda explica o modo de funcionamento do

WINDOW5.

O Capítulo 7, como já atrás referido, é reservado para a apresentação e discussão dos

resultados deste trabalho. Estes resultados referem-se aos critérios apresentados no Capítulo

4 no desempenho térmico de edifícios e cuja avaliação constitui o grande objectivo desta

dissertação.

Por fim, no Capítulo 8, apresentam-se as principais conclusões retiradas do trabalho

desenvolvido.

4

5

Capítulo 2

Transmissão de calor associada aos vãos envidraçados

2.1 – Introdução

O fluxo de calor que se verifica através de um vão envidraçado acontece de três formas

distintas: condução, convecção e radiação. Condução é a forma de transferência de calor que

se verifica sobretudo nos sólidos, contudo pode ocorrer também em líquidos e gases.

Convecção é a transferência de calor que ocorre por movimento de líquidos ou gases.

Radiação é o movimento de energia através do espaço mesmo na ausência de fenómenos de

condução ou de movimentação do ar.

Ao longo deste capítulo, serão apresentados estes processos de transferência de calor,

com uma explicação mais vocacionada para as janelas. Para além disso, serão também

abordados alguns parâmetros que permitem quantificar as trocas de calor que ocorrem ao nível

das janelas, como é o caso do coeficiente de transmissão térmica e do factor solar.

2.2 – Trocas de calor por condução

A transmissão de calor por condução ocorre sem que se verifiquem movimentos

internos da matéria nem a emissão de radiações. Ou seja, num corpo sujeito a este processo,

a passagem de calor de um ponto a temperatura mais elevada para um ponto a temperatura

mais baixa acontece devido à excitação de átomos e moléculas. Os átomos e moléculas que

constituem a matéria, ao sofrerem um aumento de temperatura, entram num estado de

excitação, colidindo com os átomos e moléculas vizinhas. Desta forma, a energia é transferida

para regiões adjacentes, com níveis de energia mais baixos, ou seja, regiões com temperatura

inferior.

2.2.1 – Trocas de calor num envidraçado devido a diferença de temperatura

Quando uma janela está sujeita a uma diferença de temperaturas entre o exterior e o

espaço interior, ocorrerá transferência de calor para o local que está a uma temperatura inferior

através de três mecanismos distintos: condução através do vidro e do caixilho, convecção

através dos espaços de ar e radiação de grande comprimento de onda entre as superfícies do

vidro de cada lado da caixa-de-ar (Figura 2.1). Estes dois últimos mecanismos são abordados

6

nos pontos seguintes, pelo que se aconselha uma leitura atenta do restante capítulo para uma

melhor compreensão do assunto. Para quantificar este fluxo de calor que ocorre ao nível de

uma janela é necessário introduzir um parâmetro designado coeficiente de transmissão

térmica, U.

O coeficiente de transmissão térmica é expresso em W/m2oC e neste caso serve para

quantificar o fluxo de calor que ocorre ao nível de uma janela devido a uma diferença de

temperatura entre o interior e o exterior, englobando os três mecanismos de transferência –

condução, convecção e radiação de grande comprimento de onda [6]. A definição de

coeficiente de transmissão térmica pode ser entendida da seguinte forma: representa o fluxo de

calor por hora (em watt) por metro quadrado de janela para uma diferença de temperatura de 1 oC entre o interior e o exterior. O coeficiente de transmissão térmica é inversamente

proporcional à resistência térmica, R. Assim, quanto menor for o coeficiente de transmissão

térmica de uma janela, maior será o isolamento térmico conferido por esta.

Dado a variedade de materiais que constituem uma janela, é comum apresentar o

coeficiente de transmissão térmica de um vão envidraçado de duas maneiras diferentes. Na

primeira, é apresentado o valor de U apenas para o sistema de vidros. Outra maneira, consiste

em apresentar o coeficiente de transmissão térmica para toda a janela, ou seja, tendo em conta

também o efeito dos caixilhos na transmissão de calor.

Figura 2.1 – Componentes que constituem as trocas de calor através de uma janela relacionadas com o valor

de U [5].

O coeficiente de transmissão térmica (U) para toda a janela depende do tipo de vidro e

do material de caixilharia, e respectivas áreas, podendo ser determinado através da seguinte

expressão [7]:

� =

�� × �� + �� × �� + �� ×

�� + ��

(W/m2oC) (2.1)

7

em que Uc e Uv são os coeficientes de transmissão térmica do caixilho e do vidro em W/m2oC,

respectivamente, Ac e Av são as áreas visíveis de caixilharia e de vidro em m2,

respectivamente, Lv é o perímetro de vidro visível em m, e ψ é o coeficiente de transmissão

térmica linear em W/moC.

2.3 – Trocas de calor por convecção

Tal como descrito no ponto anterior, as trocas de calor por condução que ocorrem num

sólido dão-se através de colisões internas entre átomos e moléculas vizinhas, em função do

estado de energia em que se encontra a matéria, induzido por um campo de temperaturas. No

caso dos fluidos, a transferência de calor através destes ocorre não apenas por agitação

molecular, mas sobretudo devido ao movimento das partículas que constituem o fluido –

correntes macroscópicas de fluido [8]. A este processo de transferência de calor dá-se o nome

de convecção.

Existem dois tipos de convecção – convecção forçada, que acontece quando se impõe

uma diferença de pressão através duma causa externa, como por exemplo, os ventos

atmosféricos ou quando se recorre a um ventilador, e convecção natural, que ocorre devido à

diferença de pressão originada por um gradiente térmico, por exemplo, o caso de um radiador

de calor que ao aquecer o ar que está na sua vizinhança, irá criar uma corrente ascensional.

As correntes de convecção que se verificam ao nível de um vão envidraçado

acontecem em três locais: junto às faces interior e exterior do vidro e, em vãos com mais do

que um pano de vidro, no espaço que os separa (Figura 2.1), que como se verá mais adiante,

no Capítulo 3, podem estar preenchidos com ar ou com gases menos viscosos. No interior, a

face do vidro que se encontra a uma temperatura mais reduzida arrefece o ar que se encontra

adjacente a esta, fazendo com que o ar desça. A corrente de convecção que se inicia desta

forma é muitas vezes tomada como um excesso de permeabilidade ao ar da janela, contudo

pode ser atenuada com a utilização de uma janela que providencie uma superfície do vidro

mais quente. No exterior, as correntes de ar são favoráveis ao isolamento térmico das janelas,

porém a melhoria que trazem é diminuta. Na caixa-de-ar, a diferença de temperaturas que se

verifica induz uma corrente de convecção favorável às perdas de calor. Através de um correcto

ajuste do espaçamento entre os panos de vidro, introduzindo panos de vidro adicionais para

criar mais espaços de ar, ou substituindo o ar por um gás de preenchimento menos viscoso, é

possível reduzir o efeito negativo das trocas de calor por convecção, melhorando o isolamento

térmico da janela.

2.4 – Trocas de calor devido à radiação

Antes de se iniciar a descrição de como ocorrem os ganhos solares através dos

envidraçados, é necessário interiorizar alguns conceitos que ajudarão na compreensão deste

tema. Assim, serão apresentados de seguida tópicos que explicam a composição da radiação

8

que atinge a superfície de um envidraçado, assim como o movimento do Sol ao longo do dia e

os diferentes tipos de radiação e respectivos comprimentos de onda.

2.4.1 – Composição da radiação

Tal como descrito em [8], a radiação solar global que atinge a superfície da Terra é a

soma de duas parcelas. Para além da radiação directa, ou seja, a que atravessa

unidireccionalmente a atmosfera e atinge a superfície terrestre, existe ainda a radiação difusa.

A radiação difusa é constituída pelos raios solares que só atingem a superfície da Terra após

múltiplos desvios nas partículas suspensas da atmosfera.

A radiação que irá atingir a superfície de um envidraçado, ou uma outra qualquer

superfície presente na Terra, é composta pelos dois tipos de radiação descritos no parágrafo

anterior – directa e difusa – mais a radiação que é reflectida pelo contorno (albedo), que

depende da rugosidade e tipos de materiais que compõem as superfícies aparentes desse

contorno. De acordo com [8], a radiação reflectida pelas superfícies do contorno pode ir de 3%

a 85% da radiação total incidente. Apresenta-se, em seguida, exemplos de albedos para

algumas superfícies:

� Solo nu – 10 a 25%;

� Relva – 14 a 37%;

� Revestimentos pétreos – 12 a 40%.

2.4.2 – Geometria solar

Conhecer o movimento do Sol ao longo do dia para as diferentes estações do ano é

importante, pois os ganhos solares através de um envidraçado dependem do ângulo de

incidência com que os raios solares o atingem. Para além disso, permite conhecer o

sombreamento causado no envidraçado. Este sombreamento pode ser criado de várias

maneiras, nomeadamente, palas aplicadas para o efeito, a própria geometria do edifício, a

presença de edifícios vizinhos e a forma do espaço circundante (praças, ruas, avenidas), e

depende em muito da posição em que o Sol se encontra no céu.

Na Figura 2.2 é possível visualizar os diferentes percursos do Sol ao longo do ano,

destacando-se os movimentos típicos durante os períodos de Inverno e Verão. No Inverno, o

percurso do Sol é praticamente perpendicular aos vãos envidraçados de uma fachada vertical

orientada a Sul durante a parte da manhã e princípio da tarde, possibilitando assim uma maior

entrada de radiação solar directa. Durante o Verão, o percurso do Sol é mais próximo do

zénite, por isso a incidência dos raios solares em vãos envidraçados orientados a Sul faz-se

com maiores ângulos, atenuando desta forma os ganhos solares.

9

Figura 2.2 – Movimento do Sol ao longo do dia para os períodos de Inverno e Verão [9].

2.4.3 – Tipos de transferência de calor por radiação

Existem dois tipos de transferência de calor por radiação: transferência de calor por

radiação de grande comprimento de onda e transferência de calor por radiação de baixo

comprimento de onda.

Todos os corpos, mesmo estando à temperatura ambiente, emitem radiação, levando à

ocorrência de trocas de calor entre si. Esta radiação é designada de radiação de grande

comprimento de onda (ou de baixa temperatura) e engloba comprimentos de onda no intervalo

dos 3 aos 50 µm [5].

A transferência de calor por radiação de baixo comprimento de onda é a que provém

da radiação solar e ocorre para comprimentos de onda na ordem dos 0.3 a 2.5 µm [5]. A

radiação de baixo comprimento de onda é constituída pela radiação ultravioleta, que apresenta

o menor comprimento de onda – sendo, por isso, a mais energética –, pela radiação visível e

pela radiação infravermelha.

A distinção entre estes dois tipos de transferência de calor por radiação é essencial

para a compreensão do funcionamento do vidro duplo com película de baixa emissividade,

apresentado no Capítulo 3.

2.4.4 – Ganhos solares através de um envidraçado

Apresentados estes aspectos mais gerais que servem de fundamentação à

compreensão das trocas de calor por radiação que acontecem ao nível de um envidraçado,

procura-se explicar neste ponto, de uma forma sucinta, a acção da radiação solar sobre uma

janela e a maneira de apurar a parte desta que efectivamente constitui um ganho de calor para

os edifícios.

10

De uma forma geral, da radiação total que incide num vão envidraçado, apresentada

em 2.4.1, uma parte é transmitida instantaneamente para o interior, outra imediatamente

reflectida para o exterior, sendo uma terceira parte absorvida pelo vidro. Desta terceira parte,

que é absorvida e que representa energia acumulada no vidro, há ainda uma parcela que

posteriormente é enviada para o interior e outra que segue para o exterior, devido a fenómenos

de convecção e radiação. A Figura 2.3 ilustra a forma como a radiação que incide num

envidraçado se decompõe e põe em evidência as três partes referidas – transmitida, reflectida

e absorvida. Os quocientes entre cada uma destas partes e a radiação total incidente

representam as propriedades ópticas (solares) do vidro e designam-se, respectivamente, por

transmitância (τs), reflectância (ρs) e absortância (αs). Para além do comprimento de onda,

estas propriedades dependem também do ângulo de incidência da radiação.

Figura 2.3 – Decomposição da radiação solar ao incidir num elemento envidraçado [8].

A transmitância é então definida como sendo a percentagem de radiação que

atravessa instantaneamente o vidro e pode ser de vários tipos, consoante o tipo de radiação

que se está a tratar. Para além da transmitância solar, existe também a transmitância visível

(τv), que corresponde à quantidade de luz visível que transpõe o vidro. Quanto maior for a

transmitância visível, maior será a quantidade de luz no interior das habitações, sendo possível

reduzir o consumo de electricidade. A reflectância consiste na propriedade do vidro em reflectir

parte da radiação incidente, ou seja, não é mais nem menos do que a percentagem da

radiação total incidente que é reflectida assim que esta atinge o vidro. A absortância é a

propriedade do vidro responsável pela absorção de uma parte da radiação incidente, fazendo

11

com que este aumente de temperatura. Existe ainda outra propriedade do vidro, que até agora

não foi referida, mas que apresenta um especial interesse nas trocas de calor por radiação

através de um envidraçado. Esta propriedade designa-se por emitância ou emissividade. A

emissividade é a capacidade do vidro absorver e radiar energia a baixa temperatura, processo

que pode ser aproveitado para melhorar o desempenho do sistema envidraçado.

Apresentado isto, pode dizer-se que a energia solar que passa para o interior das

habitações através dos envidraçados é constituída por uma parcela instantânea que passa

directamente (τsI) e por uma parcela diferida (qi) constituída pela parte da energia que é

absorvida e que posteriormente é transferida para o interior por mecanismos de convecção e

radiação (Figura 2.3). É então necessário definir um parâmetro que tenha em conta estas duas

parcelas, contemplando a totalidade da radiação solar que chega ao interior das habitações.

Este parâmetro é designado por factor solar do vidro (gv) e está definido em [10] como sendo a

soma do factor de transmissão directa da energia solar com o factor de transmissão secundário

de calor.

O factor solar do vidro é definido como sendo o quociente entre o ganho de calor

através do envidraçado – quer de forma instantânea, consequência da sua transmitância (τsI),

quer a posteriori, consequência da absortância (qi) – e a radiação solar que nele incide (I). A

partir da simbologia utilizada, o factor solar do vidro é dado por:

� =

Ganho de calor solar através do vidro

Radiação incidente=

�� + !"

= �� + #"$� (2.2)

onde fi é a parte da radiação absorvida pelo envidraçado e que posteriormente é transmitida

sob a forma de fluxo de calor. Através da expressão (2.2) é possível verificar que quanto menor

for o factor solar do vidro, menor será também a quantidade de ganhos solares através deste.

Resultando o factor solar do vidro das suas propriedades ópticas, também este depende do

ângulo de incidência da radiação. De acordo com [8], até ângulos de cerca de 50o com a

normal ao vidro, o factor solar do vidro tem pouca variação.

Quando se tem em conta também a radiação retida pelas partes opacas de uma janela,

como por exemplo, os caixilhos, o factor solar do vidro passa a designar-se apenas por factor

solar (g). Este factor solar tem em conta o efeito do sombreamento criado pelos caixilhos.

Para um envidraçado de uso corrente, o factor solar que lhe está associado não é

muitas vezes suficiente para controlar de uma forma eficaz os ganhos de calor que ocorrem

através deste. Por esta razão, é muitas necessário acoplar no plano do envidraçado barreiras

protectoras contra a entrada dos raios solares, tais como, estores ou portadas. A acção deste

tipo de dispositivos amovíveis contra os ganhos solares tem normalmente um factor solar

associado – o factor solar da protecção (gp). O factor solar da protecção depende do tipo de

protecção e da sua regulação, e é normalmente fornecido pelos fabricantes. Assim, o factor

solar associado ao conjunto vidro mais protecção será obtido através da expressão (2.3):

12

= �% (2.3)

em que gv e gp são os factores solares do vidro e da protecção, respectivamente. Se existir no

conjunto mais do que um vidro ou mais do que uma protecção solar, então o factor solar total

será sempre o resultado do produto dos vários factores solares.

Nos dias de hoje, é comum recorrer também a meios de sombreamento fixos, quer

aplicando palas horizontais e verticais em torno dos envidraçados, quer recorrendo à própria

geometria do edifício. Para determinar a radiação total que efectivamente contribui para os

ganhos solares através dum vão envidraçado é então essencial conhecer a área deste que fica

em sombra. É importante fazer notar que a área do envidraçado que fica em sombra está

igualmente sujeita a radiação solar, embora esta seja apenas constituída pela radiação difusa.

A área de sombreamento do vão envidraçado irá depender de três factores: dimensão das

palas, posição das palas relativamente aos vãos envidraçados e geometria solar. Na Figura 2.4

apresenta-se um vão envidraçado sombreado por uma pala horizontal e outra vertical para uma

posição genérica do Sol.

Sendo a altura do Sol e o azimute Sol-superfície representados pelos ângulos h e γ,

respectivamente, vem que:

&'(((( = �&(((( cos )

&*(((( = �&(((( tan ℎ

&*(((( = &'(((( tan Ω

donde

tan ) =

&*((((

&'((((=

tan ℎ

cos )

e

-. = �'(((( = /0 tan )

-1 = *&(((( = /1 tan Ω

A área de sombra resulta então da subtracção da área iluminada à área total do

envidraçado:

��234 = � − �"673 = � − 89 − :-. − ;.<=8> − :-1 − ;1<= (2.4)

13

Figura 2.4 – Efeito de sombreamento criado num vão envidraçado por palas horizontal e vertical [8].

Os processos relevantes para as trocas de calor através de um vão envidraçado,

apresentados ao longo deste capítulo, irão permitir uma melhor compreensão de todo o

restante trabalho.

14

15

Capítulo 3

Elementos constituintes de uma janela


A escolha das diferentes partes constituintes de uma janela, por parte dos projectistas

de edifícios habitacionais, tem vindo a tornar-se uma tarefa cada vez mais difícil, devido ao lote

alargado de opções actualmente disponíveis no mercado.

Este capítulo fornece uma introdução sobre as várias soluções vulgarmente utilizadas

para as seguintes partes: vidro, caixilho e dispositivo de sombreamento.

Inicialmente, são apresentados os sistemas de vidros convencionais e as suas

tecnologias emergentes. Em seguida, apresentam-se os materiais mais comummente utilizados

nos caixilhos das janelas, como o alumínio, a madeira e o PVC. Por fim, mostram-se algumas

das formas de sombreamento empregues para reduzir o efeito prejudicial da radiação solar

durante a estação de arrefecimento.

3.2 – Vidro

O vidro é um material que confere um fraco isolamento térmico às edificações.

Representando ainda uma grande área na envolvente dos edifícios de habitação, as partes

envidraçadas constituem zonas propícias às trocas de calor. No Inverno, o elevado coeficiente

de transmissão térmica do vidro leva a que as perdas de calor por condução, que ocorrem

devido ao diferencial de temperaturas que se faz sentir entre o exterior e o interior, sejam

muitas vezes elevadas. Por outro lado, no Verão, as zonas envidraçadas são zonas através

das quais os ganhos provenientes da radiação solar se tornam excessivos, levando a situações

de desconforto. Assim, torna-se necessário conhecer os diferentes tipos de vidro disponíveis

no mercado e as suas principais características térmicas, de forma a escolher-se a melhor

solução para cada caso.

Inicialmente, as janelas eram constituídas por apenas um vidro, ou seja, por um

sistema que possuía somente um pano. Contudo, com o intuito de tornar estas partes dos

edifícios mais isolantes, tornou-se prática corrente a utilização de vidros constituídos por

múltiplos panos. Com a introdução de um segundo pano é possível incrementar a resistência

térmica do vidro para cerca do dobro (reduzindo o valor de U para metade). Ao introduzir-se

numa janela um terceiro ou um quarto pano, o coeficiente de transmissão térmica é diminuído

16

ainda mais, embora numa proporção cada vez menor. É também importante notar que os

vidros triplos e quádruplos reduzem a quantidade de radiação solar e de luz visível que os

atravessam e têm um custo superior aos vidros simples ou duplos. A comparação entre as

propriedades térmicas de um vidro simples, duplo e triplo é mostrada na Figura 3.1.

Tornando-se evidente que a introdução de panos numa janela tem um limite, não

apenas por questões físicas, mas também devido aos custos que a introdução de vários panos

implica, é possível substituir os panos do meio por películas plásticas. Com esta solução é

possível reduzir ainda mais o coeficiente de transmissão térmica e o factor solar do vidro sem

incrementar excessivamente a espessura da janela. Para além disso, este tipo de película pode

ter as características de uma película de baixa emissividade, cuja descrição se faz mais

adiante neste capítulo.

Para se conseguir as distâncias adequadas entre os panos de vidro, utilizam-se

espaçadores metálicos, normalmente em alumínio. Estes, para além de manterem os panos de

vidro separados de uma distância adequada e acomodarem tensões devidas a variações

térmicas, desempenham ainda outras funções. Os espaçadores providenciam uma barreira ao

vapor de água, evitando a formação de condensações interiores que levariam ao embaciar do

vidro.

Inicialmente, o espaço entre os panos de vidro era preenchido simplesmente com ar.

Contudo, com a necessidade de diminuir as perdas de calor ocorridas através dos

envidraçados, os espaços de ar em vidros com múltiplos panos passaram a ser preenchidos

com gases menos condutores ou mais viscosos, conseguindo-se, desta forma, tornar mais

lentas as correntes de convecção verificadas ao nível dos espaços entre panos. As correntes

de convecção, ao terem um movimento mais lento, reduzem significativamente as trocas de

calor por condução através do gás, diminuindo o valor de U para toda a janela.

Os gases correntemente utilizados para este efeito são o árgon e o crípton, sendo

também possível a sua utilização em misturas com ar. Estes gases encontram-se naturalmente

na atmosfera e são inertes, não tóxicos, não reactivos, incolores e sem cheiro. O crípton tem

um desempenho térmico melhor do que o árgon, mas também um custo de produção superior,

sendo muitas vezes utilizado quando se pretende um maior isolamento térmico com

espaçamentos entre vidros menores. Importa referir que o espaçamento ideal entre vidros com

árgon é de 12 a 13 mm [5], o mesmo do que para o ar.

A longevidade duma solução deste tipo passa pela qualidade do material isolante,

sobre o qual assentam os espaçadores metálicos, e pela qualidade de execução deste

isolamento. Com o passar dos anos é natural que se vá perdendo alguma quantidade de gás,

aumentando o valor do coeficiente de transmissão térmica em relação à solução inicial.

Estudos realizados mostram que em espaços de gás bem isolados, a perda de gás é cerca de

10% em 20 anos [5].

17

Figura 3.1 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro simples, duplo e triplo. Os valores

apresentados foram obtidos através do programa WINDOW5 e são referentes apenas ao vidro, sem qualquer tipo de

caixilho. O valor de U é dado em W/m2oC.

No quadro seguinte é possível comparar os valores do coeficiente de transmissão

térmica, factor solar e transmitância visível para vidros duplos e triplos que utilizam diferentes

gases nos espaçamentos interiores. Os resultados foram obtidos com recurso ao programa

18

WINDOW5 para vidros com as espessuras indicadas na Figura 3.1. Através da análise do

Quadro 3.1, consegue-se concluir que o factor solar e transmitância visível do vidro são

independentes do tipo de gás utilizado. Verifica-se, também, que o gás que conduz a um

menor valor de U é o xénon.

Gás Vidro Duplo Vidro Triplo

U gv τv U gv τv

Ar 2.85 0.75 0.81 1.89 0.67 0.73

Árgon 2.67 0.75 0.81 1.74 0.67 0.73

Crípton 2.54 0.75 0.81 1.60 0.67 0.73

Xénon 2.52 0.75 0.81 1.58 0.67 0.73

Ar (5%) / Árgon (95%) 2.67 0.75 0.81 1.75 0.67 0.73

Ar (10%) / Árgon (90%) 2.69 0.75 0.81 1.76 0.67 0.73

Ar (5%) / Crípton (95%) 2.55 0.75 0.81 1.61 0.67 0.73

Ar (12%) / Árgon (22%) / Crípton (66%) 2.58 0.75 0.81 1.65 0.67 0.73

Quadro 3.1 – Comparação dos valores de U, gv e τv para vidros duplos e triplos utilizando diferentes gases no

espaço entre panos. Os valores apresentados foram obtidos através do programa WINDOW5 e são referentes

apenas ao vidro, sem qualquer tipo de caixilho. As espessuras dos panos e espaços entre estes são as indicadas na

Figura 3.1. O valor de U é dado em W/m2oC.

Terminada a apresentação geral sobre os sistemas de vidros correntemente utilizados

em edifícios de habitação, descreve-se em seguida dois tipos de vidros com características

especiais, nomeadamente o vidro com controlo solar e o vidro com película de baixa

emissividade.

3.2.1 – Vidro com controlo solar

O vidro com controlo solar, vulgarmente designado por vidro colorido, era sobretudo

utilizado em edifícios de escritórios. Contudo, hoje em dia, é cada vez mais frequente a sua

presença em habitações construídas recentemente. Este tipo de vidro está disponível em

várias cores, sendo as mais comuns, cinza, bronze, azul e verde. No que diz respeito ao

processo de fabrico, o vidro colorido é conseguido por alteração da formulação química do

vidro normal através da introdução de aditivos inorgânicos especiais.

Os vidros coloridos reduzem o brilho da vista exterior e alteram a sua cor. Os vidros de

cor cinzenta, bronze, azul e verde são os que menos alteram a cor da vista para o exterior, daí

o facto de serem as cores mais utilizadas. A densidade da cor está relacionada com a

espessura do vidro. Estes vidros conferem também uma maior privacidade às habitações, pois

torna-se mais difícil de ver para o interior, embora à noite aconteça precisamente o contrário:

quando a claridade no interior das habitações devido à iluminação artificial é superior à do

exterior, o vidro inverte as suas características de espelho.

19

O vidro com controlo solar apresenta um menor factor solar devido à sua reduzida

transmitância solar, diminuindo a quantidade de radiação solar que passa instantaneamente

através deste para o interior das habitações. Assim, do ponto de vista da térmica dos edifícios,

a utilização deste tipo de vidro providencia um melhor desempenho do que um vidro normal

durante a estação de arrefecimento, onde é de todo benéfico reduzir os ganhos solares através

dos envidraçados. Pelo contrário, durante o Inverno, a utilização de um vidro colorido, ao

reduzir os ganhos solares, irá aumentar as necessidades de aquecimento.

Um vidro colorido, não só reduz a quantidade de radiação solar que passa através

deste, como também diminui a luz visível que o atravessa. Deste facto, resulta uma menor

claridade no interior das habitações, levando muitas vezes a um incremento em gastos com

iluminação artificial.

Contudo, a indústria deste tipo de vidro desenvolveu uma tinta de alta performance.

Esta tinta confere ao vidro uma tonalidade azul ou verde. Embora reduzindo ainda mais o factor

solar do vidro em relação aos vidros tradicionais coloridos, a transmitância visível mantém-se

bastante elevada.

Na Figura 3.2 apresenta-se a comparação de quatro vidros duplos, sendo o primeiro

deles um vidro duplo normal e os outros três também vidros duplos, mas com o pano exterior

composto por um vidro colorido, nomeadamente um vidro bronze, outro cinzento e ainda um

verde. A análise recai sobre o desempenho térmico, mostrando-se para o efeito, os valores do

coeficiente de transmissão térmica, que é semelhante em todas as soluções, do factor solar e

da transmitância visível. Os vidros bronze e cinzento apresentam desempenhos semelhantes,

reduzindo os ganhos solares e a quantidade de luz que passa para o interior das habitações. O

vidro verde consegue da mesma forma reduzir a quantidade de radiação solar que passa

através deste, embora mantendo os níveis de claridade elevados nos espaços interiores.

Importa ainda salientar que o incremento na redução dos ganhos solares para qualquer dos

três vidros coloridos é cerca de 15% para a espessura indicada.

Por fim, importa referir que em situações de reabilitação, é possível intervir ao nível de

um vidro transparente, de forma a aproximar o seu desempenho ao de um vidro colorido, sem

ser necessário a sua substituição. Embora o desempenho não seja tão bom nem passe por

uma solução tão duradoura, a aplicação de uma película colorida na face interior do vidro irá

reduzir a quantidade de ganhos solares que passará para o interior da habitação em relação a

um vidro transparente.

20

Figura 3.2 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro duplo normal e três vidros duplos com

controlo solar. Os valores apresentados foram obtidos através do programa WINDOW5 e são referentes apenas ao

vidro, sem qualquer tipo de caixilho. O valor de U é dado em W/m2oC.

21

3.2.2 – Vidro com película de baixa emissividade

O vidro com película de baixa emissividade, como o seu nome indica, é um vidro que

apresenta uma emissividade reduzida em relação a um vidro transparente normal. A

emissividade, como descrito no capítulo anterior, é a aptidão que um dado material tem para

emitir radiação em função da temperatura a que se encontra. Assim, a colocação de uma

película de baixa emissividade num vidro convencional é capaz de reduzir a sua emissividade

de 0.84 até valores na ordem dos 0.04 [5].

O funcionamento de um vidro com película de baixa emissividade é bastante simples.

Este tipo de vidro permite a passagem da radiação com pequeno comprimento de onda e

impede a passagem da radiação com grande comprimento de onda. Ou seja, a radiação solar

(radiação de pequeno comprimento de onda) penetra nos compartimentos das habitações,

aquecendo as superfícies e os objectos presentes no interior destas. Estes, por sua vez, ao

elevarem a sua temperatura, irão emitir radiação de baixa temperatura (radiação de grande

comprimento de onda), que é impedida de sair para o exterior pela película de baixa

emissividade. Para além disto, o vidro com película de baixa emissividade possui um

coeficiente de transmissão térmica inferior ao de um vidro normal. Assim, a utilização deste tipo

de vidro durante o Inverno é bastante útil, visto reter o calor no interior das habitações,

reduzindo as necessidades de energia para aquecimento ao longo desta estação. Contudo,

durante o Verão, em algumas regiões, o vidro com película de baixa emissividade poderá levar

a situações de sobreaquecimento, pois a quantidade de radiação de baixa temperatura emitida

pelos corpos no interior das habitações será bastante superior.

Actualmente, existem películas de baixa emissividade que conseguem desempenhar

as funções descritas no parágrafo anterior e, ao mesmo tempo, reduzir a passagem da

radiação solar, diminuindo o factor solar do vão envidraçado. Este desempenho pode também

ser alcançado conjugando a película de baixa emissividade com um vidro colorido.

Na Figura 3.3 é possível comparar o desempenho de dois vidros duplos com películas

de baixa emissividade, sendo uma delas com controlo solar, com o de um vidro duplo normal.

O vidro com película de baixa emissividade vem reduzir o coeficiente de transmissão térmica,

redução esta que é superior no vidro com película de baixa emissividade com controlo solar,

incrementando assim o nível de isolamento. Em termos de redução dos ganhos solares, a

solução que passa por uma película com controlo solar é capaz de incrementar em cerca de

23% a redução destes ganhos em relação a uma película de baixa emissividade convencional.

Através da análise atenta da Figura 3.3 é ainda possível verificar que a utilização deste tipo de

películas em nada põe em causa a passagem de luz visível para o interior das habitações,

onde a redução em relação ao vidro duplo normal não chega a 10%.

22

Figura 3.3 – Comparação dos valores de U, gv e τv entre um vidro duplo normal e dois vidros duplos com

películas de baixa emissividade, uma convencional e outra com controlo solar. Os valores apresentados foram

obtidos através do programa WINDOW5 e são referentes apenas ao vidro, sem qualquer tipo de caixilho. O valor de U

é dado em W/m2oC.

Existem dois tipos de processo para fabricar as películas de baixa emissividade. No

mais antigo, a película de baixa emissividade é constituída por óxidos metálicos, vulgarmente

23

óxido de estanho com alguns aditivos, que são depositados directamente sobre a superfície do

vidro quando esta ainda se encontra quente. A película produzida através deste processo é

resistente ao toque e apresenta uma excelente durabilidade, pelo que pode ser utilizada em

vidros com apenas um pano. A posteriori, surgiu outro processo de fabrico para as películas de

baixa emissividade, no qual a superfície do vidro, depositado numa câmara de vácuo, é

bombardeada por átomos. Neste processo, a película de baixa emissividade é constituída por

várias camadas, normalmente num número de três com pelo menos uma camada metálica. As

películas de baixa emissividade obtidas através deste processo são também conhecidas por

películas suaves, devido ao facto de serem muito pouco resistentes ao tacto. Por este motivo,

estas devem ser apenas utilizadas em janelas com mais do que um pano, devendo a película

ficar voltada para os espaços de ar no interior do vidro.

3.3 – Caixilharia

As janelas dos edifícios habitacionais não dispensam a utilização de caixilharia. Esta

tem como principal objectivo garantir a estanquicidade e a operacionalidade dos vãos,

suportando os painéis de vidro que constituem as áreas envidraçadas. Hoje em dia, o material

mais utilizado nos caixilhos é sem dúvida o alumínio, embora a madeira continue ainda a ser

bastante usada em reabilitação de edifícios antigos e o PVC cada vez mais usado em novas

construções.

O material utilizado para fabricar a caixilharia não é apenas importante para definir

algumas das características físicas da janela, tais como, espessura do caixilho, preocupações

estruturais, peso e durabilidade, como também tem especial importância no desempenho

térmico de toda a janela. Actualmente, em prol da obtenção de um melhor isolamento térmico,

são produzidos caixilhos híbridos, onde se conjugam dois ou mais materiais.

Esta secção descreve os principais materiais utilizados em caixilharia de janelas, como

o alumínio, a madeira e o PVC, e introduz alguns outros materiais, que embora menos

utilizados, estão igualmente disponíveis no mercado.

3.3.1 – Alumínio

Leve, forte, durável, não corrosivo e facilmente extrudido, o alumínio permite fabricar

caixilhos com tolerâncias dimensionais bastante reduzidas, conseguindo-se formas especiais

para inserção do vidro, de borrachas para calafetagem e de peças para corte térmico. Existem

dois processos bastante utilizados para o tratamento da superfície dos caixilhos de alumínio: a

anodização e a termolacagem. Ambos conferem ao alumínio uma elevada durabilidade com

reduzida manutenção e possibilitam a criação de janelas de várias cores, sendo muito comum

a utilização de caixilharia termolacada em branco, castanho e verde.

A grande desvantagem do alumínio, como material utilizado em caixilharia, é o facto de

este apresentar uma elevada condutibilidade térmica. Contudo, é possível melhorar bastante o

24

desempenho térmico dos caixilhos em alumínio, recorrendo para o efeito a perfis de alumínio

com ruptura da ponte térmica. Um perfil com ruptura da ponte térmica é na realidade

constituído por dois perfis independentes, unidos por peças de poliamida, garantindo-se desta

forma um melhor isolamento térmico. A utilização de caixilharia em alumínio com corte térmico,

não só melhora o desempenho térmico da janela, como evita também problemas de

condensações no interior do caixilho em regiões onde o clima é mais frio.

A colocação de perfis com corte térmico em caixilhos de alumínio reduz para cerca de

metade o coeficiente de transmissão térmica, conseguindo fazê-lo diminuir de 10.5 para 5.5

W/m2oC.

3.3.2 – Madeira

A madeira foi dos primeiros materiais a ser utilizado no fabrico de caixilhos usados em

edifícios para habitação, pois era um material amplamente disponível na natureza e de fácil

moldagem nas diversas formas, mais ou menos complexas, requeridas para executar as

janelas. Actualmente, a utilização deste material em caixilharias tem vindo a ser abandonada,

visto ser um material com uma fraca durabilidade, susceptível de se deteriorar facilmente e

requerer uma elevada manutenção. Contudo, os caixilhos de madeira, quando bem construídos

e bem cuidados, podem atingir um período de vida bastante longo. Uma forma de aumentar a

durabilidade dos caixilhos de madeira, passa por revestir as superfícies destes com alumínio

ou PVC. Embora se esteja, desta forma, a reduzir os requisitos com a manutenção, a estética

do acabamento que a madeira confere à janela será perdida.

Do ponto de vista térmico, os caixilhos de madeira têm uma performance bastante boa,

com um coeficiente U a rondar os 2.0 a 2.5 W/m2oC. Quanto maior for a espessura do caixilho,

maior será o isolamento térmico que este irá promover. Todavia, quando se utilizam peças de

metal para reforçar as juntas dos cantos das janelas, o desempenho térmico do caixilho de

madeira diminui.

3.3.3 – PVC

O PVC (policloreto de vinil) é um plástico bastante versátil com um bom grau de

isolamento e alta resistência ao impacto e à abrasão. Antigamente, o PVC era um material que

se degradava facilmente e, devido ao seu elevado coeficiente de dilatação térmico, quando

sujeito a grandes amplitudes térmicas, sofria variações dimensionais bastante significativas.

Contudo, hoje em dia, devido a avanços na produção deste material, os caixilhos em PVC

conseguem ter estabilidade dimensional e resistência à degradação, provocada não só pelos

raios solares, mas também pelas temperaturas extremas a que estão sujeitos, não

necessitando de uma manutenção periódica muito elevada. Os caixilhos em PVC são também

bastante resistentes à humidade. Em termos de apresentação, é possível fabricar caixilhos em

PVC num rol bastante alargado de cores de forma a ir ao encontro de todos os gostos.

25

De uma forma similar às janelas de alumínio, os caixilhos em PVC são fabricados

através de um processo de extrusão: o material, após ser extrudido, é cortado em peças

lineares que por ajuntamento dão forma à janela. Para conferir às janelas de PVC uma boa

rigidez estrutural, as secções do caixilho são mais largas do que acontece com as janelas de

alumínio, com dimensões semelhantes às secções da caixilharia em madeira. Para além deste

cuidado que deve ser tomado em relação às secções do caixilho, se as dimensões das janelas

em PVC forem elevadas, pode ser necessário incorporar reforços de metal ou madeira.

No que diz respeito ao isolamento térmico, os caixilhos de PVC podem ser equiparados

aos caixilhos de madeira, tendo um coeficiente de transmissão térmica que ronda os 1.7

W/m2oC. O desempenho térmico da caixilharia em PVC pode ser ainda incrementado se forem

preenchidas as cavidades ocas do caixilho com um material isolante.

3.3.4 – Caixilhos híbridos

Alguns fabricantes de caixilharia começaram a comercializar caixilhos híbridos,

compostos por dois ou mais dos materiais anteriormente apresentados. Este tipo de caixilho é

bastante útil quando se pretende obter, por um lado, uma boa resistência aos agentes

agressivos, utilizando-se na parte do caixilho em contacto com o exterior, alumínio ou PVC,

aumentando desta forma a durabilidade da janela e, por outro lado, um resultado estético

melhorado no interior das habitações, colocando-se madeira na parte do caixilho exposta ao

interior.

3.3.5 – Compósitos de madeira

Em alternativa à madeira, a indústria das janelas começou a utilizar produtos que têm

por base compósitos de madeira e que, quando comprimidos juntamente com resinas, formam

produtos bastante fortes.

Estes materiais são estáveis e dão origem a caixilhos que podem ser comparáveis com

os de madeira, excedendo mesmo por vezes os caixilhos de madeira convencional quer nas

suas propriedades estruturais, quer no seu desempenho térmico. Os materiais compósitos da

madeira apresentam ainda uma maior resistência à humidade e ao apodrecimento [5].

3.3.6 – PRFV

Os caixilhos em PRFV (poliéster reforçado com fibra de vidro), embora menos

utilizados em edifícios de habitação, encontram-se igualmente disponíveis no mercado. O

PRFV é um material que tem alta resistência à tracção, à flexão e ao impacto. Para além disso,

é um material excepcionalmente resistente a ambientes agressivos.

26

Os caixilhos em PRFV são fabricados através do processo de pultrusão e, tal como os

perfis em PVC, possuem cavidades ocas no seu interior, que podem ser preenchidas com um

material isolante, incrementando o já bom desempenho térmico deste material.

3.4 – Meios de sombreamento

A colocação de meios de sombreamento nos edifícios de habitação é essencial. O não

controlo dos ganhos solares durante a estação de arrefecimento traria níveis elevadíssimos

para as necessidades nominais de energia útil para arrefecimento. Para além disso, os meios

de sombreamento vêm desempenhar outras funções, tais como, controlar a luminosidade e

esconder a actividade verificada no interior das habitações.

As protecções solares querem-se com alta capacidade reflectiva, de forma a reflectirem

uma maior quantidade de radiação solar, e com baixa capacidade de absorção, evitando a

entrada excessiva de calor, recorrendo para isso a cores claras.

Os tipos de protecções solares mais utilizados em edifícios de habitação, que aqui se

apresentam, são os meios de sombreamento fixos (palas horizontais e verticais) e os

dispositivos amovíveis, que podem ser activados pelos utilizadores das habitações (estores,

telas e portadas) e que tanto podem ser colocados pelo exterior como pelo interior. Introduz-se

também a criação de sombreamento com recurso a vegetação.

3.4.1 – Dispositivos fixos exteriores

Através da colocação de palas em torno das janelas é possível sombrear de forma

significativa os vãos envidraçados. Este meio de sombreamento é bastante eficaz durante o

Verão, não prejudicando grandemente a quantidade de ganhos solares ao longo do Inverno.

Durante a estação de arrefecimento, altura do ano em que o Sol se encontra mais alto no céu,

a simples colocação de uma pala horizontal sobre a janela providencia sombra em

praticamente todo o vão envidraçado.

É importante referir que muitas vezes as palas horizontais e verticais encontram-se

disfarçadas na própria geometria dos edifícios. A criação de varandas nas fachadas dos

edifícios é um bom exemplo deste tipo de sombreamento.

3.4.2 – Estores

A aplicação de estores pelo exterior é uma das soluções de sombreamento de vãos

envidraçados mais utilizada pelos projectistas. Esta solução permite uma reflexão até 80% dos

raios solares e admite a possibilidade de orientação das lamelas, de forma a regular a entrada

de luz solar.

27

As lamelas e guias laterais dos estores estão disponíveis no mercado em variadas

cores, possibilitando, assim, ao projectista, a escolha da solução técnica e visual que melhor se

integre nas fachadas dos edifícios.

Os estores podem ser comandados por manivela ou mecanismo eléctrico.

3.4.3 – Telas

As telas são uma excelente solução para sombrear os vãos envidraçados, protegendo

o interior das habitações da radiação solar. Podem ser aplicadas tanto pelo exterior como pelo

interior e estão disponíveis em várias cores, garantindo uma perfeita integração nas fachadas

dos edifícios. A caixa de recolha com um tamanho reduzido e a possibilidade de recolha

através de mecanismo eléctrico são algumas das vantagens deste tipo de sombreamento.

Actualmente, existem telas com filtro solar que filtram a radiação solar e reflectem

fortemente o calor. Este tipo de telas é fabricado em tecido metálico laminado, cortando a

luminosidade interior. Estas telas permitem ainda ver do interior para o exterior mesmo quando

activadas, mas impedem os olhares indiscretos para o interior.

3.4.4 – Portadas

Outro sistema para protecção solar de vãos envidraçados passa pela aplicação de

portadas com características reflectoras. As portadas podem ser aplicadas tanto pelo exterior

como pelo interior. Podem ser de vários materiais: madeira, alumínio e PVC são os mais

vulgares. Tal como para a caixilharia, estes materiais permitem um rol alargado de soluções

estéticas para as portadas.

Em termos de desempenho térmico, este tipo de protecção solar apresenta uma

importante vantagem em relação aos estores. As portadas eliminam as caixas de estores das

fachadas dos edifícios, eliminando também, desta forma, as pontes térmicas devido às caixas

de estores.

3.4.5 – Vegetação

É possível a criação de estruturas nas fachadas dos edifícios com plantas de folha

caduca, como é o caso de algumas trepadeiras [11]. Desta forma, é possível criar

sombreamento sobre os vãos envidraçados durante o Verão e permitir a entrada dos raios

solares no interior da habitação durante o Inverno.

28

29

Capítulo 4

Critérios para projecto de vãos envidraçados


No capítulo anterior foram apresentadas várias soluções disponíveis para vidros,

caixilharia e meios de sombreamento. Com um vasto mercado de soluções para vãos

envidraçados, é necessário conceber um processo que conduza à melhor solução em função

de cada caso. A definição deste processo não é uma tarefa fácil visto depender de vários

factores relacionados entre si, como o consumo energético, o conforto térmico, a luminosidade

interior, o controlo do ruído acústico, entre outros.

Como este trabalho está direccionado para a redução do consumo energético de

edifícios de habitação, neste capítulo apresenta-se um método para projectar os vãos

envidraçados com vista a reduzir as necessidades energéticas para climatização dos edifícios.

Apresentam-se os passos até à definição final dos vãos com os respectivos critérios que

devem ser tidos em conta.

No Capítulo 7 apresenta-se o estudo do impacte dos critérios definidos neste capítulo

no consumo energético dos edifícios.

4.2 – Método para definição dos vãos envidraçados

O processo de decisão para projecto de vãos envidraçados engloba tomar decisões ao

nível de vários critérios. Estes critérios vão desde a orientação dos vãos envidraçados,

passando pela área de envidraçado e meios de sombreamento a utilizar, até aspectos

relacionados directamente com a constituição das janelas, como o tipo de vidro e o material

dos caixilhos. Este processo deve ser iniciado pelos critérios que têm um maior impacte no

desempenho térmico dos edifícios e sempre que um critério esteja definido deve-se passar

para o critério imediatamente a seguir. A Figura 4.1 resume de forma esquemática o processo

de decisão apresentado neste capítulo.

A zona climática de projecto, embora não seja um critério em que o projectista possa

intervir, tem um forte impacte nas trocas de calor que se processam ao nível dos envidraçados.

Assim, deve-se conhecer de que forma este factor afecta o consumo energético dos edifícios.

Portugal encontra-se dividido pela regulamentação portuguesa para projecto térmico (RCCTE)

em três zonas climáticas de Inverno (I1, I2 e I3) e três zonas climáticas de Verão (V1, V2 e V3)

30

[2]. Estas zonas agrupam concelhos do país com climas mais ou menos semelhantes onde o

comportamento térmico dos edifícios deve ser idêntico.

Figura 4.1 – Processo para projecto de vãos envidraçados. Baseado num processo apresentado em [5].

Após conhecido o clima da zona onde se desenvolve o projecto e a forma como este

irá afectar o comportamento térmico do edifício, deve-se orientar as fachadas com maior área

31

de envidraçados segundo os pontos cardeais mais favoráveis. O projectista pode nem sempre

conseguir as melhores orientações para as fachadas com maior área de envidraçados, visto

este factor depender da envolvente onde se está a implementar o edifício, mas deve ter em

conta que este critério tem uma influência no desempenho térmico de um edifício.

Em seguida, o critério que deve ser tido em conta é a área dos vãos envidraçados.

Deve ser determinada uma área ideal de envidraçados, considerando que os ganhos solares

através dos envidraçados são favoráveis durante a estação de aquecimento e prejudiciais

durante a estação de arrefecimento.

O meio de sombreamento é o critério que se segue neste processo. Os meios de

sombreamento reduzem a parcela de ganhos solares que durante a estação de arrefecimento

é prejudicial ao desempenho térmico dos edifícios. Contudo, quando são utilizados meios fixos,

como é o caso habitual de palas horizontais, é necessário avaliar o impacte que estes meios

terão ao longo do Inverno. Ao invés, os meios amovíveis, como é o caso de estores, persianas

e portadas, podem permanecer desactivados durante a estação de aquecimento de forma a

maximizar a entrada da radiação solar.

Definidos os critérios com um maior impacte no desempenho térmico dos edifícios,

deve-se escolher a constituição das janelas de entre os vários tipos de vidro e materiais de

caixilharia disponíveis no mercado.

O vidro ocupa normalmente uma grande parte da área do vão, sendo uma zona

bastante propícia a trocas de calor, não só através de ganhos solares, mas também por

condução. Assim, uma escolha acertada por parte do projectista para o tipo de vidro pode

incrementar o desempenho térmico do edifício.

Por fim, após definidos todos os critérios desde a orientação até ao tipo de vidro

aplicado nas janelas, deve ser escolhido o material da caixilharia. O material dos caixilhos é o

critério com menor impacte no desempenho térmico dos edifícios, surgindo por esta razão no

final do processo de decisão.

32

33

Capítulo 5

Metodologia de trabalho


Para avaliar o impacte dos critérios apresentados no capítulo anterior para o

desempenho térmico dos edifícios, foi necessário desenvolver uma metodologia de trabalho

simples e que será explicada ao longo deste capítulo. Assim, neste capítulo serão abordados

alguns aspectos relevantes para a obtenção dos resultados propostos com a elaboração deste

trabalho.

Começa-se por explicar a metodologia geral seguida ao longo de todo o trabalho. Com

esta metodologia será possível avaliar o impacte que os critérios que fazem parte integrante do

processo de definição dos vãos envidraçados têm no consumo energético para climatização de

edifícios de habitação.

Em seguida, apresenta-se o modelo base utilizado nas simulações que se mantém ao

longo de todo o trabalho, como a geometria utilizada, a constituição da envolvente opaca, a

taxa de renovação do ar e outros aspectos com especial importância nas trocas de calor com o

exterior.

Posteriormente, apresentam-se algumas considerações sobre os parâmetros que vão

sendo alterados ao modelo base, permitindo desta forma a realização dos estudos

paramétricos para avaliação dos critérios descritos no Capítulo 4. Estes parâmetros vão desde

a região de implantação do modelo e orientação dos vãos envidraçados, até à área de janelas,

tipos de dispositivos de sombreamento e diferentes tipos de vidros e materiais de caixilharia.

Ao longo deste capítulo serão também indicados desde logo alguns valores

necessários ao programa de simulação dinâmica EnergyPlus [12], cuja explicação é

apresentada no próximo capítulo.

5.2 – Metodologia geral

Para se avaliar o processo de decisão e os critérios apresentados no Capítulo 4 para o

desempenho térmico dos edifícios serão realizadas simulações dinâmicas com recurso ao

programa informático EnergyPlus.

Assim, a metodologia deste trabalho passa pela obtenção das necessidades nominais

de energia útil para aquecimento, Nic, e das necessidades nominais de energia útil para

34

arrefecimento, Nvc, ao longo da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento,

respectivamente, recorrendo-se para isso a um modelo de estudo. Este modelo de estudo irá

sofrendo alterações para que se possam efectuar os diferentes estudos paramétricos.

Desta forma, será possível, comparando os valores de Nic e Nvc, verificar quais as

melhores soluções durante o Inverno e durante o Verão para a orientação dos vãos

envidraçados, área das janelas, dispositivos de sombreamento, tipos de vidro e materiais para

os caixilhos.

Por fim, será efectuada uma análise anual que permita verificar qual a solução que

apresenta o melhor desempenho térmico ao longo de um ano inteiro. Para tal, recorreu-se à

definição de necessidades nominais anuais globais de energia primária, Ntc, proposta no

RCCTE [2]. A partir dos valores obtidos para Nic e Nvc, será possível determinar as

necessidades nominais anuais globais de energia primária com recurso à expressão (5.1):

?@� = 0.1:?"� D"⁄ <F%7" + 0.1:?�� D�⁄ <F%7� + ?G�F%7G (kgep/m2.ano) (5.1)

em que o último termo desta expressão é referente à energia dispendida na produção de águas

quentes sanitárias (AQS), não sendo considerado no âmbito deste trabalho. Assim, sempre

que se mencionar o valor de Ntc ao longo deste trabalho, este engloba apenas a energia

primária dispendida em climatização. Os sistemas de aquecimento e arrefecimento ambiente

adoptados foram os preconizados pelo RCCTE para situações de projecto térmico de edifícios

em que estes não estejam especificados, nomeadamente, uma resistência eléctrica com

eficiência nominal igual a 1 (ηi = 1) para o sistema de aquecimento e uma máquina frigorífica

com eficiência nominal igual a 3 (ηv = 3) para o sistema de arrefecimento. Como estes

equipamentos funcionam ambos a electricidade, os factores de conversão entre energia útil e

energia primária para os sistemas de aquecimento e arrefecimento, Fpui e Fpuv,

respectivamente, tomam o mesmo valor igual a 0.290 kgep/kWh [2].

5.3 – Modelo base

Como referido no ponto anterior, as simulações dinâmicas para obtenção dos

resultados propostos com a realização deste trabalho recaem sobre um modelo de estudo.

Este modelo de estudo não é mais do que uma fracção autónoma, procurando-se recriar de

uma forma aproximada um fogo de habitação comum.

Procurou-se que este modelo de estudo tivesse uma base simples. O principal

objectivo de se ter tomado esta opção consiste na melhor compreensão das trocas de calor

que ocorrem entre o exterior e o interior ao nível dos envidraçados. Para além disso, como será

necessário ao longo do trabalho fazer várias alterações ao modelo base, torna-se mais fácil, ao

nível do programa EnergyPlus, realiza-las sobre um modelo de estudo simples.

Importa referir que, embora a análise assente sempre sobre o mesmo modelo, é

objectivo deste trabalho poder extrapolar os resultados obtidos para outras fracções autónomas

35

de uma forma mais ou menos rigorosa, consoante sejam mais ou menos parecidas com o

modelo de estudo utilizado neste trabalho. Assim, será possível generalizar as soluções com

melhor desempenho térmico a futuros projectos de edifícios de habitação.

Em seguida, apresenta-se o modelo de estudo com maior detalhe em alguns aspectos

que têm especial importância nas trocas de calor. Estes aspectos mantém-se inalterados ao

longo de todo o trabalho e englobam a geometria, a constituição da envolvente opaca, a taxa

de renovação do ar, os ganhos internos e a massa interna do modelo de estudo.

5.3.1 – Geometria

A geometria adoptada para o modelo de estudo é uma geometria rectangular simples,

que procura simular uma fracção autónoma de habitação corrente. Assim, o modelo de estudo

utilizado nas simulações representa um T1, constituído por uma sala e cozinha conjuntas, um

quarto, uma instalação sanitária e um hall de entrada com uma área total de 64.84 m2. O pé-

direito do modelo de estudo é 2.7 m, o que faz com que o modelo de estudo apresente um

volume de 175.07 m3.

No que diz respeito à inserção do modelo de estudo no edifício, procurou-se simular

uma fracção autónoma dum piso intermédio, ao nível de um quarto ou quinto andar, confinada

por outros fogos do mesmo edifício, para que as trocas de calor que ocorram pela envolvente

opaca aconteçam apenas por uma parede – a parede de fachada onde se inserem os vãos

envidraçados. Assim, limitando as trocas de calor pela envolvente opaca a apenas uma

parede, pois considera-se que os fogos que estão em torno do modelo de estudo se encontram

igualmente habitados e, como simplificação, que os espaços comuns do edifício apresentam

uma temperatura semelhante à que se verifica no interior das habitações – o que equivale a

dizer, de acordo com a regulamentação portuguesa (RCCTE), que o coeficiente τ do espaço

comum é igual a zero –, será possível, de uma maneira mais correcta, avaliar as trocas de

calor que se processam ao nível dos vãos envidraçados e compreender a influência que cada

factor que irá ser analisado terá no comportamento térmico do modelo de estudo.

Quanto ao número de vãos envidraçados, foram colocadas duas janelas no modelo de

estudo, uma na sala e cozinha e outra no quarto.

Na Figura 5.1 é apresentado, em vista isométrica, a geometria do modelo de estudo.

No Desenho I do ANEXO I pode-se consultar uma planta à escala 1/100 do modelo de estudo.

Figura 5.1 – Vista conceptual do modelo de estudo em perspectiva isométrica.

36

5.3.2 – Envolvente opaca

Como referido no ponto anterior, pensou-se num modelo de estudo confinado por

outras fracções autónomas, apenas com uma parede em contacto com o ambiente exterior.

Ocorrendo o mínimo possível de trocas de calor pela envolvente opaca, a compreensão das

trocas de calor que ocorrem ao nível dos envidraçados será mais fácil.

Assim, a única parede com especial interesse no âmbito deste trabalho será a fachada

onde se inserem os vãos envidraçados. Esta parede foi criada tendo em conta o valor de

referência para o U de elementos exteriores verticais em zona corrente (Quadro IX.3 do

RCCTE) para uma zona climática I2, cujo valor é de 0.60 W/m2oC [2]. Optou-se pelo valor da

zona I2 por ser um valor intermédio.

A parede em contacto com o ambiente exterior é uma parede dupla em que quer o

pano exterior, quer o pano interior são compostos por tijolo de 11 cm rebocados numa

espessura de 1.5 cm. O espaço entre panos é constituído por uma caixa-de-ar de 2.5 cm e por

placas de poliestireno extrudido também com 2.5 cm de espessura aplicadas junto ao pano

interior. Esta solução construtiva apresenta um coeficiente de transmissão térmica de 0.61

W/m2oC, que de acordo com o Quadro IX.1 do RCCTE é inferior ao limite máximo admissível

para este tipo de elementos opacos em qualquer zona climática.

Para a restante envolvente opaca, embora sem importância para as trocas de calor

com o restante meio envolvente ao modelo de estudo, procurou-se adoptar soluções

correntemente utilizadas. Assim, a parede de separação entre fogos é constituída por dois

panos, ambos compostos por tijolo de 9 cm e reboco numa das faces com 1.5 cm de

espessura. O espaço interior da parede encontra-se totalmente preenchido com lã de rocha,

numa espessura de 4 cm, para um bom isolamento acústico. Para a laje de separação do

modelo de estudo dos restantes fogos dos outros pisos, optou-se pela seguinte solução: uma

laje de 22 cm de betão armado, rebocada na face inferior numa espessura de 2 cm, com 5 cm

de argamassa de enchimento e cerâmica vidrada na face superior com 1 cm de espessura.

As soluções construtivas adoptadas para a envolvente opaca encontram-se

representadas nos Desenhos II e III do ANEXO I. Nestes desenhos encontram-se também

dados dos materiais utilizados que são necessários ao programa EnergyPlus, como é o caso

da condutibilidade térmica, da massa volúmica aparente e do calor específico. Estes dados

foram obtidos na publicação ITE 50 [13] do LNEC e num trabalho desenvolvido nesta área [14].

5.3.3 – Taxa de renovação do ar

Para manter as condições de salubridade no interior das habitações é necessário

proceder à ventilação natural destas. Assim, o ar interior deve ser renovado com alguma

frequência, levando a que ocorram perdas de calor.

É então necessário definir uma taxa de renovação do ar, Rph, para o modelo de estudo.

Para tal, recorreu-se ao RCCTE [2], tendo-se chegado ao valor de 0.85 h-1. Este valor foi

37

retirado do Quadro IV.1 do RCCTE, tendo sido necessário tomar algumas opções. Considerou-

se que o modelo de estudo se encontra entre 10 a 18 m de altura acima do solo, o que

equivale a um quarto ou quinto andar, numa região A, ou seja, a mais de 5 km da costa, e na

periferia da cidade (rugosidade II). Tomadas estas opções, concluiu-se que a classe de

exposição ao vento do modelo de estudo é do tipo 2. Após isto, considerou-se a presença de

dispositivos para admissão de ar nas fachadas, a não classificação dos caixilhos no que diz

respeito à permeabilidade ao ar e a não presença de caixas de estores sobre as janelas.

Importa chamar a atenção para duas destas considerações que foram tomadas. Em

primeiro lugar, embora a localização do modelo de estudo não seja sempre a mesma, pois

como se verá mais adiante a localização representa um dos parâmetros de análise,

considerou-se que o modelo de estudo irá estar sempre a mais de 5 km da faixa costeira,

mesmo para cidades como Lisboa e Faro. Em segundo lugar, também como se verá mais

adiante, a certa altura serão introduzidos no modelo de estudo dispositivos de sombreamento

amovíveis, que no caso de estores leva à necessidade de introduzir caixas de estores no

modelo de estudo. Contudo, como não se especifica o tipo de dispositivo, apenas que tem uma

grande capacidade reflectora e uma baixa capacidade de absorção dos raios solares, não se

considera a introdução de caixas de estores na fachada do modelo de estudo.

Por fim, como no programa EnergyPlus esta taxa é introduzida em m3/s, foi necessário

multiplicar o valor de Rph pelo volume do modelo de estudo (175.07 m3) e dividir por 3600 s,

obtendo-se o valor de 0.0413 m3/s.

5.3.4 – Ganhos internos

Os ganhos térmicos internos contabilizam todas as fontes de calor que aquecem os

espaços interiores do modelo de estudo, tais como, pessoas, luz eléctrica e equipamentos

eléctricos.

Com recurso ao Quadro IV.3 do RCCTE, este valor foi definido em 4 W/m2 (valor para

edifícios residenciais). Como no programa EnergyPlus este valor é introduzido em W,

multiplicou-se o valor de 4 W/m2 pela área útil de pavimento do modelo de estudo, obtendo-se

o valor de 259.36 W.

5.3.5 – Massa interna

As paredes divisórias interiores ao modelo de estudo são contabilizadas no EnergyPlus

apenas pela sua massa. Assim, é necessário fornecer ao programa a área das paredes

interiores para que ele possa determinar a massa interna.

Determinou-se então, o comprimento total das paredes divisórias interiores, obtendo-se

o valor de 16.30 m. Este valor foi multiplicado pelo pé-direito do modelo de estudo, chegando-

se ao valor de 44.01 m2 para a área das paredes interiores.

38

As paredes divisórias interiores são compostas por tijolo de 11 cm rebocado em cada

face com camadas de 2 cm de reboco, tendo a parede uma espessura total de 15 cm. A

constituição destas paredes pode ser visualizada no Desenho III do ANEXO I.

5.4 – Estudos paramétricos

Neste ponto do trabalho serão explicadas as alterações efectuadas ao modelo de

estudo para que se possam realizar as simulações necessárias à avaliação do impacte dos

critérios apresentados no capítulo anterior no desempenho térmico dos edifícios. Serão

também feitas algumas considerações sobre as opções tomadas para avaliar cada critério.

Os estudos paramétricos compreendem o zonamento climático, a orientação dos vãos

envidraçados, a área de janela, as condições de sombreamento aplicadas às janelas, o tipo de

vidro e, por fim, o material dos caixilhos.

É importante referir que à medida que se avança com os estudos paramétricos, o

modelo de estudo vai-se tornando cada vez mais completo, levando a que os valores que se

irão obter para Nic e Nvc sejam cada vez mais baixos, ou seja, mais próximos de uma boa

solução.

5.4.1 – Zonamento climático

Portugal está dividido, de acordo com o RCCTE, em três zonas climáticas de Inverno

(I1, I2 e I3). Cada zona climática agrupa vários concelhos do país que possuem um clima mais

ou menos semelhante. Para se estudar a influência do clima no desempenho térmico do

modelo de estudo ao longo da estação de aquecimento, colocou-se este em três regiões

diferentes, nomeadamente em Lisboa, no Porto e em Bragança, representando,

respectivamente, as zonas climáticas I1, I2 e I3.

A definição da duração da estação de aquecimento, da qual resultará o período de

simulação para obtenção das necessidades nominais de energia útil para aquecimento, foi feita

de acordo com o RCCTE. Assim, a duração da estação de aquecimento tem início no primeiro

decêndio posterior a 1 de Outubro em que, para cada localidade, a temperatura média diária é

inferior a 15 oC e com fim no último decêndio anterior a 31 de Maio em que a referida

temperatura ainda é inferior a 15 oC [2]. Posto isto, torna-se evidente que a duração da estação

de aquecimento irá variar consoante a localidade em que se encontra o modelo de estudo.

Com recurso ao programa EnergyPlus, reportou-se o perfil de temperaturas exteriores médias

diárias desde 1 de Outubro até 31 de Maio para as três localidades em causa. Analisando

estes perfis e de acordo com a definição de estação de aquecimento imposta no RCCTE,

determinou-se os seguintes períodos de simulação:

� Lisboa – 1 de Novembro até 10 de Maio;

� Porto – 1 de Outubro até 20 de Maio;

� Bragança – 11 de Outubro até 31 de Maio.

39

Para a análise anual que se irá efectuar, será também necessário obter o valor de Nic

para o modelo de estudo localizado na região de Faro, pelo que se definiu da mesma forma a

duração da estação de aquecimento para esta localização:

� Faro – 11 de Novembro até 30 de Abril.

Estes períodos de simulação serão introduzidos no programa EnergyPlus, como será

explicado mais adiante, no próximo capítulo.

Portugal encontra-se dividido pelo RCCTE em três zonas climáticas de Verão – V1, V2

e V3. Assim, para se avaliar a influência do zonamento climático de Verão no desempenho

térmico do modelo de estudo, simulou-se o modelo de estudo localizado em três concelhos

diferentes: Porto, Lisboa e Évora representando, respectivamente, as zonas climáticas V1, V2

e V3.

Ao contrário do que acontece para a estação de aquecimento, no Verão, a estação de

arrefecimento é definida no RCCTE como os meses de Junho, Julho, Agosto e Setembro.

Desta forma, o período de simulação para obtenção das necessidades nominais de energia útil

para arrefecimento, neste estudo e em todos os restantes, foi definido como sendo o período

anual que engloba apenas estes quatro meses.

Para o estudo anual do zonamento climático, o modelo de estudo foi localizado em

Lisboa, Porto e Faro, procurando-se, desta forma, abranger as principais zonas de Portugal

Continental.

Importa referir que os dados climáticos para as diferentes zonas climáticas analisadas

são fornecidos ao programa EnergyPlus através de ficheiros que podem ser descarregados a

partir do sítio na internet do próprio programa.

Todas as simulações efectuadas para o estudo da influência do zonamento climático

para o desempenho térmico do modelo de estudo foram realizadas com os vãos envidraçados

orientados a Sul, por se tratar de uma orientação bastante relevante em termos de ganhos

solares. Optou-se também por realizar este estudo com uma área envidraçada de 30% em

relação à área total de fachada, por se considerar ser uma área apropriada para melhor

compreender as trocas de calor que ocorrem ao nível dos envidraçados. Foram também

analisadas cinco janelas (A, B, C, D e E) que possuem na sua constituição tipos de vidro e

materiais de caixilharia correntemente utilizados nos edifícios de habitação construídos hoje em

dia. A completa constituição destas janelas e de todas as outras utilizadas ao longo deste

trabalho pode ser consultada no Quadro I do ANEXO II.

5.4.2 – Orientação

Para o estudo da influência da orientação dos vãos envidraçados no desempenho

térmico dos edifícios, simulou-se o modelo de estudo com a fachada orientada segundo os

diferentes pontos cardeais – Norte, Sul, Este e Oeste. Este estudo foi realizado para o clima da

região de Lisboa, por ser uma região onde a radiação solar tem um forte impacte no

desempenho térmico dos edifícios. Tal como no estudo da zona climática, também este estudo

40

foi realizado para uma área de janela de 30%, sem a utilização de qualquer tipo de

sombreamento e com recurso às janelas A, B, C, D e E.

5.4.3 – Área de janela

Para avaliar o impacte da área de janela no consumo energético do modelo de estudo

mantiveram-se algumas condições de base do estudo anterior, tais como, o clima da região de

Lisboa, as condições de sombreamento dos vãos envidraçados, ou seja, a não utilização de

qualquer tipo de sombreamento, e as janelas analisadas (A, B, C, D e E).

As áreas de janela em relação à área total da fachada, Aj, usadas neste estudo

definem-se pelas seguintes percentagens: 0%, 15%, 30%, 45% e 60%. Para valores de

percentagem intermédios aos utilizados nas simulações, o consumo energético do modelo de

estudo foi obtido por interpolação linear. Assim, é possível, de forma aproximada, determinar a

área ideal de janela, ou seja, a que trará um melhor desempenho térmico para o modelo de

estudo.

Neste estudo foram determinados, de acordo com o RCCTE, os valores limites para as

necessidades nominais de energia útil para aquecimento e arrefecimento, Ni e Nv,

respectivamente, e o valor limite das necessidades nominais anuais globais de energia

primária, Nt, do modelo de estudo simulado em Lisboa. Assim, será possível determinar a partir

de que valor de Aj estes limites deixam de ser cumpridos. Obteve-se 51.5 kWh/m2.ano para o

valor de Ni e 32 kWh/m2.ano para o valor de Nv. O valor de Nt foi determinado a partir dos

valores de Ni e Nv, desprezando mais uma vez a parcela referente à produção de águas

quentes sanitárias. Obteve-se então 0.75 kgep/m2.ano para o valor de Nt.

A dimensão e colocação das janelas para as diferentes percentagens Aj podem ser

consultadas no Desenho IV do ANEXO I.

Este estudo foi realizado para as diferentes orientações (Norte, Sul, Este e Oeste), de

forma a torná-lo mais abrangente.

5.4.4 – Condições de sombreamento

As condições de sombreamento que serão analisadas no âmbito deste trabalho são:

palas horizontais e verticais, dispositivos amovíveis aplicados pelo exterior e interior e

conjugação dos dois sistemas, fixo e amovível. O objectivo deste estudo é comparar o

desempenho térmico destes sistemas com o caso de ausência de qualquer tipo de dispositivo.

É relevante efectuar algumas considerações acerca dos sistemas utilizados.

No sistema fixo, as dimensões quer das palas horizontais quer das palas verticais, e

respectiva colocação na fachada do modelo de estudo, são indicadas no Desenho V do

ANEXO I.

Os dispositivos que compõem o sistema amovível, que tanto são aplicados pelo

exterior como pelo interior, apresentam uma elevada capacidade de reflexão e uma baixa

41

capacidade de absorção da radiação solar. A sua activação acontece apenas durante a

estação de arrefecimento e foi definida para acontecer a 100% sempre que a temperatura

exterior seja superior a 25 oC. Com o programa EnergyPlus foi traçado um perfil da temperatura

média horária exterior da região de Lisboa, local onde será realizado este estudo, e verificou-se

que, em média, esta é inferior a 25 oC no período das 13h às 17h. A activação da protecção

solar a 100% durante este período do dia pode reduzir os níveis de iluminação natural para

valores inaceitáveis, pelo que, num estudo mais aprofundado, seria necessário ter este facto

em conta.

Durante a estação de aquecimento, não se considera a possibilidade de activação do

dispositivo amovível, pois a radiação solar é benéfica para o consumo energético dos edifícios

ao longo desta estação, pelo que apenas se avalia o efeito das palas horizontais e verticais.

Pelo contrário, durante a estação de arrefecimento, para além das palas horizontais e

verticais, é avaliado o desempenho térmico do dispositivo amovível aplicado pelo exterior e

pelo interior e ainda a conjugação das palas horizontais e verticais com o dispositivo aplicado

pelo exterior.

A análise anual foi realizada como a análise para a estação de arrefecimento, contudo

sempre que se avaliou o desempenho dum sistema amovível utilizou-se o valor de Nic sem

sombreamento.

As condições que se mantiveram de base do estudo anterior foram a localização das

simulações, ou seja, Lisboa, a área de 30% de envidraçado e as janelas analisadas (A, B, C, D

e E). Este estudo foi efectuado para todas as orientações, pois o efeito destas formas de

sombreamento depende em muito da orientação dada aos vãos envidraçados, tornando-o

assim mais abrangente.

5.4.5 – Tipo de vidro

No que diz respeito ao sistema de vidros, para além do tipo de vidro propriamente dito,

foram também analisados aspectos como, a espessura dos panos e o espaçamento e tipo de

gás presente no sistema.

Assim, para efectuar os estudos propostos, uniformizaram-se todos os outros

parâmetros, alterando-se apenas o vidro que compõe as janelas do modelo de estudo. Esta

análise foi realizada para o clima da região de Lisboa, com 30% de área de janela orientada a

Sul. Para as condições de sombreamento, foi mantido o dispositivo de sombreamento amovível

aplicado pelo exterior activado a 100% durante a estação de arrefecimento sempre que a

temperatura exterior é superior a 25 oC. O material para os caixilhos adoptado foi o alumínio

com corte térmico com 65 mm de largura.

Os tipos de vidro analisados compreendem o vidro simples, duplo e triplo, duplo com

película de baixa emissividade e duplo com controlo solar em várias cores. As janelas que

representam estes tipos de vidro são: A´, B, C´, D´, F, G e E´, cuja completa descrição pode ser

encontrada no Quadro I do ANEXO II. A notação “´” indica que a janela apresenta o mesmo

42

sistema de vidros que o designado sem “´”, tendo-lhe sido apenas alterado o material do

caixilho.

Para se avaliar a influência da espessura dos panos de vidro no desempenho térmico

do modelo de estudo, para além da utilização da janela B, que possui vidros transparentes de 4

mm, foram criadas mais duas janelas, as janelas H e I, com vidros também transparentes, mas

com 3 e 6 mm de espessura, respectivamente.

Para se avaliar a influência da espessura e gás de preenchimento do espaço de

separação entre panos de vidro no desempenho térmico do modelo de estudo, comparou-se a

janela B, que possui um espaço entre os panos de vidro de 12 mm preenchido com ar, com

outras quatro janelas, J, K, L e M. As janelas J e K possuem espaços de ar de 10 e 14 mm,

respectivamente, enquanto as janelas L e M possuem espaçamento de 12 mm entre os panos

de vidro, preenchido com árgon e crípton, respectivamente.

Mais uma vez, aconselha-se a consulta do Quadro I do ANEXO II para uma melhor

compreensão da constituição das janelas utilizadas ao longo desta análise.

5.4.6 – Material de caixilharia

Os materiais de caixilharia analisados são o alumínio sem e com corte térmico, a

madeira e o PVC. Para se conseguir efectuar esta análise, uniformizaram-se todos os outros

parâmetros e fez-se variar o material dos caixilhos. Foram assim criadas mais três janelas (N,

O e P) que possuem o mesmo sistema de vidros da janela B, mas materiais de caixilhos

diferentes. Todas estas janelas possuem um vidro duplo transparente e caixilhos com 65 mm

de largura.

Esta análise foi realizada para o clima da região de Lisboa, com 30% de área de janela

orientada a Sul. Para as condições de sombreamento, foi mantido o dispositivo de

sombreamento amovível aplicado pelo exterior activado a 100% durante a estação de

arrefecimento sempre que a temperatura exterior é superior a 25 oC.

Assim, é possível verificar qual o material para caixilharia que faz com que o modelo de

estudo apresente um melhor desempenho térmico.

43

Capítulo 6

EnergyPlus e WINDOW5


O estudo proposto com a realização deste trabalho seria bastante complicado efectuar

sem a ajuda de ferramentas informáticas, sendo que o tempo necessário teria sido muito mais

elevado.

Assim, neste capítulo, para além de uma breve introdução sobre os dois programas

computacionais utilizados – o EnergyPlus [12] e o WINDOW5 [15] – serão também feitas

algumas considerações acerca da forma de obtenção dos resultados ao nível de cada um

deles.

O EnergyPlus é um programa de simulação dinâmica que permite analisar o consumo

energético dos edifícios. O WINDOW5 é um software para modelação de janelas que permite

determinar o coeficiente de transmissão térmica, o factor solar e a transmitância visível de

inúmeras soluções.

6.2 – EnergyPlus

O EnergyPlus [12] é, tal como outros programas informáticos, nomeadamente o ESP-r

[16], o DOE [17] e o TRNSYS [18], um programa de simulação dinâmica do desempenho

térmico de edifícios que permite obter, para além da variação horária da temperatura, as

cargas térmicas necessárias para manter a temperatura interior de uma fracção autónoma

acima ou abaixo de certos limites estipulados pelo utilizador. Assim, o EnergyPlus é um

programa que permite realizar análises em regime livre ou controlado. Para além das funções

descritas anteriormente, o EnergyPlus é capaz de simular o funcionamento de sistemas AVAC.

O uso do programa EnergyPlus em edifícios e a sua comparação com resultados

experimentais tem vindo a mostrar a adequação do seu algoritmo à realidade observada.

No âmbito deste trabalho, apenas serão realizadas simulações em regime controlado,

de maneira a ser possível obter os valores das necessidades energéticas Nic e Nvc, tal como foi

descrito no Capítulo 5.

Com uma interface simples (Figuras I e II do ANEXO III), este programa é de fácil

utilização. O EnergyPlus apresenta múltiplos campos onde o utilizador, ao preenchê-los, vai

fornecendo informações acerca do modelo de estudo e do tipo de simulação que pretende

44

realizar. Estes campos constituem o ficheiro .idf do EnergyPlus. Nem todos os campos são de

preenchimento obrigatório, por isso, em seguida, serão apenas explicados os campos

relevantes à realização deste trabalho.

6.2.1 – Simulation Parameters

O primeiro campo de entrada do EnergyPlus tem como função definir os algoritmos de

cálculo que estarão na base da simulação e que irão permitir ao programa calcular as trocas de

calor entre o modelo de estudo e o exterior. Estes algoritmos podem ser menos ou mais

detalhados, sendo que no âmbito deste trabalho optou-se sempre que possível pelos

algoritmos mais complexos e que darão um resultado mais próximo do que se verifica na

realidade.

É também neste campo que se define a orientação do edifício, pelo que este campo foi

alterado algumas vezes para permitir a realização do estudo da influência deste parâmetro no

desempenho térmico dos edifícios.

6.2.2 – Location – Climate – Weather File Access

Neste ponto do programa EnergyPlus dão-se informações acerca da zona de

localização onde está implementado o modelo para simulação e da duração do período de

simulação.

Aqui são preenchidos apenas dois campos de entrada. No primeiro define-se o período

de simulação, indicando os dias e meses do ano iniciais e finais do referido período. No

segundo indica-se a localização do modelo. Os restantes campos são lidos a partir de um

ficheiro climático .epw que pode ser obtido no sítio da internet do EnergyPlus. Este ficheiro

fornece informação sobre alguns dados climáticos relevantes para as trocas de calor do

modelo de estudo com o exterior, tais como, a temperatura exterior, a radiação global, a

humidade relativa e a velocidade e direcção do vento.

6.2.3 – Surface Construction Elements

Neste campo define-se a constituição da envolvente do modelo de simulação. Em

primeiro lugar são definidos os materiais que constituem a envolvente opaca, ou seja, as

paredes e os pavimentos, sendo necessário indicar para cada material a espessura da

camada, e alguns parâmetros, tais como, a condutibilidade, a densidade e o calor específico.

No caso de espaços de ar, os quais se verificam em paredes duplas, é também neste campo

que se indica a sua resistência térmica. Depois de todos os materiais estarem definidos, estes

são acoplados nas diferentes camadas que constituem as paredes e os pavimentos do modelo

para simulação.

45

É também neste campo que são definidos os dispositivos de protecção solar

amovíveis, com a indicação de uma série de valores, dos quais se destacam os seguintes:

transmitância solar, reflectância solar e condutibilidade. Para estes dispositivos, o EnergyPlus

dispõe de uma biblioteca em que todos os parâmetros necessários à sua completa definição

são indicados. Tal como indicado no capítulo anterior, para este trabalho adoptou-se uma

protecção solar amovível com grande capacidade reflectora e baixa capacidade de absorção

dos raios solares.

Como será explicado mais adiante, o WINDOW5 permite a criação de um ficheiro de

dados onde pode estar definido um grande número de soluções de janelas. O EnergyPlus é

capaz de ler os dados dispostos nesse ficheiro, sendo apenas necessário indicar neste campo

o mesmo nome que foi atribuído à janela no WINDOW5.

6.2.4 – Thermal Zone Description/Geometry

Neste campo de entrada do EnergyPlus é possível definir a geometria do modelo a

simular com recurso a um sistema de coordenadas. No caso deste trabalho, o modelo a

simular apenas possui uma zona onde se admite temperatura uniforme, mas é comum

fazerem-se análises de edifícios com várias fracções autónomas, podendo nesse caso ser

conveniente definir mais do que uma zona de simulação. Uma zona é então definida indicando-

se as coordenadas dos vértices das várias paredes e pavimentos que a constituem.

No caso de paredes ou pavimentos através dos quais não se irão processar trocas de

calor, como são exemplo as paredes de separação dos fogos, é possível, neste campo, dar

indicação para que este pressuposto se verifique.

As janelas são igualmente inseridas na parede de fachada através da introdução das

coordenadas dos vértices em relação à origem do sistema de coordenadas.

A massa interna das paredes a considerar na análise é também definida neste campo

através da indicação da parede, criada como descrito no ponto anterior, e da introdução da sua

área. Tal como indicado no Capítulo 5, no caso do modelo de estudo utilizado nas simulações

estas paredes apresentam uma área de 44.01 m2.

A geometria das palas horizontais e verticais, que providenciam sombreamento sobre

as janelas, é também indicada neste campo de entrada através da introdução das coordenadas

de cada vértice que as constituem.

Neste campo é também possível indicar o tipo de controlo sobre as protecções solares

amovíveis. Este controlo pode ser efectuado através da criação de um schedule que deve ser

indicado neste campo ou através da indicação de um setpoint a partir do qual o dispositivo é

activado. No âmbito deste trabalho, o controlo passou pela segunda opção, definindo-se que as

protecções solares amovíveis serão activadas sempre que a temperatura exterior exceda o

setpoint de 25 oC.

46

6.2.5 – Schedules

Os schedules ou “horários” permitem controlar algumas situações da simulação ao

longo do tempo. Por exemplo, a partir da definição de schedules é possível fazer com que um

dispositivo de controlo solar seja activado durante o período da manhã dos dias de semana, e

ao fim-de-semana fazer com que este mesmo dispositivo permaneça activado durante todo o

dia.

A definição dos schedules é feita da seguinte forma: primeiro é definido um schedule

diário, em que se define o controlo de hora a hora; a partir deste schedule é definido um outro

semanal; a definição do schedule que irá fazer o controlo durante o período de simulação

culmina na criação de um schedule anual a partir do schedule semanal.

Para a realização deste trabalho foi necessário criar alguns schedules que vão sendo

apresentados ao longo deste capítulo.

6.2.6 – Space Gains

Neste campo de entrada do EnergyPlus é possível definir os ganhos internos de calor

do modelo que se pretende simular, desde ganhos relacionados com o metabolismo das

pessoas, ganhos provenientes da luz eléctrica e ganhos de outros equipamentos que, devido

ao seu funcionamento, emitam calor.

Tal como indicado no capítulo anterior, o valor adoptado para os ganhos internos de

calor foi obtido através do RCCTE. Este regulamento estipula 4 W/m2 para os ganhos internos

de edifícios de habitação correntes. O valor dos ganhos internos de calor que se determinou

para o modelo de estudo analisado neste trabalho é de 259.36 W, e foi introduzido no

EnergyPlus como sendo proveniente do uso de luzes eléctricas, que ocorre durante todo o

período de simulação sem interrupções. Foi então necessário criar um schedule com o valor 1

em todas as horas do período de simulação para fazer com que o valor de 259.36 W esteja

sempre a ser contabilizado durante a análise.

6.2.7 – Air Flow

Neste campo é definida uma taxa de infiltração de ar no modelo a simular para que

possam ser contabilizadas as trocas de calor que ocorrem através do processo de renovação

do ar interior.

Como explicado no capítulo anterior, o valor que se determinou para a taxa de

infiltração de ar no modelo de estudo foi de 0.0413 m3/s. Tal como aconteceu para os ganhos

internos de calor, também para a infiltração foi necessário criar um schedule com o valor 1 em

todas as horas do período de simulação. Assim, a infiltração de ar irá ocorrer de forma

constante durante o período de simulação.

47

6.2.8 – Node-Branch Management

No âmbito deste trabalho as simulações irão ocorrer em regime controlado (ver ponto

6.2.11). Para tal, é necessário definir um equipamento fictício que procede ao

aquecimento/arrefecimento do ar interior do modelo de estudo. Assim, neste campo define-se

uma lista de nós que será necessária à definição deste equipamento, tal como indicado no

manual do EnergyPlus [12].

6.2.9 – Zone Equipment

Nesta secção é necessário efectuar a definição do mecanismo que irá proceder à

injecção de ar para controlar a temperatura do ar interior do modelo de estudo a simular, ou

seja, este mecanismo representa o equipamento fictício referido no ponto anterior. O

EnergyPlus possibilita a utilização de vários mecanismos, tendo sido adoptada para a

realização deste trabalho a ferramenta Purchased Air (ver ponto seguinte).

6.2.10 – Zone Forced Air Units

Neste ponto procede-se à caracterização do equipamento fictício (ou mecanismo

Purchased Air) responsável pelo aquecimento/arrefecimento do ar interior do modelo de

estudo.

É necessário estabelecer a temperatura e o grau de humidade do ar que é injectado no

modelo para aquecer ou arrefecer o ar interior. Para além destes valores, é também necessário

indicar a origem deste ar, ou seja, se provém do exterior ou se é utilizado o próprio ar interior.

6.2.11 – Zone Controls and Thermostats

Para que a simulação ocorra em regime controlado, é necessário definir os termóstatos

que irão controlar a temperatura interior do modelo a simular. Este processo é conseguido

através da definição de setpoints, ou seja, é necessário indicar ao programa uma temperatura

interior a partir da qual o modelo de estudo passará a consumir energia para climatização.

Neste trabalho foram definidos dois setpoints. Nas simulações efectuadas para a

estação de aquecimento, o modelo de estudo passa a consumir energia para aquecimento

sempre que a temperatura interior atinge 20 oC, não deixando esta temperatura ser inferior a

este valor. Para a estação de arrefecimento, a energia é consumida pelo modelo de estudo

para arrefecer o ar interior sempre que a temperatura interior ultrapassa o limite de 25 oC.

Para definir estes setpoints no EnergyPlus é necessário indicar dois schedules neste

campo de entrada. Para a estação de aquecimento é necessário criar um schedule com o valor

20, enquanto que o schedule para as análises efectuadas durante a estação de arrefecimento

tem o valor de 25 ao longo de todas as horas do período de simulação. É ainda necessário

48

indicar um schedule que faça com que a simulação se dê em regime controlado durante todo o

período de simulação.

6.2.12 – Report

O programa EnergyPlus possibilita retirar uma quantidade bastante vasta de variáveis

como resultado de uma simulação. A lista com todas as variáveis de saída do EnergyPlus pode

ser consultada em [12]. O campo Report serve então para solicitar as variáveis que se

pretendem obter com a simulação.

No âmbito deste trabalho foram solicitadas as seguintes variáveis: outdoor dry bulb

temperature, mean air temperature, purchased air heating rate e purchased air total cooling

rate. A variável outdoor dry bulb temperature e a variável mean air temperature representam a

temperatura exterior e a temperatura interior, respectivamente. As variáveis purchased air

heating rate e purchased air total cooling rate são as variáveis de saída com maior importância

para a obtenção dos resultados propostos neste trabalho, e representam, respectivamente, as

necessidades energéticas de aquecimento, para manter a temperatura interior do modelo de

estudo superior a 20 oC, e arrefecimento, para manter a temperatura interior do modelo de

estudo inferior a 25 oC. Todas as variáveis foram solicitadas em intervalos de uma hora.

Os valores das variáveis seleccionadas para este trabalho foram exportados para uma

folha de cálculo do Microsoft Excel. Após serem alvo de tratamento, estes valores tiveram

como resultado final os gráficos apresentados ao longo do próximo capítulo.

6.3 – WINDOW5

O WINDOW5 [15] é um programa computacional desenvolvido não só para os

fabricantes de janelas, mas também para engenheiros, arquitectos e todos os interessados,

permitindo determinar as propriedades térmicas e ópticas solares de uma grande variedade de

janelas. Assim, com este programa é possível achar os parâmetros relacionados com as trocas

de calor apresentados ao longo do Capítulo 2, nomeadamente o coeficiente de transmissão

térmica, o factor solar e a transmitância visível, tanto para a janela completa, como apenas

para o sistema de vidros.

Este programa apresenta uma interface gráfica simples, como é possível comprovar

nas Figuras III e IV do ANEXO III, sendo constituído essencialmente por sete bibliotecas:

Window Library, Glass Library, Gas Library, Glazing System Library, Environmental Conditions

Library, Frame Library, Divider Library. Cada uma destas bibliotecas apresenta uma lista

exaustiva dos elementos que lhes estão associados, sendo possível numa vista detalhada

verificar as propriedades energéticas de cada elemento. Por exemplo, na biblioteca dos gases,

encontra-se uma lista com os diferentes gases utilizados correntemente em janelas, como o ar,

o árgon ou o crípton. Seleccionando um destes gases, é possível visualizar, numa vista

detalhada, características como a condutividade ou a viscosidade, que são necessárias para

49

no final calcular o valor de U, g e τv para toda a janela. Na biblioteca das janelas faz-se a

modelação da janela a partir dos vários elementos constituintes das restantes bibliotecas, como

se verá mais adiante neste ponto deste capítulo.

Com o WINDOW5, é possível exportar as janelas nele desenvolvidas para programas

de simulação dinâmica do comportamento térmico de edifícios. Assim, este programa permitiu,

de forma simples, a criação das diferentes janelas analisadas ao longo deste trabalho e

posterior exportação para o EnergyPlus.

Em seguida são apresentadas as diferentes bibliotecas que constituem o WINDOW5 e

a forma como foi possível criar as janelas apresentadas no ANEXO II ao nível de cada uma

delas.

6.3.1 – Glass Library

A biblioteca de vidros é uma das mais importantes bibliotecas do WINDOW5 para a

criação das janelas. É composta por mais de 2800 tipos de vidros, desde vidros normais, com

controlo solar, com películas de baixa emissividade, e com as mais variadas espessuras,

sendo actualizada regularmente pelos fabricantes deste tipo de material. Numa vista detalhada

de um tipo de vidro, é possível visualizar os valores dos parâmetros essenciais para o cálculo

das propriedades térmicas e ópticas solares de um sistema de vidros: espessura,

transmitâncias solar e visível, reflectâncias solar e visível, transmitância de grande

comprimento de onda, emissividade e condutividade.

6.3.2 – Gas Library

A biblioteca de gases do WINDOW5 foi criada pela equipa que desenvolveu este

programa. É constituída por vários gases, os mais utilizados em sistemas de vidros com vários

panos, e estão divididos em dois grupos: puros ou em mistura. O grupo dos gases puros

engloba o ar, o árgon, o crípton e o xénon. No outro grupo são feitas misturas dos gases puros

em diferentes percentagens, como por exemplo, 10% de ar com 90% de árgon. Para cada gás

ou mistura são apresentados, numa vista detalhada, parâmetros, tais como, a condutividade, a

viscosidade, o calor específico e a densidade.

6.3.3 – Glazing System Library

A biblioteca dos sistemas de vidros é criada pelo utilizador do programa, conjugando

em diferentes camadas os vidros e os gases disponíveis na Glass Library e na Gas Library,

respectivamente. Depois de se criar um sistema de vidros é possível dar ordem ao programa

para calcular os valores de U, gv e τv para o sistema de vidros.

No âmbito deste trabalho, foram aqui criados vários sistemas de vidros, de entre os

quais se destacam o vidro duplo transparente, o vidro duplo com película de baixa

50

emissividade, alguns vidros duplos com controlo solar e o vidro triplo transparente. A lista

exaustiva com todos os sistemas de vidros criados para a realização das análises propostas no

capítulo anterior é apresentada no Quadro I do ANEXO II.

6.3.4 – Frame Library

Na biblioteca dos materiais de caixilharia são apresentados os valores para o

coeficiente de transmissão térmica dos seguintes materiais: alumínio com e sem corte térmico,

madeira e PVC. Estes valores vêm definidos por defeito, contudo é possível alterá-los. É

também possível criar um novo material de caixilharia se for conhecido o valor do coeficiente

de transmissão térmica e a absortância deste novo material. A largura do caixilho é definida

pelo utilizador, a qual, no âmbito deste trabalho, foi estabelecida em 65 mm.

6.3.5 – Divider Library

Esta biblioteca não foi utilizada ao longo deste trabalho, pois nunca foram analisadas

janelas com quadrícula. Contudo, esta é idêntica à Frame Library, desde os materiais

disponíveis até à forma de criação de um novo material. Salienta-se apenas a diferença de a

quadrícula poder dividir o sistema de vidros ou estar suspensa no interior do sistema.

6.3.6 – Environmental Conditions Library

Para o programa determinar os valores do coeficiente de transmissão térmica, do factor

solar e da transmitância visível, para o sistema de vidros ou para toda a janela, é necessário

definir as condições ambientais para as quais se irá processar o cálculo.

Nesta biblioteca existem algumas condições ambientais já definidas, contudo é sempre

possível definir outras quaisquer. No âmbito deste trabalho, utilizou-se as condições ambientais

definidas pelo Comité Européen de Normalisation (CEN) que já se encontravam presentes

nesta biblioteca. Estas condições estipulam, para o cálculo do valor de U, 20 oC e 0 oC para a

temperatura interior e exterior, respectivamente, e para o cálculo do valor de g, 25 oC, 30 oC e

500 W/m2 para a temperatura interior, temperatura exterior e intensidade da radiação solar

directa, respectivamente. As condições estipuladas para determinar o valor do coeficiente de

transmissão térmica referem-se a condições de Inverno, enquanto que as condições para

determinar o valor do factor solar são referentes a condições de Verão.

6.3.7 – Window Library

Esta biblioteca é constituída pelas janelas criadas com o WINDOW5. Aqui conjugam-se

os materiais que constituem uma janela e que fazem parte integrante das restantes bibliotecas,

nomeadamente, o sistema de vidros e o material de caixilharia. Também aqui, atribuem-se as

51

dimensões da janela e o tipo de janela que se pretende, ou seja, uma janela sem batente ou

com batente vertical ou horizontal, entre outros tipos. Depois de se calcular os valores do

coeficiente de transmissão térmica, do factor solar e da transmitância visível para toda a janela,

esta é guardada na biblioteca para posterior consulta.

No âmbito deste trabalho foi criada uma biblioteca com todas as janelas analisadas ao

longo do próximo capítulo e que se apresentam no Quadro I do ANEXO II.

O WINDOW5 possibilita também a criação de um ficheiro de dados com as

características das janelas necessárias ao EnergyPlus. Este ficheiro pode ser lido pelo

programa EnergyPlus, já não sendo necessário, ao nível deste, definir as janelas do modelo de

estudo que se pretende analisar, o que permite uma poupança de tempo significativa. No

ANEXO III é apresentado um exemplo do conteúdo deste ficheiro para uma das janelas criadas

neste trabalho. É importante salientar que a informação fornecida ao programa EnergyPlus por

este ficheiro é feita em separado para cada uma das partes que constituem a janela. O facto de

haver dois sistemas de vidros nos dados do ficheiro deve-se às janelas analisadas serem

constituídas por um batente vertical que divide o sistema de vidros em duas partes iguais.

52

53

Capítulo 7

Avaliação dos critérios para projecto de vãos envidraçados


A análise realizada ao longo deste capítulo tem por objectivo avaliar a aplicação dos

critérios apresentados no Capítulo 4 no consumo energético de edifícios habitacionais,

ajudando o projectista a adoptar melhores soluções no que diz respeito aos vãos envidraçados.

Assim, começa-se por analisar os critérios que apresentam maior impacte nas

necessidades de energia útil para aquecimento e arrefecimento, terminando com os critérios

menos significativos.

O capítulo encontra-se dividido em três subcapítulos. No primeiro e segundo

subcapítulos são avaliados os diferentes critérios nas estações de aquecimento e

arrefecimento, respectivamente. Por fim, apresenta-se, no último subcapítulo, a conjugação

dos resultados obtidos anteriormente para o Inverno e para o Verão, de forma a obter-se uma

melhor percepção do comportamento de uma solução ao longo de um ano inteiro.

7.2 – Necessidades de energia para aquecimento

Nesta secção são apresentados os resultados dos estudos dos factores referidos no

Capítulo 4 ao longo da estação de aquecimento. Estes factores passam pela zona climática,

orientação, área de janela, condições de sombreamento, tipo de vidro e material de caixilharia.


Os concelhos portugueses encontram-se agrupados em três zonas climáticas de

Inverno, I1, I2 e I3. Este zonamento do país foi criado para que, em regiões com climas não

muito diferentes, fossem adoptadas soluções construtivas e instalações de aquecimento

adequadas, proporcionando condições de conforto térmico no interior das edificações e

limitando o seu consumo energético.

Foram assim analisadas cinco janelas, A, B, C, D e E, em três concelhos diferentes,

nomeadamente Lisboa, Porto e Bragança, representativos das zonas climáticas I1, I2 e !3,

respectivamente. As simulações foram realizadas com uma área de janela de 30% da área

54

total da fachada em contacto com o exterior, estando esta orientada a Sul. Neste estudo não foi

utilizado qualquer tipo de sombreamento, maximizando assim os ganhos solares.

Figura 7.1 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da zona climática de Inverno.

Todos os casos têm a parede em contacto com o ambiente exterior orientada a Sul e uma área de 30% de janela. Em

nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo de sombreamento. As simulações foram realizadas no programa

computacional EnergyPlus.

55

Como mostra a Figura 7.1, verifica-se o incremento nas necessidades nominais de

energia útil para aquecimento conforme se desloca da zona climática I1 para a zona climática

I3, independentemente da janela utilizada. Este facto seria desde logo expectável, visto o clima

em Bragança durante o Inverno ser bastante mais severo do que o clima de Lisboa ou Porto,

com temperaturas muito mais baixas e o Sol encoberto durante períodos mais longos.

Antevendo desde já o que será estudado mais à frente neste capítulo, no ponto

referente à influência do sistema de vidros no desempenho térmico de edifícios, a Figura 7.1

evidencia, ainda, que a utilização de vidros coloridos é de todo prejudicial na estação de

aquecimento. Verifica-se que no caso de um clima mais severo, como é o caso do clima de

Bragança, uma má opção do projectista no que diz respeito ao tipo de envidraçado, pode fazer

aumentar em até 8 kWh/m2.ano o consumo energético do modelo utilizado neste estudo.

Chama-se também a atenção para o facto de o vidro simples apresentar um melhor

desempenho térmico do que o vidro com controlo solar. Apesar da janela A apresentar um

coeficiente de transmissão térmica mais elevado, o que conduz a maiores perdas de calor, os

ganhos solares através desta janela são superiores, fazendo com que o balanço seja mais

favorável do que no caso da janela D.


A orientação dos vãos envidraçados é um importante factor que deve ser tido em conta

durante o projecto de qualquer edifício de habitação. Sendo as trocas de calor por efeito da

diferença de temperaturas entre o exterior e o interior independentes da orientação, esta terá

apenas influência nas trocas de calor ocorridas por radiação, designadamente ao nível dos

ganhos provenientes da radiação solar através dos envidraçados.

No Inverno é necessário maximizar os ganhos solares de forma a reduzir as

necessidades nominais de energia útil para aquecimento. Como é possível visualizar na Figura

7.2, as necessidades nominais de energia útil para aquecimento são mais baixas quando a

fachada em contacto com o exterior, do modelo utilizado nas simulações, se encontra orientada

a Sul. Para esta orientação, numa região com um clima como é o da região de Lisboa e para

uma área de janela de 30%, a energia que é necessário fornecer ao modelo utilizado para

manter a temperatura interior superior a 20 oC ao longo da estação de aquecimento é

praticamente nula. Como explicado no Capítulo 2, isto acontece devido ao percurso tomado

pelo Sol ao longo do dia durante a estação de aquecimento, onde para uma fachada orientada

a Sul, a radiação solar incide directamente segundo uma direcção quase perpendicular aos

vãos envidraçados durante grande parte da manhã e início da tarde.

Em oposição, orientar a Norte uma fachada envidraçada durante o Inverno, poucas

vantagens traz, pois a radiação solar que irá incidir directamente nos vãos envidraçados será

praticamente nula.

56

Figura 7.2 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da orientação. Todos os casos

têm uma área de 30% de janela e foram modelados para o clima da região de Lisboa. Em nenhum dos casos foi

utilizado qualquer dispositivo de sombreamento. As simulações foram realizadas no programa computacional

EnergyPlus.

57

Como se verifica também na Figura 7.2, as orientações Este e Oeste são piores do que

a orientação a Sul, mas melhores do que a orientação a Norte, e bastante semelhantes entre

si.

Em relação às cinco janelas utilizadas neste estudo, a que apresenta um melhor

desempenho térmico independentemente da orientação é a janela C, que possui uma película

de baixa emissividade, aproveitando ao máximo a quantidade de radiação solar quer directa

quer difusa que incide sobre esta. A janela D, que possui um vidro colorido, tem o pior

desempenho térmico para as orientações Sul, Este e Oeste, sendo ultrapassada na orientação

Norte pela janela A. Para a orientação Norte, o controlo solar da janela D não é suficiente para

tornar esta janela a pior solução, pois a quantidade de radiação solar, que para esta orientação

é apenas constituída por radiação difusa, é bastante menor, levando a que as perdas ocorridas

na janela A devido ao seu elevado coeficiente de transmissão térmica façam com que esta

janela seja pior do que a janela D.


Para analisar o impacte da área dos vãos envidraçados nas necessidades nominais de

energia útil para aquecimento, foram realizadas simulações fazendo variar a área das janelas

do modelo de estudo. As percentagens utilizadas de área de janela em relação à área total da

fachada em contacto com o exterior foram as seguintes: 0%, 15%, 30%, 45% e 60%,

interpolando-se linearmente os valores obtidos entre cada uma destas percentagens. De forma

a tornar este estudo mais abrangente, as simulações foram realizadas para cada uma das

diferentes orientações.

Os resultados obtidos estão expostos na Figura 7.3. Esta figura é composta por quatro

gráficos, um para cada orientação. De uma forma geral, pode-se dizer que o valor das

necessidades nominais de energia útil para aquecimento diminui à medida que se aumenta a

área de envidraçado. Apesar de, ao aumentar a área de envidraçado se esteja também a

aumentar as perdas de calor, pois o coeficiente de transmissão térmica da janela é superior ao

da parede, os ganhos de calor devidos à radiação solar compensam as perdas e reduzem, em

grande parte, as necessidades de energia para aquecimento. Contudo, se se observar com

atenção os valores apresentados na Figura 7.3, verifica-se que este pressuposto nem sempre

acontece. Analisa-se agora, em maior detalhe, os dados obtidos para cada orientação.

Verifica-se que, quando se orienta a fachada exterior a Norte, para a janela A, as

necessidades nominais de energia útil para aquecimento aumentam quando se aumenta a área

de envidraçado. Isto acontece devido aos seguintes factos: o coeficiente de transmissão

térmica desta janela é bastante superior ao da parede onde esta se insere e a quantidade de

radiação solar que incide de forma directa numa fachada orientada a Norte é bastante

reduzida. Assim, os ganhos solares através dos envidraçados não conseguem compensar as

perdas de calor por condução que ocorrem ao nível destes. Para a janela D, verifica-se

também um aumento da energia que é necessário fornecer à zona de estudo para mantê-la a

58

uma temperatura superior a 20 oC quando se aumenta a área de janela, embora de uma forma

menos acentuada. Neste caso, o controlo solar proporcionado pelo vidro verde que compõe

esta janela, reduz ainda mais a já pouca radiação solar que é aproveitada pelos envidraçados

numa fachada orientada a Norte, levando assim, a que as perdas de calor pelas janelas sejam

superiores aos ganhos. Para esta orientação, visualiza-se ainda na Figura 7.3 que para a

janela B, composta por um vidro duplo transparente, a linha que representa as necessidades

nominais de energia útil para aquecimento se mantém praticamente constante, mostrando um

aumento dos ganhos solares e das perdas de calor pelos envidraçados na mesma proporção.

Para as janelas C e E, que possuem uma película de baixa emissividade e um vidro triplo,

respectivamente, as necessidades nominais de energia útil para aquecimento tendem a

diminuir com o aumento da área de janela. A janela C, devido ao efeito da película de baixa

emissividade, aproveita de uma melhor forma os ganhos solares pelos envidraçados, enquanto

que no caso da janela E, o reduzido coeficiente U desta janela leva a que as perdas de calor

não sejam tão elevadas como no caso das janelas anteriormente analisadas.

Para uma fachada orientada a Sul, como se constatou no ponto anterior deste

subcapítulo, a quantidade de radiação solar que incide nesta é bastante elevada. Assim,

analisando a Figura 7.3, verifica-se uma queda bastante abrupta nas necessidades nominais

de energia útil para aquecimento à medida que se aumenta a área de janela. Constata-se

inclusivamente, que a partir dos 30% de área de envidraçado, as necessidades de energia para

aquecimento tornam-se praticamente nulas. Para esta orientação, observa-se ainda a

sobreposição dos valores das necessidades nominais de energia útil para aquecimento

relativos às janelas A, B, C e E, evidenciando que o impacte provocado pelas diferenças nos

valores do coeficiente de transmissão térmica e factor solar é pouco significativo, devido à

elevada quantidade de radiação solar aproveitada pelos envidraçados. No caso da janela D, o

reduzido factor solar que esta solução apresenta, coloca as necessidades nominais de energia

útil para aquecimento num patamar mais elevado, tornando-se próximas do valor nulo apenas

para áreas de envidraçado de cerca de 45%.

O andamento das necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função

da área de envidraçado ocorre de uma forma bastante semelhante para as orientações Este e

Oeste, seguindo a tendência geral: as necessidades nominais de energia útil para aquecimento

diminuem com o aumento da área de janela. Na Figura 7.3 é possível visualizar que, para

estas orientações, o desempenho das janelas A e D são semelhantes. O desempenho destas

duas janelas é pior em relação às restantes três, pois enquanto que para o caso da janela A, o

elevado coeficiente de transmissão térmica por esta apresentado leva a que as perdas de calor

por condução sejam maiores, no caso da janela D, o seu reduzido factor solar faz com que os

ganhos solares pelos vãos envidraçados sejam inferiores.

59

Figura 7.3 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da área do vão envidraçado.

Resultados obtidos para diferentes orientações. Em nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo de

sombreamento. Os valores indicados para as diferentes janelas de U, g e τv, dizem respeito a vãos com dimensão

correspondente a Aj = 30%. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

60


Para estudar o efeito da presença de meios de sombreamento aplicados aos vãos

envidraçados, optou-se por fazê-lo para cada orientação. Tomou-se esta opção visto este

critério estar bastante relacionado com o ângulo de incidência com que os raios solares

atingem as janelas dos edifícios.

Assim, para cada orientação, apresenta-se sempre numa imagem inicial as

necessidades nominais de energia útil para aquecimento sem a utilização de qualquer

dispositivo de sombreamento, para que se possa comparar de uma forma fácil o efeito da

introdução de meios de sombreamento.

As janelas utilizadas para o estudo deste critério são as já utilizadas nos estudos

apresentados anteriormente, cuja respectiva legenda indica-se na imagem inicial de cada

orientação.

No Inverno a presença de meios de sombreamento é de todo prejudicial, pois estes

irão reduzir os ganhos solares, fazendo aumentar o consumo de energia com aquecimento.

Contudo, existem meios de sombreamento que usualmente são fixos ao edifício, como é o

caso de palas criadas para o efeito ou que simplesmente resultam da geometria do edifício.

Neste caso, é necessário contabilizar o resultado negativo ao longo da estação de

aquecimento. No que diz respeito a dispositivos de sombreamento amovíveis, considera-se

que estes se encontram inactivos durante o Inverno.

Norte

Para a orientação Norte, como já visto anteriormente, a quantidade de radiação solar

que incide de forma directa nos vãos envidraçados durante a estação de aquecimento é

diminuta, sendo praticamente nula. Assim, o efeito da presença quer de palas horizontais quer

da junção das palas horizontais com palas verticais é bastante reduzido, impedindo apenas a

entrada no edifício de algum ganho solar proveniente da radiação difusa.

Comparando os resultados apresentados nas Figuras 7.4 e 7.5, verifica-se que o

incremento nas necessidades nominais de energia útil para aquecimento é pouco significativo,

mesmo quando se introduz, para além de palas horizontais sobre as janelas, palas verticais em

torno destas. Para o caso da janela B, janela que possui um vidro duplo transparente e um

caixilho em alumínio com corte térmico, este incremento é de cerca de 0.1 kWh/m2.ano quando

se introduz palas horizontais, e de cerca de 0.5 kWh/m2.ano quando se junta palas verticais

como meios de sombreamento.

61

Figura 7.4 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento sem a utilização de qualquer tipo de

sombreamento para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da

região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

Figura 7.5 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento com a utilização de meios de

sombreamento fixos para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o

clima da região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

62

Sul

Também para orientação Sul, a colocação de palas horizontais prejudica de forma

bastante reduzida o consumo energético do modelo de estudo durante a estação de

aquecimento. Neste caso, o percurso diário do Sol, que durante o Inverno é mais baixo, faz

com que o sombreamento causado pela pala sobre a janela seja diminuto.

Quanto à utilização conjunta de palas horizontais e palas verticais, é possível observar

por comparação das Figuras 7.6 e 7.7, que esta incrementa o valor das necessidades nominais

de energia útil para aquecimento em cerca de 1.4 kWh/m2.ano no caso da janela com vidro

duplo e caixilho em alumínio com corte térmico (janela B). As palas verticais criam

sombreamento sobre as janelas durante grande parte do dia, nomeadamente durante o início

do dia, quando o Sol se encontra a Este e no final do dia, quando o Sol se encontra do lado

Oeste.

Este

Através duma análise atenta das Figuras 7.8 e 7.9, verifica-se que a orientação Este é

a que apresenta um maior prejuízo (a par da orientação Oeste como se verá mais à frente) no

consumo energético do modelo de estudo aquando da introdução dos meios de sombreamento

fixos. Quando se coloca apenas uma pala horizontal sobre as janelas, o incremento no valor

das necessidades nominais de energia útil para aquecimento ronda os 0.5 kWh/m2 por ano,

enquanto a colocação conjunta da pala horizontal e das palas verticais faz aumentar o valor de

Nic em cerca de 2.0 kWh/m2 por ano.

Tomando em conta estes resultados, é possível aferir que a utilização destas palas em

vãos orientados a Este, os coloca à sombra durante uma maior parte do dia, reduzindo assim

os ganhos solares, que como já referido várias vezes, é prejudicial ao longo do Inverno.

Oeste

Como foi possível verificar, quer no estudo da orientação quer no estudo da área de

janela, o modelo em causa apresentou um comportamento semelhante quando os vãos

envidraçados foram orientados a Este e a Oeste. Também neste estudo, verifica-se uma

semelhança no incremento dos valores de Nic aquando da introdução dos meios de

sombreamento fixos.

Analisando as Figuras 7.10 e 7.11, verifica-se que, tal como acontece para a orientação

Este, o incremento nas necessidades nominais de energia útil para aquecimento utilizando uma

pala horizontal sobre as janelas é de cerca de 0.5 kWh/m2.ano, enquanto que, quando se

acrescentam as palas verticais, o aumento no valor de Nic ronda 2.0 kWh/m2.ano.

63


sombreamento para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da



sombreamento fixos para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o


64


sombreamento para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da



sombreamento fixos para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o


65


sombreamento para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima

da região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.


sombreamento fixos para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o


66


Ao longo da estação de aquecimento, o tipo de vidro que se destaca pelo bom

desempenho térmico é o vidro duplo com película de baixa emissividade. Para além deste, o

vidro duplo normal e o vidro triplo também se mostram bastante razoáveis em comparação com

os restantes. Como é possível visualizar na Figura 7.12, a janela C´ faz com que o modelo de

estudo apresente o menor valor para Nic. Comparando esta janela com a janela E´, pelo valor

do coeficiente de transmissão térmica, que é mais baixo no caso da janela E´, seria de esperar

que a janela C´ fosse pior. Todavia, o facto de a janela C´ apresentar um factor solar mais

elevado, faz com que no caso desta janela os ganhos solares sejam superiores.

As janelas que apresentam um pior desempenho térmico são, para além da janela com

vidro simples (janela A´), as janelas com controlo solar (janelas D´, F e G). No caso da janela

A´, o elevado coeficiente de transmissão térmica que esta janela apresenta, faz com que as

perdas de calor por condução através da janela sejam elevadas. No caso das janelas D´, F e

G, o principal problema que lhes está associado, é o controlo solar proporcionado pelos vidros

coloridos que as compõem. Os valores do factor solar destas três janelas são mais baixos,

lavando a que os ganhos solares verificados para estas três janelas sejam mais reduzidos.

Figura 7.12 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento para diferentes tipos de vidro.

Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da região de Lisboa. As simulações foram

realizadas no programa computacional EnergyPlus.

67

Como se pode visualizar na Figura 7.13, o aumento da espessura dos panos de vidro

prejudica ligeiramente o valor de Nic do modelo de estudo. Embora com o aumento da

espessura dos panos de vidro se esteja também a diminuir o coeficiente de transmissão

térmica da janela, levando a um ganho no desempenho térmico, a redução do factor solar do

vidro vem ao mesmo tempo diminuir a quantidade de ganhos solares.

Figura 7.13 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função da espessura dos panos de

vidro. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da região de Lisboa. As simulações foram


Figura 7.14 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento para diferentes tipos de gases.



68

Analisando atentamente a Figura 7.14, verifica-se que o afastamento dos panos de

vidro vem melhorar o desempenho térmico do modelo de estudo ao longo da estação de

aquecimento. A janela K, que possui um espaçamento de ar de 14 mm, apresenta um melhor

desempenho térmico do que as janelas B ou J, que possuem espaçamentos inferiores. O

coeficiente de transmissão térmica da janela K é também inferior, explicando assim o melhor

desempenho.

No que diz respeito aos gases analisados, a introdução de árgon ou crípton no sistema

de vidros vem melhorar o desempenho térmico do modelo de estudo. No caso do crípton, o

coeficiente de transmissão térmica da janela M é inferior ao das restantes janelas, fazendo com

que este gás seja preferível ao árgon.

Visto não haver praticamente diferença entre o factor solar das janelas apresentadas

na Figura 7.14, as perdas de calor por condução através dos envidraçados ditam as melhores

e piores soluções, sendo estas, no caso da janela M, mais reduzidas, o que melhora o

desempenho térmico ao longo da estação de aquecimento.


Para avaliar o impacte do material dos caixilhos no desempenho térmico do modelo de

estudo, foram simuladas nas mesmas condições quatro janelas (B, N, O e P) que possuem o

mesmo sistema de vidros, mas caixilhos de materiais diferentes.

Os resultados são apresentados na Figura 7.15. Como se pode ver nesta figura,

existem diferenças mínimas entre os valores de Nic para as janelas analisadas.

O material de caixilhos PVC é o que apresenta um melhor desempenho, pois a janela

que o detém (janela P) embora apresente um factor solar mais baixo, levando a que os ganhos

solares sejam inferiores, também apresenta o coeficiente de transmissão térmica mais

reduzido, o que faz com que as perdas de calor por condução através do vão envidraçado

sejam inferiores.

A madeira apresenta um desempenho bastante idêntico ao PVC. Embora a janela O

tenha um valor de U superior, o que prejudica o seu desempenho em relação à janela P, o

valor de g também superior faz com que os ganhos solares nesta janela sejam igualmente

superiores.

As janelas B e N, que possuem caixilhos em alumínio com e sem corte térmico,

respectivamente, são as que fazem com que o modelo de estudo apresente o pior

desempenho térmico ao longo da estação de aquecimento. A janela N (sem corte térmico)

apresenta os valores mais elevados de U e g, contudo os maiores ganhos solares nesta janela

não são suficientes para a tornar melhor do que a janela B (com corte térmico).

69

Figura 7.15 – Necessidades nominais de energia útil para aquecimento em função do material dos caixilhos.



7.3 – Necessidades de energia para arrefecimento

Ao longo deste subcapítulo mostram-se os resultados obtidos para a avaliação dos

factores apresentados no Capítulo 4, os mesmos já analisados no subcapítulo anterior, mas

agora para o período de arrefecimento.


Tal como acontece para o Inverno, Portugal está também dividido para a estação de

arrefecimento (Verão) em três zonas climáticas, V1, V2 e V3, com climas distintos. Para cada

uma destas zonas climáticas, os edifícios terão de ter soluções construtivas a nível da

envolvente e sistemas de condicionamento de ar adequados, por forma a serem mantidos os

padrões de qualidade para o conforto térmico.

Em comparação com o que foi já realizado para a estação de aquecimento, simulou-se

o modelo em estudo em três concelhos situados nas zonas climáticas de Verão. Os resultados

obtidos encontram-se expostos na Figura 7.16.

Utilizou-se para tal os municípios do Porto, Lisboa e Évora representando as zonas

climáticas de Verão V1, V2 e V3, respectivamente. Para que melhor se possa efectuar uma

comparação das três zonas climáticas, foram utilizadas cinco janelas diferentes, A, B, C, D e E,

as mesmas já utilizadas no estudo do zonamento climático de Inverno, cuja lista exaustiva com

as suas características pode ser encontrada na tabela disposta em anexo. Todas as

simulações foram realizadas com uma área de envidraçado de 30% e a parede exposta ao

70

ambiente exterior orientada a Sul. Não foram utilizados quaisquer meios de sombreamento nos

vãos envidraçados.

Figura 7.16 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da zona climática de Verão.

Todos os casos têm a parede em contacto com o ambiente exterior orientada a Sul e uma área de 30% de janela. Em

nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo de sombreamento. As simulações foram realizadas no programa

computacional EnergyPlus.

71

De uma análise atenta da Figura 7.16 é possível visualizar um aumento bastante

significativo nas necessidades nominais de energia útil para arrefecimento ao passar-se do

Porto para Lisboa e uma diferença menos acentuada entre o clima de Lisboa e Évora. Isto

seria de esperar, visto Lisboa e Évora serem regiões que apresentam temperaturas

veraneantes mais elevadas do que o Porto. Espera-se assim, que as escolhas elaboradas pelo

projectista no que diz respeito ao tipo de janela e dispositivo de sombreamento numa região

como Lisboa ou Évora sejam mais cuidadas, de forma a tentar minimizar ao máximo o efeito

negativo do clima de Verão destas zonas.


Durante a estação de arrefecimento é importante reduzir a quantidade de ganhos

solares através dos envidraçados. Ao analisar-se atentamente os valores das necessidades

nominais de energia útil para arrefecimento do modelo em estudo com os vãos envidraçados

orientados segundo as diferentes orientações (Norte, Sul, Este e Oeste) apresentados na

Figura 7.17, verifica-se que para esta estação, a melhor orientação é o Norte. Observando-se

ainda os valores apresentados na Figura 7.17, é possível constatar que as piores orientações

para os vãos envidraçados são Este e Oeste, sendo a orientação Sul uma solução mediana.

Estes resultados estão relacionados com o movimento do Sol ao longo do dia durante a

estação de arrefecimento. A radiação directa que incide num envidraçado orientado a Norte é

mínima, tornando esta orientação a melhor para a estação de arrefecimento. Pelo contrário, o

movimento do Sol durante esta época do ano faz com que as fachadas orientadas a Este ou

Oeste estejam expostas à radiação solar directa de uma forma quase perpendicular durante

longos períodos da manhã ou da tarde, respectivamente. Quanto a um envidraçado orientado a

Sul, embora exposto à radiação solar directa desde cerca das 10h às 14h, o ângulo de

incidência dos raios solares é maior, reduzindo assim os ganhos solares em relação às

orientações Este e Oeste.

No que diz respeito aos vãos utilizados neste estudo, o que apresenta um melhor

desempenho ao longo da estação de arrefecimento é o vão D, que apresenta um vidro com

controlo solar. Esta janela, ao apresentar um factor solar mais baixo, reduz significativamente

os ganhos solares.

72

Figura 7.17 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da orientação. Todos os

casos têm uma área de 30% de janela e foram modelados para o clima da região de Lisboa. Em nenhum dos casos foi


EnergyPlus.

73


Para analisar o impacte da área dos vãos envidraçados nas necessidades nominais de

energia útil para arrefecimento, seguiu-se o processo já adoptado para a estação de

aquecimento. As percentagens utilizadas de área de janela em relação à área total da fachada

em contacto com o exterior foram 0%, 15%, 30%, 45% e 60%, interpolando-se linearmente os

valores obtidos entre cada uma destas percentagens. De forma a tornar este estudo mais

abrangente, as simulações foram realizadas para cada uma das diferentes orientações.

Os resultados obtidos estão expostos na Figura 7.18. Tal como a Figura 7.3, esta figura

é composta por quatro gráficos, um para cada orientação. Ao observar-se a Figura 7.18,

verifica-se que as necessidades nominais de energia útil para arrefecimento aumentam à

medida que se aumenta a área de envidraçado. Embora ao aumentar a área de envidraçado se

esteja também a aumentar as perdas de calor por condução, pois o coeficiente de transmissão

térmica da janela é superior ao da parede e a temperatura exterior média diária verificada ao

longo da estação de arrefecimento é inferior a 25 oC, os ganhos de calor devidos à radiação

solar são bastante superiores, o que leva a que a energia necessária para manter a

temperatura interior inferior a 25 oC aumente de forma acentuada.

Analisando-se de forma mais cuidada os resultados obtidos para as diferentes

orientações, verifica-se que a orientação Norte apresenta os menores valores para as

necessidades nominais de energia útil para arrefecimento independentemente da área de

envidraçados. Verifica-se também, que mesmo para áreas de janela de cerca de 60%, o limite

máximo permitido pelo RCCTE para a zona climática de Verão, onde se insere a região de

Lisboa, nunca é ultrapassado. Das cinco janelas utilizadas nesta análise, destaca-se, pelo bom

desempenho, a janela D, constituída por um vidro com controlo solar, capaz de reduzir o

consumo em cerca de 5 kWh/m2.ano para uma área de 60% de envidraçados em comparação

com as restantes janelas.

Para a orientação Sul, verifica-se que as necessidades nominais de energia útil para

arrefecimento aumentam de forma mais acentuada do que para a orientação Norte. Com uma

área de envidraçado de 60%, apenas as janelas D e E, que possuem um vidro com controlo

solar e um vidro triplo, respectivamente, fazem com que o modelo de estudo cumpra o limite

máximo admissível de 32 kWh/m2.ano.

Como se viu no estudo anterior, as orientações Este e Oeste são as que apresentam

maiores valores para as necessidades nominais de energia útil para arrefecimento. Também

nesta análise, estas orientações apresentam o pior desempenho para áreas de envidraçado

mais elevadas. É possível observar na Figura 7.18 que para uma área de envidraçado de cerca

de 45%, a grande parte das janelas analisadas já não cumpre o limite máximo admissível, Nv.

74

Figura 7.18 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da área do vão envidraçado.

Resultados obtidos para diferentes orientações. Em nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo de

sombreamento. Os valores indicados para as diferentes janelas de U, g e τv, dizem respeito a vãos com dimensão


75


Tal como para a estação de aquecimento, para se estudar o efeito da presença de

meios de sombreamento aplicados aos vãos envidraçados ao longo da estação de

arrefecimento, optou-se, pela mesma razão, por fazê-lo para cada orientação.

Assim, para cada orientação, apresenta-se sempre numa imagem inicial as

necessidades nominais de energia útil para arrefecimento sem a utilização de qualquer

dispositivo de sombreamento, para que se possa comparar de uma forma fácil o efeito da

introdução de meios de sombreamento.

As janelas utilizadas para o estudo deste critério são as já utilizadas nos estudos

apresentados anteriormente, cuja respectiva legenda indica-se na imagem inicial de cada

orientação.

No Verão, a utilização de meios de sombreamento é indispensável. Os ganhos solares,

que são prejudiciais durante a estação de arrefecimento, necessitam ser controlados, de forma

a evitar um consumo de energia excessivo por parte das habitações. Assim, ao longo da

estação de arrefecimento, para além da avaliação do desempenho de meios de sombreamento

fixos, tais como palas horizontais e palas verticais, será estudado o comportamento energético

do modelo de estudo utilizando dispositivos amovíveis aplicados pelo exterior e interior, como é

o caso dos estores e portadas. Como explicado no Capítulo 5, os dispositivos de

sombreamento amovíveis são activados a 100% sempre que a temperatura exterior for

superior a 25 oC. Convém referir que uma activação a 100% reduz os níveis de iluminação

natural para valores que poderão ser inaceitáveis, pelo que, num estudo mais aprofundado,

seria necessário levar também em conta este parâmetro. Para esta estação, avaliou-se

também o desempenho energético do modelo de estudo conseguido pela conjugação de meios

de sombreamento fixos e dispositivos amovíveis aplicados pelo exterior.

Norte

Para a orientação Norte, a utilização de dispositivos de sombreamento amovíveis

apresenta um ganho na redução das necessidades nominais de energia útil para arrefecimento

bastante significativo. A colocação deste tipo de meio de sombreamento faz com que a

quantidade de ganhos solares seja diminuta aquando da sua activação. Importa referir que este

tipo de sombreamento é activado durante cerca de 4 a 5 horas diárias (entre as 13h e as 17h),

período no qual a alta capacidade reflectante e baixa capacidade de absorção dos dispositivos

utilizados nesta análise impedem a entrada de calor.

Assim, comparando os valores apresentados nas Figuras 7.19 e 7.20 e tomando como

referência a janela B (janela com vidro duplo e caixilho em alumínio com corte térmico),

verifica-se que a utilização de um dispositivo de sombreamento amovível aplicado pelo exterior

reduz o valor de Nvc em cerca de 3.6 kWh/m2 ao ano. Já quando o dispositivo é aplicado pelo

interior, esta redução fica apenas em 2.5 kWh/m2.ano.

76

Figura 7.19 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento sem a utilização de qualquer tipo de



Figura 7.20 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento com a utilização de meios de

sombreamento amovíveis para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados

para o clima da região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

77

Observa-se que a introdução de meios de sombreamento fixos no modelo de estudo

reduz de forma ligeira a quantidade de ganhos solares no interior do fogo. Comparando os

resultados apresentados nas Figuras 7.19 e 7.21, esta redução é traduzida por uma diminuição

nas necessidades nominais de energia útil para arrefecimento, sendo possível verificar que a

colocação de palas horizontais sobre as janelas reduz o valor de Nvc em cerca de 0.8

kWh/m2.ano, e a conjugação das palas horizontais com palas verticais aumenta esta redução

para cerca de 2.4 kWh/m2.ano.

É importante referir que para esta orientação a quantidade de radiação solar que incide

sobre os envidraçados é menor do que em qualquer outra orientação, pelo que o efeito deste

tipo de sombreamento também será menor.




Quando se conjuga os meios de sombreamento fixos com o dispositivo amovível

aplicado pelo exterior, consegue-se uma melhoria no desempenho energético do modelo de

estudo em relação ao caso em que apenas se aplica a protecção amovível pelo exterior.

Analisando as Figuras 7.20 e 7.22, e tomando mais uma vez a janela B como referência, o

valor de Nvc passa de 6.7 kWh/m2.ano para 6.4 e 5.5 kWh/m2.ano, quando se introduz uma pala

horizontal e se conjuga a pala horizontal com palas verticais, respectivamente.

78

Figura 7.22 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento conjugando meios de sombreamento

amovíveis e fixos para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima


Sul

No caso da orientação Sul, a utilização de dispositivos de sombreamento amovíveis


bastante significativo. A utilização deste tipo de meio de sombreamento faz com que a

quantidade de ganhos solares seja diminuta quando está activado.

Assim, comparando os valores apresentados nas Figuras 7.23 e 7.24 e tomando como

referência a janela B (janela com vidro duplo e caixilho em alumínio com corte térmico),

verifica-se que a utilização de um dispositivo de sombreamento amovível aplicado pelo exterior

reduz o valor de Nvc em cerca de 8.2 kWh/m2.ano. Já quando o dispositivo é aplicado pelo

interior, esta redução fica apenas em 5.5 kWh/m2.ano.

79





sombreamento amovíveis para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o


80

Ao contrário do que acontece para a orientação Norte, observa-se que a introdução de

meios de sombreamento fixos no modelo de estudo reduz de forma significativa as

necessidades nominais de energia útil para arrefecimento. Comparando os resultados

apresentados nas Figuras 7.23 e 7.25 e tomando como referência a janela B, esta redução é

de cerca de 6.7 kWh/m2.ano quando se introduz palas horizontais sobre as janelas e de cerca

de 8.6 kWh/m2.ano quando se conjuga a aplicação das palas horizontais com palas verticais.

É importante salientar que, para este caso, o desempenho dos meios de

sombreamento fixos é tão bom como o que resulta da aplicação de protecção solar amovível

pelo exterior.




Quando se junta os meios de sombreamento fixos com o dispositivo amovível aplicado

pelo exterior, consegue-se uma melhoria significativa no desempenho energético do modelo de

estudo em relação ao caso em que apenas se aplica a protecção amovível pelo exterior. Nesta

situação, como se pode confirmar na Figura 7.26, a melhoria nas necessidades nominais de

energia útil para arrefecimento em relação à não utilização de qualquer dispositivo de

sombreamento é superior a 10 kWh/m2 anuais.

81


amovíveis e fixos para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da


Este

Para a orientação Este, a utilização de dispositivos de sombreamento amovíveis


bastante razoável. Como se verá mais adiante, a utilização deste tipo de protecção solar para a

orientação Este não apresenta resultados tão bons como para a orientação Oeste. Isto ocorre

devido às condições de activação dos dispositivos de sombreamento amovíveis utilizadas

neste trabalho, que acontece em média das 13h às 17h, período do dia em que a incidência

directa dos raios solares numa fachada orientada a Este é diminuta.

Assim, comparando os valores apresentados nas Figuras 7.27 e 7.28 e tomando mais

uma vez como referência a janela B (janela com vidro duplo e caixilho em alumínio com corte

térmico), verifica-se que a utilização de um dispositivo de sombreamento amovível aplicado

pelo exterior reduz o valor de Nvc em cerca de 4.9 kWh/m2.ano. Já quando o dispositivo é

aplicado pelo interior, esta redução fica apenas em 3.4 kWh/m2.ano.

82





sombreamento amovíveis para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para

o clima da região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

83

Comparando os resultados apresentados nas Figuras 7.27 e 7.29 e tomando como

referência a janela B, a colocação de dispositivos de sombreamento fixos reduz em cerca de

3.9 kWh/m2.ano quando se introduz palas horizontais sobre as janelas e em cerca de 5.1

kWh/m2.ano quando se conjuga a aplicação das palas horizontais com palas verticais.

Verifica-se que para a orientação Este, os dispositivos de sombreamento fixos

apresentam um desempenho semelhante aos das protecções solares amovíveis.





pelo exterior, consegue-se uma melhoria significativa no desempenho energético do modelo de

estudo em relação ao caso em que apenas se aplica a protecção amovível pelo exterior. Esta

melhoria no valor de Nvc é de cerca de 2.8 kWh/m2.ano quando se junta ao dispositivo amovível

aplicado pelo exterior uma pala horizontal, e de cerca de 3.4 kWh/m2.ano quando se

acrescentam palas verticais. Estes valores resultam da análise dos dados apresentados nas

Figuras 7.28 e 7.30 e têm como referência a janela B.

84


amovíveis e fixos para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima


Oeste

No caso da orientação Oeste, a utilização de dispositivos de sombreamento amovíveis

apresenta uma redução das necessidades nominais de energia útil para arrefecimento bastante

elevada, diminuindo o valor de Nvc em mais de metade. A activação deste tipo de protecção

solar, como explicado no Capítulo 5, é efectuada quando a temperatura exterior é superior a 25 oC, o que ocorre em média das 13h às 17h, altura do dia em que a incidência directa dos raios

solares num vão envidraçado orientado a Oeste é bastante prejudicial. Assim, ao activar-se a

protecção solar durante este período do dia, consegue-se reduzir de uma forma bastante

significativa o consumo energético para arrefecimento de uma fracção autónoma.

Comparando os valores apresentados nas Figuras 7.31 e 7.32 e tomando como

referência a janela B, verifica-se que a utilização de um dispositivo de sombreamento amovível

aplicado pelo exterior reduz as necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em

cerca de 12.7 kWh/m2.ano. Quando o dispositivo é aplicado pelo interior, esta redução é um

pouco menor, cerca de 8.5 kWh/m2.ano.

85





sombreamento amovíveis para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados


86

Para esta orientação, observa-se que a introdução de meios de sombreamento fixos no

modelo de estudo reduz, de forma semelhante ao que acontece para a orientação Este, as

necessidades nominais de energia útil para arrefecimento.

Comparando os resultados apresentados nas Figuras 7.31 e 7.33 e tomando como

referência a janela B, esta redução é de cerca de 3.7 kWh/m2.ano quando se introduz palas

horizontais sobre as janelas e de cerca de 4.9 kWh/m2.ano quando se conjuga a aplicação das

palas horizontais com palas verticais. Como se pode ver, estes valores são bastante próximos

dos verificados para a orientação Este.





pelo exterior, consegue-se uma ligeira melhoria no desempenho energético do modelo de

estudo em relação ao caso em que apenas se aplica a protecção amovível pelo exterior. Esta

melhoria no valor de Nvc é de cerca de 1.1 kWh/m2.ano quando se junta ao dispositivo amovível

aplicado pelo exterior uma pala horizontal, e de cerca de 1.6 kWh/m2.ano quando se

acrescentam palas verticais. Estes valores resultam da análise dos dados apresentados nas

Figuras 7.32 e 7.34 e têm como referência a janela B. Neste caso, a melhoria não é tão

significativa como para o caso da orientação Este, pois a simples utilização da protecção solar

aplicada pelo exterior já reduz a maior parte da radiação solar que incide directamente num vão

envidraçado orientado a Oeste.

87


amovíveis e fixos para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima



Ao longo da estação de arrefecimento, os tipos de vidro que se destacam pelo bom

desempenho térmico são os vidros com controlo solar, ou seja, os vidros coloridos. Como é

possível visualizar na Figura 7.35, das janelas com controlo solar analisadas, a que conduz ao

melhor desempenho térmico do modelo de estudo é a janela D´. Esta janela possui, na sua

constituição, o pano exterior em vidro verde, fazendo com que o factor solar seja o mais baixo

de todos. Para além disso, das janelas com controlo solar, é a que providencia uma maior

quantidade de luz natural no interior do modelo de estudo, pois é a que tem o maior valor de

transmitância visível.

As janelas A´ e E´, que são constituídas por um vidro simples e por um vidro triplo

respectivamente, apresentam um desempenho térmico bastante semelhante. Embora a janela

E´ apresente um factor solar mais baixo, fazendo com que os ganhos solares sejam inferiores,

a janela A´ tem um coeficiente de transmissão térmica bastante superior, levando a que as

perdas de calor por condução através dos envidraçados sejam superiores.

As janelas que fazem com que o modelo de estudo apresente um maior valor para as

necessidades nominais de energia útil para arrefecimento são as janelas B e C´. Estas duas

janelas não apresentam nem um coeficiente de transmissão térmica muito elevado, sendo

88

piores na transmissão do calor por condução para o exterior, nem um factor solar muito baixo,

não sendo por isso boas soluções no controlo da passagem da radiação solar para o interior. A

janela C´, a pior de todas, tem um coeficiente de transmissão térmica baixo, o que faz com que

as perdas de calor por condução através dos envidraçados sejam baixas, efeito criado pela

própria película de baixa emissividade.

Figura 7.35 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento para diferentes tipos de vidro.



Como se pode visualizar na Figura 7.36, o aumento da espessura dos panos de vidro

leva a uma ligeira melhoria do valor de Nvc do modelo de estudo. Embora, com o aumento da

espessura dos panos de vidro, se esteja também a diminuir o coeficiente de transmissão

térmica da janela, levando a uma perda de desempenho térmico, este facto é compensado pela

redução do factor solar da janela.

Analisando atentamente a Figura 7.37, verifica-se que o afastamento dos panos de

vidro vem prejudicar o desempenho térmico do modelo de estudo ao longo da estação de

arrefecimento. A janela J, que possui um espaçamento de ar de 10 mm, apresenta um melhor

desempenho térmico do que a B ou a K, que possuem espaçamentos maiores. O coeficiente

de transmissão térmica da janela J é também superior, explicando assim o melhor

desempenho.

89

No que diz respeito aos gases analisados, a introdução de árgon ou crípton no sistema

de vidros vem apenas prejudicar o desempenho térmico do modelo de estudo. No caso do

crípton, o coeficiente de transmissão térmica da janela M é inferior ao das restantes janelas,

fazendo com que o crípton, sob este ponto de vista, seja pior do que o árgon.

Visto não haver praticamente diferença entre o factor solar das janelas apresentadas

na Figura 7.37, as perdas de calor por condução através dos envidraçados ditam as melhores

e piores soluções, sendo estas, no caso da janela M, mais reduzidas.

Figura 7.36 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função da espessura dos panos de



Figura 7.37 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento para diferentes tipos de gases.



90


Tal como já apresentado para a estação de aquecimento, para avaliar o impacte do

material dos caixilhos no desempenho térmico do modelo de estudo, foram simuladas nas

mesmas condições quatro janelas (B, N, O e P) que possuem o mesmo sistema de vidros, mas

caixilhos de materiais diferentes.

Os resultados são apresentados na Figura 7.38. Como se pode ver nesta figura, à

semelhança do que se verificou para a estação de aquecimento, as diferenças entre os valores

de Nvc são bastante pequenas para os diferentes materiais de caixilharia analisados.

Figura 7.38 – Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento em função do material dos caixilhos.



Mais uma vez, o material de caixilhos PVC é o que apresenta um melhor desempenho

térmico, pois a janela que o detém (janela P) apresenta um factor solar mais baixo, levando a

que os ganhos solares sejam inferiores. Como se pode constatar, esta janela é também a que

apresenta um coeficiente de transmissão térmica mais baixo, fazendo com que as perdas de

calor por condução através dos vãos envidraçados sejam inferiores. Contudo, no Verão é mais

importante controlar os ganhos solares.

A madeira apresenta um desempenho bastante idêntico ao PVC. O aumento quer do

valor de g, quer do valor de U da janela O em relação à janela P, faz com que aumentem os

ganhos solares, mas também as perdas de calor por condução.

As janelas B e N, que possuem caixilhos em alumínio com e sem corte térmico,

respectivamente, são as que fazem com que o modelo de estudo apresente o pior

desempenho térmico ao longo da estação de arrefecimento. A janela N (sem corte térmico)

apresenta os maiores valores de U e g, contudo as perdas de calor por condução, que são

91

mais elevadas nesta janela, não são suficientes para compensar os maiores ganhos solares,

sendo, por isso, a janela N pior do que a janela B (com corte térmico).

7.4 – Necessidades de energia anual

Esta secção conjuga os resultados para os diferentes factores que influenciam a

escolha final do tipo de vão, já apresentados para a estação de aquecimento e para a estação

de arrefecimento, de forma a conseguir-se facilmente perceber o desempenho global das

soluções ao longo de um ano inteiro. É importante referir que, sempre que se faz referência

neste subcapítulo às necessidades nominais anuais globais de energia primária do modelo de

estudo, a parcela referente às AQS não é tida em conta, ou seja, determina-se apenas a

energia primária dispendida em climatização.


Para a análise anual da influência do zonamento climático, tal como explicado no

Capítulo 5, colocou-se o modelo de estudo em três zonas com climas mais ou menos distintos.

Utilizou-se então as regiões de Lisboa (I1/V2), Porto (I2/V1) e Faro (I1/V2).

Analisando os valores apresentados na Figura 7.39, verifica-se que a zona climática

que apresenta melhor desempenho térmico depende muito do vão que se está a analisar.

Assim, apresenta-se no Quadro 7.1 um resumo com a comparação do desempenho térmico

anual em função da zona climática, verificando-se que a região de Lisboa conduz a valores de

Ntc mais baixos para quatro dos cinco vãos analisados. A região de Faro apresenta o pior

desempenho térmico anual para três dos vãos envidraçados utilizados nas simulações.

No que diz respeitos às janelas analisadas, importa salientar que a melhor solução

utilizada numa determinada região não tem de ser obrigatoriamente a melhor solução nas

outras regiões. É o que acontece, por exemplo, com a janela D (janela com controlo solar).

Observando atentamente a Figura 7.39, verifica-se que esta janela apresenta um melhor

desempenho em climas onde a temperatura é mais elevada e o céu permanece a descoberto

durante um maior período de tempo, como é o caso de Faro. Assim, a janela com controlo

solar é a melhor solução para edifícios localizados em Faro, onde os ganhos solares são

elevados, e uma das piores soluções para habitações localizadas na região do Porto.

Janela A B C D E

Melhor �� Lisboa 0.205 Lisboa 0.189 Lisboa 0.181 Faro 0.189 Lisboa 0.172

Intermédio �� Faro 0.240 Porto 0.206 Porto 0.191 Lisboa 0.203 Porto 0.194

Pior �� Porto 0.270 Faro 0.229 Faro 0.221 Porto 0.303 Faro 0.208

Quadro 7.1 – Quadro resumo com a comparação do desempenho térmico anual em função da zona climática.

As condições de simulação e as características dos vãos analisados podem ser consultadas na Figura 7.39. Os valores

de Ntc apresentados encontram-se em kgep/m2.ano.

92

Figura 7.39 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para três regiões distintas de Portugal

Continental. Todos os casos têm a parede em contacto com o ambiente exterior orientada a Sul e uma área de 30%

de janela. Em nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo de sombreamento. As simulações foram realizadas

no programa computacional EnergyPlus.


Nos pontos 7.2.2 e 7.3.2 procedeu-se ao estudo da melhor orientação para fachadas

com vãos envidraçados ao longo do Inverno e do Verão, respectivamente. Como se verificou, a

melhor orientação para os vãos envidraçados ao longo da estação de aquecimento foi a

93

orientação Sul, enquanto que para a estação de arrefecimento, a orientação para a qual o

modelo de estudo mostrou um melhor desempenho foi a orientação Norte.

Figura 7.40 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da orientação. Todos os

casos têm uma área de 30% de janela e foram modelados para o clima da região de Lisboa. Em nenhum dos casos foi


EnergyPlus.

94

Integrando os resultados obtidos para a estação de aquecimento e arrefecimento no

estudo anual, verifica-se que a orientação Sul é melhor do que as restantes. Observando-se os

resultados da Figura 7.40, a orientação Sul faz com que o modelo de estudo apresente valores

bastante menores para as necessidades nominais de energia primária para climatização. A

orientação Norte, que é a pior orientação para os vãos envidraçados, é bastante prejudicada

pelo elevado consumo energético ao longo do Inverno, pois a quantidade de ganhos solares ao

longo desta estação é muito reduzida. Embora as orientações Este e Oeste tenham

apresentado o pior desempenho térmico ao longo da estação de arrefecimento, verifica-se que

numa análise anual estas orientações para os vãos envidraçados são ligeiramente melhores do

que a orientação Norte.


Os gráficos apresentados neste ponto do trabalho (Figura 7.41) resultam da

conjugação dos valores de Nic e Nvc no cálculo de Ntc para as diferentes áreas de janela. Os

valores de Nic e Nvc, e respectivas considerações foram mostrados ao longo dos pontos 7.2.3 e

7.3.3 desta dissertação. Assim, as curvas que se apresentam na Figura 7.41 representam o

consumo de energia primária dispendido pelo modelo de estudo em climatização, ao longo de

um ano inteiro, em função de diferentes áreas de envidraçados.

Como é possível verificar na Figura 7.41, para a orientação Norte as necessidades

nominais globais anuais de energia primária para climatização aumentam quando se aumenta

a área das janelas. Este aumento acontece de forma menos acentuada para as janelas C e E e

de forma mais acentuada para a janela A. Verifica-se inclusive que, no caso da janela A, o

limite Nt deixa de ser cumprido quando a área de janela ultrapassa os 45%.

A orientação Sul é a que apresenta os melhores valores para as necessidades

nominais globais anuais de energia primária, conseguindo-se valores bastante aceitáveis

mesmo para áreas elevadas de envidraçado. Para esta orientação, as necessidades de

energia primária para climatização em função da área de janela apresentam um mínimo que, à

excepção da janela D, ocorre para uma área de envidraçado de 30%. No caso da janela com

controlo solar (janela D), este mínimo acontece para uma área de janela de 45%.

Para as orientações Este e Oeste verifica-se a ocorrência de três situações distintas,

dependendo do tipo de vão analisado. Para o caso da janela A, o valor de Ntc aumenta quando

se aumenta a área de janela. Para as janelas B e D, verifica-se a existência de um mínimo no

valor de Ntc que acontece para uma área de envidraçado de 15%. Para as janelas C e E,

verifica-se mais uma vez a ocorrência de um mínimo no valor de Ntc, embora para esta

situação o mínimo aconteça para uma área de 30% de envidraçado.

Importa salientar ainda o seguinte facto: em climas como o da região de Lisboa e para

a orientação Sul consegue-se um melhor desempenho térmico, para áreas de envidraçado

elevadas, quando se procede a um controlo solar. Este facto torna-se evidente quando se

verifica na Figura 7.41 que, para a orientação Sul, a utilização da janela D (janela com controlo

95

solar) faz com que o consumo de energia primária para climatização do modelo de estudo com

uma área de envidraçado de 60% seja substancialmente mais baixo do que para as restantes

janelas.

Figura 7.41 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da área do vão

envidraçado. Resultados obtidos para diferentes orientações. Em nenhum dos casos foi utilizado qualquer dispositivo

de sombreamento. Os valores indicados para as diferentes janelas de U, g e τv, dizem respeito a vãos com dimensão


96


Ao longo desta secção do trabalho, apresentam-se os resultados anuais para a

influência das condições de sombreamento dos vãos envidraçados nas Figuras 7.42 a 7.45,

conjugando os valores de Nic e Nvc através do cálculo do valor de Ntc.

Esta análise, tal como anteriormente, foi realizada para todas as orientações. Contudo,

como já foi possível compreender, uma das orientações mais relevantes para os vãos

envidraçados, ou seja, a que faz com que o modelo de estudo apresente menores valores de

consumo de energia primária para climatização, é a orientação Sul. Por isso, os valores obtidos

para Ntc para as restantes orientações foram colocados no ANEXO IV, fazendo-se aqui apenas

considerações sobre os valores obtidos para a orientação Sul.

Assim, no caso da orientação Sul, a utilização de dispositivos de sombreamento

amovíveis apresenta um ganho na redução das necessidades nominais globais anuais de

energia primária algo significativo. Como se viu no ponto 7.3.4 deste capítulo, a utilização deste

tipo de meio de sombreamento ao longo da estação de arrefecimento vem diminuir em muito a

quantidade de ganhos solares no interior do modelo de estudo durante o período diurno. Como

este tipo de sombreamento não é activado durante o Inverno, as alterações verificadas com a

introdução de dispositivos de sombreamento amovíveis limitam-se às que ocorrem durante o

Verão, sendo as considerações apresentadas em 7.3.4 igualmente válidas para as reduções

nos valores de Ntc. Nas Figuras 7.42 e 7.43 é possível comparar os resultados obtidos para os

valores de Ntc sem qualquer tipo de sombreamento e com dispositivos de sombreamento

amovíveis aplicados pelo exterior e interior.

Figura 7.42 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária sem a utilização de qualquer tipo de



97

Figura 7.43 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária com a utilização de meios de

sombreamento amovíveis para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o


Embora, durante a estação de aquecimento, a introdução de dispositivos de

sombreamento fixos, como palas horizontais e palas verticais, venha piorar o desempenho

térmico do modelo de estudo, comparando as Figuras 7.42 e 7.44 é possível verificar que, de

uma forma geral, a colocação deste tipo de sombreamento reduz as necessidades nominais

globais anuais de energia primária para climatização. Como se pode verificar na Figura 7.44, a

colocação de palas verticais em torno das janelas vem aumentar o consumo de energia

primária para climatização do modelo de estudo em relação à situação onde se coloca apenas

as palas horizontais. Este facto evidencia que a perda de desempenho verificada ao longo da

estação de aquecimento com a utilização de palas horizontais e verticais é mais importante do

que a melhoria que ocorre durante a estação de arrefecimento. Contudo, esta solução

(utilização de palas horizontais em conjunto com palas verticais) continua a originar um melhor

desempenho térmico em relação à situação onde não se aplica qualquer tipo de dispositivo de

sombreamento.

98

Figura 7.44 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária com a utilização de meios de



Quando se junta o dispositivo amovível aplicado pelo exterior com a pala horizontal,

consegue-se uma melhoria no desempenho energético do modelo de estudo em relação ao

caso em que apenas se aplica a protecção amovível pelo exterior. Mais uma vez, como se

pode confirmar na Figura 7.45, a junção de palas verticais às palas horizontais vem apenas

piorar o desempenho térmico do modelo.

Chama-se a atenção para os resultados apresentados referentes à janela D, que

podem ser relativamente diferentes dos aqui discutidos, devido ao seu pior desempenho

térmico ao longo da estação de aquecimento. Por exemplo, quando se referiu que a utilização

de palas horizontais e verticais apresenta um melhor desempenho térmico do que quando não

se aplica qualquer dispositivo de sombreamento ao modelo de estudo, este pressuposto acaba

por não ser verificado no caso da janela D.

99

Figura 7.45 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária conjugando meios de sombreamento

amovíveis e fixos para uma orientação Sul. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima da



Quando se estudou no ponto 7.2.5 deste capítulo a influência do tipo de vidro no

desempenho térmico do modelo de estudo ao longo da estação de aquecimento, verificou-se

que a janela que apresentava o melhor desempenho era a janela que possuía na sua

constituição um vidro duplo com película de baixa emissividade. Para além desta janela, as

janelas com vidro duplo normal e vidro triplo também se mostraram bastante razoáveis.

Ao longo da estação de arrefecimento, estudo referente ao ponto 7.3.5 deste capítulo,

verificou-se que as janelas com controlo solar, ou seja, as que possuíam na sua constituição

vidros coloridos, apresentavam o melhor desempenho térmico.

Calculando os valores de Ntc para as diferentes janelas utilizadas neste estudo, verifica-

se que as janelas que fazem com que o modelo de estudo apresente o melhor desempenho

térmico são as janelas com vidro triplo, duplo normal e duplo com película de baixa

emissividade, ou seja, as janelas que apresentavam o melhor desempenho ao longo da

estação de aquecimento. Por outro lado, as janelas que apresentavam o melhor desempenho

térmico durante a estação de arrefecimento, ou seja, as janelas com controlo solar, são agora,

numa análise anual, as que revelam menor desempenho. Como se pode visualizar na Figura

7.46, a janela que faz com que o modelo de estudo apresente o valor mais baixo para as

necessidades nominais globais anuais de energia primária é a E´, que tem um vidro triplo. A

100

janela D´, que tem um controlo solar elevado, faz com que o modelo de estudo apresente um

valor para Ntc superior.

Figura 7.46 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para diferentes tipos de vidro.



Como se viu anteriormente, ao aumentar-se a espessura dos panos de vidro piorava o

desempenho térmico do modelo de estudo ao longo da estação de aquecimento. Pelo

contrário, ao longo da estação de arrefecimento, o aumento da espessura dos panos de vidro

melhorava o desempenho térmico do modelo de estudo.

Como se pode verificar na Figura 7.47, tal como acontece ao longo da estação de

aquecimento, também quando se faz uma análise anual, o desempenho térmico do modelo de

estudo piora com o aumento da espessura dos panos de vidro. Esta perda de desempenho é

bastante reduzida, praticamente imperceptível entre as janelas B e I, que utilizam 4 mm e 6 mm

de espessura dos panos, respectivamente. Contudo, verifica-se que é a janela H (3 mm de

espessura dos panos de vidro) que apresenta o menor valor para Ntc.

101

Figura 7.47 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função da espessura dos panos de



Figura 7.48 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária para diferentes tipos de gases.



Como se tinha visto anteriormente, o aumento do espaçamento dos panos de vidro,

assim como a alteração do gás utilizado no seu preenchimento, de ar para árgon ou crípton,

vinha melhorar o desempenho térmico do modelo de estudo ao longo da estação de

aquecimento. Pelo contrário, ao longo da estação de arrefecimento, estas medidas

prejudicavam o seu desempenho térmico.

Como se pode verificar na Figura 7.48, quando se faz uma análise anual, o

desempenho térmico do modelo de estudo não apresenta qualquer diferença quando se varia o

102

espaçamento entre os panos de vidro. A substituição do ar por gases menos viscosos, como é

o caso do árgon e do crípton, melhora, embora de uma forma muito reduzida, o desempenho

térmico do modelo de estudo, não havendo diferença entre os valores de Ntc para estes dois

gases.


Como se verificou nos pontos 7.2.6 e 7.3.6, quer durante a estação de aquecimento,

quer durante a estação de arrefecimento, a ordenação do material de caixilharia do melhor

para o pior desempenho é a seguinte: PVC, madeira, alumínio com corte térmico e alumínio

sem corte térmico.

Assim, a ordem de qualidade, no que diz respeito ao desempenho térmico dos

materiais para caixilharia analisados, mantém-se. Como se pode confirmar no Quadro 7.2, o

material que apresenta o melhor desempenho ao longo de um ano inteiro é o PVC. É também

possível verificar no Quadro 7.1 que o material que apresenta o pior desempenho térmico é o

alumínio, para o qual, no âmbito deste trabalho, a diferença entre possuir corte térmico ou não

é praticamente nula.

Janela Nic (kWh/m2.ano) Nvc (kWh/m2.ano) Ntc (kgep/m2.ano)

B 0.282 10.495 0.110

N 0.283 10.531 0.110

O 0.275 10.208 0.107

P 0.273 10.146 0.106

Quadro 7.2 – Necessidades nominais globais anuais de energia primária em função do material utilizado nos

caixilhos. As janelas B, N, O e P utilizam vidro duplo transparente idêntico e caixilhos em alumínio c/corte térmico,

alumínio s/corte térmico, madeira e PVC, respectivamente. A completa descrição destas janelas pode ser encontrada

no ANEXO II. As simulações foram realizadas para 30% de área de janela e para uma orientação Sul, utilizando

dispositivo de sombreamento amovível aplicado pelo exterior, no clima da região de Lisboa. Recorreu-se ao programa

EnergyPlus.

103

Capítulo 8

Conclusões

Ao longo deste capítulo procurar-se-á efectuar um resumo das principais conclusões

que os resultados obtidos permitiram retirar e que foram objecto de análise do capítulo anterior.

Contudo, em primeiro lugar, é conveniente apresentar a grande conclusão que este

trabalho permite retirar. Para tal, na Figura 8.1 mostram-se duas soluções criadas com recurso

apenas a valores apresentados ao longo do capítulo anterior.

Ambas as soluções foram simuladas para a região de Lisboa. Na primeira solução, que

se apresenta à esquerda, o modelo de estudo possui os vãos envidraçados orientados a Sul,

com uma área de janela moderada (30%) e dispositivos de sombreamento amovíveis aplicados

pelo exterior que são activados a 100% durante a estação de arrefecimento sempre que a

temperatura exterior é superior a 25 oC. Para além deste meio de sombreamento, nesta

solução foram ainda colocadas palas horizontais sobre os vãos. Nesta solução, o vão

analisado é constituído por um vidro duplo com película de baixa emissividade e um caixilho de

madeira. Esta solução representa uma boa solução.

Na segunda solução, representada à direita, os vãos envidraçados do modelo de

estudo estão orientados a Norte e possuem uma área mais elevada (45%). Para além disso, os

vãos não estão protegidos durante a estação de arrefecimento por qualquer dispositivo de

sombreamento. Esta solução constitui um dos casos analisados ao longo do trabalho com pior

desempenho: é constituída por um vidro simples transparente e caixilho em alumínio sem corte

térmico. Esta solução representa uma má solução.

É importante referir que a solução apresentada à esquerda não é uma solução óptima,

mas sim uma boa solução. Quer isto dizer que a partir dos resultados apresentados no capítulo

anterior, era possível ter criado uma solução ainda melhor do que esta, como, por exemplo,

alterando-lhe o tipo de vidro para um vidro triplo e o material do caixilho para PVC.

Naturalmente que este caso poderia também ser estudado através do EnergyPlus,

acrescentando mais informação útil ao estudo realizado. Todavia, optou-se por não o fazer,

pelo que as conclusões apresentadas se baseiam unicamente nos resultados já apresentados

ao longo do capítulo anterior.

Tendo apenas como base resultados obtidos, como se pode constatar pelos valores

indicados na Figura 8.1, um projecto cuidado dos vãos envidraçados de um edifício pode

reduzir em muito as necessidades nominais globais anuais de energia primária para

climatização das fracções autónomas que o constituem. No caso do modelo de estudo utilizado

104

neste trabalho e para as duas soluções apresentadas, esta redução é de cerca de 0.67

kgep/m2.ano.

Desta forma, olhando para a larga escala da construção de edifícios de habitação que

se verifica nos dias de hoje, uma correcta definição dos vãos envidraçados pode reduzir de

uma forma bastante significativa o consumo energético dos edifícios e, com isto, alguns

problemas, como a escassez de combustíveis fósseis e as elevadas taxas de emissões de CO2

para a atmosfera.

Figura 8.1 – Comparação das necessidades nominais globais anuais de energia primária para climatização

entre duas soluções: uma boa solução e uma má solução. À esquerda apresenta-se o resultado para a solução

favorável e à direita o resultado para a solução não recomendável. Resultados obtidos no clima da região de Lisboa.

Uma das principais conclusões que se pode também retirar com a realização desta

dissertação é o facto do processo para o completo projecto dos vãos envidraçados de um

edifício, apresentado no Capítulo 4, não ser um processo simples e linear. Com a ampla

variedade de soluções disponíveis para cada critério e as muitas combinações que se podem

criar, torna-se difícil conhecer com exactidão o desempenho térmico duma fracção autónoma

para um determinado conjunto de soluções. Para além disso, a necessidade de integrar o

projecto ao nível do desempenho térmico com outros factores de decisão, como é o caso do

isolamento sonoro e da iluminação natural, faz com que a definição dos vãos envidraçados

seja ainda mais complicada. Por esta razão, deixa-se aqui em aberto a posterior realização de

estudos que visem avaliar os vãos analisados neste trabalho no que toca ao isolamento sonoro

de fachadas de edifícios e à captação de iluminação natural.

105

Importa também chamar a atenção para a relevância da utilização de programas de

simulação dinâmica como o EnergyPlus no auxílio ao projecto térmico de edifícios. Na

determinação de parâmetros térmicos relacionados com os vãos envidraçados, o programa

WINDOW5 também se mostra bastante útil, com uma vasta biblioteca de vidros, actualizada

constantemente pelos maiores fabricantes deste tipo de material. Estas ferramentas de fácil

utilização podem vir a servir de complemento à regulamentação portuguesa em vigor,

nomeadamente o RCCTE e o SCE.

Em seguida será feito uma súmula geral das conclusões que foram sendo retiradas

com a avaliação do impacte dos critérios de decisão sobre a escolha dos vãos envidraçados

para um adequado desempenho térmico dos edifícios. Aconselha-se a leitura integral do

capítulo anterior, sendo as conclusões que se apresentam em seguida fundamentadas nos

resultados aí apresentados.

Consoante o clima da região onde se está a projectar um edifício, pode ser necessário

adoptar medidas distintas no que diz respeito à completa definição dos vãos envidraçados,

desde a escolha da orientação, área, dispositivos de sombreamento, tipo de vidro e material

dos caixilhos. Desta forma, em climas mais severos do ponto de vista da térmica dos edifícios,

será possível reduzir o consumo energético para climatização das habitações.

A partir dos estudos realizados para avaliar a influência do zonamento climático no

desempenho térmico dos edifícios, é possível concluir que: as necessidades nominais de

energia útil para aquecimento aumentam quando se passa da região de Lisboa (I1) para a

região do Porto (I2) ou da região do Porto para a região de Bragança (I3) e as necessidades

nominais de energia útil para arrefecimento aumentam quando se passa da região do Porto

(V1) para a região de Évora (V3) ou da região de Évora para a região de Lisboa (V2). Pode-se

concluir ainda que numa análise anual é difícil definir com exactidão qual será o clima que

levará a um melhor desempenho térmico dos edifícios, pois este irá depender muito do tipo de

janela a adoptar. Contudo, é possível concluir que, das três regiões utilizadas no estudo anual

(Lisboa, Porto e Faro), a região de Lisboa é a que conduz ao melhor desempenho térmico para

a maioria dos vãos envidraçados.

Através deste trabalho é possível concluir que, em climas onde domina a presença de

céu limpo, a orientação Sul para os vãos envidraçados melhora em muito o desempenho

térmico dos edifícios ao longo da estação de aquecimento. Também durante o Inverno, é

possível concluir que os vãos envidraçados quando orientados a Norte fazem disparar o

consumo energético para aquecimento das habitações.

Ao longo do Verão, as orientações Este e Oeste para os vãos envidraçados mostram-

se drásticas no que respeita ao aumento do valor das necessidades nominais de energia útil

para arrefecimento. Neste caso, é a orientação Norte que apresenta o melhor desempenho

térmico.

Numa análise anual, a orientação para os vãos envidraçados que conduz ao melhor

desempenho térmico das fracções autónomas é a orientação Sul. A orientação Norte para os

106

vãos envidraçados, embora apenas ligeiramente pior do que as orientações Este e Oeste, é a

que conduz a um maior consumo de energia primária para climatização dos edifícios.

Em geral, as necessidades nominais de energia útil para aquecimento diminuem com o

aumento da área de envidraçado. Contudo, este pressuposto pode nem sempre se verificar.

Por exemplo, com os vãos envidraçados orientados a Norte pode acontecer um aumento da

energia dispendida em aquecimento com o aumento da área de janela para alguns tipos de

vidro.

No Verão, o aumento da área de janela dos edifícios leva a um aumento drástico do

consumo energético dispendido em arrefecimento do ar interior. Apenas para a orientação

Norte, este aumento não ocorre de uma forma muito acentuada, conseguindo-se valores

aceitáveis para as necessidades nominais de energia útil para arrefecimento mesmo com áreas

de envidraçado elevadas.

Numa análise anual, conclui-se que a área ideal de janela depende muito da orientação

e do tipo de vão adoptado. Para a orientação Norte, o desempenho térmico dos edifícios piora

com o aumento da área do vão envidraçado. Contudo, para as orientações Sul, Este e Oeste

verifica-se a existência de uma área de envidraçado que poderá minimizar o consumo de

energia primária dos edifícios, mas que depende do tipo de janela aplicada. No caso da

orientação Sul, para a maior parte dos vãos envidraçados, esta área ocorre para cerca de 30%

da área total de fachada, mas se o vão apresentar um vidro com controlo solar poderá ser

superior.

De uma forma geral, é possível concluir que a adopção de meios de sombreamento

dos vãos envidraçados vem reduzir o consumo energético para climatização das habitações,

embora com proporções diferentes em função da orientação solar dos vãos. Contudo, em

algumas situações, é possível que a utilização de meios de sombreamento piore o

desempenho térmico anual dos edifícios, nomeadamente quando se recorre a formas de

sombreamento fixas. A colocação de palas horizontais e verticais em elevado número ou com

dimensões desapropriadas pode fazer com que o consumo energético dos edifícios dispare

durante a estação de aquecimento, levando, desta forma, a um maior consumo de energia

primária ao longo de um ano inteiro. A aplicação de dispositivos de sombreamento amovíveis,

quer pelo interior quer pelo exterior, é uma solução que apresenta um desempenho térmico

melhor do que a utilização de meios fixos, sendo a aplicação pelo exterior a que conduz a

melhores resultados. Quando se conjuga os dois tipos de sombreamento, o desempenho

térmico dos edifícios tem tendência a ser ainda melhor, mas, mais uma vez, é necessário ter

em conta o efeito prejudicial criado pela aplicação de palas fixas ao longo da estação de

aquecimento. A aplicação destas medidas para criar sombreamento sobre os vãos

envidraçados mostra-se essencial para diminuir os resultados nefastos criados pela radiação

solar durante o Verão.

Quando se avaliam critérios, tais como, o tipo de vidro e o material para os caixilhos,

verifica-se que estes têm uma influência muito reduzida no consumo energético dos edifícios.

107

O tipo de vidro que apresenta o melhor desempenho térmico ao longo da estação de

aquecimento é sem dúvida o vidro duplo com película de baixa emissividade. Existem, porém,

outros tipos de vidro que mostram também um bom desempenho térmico ao longo desta

estação, como é o caso do vidro duplo normal e do vidro triplo. Os vidros coloridos, assim como

o vidro simples, são os tipos de vidro que levam ao pior desempenho térmico dos edifícios

durante o Inverno.

Durante o Verão acontece precisamente o contrário. Os vidros com controlo solar

apresentam o melhor desempenho térmico. Dentro deste tipo de vidro, existem várias cores

com propriedades distintas que conferem aos vidros desempenhos diferentes em termos

térmicos e de luminosidade. O tipo de vidro que confere pior desempenho térmico aos edifícios

durante o Verão é o vidro que possui na sua constituição uma película de baixa emissividade.

Numa análise anual, em climas semelhantes ao da região de Lisboa, o vidro triplo pode

levar a um bom desempenho térmico dos edifícios. Para além deste tipo de vidro, os vidros

duplos, normal ou com película de baixa emissividade, são também boas alternativas que

conduzem igualmente a um bom desempenho térmico. Já os vidros com controlo solar

originam um maior consumo de energia primária para climatização, devido ao seu fraco

desempenho térmico ao longo do Inverno.

Ao longo do Inverno, o aumento da espessura dos panos de vidro, embora de forma

muito reduzida, faz aumentar as necessidades nominais de energia útil para aquecimento.

Pelo contrário, no Verão, o aumento da espessura dos panos de vidro melhora o

desempenho térmico das fracções autónomas. Contudo, este aumento verificado ao longo do

Verão não é suficiente para compensar a perda de desempenho térmico verificada no Inverno,

pelo que numa análise anual constata-se uma perda de desempenho térmico dos edifícios com

o aumento da espessura dos panos de vidro, embora muito reduzida.

Durante a estação de aquecimento, o aumento do espaçamento entre os panos de

vidro, assim como a substituição do ar por gases menos viscosos, como é o caso do árgon ou

do crípton, são medidas que vêm melhorar o desempenho térmico dos edifícios. Pelo contrário,

no Verão, medidas como estas pioram, embora de forma muito ligeira, o desempenho térmico

dos edifícios. Numa análise anual, conclui-se que a alteração do espaçamento entre os panos

de vidro em nada influencia o desempenho térmico dos edifícios de habitação. Também a

utilização de árgon ou crípton não apresenta qualquer diferença, embora estes gases menos

viscosos conduzam a um menor consumo de energia primária para climatização do que o ar

quando se está a efectuar uma análise anual.

No caso dos materiais para caixilharia, a ordem do melhor para o pior material no que

diz respeito ao desempenho térmico é a mesma, quer durante a estação de aquecimento, quer

durante a estação de arrefecimento. Assim, o melhor material é o PVC, seguido da madeira,

que apresenta um desempenho térmico bastante semelhante. O material mais desfavorável do

ponto de vista térmico para os caixilhos é sem dúvida o alumínio, tendo um desempenho

térmico anual praticamente idêntico quer apresente ou não corte térmico.

108

Os vãos envidraçados constituem uma parte da envolvente dos edifícios com especial

importância no desempenho térmico destes. Por esta razão, é relevante estabelecer critérios

de avaliação do impacte dos vãos nesse desempenho. Este trabalho representou, desta forma,

um contributo para um melhor conhecimento dos factores que influenciam o desempenho

térmico dos vãos envidraçados.

Referências bibliográficas

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Portugal, Seminário CYTED, INETI, Lisboa, Outubro de 2008.

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Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).

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Climatização em Edifícios (RSECE).

[4] Decreto-Lei nº78/2006 de 4 de Abril – Aprova o Sistema Nacional de Certificação Energética

e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE).

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Performance Buildings, W. W. Norton & Company, New York, 2004.

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Século XX – Do Restauro à Selecção Exigencial de uma Nova Caixilharia: o Estudo do Caso

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[10] NP EN 410:2000, Vidro na construção – Determinação de características luminosas e

solares dos envidraçados, Instituto Português da Qualidade, IPQ, Caparica, 2001.

[11] Lanham, A.; Gama, P.; Braz, R., Arquitectura Bioclimática – Perspectivas de inovação e

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[13] Pina dos Santos, C. A.; Matias, L., ITE 50 – Coeficientes de transmissão térmica de

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[18] Solar Energy Laboratory, TRNSYS version 17, Solar Energy Laboratory, USA, Abril de

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Sites consultados

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http://www.adene.pt/ADENE.Portal (acedido em 24 de Julho de 2010)

http://www.ineti.pt/default.aspx (acedido em 18 de Fevereiro de 2010)

http://www.lnec.pt (acedido em 15 de Novembro de 2010)

http://www.contrucaosustentavel.pt (acedido em 24 de Julho de 2010)

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus (acedido em 19 de Setembro de 2009)

http://windows.lbl.gov/software/window/window.html (acedido em 10 de Outubro de 2009)

http://www.ppg.com/en/Pages/default.aspx# (acedido em 26 de Outubro de 2009)

http://corporateportal.ppg.com/na/glass/residentialglass (acedido em 26 de Outubro de 2009)

http://www.isocaix.com/info.html (acedido em 5 de Março de 2010)

ANEXOS

ANEXO I

Desenhos de arquitectura do modelo de estudo

Desenho I – Planta de arquitectura do modelo de estudo à escala 1/100.

Desenho II – Soluções construtivas adoptadas para as paredes exterior e de separação entre fogos à escala

1/10. Indicam-se os valores das propriedades dos materiais necessários para o programa EnergyPlus [13] [14].

Desenho III – Soluções construtivas adoptadas para as paredes divisórias interiores e para a laje intermédia à

escala 1/10. Indicam-se os valores das propriedades dos materiais necessários para o programa EnergyPlus [13] [14].

Desenho IV – Colocação e dimensões dos vãos envidraçados à escala 1/100. De cima para baixo, Aj é igual a

15%, 30%, 45% e 60%.

Desenho V – Colocação e dimensões das palas horizontais e verticais à escala 1/100.

ANEXO II

Janelas utilizadas nos estudos paramétricos

Quadro I – Constituição e características energéticas das janelas utilizadas ao longo dos estudos

paramétricos.

Quadro I – (continuação) Constituição e características energéticas das janelas utilizadas ao longo dos

estudos paramétricos.





NOTAS:

i. Os valores das propriedades relacionadas com a energia para toda a janela,

apresentados ao longo do Quadro I, foram determinados para janelas com 1.55 x 2.00

m, correspondendo a uma área de janela de 30%. Estes valores variam ligeiramente

em função do tamanho da janela e podem ser consultados no quadro seguinte.

ii. Em janelas de vidro duplo ou triplo, os vidros encontram-se numerados por ordem

crescente do exterior para o interior da zona de estudo.

Quadro II – Variações ocorridas nas propriedades relacionadas com a energia para as diferentes áreas de

janela.

ANEXO III

EnergyPlus e WINDOW5

Figura I – Interface do programa EnergyPlus. Nesta janela, para além de ser possível escolher o ficheiro .idf com a

informação acerca do modelo de estudo que se pretende simular, e o ficheiro .epw com os dados climáticos, é aqui que

se dá ordem para executar a simulação.

Figura II – Interface do editor do ficheiro .idf do EnergyPlus. Este editor permite a criação do ficheiro .idf através do

preenchimento de uma grande variedade de campos. O ficheiro .idf contém toda a informação sobre o modelo de

estudo e a simulação que se pretende realizar.

Figura III – Interface gráfica do programa WINDOW5 – Glass Library. Nesta figura é possível visualizar a biblioteca

de vidros do WINDOW5 que é actualizada constantemente pelos maiores produtores mundiais deste tipo de material.

Figura IV – Interface gráfica do programa WINDOW5 – Window Library. Vista detalhada de uma das janelas da

biblioteca criada no âmbito deste trabalho (janela B). Aqui define-se o sistema de vidros e o material do caixilho, e

calculam-se os parâmetros U, g e τv para toda a janela.

Ficheiro criado pelo WINDOW5 com a informação necessária ao programa EnergyPlus

para definição das janelas utilizadas nas simulações (exemplo da janela B)

ANEXO IV

Resultados de simulações

Influência dos dispositivos de sombreamento – orientação Norte

Figura I – Necessidades nominais anuais globais de energia primária sem a utilização de qualquer tipo de



Figura II – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de

sombreamento amovíveis para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados


Figura III – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de



Figura IV – Necessidades nominais anuais globais de energia primária conjugando meios de sombreamento

amovíveis e fixos para uma orientação Norte. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima


Influência dos dispositivos de sombreamento – orientação Este

Figura V – Necessidades nominais anuais globais de energia primária sem a utilização de qualquer tipo de



Figura VI – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de

sombreamento amovíveis para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para

o clima da região de Lisboa. As simulações foram realizadas no programa computacional EnergyPlus.

Figura VII – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de



Figura VIII – Necessidades nominais anuais globais de energia primária conjugando meios de sombreamento

amovíveis e fixos para uma orientação Este. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima


Influência dos dispositivos de sombreamento – orientação Oeste

Figura IX – Necessidades nominais anuais globais de energia primária sem a utilização de qualquer tipo de



Figura X – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de

sombreamento amovíveis para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados


Figura XI – Necessidades nominais anuais globais de energia primária com a utilização de meios de



Figura XII – Necessidades nominais anuais globais de energia primária conjugando meios de sombreamento

amovíveis e fixos para uma orientação Oeste. Resultados para uma área de 30% de janela, modelados para o clima


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