Influência dos Vãos Envidraçados no Desempenho Energético de … · soluções de vidro, de protecções solares (em diferentes posições) e de caixilhos, permitindo avaliar

Influência dos Vãos Envidraçados no Desempenho Energético

de Edifícios

Aplicação ao edifício do DECivil-IST

Cláudio Ribeiro Faustino

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Prof. Doutor Luís Alves Dias

Orientadores: Prof. Doutor Fernando António Baptista Branco

Prof.ª Doutora Maria da Glória de Almeida Gomes

Vogais: Prof. Doutor Albano Neves e Sousa

Doutor António José Santos

Outubro 2012

i

INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO

ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS

RESUMO

A optimização do desempenho energético-ambiental do meio edificado constitui uma área fundamental e

prioritária. Não é suficiente procurar energias alternativas, é necessário também optimizar os consumos

energéticos dos edifícios, recorrendo a estratégias passivas de eficiência energética.

Sendo os vãos envidraçados elementos bastante favoráveis a trocas de calor, torna-se imprescindível conhecer

de que forma as diferentes combinações dos seus elementos, vidro, caixilharia e protecções solares, podem

afectar o desempenho térmico dos edifícios. A tendência crescente da utilização do vidro na construção torna

ainda mais importante uma escolha criteriosa das soluções para os vãos envidraçados.

Como objectivo principal o presente estudo pretende avaliar a importância dos vãos envidraçados no

desempenho energético dos edifícios. Como caso de estudo, considerou-se um gabinete do DECivil do IST

orientado a Este que, por ter um vão envidraçado de vidro simples incolor com uma área considerável (cerca

de 66% da área de fachada), apresenta alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos

energéticos. Foram realizadas duas campanhas de monitorização térmica do gabinete, respectivamente

durante as estações de Inverno e Verão, onde foram recolhidos valores de: radiação global em plano

horizontal; temperaturas no ambiente interior e exterior, e nas superfícies do vidro, protecções solares e

parede; e fluxos de calor no vidro e parede. Estas campanhas serviram para avaliar o comportamento térmico

do gabinete e para “calibrar” o modelo de simulação energética (em EnergyPlus). Foram simuladas diferentes

soluções de vidro, de protecções solares (em diferentes posições) e de caixilhos, permitindo avaliar a respectiva

influência no desempenho energético do gabinete e efectuar uma análise do custo-benefício de cada solução.

Para o caso de estudo, concluiu-se que a opção por um vidro baixo emissivo de controlo solar selectivo permite

reduzir as necessidades anuais de energia primária do gabinete em cerca de 52%, relativamente a um vidro

simples incolor. A aplicação de um estore veneziano muito reflectante pelo exterior permite poupanças

energéticas anuais na estação de arrefecimento de 37.6%, relativamente à situação sem estore. O caixilho de

PVC apresenta uma poupança anual de energia primária de 3.4%, relativamente à solução actual de caixilho de

alumínio sem corte térmico.

Palavras-chave: Vãos envidraçados, vidro, protecções solares, simulação energética de edifícios, monitorização

térmica de edifícios, desempenho térmico.

ii

THE INFLUENCE OF GLAZING SYSTEMS ON THE ENERGY

PERFOMANCE OF BUILDINGS

ABSTRACT

The energetic and environmental performances’ optimization of the built up room are an essential and urgent

area. It is not enough to only search for alternative energies but it is also necessary to reduce the energy

demands buildings, resorting to passive strategies of energetic efficiency.

Being the glazing systems highly favourable to heat exchanges, it becomes indispensable to know the ways in

which the different glass and shading devices combinations can affect the thermal performance of the

buildings. The growing tendency from architects towards higher glazed building makes the discerning selection

of glazing systems solutions even more important.

The main goal of this study is to evaluate the influence of the glazing systems on the energy performance of

buildings. In Mediterranean climates, it has been established as the object of study the DECivil IST’s office,

situated at east and that by having a glazed opening made of single glazed (clear glass) with a substantial area

(around 66% of the façade area), it shows some problems of thermal comfort and of high energetic

consumption. Two campaigns of thermal monitoring were carried out in the office during both the winter and

the summer. Some measurements were made: temperature of the internal and external environment and on

the glass surfaces; wall and shading devices; heat fluxes on the glass and wall. These campaigns have allowed

us to evaluate the thermal behaviour of the office and to calibrate the energy simulation’s model in EnergyPlus.

Different glass, shading device s and frames’ solutions were simulated, allowing us to evaluate the influences in

the energetic performance of the office.

In conclusion, for the object of study, the biggest energy savings are obtained with a judicious selection of the

kind of glass (about 52%), followed by the shading device (38%) and lastly the kind of frame (3.4%).

Keywords: glazing systems, glass, shading device, energy simulation of buildings, thermal monitoring of

buildings, thermal performance.

iii

AGRADECIMENTOS

O presente estudo contou com a contribuição e apoio de várias pessoas a quem desejo expressar os meus

sinceros agradecimentos.

Em primeiro lugar gostaria de agradecer à Profª. Maria Glória Gomes, co-orientadora científica deste trabalho,

pela sua total disponibilidade e permanente acompanhamento e ao Prof. Fernando Branco, orientador deste

estudo, e principal incentivador à escolha do tema e escolha do caso de estudo.

À Dona Maria Helena Salvado que gentilmente registou as horas de funcionamento do sistema de climatização

do gabinete do DECivil, nos dias de campanha.

Ao Prof. Gabriel Paulo Pita, professor auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica do IST, a cedência dos

dados climáticos obtidos numa estação meteorológica na torre de Química do IST.

Aos Engenheiros Artur Brandão e Francisco Ferreira, ambos técnicos especialistas da empresa Saint Gobain

Glass, pelo aconselhamento técnico das soluções de vidro.

Por fim, agradeço aos meus pais, irmã, família e amigos, com especial destaque, à Francisca Alves e ao João

Paraíso.

iv

´

v

ÍNDICE

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

1.1. Enquadramento geral ............................................................................................................................ 1

1.1.1. Emissões de carbono e sustentabilidade ambiental ..................................................................... 1

1.1.2. A dependência energética de Portugal ......................................................................................... 2

1.1.3. Impacto e sustentabilidade ambiental na indústria da construção .............................................. 4

1.1.4. Certificação energética de edifícios .............................................................................................. 5

1.1.5. Sustentabilidade na construção .................................................................................................... 6

1.1.6. Sistemas solares passivos e importância do vão envidraçado nas trocas de calor....................... 7

1.2. Objectivos .............................................................................................................................................. 8

1.3. Organização do trabalho ....................................................................................................................... 9

Capítulo 2 – Construção sustentável e importância de boas práticas construtivas e de projecto ....................... 11

2.1. Gestão energética ................................................................................................................................ 11

2.2. Recursos finitos ................................................................................................................................... 12

2.2.1. Gestão de água em edifícios ....................................................................................................... 12

2.2.2. Gestão de materiais .................................................................................................................... 13

2.2.3. Gestão de resíduos de construção e demolição ......................................................................... 14

Capítulo 3 – Vãos envidraçados em edifícios ........................................................................................................ 15

3.1. Geometria solar e composição da radiação ........................................................................................ 15

3.2. Fenómenos de transferência calor ...................................................................................................... 17

3.2.1. Condução .................................................................................................................................... 17

3.2.2. Convecção ................................................................................................................................... 18

3.2.3. Radiação ...................................................................................................................................... 19

3.3. Desempenho térmico e óptico do vidro .............................................................................................. 19

3.3.1. Factor solar (g) .......................................................................................................................... 19

3.3.2. Coeficiente de transmissão luminosa (tv) ................................................................................... 21

3.3.3. Coeficiente de reflexão luminosa (rv) ......................................................................................... 21

3.3.4. Coeficiente de transmissão térmica (U) ...................................................................................... 21

vi

3.4. Constituição e propriedades físicas do vidro ....................................................................................... 22

3.5. Diversidade e características do vidro ................................................................................................. 23

3.6. Tipo de gás na câmara de preenchimento .......................................................................................... 25

3.7. Dispositivo de sombreamento ............................................................................................................. 26

3.8. Tipo e principais funções do caixilho ................................................................................................... 26

Capítulo 4 – Caso de estudo .................................................................................................................................. 27

4.1. Lisboa – caracterização climática ........................................................................................................ 27

4.2. Pavilhão de Engenharia Civil do IST – Alameda ................................................................................... 29

4.3. Gabinete do DECivil ............................................................................................................................. 30

4.3.1. Envolvente e sua caracterização ................................................................................................. 30

Capítulo 5 – Campanha experimental ................................................................................................................... 35

5.1. Procedimento experimental ................................................................................................................ 35

5.2. Descrição do equipamento experimental ........................................................................................... 37

5.3. Resultados experimentais ................................................................................................................... 38

5.3.1. Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011 .......................................................................................... 42

5.3.2. Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011 .............................................................................. 45

5.3.3. Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011 ............................................................................... 47

5.3.4. Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011 ................................................................................. 50

5.3.5. Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011 ............................................................................. 52

5.3.6. Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011 ...................................................................................... 54

Capítulo 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus .................................................................................. 57

6.1. Descrição do EnergyPlus ...................................................................................................................... 57

6.2. Metodologia utilizada no EnergyPlus .................................................................................................. 59

6.2.1. Simulation parameters ............................................................................................................... 59

6.2.2. Location and climate ................................................................................................................... 60

6.2.3. Schedules .................................................................................................................................... 61

6.2.4. Surface construction elements .................................................................................................... 62

6.2.5. Thermal zone description/geometry ........................................................................................... 64

6.2.6. Space gains (people, lights, other internal zone equipment) ...................................................... 67

6.2.7. AirFlow ........................................................................................................................................ 67

vii

6.2.8. Zone controls and thermostats ................................................................................................... 68

6.2.9. Report ......................................................................................................................................... 68

6.3. Calibração do modelo de simulação .................................................................................................... 69

6.3.1. Comparação com dados obtidos na campanha experimental ................................................... 69

6.3.1. Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE .......................................... 78

Capítulo 7 – Resultados ......................................................................................................................................... 81

7.1. Impacto do tipo de vidro ..................................................................................................................... 81

7.1.1. Tipo de gás da câmara de preenchimento .................................................................................. 89

7.2. Impacto dos dispositivos de sombreamento ....................................................................................... 92

7.3. Impacto dos caixilhos .......................................................................................................................... 95

7.4. Análise de custo-benefício das soluções de vidro ............................................................................... 97

7.4.1. Cenário 1 - Substituição .............................................................................................................. 99

7.4.2. Cenário 2 - Implementação de raiz ........................................................................................... 101

Capítulo 8 - Conclusões e desenvolvimentos futuros ......................................................................................... 103

8.1. Conclusões ......................................................................................................................................... 103

8.2. Desenvolvimentos futuros ................................................................................................................. 106

9. Referências bibliográficas ........................................................................................................................... 107

ANEXOS ............................................................................................................................................................... 111

Lista de anexos ........................................................................................................................................... 113

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Emissões mundiais anuais de gases de efeito estufa (GEE) entre 1970 e 2004 .................................. 1

Figura 1.2 - Consumo de energia por fonte, em Portugal no ano de 2011 ............................................................ 3

Figura 1.3 - Consumo de energia final em Portugal, por sector de actividade, em 2010 ....................................... 4

Figura 1.4 – Renovação de edifícios: poupança energética e emissões de C02 ..................................................... 5

Figura 1.5 - Os três vectores da sustentabilidade ................................................................................................... 6

Figura 3.1 - Movimento do sol ao longo do dia nas diferentes estações do ano, em Portugal ............................ 16

Figura 3.2 - Quantidade de radiação solar incidente em janelas com diferentes orientações, nas estações de

Inverno e Verão ..................................................................................................................................................... 16

Figura 3.3 - Mecanismos de transferências de calor ............................................................................................ 17

Figura 3.4 - Decomposição da radiação incidente num envidraçado ................................................................... 20

Figura 4.1 – Localização do Pavilhão Civil - IST ..................................................................................................... 29

Figura 4.2 - Caso de estudo: Gabinete do DECivil. ................................................................................................ 30

Figura 4.3 - Fachada Este (vista interior). ............................................................................................................. 31

Figura 4.4 - Parede Exterior dupla de Alvenaria ................................................................................................... 31

Figura 4.5 - Vão envidraçado (caixilharia + vidro simples). ................................................................................... 32

Figura 4.6 - Fachada Oeste (vista interior). ........................................................................................................... 32

Figura 4.8 - Fachada Sul (vista interior) ................................................................................................................ 33

Figura 4.9 - Fachada Norte (vista interior) ............................................................................................................ 34

Figura 4.10 - Foto de pormenor do pavimento no gabinete de estudo. .............................................................. 34

Figura 4.11 - Foto de pormenor do tecto falso em placa de alumínio do gabinete de estudo. ........................... 34

Figura 5.1 – Representação esquemática do posicionamento dos pontos de medição na fachada com

orientação a Este (exterior), durante as campanhas de monitorização térmica. ................................................. 36

Figura 5.2 - Termopares utilizados para a medição da temperatura (vermelho) da superfície interior e exterior

do vidro, ambiente exterior (a) e do estore interior (b). Fluxímetro no vidro (azul - a). ...................................... 37

Figura 5.3 - Termohigrómetros TGP-4500 (vermelho) usados na medição da temperatura ambiente interior (a)

e exterior com protecção (b). Piranómetro instalado com o sistema tripé no parapeito da janela (amarelo – b).

.............................................................................................................................................................................. 38

Figura 5.4 - Termopar utilizado na medição da temperatura superficial interior da parede (vermelho-a).

Fluxímetro na parede (azul –a). Datalogger (b). ................................................................................................... 38

Figura 5.5 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011. ................................................. 43

ix

Figura 5.6 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011. .......................... 44

Figura 5.7- Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de

2011. ..................................................................................................................................................................... 44

Figura 5.8 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011. ................................ 45

Figura 5.9 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011. ............. 46

Figura 5.10 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Menor Radiação: 24 de

Janeiro de 2011. .................................................................................................................................................... 47

Figura 5.11 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011. .............................. 48

Figura 5.12 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011. ............. 48

Figura 5.13 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro

de 2011. ................................................................................................................................................................ 49

Figura 5.14 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011. ....................................... 50

Figura 5.15 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011. ............... 51

Figura 5.16 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Maior Radiação: 12 de Junho

de 2011. ................................................................................................................................................................ 51

Figura 5.17 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011. ............................. 52

Figura 5.18 - Radiação solar, AC e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011..... 53

Figura 5.19 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Climatizado Verão: 24 de

Junho de 2011. ...................................................................................................................................................... 54

Figura 5.20 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011. ............................................ 55

Figura 5.21 - Radiação solar e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011. .................. 55

Figura 5.22 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Quente: 26 de Junho de

2011. ..................................................................................................................................................................... 56

Figura 6.1 – Introdução do ficheiro climático weather, no EP-Launch do EnergyPlus.......................................... 58

Figura 6.2 - Esquema representativo da dinâmica dos dados de Input e Output do software EnergyPlus .......... 58

Figura 6.3 – Campo de entrada Simulation Parameters: Building. ....................................................................... 60

Figura 6.4 – Campo de entrada Schedule: DaySchedule. ...................................................................................... 62

Figura 6.5 – Campo de entrada Construction com a definição dos elementos construtivos da envolvente. ....... 64

Figura 6.6 - Campo de entrada Zone na definição da zona térmica. .................................................................... 65

Figura 6.7 - Campo de entrada SurfaceGeometry na definição das superfícies que delimitam a zona térmica

(ZONA 1). ............................................................................................................................................................... 66

Figura 6.8 - Campo de entrada Space Gains na definição dos ganhos internos. .................................................. 67

Figura 6.9 - Altura solar (α) ................................................................................................................................... 71

Figura 6.10 – Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Maior Radiação

(Verão). ................................................................................................................................................................. 72

Figura 6.11 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Quente

(Verão). ................................................................................................................................................................. 72

x

Figura 6.12 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado

Verão. .................................................................................................................................................................... 73

Figura 6.13 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Menor

Radiação (Inverno). ............................................................................................................................................... 74

Figura 6.14 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Frio

(Inverno). ............................................................................................................................................................... 75

Figura 6.15 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado

Inverno. ................................................................................................................................................................. 75

Figura 6.16 - Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Aquecimento ........ 78

Figura 6.17 – Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Arrefecimento ...... 78

Figura 7.1 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) do gabinete do DECivil

(estação de Inverno). ............................................................................................................................................ 85

Figura 7.2 - Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) gabinete do DECivil (estação

de Verão). .............................................................................................................................................................. 86

Figura 7.3 – Desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro. .................. 88

Figura 7.4 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de

energia primária do gabinete do DECivil, recorrendo às soluções de vidro duplo com a câmara de

preenchimento de ar ou árgon. ............................................................................................................................ 90

Figura 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete com recurso aos

estores existentes, interior e exterior, ou sem estore. ......................................................................................... 93

Figura 7.6 – – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com

estore interior de diferentes reflectâncias solares. .............................................................................................. 94

Figura 7.7 - – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com

estore exterior de diferentes reflectâncias solares. ............................................................................................. 94

Figura 7.8 – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de

energia primária do gabinete do DECivil, aplicando diferentes tipos de caixilho ao sistema de vão de

envidraçado. ......................................................................................................................................................... 96

xi

ÍNDICE DE TABELAS

Quadro 3.1- Tipos de vidro, suas características e finalidades, existentes actualmente no mercado ................. 23

Quadro 5.1 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos

experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Inverno. ............................................... 39

Quadro 5.2 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos

experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Verão. .................................................. 39

Quadro 5.3 - Valores médios diários de radiação solar e temperatura ambiente nas duas campanhas de

monitorização térmica, de Inverno e Verão do ano de 2011. .............................................................................. 40

Quadro 6.1 - Materiais constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo. Preenchimento do campo de

entrada Material:Regular. ..................................................................................................................................... 63

Quadro 6.2 – Diferenças médias diárias das temperaturas obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus, para

os diferentes Dias Tipo estudados. ....................................................................................................................... 76

Quadro 7.1 - Caracterização dos vidros constituintes das várias soluções estudadas . ....................................... 82

Quadro 7.2 - Descrição técnica e principais vantagens das várias soluções estudadas ...................................... 82

Quadro 7.3 - Caracterização técnica e desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes

soluções de vidro. ................................................................................................................................................. 89

Quadro 7.4 – Desempenho energético e características técnicas das várias soluções de vidro duplo estudadas,

com ar de preenchimento árgon ou ar tratado. ................................................................................................... 91

Quadro 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com os

diferentes estores estudados. ............................................................................................................................... 95

Quadro 7.6 - Necessidades nominais globais de energia primária do gabinete do DECivil, com diferentes

caixilhos no vão envidraçado ................................................................................................................................ 97

Quadro 7.7 – Custos iniciais das soluções de vidro, por cada vão envidraçado. (segundo orçamento da Saint

Gobain Glass, Portugal) ......................................................................................................................................... 98

Quadro 7. 8 – Custo de energia (electricidade) actualizados ao ano 0, até ao ano 10. ........................................ 99

Quadro 7.9 – Estudo económico das várias soluções de vidro estudadas: Cenário 1 - Substituição ................. 100

Quadro 7.10 – Estudo económico das vária soluções de vidro estudadas: Cenário 2 – Implementação Nova . 102

xii

SIMBOLOGIA

Abreviaturas

ADENE – Agência para a Energia;

AMI - Assistência Médica Internacional;

AQS – Águas quentes sanitárias;

AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado;

BCE - Banco Central Europeu;

Cap – Capítulo;

CCS- Carbon Capture and Storage;

CH4 - Metano;

CO2 – Dióxido de carbono;

DECivil - Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico;

DGEG - Direcção Geral de Energia e Geologia;

DL – Decreto-Lei;

E – Este;

g - Factor solar do vão envidraçado;

Gases F - Hidrofluorocarbonetos;

GEE – Gases de efeito de estufa;

INETI - Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação;

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change;

IST – Instituto Superior Técnico;

kgep – Quilograma equivalente de petróleo;

LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil;

N – Norte;

N2O - Óxido nitroso;

Nic – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento;

Ntc – Necessidades globais de energia primária;

Nvc – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento;

O ou W - Oeste;

OCDE - Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico;

OPEP – Organização dos Países Exportadores de Petróleo;

PIB – Produto interno bruto;

PQ - Protocolo de Quioto;

RCCTE – Regulamento das características de comportamento térmico de edifícios;

xiii

RCD - Resíduos de construção e demolição;

RPH – Número de renovações horárias do ar de uma fracção autónoma;

RSECE – Regulamento dos sistemas energéticos e climatização de edifícios;

S - Sul;

SCE – Sistema nacional de certificação energética e da qualidade do ar em edifícios;

SET PLAN - Strategic Energy Thechnology Plan;

tep – Tonelada equivalente de petróleo;

Tv - Coeficiente de transmissão luminosa;

U – Coeficiente de transmissão térmica;

UE – União Europeia;

UE-27 - União económica e política de 27 Estados-membros independentes da Europa;

UK – Reino Unido (United Kingdom);

USA – Estados Unidos da Améria (United States of America);

(referentes à campanha experimental de monitorização térmica do gabinete do DECivil)

AC - Sistema de climatização de ar condicionado com bomba de calor;

DRIE - declive da recta no interior dos elementos;

FP - Fluxo de calor no pano de alvenaria (parede) [W/m2];

FV – Fluxo de calor no pano envidraçado [W/m2];

Rd – Radiação global em plano horizontal [W/m2];;

TA - Temperatura ambiente [oC];

TAE – Temperatura ambiente exterior do gabinete do DECivil [oC];

TAI - Temperatura ambiente interior do gabinete do DECivil [oC];

Tsi – Temperatura superficial interior [oC];

Tse - Temperatura superficial exterior [oC];

(referente a expressões matemáticas)

I – Energia solar global incidente (radiação directa + difusa) [kWh];

T – Transmissão energética global (Transmitida directamente) [kWh];

R – Reflexão energética global (Parcela Reflectida) [kWh];

A – Absorção energética global (Parcela Absorvida) [kWh];

Ae – Fracção da energia absorvida emitida para o exterior [kWh];

Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior [kWh];

– Área visível de caixilharia [m2];

– Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/m2.oC];

– Área visível de vidro [m2];

– Coeficiente de transmissão térmica do vidro [W/m2.oC];

xiv

– Perímetro de vidro visível [m];

– Coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.oC].

E - Coeficiente de Young [GPa];

θi – temperatura interior [oC];

Qcond – Quantidade de calor transferido por condução [kWh];

λ – Condutibilidade térmica do elemento [W/m.°C];

A – Área da superfície [m2];

dT/dx – Gradiente de temperatura [°C/m];

μm – micrómetro (10E-6m);

Ntc - Necessidades nominais globais de energia primária [kgep/m2.ano];

Nic - Necessidades nominais de aquecimento [kWh/m2.ano];

Nvc - Necessidades nominais de arrefecimento [kWh/m2.ano];

Nac - Necessidades nominais de preparação de águas quentes sanitárias [kWh/m2.ano];

ɳi - Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para o aquecimento (= 0,3);

ηv - Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para arrefecimento (= 0,4);

Fpui - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de aquecimento;

Fpuv - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de arrefecimento;

Fpua - Factor de conversão de energia útil em energia primária na preparação de AQS;

n – Ano n;

– Custo da energia no ano n actualizado ao ano 0 [€];

– Custo actual de energia [€];

α' – Taxa de inflação do custo de energia;

α – Taxa de actualização;

PR – Período de retorno [anos];

– Variação do custo de investimento [€];

– Variação do custo de exploração [€].

Cap. 1 – Introdução

1

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO

1.1. Enquadramento geral

1.1.1. Emissões de carbono e sustentabilidade ambiental

O aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE) produzidas pela queima dos combustíveis fósseis,

usados para satisfazer as crescentes necessidades energéticas a nível global, estão a provocar graves alterações

climáticas no planeta.

Na Figura 1.1 é apresentado graficamente esse aumento da concentração de GEE na atmosfera ao longo dos

anos, sendo possível concluir que o seu valor quase que duplicou, entre os anos de 1970 e 2004.

Figura 1.1 - Emissões mundiais anuais de gases de efeito estufa (GEE) entre 1970 e 2004 (adaptado de [1]).

A elevada concentração de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera terrestre tem como principais

consequências: o aumento das temperaturas globais médias, mudanças nos regimes de chuva e nos níveis de

precipitação, a ocorrência com maior frequência de eventos climáticos extremos, a elevação do nível das águas

do mar e alterações de ecossistemas [1].

Segundo o 4º relatório de avaliação do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas [2] (IPCC, na

sigla inglesa), a temperatura na superfície terrestre aumentou 0.74 ± 0,18 °C durante o século XX. Os modelos

climáticos referenciados também pelo IPCC estimam que as temperaturas globais de superfície,

provavelmente, aumentarão no intervalo entre 1.1°C a um máximo de 6.4 °C, entre 1990 e 2100 [1]. No ano de

2010, em Portugal Continental, foi registado um valor médio de temperatura do ar de 15.42°C, superando em

+0.24°C, o valor médio registado entre os anos de 1971 e 2000 [2].

No sentido de alcançar um novo equilíbrio, que esteja em harmonia com o ambiente e que respeite os direitos

das gerações futuras, foram tomadas um conjunto de medidas com o intuito de responsabilizar os Governos

mundiais pelas suas condutas.

INFLUÊNCIA DOS VÃOS ENVIDRAÇADOS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFÍCIOS Aplicação ao edifício do DECivil-IST

2

Em 1997, trinta e seis dos países industrializados assinaram o Protocolo de Quioto (PQ), onde assumiram

compromissos rígidos no sentido de diminuir as emissões de GEE, nomeadamente, nos sectores dos

transportes e da energia. No entanto, como a validação do PQ dependia da subscrição de um número

suficiente de países que no total fossem responsáveis por 55% das emissões dos países industrializados, só a

partir de Fevereiro de 2005, após a adesão da Rússia (em 2004), o protocolo entrou em vigor. Este protocolo

define, como principais objectivos, a redução global da emissão de gases do efeito de estufa na ordem dos

5,2%, no período entre 2008 e 2012, comparativamente às emissões de 1990, e de uma redução de 8%, para os

países pertencentes também à União Europeia (UE) [3].

Por outro lado, a União Europeia, com a finalidade de desenvolver uma economia energeticamente

competitiva, com redução das emissões de carbono, recorre à iniciativa «metas 20-20-20». Com esta iniciativa,

os Estados-Membros pretendem atingir até 2020, as seguintes metas [4]:

redução das emissões de gases de efeito de estufa em 20%, face aos níveis de 1990;

aumento em 20% do uso de fontes de energia renováveis e;

adopção de medidas com vista à obtenção de uma poupança energética de 20% relativamente aos

níveis de consumo actuais.

O cumprimento destes objectivos só é possível com a implementação de fortes medidas a nível global,

permitindo uma reformulação do consumo da energia por parte da sociedade, baseadas nos seguintes

fundamentos:

éticos e sociais: actualmente 28% da população mundial consome 77% de toda a energia produzida,

enquanto 72% vivem apenas com os restantes 23% [4];

ambientais: contribuição para a redução das emissões de GEE;

estratégicos: a Europa depende fortemente de países fora da UE (alguns deles politicamente muito

instáveis) para satisfazer as suas necessidades de combustíveis fósseis, razão pela qual não existe

uma certeza de continuidade do fornecimento;

económicos: o custo anual da factura energética representa uma parcela significativa das despesas

de um edifício.

Concluindo, e face à situação actual do consumo de energia, a eficiência energética pode ter um papel muito

importante, podendo ser fundamental na redução dos consumos de energia e respectiva dependência dos

combustíveis fosseis. Não é suficiente procurar energias alternativas renováveis, é preciso também optimizar

os consumos energéticos, recorrendo à utilização racional de energia.

1.1.2. A dependência energética de Portugal

Embora Portugal seja um país com escassos recursos energéticos de origem fóssil, cerca de 76.1% da energia

primária nacional é consumida precisamente sob essas fontes de energia (petróleo, carvão e gás natural), o que

obriga à importação destes recursos energéticos. Na Figura 1.2 é apresentado graficamente o consumo de

energia primária por fonte, em Portugal, no ano de 2011.


3

Figura 1.2 - Consumo de energia por fonte, em Portugal no ano de 2011 [5].

Segundo dados do Eurostat, Portugal está entre os 10 países da UE-27 com maior dependência energética

externa [6]. A forte dependência energética é um dos problemas graves que Portugal enfrenta e, num

contexto de custo energia cada vez mais elevado, constitui uma das muitas causas da crise económica que

abala a sociedade e o Estado português. Segundo a Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG) [5], a

dependência de Portugal, em termos de importação de energia, no ano de 2011, foi de 77.1%. Ainda assim,

esta dependência de energia externa tem vindo a diminuir desde 2005, ano que atingiu 88.8% [5].

Em 2011, o saldo importador de produtos energéticos cifrou-se em 7 100 M€, representando um aumento de

+27.7%, face ao valor de 2010 (5 561 M€). Em termos do valor importado de produtos energéticos, no ano de

2011, o petróleo bruto e refinados representaram cerca de 82% e o gás natural cerca de 13% desse valor total

[7].

Associada à forte dependência energética, o país depara-se com uma elevada ineficiência na utilização da

energia, o que facilmente se demonstra comparando a quantidade de energia primária consumida em relação

ao produto interno bruto (PIB). Por exemplo, em 2009, foram necessárias 187 toneladas equivalente de

petróleo (tep) para produzir 1000 euros de PIB, quando a média europeia (UE-25) foi de 165 tep [6].

Tal como nos restantes países desenvolvidos do mundo, torna-se necessária uma alteração de padrões de

produção e de consumo de energia e uma reformulação energética (tal como mencionado em 1.1.1),

permitindo aumentar a eficiência energética e ambiental da economia do país e reduzir a sua vulnerabilidade

em relação ao comportamento dos mercados internacionais. No ano de 2005, visando promover as energias

renováveis, aumentar a eficiência energética e reduzir a dependência externa, Portugal adoptou a New Energy

Policy, comprometendo-se com as seguintes metas [8] [9]:

60% da electricidade ser produzida a partir de fontes renováveis (31% em termos de energia

primária);

melhoria de eficiência energética equivalente a 10% do consumo final de energia até 2015;

forte investimento em projectos de energia solar e das ondas ,entre outras, nas energias renováveis

Portugal aponta para o valor de 31% de aumento do recurso a este tipo de energias, e não apenas os

20% estabelecidos pela U.E., com as «metas 20-20-20».

Petróleo 45.8%

Carvão 10.6%

Outros 0.6%

Biomassa

13.9%

Energia Eléctrica

9.3%

Gás Natural 19.7%

Energia Primária 2011


4

Em termos de consumos por sectores de actividade em Portugal, destacam-se os sectores dos transportes,

indústria e doméstico. Na Figura 1.3 é apresentado, o consumo de energia final em Portugal, por sector de

actividade, no ano de 2010.

Figura 1.3 - Consumo de energia final em Portugal, por sector de actividade, em 2010 [5].

Em Portugal no ano de 2010, o consumo de energia final atingiu o valor de 17276 ktep, tendo-se verificado

uma redução de 1.3% face ao ano de 2009 [5]. A parcela de energia consumida nos edifícios (serviços + sector

doméstico) é cerca de 29% da energia final, e cerca de 62% do consumo de energia eléctrica nacional, o que

evidencia, desde logo, a necessidade de moderar especialmente o consumo de energia eléctrica nos edifícios.

Segundo a ADENE [3], com algumas pequenas intervenções nos edifícios, é possível poupar até 30-35% da

energia consumida, mantendo as mesmas condições de conforto.

1.1.3. Impacto e sustentabilidade ambiental na indústria da construção

A indústria da construção representa uma actividade com grande impacto no meio ambiente, designadamente,

nos consumos de energia, de água, de materiais e na produção de resíduos. Segundo a Agenda 21 para a

Construção Sustentável [10], nos países industrializados a construção civil consome cerca de 50% dos recursos

naturais, produz 50% dos resíduos e é responsável por cerca de 30% das emissões de CO2. A Indústria da

construção civil constitui assim um dos sectores da actividade humana que mais impacto ambiental exerce

sobre o planeta. Durante o seu ciclo de vida, o maior impacto energético-ambiental de um edifício acontece no

período em que este está em operação (utilização e manutenção do edifício). Os custos associados aos

consumos durante esta fase atingem em média, o valor da construção num prazo de 7 a 20 anos [11].

Os interesses económicos e a necessidade de construir rapidamente fizeram com que em Portugal, nos últimos

50 anos, se colocasse de parte algumas das boas práticas ancestrais de construção, cuja adaptação à região se

tornava tão característica. Verificou-se assim, a construção de edifícios pouco adaptados às características

climáticas do local e que apresentavam elevados consumos energéticos na sua utilização. Foram adjudicados

muitos projectos de edifícios sem haver a preocupação com os custos de utilização e de manutenção, durante a

30.1%

37.4%

17.0%

11.7%

3.8%

Indústria

Transportes

Sector doméstico

Serviços

Outros (agricultura, pescas, construção e obraspúblicas, etc.)


5

vida útil do edifício. Assim, os edifícios com um recurso cada vez maior a equipamentos de ar condicionado

para controlo do ambiente interior, tornaram-se grandes consumidores de energia. Nos países desenvolvidos

pertencentes à OCDE (Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Económico) os edifícios são

actualmente responsáveis por 40% da energia final consumida, ultrapassando significativamente os resultados

de todos os meios de transporte em conjunto [12].

Mais recentemente, começa-se a verificar em alguns projectos de edifícios, a preocupação com os custos e

impactos ambientais das fases de utilização, e também, de eventual demolição. O custo de construção deixou

assim de ser o único custo a influenciar a decisão de construir. Existem oportunidades atractivas de redução da

utilização de energia dos edifícios com menores custos e maiores retornos do que noutros sectores. Na Figura

1.4 é apresentada esquematicamente uma possível poupança energética e de emissões de CO2, que a

renovação de um edifício médio na UE permite.

Figura 1.4 – Renovação de edifícios: poupança energética e emissões de C02 (adaptado de [13]).

1.1.4. Certificação energética de edifícios

Em 2003 foi publicada a Directiva Comunitária 2002/91/CE que obriga todos os Estados Membros a melhorar o

desempenho energético das construções ao nível da térmica e do consumo de águas quentes sanitárias. Esta

directiva foi transposta para a legislação portuguesa em 2006, através do Decreto-Lei 80/2006 de 4 de Abril

[14].

Em 2010, foi publicada a Directiva 2010/31/UE do Parlamento Europeu e do Conselho relativa ao desempenho

energético dos edifícios (reformulação). Esta directiva, com o intuito de promover a melhoria do desempenho

energético dos edifícios na União Europeia, estabelece requisitos para as metodologias de cálculo e aplicação

de requisitos mínimos do desempenho energético dos edifícios, planos nacionais para aumentar o número de

edifícios de necessidades de energia quase nulas (net zero-energy buildings), certificação energética e

inspecção das instalações de aquecimento e ar condicionado [15].


6

Assim, os novos projectos da térmica de edifícios passaram a ser examinados por peritos qualificados, e a sua

execução, alvo de fiscalização e peritagem em obra. As características de eficiência energética de cada edifício,

ou de cada fracção autónoma, passaram a ser expressas num certificado energético através de um sistema de

etiquetagem, no qual é mencionada a classe de eficiência, o valor do consumo anual de energia e a respectiva

emissão de carbono [16].

A certificação energética dos edifícios é uma medida obrigatória promovida pela Comissão Europeia, com o

objectivo de optimizar o desempenho energético-ambiental do meio edificado, através da colocação da

informação relevante ao dispor do utilizador final e aumentando o seu poder de escolha com base em dados

quantificados.

Com a certificação energética, os proprietários têm a possibilidade de conhecer a qualidade energética do

edifício, antes de o adquirirem, e os promotores e construtores terão tendência a utilizar componentes e

equipamentos de melhor qualidade.

Actualmente existem vários sistemas de certificação energética como o LiderA (Portugal), o Breeam (UK), o

Leed (USA), o Casbee (Japâo), o Nabers (Austrália), entre outros. Estes sistemas apresentam diferenças entre si,

sendo cada um mais adaptado às condições do seu país de origem.

1.1.5. Sustentabilidade na construção

O termo "sustentabilidade" é utilizado nos mais variados contextos e frequentemente associado à missão das

mais diversas empresas, dos meios de comunicação de social e nas organizações da sociedade civil. É um dos

temas fortes da agenda mundial, não só do ponto vista ecológico e ambiental, mas também económico e

social.

De uma forma muito sucinta, a sustentabilidade assenta em três grandes vectores: o planeta (preocupações

ambientais), as pessoas (preocupações sociais) e a rentabilidade (preocupações económicas), representados

esquematicamente na Figura 1.5.

Figura 1.5 - Os três vectores da sustentabilidade (adaptado de [16]).

No sector da construção civil, a sustentabilidade visa conceber edifícios energeticamente eficientes, utilizando

reduzidos recursos materiais e de energia, produzindo reduzidas quantidades de resíduos, tendo sempre como


7

base, preocupações económicas e ambientais. Assim, um projecto de um edifício dito “sustentável” passa

essencialmente por [17]:

melhorar a eficiência energética, diminuindo as necessidades em iluminação, ventilação e

climatização artificiais;

substituir o consumo de energia fóssil por energia renovável, não poluente e gratuita;

adoptar sistemas de tratamento de resíduos orgânicos, sistemas de reaproveitamento de água e

outros;

utilizar materiais de origem local, preferencialmente materiais de fontes renováveis ou com

possibilidade de reutilização e que minimizem o impacto ambiental (como extracção, consumos de

energia e de água, aspectos de saúde e emissões poluentes).

O presente estudo, sobre o impacto dos vãos envidraçados no desempenho energético de um edifício,

pretende contribuir para a melhoria destes sistemas solares passivos, contribuindo para a melhoraria da

eficiência energética, diminuindo as necessidades em iluminação, ventilação e climatização artificiais. A

adequação do projecto de um edifício que proporcione uma redução nos consumos energéticos do edifício,

não requer necessariamente o aumento significativo dos custos de construção. Hoje em dia, exige-se que esta

prática não dependa apenas de uma intuição empírica como no passado, traduzindo-a tanto em conhecimento

técnico sistematizado, como numa maior exigência quanto aos padrões de qualidade que tutelam a indústria

da construção.

1.1.6. Sistemas solares passivos e importância do vão envidraçado nas trocas de

calor

Na Europa as pessoas passam cerca de 90% do seu tempo no interior dos edifícios, pelo que uma inadequada

gestão da energia conduz a gastos desnecessários em grande escala, nomeadamente gastos em climatização

[18].

Os sistemas de aquecimento, arrefecimento e iluminação são geralmente os grandes responsáveis pelo

elevado valor das facturas energéticas do edificado, pelo que, uma das grandes preocupações da engenharia

civil é conceber edifícios que permitam o menor recurso possível a este tipo de sistemas, mantendo uma boa

climatização interior e o bem-estar do utilizador. Neste sentido, é necessário apostar e desenvolver outros

sistemas que contribuam para esse objectivo, sem recurso a energia fóssil ou não renovável, como os sistemas

solares passivos. Nestes, as trocas de energia de aquecimento ou arrefecimento fazem-se por meios naturais,

tal como será descrito no capítulo 2.1 desta dissertação.

A envolvente exterior é o principal elemento de regulação da temperatura ambiente interior de um edifício,

uma vez que actua como regulador das cargas térmicas. Os sistemas de caixilharia, vidros e sombreamento,

que compõem os vãos envidraçados, são parte fundamental da envolvente exterior. A sua permeabilidade ao

ar e isolamento térmico têm uma influência directa no consumo de energia de um edifício.


8

Segundo dados da ADENE e da DGEG, os vãos envidraçados têm um peso no balanço térmico global dos

edifícios, de cerca de 35 a 40% das perdas térmicas totais dos edifícios, no Inverno, e são grandes responsáveis

pelos problemas de sobreaquecimento interior e por grande parte das necessidades de arrefecimento

associadas à envolvente, no Verão [19].

As tendências construtivas apontam para a utilização crescente de vãos envidraçados de grandes dimensões,

representando, cada vez mais, uma maior área da envolvente exterior dos edifícios. Estes elementos estando

em contacto directo com o ambiente exterior, e sendo altamente favoráveis a trocas de calor e ganhos solares,

são elementos com grande responsabilidade com comportamento térmico de edifícios. Com as novas

exigências em termos de consumo energético de edifícios em Portugal, é cada vez mais necessário controlar da

melhor forma possível as trocas de calor ao nível dos envidraçados, optando-se por soluções adequadas que

sejam capazes de tornar os edifícios mais eficientes do ponto de vista energético.

1.2. Objectivos

O objectivo principal desta dissertação é avaliar a influência dos vãos envidraçados e dos seus diferentes

elementos (vidro, ar de preenchimento, estore e caixilho) no consumo energético dos edifícios.

Como caso de estudo foi escolhido um gabinete do Pavilhão de Civil do IST – Alameda, com orientação a Este

que, por ter um vão envidraçado com uma área relativamente grande (cerca de 66% da área de fachada),

apresenta alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos energéticos. Será estudado o seu

comportamento térmico com as soluções construtivas actuais e com diferentes soluções de vãos envidraçados,

escolhidas e indicadas por técnicos especialistas para o caso de estudo em particular, com a finalidade de se

fazer uma comparação em termos de desempenhos energéticos (consumos).

Para o cálculo dos consumos energéticos, recorreu-se ao programa informático de análise dinâmica do

comportamento térmico de edifícios - EnergyPlus Energy Simulation Software [20] e aos programas

Window 7 [21] e Calumen II [22], para a definição dos vãos envidraçados em estudo.

Foram realizadas duas campanhas de monitorização térmica do gabinete, durante as estações de Inverno e

Verão, com a finalidade de avaliar o comportamento térmico do gabinete e de calibrar o modelo de simulação

energética no programa EnergyPlus. Nestes campanhas foram efectuadas medições de: radiação global em

plano horizontal; temperaturas no ambiente interior e exterior, e nas superfícies do vidro, protecções solares e

parede; fluxos de calor no vidro e na parede.


9

1.3. Organização do trabalho

Este trabalho encontra-se estruturado em oito capítulos, agrupados em duas partes distintas.

A primeira parte, da qual fazem parte os capítulos 1 a 3, documenta num todo, o estado da arte e os

parâmetros energéticos associados aos vãos envidraçados. A segunda parte do trabalho é constituído pelos

capítulos 4 a 8, onde ser descreve o trabalho experimental e numérico conduzido na presente investigação,

aplicado a um caso de estudo real em Portugal. Nestes capítulos é apresentada a metodologia de análise, o

caso de estudo, a análise e discussão dos resultados e conclusões.

No presente capítulo, Capítulo 1, é realizado o enquadramento geral do estudo, com destaque para a

importância de uma boa envolvente na eficiência energética e funcionamento de um edifício. São ainda

apresentados os objectivos gerais deste estudo.

No Capítulo 2 são apresentadas algumas boas práticas construtivas e de projecto, no âmbito da construção

sustentável, que se enquadram basicamente, em quatro grandes áreas: gestão energética, gestão da água,

gestão de materiais e gestão de resíduos de construção e demolição.

No Capítulo 3 são abordadas as características de comportamento térmico e óptico do vidro, noções

imprescindíveis à optimização e dimensionamento dos vãos envidraçados na concepção de um edifício.

No Capítulo 4 é apresentado o caso de estudo, um gabinete do Departamento de Engenharia Civil,

Arquitectura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico (DECivil-IST), incluindo a caracterização climática da

cidade onde se insere, Lisboa.

No Capítulo 5 é apresentada uma descrição dos trabalhos experimentais realizados durante as campanhas

experimentais, cujo objectivo é a monitorização do comportamento térmico do gabinete através de ensaios em

condições reais de funcionamento.

No Capítulo 6 é descrito todo o processo de modelação energética do gabinete em estudo no programa

informático EnergyPlus, bem como a descrição deste software. Neste capítulo são também apresentados

alguns estados de calibração do modelo definido, através dos resultados experimentais e através do RCCTE.

No Capítulo 7 são apresentados os resultados obtidos, calculados através da simulação energética do gabinete,

em EnergyPlus, com as diferentes soluções de vão de envidraçado e respectiva análise comparativa. Neste

capítulo, antes da apresentação dos resultados, é realizada uma descrição de cada elemento (vidro, caixilho e

dispositivo de sombreamento) simulado. Por fim é apresentada uma análise custo benefício do elemento vidro,

onde serão calculados os períodos de retornos das várias soluções de envidraçado.

Finalmente, no Capítulo 8, apresentam-se as principais conclusões do trabalho e são propostos temas para um

futuro desenvolvimento.


10

Cap. 2 – Construção Sustentável Importância de boas práticas construtivas e de projecto

11

CAPÍTULO 2 – CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL E IMPORTÂNCIA DE BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS E DE PROJECTO

2.1. Gestão energética

A população europeia, e tal como referido no capítulo introdutório, passa cerca de 90% do seu tempo no

interior de edifícios, consumindo cerca de 40% da energia total utilizada na Europa [12] [18]. Este elevado

consumo energético em edifícios torna necessária uma implementação de boas práticas na construção de

edifícios, que reduzam os consumos de energia e que fomentem o recurso a fontes de energia renováveis.

A aplicação destas boas práticas construtivas e de projecto permitem aos edifícios tirarem partido das

características climáticas do local, de forma a optimizar o conforto no seu interior, tentando reduzir para

valores próximos de zero, os seus consumos energéticos (net zero-energy buildings) [15]. Este tipo de gestão de

energia é conseguido com recurso a sistemas activos e passivos, fundamentais na construção sustentável de

edifícios.

Os sistemas activos recorrem a formas de energia renováveis e normalmente são compostos por mecanismos

automatizados. Uma das fontes de energia mais utilizadas é o sol, cuja energia pode ser transformada em

energia térmica e em energia eléctrica. Outras fontes renováveis também aproveitadas, são por exemplo, o

vento, a água de barragens, ondas do mar e a geotermia.

Os sistemas solares passivos, por sua vez, definem-se por processarem as trocas de energia térmica por meios

naturais, sem recurso a mecanismos automatizados. São exemplos destes sistemas, os vãos envidraçados, os

dispositivos de sombreamento fixos, as coberturas verdes, os isolamentos térmicos, as paredes trombes, as

paredes massivas, as colunas de água, entre outros. A sua adopção e definição em projecto variam em função

do clima, dos aspectos construtivos do edifício e também do tipo de utilização.

Projectar edifícios no âmbito da construção sustentável consiste em pensar o edifício tendo como base toda a

envolvência climática e ambiental do local em que este se insere, optimizando o seu conforto interior. Uma boa

solução construtiva num determinado local, não tem necessariamente o mesmo desempenho energético que

outra exactamente igual em condições geográficas e climáticas diferentes, embora o uso possa ser idêntico.

Assim, as boas práticas construtivas e de projecto a adoptar num determinado edifício, deverão ser

previamente definidas, tendo em consideração a especificidade climática do local, a função do mesmo e o

modo de ocupação do edifício, de forma a promoverem um bom desempenho energético. Estas boas práticas

são um conjunto de regras ou estratégias de carácter geral, destinadas a influenciarem a forma geométrica do

edifício bem como os seus processos, sistemas e componentes construtivos. Seguidamente serão apresentadas

algumas dessas boas práticas de projecto e construtivas, referentes à gestão energia [17].


12

Boas Práticas de gestão de energia - aquecimento (climas de Inverno):

Colocação de um isolamento em toda a envolvente do edifício, preferencialmente por fora,

promovendo a redução de perdas de calor por condução. No caso da envolvente opaca (paredes,

coberturas e pavimentos), os materiais de isolamento dos elementos construtivos poderão ser, por

exemplo, a cortiça, o poliestireno expandido e extrudido, o poliuretano e as lãs minerais. No caso da

envolvente envidraçada, deve realizar-se uma selecção criteriosa do vão envidraçado para que o

conjunto vidro/caixilho apresente valores de coeficiente de transmissão térmica relativamente

reduzidos;

adopção de paredes de elevada massa, promovendo o aumento da inércia térmica e permitindo

uma maior absorção, armazenamento e difusão do calor;

a restrição das perdas por infiltração e o efeito da acção do vento no exterior do edifício, com a

implementação de vegetação, promovendo a protecção dos ventos dominantes, de caixilharias

estanques e, quando possível, escolher uma boa orientação para o edifício;

orientação preferencial de superfícies envidraçadas a Sul uma vez que no Inverno, o percurso do sol

efectua-se com altura solar reduzida e para azimutes próximos do Sul geográfico (como será descrito

e apresentado no capitulo 3.1 deste trabalho);

adopção de cores escuras nos pavimentos, permitindo uma maior absorção de calor num nível mais

baixo, o que contribui para um maior conforto;

execução de parede de trombe a Sul, para captação e absorção da radiação solar.

Boas Práticas de gestão de energia - arrefecimento (Verão):

Implementação de paredes pesadas com isolamento pelo exterior, restringindo os ganhos por

condução e promovendo uma maior inércia térmica;

implementação de dispositivos de sombreamento eficazes, móveis ou fixos, nos vãos envidraçados,

restringindo os ganhos solares, principalmente nos vãos com orientação a Este e a Oeste, onde a

altura solar é menor;

adopção de cores claras nas superfícies verticais interiores, fazendo com que o calor seja distribuído

pelo interior da divisão, uma vez que estas tonalidades reflectem melhor a radiação solar;

promoção da ventilação cruzada (nocturna) e o recurso a sistemas de tubos enterrados.

2.2. Recursos finitos

2.2.1. Gestão de água em edifícios

A nível mundial, verifica-se um consumo de água potável a uma taxa superior à da sua renovação no ciclo

hidrológico, tornando-o num recurso natural finito. O consumo de água potável tem vindo a aumentar nos

últimos anos, tendo triplicado desde 1980. Actualmente, o consumo mundial de água representa 4340 km3 por

ano e, caso se mantenha constante, prevê-se que em 2025, dois em cada três habitantes do planeta, venham a

sofrer de falta de água [23] [24].

Cap. 2 – Construção Sustentável Importância de boas práticas construtivas e de projecto

13

É cada vez mais importante que sejam promovidas e aplicadas políticas de gestão baseadas num uso

sustentável da água, de forma a manter o equilíbrio e o funcionamento contínuo do ecossistema global. O

grande desafio da humanidade, em termos da gestão de água, é o de conseguir satisfazer as necessidades da

sociedade actual sem comprometer as futuras gerações, considerando a evolução da humanidade segundo as

perspectivas de evolução social e económica (crescimento populacional, desenvolvimento industrial), num

cenário de progressiva escassez de água em quantidade e qualidade aceitáveis. Este desafio é concretizável, se

houver uma mudança de atitude na forma como a água é utilizada, gerida e valorizada. É necessário criar uma

nova cultura baseada no seu uso eficiente, na protecção e recuperação das águas naturais [18].

Ao nível dos edifícios, a gestão sustentável de água é conseguida através da redução dos consumos, do

aproveitamento das águas pluviais e da reutilização das residuais. Hoje em dia, os edifícios devem ser

concebidos e construídos de forma a optimizar o consumo de água, sem reduzir o conforto nem o grau de

higiene associados ao seu uso.

Boas práticas na gestão de águas em edifícios:

instalação de válvulas redutoras de pressão sempre que a pressão disponível seja excessiva;

instalação de equipamento de detecção de fugas;

utilização de sanitas que recorram a quantidades reduzidas de água ou adopção de bacias de retrete

em sistema seco;

utilização de torneiras com dispositivo arejador (acrescentam ar, produzindo no uso a sensação de

maior caudal), misturadoras monocomando, termostáticas, automáticas ou semi-automáticas (com

infravermelhos ou temporizadores);

colocação de bases de chuveiro em detrimento de banheiras;

selecção preferencial de materiais ou sistemas construtivos que utilizem reduzida quantidade de

água;

utilização da vegetação mais apropriada ao local, isto é, não que necessite de muita água;

realização de rega de jardins com recurso a sensores de humidade.

2.2.2. Gestão de materiais

Como apresentado no capítulo introdutório, a indústria da construção tem uma grande responsabilidade no

consumo dos recursos naturais mundiais. Esta indústria, por exemplo, consome cerca de 25% da madeira e

40% dos agregados de todo o mundo [25].

Em termos de gestão de materiais, sintetiza-se as principais boas práticas construtivas e de projecto a adoptar,

no sentido de reduzir este consumo e evitar a delapidação destes recursos naturais:

preferência por materiais com maior ciclo de vida;

redução do desperdício, em todas as fases do processo construtivo;


14

utilização de materiais da região, de forma a reduzir-se o impacto resultante do transporte, como por

exemplo, utilização de pedra natural da região;

preferência por materiais recicláveis: madeira, isolamento em cortiça ou fibra de coco e materiais de

revestimento ecológicos;

redução do recurso a materiais tóxicos e;

promoção da utilização de materiais não poluentes, duráveis, com reduzida manutenção, de reduzida

energia incorporada, recicláveis e reutilizáveis;

2.2.3. Gestão de resíduos de construção e demolição

Por outro lado, e tal como apresentado também no capítulo introdutório, a industria da construção civil é uma

das principais fontes produtoras de resíduos, gerando uma quantidade de resíduos que se aproxima das

quantidades produzidas de resíduos sólidos urbanos.

Os resíduos de construção e demolição (RCD) incluem os desperdícios provenientes de demolições,

remodelações e obras novas de construção civil, sendo na sua maioria constituídos por argamassas, alvenarias,

betão armado, terras e pequenas quantidades de outros resíduos como sejam embalagens, latas, vidros,

madeiras, podendo ainda incluir, pequenas quantidades de amianto e resinas (resíduos perigosos). É

fundamental um adequado destino dos resíduos, tendo em atenção que estes possuem quantidades

significativas de constituintes que podem ser reutilizáveis e recicláveis em detrimento da convencional opção

da sua deposição em aterro. Actualmente, mais de 65% dos resíduos ainda são enviados para aterro, 30% é

reciclado ou reutilizado e a restante parcela sofre incineração [18].

Para a melhoria da gestão dos RCD propõem-se as seguintes boas práticas [18]:

incentivo à reabilitação de edifícios degradados evitando a sua demolição;

realização de um planeamento adequado do processo construtivo de novos edifícios para que sejam

minimizadas as alterações em obra;

inclusão de elementos pré-fabricados (possíveis de posterior reutilização);

minimização do uso de materiais compósitos;

criação de projectos flexíveis de forma a no futuro possam ser modificados, em virtude de alteração da

sua função;

diminuição da produção de resíduos perigosos;

contemplação em projecto e posterior instalação de eco pontos;

recolha selectiva dos RCD;

reutilização de materiais;

redução da produção de resíduos através do controlo na aquisição de materiais e;

utilização de acabamentos de reparação simples.

Cap. 3 – Vãos envidraçados em edifícios

15

CAPÍTULO 3 – VÃOS ENVIDRAÇADOS EM EDIFÍCIOS

Quando um envidraçado, ou uma outra superfície qualquer, se encontra em contacto com duas zonas a

diferentes temperaturas, ocorrerá fenómenos de transferência de calor da zona de maior para a de menor

temperatura. No caso concreto de um vidro, estes fenómenos podem-se processar por três mecanismos

distintos: condução através do vidro e do caixilho, radiação através das superfícies do vidro e convecção

através de ar preenchimento da câmara de um vidro duplo.

Neste capítulo será apresentada a descrição desses processos de trocas de calor e das características ópticas e

térmicas do vidro. Será ainda apresentada uma breve explicação da composição da radiação que incide sobre a

superfície de um envidraçado, assim como o movimento do sol ao longo do dia e nas diferentes estações do

ano.

3.1. Geometria solar e composição da radiação

Ao longo do ano, o sol apresenta percursos solares diferentes, provocando variações no seu ângulo de

incidência na superfície terrestre. O ângulo de incidência, além de ser determinante nos ganhos solares,

permite conhecer o sombreamento no envidraçado causado pelas palas, se existentes, ou pela própria

geometria do edifício e pelos edifícios vizinhos ou espaço circundante.

No solstício de Inverno, o sol nasce sensivelmente a Sudeste e põe-se a Sudoeste, enquanto no solstício de

Verão, o sol nasce a Nordeste e põe-se a Noroeste. Além destas diferenças, no Inverno o percurso do sol é

praticamente ao nível dos vãos envidraçados de uma fachada vertical orientada a Sul, isto é, o sol apresenta

um percurso “mais baixo” em relação à superfície terrestre, possibilitando assim uma maior entrada de

radiação solar directa. Durante o Verão, o percurso do sol é próximo do zénite (“mais alto”), provocando uma

incidência dos raios solares de maior ângulo em vãos envidraçados orientados a Sul, atenuando os ganhos

solares [26].

Para uma melhor percepção do que foi explicado, na Figura 3.1 é representado esquematicamente os

movimentos diários do sol em Portugal, nas diferentes estações do ano.


16

Figura 3.1 - Movimento do sol ao longo do dia nas diferentes estações do ano, em Portugal (adaptado de [27]).

Sabendo a orientação do envidraçado e conhecendo o movimento diário do sol, é possível obter uma previsão

da quantidade de radiação solar que lhe será incidente nas diferentes estações do ano. Na Figura 3.2 é

apresentada a variação ao longo do dia da radiação solar incidente numa janela com as diferentes orientações,

nas estações de Verão e Inverno, em Portugal.

Figura 3.2 - Quantidade de radiação solar incidente em janelas com diferentes orientações, nas estações de Inverno e Verão [28].

Outro aspecto relevante para um estudo deste tipo, é conhecer a composição da radiação solar que atinge a

superfície da Terra. Basicamente, esta é composta por duas componentes distintas, a radiação directa que

atravessa unidireccionalmente a atmosfera até atingir a superfície terrestre e a radiação difusa que só a atinge

após múltiplos desvios nas partículas suspensas existentes na atmosfera [29].


17

A radiação total que atinge a superfície de um envidraçado, ou outra superfície presente na Terra, é constituída

pela soma da radiação directa e difusa, designada por de radiação solar global, e a componente da radiação

solar reflectida por qualquer corpo ou superfície, é expressa pelo albedo (em percentagem).

O albedo é a medida de quantidade de radiação solar reflectida por um corpo ou superfície e é obtido pela

razão entre a quantidade de radiação reflectida e a quantidade de radiação recebida. Depende do tipo

materiais superficiais, da sua rugosidade e também da inclinação dos raios solares, sendo maior o albedo,

quanto maior for essa inclinação. A radiação reflectida pelas superfícies do contorno, valor de albedo, pode ir

de 3% a 85% da radiação total incidente [30].

3.2. Fenómenos de transferência calor

O estudo dos mecanismos de trocas de calor através de um envidraçado irá permitir uma melhor compreensão

e acompanhamento de toda a restante dissertação.

O primeiro conceito a reter é o de energia térmica, que corresponde à fracção de energia interna que pode ser

transferida de um corpo para outro, devido a uma diferença de temperaturas. Geralmente, a transição

de energia térmica verifica-se sempre de uma massa (corpo) mais quente para uma massa mais fria. Esta

transmissão só termina quando os dois corpos atingirem a mesma temperatura, ou seja, alcançarem

o equilíbrio térmico. A esta energia transmitida designa-se por calor e a sua transmissão pode processar-se por

três mecanismos: condução, convecção e/ou radiação [30].

Na Figura 3.3 está esquematizado os diferentes processos de transferências de calor referidos.

3.2.1. Condução

A transmissão de calor por condução consiste na passagem de energia térmica, de um ponto a uma

temperatura mais elevada, para outro ponto a uma temperatura mais reduzida, provocada por fenómenos de

vibração de átomos e moléculas. Este é um processo que pode ocorrer dentro de um elemento isolado ou

entre elementos diferentes, caso se encontram em contacto directo. Os átomos e as moléculas que constituem

Figura 3.3 - Mecanismos de transferências de calor.

TRANSFERÊNCIA DE

ENERGIA TÉRMICA (CALOR)

DIFERENÇA DE TEMPERATURAS (∆T)

MECANISMOS CONVECÇÃO

CONDUÇÃO

RADIAÇÃO

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=205&Itemid=370#eq2

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica

http://www.futureng.pt/equilibrio-termico

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=248&Itemid=422#3

http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=248&Itemid=422#4


18

a matéria, ao sofrerem um aumento de temperatura, entram num estado de excitação que provoca a colisão

de átomos e de moléculas confinantes. Desta forma, a energia é transferida para regiões adjacentes, com

níveis de energia mais reduzidos, ou seja, regiões com temperatura inferior. Este mecanismo de transferência

de calor é susceptível de ocorrer em todos os estados físicos: gasoso, líquido ou sólido [30] [31].

A lei fundamental que descreve este processo de transmissão de calor é a lei de Fourier (Joseph Fourier, 1768-

1830). O calor transferido por unidade de tempo é proporcional à área de transferência perpendicular ao fluxo

de calor (A=W×H, m2) e ao gradiente de temperaturas (dT/dx), expresso pela equação 3.1 [29].

=

(3.1)

Onde:

Qcond – Quantidade de calor transferido por condução (W);

λ – Condutibilidade térmica do elemento (W/m.°C);

A – Área da superfície (m2);

dT/dx – Gradiente de temperatura (C/m);

Importa ainda referir que a condutibilidade térmica de um elemento (λ) é uma propriedade física intrínseca do

material que traduz a sua capacidade em conduzir calor. Um material que possua uma condutibilidade térmica

elevada é um material que oferece reduzida resistência à transmissão de calor por condução. Pelo contrário, se

o material possuir uma condutibilidade térmica reduzida, é um meio pouco propenso à propagação de calor e

designado por material isolante. Em geral, a condutibilidade térmica dos gases é menor do que a dos líquidos e

esta, por sua vez, menor de que a dos sólidos.

3.2.2. Convecção

A transmissão de calor por convecção que ocorre exclusivamente nos fluídos é provocada pelo movimento das

suas partículas constituintes, designados por movimentos macroscópicos do fluido. A associação de processos

de transferência de calor ao nível molecular (por condução) com a existência de um fluido em

movimento (líquido ou gás) acelera o processo de transferência de calor, tornando-se num processo de maior

eficácia [30].

Existem dois tipos distintos de convecção, a convecção natural, que ocorre devido à diferença de pressão

originada por um gradiente térmico, e a convecção forçada, que ocorre quando se impõe uma diferença de

pressão provocada por agentes externos, como é o caso do vento.

No caso específico de um envidraçado, as correntes de convecção verificam-se em zonas distintas: junto às

faces do vidro (interior e exterior) e no espaço que separa os vários panos (vidro duplo ou triplo) [31].


19

3.2.3. Radiação

O processo de transferência de energia designado por radiação é provocado pelo movimento de uma onda

electromagnética, onde a energia é transmitida de um corpo para outro sem ser necessário um interveniente

físico. A radiação térmica está restrita aos comprimentos de onda entre 0.1 e 100 μm do espectro

electromagnético e a propagação de ondas electromagnéticas (ou fotões) pode ocorrer através de corpos,

fluídos ou no vácuo, não necessitando da existência de matéria [29].

Todos os corpos ou superfícies que se encontrem a uma temperatura superior ao zero absoluto emitem

radiação electromagnética, por alteração na configuração electrónica dos seus átomos e moléculas. Esta

emissão será tanto maior quanto mais elevada for a sua temperatura e, se um corpo emitir mais energia do

que aquela que recebe proveniente das superfícies envolventes, a temperatura desse corpo diminuirá.

Existem dois tipos de transferência de calor por radiação [31]:

Transferência de calor por radiação de grande comprimento de onda (ou de onda longa) que engloba

comprimentos de onda no intervalo dos 3 aos 50 µm. É emitida por todos os corpos levando à

ocorrência de trocas de calor entre si.

Transferência de calor por radiação de baixo comprimento de onda (ou de onda curta), provém da

radiação solar e ocorre para comprimentos de onda na ordem dos 0.3 a 2.5 µm. A radiação de baixo

comprimento de onda é constituída pela radiação ultravioleta, 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, utilizados neste estudo e que têm a

particularidade de limitar a transmissão de radiação de onda longa.

3.3. Desempenho térmico e óptico do vidro

De forma a evitar repercussões graves durante o funcionamento de um edifício, é fundamental definir

correctamente em fase de projecto as características do comportamento térmico e óptico do vidro.

Os parâmetros de maior interesse para um estudo deste tipo, e abordados neste capítulo, são o factor solar

(g), o coeficiente de transmissão térmica (U), o coeficiente de transmissão luminosa (tv) e o coeficiente de

reflexão luminosa (Rv), de seguida apresentados.

3.3.1. Factor solar (g)

De toda a radiação total incidente num envidraçado, uma parte é transmitida instantaneamente para o

interior, outra é reflectida para o exterior e uma terceira parte é absorvida pelo próprio vidro. Da radiação

absorvida, que representa a energia acumulada no vidro, há ainda uma parcela que vai ser emitida para o

interior e uma outra para o exterior, devido a fenómenos de convecção e radiação. A decomposição da


20

radiação solar incidente num envidraçado divide-se assim em 3 parcelas: transmitida, reflectida e absorvida. Na

Figura 3.4. está representada esquematicamente a decomposição da radiação incidente num envidraçado.

Onde:

I – Energia solar global incidente (radiação directa + difusa);

T – Transmissão energética global (Transmitida directamente);

R – Reflexão energética global (Parcela Reflectida);

A – Absorção energética global (Parcela Absorvida);

Ae – Fracção da energia absorvida emitida para o exterior;

Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior.

Figura 3.4 - Decomposição da radiação incidente num envidraçado (adaptado de [32]).

Para definir a totalidade da radiação solar que é transmitida para o interior dos compartimentos recorre-se ao

parâmetro designado por factor solar do vidro (g). Este parâmetro considera como ganhos de calor pela

radiação solar a soma de duas parcelas, a radiação transmitida directamente (T) e a radiação absorvida e

reenviada para o interior (Ai), representadas na Figura 3.4 [33]. O factor solar de um envidraçado representa

assim o quociente entre a energia solar transmitida para o interior, através do envidraçado, e a energia da

radiação solar total incidente [14].

A equação 3.2 traduz exactamente essa definição:

(3.2)

Onde:

– Radiação solar incidente;

T – Transmissão energética global (Transmitida directamente);

Ai – Fracção da energia absorvida emitida para o interior.

O factor solar indica a fracção da energia solar que efectivamente atravessa o envidraçado e é transmitida para

o interior do edifício. Assim, quanto menor for o factor solar do vidro, menor será a quantidade energia através

deste.

Por outro lado, o g é condicionado pelo ângulo de incidência solar, condições de convecção natural pelo

exterior, velocidade do vento e espessura do vidro. No mercado é comum encontrar factores solares para os

vidros que variam entre 0.10 (vidro duplo de cor azul com controlo solar) e os 0.90 (vidro simples claro) [33].


21

3.3.2. Coeficiente de transmissão luminosa (tv)

O coeficiente de transmissão luminosa (tv) representa a percentagem da luz visível que é transmitida para o

interior do edifício, através do vidro.

Vidros com um elevado coeficiente de transmissão luminosa são vidros com um aspecto transparente e que

proporcionam ao utilizador uma boa iluminação natural, permitindo vistas para o exterior inalteradas.

Vidros com um reduzido coeficiente de transmissão luminosa são geralmente usados quando se verifica a

existência de problemas de encandeamento graves. Por outro lado, ao não permitirem a entrada de luz visível,

criam ambientes interiores com iluminação natural insuficiente, principalmente, em condições meteorológicas

de baixa radiação solar. Assim, o vidro com um reduzido coeficiente tv é inadequado para a maior parte das

aplicações de iluminação natural, uma vez que não permitem a entrada de luz natural suficiente para um

correcto e adequado desempenho de tarefas visuais típicas, havendo quase sempre a necessidade de utilização

da iluminação artificial para complementar períodos diurnos.

Em termos práticos, os valores dos factores de transmissão luminosa podem oscilar entre os 5% (vidro duplo de

cor azul) e os 91% (vidro simples claro) [33].

3.3.3. Coeficiente de reflexão luminosa (rv)

O coeficiente de reflexão luminosa (rv) expressa a capacidade de um determinado vidro se comportar como

um espelho. Este coeficiente do vidro representa a parte visível da radiação incidente no vidro que é reflectida

para o exterior. Um vidro com elevado coeficiente rv permite, no horário diurno, uma boa visão do interior

para o exterior e reflectância do exterior do edifício. No período de noite, estas características invertem-se.

Todos os vidros lisos são reflectivos, embora seja possível efectuar vários tratamentos de forma a aumentar

essa reflectância, tais como, a deposição superficial de filmes metálicos [34].

Vidros com elevada reflectância possuem uma reduzida transmitância, apresentadas desvantagens inerentes a

esta propriedade (ambiente interior com reduzida luz natural). Em termos práticos, os valores de reflexão

luminosa podem ir dos 5% (vidro simples incolor) até aos 60%, com utilização de películas de protecção na

superfície exterior do vidro [33].

3.3.4. Coeficiente de transmissão térmica (U)

Um dos parâmetros mais importante num estudo que envolva fluxos de calor é o coeficiente de transmissão

térmica, frequentemente representado por U.

No caso de um envidraçado, este coeficiente quantifica o fluxo de calor que o atravessa, provocado pela

diferença de temperatura entre as zonas que separa, normalmente o interior e o exterior do edifício. Este

coeficiente entra em consideração com os três mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e

radiação de grande comprimento de onda.

Em termos físicos, o coeficiente de transmissão térmico, expresso em W/m2.oC, representa o fluxo de calor (em

Watt) por hora e por metro quadrado de envidraçado, considerando uma diferença de temperatura de 1 oC


22

entre o interior e o exterior. O coeficiente de transmissão térmica é inversamente proporcional à resistência

térmica (R). Assim, quanto maior for o coeficiente de transmissão térmica, menor será a sua resistência térmica

(isolamento) isto é, maior será a quantidade de energia transmitida.

O coeficiente de transmissão térmica (U) de todo o sistema de vão envidraçado depende do tipo de vidro, do

material de caixilharia e das respectivas áreas, podendo ser determinado através da seguinte expressão [30]:

(3)

Onde:

– Área visível de caixilharia [m2];

– Coeficiente de transmissão térmica do caixilho [W/m2.oC];

– Área visível de vidro [m2];

– Coeficiente de transmissão térmica do vidro [W/ m2.oC];

– Perímetro de vidro visível [m];

– Coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.oC].

3.4. Constituição e propriedades físicas do vidro

O vidro é constituído por uma mistura de matérias-primas naturais. Segundo livro “História Natural” do escritor

romano Plínio, o vidro foi descoberto acidentalmente por comerciantes fenícios que perceberam que a areia e

o calcário das conchas se combinavam através da acção da alta temperatura, dando origem a um material

vítreo. Ao longo dos milhares de anos, as matérias-primas base do vidro mantiveram-se inalteráveis,

verificando-se apenas uma evolução na tecnologia, permitindo a aceleração do processo de fabrico e uma

maior diversidade no seu uso [35].

Os vidros silício-sódio-cálcico utilizados na construção civil (ditos “comuns”) integram na sua composição [36]:

corpo vitrificante, a sílica, introduzida na forma de areia (70 a 72%);

um fundente, a soda, na forma de carbonato e sulfato (cerca de 14%);

um estabilizante, a cal, na forma de calcário (cerca de 10%);

diversos outros óxidos, por exemplo, de alumina e magnésio, melhorando as propriedades físicas do

vidro, e em particular a resistência aos agentes atmosféricos e;

alguns tipos de vidro ainda incorporam óxidos metálicos que conferem coloração à massa (coloridos).

O vidro é um material 100% reciclável e, apesar da abundante disponibilidade de areia, a sua exploração tem

deixado paisagens descaracterizadas. Recentemente tem havido algum avanço no sentido de se obrigar a

recuperação de paisagens dos lugares onde ocorreram essas explorações. Por outro lado, o facto de

actualmente se promover a reciclagem do vidro, permite uma economia de matérias-primas e uma economia

da energia consumida pelos fornos (para cada 10% de vidro triturado colocado na mistura, economiza-se 2,5%

da energia para a fusão, nos fornos industriais) [37].


23

Em termos de propriedades físicas, o material vidro tem como propriedades principais [38]:

massa volúmica de 2500 kg/m3, por exemplo, 1m2 de vidro com 4mm de espessura, apresenta uma

massa de 10 kg;

resistência à compressão de 1000 MPa, isto é, para quebrar um cubo de vidro com 1 cm3, a carga

necessária é da ordem de 10 toneladas;

um vidro submetido à flexão fica com uma face em compressão e outra à tracção. Assim a

resistência à rotura em flexão é da ordem de 40 MPa para um vidro com recozimento, e na ordem

de 120 a 200 MPa para um vidro temperado, dependendo da espessura, do acabamento das arestas

e do tipo de manufactura;

um coeficiente de Young (E) = 70 GPa e um coeficiente de poisson de 0.2;

condutibilidade térmica é de λ=1,0 W/(m.K);

coeficiente de dilatação linear de 9 E10-6 C-1.

3.5. Diversidade e características do vidro

Actualmente o mercado vidreiro oferece um conjunto alargado de soluções aplicáveis em edifícios, para as

mais variadas funções/finalidades e com diferentes valores característicos de coeficiente de transmissão

térmica (U), factor solar (g) e factor de transmissão luminosa (tv). As características de comportamento

térmico e óptico do vidro são, para qualquer projectista, noções imprescindíveis à optimização e

dimensionamento dos vãos envidraçados, na concepção de um edifício. No Quadro 3.1 são apresentadas

algumas dessas soluções de vidro mais correntes, respectivas características e finalidades. Importa referir que

estes valores só são rigorosos para o centro dos vidros e não para a totalidade da área do envidraçado. O gas

de preenchimento da camara dos vidros duplos apresentados é ar atmosférico normal (essencialmente,

oxigénio e azoto). Os valores apresentados são a média de produtos similares de diferentes fabricantes [39].

Quadro 3.1- Tipos de vidro, suas características e finalidades, existentes actualmente no mercado [39].

Tipo Vidro Principais características e finalidades

Vidro simples incolor

Vidro simples incolor é o vidro que permite maior transmissão de energia e o que tem a maior

transmitância, maior absortivos.

U = 6 W/m2.K g = 0.86 tv = 0.90

Vidro simples colorido

A adição de cor permite, em relação ao vidro simples incolor, a redução do factor solar (g) e do factor

de transmissão luminosa (tv) do vidro. O vidro colorido é usado principalmente no controlo do

encadeamento, embora a cor não tenha nenhum efeito no coeficiente U. Reduz o factor solar, que

pode ser um benefício no Verão, mas subestimar ligeiramente o Inverno. São vidros muito absortivos,

pelo que, são usados frequentemente como vitrificação externa numa janela de vidro duplo.

U = 6 W/m2.K g = 0.73 tv = 0.68


24

Tipo Vidro Principais características e finalidades (cont)

Vidro duplo incolor

Vidro duplo incolor oferece um isolamento térmico aproximadamente duas vezes superior ao de um

vidro simples. O processo de fabrico consiste em colocar, entre os dois panos de vidros, ar desidratado

que melhore o isolamento. Este sistema melhora o isolamento térmico e acústico do vidro, mantendo

uma elevada transmitância visível.

U = 2.8 W/m2.K g = 0.76 tv = 0.81

Vidro duplo colorido

Geralmente, o vidro exterior é o colorido e o vidro do pano interior é um incolor.

Alterando a cor do envidraçado, aumenta a privacidade visual durante o dia, embora à noite o efeito

seja invertido, especialmente se o vidro for combinado com uma capa reflectiva. Permite a redução da

transmissão luminosa e da quantidade de energia solar transmitida pelo vidro.

U = 2.8 W/m2.K g = 0.63 tv = 0.61

Vidro duplo colorido de

alto desempenho

Este tipo de vidro transmite sobretudo a fracção da luz visível do espectro solar e absorve a fracção

próxima da zona infravermelha.

O vidro colorido é durável e pode ser usado em aplicações de janela monolítica ou multi-vítrea. A

coloração do vidro não interfere com o coeficiente U.

U = 2.8 W/m2.K g = 0.51 tv = 0.69

Vidro duplo reflectivo

Os vidros reflectivos são vidros que sofreram um tratamento à base de óxidos metálicos com a

finalidade de reflectir a luz solar, reduzindo a entrada de calor e proporcionando ambientes mais

confortáveis. Por outras palavras, filtram os raios solares, garantido algum controlo da intensidade de

luz e de calor transmitido para os ambientes internos. Durante o dia a reflexão é externa e, durante a

noite, é interna. Vidros reflectivos são normalmente projectados para edifícios comerciais em grandes

envidraçados ou para janelas com ganhos de calor solares significativos, maioritariamente em climas

quentes. O factor solar varia conforme a espessura e a reflectância da camada, bem como, conforme a

sua localização no sistema de vitrificação.

U = 2.3 W/m2.K g = 0.17 tv = 0.13

Vidro duplo baixo

emissivo (low-E)

As películas baixo-emissivas (low-E) incorporam materiais com propriedades intrínsecas de baixa

emissividade e de reflexão da radiação térmica (raios IV e UV), permitindo a passagem da radiação na

gama do visível, resultando numa “iluminação fria” para interiores. É um importante “aliado” na

estética das fachadas, pois permite o controlo solar, sem ter reflectividade excessiva (efeito do

espelho). No caso de substituição de um vidro, mantém o aspecto original (janelas incolores comuns).

Adicionando um capeamento de baixo índice refractivo e anti reflectivo, cobrindo ambas as faces do

vidro low-E, possibilita ganhar maior quantidade de luz natural e alterar os ganhos solares, enquanto o

coeficiente U permanece igual. No Inverno, a radiação térmica proveniente do aquecimento interior é

reflectida pela capa de baixa emissividade, conservando o calor no interior da divisão. No Verão, a capa

filtra a radiação solar e limita o calor da radiação de ondas longas, emitidas por objectos externos,

como pavimento e edifícios adjacentes, diminuindo o aquecimento no interior da divisão.

Existem basicamente três tipos de películas low-E: thin films, thick films e microgrid.

Resumindo, estas camadas low-E permitem um reduzido coeficiente U, reflectindo a radiação solar e

controlando os ganhos solares totais. Podem ser de três tipos permitindo obter um elevado, um

moderado ou um reduzido ganho solar, contribuindo sempre com bons níveis de transmissão de luz

natural.


25

Vidro duplo baixo

emissivo (low-E)

(continuação)

Low-E+ (elevado ganho solar)

Permitem reduzir as perdas de calor, admitindo elevados ganhos solares. Especialmente concebidos

para edifícios localizados em climas com necessidades de aquecimento.

U = 1.65 W/m2.K g = 0.71 tv = 0.75

Low-E (ganho moderado)

Permite reduzir a perda de calor, deixando entrar uma quantidade razoável de ganhos solares.

Especialmente concebido para climas com necessidades simultâneas de aquecimento e arrefecimento.

U = 1.53 W/m2.K g = 0.58 tv = 0.78

Low-E- (reduzido ganho solar)

Permite reduzir a perda de calor no Inverno, mas também reduzir os ganhos de calor no Verão.

Comparado à maioria dos vidros coloridos e reflectivos, o vidro low-E- prevê uma maior transmissão de

luz visível, para a mesma quantidade de redução de calor solar. Vidros de reduzido ganho solar low-E

são normalmente projectados para edifícios localizados em climas com necessidades de arrefecimento.

U = 1.42 W/m2.K g = 0.39 tv = 0.71

Vidro multi- -camada

O vidro duplo apresenta o dobro do isolamento de um simples. Com a adição de um terceiro ou quarto

vidro, o valor de isolamento da janela aumenta, contudo, não de forma proporcional, convergindo para

um ponto de estagnação. Cada vidro adicional acrescenta valor de isolamento, mas também acrescenta

peso e espessura, reduzindo o coeficiente tv e o de g. Há limites físicos e económicos ao número de

vidros que possam ser implementados numa janela. Contudo, as unidades de vidro múltiplo não são

limitadas exclusivamente ao material vidro. É possível a substituição do vidro por um filme plástico na

camada interior do meio dos vidros. O baixo peso do filme plástico é vantajoso, porque é muito fino e

não aumenta a espessura do sistema. Tal como em vidros triplos ou quádruplos, as janelas que usam

filmes plásticos reduzem o U da janela dividindo o espaço interior em múltiplas câmaras.

Vidro triplo incolor (3 vidros)

U = 1.76 W/m2.K g = 0.61 tv = 0.70

3.6. Tipo de gás na câmara de preenchimento

No vidro duplo convencional, o espaço entre os dois panos de vidro simples, é preenchido normalmente com ar

atmosférico normal composto essencialmente por oxigénio e azoto, proporcionando um considerável nível de

isolamento térmico e acústico, desde que garantida uma devida selagem. Actualmente no mercado existem

outras soluções de gás de preenchimento, geralmente gases caracterizados por um reduzida condutibilidade

térmica e por terem uma maior densidade que o ar (mais pesados), que lhes permite minimizar as trocas de

calor e suprimir as correntes de convecção entre os vidros.

No grupo dos gases raros, o Árgon, o Crípton e o Xénon, preenchem estes requisitos, e por não afectarem a

transmissão luminosa, recentemente começaram a ser frequentemente utilizados na indústria do vidro duplo.

Uma vez que são gases obtidos por purificação do ar atmosférico, a sua produção é tanto mais cara, quanto

mais rarificados forem. Preencher uma câmara com um ar deste tipo, obtendo 100% de pureza, representa um

enorme desafio para os fabricantes. Por outro lado, para garantir o mesmo desempenho térmico a longo prazo,


26

é fundamental que a selagem garanta estanquicidade e mantenha a sua integridade ao longo do tempo.

Manter o gás na câmara depende bastante da forma do vidro, do material e mais importante, do controlo de

qualidade da selagem do vidro multi-vítreo [39] [34].

A produção de vidro duplo com Árgon tem-se revelado como a solução eficaz, com custos mais controlados. O

preenchimento com Árgon por si só, independentemente do tipo de vidro duplo, possibilita uma melhoria de

15% na capacidade de isolamento térmico, em relação ao ar atmosférico. Os melhores resultados têm sido

obtidos com sistemas combinando o preenchimento com Árgon, com a utilização de vidros de baixa

emissividade [34].

3.7. Dispositivo de sombreamento

Um correcto dimensionamento e escolha adequada dos dispositivos de sombreamento, em função do

objectivo pretendido, permite a obtenção de elevados níveis de conforto. Geralmente, um elemento deste

tipo, é aplicado para desempenhar as principais funções de: protecção à luz solar, regulação da comunicação

entre espaços contíguos, gestão de níveis de privacidade e isolamento térmico.

Existem diferentes tipos de dispositivos de sombreamento, como sejam as portadas, os estores de lona/tela, as

cortinas e os estores venezianos. No presente trabalho serão aplicados estores venezianos, que por terem a

particularidade de permitirem geralmente a rotação das suas lamelas (excepto nos casos de serem fixos),

apresentam uma maior versatilidade em relação aos outros dispositivos de sombreamento mais convencionais.

Assim, além dessa versatilidade, custos acessíveis e o elevado nível de privacidade que proporcionam,

permitem ser uma das soluções mais utilizadas para reduzir os potenciais ganhos solares pelos envidraçados.

Por outro lado, como permitirem a rotação das lamelas, as suas propriedades físicas e desempenhos

energéticos dependam directamente das relações que se estabelecem entre as características das lamelas –

geometria, propriedades e ângulo de inclinação – e o ângulo de incidência do sol, aumentando o nível de

complexidade da sua modelação [40].

3.8. Tipo e principais funções do caixilho

O elemento caixilho tem como principal função a sustentação dos vidros, resistência aos esforços mecânicos

resultantes do seu uso e da pressão do vento, para além disso, é fundamental que tenha em simultâneo a

capacidade de garantir a continuidade de um bom isolamento térmico e acústico, conseguido através do vidro.

Em Portugal, os caixilhos mais comuns e que geralmente apresentam os melhores resultados são: caixilhos de

alumínio com corte térmico, de madeira e de PVC. O caixilho sem corte térmico, instalado no passado em

grande parte dos edifícios nacionais, actualmente caiu em desuso, por apresentar normalmente o pior

desempenho.

Na obtenção de um sistema de vão envidraçado com um bom desempenho energético, não é suficiente a

escolha de uma boa solução de vidro, é necessário também a escolha de um bom caixilho e de um bom

dispositivo de sombreamento, de modo não a comprometer o comportamento de todo o sistema.

Cap. 4 – Caso de Estudo

27

CAPÍTULO 4 – CASO DE ESTUDO

4.1. Lisboa – caracterização climática

Em termos genéricos, a cidade de Lisboa tem um clima de tipo mediterrâneo, caracterizado por um Verão

quente e seco e por um Inverno moderadamente frio, húmido e relativamente chuvoso [41]. O seu

posicionamento beira-Tejo, próximo do Oceano Atlântico, tem um efeito moderador no clima, proporcionando

temperaturas mais amenas em relação a outras regiões do mesmo clima. A temperatura média anual da cidade

de Lisboa é da ordem dos 16°C. As temperaturas mínimas são registadas durante os meses de Dezembro,

Janeiro e Fevereiro (10°C a 14°C de média) e as máximas nos meses de Julho a Setembro (com valores médios

de 20 a 25°C).

Quanto à precipitação, os valores médios anuais são da ordem dos 650 mm a 760 mm, com máximos mensais a

registarem-se durante os meses de Novembro a Fevereiro (160 mm), e mínimos, nos meses de Julho e Agosto

(valores de 3 a 7 mm) [42].

Outro factor climaticamente condicionante da cidade de Lisboa é a sua topografia acidentada, que lhe valeu o

apelido de “a cidade das sete colinas”. Apesar de não haver variações altitudinais bruscas, é caracterizada por

alguns contrastes, a Oeste situa-se a colina de Monsanto, com 216 m de altitude máxima e a Este estende-se

um planalto, com altitudes compreendidas entre os 80 e os 100 m, que desce progressivamente em direcção

ao rio Tejo. A Norte, a superfície apresenta-se mais plana com alguns vales largos (Campo Grande, Av. Gago

Coutinho, Benfica). A Sul, junto ao estuário do Tejo, o relevo apresenta-se mais acidentado com interflúvios

pouco extensos e onde as altitudes não ultrapassam os 100 metros [43].

O vento também desempenha um papel fundamental no ambiente climático da cidade, marcado por uma

predominância na orientação de Norte e NW. Promove um bom arejamento, particularmente as brisas do mar

ou do estuário do Tejo, que transportam ar fresco e húmido, permitindo um arrefecimento significativo da

cidade, actuando positivamente no conforto térmico e saúde dos citadinos. Assim, um vento moderado pode

maximizar o conforto térmico de Verão, evitando o aquecimento excessivo da cidade em ocasiões de vagas de

calor. No entanto, no Inverno, o vento forte actua como factor desfavorável no conforto térmico da população

[42].

Lisboa é uma cide com uma boa exposição solar, com cerca de 260 dias de sol por ano. A taxa de insolação em

Julho (típico mês de Verão) é superior a 0.6, em 90% dos dias [44].


28

As diferentes condições atmosféricas, verificadas ao longo do ano em Lisboa, permitem individualizar dois

períodos climáticos bastante distintos, o Verão e o Inverno. Para o presente estudo, é importante realçar a

diferenciação destes períodos, uma vez que o comportamento térmico do gabinete do DECivil (caso de estudo),

avaliado para ambos os períodos, é bastante diferente, apresentando necessidades de aquecimento no Inverno

e de arrefecimento no Verão. De uma forma geral e resumida, a caracterização do clima da cidade Lisboa

nesses dois períodos distintos é a seguinte apresentada [42].

Estação de Aquecimento (Inverno)

Período que decorre entre os meses de Novembro a Março e que se caracteriza por apresentar:

temperaturas médias mensais oscilando entre os 10 e os 14°C;

elevados índices de pluviosidade, podendo atingir valores superiores a 160 mm nos meses mais

chuvosos (com destaque para Novembro);

um período húmido prolongado;

ventos predominantes de Norte (N) e Noroeste (NW), com uma velocidade média inferior a 15 Km/h

(o que coincide com os menores valores anuais);

ventos extremos mais frequentes (incluindo as ocorrências das rajadas), especialmente nos meses

compreendidos entre Dezembro e Fevereiro. Estes ventos são oriundos especialmente do quadrante

NW (um dos rumos mais representativos dos ventos que influenciam Lisboa);

maior probabilidade de ocorrência de situações de temporal;

valores de nebulosidade elevados (com índice superior a 8, numa escala de 0 a 10) e;

maior número de dias com trovoada (entre 0,8 e 1,2 dias de trovoada por mês).

Estação de Arrefecimento (Verão)

Compreende os meses de Junho a Setembro e caracteriza-se por apresentar:

temperaturas médias mensais que variam entre os 20 e 25°C, apesar dos meses mais quentes

(especialmente Julho e Agosto) registarem valores mais elevados;

Índices pluviométricos inferiores a 50 mm;

época seca coincidente com os meses de Julho e Agosto;

ventos oriundos de diferentes quadrantes, embora predominantes de Norte;

ventos com velocidades médias consideráveis;

elevado número de dias de céu limpo;

número reduzido de dias de trovoada por mês (0,2 a 0,8 dias/mês) e;

reduzida probabilidade de tempo instável.


29

4.2. Pavilhão de Engenharia Civil do IST – Alameda

A componente prática desta dissertação incidiu no estudo termodinâmico de um gabinete do DECivil, inserido

no 2º piso do Pavilhão de Engenharia Civil do IST-Alameda. A escolha do caso de estudo deveu-se

essencialmente ao facto de o gabinete ter uma considerável área de envidraçado na fachada exterior (cerca de

66%), e simultaneamente apresentar alguns problemas de conforto térmico e de elevados consumos

energéticos.

O Pavilhão de Engenharia Civil faz parte de um conjunto de edifícios pertencentes ao Instituto Superior

Técnico, situado no campus da Alameda em Lisboa. Projectado no final dos anos 80 e construído no início dos

anos 90 do século passado, este edifício tem as seguintes características [45]:

apresenta uma área útil de pavimento de 14200 m2;

cota de implementação do edifício (96 m);

edifícios adjacentes com aproximadamente a mesma altura, Pavilhão Central a Sudeste e edifícios de

habitação a Oeste, assim como arvoredo a Este (jardim Norte do IST);

a fachada Norte do pavilhão está bastante exposta aos ventos predominantes que sopram desta

direcção;

a Figura 4.1 é apresentada a localização e a envolvência do Pavilhão de Civil do Instituto Superior

Técnico, em Lisboa.

Figura 4.1 – Localização do Pavilhão Civil - IST [46].


30

4.3. Gabinete do DECivil

Neste subcapítulo será caracterizada toda a envolvente do gabinete em estudo, nomeadamente a definição

das dimensões e materiais usados em todas as fachadas constituintes [47].

4.3.1. Envolvente e sua caracterização

O gabinete do DECivil apresenta uma área total de 14.06 m2 e um pé direito de 3.15 metros, o que corresponde

a um volume de 44.30 m3, característico dos gabinetes tipo do edifício do Pavilhão de Civil do IST.

A fachada exterior está orientada a Este, pelo que, o envidraçado está exposto à incidência de radiação solar

directa apenas durante a manhã. Nas restantes horas do dia, recebe apenas radiação difusa. A ocupação média

do gabinete é de uma pessoa, uma vez que tem a capacidade de apenas um posto de trabalho, sendo possível,

no entanto, receber mais uma ou duas pessoas em regime de passagem. Quanto ao equipamento, é composto

por um computador, um monitor, uma impressora, um scanner, um telefone e um fax. A iluminação é

conseguida por um candeeiro de secretária e dois de tecto com lâmpadas fluorescentes. Na Figura 4.2 está

representado um modelo 3D do gabinete em estudo, evidenciando a fachada com orientação Este, que é a

única em contacto com o exterior, sendo a mais importante para as trocas térmicas, nomeadamente, pelo

envidraçado. Em anexo, ANEXO III - Gabinete do DECivil, são apresentados vários cortes em vista do gabinete

em estudo.

Fachada Exterior Orientação Este

Figura 4.2 - Caso de estudo: Gabinete do DECivil.


31

A parede a Este, única em contacto directo com o exterior, apresenta uma área de cerca de 12 m2 e é

composto por um vão envidraçado que representa mais de metade da área total da fachada (cerca de 8 m2,

representando 66% da área da fachada) e por parede dupla de alvenaria (tijolo e betão) com cerca de 4 m2 de

área. Na Figura 4.3 está representada a vista interior deste alçado.

Figura 4.3 – Alçado Este (vista interior).

Como o gabinete se situa num piso intermédio, com outro gabinete e uma sala de aula respectivamente nos

pisos superior e inferior, o alçado Este (fachada) é o único elemento que se encontra em contacto com o meio

exterior, sendo o maior responsável pelas trocas de calor no gabinete. Assim, a definição correcta dos materiais

usados nos vários elementos desta fachada, ganha uma importância reforçada neste estudo. Por sua vez, os

materiais constituintes das restantes paredes interiores, consideradas neste estudo como envolvente

adiabática, serão apenas importantes no cálculo da inércia térmica global do gabinete, uma vez que não se

processam trocas de calor por uma envolvente adiabática. Refere-se que, em rigor, a parede oposta à fachada

exterior está em contacto com o corredor de circulação que poderia ter sido considerado como local não

aquecido.

Os materiais usados nos elementos na parede exterior (Este) são os seguintes:

Paredes exteriores: parede dupla em alvenaria constituída por alvenaria de tijolo furado de 11 cm,

no interior, caixa-de-ar de 9 cm e painel pré-fabricado de betão armado com 8 cm espessura.

Como acabamento, no interior leva reboco e pintura. Na Figura 4.4 são apresentadas

esquematicamente as várias camadas do elemento parede exterior.

Comportamento térmico (RCCTE) U: 1.48 W/(m²°C)

Figura 4.4 - Parede Exterior dupla de Alvenaria [48].

Listagem de camadas:

1 - Betão armado com % armadura < 1 % 8 cm

2 - Caixa-de-ar não ventilada 9 cm

3 - Tijolo cerâmico furado (11 cm) 11 cm

4 - Argamassa e reboco tradicional 2 cm

Espessura total: 30 cm


32

Vãos envidraçados: caixilho de alumínio termolacado de correr, sem corte térmico, com vidro

simples temperado de 6mm de espessura (área cerca de 8 m2).

Figura 4.5 - Vão envidraçado (caixilharia + vidro simples).

Dispositivo de sombreamento: edifício foi projectado com um estore veneziano metálico e

horizontal aplicado pelo exterior. Por motivos de avaria ou mau funcionamento do estore

exterior, foi aplicado posteriormente um estore interior em sua substituição, encontrando-se

actualmente apenas este último em funcionamento. As características de ambos os estores são

apresentadas no Quadro 1. Os valores de reflectância das lamelas, apresentadas no Quadro 1,

foram determinadas in- situ com recurso a um piranómetro LI-COR 200, seguindo o procedimento

experimental descrito em [40].

Quadro 4.1 - Caracterização dos estores venezianos existentes no gabinete do DECivil.

Características Estore exterior Estore interior

Orientação da lamela Horizontal Vertical

Largura da lamela 80 mm 100 mm

Espaçamento entre lamela 68 mm 80 mm

Condutibilidade térmica do material 221 W/m°C 0.20 W/m°C

Reflectância solar 0.40 0.50

A parede interior com orientação Oeste é a parede do gabinete que está em contacto o corredor, área comum.

Apesar de poder ter algumas trocas de calor foi considerado como fronteira adiabática. Tem cerca de 12 m2 e é

composta por três áreas de envidraçados com betão na sua envolvente, por alvenaria em parede simples, por

madeira na porta e na sua envolvente, tal como está representado na Figura 4.6.

Figura 4.6 - Alçado Oeste (vista interior).


33

Paredes interiores (Oeste): alvenaria em parede simples constituída por parede de tijolo furado

de 7 cm revestida em ambas as faces por 1 cm de estuque. Na Figura 4.7 é apresentado

esquematicamente as várias camadas do elemento parede interior.

Comportamento térmico (RCCTE) U: 2.08 W/(m².°C)

Figura 4.7 - Parede Interior constituinte da fachada Oeste (contacto com o corredor comum) [52].

As paredes a Sul e a Norte, que separam o gabinete de estudo dos gabinetes adjacentes, apresentam uma área

de cerca de 12 m2 cada uma, e são ambas compostas por paredes divisórias em pladur duplo de 10 mm de

espessura, com 10 cm de camada de ar. No topo destas paredes divisórias, existem áreas de envidraçado com

duas camadas de vidro de 3 mm, separadas também por 10 cm. Cada uma destas paredes apresenta uma porta

que dá acesso aos gabinetes adjacentes. Nas Figuras 4.8 e 4.9 estão representados esses elementos nos

alçados Sul e Norte, respectivamente.

Figura 4.8 - Alçado Sul (vista interior).

Importa ainda referir, a existência de um pilar em betão armado à vista (55cm x 55cm) na parede Norte, tal

como apresentado na Figura 4.9.

Listagem de camadas:


2 - Tijolo cerâmico furado (7 cm) 7 cm


Espessura total: 11 cm


34

Figura 4.9 - Alçado Norte (vista interior).

O pavimento é composto por placas de cortiça, mais conhecido por “corticite”, como apresentado na foto de

pormenor da Figura 4.10. A laje é uma laje de cocos de 40 cm de espessura e forra com lajetas de 4 cm.

Figura 4.10 - Foto de pormenor do pavimento no gabinete de estudo.

Verifica-se a existência de um tecto falso em placas de alumínio perfuradas (Figura 4.11). O gabinete apresenta

um pé-direito de 3.15 metros.

Figura 4.11 - Foto de pormenor do tecto falso em placa de alumínio do gabinete de estudo.

Cap. 5 – Campanha Experimental

35

CAPÍTULO 5 – CAMPANHA EXPERIMENTAL

Neste capítulo é apresentada uma descrição dos trabalhos experimentais realizados no presente estudo, cujo

objectivo é a monitorização térmica do gabinete em condições reais de funcionamento.

Assim, numa primeira fase é realizada a descrição da instalação experimental, do equipamento e dos

procedimentos de ensaio adoptados. Numa segunda fase, são apresentados os resultados obtidos nas

medições, assim como a sua discussão.

5.1. Procedimento experimental

Com os objectivos principais de avaliar o comportamento térmico do gabinete e a calibração do modelo de

simulação do gabinete no software EnergyPlus, foram realizadas medições in situ com equipamento específico.

Assim, realizaram-se duas campanhas de monitorização térmica nas estações de Inverno e Verão, cobrindo as

condições extremas do clima em Lisboa, nos seguintes períodos1:

Inverno:

Inicio: 21 de Janeiro de 2011, 13h50

Fim: 16 de Março de 2011, 16h20

Duração: 54 dias 2 horas e 30 minutos

Verão:

Inicio: 9 de Junho de 2011, 16h20

Fim: 20 de Julho de 2011, 17h30

Duração: 41 dias 1 hora e 10 minutos

Os factores climáticos, usados para a caracterização do ambiente exterior à construção, são traduzidos pelos

dados meteorológicos que definem o clima local. O controlo do ambiente interior é condicionado pelas

características do ambiente exterior, tornando-se por isso, indispensável uma correcta análise destes factores

climáticos exteriores e a sua integração na informação base do projecto de edifícios. O estabelecimento dos

dados climáticos permite assim uma melhor definição das disposições adequadas para as soluções

construtivas, por forma a satisfazer as exigências de conforto e de qualidade do ar interior nos edifícios.

1 Os períodos das campanhas de monitorização térmica são o resultado da conjunção da disponibilidade de equipamento,

disponibilidade do gabinete e período do ano com temperaturas mais extremas.


36

Temperatura superficial interior

Temperatura superficial exterior

Fluxo de calor no envidraçado

Fluxo de calor no pano de alvenaria

Radiação global em plano horizontal, medida no exterior

Neste trabalho foram efectuadas medições dos seguintes factores climáticos dos ambientes exteriores e

interiores:

temperatura do ambiente exterior (T7e);

temperatura do ambientes interior (T7i);

radiação global em plano horizontal (Rd);

Foram ainda efectuadas medições na parede em contacto com o exterior (fachada exterior) dos seguintes

parâmetros:

temperatura da superfície interior e exterior dos vidros (T1si, T1se, T2si e T2se);

temperatura da superfície interior e exterior do pano alvenaria (T3si, T3se, T4si e T4se);

temperatura da superfície interior e exterior do caixilho (T5si e T5se);

temperatura da superfície do estore interior e exterior (T6si e T6se);

fluxos de calor no pano envidraçado (Fv);

fluxos de calor no pano de alvenaria (Fp).

Como já foi descrito no capítulo 4, a única parede do gabinete que se encontra em contacto com o ambiente

exterior é a de orientação Este. As restantes paredes são adiabáticas, isto é, admite-se que não verificam trocas

de calor entre os ambientes que separam. Na Figura 5.1 está representado o esquema da localização dos

pontos de medição na fachada exterior do gabinete (orientação Este) durante as campanhas de monitorização

térmica. Importa ainda referir que a localização destes pontos se manteve inalterável durante as duas

campanhas, Inverno e Verão. Os índice (si) e (se) representam as superfícies interior e exterior de cada

elemento, respectivamente.

Figura 5.1 – Representação esquemática do posicionamento dos pontos de medição na fachada com orientação a Este (exterior), durante as campanhas de monitorização térmica.


37

5.2. Descrição do equipamento experimental

Neste subcapítulo é apresentada a descrição do equipamento utilizado nas campanhas de monitorização

térmica do gabinete, bem como as suas principais características e parâmetros de medição [40].

14 Termopares do Tipo T, com 0.2 mm de espessura, revestidos por isolamento eléctrico e soldados por

descarga eléctrica, com erros estimados da ordem de +/-0.2°C para 100°C e +/-0.5°C para 400°C. Estes

sensores foram fabricados no DECivil-IST [40] e foram utilizados na medição da temperatura superficial dos

elementos (vidro, parede, caixilho e estores) e da temperatura ambiente exterior e interior do gabinete;

2 Termohigrómetros TGP-4500 (da Gemini Data logger) com capacidade para armazenar 32 000 leituras de

dados e apropriado para a medição de temperaturas entre -25°C a + 85°C. Este equipamento foi utilizado

na medição de temperatura de ambiente exterior e interior do gabinete;

2 Fluxímetros Hukseflux HFP01 com sensor de termopilha (com gama de medição entre -2000 e 2000

W/m2) que permitem medir em contínuo os fluxos de calor nos panos. Utilizados para a medição dos

fluxos de calor nos elementos da fachada (vidro e parede);

1 Piranómetro Kipp&Zonen CM5, de classe 1, para a medição de radiação solar em plano horizontal;

1 Sistema de aquisição de dados, um datalogger (Campbell CR10X datalogger) usado para adquirir e

processar os sinais provenientes de todos os sensores descritos anteriormente, com excepção dos

termohigrómetros TGP-4500, que armazenam os registos numa memória interna. Esta unidade de

aquisição de dados permite a conversão analógico-digital dos diferentes registos experimentais e o seu

armazenamento em memória. Posteriormente, estes dados serão descarregados (via porta RS232) e

tratados no computador portátil.

Foram efectuadas medições com intervalos de tempo de 1 minuto e registadas as suas médias em intervalos de

10 minutos.

Nas figuras seguintes é apresentado o equipamento utilizado e o modo de aplicação no respectivo local de

medição.

a. b.

Figura 5.2 - Termopares utilizados para a medição da temperatura (vermelho) da superfície interior e exterior do vidro, ambiente exterior (a) e do estore interior (b). Fluxímetro no vidro (azul - a).


38

a. b.

Figura 5.3 - Termohigrómetros TGP-4500 (vermelho) usados na medição da temperatura ambiente interior (a) e exterior com protecção (b). Piranómetro instalado com o sistema tripé no parapeito da janela (amarelo – b).

5.3. Resultados experimentais

Como já foi referido no capítulo anterior, os dados registados pelo sistema de aquisição de dados - data logger,

são médias em intervalos de 10 minutos, das medições realizadas em cada minuto. Assim, no total das

campanhas foi recolhido o seguinte número de dados:

na campanha de Inverno foram recolhidos 6991 dados em cada ponto de medição, totalizando 118 847

dados (17 pontos de medição durante cerca de 54 dias);

na campanha de Verão foram recolhidos 4842 dados em cada ponto de medição, num total de 82 314

dados (17 pontos de medição durante cerca de 41 dias).

Nos Quadros 5.1 e 5.2, serão apresentados os valores médios, máximos e mínimos de todos os parâmetros

monitorizados (17 pontos de medição).

a. b.

Figura 5.4 - Termopar utilizado na medição da temperatura superficial interior da parede (vermelho-a). Fluxímetro na parede (azul –a). Datalogger (b).


39

Quadro 5.1 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Inverno.

Quadro 5.2 - Valores médios, máximos e mínimos de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos experimentalmente durante a campanha de monitorização térmica de Verão.

No tratamento dos resultados obtidos, e para um melhor estudo/análise, foram calculadas as médias diárias de

todos parâmetros medidos durante as duas campanhas. Em anexo, nos Quadros A.I.1 e A.I.2, são apresentados

os valores médios diários obtidos para todos os parâmetros monitorizados (17 pontos de medição), durante as

duas campanhas de monitorização térmica (Inverno e Verão). Dada a extensa quantidade de informação e

tendo o cuidado de abranger as condições climáticas extremas foram definidos dias característicos, isto é, os

dias de maior e menor temperatura, os dias de maior e menor radiação solar, e ainda, os dias climatizados para

as duas estações. A sua definição foi conseguida através da análise do Quadro 5.3, onde são apresentados os

valores médios diários para a radiação solar, temperatura ambiente interior (TAI) e exterior (TAE), obtidos nas

medições realizadas nas campanhas de monitorização térmica. Para uma maior facilidade de análise, os valores

apresentados estão em escala de cor, sendo esta mais intensa, quanto maior for o valor registado,

comparativamente com os restantes.

Temperatura

vidro pano

esquerdo (°C)

Temperatura

vidro pano

direito (°C)

Temperatura

parede lado

esquerdo (°C)

Temperatura

parede lado

direito (°C)

Temperatura

caixilho

esquerdo (°C)

T1si T1se T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se

Inverno

Média 15.03 14.32 14.90 14.19 16.64 12.70 16.28 13.09 15.79 15.51

Máx. 35.89 34.57 26.59 25.89 23.90 26.59 22.00 27.05 48.31 48.90

Min. 5.61 4.85 5.74 4.95 8.71 3.69 8.71 3.68 5.13 4.80

Temperatura

estore (°C) Temperatura Ambiente (°C)

Fluxo vidro

[W/m2]

Fluxo

parede

[W/m2]

Radiação

solar

[W/m2]

T6si T6se T7i (TAI) T7e (TAE) FV FP Rad

Inverno

Média 17.51 13.89 18.95 12.38 10.40 3.14 54.12

Máx. 45.83 24.07 32.99 22.25 63.62 25.83 810.00

Min. 8.40 4.80 10.52 3.81 -94.20 -9.07 0.00

Temperatura

vidro pano

esquerdo (°C)

Temperatura

vidro pano

direito (°C)

Temperatura

parede lado

esquerdo (°C)

Temperatura

parede lado

direito (°C)

Temperatura

caixilho

esquerdo (°C)

T1si T1se T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se

Verão

Média 23.38 23.20 23.08 22.67 24.22 23.94 23.85 23.90 25.04 25.01

Máx. 42.93 45.30 37.15 36.69 29.98 43.32 30.33 43.03 53.68 54.55

Min. 16.63 15.93 17.04 16.27 19.84 15.03 19.97 14.88 16.95 16.61

Temperatura

estore (°C) Temperatura Ambiente (°C)

Fluxo Vidro

[W/m2]

Fluxo

Parede

[W/m2]

Radiação

solar

[W/m2]

T6si T6se T7i (TAI) T7e (TAE) FV FP Rad

Verão

Média 25.34 23.01 24.68 21.66 -3.77 -1.86 97.24

Máx. 51.08 36.31 34.75 36.61 27.48 20.44 1029.00

Min. 18.58 17.00 20.23 14.96 -150.10 -20.17 0.00


40

Quadro 5.3 - Valores médios diários de radiação solar e temperatura ambiente nas duas campanhas de

monitorização térmica, de Inverno e Verão do ano de 2011.

* Dias climatizados, pelo que a temperatura interior é função do sistema de ar condicionado (AC).

Radiação

solar [W/m2]

Temperatura Ambiente (°C)

Radiação solar

[W/m2]


Interior Exterior

Interior Exterior

JAN

EIR

O

21 - - -

JUN

HO

9 - - -

22 23.3 13.62 6.66

10 127.7 24.84 19.77

23 25.2 11.86 6.01

11 120.5 25.01 20.33

24*2 8.2 14.25 8.14

12 129.6 25.71 20.76

25* 35.4 18.84 9.67

13 46.0 24.58 20.90

26* 60.5 18.76 10.14

14 - - -

27* 31.8 20.98 10.45

16 - - -

28* 32.5 21.24 11.02

17* 102.8 23.99 20.93

29 56.6 17.46 10.50

18 128.4 25.33 20.29

30 65.9 16.97 10.00

19 126.9 26.06 22.65

31* 65.0 18.53 10.50

20* 123.3 24.73 23.72

FEV

EREI

RO

1 58.4 17.13 9.54

21* 123.0 25.08 23.33

2 - - -

22* 107.8 24.73 22.07

4 - - -

23* 125.8 22.83 20.14

5 64.8 18.27 12.25

24* 123.0 23.67 25.17

6 65.7 18.19 12.72

25 119.9 28.11 28.40

7* 62.4 19.68 12.16

26 97.0 28.71 27.80

8* 20.9 20.20 12.41

27 - - -

9* 27.7 19.92 14.43

2 - - -

10 60.9 19.14 13.53

JULH

O

3 29.1 24.96 19.19

11* 50.3 21.26 12.74

4 113.2 26.34 21.32

12 70.6 19.31 13.22

5 118.4 26.84 21.84

13 16.2 17.79 12.45

6* 93.9 24.32 21.42

14* 23.3 20.71 11.68

7* 98.3 24.02 19.95

15* 36.7 20.64 13.18

8* 84.4 23.37 20.97

16* 52.7 19.77 12.31

9 29.4 24.41 21.74

17* 40.5 20.53 12.70

10 80.0 25.11 21.74

18 24.5 20.48 13.35

11* 117.1 23.65 22.02

19 11.5 18.69 14.45

12* 34.1 23.16 20.38

20 76.6 19.51 14.30

13* 124.8 24.00 20.88

21 59.3 19.77 14.86

14* 118.7 23.93 22.09

22 32.0 19.46 14.46

15* 116.7 24.51 22.52

23 85.6 20.46 15.08

16 76.5 24.46 21.16

24 82.4 20.65 15.64

17 47.9 23.98 19.96

25 80.0 20.42 15.94

18* 92.5 22.95 20.08

26 80.4 20.41 14.82

19* 89.1 22.94 20.23

27 70.7 19.83 14.92

20* - - -

28 87.7 20.05 13.04

MA

RÇ

O

1 88.0 19.14 12.17

2 - - -

5 - - -

6 52.5 17.68 12.35

7 78.9 18.44 13.20

8 23.0 17.02 12.25

9 64.4 18.06 13.36

10* 74.0 19.26 14.62

11* 36.2 19.64 13.45

12 53.5 19.02 13.68

13 36.0 18.19 13.10

14* 32.5 19.94 12.05

15 86.6 19.87 12.59

16 - - -

Dia de fim-de-semana:

Gabinete Sem ocupação

Radiação Solar: Mais reduzida Mais elevada

Temperatura: Mais reduzida Mais elevada


41

Pela análise dos valores apresentados no Quadro 5.3 foi possível definir os dias característicos de toda a

campanha de monitorização térmica, de Inverno e Verão. Assim os dias definidos foram:

Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011

Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011

Dia Climatizado Inverno: 27 de Janeiro de 2011

Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011

Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011

Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011

Ao longo deste trabalho, e em particular neste capítulo, recorre-se à designação de Dia Tipo3, que representa

um dia característico, onde se verificaram as condições climáticas características ao extremo (como por

exemplo, o Dia Mais Quente é o dia onde a média de temperatura ambiente exterior (TAE) é a mais elevada).

Usar-se-ão sempre maiúsculas nas iniciais de todos os termos que componham o nome que identifique o dia

(Dia Mais Frio, Dia Menor Radiação, Dia Climatizado Inverno, entre outros).

Como Dias Climatizados Tipo foram seleccionados os que apresentam a maior diferença entre a TAI e TAE, nos

dias onde o ar condicionado (AC) foi accionado. No Inverno esta diferença é positiva, enquanto no Verão é

negativa, tal como é apresentado em anexo, nos Quadros A.I.3.

Durante as duas campanhas de monitorização térmica, existiram dias onde não se registaram todos os valores

ao longo das 24 horas diárias. Nestes casos, optou por não se efectuar a média diária.

De seguida, cada um dos Dias Tipo será estudado e caracterizado individualmente, recorrendo-se a gráficos

que expressam os valores recolhidos durante as campanhas de monitorização térmica.

Esses gráficos apresentados são de três tipos:

Radiação solar e temperaturas ambiente: Mostram a evolução das temperaturas ambiente e da

quantidade de radiação solar incidente no vidro ao longo de todo o dia, bem como, os seus valores

máximos e mínimos. Estes gráficos apresentam também as horas em que houve o recurso ao AC, caso se

trate de um dia em que este tenha sido accionado. Na análise deste tipo de gráficos é possível perceber a

influência da incidência da radiação solar nas temperaturas ambiente, em particular na TAI.

Radiação solar e fluxos de calor: É apresentada a evolução dos fluxos de calor, na parede (FP) e no vidro

(FV), ao longo de todo o dia, bem como a radiação solar incidente no vidro e horário do funcionamento do

AC, caso este tenha sido accionado. Através deste tipo de gráficos é possível demonstrar a influência da

radiação solar nos fluxos de calor. Importa salientar que o fluxo de calor toma valores positivos, sempre

que tem o sentido do interior para o exterior do gabinete. Já o fluxo negativo tem o sentido do exterior

para o interior. Esta convenção manter-se-á ao longo de todo o trabalho.

3 Iniciados ambos os termos com maiúsculas


42

Perfis horizontais de temperatura: Neste tipo de gráficos estão representadas, a determinadas horas

previamente escolhidas (3h00; 8h00; 10h00; 12h00; 16h00; 21h00), as temperaturas ambientes

exterior (TAE) e interior (TAI) e as temperaturas superficiais interiores e exteriores dos elementos

constituintes da fachada que estão em contacto directo com o exterior. Esses elementos

monitorizados são o vidro, o caixilho e a parede. As temperaturas obtidas in-situ são apresentadas em

perfis horizontais, mostrando-se a sua evolução (desde o exterior até ao interior do gabinete,

passando pelas temperaturas das superfícies dos elementos referidos). Neste tipo de gráficos, é ainda

possível perceber a diferença entre as temperaturas superficiais de cada elemento e, através da

análise do declive da recta de temperaturas interior do elemento (DRIE), é possível determinar o

sentido e a intensidade do fluxo de calor através desse elemento. Quanto maior for o DRIE, maior é a

diferença das temperaturas das superfícies dos elementos, logo maior o fluxo de calor. Para declives

próximos de zero, rectas horizontais, as temperaturas superficiais terão valores muito próximos.

Importa ainda referir que, em termos práticos, o fluxo de calor medido corresponde ao fluxo no

fluxímetro que foi aplicado adjacente às faces interiores dos elementos (vidro ou parede) e não

exactamente o fluxo nos elementos. Em algumas situações, o DRIE poderá não servir para a análise,

sendo necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas da superfície interior do

elemento e a TAI, obtidas através dos gráficos de perfis de temperaturas.

Em anexo, nas Figuras A.I.1 e A.I.2, são apresentados gráficos do tipo de radiação solar e temperaturas

ambiente, para todos os dias da campanha experimental.

Na medição das temperaturas ambiente (TAI e TAE) foram utilizados dois tipos diferentes de equipamento, os

termohigrómetros (geminis) e os termopares. Em anexo e permitindo uma análise comparativa, nas Figuras

A.I.3 e A.I.4 são apresentados graficamente, os valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos

termopares e termohigrómetros, durante a campanha de monitorização térmica. Pela análise desses gráficos,

verifica-se que os resultados obtidos pelos dois tipos de equipamentos são muito semelhantes, com a excepção

dos valores registados nas horas de maior incidência de radiação solar. Nestas horas, os termohigrómetros

registaram valores de temperatura demasiado elevados, principalmente de temperatura ambiente exterior

(TAE atinge quase os 45°C), mesmo depois da aplicação de uma protecção solar em cartão. Assim, os valores de

temperatura considerados em todo este estudo serão valores registados apenas pelos termopares.

5.3.1. Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011

Durante toda a campanha de monitorização térmica de Inverno e de Verão, o dia que registou uma menor

média diária de temperatura ambiente exterior (TAE), foi 23 de Janeiro de 2011. Este é um dia de fim-de-

semana, mais concretamente, um Domingo. O gabinete não teve taxa de ocupação e, em nenhum momento

foi accionado o sistema de climatização de ar condicionado (AC), não ocorrendo ganhos internos com pessoas,

equipamento ou iluminação eléctrica.


43

Figura 5.5 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.

Pela análise da Figura 5.5 verifica-se que temperaturas ambientes apresentam uma amplitude térmica

relativamente pequena, na ordem dos 2°C para a TAI e dos 4°C para a TAE.

A TAI teve um máximo diário de 12.84°C, um mínimo de 10.77°C e uma média de 11.86°C. Estes valores

medidos são bastante inferiores à temperatura de conforto da estação de aquecimento (20°C).

A TAE registou o valor máximo de 8.17°C, o mínimo de 3.81°C e a média diária de 6.01°C. Importa referir que o

valor de 3.81°C é também o mínimo absoluto registado. Assim, para além da temperatura média diária mínima,

este dia comtempla também, o mínimo absoluto registado para a TAE em toda a campanha de monitorização

térmica.

A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante variando entre 4°C e 6°C, sendo ligeiramente maior

durante a noite.

Este dia pode classificar-se como um dia de céu encoberto, isto é, com reduzida incidência da radiação solar,

apresentado entanto algumas abertas. A radiação solar medida é maioritariamente de radiação difusa.

Apresenta um valor máximo de radiação solar global em plano horizontal de 171.00 W/m2 e um valor médio

diário de 25.20 W/m2. Ainda pela análise da Figura 5.5, verifica-se que na hora em que se regista maior

incidência de radiação solar, sensivelmente às 9h30, há um ligeiro aumento do valor das temperaturas.

Antes de começar a analisar os fluxos, importa referir que, qualquer fluxo de calor, se verifica sempre no

sentido do meio/superfície de maior temperatura para o meio/superfície de menor. Quando estas são

idênticas, o fluxo de calor tenderá para zero. Ao longo de todo o trabalho, e como foi dito anteriormente, o

sinal do fluxo de calor indica o seu sentido, tal como a seguir apresentado:

Fluxo positivo: Fluxo de calor no sentido do interior para o exterior do gabinete;

Fluxo negativo: Fluxo de calor no sentido do exterior para o interior do gabinete.


44

Figura 5.6 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.

Analisando a Figura 5.6, verifica-se que o sentido predominante do fluxo de calor é o do interior para o exterior

do gabinete, uma vez que a temperatura interior é sempre superior à exterior, como apresentado

anteriormente na Figura 5.5.

Por volta das 9h30, hora de registo de uma maior incidência de radiação solar, verificou-se uma inversão do

sentido do fluxo de calor no vidro (FV). A incidência directa de radiação solar no vidro provoca um aumento da

temperatura do vidro, para valores superiores à temperatura ambiente interior (TAI), o que origina um FV do

exterior para o interior do gabinete, mesmo com TAI superior à TAE. A inversão do sentido do fluxo, apenas se

verifica no vidro e não na parede, por este ter uma inércia térmica menor do que a parede. De facto, o vidro

por ter uma menor inércia térmica (menor massa), reage muito rapidamente a variações de temperatura,

enquanto na parede por ter maior massa, verifica-se um atraso na transição de calor.

Figura 5.7- Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Frio: 23 de Janeiro de 2011.

Pela análise dos perfis horizontais de temperatura, apresentados na Figura 5.7, verificam-se em todas as

superfícies dos vários elementos (parede, caixilho e vidro) valores de temperaturas mais reduzidos, às 8h00, e

mais elevados, às 16h00.


45

Verifica-se ainda que os declives das rectas no interior dos elementos (DRIEs), que representam a diferença

entre as temperaturas das superfícies interiores e exteriores de cada elemento, são maiores na parede e

menores no caixilho. No vidro registaram-se valores intermédios de diferenças de temperaturas (declives

intermédios). Estes valores são justificados pelo maior coeficiente de transmissão térmica do caixilho

(alumínio) e menor da parede (alvenaria e com maior espessura), apresentando o vidro o valor intermédio.

Como referido anteriormente, quanto maior for o DRIE, maior é a diferença das temperaturas das superfícies

dos elementos, e quando este tende para zero (horizontal), estas temperaturas terão valores idênticos.

Quando o DRIE é positivo (a subir da esquerda para a direita) o sentido do fluxo de calor é do interior para

exterior, já que a TAI é maior que a TAE. Quando o DRIE é negativo (a descer da esquerda para a direita)

verifica-se o contrário, sentido do fluxo do exterior para interior, já que TAE é maior que TAI.

Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figura 5.7, em nenhum dos casos representados se

verificaram DRIEs negativos, o que significa que todos os fluxos de calor registados neste dia são do sentido

interior para o exterior do gabinete (DRIEs positivos). Pela análise da Figura 5.6, gráfico de fluxos, verifica-se

que o fluxo de calor no vidro (FV) apresenta valores negativos, sentido do exterior para interior, mas a uma

hora que não pertence às pré-escolhidas para os gráficos de perfis horizontais de temperatura.

5.3.2. Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011

O dia em que se registou uma menor média diária de radiação solar incidente foi 24 de Janeiro. Trata-se de

uma segunda-feira, pelo que, o gabinete se encontrava ocupado e, pelos registos do AC, o sistema de

climatização (AC) esteve em funcionamento das 10h00 às 11h50 e das 12h50 às 14h20, com uma temperatura

de set point de 25°C.

Figura 5.8 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.

Ao contrário do que foi verificado para o Dia Mais Frio, a amplitude térmica no Dia Menor Radiação é mais

elevada, principalmente a da TAI que está directamente condicionada pela entrada em funcionamento do

sistema climatização AC, tal como se verifica na Figura 5.8.


46

Relativamente às temperaturas ambiente, a TAI teve um máximo diário de 25.35°C, um mínimo de 10.52°C e

uma média de 14.25°C. A TAE registou o valor máximo de 11.59°C, o mínimo de 4.39°C e a média diária de

8.14°C.

A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante de cerca de 5°C, excepto nas horas em que se ligou o

AC, onde esta diferença é mais acentuada devido ao aumento da TAI.

Em termos de radiação solar, este é um dia extremamente nublado, verificando-se reduzidas ou nenhumas

abertas, tendo-se registado como máximo 73.70 W/m2, por volta das 13h00, e uma média diária de 8.21 W/m2.

Figura 5.9 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.

Tal como apresentado na Figura 5.9, os fluxos de calor (FV e FP) apresentam valores positivos em todas as

horas do dia, isto é, sentido do interior para o exterior do gabinete. Esta situação deve-se ao facto de a TAI ser

sempre superior à TAE, como se verificou na Figura 5.8, e de não haver incidência de radiação solar suficiente

para elevar a temperatura dos elementos estudados e inverter os sentidos dos fluxos de calor.

Verifica-se ainda que existiu um aumento dos fluxos de calor provocado pelo aumento da diferença da TAI e da

TAE que, por sua vez foi provocada pelo accionamento do AC.

Mais uma vez, é possível demostrar que o elemento vidro, tendo uma menor inércia térmica do que a parede,

é mais sensível às diferenças de temperaturas ambiente (TAI e TAE), uma vez que nas horas de maiores

diferenças entre TAI e TAE, o incremento do fluxo de calor no vidro é maior do que no da parede.

É ainda importante referir que foi mais perceptível no elemento vidro do que na parede, o não accionamento

do AC, entre 11h50 e as 12h50. De facto, a parede por ter maior massa, e consequente maior inércia térmica,

tem uma maior capacidade de armazenar o calor e de o libertar mais gradualmente.


47

Figura 5.10 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Menor Radiação: 24 de Janeiro de 2011.

Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figuras 5.10, verifica-se que às 3h00 são registados os

valores de temperatura exterior mais reduzidos e às 16h00 os mais elevados. Às 12h00, hora coincidente com o

horário de funcionamento do AC, verifica-se um aumento da TAI e das temperaturas interiores do vidro e do

caixilho. Na parede este fenómeno não é tão evidente, já que apresenta uma inércia térmica maior do que os

outros dois elementos.

Neste dia, todos os declives das rectas no interior dos elementos (DRIEs) obtidos, tanto para a parede como

para o vidro, são positivos, pelo que, todos os fluxos de calor são do sentido do interior para exterior do

gabinete, confirmando o que tinha sido registado durante a campanha experimental e apresentado nos

gráficos de fluxos de calor da Figura 5.9.

5.3.3. Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011

Como já foi referido no início do presente capítulo, a definição do Dia Frio Climatizado baseou-se na escolha do

dia que apresenta a maior diferença entre as médias diárias das TAI e das TAE, de toda a campanha de Inverno.

Assim, foi possível determinar de uma forma expedita o dia onde houve uma maior interferência do AC no

ambiente interior do gabinete. Efectivamente, a função do sistema de climatização é tornar a TAI mais perto do

nível de conforto o que, em geral, no caso da estação de Inverno, consiste em aumentar a TAI, aumentando

assim também a diferença desta para TAE. Importa referir que, como a TAI apresenta valores superiores à TAE,

esta diferença é positiva, mas no caso do Verão, a diferença já será negativa, como veremos posteriormente.

Durante a campanha de Inverno, o dia com maior diferença de média diária da TAI e TAE, foi o dia 27 de

Janeiro de 2011, conforme pode ser observado em anexo no Quadro A.I.3.

Como se trata de um dia de semana, quinta-feira, o gabinete esteve com ocupação e, pelos registos do AC, este

esteve em funcionamento das 9h20 às 15h20 e das 16h10 às 19h30, com uma temperatura set point de 30°C.

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

27 de Janeiro de 2011 : Dia Frio Climatizado

Gráfico Perfil Temperaturas: Parede

3h00 8h00 10h00

12h00 16h00 21h00

Exterior Interior


48

Figura 5.11 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.

Pela análise do gráfico da Figura 5.13, verifica-se que a amplitude térmica da TAI no Dia Climatizado no Inverno

é relativamente elevada (cerca de 15°C), principalmente devido ao recurso ao AC. Já a amplitude térmica da

TAE é de valor inferior (cerca de 5°C), uma vez que a TAE aumenta apenas nas horas de maior incidência de

radiação solar. Neste dia, a TAI atingiu o valor máximo de 30.36°C, o mínimo de 14.54°C e obteve a média

diária de 20.98°C. A TAE registou o valor máximo de 15.78°C, o mínimo de 8.08°C e a média diária de 10.45°C.

A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante ao longo do dia (cerca dos 5°C), excepto nas horas em

que se accionou o AC, onde esta diferença é muito maior devido ao aumento da TAI.

Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, tendo sido registado pelo piranómetro, em plano

horizontal, o valor máximo de 515.10 W/m2, por volta das 10h40, e a média diária de 31.78 W/m2.

Ainda pela análise da Figura 5.11, é possível demonstrar que a partir 11h00 se verifica um decréscimo de

radiação incidente, o que é justificado pelo facto do vão envidraçado ter orientação Este e a partir dessa hora

deixar de existir incidência da radiação solar directa, passando a haver apenas radiação difusa. Por essa razão

se registaram valores de radiação solar na ordem dos 500 W/m2 às 10h30 e de 80 W/m2 às 11h30.

Figura 5.12 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.


49

Pela análise conjunta dos gráficos das Figuras 5.11 e 5.12, verifica-se que o FP se manteve sensivelmente perto

do 0 W/m2 praticamente ao longo de todo o dia, excepto nas horas onde a diferença de TAI e TAE é mais

elevada, coincidentes com as horas de funcionamento do AC. Quanto ao sentido do FP, este é sempre positivo,

do interior para o exterior do gabinete.

Em relação ao FV, este sofreu maiores oscilações. No início do dia o FV apresenta valores na ordem dos 20

W/m2, para uma diferença de TAI e TAE relativamente reduzida, incidência de radiação solar de valor nulo e o

AC desligado. A partir do momento em que começa a haver radiação solar incidente, o FV começa a tender

para valores negativos, sentido do exterior para o interior, devido ao aquecimento da superfície do vidro.

Quando se liga o AC, a TAI aumenta, aumentando também a temperatura superficial interior do vidro, o que

provoca uma diminuição do FV em termos de valores absolutos, pois a diferença entre as temperaturas das

superfícies do vidro passa a ser menor. Quando deixa de haver radiação incidente e passa a haver apenas

radiação difusa, o FV eleva-se para valores positivos, no sentido interior-exterior. A partir desse momento, as

oscilações do fluxo de calor no vidro são apenas provocadas pelas oscilações da diferença entre TAI e TAE. Esta

modificação rápida do seu estado térmico está relacionada com a fraca inércia térmica do vidro.

Assim, é possível concluir que quanto maior a diferença entre TAI e TAE, maiores são os fluxos de calor

registados. Na presença de radiação solar incidente, o FV tende a inverter de sentido, devido ao rápido

aumento da temperatura do vidro. Já na parede, este fenómeno não se verifica devido à maior inércia térmica

deste elemento.

Figura 5.13 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Frio Climatizado: 27 de Janeiro de 2011.

Pela análise dos perfis horizontais de temperatura da Figura 5.13, verifica-se que as maiores e menores

temperaturas dos elementos do vão envidraçado (vidro e caixilho), são registadas às 3h00 e às 10h00,

respectivamente. Sendo um dia de céu limpo e a orientação da fachada a Este, é natural que as temperaturas

mais elevadas sejam registadas no vidro às 10h00, uma das horas do dia de maior incidência de radiação solar

directa. Às 3h00, registou-se uma temperatura de valor mais reduzido por corresponder a uma hora nocturna,

de madrugada.

Neste dia, para as horas apresentadas nos gráficos de perfis horizontais de temperatura, os DRIEs do vidro são

sempre positivos, correspondendo a FVs também positivos, com o sentido do interior para o exterior do


50

gabinete. Estas observações são confirmadas pelo gráfico de fluxos de calor apresentado anteriormente na

Figura 5.12. Importa ainda referir que às 10h00 o FV apresenta valores próximos de zero e, embora o DRIE seja

positivo e elevado, o declive da recta entre a temperatura superficial interior do vidro e a temperatura

ambiente interior (TAI) é relativamente reduzido (horizontal), justificando os valores de FV próximos de zero da

Figura 5.12.

No caso do Fluxo na parede (FP), às 10h00 acontece o contrário. Embora o DRIE seja praticamente horizontal

(Figura 5.13), há uma grande diferença entre a temperatura superficial interior da parede e a TAI, o que

justifica os valores positivos do FP no gráfico de fluxos de calor da Figura 5.12. As restantes horas apresentam

DRIEs positivos e FP positivos, tal como se observa nas Figuras 5.13 e 5.12, respectivamente.

5.3.4. Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011

Em toda a campanha experimental, o dia onde que se registou o maior valor médio diário de radiação solar foi

a 12 de Junho de 2011. Tratando-se de um Domingo, o gabinete esteve desocupado e não foram ligados os

equipamentos, iluminação e AC.

Figura 5.14 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.

Pela análise do gráfico da Figura 5.14, verifica-se que, tanto a TAE como a TAI, e comparativamente a outros

Dias Tipo até agora estudados, apresentam amplitudes térmicas de valor médio (cerca de 10°C).

A TAI registou um valor máximo diário de 33.44°C, um mínimo de 22.15°C e uma média de 25.71°C, o que são

valores claramente acima da temperatura de conforto, pelo que seria necessário recorrer a algum sistema de

climatização de arrefecimento.

A TAE registou o valor máximo de 27.44°C, o mínimo de 16.24°C e a média diária de 20.76°C.

A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante ao longo do dia, cerca de 5°C, excepto nas horas de

maior temperatura ambiente exterior, onde esta diferença é relativamente mais reduzida.

Em termos de radiação solar, este é um dia de céu completamente limpo, tendo sido registado o valor máximo

de radiação solar directa incidente de 992.0 W/m2 por volta das 11h30 e a média diária de 129.62 W/m2. Este


51

valor, não é contudo, o máximo atingido em toda a campanha experimental, uma vez que às 11h10 do dia 6 de

Julho de 2011 se registou o valor máximo absoluto de 1029.0 W/m2.

Ainda pela análise do gráfico da Figura 5.14, é novamente evidente que depois das 11h40, deixa de haver

radiação solar directa incidente, demonstrado pela redução repentina da incidência de radiação solar medida a

partir dessa hora, uma vez que a partir dessa hora a radiação incidente registada passa a ser apenas difusa.

Figura 5.15 - Radiação solar e fluxos de calor, FV e FP no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.

Pela análise do gráfico da Figura 5.15 verifica-se que mais uma vez, o FP regista valores próximos do zero,

aumentando apenas para valores positivos nas horas de maior incidência solar, onde se regista uma maior

diferença entre TAI e TAE (Figura 5.14). Já o FV, nas horas sem radiação solar incidente, apresenta valores na

ordem dos 20 W/m2 positivos, logo no sentido de exterior para o interior do gabinete. Nas horas de incidência

directa da radiação solar, o FV apresenta negativos, sentido do exterior para o interior, uma vez que a radiação

solar directa aquece o vidro para valores de temperatura muito superiores aos da TAI.

Nas restantes horas, quando não há radiação solar directa incidente mas apenas difusa, o FV tende para zero,

já que a TAI e TAE apresentam valores próximos, como se verifica nos registos de temperaturas ambiente e

radiação solar incidente da Figura 5.14.

Figura 5.16 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Maior Radiação: 12 de Junho de 2011.


52

Pela análise do perfil horizontal de temperaturas no vidro, apresentado na Figura 5.16, verifica-se que às 8h00

e às 10h00, o DRIE é negativo, logo o FV, é também negativo, com sentido do fluxo de calor do exterior para o

interior. Nas restantes horas apresentadas no gráfico de perfil, o DRIE é sempre positivo, logo, o FV é também

positivo. Como se comprova pelos sentidos dos fluxos de calor da Figura 5.15.

No caso do fluxo de calor pela parede, e devido a este ser um dia com elevada radiação solar incidente, nas

horas de maior incidência, às 10h00 e 12h00, os DRIEs do gráfico de perfil horizontal de temperaturas na

parede são negativos, embora os FPs no gráfico de fluxos de calor (Figura 5.15) sejam positivos. Mais uma vez,

a justificação deve-se à colocação do fluxímetro adjacente à face interior da parede. Pelo que se torna

necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas da superfície interior da parede e as TAIs

naquelas horas. De facto, essas rectas apresentam declives positivos, justificando os FP positivos medidos para

aquelas horas, e apresentados anteriormente na Figura 5.15.

5.3.5. Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011

Tal como para o Dia Frio Climatizado, para o Dia Climatizado Verão foi considerado o dia em que, durante toda

a campanha de monitorização térmica de Verão, se registou uma maior diferença das médias diárias de TAI e

TAE. No caso do Verão, esta diferença é negativa, já que o AC diminui a TAI para valores inferiores à TAE.

Definiu-se então o dia 24 de Junho de 2011 como o Dia Frio Climatizado, conforme se pode observar pelo

Quadro A.I.3, em anexo. Tratando-se de um dia de semana, uma sexta-feira, o gabinete esteve com ocupação

e, segundo os registos de AC, este esteve em funcionamento das 8h20 às 18h00, com uma temperatura de set

point de 21°C.

Figura 5.17 - Radiação solar, AC, TAI e TAE no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.

Pela análise do gráfico de temperaturas ambiente da Figura 5.17, verifica-se que a amplitude térmica da TAI, no

Dia Climatizado Verão, é relativamente moderada (cerca de 7°C), uma vez que se recorreu ao AC para o seu

controlo. A amplitude térmica da TAE é relativamente elevada (cerca de 15°C), aumentando nas horas de maior

incidência de radiação solar directa.


53

Assim, a TAI neste dia teve um máximo de 28.89°C, um mínimo de 21.79°C e uma média diária de 23.67°C.

A TAE registou o valor máximo de 32.90°C, o mínimo de 17.03°C e uma média diária de 25.17°C.

A diferença entre TAI e TAE é mais ou menos constante (cerca dos 5°C), com a TAI superior à TAE, nas primeiras

horas do dia e sem radiação solar incidente. A partir do momento que se verifica a existência de radiação solar

incidente e se acciona o AC, esta diferença altera-se, passando a temperatura exterior a ser superior à interior,

uma vez que por um lado a TAE aumenta nas horas de maior radiação solar e por outro, o AC faz diminuir a TAI.

A partir das 21h, a diferença entre TAI e TAE tende a ser nula.

Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, apresentando um valor máximo de 964.00 W/m2, por

volta das 11h30, e uma média diária de 122.32 W/m2.

Ainda pela análise da Figura 5.17 verifica-se mais uma vez que a partir 11h40 deixa de haver radiação solar

directa incidente no envidraçado.

Figura 5.18 - Radiação solar, AC e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.

Pela análise conjunta dos gráficos de fluxos de calor e de temperatura das Figuras 5.17 e 5.18,

respectivamente, verifica-se que o FP apresenta valores positivos quando a diferença entre TAI e TAE também

é positiva, e apresenta valores negativos, quando a diferença entre essas temperaturas é também negativa.

Independente dos sentidos de FP, este fluxo é tanto maior quanto maior for a diferença de TAI e TAE.

Analisando o FV, verifica-se que este se comporta de modo semelhante, excepto nas horas de maior radiação

solar directa incidente. Mais uma vez, durante as horas de maior incidência directa da radiação, o FV apresenta

valores bastante elevados, mas negativos, sentido do exterior para o interior do gabinete. A incidência de

radiação solar directa eleva a temperatura do vidro para valores muito superiores aos da temperatura

ambiente interior (TAI).


54

Figura 5.19 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Climatizado Verão: 24 de Junho de 2011.

Pela análise do perfil horizontal de temperatura do vidro, Figura 5.19, verifica-se que DRIE é apenas positivo às

3h00, sendo o FV também positivo, com sentido do interior para o exterior do gabinete. Verifica-se ainda que,

às 21h00 o DRIE tende para a horizontal, pelo que o FV registado é quase nulo. Nas restantes horas (8h00,

10h00, 12h00, 16h00) os DRIEs são negativos, consequentemente os FVs negativos, com o sentido do exterior

para o interior do gabinete, tal como foi apresentado anteriormente na Figura 5.18.

Relativamente aos fluxos de calor na parede, através da análise do perfil de temperaturas da Figura 5.19,

verifica-se que DRIE é negativo às 10h00, 12h00, 16h00 e 21h00, e consequentemente o FP é negativo com

sentido do exterior para o interior do gabinete. Estes resultados são confirmados com os FP registados nessas

horas e apresentados na Figura 5.18.

Às 3h00, o DRIE obtido no perfil de temperaturas da parede é positivo, Figura 5.19, embora o FP apresentado

no gráfico de fluxos de calor seja sensivelmente nulo. Às 8h00, verifica-se por outro lado, um DRIE nulo e um FP

de valores positivos, sentido do exterior para o interior do gabinete, Figuras 5.19 e 5.18, respectivamente.

Estes resultados podem ser justificados pela conjugação da elevada inércia térmica da parede com a elevada

incidência de radiação solar directa e com o facto de o fluxímetro ter sido colocado adjacente à face interior da

parede, e não no seu interior, fazendo com que os fluxos registados não se ajustem aos DRIEs. Assim, para

estas horas, é necessário analisar o declive das rectas entre as temperaturas superficiais interiores e

temperaturas ambiente interiores (TAIs). Às 8h00, de facto, esse declive é elevado e positivo, confirmando o FP

positivo registado durante a campanha experimental. Às 3h00, o DRIE é quase nulo, tendendo para a

horizontal, e consequente FP é consequentemente próximo de zero, conforme apresentado no gráfico de

fluxos de calor da Figura 5.18.

5.3.6. Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011

Em toda a campanha de motorização de Inverno e de Verão, o dia em que foi registado uma maior

temperatura exterior média diária (TAE), foi a 26 de Junho de 2011. Este foi um dia de fim-de-semana, mais

concretamente um Domingo. Assim, o gabinete não teve taxa de ocupação e não foi accionado o sistema de

climatização (AC). Não ocorreram ganhos internos com pessoas, equipamento ou iluminação eléctrica.


55

Figura 5.20 - Radiação solar, TAI e TAE no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.

Pela análise do gráfico da Figura 5.20, verifica-se que a amplitude térmica da TAI no Dia Mais Quente é

relativamente reduzida (cerca de 6°C). Já a amplitude térmica da TAE é mais elevada (cerca de 15°C),

aumentando na hora de maior incidência de radiação solar.

A TAI registou para este dia um valor máximo de 32.31°C, um mínimo de 26.01°C e uma média diária de

28.71°C. Estes são valores muito acima da temperatura de conforto e, mais uma vez, seria necessário o recurso

a um sistema de AC. A TAE registou um valor máximo de 36.61°C, um mínimo de 21.99°C e uma média diária de

21.99°C. Este valor máximo de 36.61°C é também o valor máximo de TAE registado em toda a campanha

experimental.

Em termos de radiação solar, este é um dia de céu limpo, apresentando como valor máximo 964.00 W/m2, por

volta das 11h30, e média diária de 122.32 W/m2. Ainda pela análise do mesmo gráfico, verifica-se que, a partir

das 11h40, deixa de haver radiação solar directa incidente, passando a haver apenas a radiação difusa. A partir

dessa hora, o sol está sensivelmente orientado a Sul, e como o envidraçado está orientado a Este, a radiação

solar começa a não incidir directamente no vidro. Por isso se registaram valores de radiação solar na ordem

dos 900W/m2 às 11h40 e de 50 W/m2 a partir dessa hora.

Figura 5.21 - Radiação solar e fluxos de calor (FV e FP) no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.


56

Na Figura 5.21 verifica-se que o FP apenas é positivo entre as 8h00 e as 12h00. No restante período o FP

apresenta valores negativos, isto é, fluxo de calor com o sentido do exterior para o interior do gabinete.

O FV apresenta valores negativos nas horas de maior incidência de radiação solar, sendo estes valores mais

negativos, à medida que a radiação solar incidente é maior. O fluxo do vidro (FV) toma valores positivos nas

horas sem radiação solar.

Figura 5.22 - Perfis horizontais de temperatura nos diferentes elementos, no Dia Mais Quente: 26 de Junho de 2011.

Pela análise do perfil horizontal de temperaturas do vidro, Figura 5.22, verifica-se que DRIE apresenta valores

positivos às 3h00, 8h00 e 21h00, pelo que o FP, nessas horas, é também positivo com sentido do interior para

exterior do gabinete. Nas restantes horas, 10h00, 12h00 e 16h00, o DRIE é negativo e o FV também negativo.

Como se confirma pela Figura 5.21.

No fluxo da parede verifica-se praticamente a mesma situação verificada para o fluxo do vidro, com excepção

das 21h00 e 3h00. O DRIE registado às 21h00 tende para a horizontal (valores próximos de zero), enquanto o

DRIE, registado às 3h00, apresenta valores positivos. Em ambos os casos, segundo o gráfico de fluxos da Figura

5.26, os FPs a essas horas são negativos, de sentido do exterior para o interior do gabinete. Mais uma vez, e

analisando o declive das rectas entre as temperaturas superficiais interiores da parede e temperaturas

ambiente interiores (TAIs), verifica-se que, para estas horas, esses declives são, de facto, negativos,

confirmando os FP negativos registados durante a campanha experimental.

Cap. 6 – Modelação do caso de estudo em EnergyPlus

57

CAPÍTULO 6 – MODELAÇÃO DO CASO DE ESTUDO EM ENERGYPLUS

6.1. Descrição do EnergyPlus

O EnergyPlus é um software desenvolvido para permitir o estudo e análise de edifícios do ponto de vista do

seu comportamento e desempenho energético. Neste estudo a versão utilizada foi a EnergyPlus 1.2.0. O

EnergyPlus foi desenvolvido pelo US Department of Energy, a partir de programas já existentes, o Blast e o

DOE-2, e escrito em linguagem Fortran 90. É uma ferramenta que calcula as cargas de aquecimento e de

arrefecimento de um edifício, permitindo a introdução de inúmeros parâmetros e de inúmeras condições de

utilização do edifício [49].

O software EnergyPlus calcula a carga térmica de um edifício tendo como base as descrições e parâmetros

definidos pelo utilizador e permite, entre outros resultados, obter a quantidade de energia necessária para que

a temperatura ambiente interior se mantenha próximos das temperaturas de conforto pré-definidas. Nesta

dissertação, esta funcionalidade é essencial, pois permitirá obter as necessidades energéticas do gabinete para

as diferentes soluções de vão envidraçado.

De um modo geral, o EnergyPlus permite prever, entre outros, as temperaturas interiores (ambiente e

superficiais), cargas térmicas, fluxos de calor, consumos de energia, níveis de iluminação e caudais de

ventilação natural.

Uma grande vantagem no estudo do desempeno térmico de edifícios com o recurso ao EnergyPlus, é a

capacidade deste software fazer simulações em intervalos de tempo definidos pelo utilizador e apresentar

resultados (valores de output) com frequências inferiores a uma hora (até 15 minutos).

Este programa de simulação é muito completo, rigoroso e a introdução dos dados pode ser realizada num

editor de texto específico do EnergyPlus, em formato IDF (Input Date File).

O EP-Launch permite modelar o edifício no próprio programa e dispõe de uma funcionalidade de detecção de

erros que, se torna crucial num processo de modelação deste tipo.

Concluída a simulação, o programa fornece um ficheiro que descreve os eventuais erros detectados pelo

software, agrupando-os em três níveis, consoante a gravidade [50]:

A detecção de um erro do tipo “Warning” não compromete a simulação, sendo um erro

normalmente de menor gravidade;

Um erro do tipo “Severe” já é mais gravoso e potencialmente comprometedor em termos da

qualidade dos resultados, exigindo intervenção do utilizador de forma de ser corrigido;

Já um erro do tipo “Fatal” resulta da associação de diversos erros do tipo “Warning” e “Severe” e

que, consequentemente impede que a simulação se concretize. Assim, sempre que um erro deste

tipo ocorre, a simulação é interrompida.


58

Além da funcionalidade de detenção de erros, o EP-Launch o utilizador associar os ficheiros climáticos, executar

as simulações previamente definidas no IDF-Editor e verificar a geometria do edifício modelado, por

visualização através de um ficheiro CAD.

Em relação ao ficheiro climático, este é introduzido antes de se proceder à simulação do ficheiro criado no IDF-

Editor, tal como exemplificado no campo assinalado da Figura 6.1.

Figura 6.1 – Introdução do ficheiro climático weather, no EP-Launch do EnergyPlus.

Na Figura 6.2 é apresentado, de um modo muito generalista, um esquema representativo da dinâmica dos

dados de Input e Output necessários para uma simulação de comportamento térmico de um edifício, e aplicado

ao caso de estudo do presente trabalho - gabinete do DECivil do IST.

Figura 6.2 - Esquema representativo da dinâmica dos dados de Input e Output do software EnergyPlus (adaptado de [50]).


59

6.2. Metodologia utilizada no EnergyPlus

Neste subcapítulo será apresentada uma breve descrição dos principais campos de entrada do EnergyPlus,

utilizados para a elaboração deste estudo, onde são introduzidos os dados necessários para uma simulação

relativamente rigorosa e precisa.

No entanto, importa realçar que nem todos os campos são de preenchimento obrigatório, pelo que, serão

apenas explicados os mais relevantes que foram considerados na realização deste trabalho.

6.2.1. Simulation parameters

No primeiro grupo de campos de entrada Simulation Parameters é possível introduzir os parâmetros gerais

para a definição do edifício em estudo.

Um dos campos de entrada com maior destaque é o Building que permite ao utilizador definir de forma

detalhada o edifício. Por exemplo, é possível atribuir um nome ao edifício Building Name, definir a sua

orientação solar em relação ao Norte verdadeiro, indicando a rotação em graus North Axis e definir a

rugosidade do solo Terrain, permitindo ao software EnergyPlus calcular com maior rigor a forma como o vento

incide nas fachadas do edifício. No presente trabalho definiu-se este campo como city, já que o edifício se

encontra inserido num ambiente urbano.

Para os cálculos de convergência de cargas térmica e de temperatura, em Loads Convergence Tolerance Value e

Temperature Convergence Tolerance Value admitiu se um desvio máximo de 0.04 W e 0.4°C, respectivamente.

No campo de entrada solar Distribution é definida a distribuição solar nas janelas exteriores, tendo se no

presente estudo, optado pelo modo FullInteriorAndExterior, por ser o que melhor define e caracteriza a

situação real do envidraçado do gabinete.

Por último, foram definidos os dias de teste para a verificação das convergências, optando se pelo número

considerado por defeito, 25 dias.

Na Figura 6.3 é apresentado o campo Building e respectivas entradas, preenchidas de acordo com o

anteriormente descrito.


60

Figura 6.3 – Campo de entrada Simulation Parameters: Building.

No campo de entrada Simulation Parameters:Timestep in hour o utilizador define o intervalo de tempo básico

para a simulação. O software aceita intervalos inferiores a uma hora, permitindo deste modo obter resultados

bastante pormenorizados ao longo do dia. No entanto, apenas permite valores de timestep que sejam divisíveis

por 60. No caso de estudo preencheu-se este campo com o número 1, equivalente à frequência horária (Hourly

em inglês) no campo do Output Reporting .

No campo Solution Algoritm é possível definir o algoritmo de transferência de calor pela envolvente que o

software deve considerar. Neste estudo definiu-se ConductionTransferFunction, uma vez que este algoritmo

apenas considera o calor sensível e, para efeitos de simulação, somente será considerada a ocorrência de

fenómenos de transmissão de calor por condução, desprezando o armazenamento de humidade nos

elementos construtivos.

Outros parâmetros possíveis de ser inseridos pelo utilizador neste grupo de campos de entrada Simulation

Parameter são, por exemplo o factor multiplicativo do volume de ar nas zonas (1.0), a versão do software

(nesta caso EnergyPlus V1-2-0), a variação da posição solar e os algoritmos de convecção interior e exterior nas

diversas superfícies que estruturam o edifício (Detailed).

6.2.2. Location and climate

No campo Location and climate é possível introduzir os dados referentes à localização do edifício, tais como a

latitude, longitude, elevação, o fuso horário e ainda a duração do período de simulação. No entanto, uma vez

que neste estudo se optou pelo recurso a um ficheiro climático externo ao EnergyPlus, o seu total

preenchimento revela-se desnecessário, já que os dados do ficheiro climático sobrepõe-se aos inicialmente

introduzidos no editor de texto-IDF. Assim, é suficiente preencher o campo de entrada Run Period, definindo a

duração e o período de simulação.


61

Para o estudo deste trabalho, definiram-se dois períodos distintos, correspondentes à estação de

arrefecimento (Verão) e à estação de aquecimento (Inverno). A duração da estação de arrefecimento e de

aquecimento foi obtida de acordo com o RCCTE. No que diz respeito à estação de arrefecimento, no Verão,

esta é definida pelo RCCTE como o intervalo de tempo correspondente aos meses de Junho, Julho, Agosto e

Setembro [14]. Desta forma, o período de simulação para a obtenção das necessidades nominais de energia útil

para arrefecimento foi definido como sendo o período anual que engloba apenas estes quatro meses: 1 de

Junho a 30 de Setembro - Estação de arrefecimento.

Já para estação de aquecimento, segundo o critério também estabelecido pelo RCCTE, 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 verificada é inferior a 15 °C e termina no último decêndio anterior a 31 de Maio em

que a referida temperatura ainda é inferior a 15 °C [14].

Consultando o ficheiro climático de lisboa, obtém-se como período de simulação definido para a obtenção de

necessidades nominais de energia útil de aquecimento o período compreendido entre 1 de Novembro a 10 de

Maio - Estação de aquecimento.

O ficheiro climático (.epw) referente a Lisboa e facultado pelo LNEG (antigo INETI) fornece ainda informação

sobre alguns dados climáticos relevantes e necessários para o cálculo das trocas de calor com o exterior, tais

como, a temperatura exterior, a radiação global, a humidade relativa, a velocidade e direcção do vento.

6.2.3. Schedules

O IDF Editor apresenta um campo intitulado de Schedules (calendários). A utilização de Schedules permite

controlar os vários processos da simulação ao longo do tempo, isto é, permite definir o grau de utilização e

operação do edificado e seus equipamentos, como por exemplo a iluminação, as temperaturas de controlo nos

diversos compartimentos, dispositivos de sombreamento, taxas de renovação de ar, entre outros.

A partir da definição de Schedules é possível accionar um qualquer dispositivo ou equipamento a determinada

hora do dia e desactivá-lo nas restantes, ou vice-versa.

A definição de um Schedule deve cumprir o preenchimento da seguinte cadeia lógica:

no campo de entrada Schedule Time Limits é definido o tipo de variáveis a utilizar nos Schedules,

podendo ser fracções ou variáveis contínuas (Figura 6.4). A primeira apenas assume os valores de 0

ou 1, servindo para situações de ON/OFF, enquanto a segunda, pode assumir qualquer valor.

no campo de entrada Schedule Day: Hourly é possível definir um horário diário tipo, onde é indicado

o valor de cada variável hora à hora, ao longo do dia (Figura 6.4).

depois da realização de um calendário diário para cada dia tipo, é necessário alocar esse mesmo dia

tipo a uma semana tipo, definindo quais os dias da semana em que se pretende que Schedule Day

seja accionado. Esse processo será definido no campo de entrada Schedule Day: Weekly.

definida a semana tipo, e seguindo a mesma lógica, dever-se-á definir o calendário anual, ano tipo,

recorrendo ao campo Schedule Year.


62

Este processo deve ser realizado sempre que se define uma variável nova, devendo -se atribuir um nome

diferente a cada horário, permitindo assim que este seja chamado em qualquer outro campo de entrada do

programa que tenha a necessidade de ser calendarizado.

Na Figura 6.4 é apresentado o campo de entradas Schedule: DaySchedule onde são definidos os valores de

Schedule de cada dia, hora a hora.

Figura 6.4 – Campo de entrada Schedule: DaySchedule.

No estudo realizado, os campos que apresentam uma ligação directa ao Schedule são:

Surface:Shading:Attached (associado ao dispositivo de sombreamento);

Space Gains (ganhos internos);

AirFlow:Infiltration (renovações de ar);

Zone Control:Thermostatic (sistema de climatização fictício – Purchase air);

Zone Controls and Thermostats:SingleHeatinSetpoint (set points de temperatura);

Zone Controls and Thermostats:SingleCoolingSetPoint (set points de temperatura).

6.2.4. Surface construction elements

Neste grupo do IDF Editor é possível caracterizar a envolvente do edifício, nomeadamente definir os materiais e

as diversas soluções construtivas existentes em toda a envolvente exterior e interior do edifício.

Este processo inicia-se com o preenchimento do campo de entrada Material:Regular referente apenas aos

materiais existentes na envolvente opaca. Para cada material, as especificidades a definir são:

rugosidade. É possível definir de entre as opções: “VeryRough”, “Rough”, “MediumRough”,

“MediumSmooth”, “Smooth” e “VerySmooth”;

espessura (m);


63

condutibilidade térmica (W/m.K);

massa volúmica (kg/m3);

calor específico (J/kg.K);

coeficientes de absorção térmica, absorção solar e absorção do visível.

No Quadro 6.1 são apresentados os valores considerados na caracterização dos diferentes materiais

constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo.

Quadro 6.1 - Materiais constituintes da envolvente opaca do gabinete em estudo. Preenchimento do campo de entrada Material:Regular.

Recorreu-se às peças desenhadas do pavilhão de civil [45] e às tabelas do ITE-50 do LNEC para definir os

materiais do modelo de estudo e as respectivas propriedades que se apresentam no Quadro 6.1. Para o

estabelecimento da absortância solar de cada material, recorreu-se aos valores propostos no RCCTE [14]. Já

para a absortância térmica e para a absortância luminosa, optou-se por adoptar os valores por defeito do

programa.

Na definição dos restantes materiais, nos campos Material:Air, Material:WindowGlass e Material:WindowBlind

é possível definir-se caixas-de-ar, vidros e dispositivos de sombreamento dos vãos envidraçados,

respectivamente.

No presente estudo, recorreu-se ao preenchimento destes campos de entrada para a definição das janelas e

das portas interiores, elementos importantes apenas para o cálculo da inércia térmica, uma vez que por estes

elementos não se consideram trocas térmicas.

Embora o Energyplus permita a definição em separado, para o estudo do vão envidraçado principal (fachada

exterior), a definição dos seus elementos constituintes (vidros, caixilhos e gás existente na caixa de ar dos

vidros duplos) foi conseguida com recurso ao software Window 7 [21]. De uma forma expedita, este software

Name Roughness Thickness

[m] Conductivity

[W/m-K] Density [kg/m3]

Specific Heat

[J/kg-K]

Absorptance: Thermal

Absorptance: solar

Absorptance: Visible

Tijolo 7 Rough 0.07 0.38 1643 1100 0.90 0.76 0.76

Tijolo 11 Rough 0.11 0.44 1409 1100 0.90 0.76 0.76

B.a. pilar Rough 0.55 1.75 2300 653 0.90 0.75 0.75

Laje coco B.a. Rough 0.40 1.75 1800 1000 0.90 0.75 0.75

Estuque Projectado

Medium Smooth

0.01 0.50 1200 1090 0.90 0.20 0.20

Reboco e pintura

Rough 0.02 1.15 2000 800 0.90 0.20 0.20

B.a. painel pré-fabricado

Medium Rough

0.08 0.31 700 1000 0.90 0.32 0.32

Pladur Medium Rough

0.01 0.18 800 837 0.90 0.32 0.32

Forra com lajetas

Medium Rough

0.04 1.75 600 1000 0.90 0.65 0.65

Cortiça pavimento

Smooth 0.01 0.05 150 1250 0.90 0.60 0.60

Madeira Medium Rough

0.01 0.14 600 1200 0.90 0.60 0.60


64

permite a exportação para o EnergyPlus de um ficheiro de extensão (.dat), que agrupa as várias soluções que se

pretendem estudar, simplificando neste caso, o processo de cálculo das necessidades energéticas do gabinete

com as diferentes soluções de vãos envidraçados. Para que este ficheiro seja lido pelo EnergyPlus, é necessário

indicar, no campo de entrada Construction From Window5 Data File o mesmo nome do sistema de vão

envidraçado pretendido e atribuído no Window 7.

Em anexo, ANEXO II - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada, é apresentada uma breve

descrição da metodologia seguida na definição dessas soluções no programa Window 7.

Definidos os materiais, no campo de entrada Constrution dever-se-ão definir as diferentes camadas que

constituem os elementos construtivos da envolvente, paredes interiores e exteriores, pavimentos, tectos,

coberturas e pilares, sempre do sentido do exterior para o interior. Na Figura 6.5 é apresentada, como

exemplo, a definição de três elementos construtivos da envolvente.

Figura 6.5 – Campo de entrada Construction com a definição dos elementos construtivos da envolvente.

6.2.5. Thermal zone description/geometry

Neste grupo do IDF Editor do EnergyPlus, o utilizador define as diferentes zonas térmicas (Zones) e superfícies

que as separam (BuildingSurface). Para isso, o software permite descrever as características térmicas de cada

zona, assim como a geometria e os detalhes de cada superfície que a delimita, recorrendo a um sistema de

coordenadas (x,y,z).

Para o EnergyPlus, o conceito “Zone” define-se como um conjunto de espaços que se encontram submetidos

ao mesmo controlo térmico. As diferentes zonas de um determinado edifício podem interagir entre si, por

fluxos de calor através das superfícies adjacentes.


65

No campo de entrada Zone é possível definir as várias zonas térmicas que se pretendem implementar/simular.

A definição destas zonas térmicas é realizada consoante o uso de cada espaço e o sistema de climatização

existente no respectivo local.

No presente trabalho definiu-se somente uma zona térmica, pois este estudo incide apenas sobre um gabinete,

e além disso, por simplificação, considerou-se que as áreas adjacentes tinham um comportamento térmico

semelhante. O preenchimento do campo Zone é apresentado na Figura 6.6.

Figura 6.6 - Campo de entrada Zone na definição da zona térmica.

Para o total reconhecimento da zona por parte do software do EnergyPlus, é necessário ainda definir as

coordenadas dos vértices das várias paredes e pavimentos que a delimitam, nos campos intitulados de Surface.

Para a definição das superfícies, o software exige o estabelecimento prévio dos critérios/regras de introdução

das coordenadas cartesianas no campo de entrada SurfaceGeometry. Neste estudo, estabeleceu-se a regra de

introduzir primeiro o vértice do canto superior esquerdo de cada superfície e os seguintes seriam introduzidos

segundo uma ordem determinada a partir do primeiro, seguindo o sentido dos ponteiros do relógio. Contudo,

todas estas indicações podem ser interpretadas de maneiras diferentes, dependendo do sentido de orientação

do observador. Assim é importante esclarecer que a posição do observador deve ser sempre do lado exterior

ao elemento a construir.

Definidos os critérios, proceder-se-á à definição da geometria do edifício indicando detalhadamente:

o tipo de superfície que se trata (chão, tecto, parede ou cobertura);

o tipo de solução construtiva, anteriormente introduzida no campo Construction;

as zonas que separa;

a sua exposição ao sol e ao vento;

as suas coordenadas cartesianas seguindo as regras estabelecidas.


66

Importa referir que na definição de superfícies adiabáticas, isto é, que dividem zonas térmicas de

comportamento semelhante e que não processam trocas de calor, é necessário colocar no campo de entrada

OutsideFaceEnvrioment a opcção “OtherZoneSurface” e no campo OutsideFaceEnvrioment Object colocar o

nome da superfície que se está caracterizar (mesmo nome). Esta é uma forma expedita de indicar ao software

do EnergyPlus que a superfície em causa se trata de uma superfície adiabática.

A Figura 6.7 apresenta as superfícies introduzidas no caso de estudo, bem como os parâmetros que as

caracterizam.

Figura 6.7 - Campo de entrada SurfaceGeometry na definição das superfícies que delimitam a zona térmica (ZONA 1).

Os envidraçados são inseridos, exactamente da mesma forma, no campo de entrada Surface:HeatTransfer:Sub,

através da introdução das coordenadas dos vértices em relação à origem do sistema de coordenadas.

A geometria das palas que providenciam sombreamento sobre as janelas deverá ser inserida neste grupo

através da introdução das coordenadas de cada vértice que as constituem, no campo de entrada

Surface:Shading:Attached.

Neste grupo é também possível definir as propriedades das caixilharias. No presente estudo, como já foi

referido, o sistema de vão envidraçado (vidro e caixilho) é definido através do programa Window 7 [21], onde é

permitido caracterizar não apenas o vidro, mas também a caixilharia. Assim, no IDF do EnergyPlus não foi

definido nada referente às caixilharias.


67

6.2.6. Space gains (people, lights, other internal zone equipment)

Os ganhos internos que ocorrem dentro de uma determinada zona são resultado da ocupação humana, da

iluminação artificial e dos equipamentos existentes no seu interior.

A sua definição no IDF-Editor do EnergyPlus é realizada no campo Space Gains (Peolple, Lights, Other internal

zone equipment). Neste estudo, e embora fosse possível introduzir os ganhos internos de variadas formas,

optou por se considerar um valor constante de 7 W/m2 que corresponde ao valor indicado pelo RCCTE [14]

para edifícios de serviço. Este valor, multiplicado pela área do gabinete, foi introduzido no campo de entrada

Lights, definindo-se a zona associada e o seu Schedule de funcionamento.

Figura 6.8 - Campo de entrada Space Gains na definição dos ganhos internos.

6.2.7. AirFlow

A ventilação natural desempenha um papel muito importante no balanço energético dos edifícios,

contribuindo decisivamente para as condições ambientais no seu interior. No período de Verão, poderá ser

favorável quando utilizada para a redução das necessidades de arrefecimento. Geralmente, a ventilação

natural é conseguida através das aberturas das janelas nos vãos em contacto com o exterior, melhorando

desde modo, não só a qualidade do ar interior como também a temperatura interior (no Verão). Por outro

lado, na estação de Inverno, a ventilação poderá ser desfavorável contribuindo significativamente para as

perdas de calor. Assim, para garantir condições de salubridade e de conforto, com um mínimo de gastos

energéticos por perdas de calor, é estabelecido no RCCTE [14] um valor mínimo da taxa de renovação horária

de 0.6 ren/h (0.6 RPH).

No IDF Editor do EnergyPlus, no campo de entrada AirFlow:Infiltration é possível definir taxas de infiltração do

ar variáveis ao longo do ano, sendo suficiente alocar um Shedule, indicar a zona e especificar o valor do volume


68

de ar renovado por hora [m3/h], calculado através do volume do gabinete e do valor de RPH. Neste estudo foi

considerado o valor de 1 RPH (renovação de ar por hora) na estação de Inverno e de 1.5 RPH na de Verão, por

se ter verificado que existiu uma maior ventilação natural do gabinete durante o Verão.

6.2.8. Zone controls and thermostats

Nos campos de entrada anteriormente definidos, foram introduzidos todos os dados que caracterizam o

gabinete do DECivil em estudo, ficando apenas a faltar definir as temperaturas no espaço interior pretendidas,

permitindo ao EnergyPlus calcular as necessidades energéticas para que estas sejam atingidas no gabinete.

Este cálculo é conseguido através da definição de um sistema de climatização fictício (Purchase air), que

introduz as cargas necessárias para que a temperatura ambiente interior se mantenha entre os valores pré-

estabelecidos, quando tal não é possível naturalmente.

No campo de entrada Zone Control:Thermostatic é possível definir um termóstato que regule este sistema de

climatização fictício, associar um Shedule que defina o seu horário de funcionamento, especificar a zona a que

se refere o termóstato e definir a temperatura de setpoint a partir da qual o aparelho entra em funcionamento.

No caso particular deste estudo foram definidos dois setpoints, um Single Heating Setpoint de 20oC e um Single

Cooling Setpoint de 25oC, para as estações de Inverno e Verão, respectivamente.

Uma vez alocado este tipo de setpoint ao termóstato, é suficiente associar o termóstato ao sistema de

climatização fictício (Purchase air) para que o programa mantenha sempre o edifício dentro das condições de

conforto descritas.

6.2.9. Report

Para finalizar, falta apenas preencher o grupo referente aos resultados Report Variable, onde são definidos

quais os outputs pretendidos e a frequência do seu registo. O software do EnergyPlus permite uma vasta lista

de variáveis possíveis, apresentada no documento Input Output Reference [50].

No presente estudo foram solicitadas as seguintes variáveis como outputs:

Outdoor Dry Bulb [°C]: Temperatura ambiente exterior;

Mean Air Temperature[°C]: Temperatura ambiente interior;

Purchased Air Total Cooling Rate [W]: Permite calcular a energia necessária para o arrefecimento da

fracção autónoma (Nvc);

Purchased Air Heating Rate [W]: Permite calcular a energia necessária para o aquecimento da fracção

autónoma (Nic);

Para comparação com os valores obtidos pelo RCCTE (subcapítulo 6.3.2) foram solicitados os dados relativos

aos ganhos e perdas por condução, que ocorrem através envolvente opaca e pelos envidraçados, cujas

designações são:


69

Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Gain [W]: ganhos de calor por condução que ocorrem

pela envolvente opaca;

Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Loss [W]: perdas de calor por condução que ocorrem

pela envolvente opaca;

Window Heat Gain [W]: Ganhos de calor que ocorrem pelos vãos envidraçados;

Window Heat Loss [W]: Perdas de calor que ocorrem pelos vãos envidraçados;

Window Transmitted solar [W]: Quantidade de radiação directa e difusa a entrar na fracção autónoma

através de uma janela exterior.

6.3. Calibração do modelo de simulação

6.3.1. Comparação com dados obtidos na campanha experimental

Neste capítulo serão apresentados os resultados das simulações energéticas do gabinete do DECivil para os

Dias Tipos definidos no capítulo 5, com recurso ao software de modelação energética de edifícios EnergyPlus,

de forma a obter as seguintes temperaturas médias horárias ao longo do dia:

temperatura ambiente interior;

temperatura superficial interior do pano de vidro do vão envidraçado;

temperatura superficial exterior do pano de vidro do vão envidraçado;

temperatura superficial interior do pano da parede;

temperatura superficial exterior do pano da parede.

Os inputs do software EnergyPlus para a modelação e respectiva simulação foram introduzidos conforme

descrito no subcapítulo anterior 6.2.

O objectivo principal deste processo é a calibração do modelo simplificado na simulação computacional do

desempenho térmico e energético do gabinete, utilizando o programa EnergyPlus. Para isso, é realizada a

comparação entre os valores de temperatura interior calculados pelo EnergyPlus com os medidos durante a

campanha experimental, para todos os Dias Tipo definidos. Pretende-se que a diferença entre estes valores

seja mínima. O sucesso deste processo irá permitir estimar o consumo real do gabinete para diferentes

soluções de envidraçados com um maior grau de segurança nos resultados.

Para a simulação do desempenho energético no EnergyPlus é necessário associar um ficheiro que contenha

dados das solicitações climáticas na zona em estudo. Este ficheiro designa-se por weather file e contém

informação acerca dos mais variados factores climáticos, importantes para uma correcta simulação energética

de um edifício, como por exemplo, temperatura exterior, temperatura de ponto de orvalho (Dew Point

Temperature), humidade relativa do ar exterior, pressão atmosférica, as diferentes componentes de radiação

solar e de iluminância, direcção e velocidade do vento, precipitação, entre outros. Para um estudo mais

rigoroso, foram substituídos alguns dados climáticos do ficheiro weather file original por dados medidos

experimentalmente, enquanto os restantes, não medidos experimentalmente, foram mantidos com os valores

padrão contidos no ficheiro weather original disponibilizado pelo LNEG (antigo INETI) para Lisboa.


70

Os valores de humidade relativa do ar exterior, pressão atmosférica, direcção e velocidade do vento foram

registados, precisamente nesses dias, numa estação meteorológica situada na Torre de Química do Instituto

Superior Técnico, uma vez que não foram medidos durante a campanha experimental realizada no gabinete.

Para a temperatura exterior foram considerados os valores obtidos pelos termopares (T7e) durante a

campanha de monitorização, apresentados no capítulo 5.

Para a caracterização da radiação solar, foi necessário efectuar alguns cálculos, já que o EnergyPlus considera

como inputs valores não obtidos directamente durante a campanha. De facto, os inputs do ficheiro climático do

EnergyPlus para a caracterização da radiação solar são:

radiação difusa em plano horizontal;

radiação directa normal.

Durante as campanhas de monitorização térmica, como já foi referido, apenas foi medida experimentalmente a

radiação global no plano horizontal, que representa a soma da radiação directa no plano horizontal com a

radiação difusa no plano horizontal (equação 6.1).

(6.1)

Para a obtenção da radiação directa normal, um dos inputs requeridos no ficheiro climático, calculou-se numa

primeira fase, a radiação directa em plano horizontal através da equação 6.2.

(6.2)

Importa referir que foram utilizados os valores padronizados do ficheiro climático de Lisboa gerado pelo LNEG

(antigo INETI) para a radiação difusa em plano horizontal, uma vez que estes valores não foram obtidos

experimentalmente.

Com os valores de radiação directa em plano horizontal e da altura solar (α), facilmente se calcula a radiação

directa normal, pela seguinte expressão:

( ) (6.3)

Para isso, será apenas necessário obter os valores da altura solar (α) que representa o ângulo entre o plano

horizontal sobre a Terra e os raios solares, tal como ilustrado na Figura 6.9.


71

Figura 6.9 - Altura solar (α)

Para o cálculo da altura solar, recorreu-se aos valores padrão de radiação solar do ficheiro climático de Lisboa

gerado pelo LNEG, através da expressão 6.4:

(

) (

) (6.4)

Estes valores obtidos para a altura solar, foram também confirmados com os de output do programa

EnergyPlus, solar Altitude Angle.

Desta forma, os valores de radiação directa normal foram obtidos a partir do valor da altura solar (α) e dos

valores de radiação global em plano horizontal medidos durante a campanha experimental e de radiação difusa

normal do ficheiro climático gerado pelo LNEG. Os valores de radiação directa normal obtidos foram

introduzidos no ficheiro weather file com recurso ao programa weather converter do EnergyPlus, permitindo

que a simulação energética fosse a mais fidedigna possível e a mais próxima da situação real.

Seguidamente serão apresentados os valores de temperatura interior medidos experimentalmente durante as

campanhas e os obtidos nas simulações do EnergyPlus, para os Dias Tipo anteriormente definidos (capítulo 5).

6.3.1.1. Dia Maior Radiação – Estação Arrefecimento

O Dia de Maior Radiação, 12 de Junho de 2011, corresponde a um Domingo, pelo que, para a modelação do

gabinete, neste dia, foram considerados os seguintes aspectos:

gabinete sem ocupação, considerando-se nulos os ganhos internos com equipamentos ou pessoas;

estore interior sempre fechado, isto é, associando o Schedule “On” e com ângulo de lamela de 10°,

próximo do fecho total das lamelas;

1 RPH (renovação de ar por hora), superior ao mínimo de 0.6 RPH exigido pelo RCCTE.

Na Figura 6.10 são apresentadas as temperaturas medidas durante a campanha de monitorização térmica

realizada no gabinete e as obtidas pelo programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas

temperaturas ao longo do dia foi de 1.22°C.


72

Figura 6.10 – Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Maior Radiação (Verão).

Importa referir que as Figuras neste capítulo 6.3 apresentam as temperaturas médias horárias, ao contrário das

apresentadas no capítulo anterior, que registavam as temperaturas medidas de 10 em 10 minutos. Este facto

explica as curvas menos angulosas, verificadas nas Figuras deste capítulo, comparativamente às apresentadas

no capítulo 5.

6.3.1.2. Dia Mais Quente – Estação Arrefecimento

O dia com média diária de temperatura exterior mais elevada, 26 de Junho de 2011, corresponde também a

um Domingo, tendo sido tomadas as mesmas considerações do Dia Maior Radiação.

Na Figura 6.11 estão representadas as temperaturas medidas durante a campanha monitorização térmica e as

obtidas pelo programa informático EnergyPlus. A diferença média calculada para essas temperaturas, ao longo

deste dia, foi de 0.648°C.

Figura 6.11 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Quente (Verão).


73

6.3.1.3. Dia Climatizado Verão – Estação Arrefecimento

O Dia Climatizado de Verão, 24 de Junho de 2011, corresponde a uma sexta-feira, ou seja, um dia de semana

com ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia, foram tidas as seguintes considerações:

o valor adoptado para os ganhos internos de calor do gabinete (com ocupação) foi de 7 W/m2, que

corresponde ao valor proposto no RCCTE [14] para os ganhos internos de edifícios de serviços;

estore veneziano interior com um ângulo de abertura do estore de 10° accionado nas horas de maior

calor. Para isso foi associado um Schedule que o accionava nas horas em que a temperatura exterior

fosse superior a 25 C. Nos restantes períodos do dia, o estore é considerado inactivo, isto é,

completamente aberto (subido);

taxa de renovação de ar de 1.5 RPH (renovações de ar por hora). No Verão há uma maior tendência

de abrir as janelas e portas, permitindo refrescar o ambiente. Por isso, foi considerado um valor de

1.5 RPH superior à taxa de renovação de ar na estação de Inverno e no período de fim-de-semana.

Com este aumento da taxa de renovação do ar melhorou o ajuste entre os resultados numéricos e

experimentais;

ar condicionado ligado com temperatura de setpoint de 21°C, nas horas de efectivo funcionamento,

registadas nesse dia (8h20-18h00).

Na Figura 6.12 apresentam-se as temperaturas medidas durante a campanha experimental e as obtidas pelo

programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de 0.465°C.

Figura 6.12 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado Verão.

6.3.1.4. Dia Menor Radiação – Estação de Aquecimento

O dia de menor radiação corresponde já à campanha de Inverno, mais precisamente a 24 de Janeiro de 2011 e,

sendo uma segunda-feira, é um dia de semana com ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia foram

tidas as seguintes considerações:

foi considerado o valor de ganhos internos de 7 W/m2 [14];


74

Estore interior completamente aberto, associando o Schedule “Off”;

1RPH (renovação de ar por hora) superior ao mínimo de 0.6 h-1 exigido pelo RCCTE;

Ar condicionado com bomba de calor accionado com temperatura de request de 25°C, nas horas

de registo para esse dia (10h00-11h50 e 12h50-14h20).



Figura 6.13 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Menor Radiação (Inverno).

6.3.1.5. Dia Mais Frio – Estação de Aquecimento

O dia em que foi registada uma temperatura média diária mais reduzida, 23 de Junho de 2011, corresponde a

um Domingo, pelo que, para a modelação do gabinete neste dia foram tidas as seguintes considerações:

gabinete sem ocupação, pelo que se consideraram nulos os ganhos internos com equipamentos ou

ocupação;

estore interior sempre aberto, associando-se o Schedule “Off”;

1 RPH (uma renovação de ar por hora, superior ao mínimo de 0,6 h-1 exigido pelo RCCTE [14]).


programa informático EnergyPlus. A diferença média dessas temperaturas ao longo do dia foi de -0.781°C.


75

Figura 6.14 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Mais Frio (Inverno).

6.3.1.6. Dia Climatizado Inverno – Estação de Aquecimento

O dia climatizado de Inverno, 27 de Janeiro de 2011, corresponde a uma quinta-feira, um dia de semana com

ocupação. Para a modelação do gabinete neste dia foi considerado que:

gabinete com ocupação, com um valor de ganhos internos de 7 W/m2;

estore veneziano interior sempre aberto, associando ao Schedule “Off”;

taxa de renovação de ar unitária (superior ao mínimo de 0.6 h-1 exigido pelo RCCTE [14]);

ar condicionado com bomba de calor ligado com temperatura de setpoint de 30°C, nas horas de registo

para esse dia (9h20-15h20 e 16h10-19h30).



Figura 6.15 - Temperaturas interiores obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus para o Dia Climatizado Inverno.


76

6.3.1.7. Todos os Dias Tipo: Quadro Resumo

Como já foi referido, para além da temperatura ambiente interior, foram também obtidas através do

EnergyPlus as seguintes temperaturas:

temperatura superficial interior do pano de vidro do vão envidraçado;

temperatura superficial exterior do pano de vidro do vão envidraçado;

temperatura superficial interior do pano da parede;

temperatura superficial exterior do pano da parede.

No Quadro 6.2 estão apresentadas os valores médios diários das diferenças de temperaturas obtidas pelo

EnergyPlus e medidas experimentalmente, para os diferentes Dias Tipo estudados.

Quadro 6.2 – Diferenças médias diárias das temperaturas obtidas experimentalmente e pelo EnergyPlus, para os diferentes Dias Tipo estudados.

Média da diferença das Temperaturas [°C]

Temperatura Parede

(Sup. Interior)

Temperatura Parede

(Sup. Exterior)

Temperatura Vidro

(Sup. Interior)

Temperatura Vidro

(Sup. Exterior)

Temperatura Ambiente

Interior

Dia Mais Frio 1.877 1.446 0.640 1.158 -0.781

Dia Menor Radiação 3.393 1.640 1.042 1.521 0.663

Dia Climatizado Inverno 5.439 -0.021 -0.157 0.383 0.808

Dia Maior Radiação 3.046 0.085 2.456 1.549 1.224

Dia Climatizado Verão 2.635 0.513 2.806 0.542 0.465

Dia Mais Quente 1.749 -0.557 1.464 0.350 -0.648

6.3.1.8. Discussão de resultados

Pela comparação dos valores das temperaturas de ambiente interior, obtidas experimentalmente durante as

campanhas experimentais de Inverno e Verão e numericamente pelo software de simulação energética

EnergyPlus, verifica-se que estas são relativamente semelhantes, apresentando ainda assim algumas diferenças

nas horas de maior radiação, principalmente nos Dias Tipo da estação de Verão.

As possíveis causas para a ocorrência destas diferenças de temperaturas são essencialmente de dois tipos:

1. Erros de medição durante a campanha de experimental:

exposição à radiação solar: Apesar dos termopares utilizados na medição das temperaturas

apresentarem uma espessura bastante reduzida (0.2 mm), quando são sujeitos à incidência directa

de radiação solar, aquecem podendo sobrestimar os valores de temperatura medidos;

limitações dos aparelhos de medição: Todos os valores obtidos experimentalmente estão afectos a

algum grau de erro experimental, devido a erros de precisão associados a cada aparelho de

medição.

2. Erros numéricos associados ao Programa EnergyPlus:

dados de input de solicitações climáticas: nas solicitações climáticas, como já foi referido

anteriormente, nem todos os valores utilizados na caracterização dos diversos parâmetros foram


77

obtidos experimentalmente na campanha de monitorização térmica. Por exemplo, os valores de

radiação difusa introduzidos, foram obtidos através do ficheiro original do weather file de Lisboa

gerado pelo LNEG (antigo INETI). Este facto faz com que os dados introduzidos no programa

informático, possivelmente, não sejam exactamente iguais aos que se verificaram na realidade

naqueles dias específicos do ano de 2011, uma vez que se tratam de dados característicos da zona

climática, também para aqueles dias. Apesar de tudo, estima-se que este erro não deva ser muito

elevado, uma vez que a radiação difusa não tem um grande peso nos ganhos térmicos de um

edifício comparativamente com a radiação directa, que obtida através da radiação em plano

horizontal medida experimentalmente;

dados de input dos materiais da envolvente: os dados introduzidos para as propriedades dos

materiais constituintes da envolvente do gabinete correspondem aos tabelados para aqueles

materiais que se prevêem terem sido os utilizados nas soluções de envolvente. Apesar de se ter

realizado algum trabalho de pesquisa, existe a possibilidade de não se estar a utilizar as

propriedades reais dos materiais. Para além disso, os próprios materiais com o tempo, podem

alterar as suas propriedades iniciais;

dados de input de infiltrações: foram considerados valores de uma renovação de ar por hora (1

RPH) no Inverno, que representa um valor ligeiramente acima do mínimo exigido pelo RCCTE (0.6

h-1) [14]. No Verão, foram consideradas duas renovações de ar por hora (2 RPH), uma vez que o

arejamento do ambiente por via da abertura de janela é nesta estação geralmente mais frequente.

Nos dias sem ocupação, independentemente da estação do ano, foi considerada a taxa de uma

renovação de volume de ar horária (1 RPH), pela mesma razão, isto é, o não arejamento do

ambiente pela abertura de portas ou janelas. Estes valores não foram medidos

experimentalmente, podendo estar sujeitos a alguns erros.

Apesar de tudo, de um modo geral, as diferenças entre os resultados experimentais e numéricos de

temperatura ambiente obtidos para os diferentes Dias Tipo foram bastante razoáveis, pelo que se considerou

aceitável a modelação do gabinete. Assim, é possível realizar a análise dos consumos energéticos para

diferentes soluções de envidraçados e dispositivos de sombreamento (capítulo 7), com uma maior segurança

nos resultados de simulação.

De uma forma complementar, foi ainda realizado um outro estudo comparativo entre os resultados das

simulações energéticas do EnergyPlus e os obtidos numa análise em regime estático baseada na metodologia

indicada pelo RCCTE, o qual é apresentado no subcapítulo seguinte.


78

6.3.1. Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE

O estudo do comportamento térmico desenvolvido nesta dissertação com o recurso ao software EnergyPlus

baseia-se numa metodologia de cálculo dinâmico. Com o intuito de reforçar a correcta modelação do caso de

estudo e garantir o máximo de rigor nos resultados obtidos, realizou-se uma análise em regime estático

baseada na metodologia indicada pelo RCCTE [14]. Neste subcapítulo é realizada uma comparação entre os

resultados obtidos pelo EnergyPlus e pelo RCCTE, para os períodos de Verão e Inverno.

Nas Figuras 6.16 e 6.17 são apresentados os resultados de ganhos e perdas do gabinete e respectivas

necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) e arrefecimento (Nvc), obtidos com os

dois métodos de análise. Importa salientar que o cálculo de Nic e Nvc foi realizado segundo Decreto-Lei nº

80/2006 de 4 de Abril (RCCTE) [14].

Figura 6.16 - Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Aquecimento

Figura 6.17 – Comparação dos resultados obtidos pelo EnergyPlus e RCCTE, na estação de Arrefecimento

Analisando os resultados obtidos com ambas as metodologias, verifica-se que as necessidades energéticas do

gabinete são maiores com a metodologia do EnergyPlus do que com a do RCCTE. No Inverno, os valores obtidos

para as necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) são praticamente idênticos,

quando calculados pelos dois sistemas. Já no Verão, os resultados obtidos apresentam valores de necessidades

nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) diferentes. Em ambos os sistemas, verifica-se que as


79

necessidades energéticas são superiores na estação de arrefecimento (Verão), relativamente à de aquecimento

(Inverno).

Analisando os ganhos e perdas pelos elementos opacos, no período de Inverno, verifica-se que estes são

maiores na análise efectuada com o EnergyPlus mas, o facto de este considerar também ganhos solares através

destes elementos, torna a diferença total mais próxima da obtida pelo RCCTE.

No Verão, tanto o RCCTE como o EnergyPlus apresentam valores de ganhos e perdas de calor pela superfície

opaca semelhantes, embora os valores obtidos pelas duas metodologias sejam consideravelmente diferentes.

Analisando as trocas de calor pelos envidraçados, verificam-se que os valores obtidos são relativamente

semelhantes, embora o EnergyPlus apresente valores mais elevados.

A radiação solar incidente no envidraçado apresenta valores na mesma ordem de grandeza.

Relativamente aos ganhos internos, estes são praticamente idênticos em ambos os métodos.

Do ponto de vista geral, as diferenças de resultados verificadas pelos dois métodos de análise devem-se

essencialmente às diferentes metodologias de cálculo adoptadas e aos dados climatéricos associados. O RCCTE

baseia-se numa análise estática, em que as trocas de calor são determinadas em regime permanente para os

dois períodos de referência (Inverno e Verão). Em contrapartida, o EnergyPlus, através de uma análise

dinâmica, permite determinar as trocas de calor em cada instante da simulação.


80

Cap. 7 – Resultados

81

CAPÍTULO 7 – RESULTADOS

Com o objectivo de estudar o impacto do vão envidraçado no desempenho energético de um gabinete do

DECivil, foram realizados, em separado, vários estudos do desempenho dos diferentes elementos que

constituem um sistema de vão envidraçado. Assim, foram calculadas as necessidades energéticas de

climatização do gabinete com diferentes soluções de vão envidraçado, ao longo de todo o ano. Foram

estabelecidas temperaturas de conforto de 20oC e de 25oC, para as estações de Inverno e Verão,

respectivamente. Os consumos energéticos apresentados serão os necessários para manter essas

temperaturas de conforto durante os dias úteis, no horário de expediente (8h-19h).

7.1. Impacto do tipo de vidro

No estudo de impacto do tipo de vidro foram simuladas 12 soluções de vidro simples e duplo, previamente

escolhidas e indicadas para o caso de estudo, das quais resultaram cinco soluções de vidro simples e sete de

vidro duplo [38].

Dos vidros simples, foi escolhido um simples incolor (1), por ser o existente no gabinete, um vidro simples claro

(2), por transmitir maior quantidade de luz, um simples com capa de controlo solar (5), por ter a capacidade de

“filtrar” a luz solar, e ainda, um colorido (3) e um reflectante (4), por serem soluções particulares a nível

estético.

As soluções definidas para vidro duplo apresentam propriedades de baixa emissividade, com excepção da

solução de vidro duplo incolor (6), que é uma solução bastante comum na construção em Portugal. Assim

resultaram, além deste, um baixo emissivo (7), três baixos emissivos com controlo solar (8, 9 e 10), um baixo

emissivo reflectante (11) e um baixo emissivo colorido (12). O estudo não envolveu uma maior diversidade de

soluções de vidro, uma vez que os definidos são os que melhor se adequam ao clima e gabinete em estudo.

Antes da apresentação e descrição detalhada de todas as soluções de vidro estudadas, é importante explicar a

nomenclatura utilizada na referência às várias faces dos vidros de um vidro duplo. Assim, partindo do exterior

para o interior:

Face 1: face exterior do vidro exterior, única face em contacto com o ambiente exterior;

Face 2: face interior do vidro exterior, em contacto com a câmara de preenchimento;

Face 3: face exterior do vidro interior, em contacto com a câmara de preenchimento;

Face 4: face interior do vidro interior, única face em contacto com o ambiente interior do edifico.

No Quadro 7.1 estão apresentadas as principais características técnicas e vidros constituintes, de todas as

soluções de vidro estudadas.


82

Quadro 7.1 - Caracterização dos vidros constituintes das várias soluções estudadas [38].

Nº solução de envidraçado Vidros constituintes Espessura Tvis g⊥ U

[W/m2.◦C] 1 Simples incolor SGG Planilux 6mm 0.89 0.83 5.23

2 Simples claro SGG Diamant 8mm 0.91 0.89 5.17 3 Simples colorido SGG Parsol Bronze 8mm 0.40 0.58 5.17 4 Simples reflectante SGG Reflectasol (capa face 2) 8mm 0.31 0.50 5.17 5 Simples com capa controlo solar SGG Cool-lite ST 120 8mm 0.20 0.33 4.59

6 Duplo incolor SGG Planilux 6mm

0.79 0.72 2.73 Ar 16mm SGG Planilux 6mm

7 Duplo baixo emissivo

SGG Planilux 6mm

0.78 0.57 1.35 Ar 16mm SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm

8 Duplo baixo emissivo e com controlo solar

SGG Planistar (face 2) 6mm

0.69 0.38 1.35 Ar 16mm SGG Planilux 6mm

9 Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento

SGG Cool-lite SKN 154 (face2) 6mm 0.50 0.29 1.27 Ar 16mm

SGG Planilux 6mm

10 Duplo baixo emissivo com controlo solar por selectividade espectral

SGG Cool-lite Xtreme (face2) 6mm 0.59 0.29 1.27 Ar 16mm

SGG Planilux 6mm

11 Duplo baixo emissivo e reflectante

SGG Antelio Emerald (face2) 6mm 0.47 0.30 1.35 Ar 16mm

SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm

12 Duplo baixo emissivo e colorido SGG Parsol Grey 6mm

0.38 0.36 1.35 Ar 16mm SGG Planitherm Ultra N (face 3) 6mm

No Quadro 7.2 são apresentadas as descrições técnicas e as principais vantagens de cada uma das soluções de

vidro estudadas.

Quadro 7.2 - Descrição técnica e principais vantagens das várias soluções estudadas [38].

Nº

solução de

Envidraçado

-Nome Comercial

(SGG)

Descrição técnica Principais Vantagens

1 Simples incolor

- Planilux

Vidro incolor fabricado pelo processo float4.

Este processo permite obter um vidro com

faces perfeitamente planas e paralelas.

Disponível numa vasta gama de espessuras.

Vidro incolor de multiusos.

2

Simples claro

-Diamant Extra

Claro

Vidro fabricado também pelo processo float,

mas apresenta um reduzido teor em óxidos de

ferro que lhe confere uma elevada

transparência. É vidro claro, extremamente

transparente e que apresenta uma coloração

residual muito ténue, sendo por isso, um vidro

com propriedades estéticas e ópticas muito

particulares.

Elevada transparência.

Grande neutralidade em transmissão:

optimização da percepção das cores e do

contraste.

Brilho e profundidade: ausência de reflexo

verde sobre o vidro.

Ideal para vitrinas de museus, de jóias, etc.

4 Float: Processo definido em (Saint Gobain Glass, 2008) [38].


83

3

Simples colorido

- Parsol Colorido

bronze

Vidro colorido na massa, fabricado segundo o

mesmo processo float. Para além do seu

aspecto colorido, apresenta também

propriedades de controlo solar.

Múltiplas aplicações onde quer que seja

determinante a estética e importante o

controlo solar.

4

Simples

reflectante

- Reflectasol

Vidro com uma capa de controlo solar. Esta

capa transparente é um depósito de origem

metálica e aplicada sobre um vidro SGG

Planilux, durante a fabricação. Por razões

estéticas, a capa deve ser colocada na face 2.

Elevada reflexão luminosa e aspecto estético

exclusivo;

Reduzida transmissão luminosa;

Conforto visual em condições de grande

exposição solar.

5

Simples com

capa controlo

solar

- Cool-Lite

Vidro incolor Planilux sobre o qual é

depositada uma capa transparente de origem

metálica. Esta capa confere características de

controlo solar, mantendo o seu aspecto

estético original. A deposição desta capa,

sempre na face 2, é realizada por pulverização

catódica sob vácuo.

Limitação da entrada de raios solares.

Melhoria do conforto visual.

Facilidade de combinação com outros

materiais.

Associação de desempenho energético com

estética.

6

Duplo incolor

– Climalit

Vidro duplo tradicional fabricado segundo o

processo Climalit 5 . É constituído por dois

vidros incolores simples (Planilux) separados

por um espaço hermeticamente preenchido

com ar tratado.

Isolamento térmico: Redução dos custos de

aquecimento e melhoria do conforto junto

de superfícies envidraçadas.

Passagem de luz natural: Elevado nível de

transmissão luminosa.

7

Duplo baixo

emissivo

- ClimaPlus Ultra

N

Vidro duplo cujo vidro interior está revestido

com uma capa (face 3) de baixa emissividade

(Planitherm) que lhe confere a função de

elevado rendimento que permite uma

performance de isolamento térmico superior

à de um vidro duplo incolor. Durante os

períodos frios, reduz fortemente as perdas

térmicas por radiação através do vidro. Assim,

é caracterizado por ser um vidro duplo de

isolamento térmico reforçado, especialmente

concebido para isolar contra o frio,

participando activamente no conforto do

edifício, durante a estação de Inverno.

Diminuição significativa dos encargos com o

aquecimento.

Melhoria do conforto: quase supressão da

zona fria na proximidade de superfícies

envidraçadas, utilização maximizada do

espaço disponível e redução dos riscos de

condensação no vidro interior.

Permite projectar grandes superfícies

envidraçadas respeitando as limitações

impostas pela legislação em vigor.

Elevado nível de transmissão luminosa;

Aspecto neutro em reflexão e em

transmissão.

8

Duplo baixo

emissivo e de

controlo solar

– ClimaPlus 4S

Vidro apelidado de "Conforto 4 estações".

Vidro duplo cujo vidro exterior, um Planistar,

tem a propriedade de ser simultaneamente

de baixa emissividade e de controlo solar.

Este vidro é revestido por uma capa

transparente de óxidos metálicos nobres,

conferindo ao vidro duplo as funções

simultâneas de elevado rendimento no

Inverno e de protecção solar no Verão.

A Capa deverá ser depositada na face 2.

No Inverno (Isolamento térmico 3 vezes

superior ao de um vidro duplo incolor):

Reduz o desperdício de calor.

Explora ao máximo a área das janelas;

Reduz a formação de condensação no lado

interior do vidro.

Possibilidade de grandes superfícies de

envidraçado respeitando as exigências da

regulação térmica em vigor.

No Verão (Reduz para metade a transmissão

directa de calor solar através do vidro):

Melhoria do conforto pela manutenção de

uma temperatura interior agradável:

Diminuição da transmissão de raios UV.

5 Climalit: Processo definido em (Saint Gobain Glass, 2008) [38].


84

9

Duplo baixo

emissivo de

controlo solar de

elevado

rendimento

– ClimaPlus solar

Control: Cool-Lite

SK

Vidro duplo de elevado rendimento concebido

para assegurar uma função complementar de

controlo solar, em particular, a redução dos

efeitos solares e a limitação mais ou menos

intensa da transmissão luminosa. Bloqueia

74% da energia solar deixando passar 50% da

luz. O vidro exterior é um vidro de controlo

solar de elevada performance e é obtido por

depósito catódico da capa metálica nobre,

Cool-lite SKN 154, sobre um vidro incolor

(Planilux). A capa é colocada em face 2.

Redução da entrada de raios solares.

É um vidro bastante neutro em transmissão.

Permite beneficiar do calor e da luz do sol,

sem excesso.

Limitação do sobreaquecimento interior de

assoalhadas não climatizadas.

Melhoria do conforto visual, atenuando a luz;

Evita a formação de condensação sob os

vidros em zonas húmidas.

10

Duplo baixo

emissivo de

controlo solar

por selectividade

espectral

- ClimaPlus solar

Control Cool-Lite

Xtreme

Vidro duplo de controlo solar de altíssima

selectividade (relação entre a transmissão

luminosa e energia solar). O vidro exterior é

revestido por uma capa magnetónica, Cool-lite

Xtreme, colocada sob condições de vácuo num

vidro float, em face 2. É um vidro que obtém

elevadas performances ao nível do controlo

solar e do isolamento térmico, para além de

ser extremamente neutro a nível estético.

Transparente: Transmissão de luz solar muito

elevada, criando um bom espaço de luz.

Dispensa o recurso ao sombreamento

tradicional, permitindo a entrada de luz

durante todo ano.

Vidro "fresco": o seu reduzido factor solar e

reduzido coeficiente de sombreamento,

permitem um bom desempenho em edifícios

de escritório.

Estético e neutralidade: A reduzida reflexão e

o aspecto neutro facilitam o seu uso na

arquitectura moderna.

11

Duplo baixo

emissivo e

reflectante

- ClimaPlus Ultra

N Reflectasol

Associação de um vidro de controlo solar com

outro de baixa emissividade (Planitherm).

O vidro exterior, Antelio Emerald, é um vidro

com uma capa de natureza metálica aplicada

sobre um vidro colorido (Parsol) durante a

fabricação na linha float. Esta capa ao ser

aplicada na face 1 (face exterior) confere ao

vidro um aspecto uniforme e reflectante.

O vidro interior, Planitherm, está revestido

com uma capa de baixa emissividade (face 3)

conferindo ao vidro a sua função de elevado

rendimento. Esta capa reflecte os raios

infravermelhos de longo comprimento de

onda, responsáveis pelo aquecimento. Durante

os períodos frios, reduz fortemente as perdas

térmicas por radiação através do vidro.

Combinação das vantagens de um vidro

baixo emissivo com as de um vidro

reflectante:


aquecimento.






Permite projectar grandes superfícies

envidraçadas respeitando as limitações

impostas pela legislação em vigor.

Limitação da entrada dos raios solares.

Uniformidade estética das fachadas.

Conforto visual em condições de grande

exposição solar.

12

Duplo baixo

emissivo e

colorido

- ClimaPlus Ultra

N Parsol

Vidro duplo de isolamento térmico reforçado e

de controlo solar. Associação de um vidro com

propriedades controlo solar com outro de

baixa emissividade. O vidro exterior, Parsol, é

um vidro colorido em massa com propriedades

de controlo solar. O vidro interior, Planitherm,

está revestido com uma capa de baixa

emissividade conferindo ao vidro a sua função

de elevado rendimento. Esta capa reflecte os

raios infravermelhos de longo comprimento de

onda, responsáveis pelo aquecimento.

Combinação das vantagens de vidro baixo

emissivo com as de um vidro colorido:


aquecimento.







85

Para cada uma das soluções apresentadas foram realizadas duas simulações energéticas para dois períodos

diferentes do ano, permitindo o cálculo das necessidades de aquecimento e de arrefecimento do gabinete do

DECivil, durante o Inverno e o Verão, respectivamente. Neste processo de cálculo das necessidades energéticas

de climatização, foram consideradas as seguintes condições:

estação de aquecimento: de 1 de Novembro a 10 de Maio;

estação de arrefecimento: de 1 de Junho a 30 de Setembro;

gabinete com dispositivos de sombreamento inactiva (estores venezianos);

caixilharia com corte térmico (U=5.680 W/m2.°C), excepto na solução 1, onde foi considerado

caixilharia sem corte térmico, por se tratar da solução existente.

Na Figura 7.1 são apresentadas as necessidades anuais de aquecimento do gabinete para as diferentes

soluções de vidro estudadas, bem como os ganhos e as perdas de calor pelo envidraçado.

Figura 7.1 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento (Nic) do gabinete do DECivil (estação de Inverno).

Da análise da Figura 7.1 conclui-se que:

o vidro com melhor desempenho energético durante a estação de Inverno, menores necessidades de

aquecimento, é o vidro duplo baixo emissivo (7). Este vidro, Climaplus Ultra N, é concebido

principalmente para os períodos frios e é caracterizado por reduzir fortemente as perdas térmicas

pelo envidraçado. Os ganhos solares são cerca do triplo das suas perdas, o que nesta estação se pode

tornar bastante benéfico. Apresenta um dos coeficientes de transmissão térmica mais reduzidos de

todas as soluções estudadas (U=1,35 W/m2.°C), deixando ainda assim, passar cerca de 78% da luz

visível (Tvis=0,78) e cerca de 57% da energia solar (g=0.57), tal como apresentado no Quadro 7.1. A

solução (6), vidro duplo incolor, apresenta um comportamento semelhante, com valores de

necessidades anuais de aquecimento (Nic) ligeiramente superiores;

a solução de envidraçado que apresenta piores resultados de desempenho energético, na estação de

aquecimento, é a de vidro simples com capa de controlo solar (5). Este vidro, Cool-lite ST120,


86

apresenta um factor solar relativamente reduzido (g=0.33) fazendo com que os ganhos solares pelo

envidraçado sejam reduzidos. Por outro lado, como tem um coeficiente de transmissão térmica

relativamente elevado (U=5.17 W/m2.°C), apresentam perdas energéticas significativas, quando

comparadas com os ganhos de calor. Assim, com reduzidos ganhos solares e elevadas perdas de calor,

esta solução apresenta elevadas necessidades energéticas de aquecimento;

o vidro simples reflectante (4) apresenta também um fraco desempenho energético na estação de

aquecimento. As razões são exactamente as mesmas, reduzidos ganhos solares e consideráveis perdas

de calor pelo envidraçado;

os vidros simples incolor e simples claro (1 e 2, respectivamente) são as soluções que apresentam

maiores ganhos solares pelo envidraçado, mas em contrapartida, o facto de apresentarem

simultaneamente perdas de calor consideráveis, o desempenho energético nesta estação não é dos

melhor. Estas soluções são caracterizadas por elevados valores de coeficiente de transmissão térmica

e por permitem a transmissão de grande parte da luz visível e da energia solar para o espaço interior;

concluindo, para que uma solução de vidro contribua para um bom desempenho energético do

gabinete do DECivil, durante a estação de aquecimento, é necessário que permita ganhos solares

consideráveis, elevado coeficientes de Tvis e g, e em simultâneo, que não apresente elevadas perdas

de calor pelo envidraçado, ou seja, que apresente um reduzido coeficiente de transmissão térmica (U).

Na Figura 7.2 são apresentadas necessidades anuais de arrefecimento do gabinete do DECivil, bem como os

ganhos e as perdas de calor pelo envidraçado das diferentes soluções de vidro estudadas.

Figura 7.2 - Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) gabinete do DECivil (estação de Verão).

Da análise da Figura 7.2 pode concluir-se que:

Com desempenhos energéticos muito semelhantes, os vidros duplos com controlo solar selectivo (9) e

de elevado rendimento (10), são os vidros que apresentam as necessidades energéticas de

arrefecimento mais reduzidas. Estes vidros (ClimaPlus solar Control) apresentam uma capa metálica na

face 2 (face interior do vidro exterior) que permite uma redução dos efeitos solares no interior.


87

Apresentam os menores valores de coeficiente de transmissão térmica e de factor solar de todas as

soluções estudadas (U= 1.27 W/m2.°C e g=0.29), permitindo reduzir os ganhos e as perdas de calor

pelo envidraçado. Por outro lado, são soluções que permitem uma elevada transmissão de luz solar,

aumentando o conforto visual no interior do edifício. Por exemplo, a solução de vidro duplo de

controlo solar selectivo (10) apresenta um bom desempenho energético e, em simultâneo, permite a

passagem de 59% da luz solar. Já a solução 9, permite a passagem de 50% da luz solar.

as soluções com pior desempenho energético são as de vidro simples claro (2), de vidro simples

incolor (1) e de vidro duplo incolor (6), com necessidades de arrefecimento de 80.97, 78.43 e 78.80

kWh/m2.ano, respectivamente. Estas soluções apresentam um elevado factor solar (g> 0.70),

permitindo ganhos solares elevados. Na estação de arrefecimento, esta característica torna-se

bastante penalizadora para o desempenho energético do gabinete.

Concluindo, para que uma solução de vidro contribua para um bom desempenho energético do gabinete do

DECivil, durante a estação de arrefecimento, é necessário que apresente um reduzido factor solar, não

permitindo elevados ganhos de calor. Em simultâneo, é aconselhável que apresente um elevado factor de

transmissão de luz visível, aumentando o conforto visual no interior do gabinete.

Realizados os estudos para as diferentes estações, falta apenas compreender qual das soluções de envidraçado

estudadas permite um melhor desempenho energético do gabinete ao longo de todo o ano, isto é, menores

necessidades energéticas anuais de climatização. Assim, foi realizado o cálculo das necessidades nominais

globais de energia primária (Ntc) de cada solução, ao longo de todo o ano, permitindo o posterior cálculo das

emissões de C02 e do custo de energia. As necessidades nominais globais de energia primária (Ntc) não

traduzem simplesmente a soma das necessidades energéticas do gabinete durante duas estações. Este

parâmetro exprime a quantidade de energia primária correspondente à soma ponderada das necessidades

nominais de aquecimento (Nic), de arrefecimento (Nvc) e de preparação de águas quentes sanitárias (Nac), tendo

em consideração os sistemas adoptados ou, na ausência da sua definição, sistemas convencionais de

referência, e os padrões correntes de utilização desses sistemas [14]. A equação 8 traduz o cálculo deste

parâmetro.

[kgep/m2.ano] (7.1)

Onde,

Ntc - Necessidades nominais globais de energia primária [kgep/m2.ano];

Nic - Necessidades nominais de aquecimento [kWh/m2.ano];

Nvc - Necessidades nominais de arrefecimento [kWh/m2.ano];

Nac - Necessidades nominais de preparação de águas quentes sanitárias [kWh/m2.ano];

- Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para o aquecimento (= 0,3);

- Eficiência nominal dos equipamentos utilizados para arrefecimento (= 0,4);

Fpui - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de aquecimento;

Fpuv - Factor de conversão de energia útil em energia primária na estação de arrefecimento;

Fpua - Factor de conversão de energia útil em energia primária na preparação de AQS.


88

Importa referir, que neste estudo aplicado ao gabinete do DECivil, não foram consideradas necessidades

nominais de preparação de águas quentes sanitárias, pelo que, o parâmetro Nac foi considerado nulo.

Na Figura 7.3 são apresentadas graficamente as necessidades nominais globais de energia primária para cada

solução de vidro estudada, e respectivos ganhos e perdas de calor pelo envidraçado.

Figura 7.3 – Desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro.

Pela análise do gráfico da Figura 7.3 verifica-se que as soluções de vidro 9 e 10 são as que apresentam

melhores desempenhos energéticos. Neste primeiro estudo e comparando apenas o elemento vidro, verifica-

se que estas soluções permitem uma redução de cerca de 52% das necessidades energéticas anuais do

gabinete com a solução actual de vidro simples incolor (1). Estas soluções, de vidro duplo baixo emissivo com

controlo solar de elevado rendimento (9) e com controlo solar selectivo (10) são também as que apresentaram

os melhores desempenhos energéticos na estação de arrefecimento, como mostra a Figura 7.2. Para além das

soluções 9 e 10, a solução com melhor desempenho é a solução de vidro duplo baixo emissivo reflectante (11),

com uma redução das necessidades na ordem dos 48%. A solução de vidro simples claro (2), com o pior

desempenho energético de todas as soluções estudadas, apresenta necessidades energéticas superiores às da

solução base, cerca de 102%.

Pela análise das figuras anteriores (Figura 7.1-7.3), é possível concluir que a estação de arrefecimento é a

estação mais condicionante para o desempenho energético anual do gabinete do DECivil, uma vez que se

verifica que os vidros que apresentam os melhores e piores desempenhos nesta estação são precisamente os

mesmos que apresentam os melhores e piores desempenhos energéticos globais, respectivamente. Para o caso

específico do gabinete em estudo, uma solução de envidraçado que tenha um bom desempenho na estação de

arrefecimento, terá maior probabilidade de ter um bom desempenho ao longo do ano, já que as necessidades

da estação de aquecimento são de cerca de 1/5 das de arrefecimento, tal como apresentado nos gráficos das

Figuras 7.1 e 7.2.

No Quadro 7.3, e em forma de resumo, são apresentados os valores numéricos do desempenho energético das

várias soluções estudadas e as suas principais características técnicas responsáveis por esses mesmos

desempenhos.


89

Quadro 7.3 - Caracterização técnica e desempenho energético do gabinete do DECivil com as diferentes soluções de vidro.

Nº solução de envidraçado U

[W/m2.◦C] Tvis g

Ganhos Calor [kWh/m2.ano]

Perdas Calor [kWh/m2.ano]

Ntc [kgep/m2.ano]

1 Simples incolor 5.23 0.89 0.83 140.13 52.73 0.8446

2 Simples claro 5.17 0.91 0.89 145.55 53.71 0.8645

3 Simples colorido 5.17 0.40 0.58 111.83 47.45 0.7655

4 Simples reflectante 5.17 0.31 0.50 92.40 43.66 0.6068

5 Simples com capa controlo solar 4.59 0.20 0.33 71.97 38.16 0.6002

6 Duplo incolor 2.73 0.79 0.72 130.23 36.25 0.8045

7 Duplo baixo emissivo 1.35 0.78 0.57 112.67 24.66 0.7062


1.35 0.69 0.38 81.88 21.40 0.5201


1.27 0.50 0.29 57.99 18.77 0.4042

10 Duplo baixo emissivo com controlo solar por selectividade espectral

1.27 0.59 0.29 58.37 18.80 0.4043

11 Duplo baixo emissivo e reflectante 1.35 0.47 0.23 63.06 19.72 0.4378

12 Duplo baixo emissivo e colorido 1.35 0.38 0.36 78.93 21.25 0.5218

Pela análise do Quadro 7.3, é o factor solar, responsável pela transmissão da energia solar para o interior do

edifício, que é o parâmetro do vidro com maior influência no desempenho energético do gabinete do DECivil.

Durante a estação de Verão, é muito importante controlar a entrada de calor e, sendo esta estação a mais

condicionante para o caso de estudo, um factor solar reduzido irá traduzir menores necessidades energéticas

anuais de climatização. É também importante que coeficiente de transmissão térmica (U) seja reduzido, uma

vez que permite reduzir as perdas de calor no Inverno. Neste estudo, e uma vez que esta estação apresenta ter

menor peso, este parâmetro não é tão influente como o factor solar. O coeficiente de transmissão da luz visível

é fundamental no conforto visual no interior do gabinete, permitindo poupanças energéticas na iluminação do

mesmo.

Para concluir, as soluções que apresentaram melhores desempenhos energéticos do gabinete do DECivil, são

precisamente soluções que apresentam simultaneamente reduzidos ganhos e perdas de calor, isto é, reduzido

factor solar combinado com reduzido U.

7.1.1. Tipo de gás da câmara de preenchimento

Para demonstrar a influência do tipo de gás da câmara de preenchimento, foi realizado um estudo comparativo

do desempenho energético de todos os vidros duplos estudados, preenchidos com ar ou árgon. Na Figura 7.4

são apresentados os resultados obtidos nesse estudo.


90

Figura 7.4 - Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de energia primária do gabinete do DECivil, recorrendo às soluções de vidro duplo com a câmara de preenchimento de ar ou árgon.

Pela análise da Figura 7.4, é possível concluir que o tipo de ar introduzido na câmara de preenchimento dos

vidros duplos estudados permite desempenhos energéticos diferentes consoante a estação do ano e a solução

de vidro.

Na estação de aquecimento, a inclusão de árgon na câmara de preenchimento melhora o desempenho

energético de todos os vidros duplos estudados, reduzindo as necessidades energéticas de aquecimento. Por

outro lado, na estação de arrefecimento, existem soluções de vidro duplo que apresentam piores


91

desempenhos energéticos com a inclusão de árgon, como são o caso do vidro duplo incolor (6), baixo emissivo

(7) e baixo emissivo de controlo solar (8).

Em geral, e após o cálculo das necessidades nominais de energia primária, verifica-se que a opção pelo

preenchimento da câmara do vidro duplo com árgon melhora o desempenho energético de quase todas as

soluções estudadas, com excepção das soluções vidro duplo incolor (6) e baixo emissivo (7), que apresentam

um aumento das necessidades energéticas face à solução com ar tratado, inicialmente estudado.

Para uma melhor percepção dos efeitos da inclusão de árgon na câmara de preenchimento, no Quadro 7.4 são

apresentadas as características técnicas dos vidros (obtidos pelo Window) e os resultados numéricos dos

desempenhos de cada solução de vidro duplo estudada, com os dois tipos de gás na câmara de preenchimento

(obtidos pelo EnergyPlus).

Quadro 7.4 – Desempenho energético e características técnicas das várias soluções de vidro duplo estudadas, com ar de preenchimento árgon ou ar tratado.

Nº Solução de envidraçado U

[W/m2.◦C] Tvis g

Ntc [kgep/m2.ano]

6 Duplo incolor 2.726 2.613 0.789 0.789 0.717 0.717 0.805 0.808

7 Duplo baixo emissivo 1.348 1.052 0.777 0.777 0.571 0.572 0.706 0.716


1.348 1.052 0.693 0.693 0.382 0.379 0.520 0.515


1.270 0.961 0.496 0.496 0.285 0.280 0.404 0.391

10 Duplo baixo emissivo com controlo solar selectivo

1.270 0.961 0.594 0.594 0.287 0.282 0.404 0.393

11 Duplo baixo emissivo e reflectante 1.348 1.052 0.468 0.468 0.295 0.289 0.438 0.423

12 Duplo baixo emissivo e colorido 1.348 1.052 0.378 0.378 0.361 0.352 0.522 0.509

AR ÁRGON AR ÁRGON AR ÁRGON AR ÁRGON

Pela análise do Quadro 7.4, é possível efectuar a comparação das principais características técnicas e

desempenho energético das diferentes soluções de vidro duplo com ar tratado ou árgon na câmara de

preenchimento. Assim, a opção pelo árgon em detrimento de ar tratado representa:

uma diminuição de cerca de 20% do coeficiente de transmissão térmica do envidraçado; nas soluções

9 e 10 essa diminuição é de cerca de 24.5%;

a manutenção do coeficiente de transmissão de luz visível; com a inclusão de árgon na câmara de

preenchimento o envidraçado permite a passagem da mesma quantidade de luz visível para o interior;

uma ligeira diminuição, cerca de 1.2%, do factor solar na maior parte dos vidros duplos estudados; na

solução 6 verifica-se que o factor solar se mantém igual, pelo que, a inclusão de árgon não altera a

capacidade de bloquear a entrada de energia solar; na solução 7 verifica-se um ligeiro aumento deste

parâmetro, de valor quase insignificante;

uma diminuição média em cerca de 1.6% nas necessidades nominais de energia primária; embora se

verifique nas soluções 6 e 7, um ligeiro aumento dessas necessidades, provocado também pelo ligeiro

aumento do factor solar; para a solução 11, duplo baixo emissivo e reflectante, essa diminuição é de

cerca de 3.4%.


92

Importa salientar que os valores apresentados são para as soluções estudadas e aplicadas ao caso de estudo

específico, pelo que, outras soluções aplicadas a outros edifícios poderão registar diferentes desempenhos

energéticos.

Nos estudos seguintes, serão apenas apresentadas as soluções com os quatro melhores desempenhos

energéticos no estudo do vidro e as duas soluções base, ou seja:

Simples incolor (1);

Duplo incolor (6);

Duplo baixo emissivo e com controlo solar (8);

Duplo baixo emissivo com controlo solar de elevado rendimento (9);

Duplo baixo emissivo com controlo solar selectivo (10);

Duplo baixo emissivo e reflectante (11).

As soluções de vidro duplo serão consideradas com câmara de preenchimento de ar tratado.

7.2. Impacto dos dispositivos de sombreamento

Para o estudo da influência dos dispositivos de sombreamento será unicamente considerada a estação de

arrefecimento, uma vez que estes dispositivos apenas irão contribuir para um melhor desempenho energético

do gabinete nesta estação. No Inverno, o recurso a um dispositivo deste tipo geralmente penaliza o

desempenho energético do edifício, limitando a entrada de energia solar. No estudo do impacto dos

dispositivos de sombreamento no desempenho energético do gabinete, foram realizadas simulações com

recurso ao software EnergyPlus, considerado apenas o funcionamento dos dispositivos activos quando se

verificavam temperaturas ambientes exteriores superiores a 25°C. Nestas simulações foram estudados os dois

estores venezianos existentes no gabinete – estore veneziano com lamelas horizontais no exterior e com

lamelas verticais no interior, a influência da sua reflectância solar e localização (interior ou exterior) de cada

estore no desempenho final do sistema.

Na Figura 7.5 são apresentadas as necessidades energéticas do gabinete, recorrendo-se à protecção do vão

envidraçado com um estore interior, exterior ou sem recurso a nenhum estore.

As características dos estores existentes no gabinete, interior de lamelas verticais e exterior de lamelas

horizontais, podem ser observadas no Quadro 4.1 (apresentado em 4.3.1).


93

Figura 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete com recurso aos estores existentes, interior e exterior, ou sem estore.

Analisando a Figura 7.5, verifica-se que o recurso ao estore localizado no exterior permite obter, em todas as

soluções de envidraçado estudadas, um melhor desempenho energético, mais precisamente, uma diminuição

em cerca de 24% das necessidades energéticas em relação à situação sem estores, e de 23.3% em relação à

utilização do estore interior.

O recurso ao estore interior permite melhores desempenhos energéticos apenas para os vidros simples (1) e

duplo incolor (6). Para os restantes vidros, que são caracterizados por menores coeficientes de transmissão

térmicas e factores solares, o recurso ao estore interior prejudica ligeiramente o desempenho energético do

gabinete do DECivil. Efectivamente, parte da radiação solar incidente e que é transmitida para o interior, é

absorvida pelo estore e posteriormente transferida por fenómenos de convecção e de reemissão em forma de

radiação de onda longa para o espaço interior, podendo provocar situações de sobreaquecimento. No caso de

vidros com menor transmissão térmica e com propriedades baixas-emissivas, esse mesmo calor tende a ter

maior dificuldade em se transmitir para o exterior, aumentando a temperatura interior do gabinete. Daí a

maior necessidade de energia na estação de arrefecimento para os vidros 8,9,10 e 11, que têm propriedades

baixas emissivas, quando se recorre ao estore interior.

Nas Figuras 7.6 e 7.7 são apresentadas as necessidades energéticas do gabinete quando é utilizado o estore

interior e o exterior, respectivamente. Ambos os estores são testados com diferentes reflectâncias, permitindo

analisar a influência da reflectância solar no desempenho energético dos estores.


94

Figura 7.6 – – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com estore interior de diferentes reflectâncias solares.

Figura 7.7 - – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com estore exterior de diferentes reflectâncias solares.

Pela análise das Figuras 7.6 e 7.7, é possível concluir que, independentemente da localização do estore, este

apresenta melhores resultados para reflectâncias solares maiores. No caso do estore interior, uma reflectância

reduzida provoca, em alguns tipos de vidro, desempenhos energéticos piores que a situação de não utilização

de qualquer tipo de sombreamento. Por exemplo, o estore interior actual, com reflectância de 0.5, apresenta

melhorias no desempenho apenas para os vidros simples e duplo incolor. Nos restantes vidros estudados, um

estore aplicado pelo interior do gabinete, com essas características, iria provocar um aumento das

necessidades energéticas de arrefecimento. Já para os estores aplicados pelo exterior, verifica-se para todas as


95

reflectâncias estudadas, uma melhoria do desempenho energético do gabinete em comparação à situação de

inexistência de sombreamento.

No Quadro 7.5 são apresentados todos os valores numéricos das necessidades energéticas de arrefecimento

para o gabinete do DECivil, com o recurso aos vários estores estudados.

Quadro 7.5 – Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento do gabinete do DECivil com os diferentes estores estudados.

Nº

Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) [kWh/m2.ano]

Sem Estore

Estore interior Estore Exterior

Pouco Reflectante: Reflectância solar = 0,33

Existente: Reflectância solar = 0,5

Muito Reflectante: Reflectância solar = 0,87

Existente: Reflectância

solar=0,4

Muito Reflectante: Reflectância solar=0,87

1 78.437 79.681 75.188 67.699 59.845 56.666

6 78.804 79.943 77.509 72.353 59.615 57.466

8 47.777 49.161 47.830 45.778 36.030 34.681

9 32.218 33.275 32.601 31.408 24.599 23.316

10 32.211 33.333 32.876 31.560 24.610 23.323

11 36.749 37.763 37.228 35.882 27.830 26.492

100.0% 102.3% 99.0% 93.0% 75.9% 72.5%

Pela análise do Quadro 7.5, verifica-se que o estore com melhor desempenho é o estore que apresenta maior

reflectância (0.87) e aplicado pelo exterior, apresentando necessidades energéticas de arrefecimento cerca de

72.4% em relação à situação sem estore. Por outro lado, verifica-se que um estore aplicado pelo exterior

apresenta sempre melhores resultados energéticos, uma poupança de 25 a 30 % em relação à situação sem

sombreamento. O aumento da reflectância solar do estore traduz melhorias de desempenho na ordem dos 3 a

10 %.

Para concluir, um estore aplicado pelo exterior é mais eficaz, e quanto maior for a sua reflectância solar melhor

será o seu desempenho energético.

7.3. Impacto dos caixilhos

No estudo da influência do caixilho foram analisadas as mesmas seis soluções de vidro definidas, aplicando

diferentes tipos de caixilhos ao sistema de envidraçado, mais precisamente, caixilhos de alumínio com e sem

corte térmico, de madeira e de PVC. O estudo foi realizado apenas para estes tipos de caixilhos, por serem os

mais comuns na construção em Portugal e por apresentam, geralmente, os melhores resultados. O caixilho sem

corte térmico é o que normalmente apresenta pior desempenho, tendo caído já em desuso. A sua inclusão

neste estudo deve-se ao facto de ser o caixilho existente no vão envidraçado do gabinete do DECivil. Na Figura

7.8 são apresentadas as Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e

nominais de energia primária do gabinete do DECivil, aplicando os diferentes tipos de caixilho ao sistema de

vão de envidraçado, permitindo assim, estudar a influência deste elemento no desempenho energético global

do gabinete. Importa referir que, nas simulações numéricas realizadas neste estudo (caixilho), não foram

considerados quaisquer dispositivos de sombreamento.


96

Influência do tipo de caixilho no desempenho energético do gabinete do DECivil

Figura 7.8 – Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento, para arrefecimento e nominais de energia primária do gabinete do DECivil, aplicando diferentes tipos de caixilho ao sistema de vão de envidraçado.


97

Pela análise da Figura 7.8 é possível concluir que, tal como nos estores, os caixilhos apresentam diferentes

resultados consoante a estação do ano e consoante o tipo de vidro a que estão associados. Para uma melhor

análise do desempenho dos caixilhos na estação de aquecimento, consideram-se dois grupos de soluções de

vidro, os vidros base (1 e 6) e os vidros baixo-emissivos (8,9,10 e 11). Nesta estação, para os vidros base, o

caixilho que apresenta os melhores desempenhos energéticos é o PVC. Por sua vez, os vidros baixo-emissivos

apresentam todos resultados muito semelhantes.

Na estação de arrefecimento, o caixilho de PVC é o que apresenta, em todos os vidros estudados, os melhores

desempenhos energéticos. Por outro lado, o alumínio sem corte térmico apresenta os piores resultados

energéticos.

Numa análise global (Ntcs), os resultados são semelhantes aos da estação de arrefecimento, confirmando a

forte influência desta no desempenho global do gabinete do DECivil.

No Quadro 5 são apresentadas as necessidades globais de energia primária do gabinete, com os diferentes

caixilhos aplicados no vão envidraçado.

Quadro 7.6 - Necessidades nominais globais de energia primária do gabinete do DECivil, com diferentes caixilhos no vão envidraçado

Nº

Ntc [kgep/m2.ano]

Alumínio sem corte térmico

Alumínio com corte térmico

Madeira PVC

1 0.8456 0.8446 0.8258 0.8241

6 0.8058 0.8045 0.7833 0.7811

8 0.5215 0.5201 0.5039 0.5015

9 0.4055 0.4042 0.3911 0.3888

10 0.4055 0.4043 0.3913 0.3890

11 0.4393 0.4378 0.4232 0.4207

100.0% 99.8% 96.9% 96.6%

Pela análise do Quadro 7.6, verifica-se que o caixilho de PVC é o que apresenta menores necessidades globais

de energia primária, embora a diferença para a situação actual de alumínio sem corte térmico, é de cerca de

3.4%. Segue-se o caixilho de madeira com uma redução de 3.1% e o de alumínio com corte térmico de 0.2%.

Estas reduzidas melhorias no desempenho energético do gabinete por alteração do caixilho é justificada, neste

caso específico, pela reduzida área de caixilho relativamente à área total do vão envidraçado.

7.4. Análise de custo-benefício das soluções de vidro

Neste subcapítulo será realizado o estudo económico das várias soluções de vidro estudadas, através do

cálculo do período de retorno e da poupança nos gastos que cada solução permite, em relação à solução de

vidro simples existente, ao fim de 15 anos, considerando dois cenários, um de substituição e um de uma

implementação de raiz.


98

Para um estudo deste tipo, depois de calculadas as necessidades energéticas do gabinete do DECivil com as

diferentes soluções de vidros, será necessário calcular o custo real de energia necessária (custo de exploração)

e calcular o custo inicial da implementação de cada solução de vidro (custo de investimento). No Quadro 7.7

são apresentados os custos inicias das várias soluções de vidro, segundo orçamento apresentado pela empresa

Saint Gobain Glass – Portugal. A área de vidro considerada neste cálculo, menor que a total do vão

envidraçado, foi de 5.78 m2.

Quadro 7.7 – Custos iniciais das soluções de vidro, por cada vão envidraçado. (segundo orçamento da Saint Gobain Glass, Portugal)

Nº Tipo Custo inicial [€/m2] Custo inicial [€]6

1 Simples incolor 15.00 86.75

2 Simples claro 27.50 159.04

3 Simples colorido 27.50 159.04

4 Simples reflectante 35.00 202.42

5 Simples de controlo solar 37.50 216.88

6 Duplo incolor 35.00 202.42

7 Duplo low-e 42.50 245.79

8 Duplo low-e de controlo solar 60.00 347.00

9 Duplo low-e de controlo solar de elevado rendimento 67.50 390.38

10 Duplo low-e de controlo solar selectivo 70.00 404.84

11 Duplo low-e reflectante 72.50 419.30

12 Duplo low-e colorido 57.50 332.55

Para o cálculo do custo de energia, considerou-se o valor do custo de electricidade actual (Ce,i=0.1424 €/kWh)

[51] e com base numa taxa de inflação do custo de energia (α’), obtida segundo projecções macroeconómicas

para a área do euro elaboradas por especialistas do Banco Central Europeu (BCE) [52] foram calculados os seus

valores para os primeiros 15 anos de exploração. Através de uma taxa de actualização (α), obtida com base na

taxa das obrigações do tesouro a 10 anos [52], esses valores de custo de energia para os vários anos foram

actualizados ao ano 0, tal como traduz a equação 7.2.

Ce,n = ( )

( ) (7.2)

Onde,

n – Ano n;

– Custo da energia no ano n actualizado ao ano 0 [€/kWh]

– Custo actual de energia (0.1424 €/kWh) [51].

α' – Taxa de inflação do custo de energia (α'=2.5%) [52].

α – Taxa de actualização (α=4%) [52].

6 Possível redução de 30 % numa a encomenda em grande escala. Por exemplo, para todos os gabinetes de DECivil.


99

Através da equação 7.2, foram calculados os custos de energia (electricidade) nos vários anos, actualizados ao

ano 0.

Quadro 7. 8 – Custo de energia (electricidade) actualizados ao ano 0, até ao ano 10.

Ano 0 1 2 3 4 5 6 7

Custo (€/kWh) 0.1424 0.1403 0.1383 0.1363 0.1344 0.1324 0.1305 0.1286

Ano 8 9 10 11 12 13 14 15

Custo (€/kWh) 0.1268 0.1249 0.1231 0.1214 0.1196 0.1179 0.1162 0.1145

Com os custos de energia actualizados ao ano 0 e com as necessidades energéticas do gabinete do DECivil com

as várias soluções de envidraçado, é possível calcular os seus custos de exploração para os anos considerados

na análise (até ao ano 15).

No presente estudo económico foram calculados os custos globais acumulados associados a cada solução, que

correspondem à soma do custo de investimento inicial mais os custos de exploração dos vários anos. Pela

análise destes custos globais acumulados é possível estimar os custos associados a cada solução ao longo do

tempo, e perceber qual é a solução mais vantajosa economicamente.

Outra forma de realizar esta análise é através do cálculo do período de retorno de cada solução de

envidraçado, considerando como solução base existente (vidro simples incolor). Neste caso específico, o

período de retorno de uma solução, que inicialmente exige um investimento, representa um intervalo de

tempo estimado para que esta solução passe a ser economicamente mais vantajosa que a existente de vidro

simples incolor. Assim, e embora o investimento inicial seja mais elevado, estas soluções permitem custos de

exploração do gabinete mais reduzidos, uma vez que apresentam menores necessidades nominais de energia,

permitindo vantagens económicas ao fim de alguns anos.

Assim, serão analisados dois cenários, um de substituição, onde não é considerado o custo de investimento

inicial da solução existente (vidro simples incolor) e um outro, onde esse custo já é tido em conta, simulando a

situação de uma implementação de raiz. Com estes diferentes cenários, pretende-se demostrar que uma boa

escolha de solução de vidro, tanto em reabilitação (substituição de um existente) como em construção nova

(implementação de raiz) tem um impacto económico significativo.

7.4.1. Cenário 1 - Substituição

O primeiro cenário, o de substituição, não é considerado o custo inicial (investimento) da solução (1), por ser

existente. Assim, os custos globais acumulados associados a cada solução, serão a soma do custo de

investimento inicial mais os custos de exploração dos vários anos, exceptuando o da solução (1), que

corresponde apenas ao somatório do custo das necessidades nominais de energia (custo exploração) ao longo

dos anos. Assim é possível calcular a poupança económica de cada solução em relação à solução existente (1)

Quanto ao período de retorno foi calculado através da equação 7.3, que traduz matematicamente o processo

de cálculo utilizado. Para este cenário de substituição, o custo de investimento inicial da solução 1 não é

considerado.


100

PR =

(7.3)

Onde,

PR – Período de retorno [Ano];

– Variação do custo de investimento. Neste caso, custo inicial da solução [€];

– Variação do custo de exploração. Diferença entre o custo de exploração médio anual da solução em

estudo e o da solução existente (vidro simples incolor), nos primeiros 10 anos7 [€/ano].

No Quadro 7.10 são apresentados os valores do custo de exploração acumulado no ano 15, respectiva

poupança em relação a solução existente (1) e ainda, o período de retorno do investimento (payback) obtido

para as várias soluções de vidro, no cenário de substituição.

Quadro 7.9 – Estudo económico das várias soluções de vidro estudadas: Cenário 1 - Substituição

Nº Ntc

[kgep/ m2.ano]

Nic [kWh/

m2.ano]

Nvc [kWh/

m2.ano]

Custo Inicial

[€]

Custo Exploração Anual (valor

médio até ao ano 15) [€/ano]

Custo Exploração Acumulado (ano 15) [€]

Poupança em relação à solução

(1) [€]

Payback [Anos]

1 0.8446 11.944 78.515 60.7 52.48 839.64 - -

2 0.8645 11.273 80.974 111.3 53.65 969.75 -130.11 -91.6

3 0.7655 14.810 68.082 111.3 47.51 871.47 -31.82 21.6

4 0.6068 21.196 46.875 141.7 37.66 744.24 95.40 9.2

5 0.6002 21.585 45.897 151.8 37.25 747.77 91.87 9.6

6 0.8045 5.896 78.804 141.7 49.93 940.57 -100.93 53.7

7 0.7062 3.849 70.170 172.1 43.83 873.32 -33.68 19.2

8 0.5201 8.038 47.777 242.9 32.28 759.38 80.26 11.6

9 0.4042 12.795 32.218 273.3 25.09 674.64 165.01 9.6

10 0.4043 12.811 32.211 283.4 25.09 684.81 154.83 10.0

11 0.4378 11.387 36.749 293.5 27.17 728.23 111.41 11.2

12 0.5218 7.937 48.026 232.8 32.38 750.92 88.72 11.2

Pela análise do Quadro 7.10, verifica-se que a solução de vidro simples incolor (1) apresenta um dos custos de

exploração mais elevados, superada apenas pela solução 2 (vidro simples claro) que apresenta valores de

payback negativos, isto é, nunca irá ser economicamente mais vantajosa que a solução (1) (vidro simples

incolor). De facto, a solução 2 não é economicamente viável, uma vez que seria estar a investir numa solução,

com custo de investimento inicial, e que por outro lado iria provocar um aumento no custo de exploração do

gabinete. No final do ano 15, a opção por esta solução iria ter um custo global superior de 130.11€, em relação

a opção de não “fazer nada” (solução 1- existente).

Quanto às restantes, a solução que apresenta um período de retorno mais reduzido é a solução 4 (vidro

simples reflectante) que permite “pagar” o seu investimento inicial ao fim de 9.2 anos. Embora não seja a

solução que apresenta menores custos de exploração, apresenta um custo inicial relativamente baixo,

7 Pelo calculo dos custos acumulados, verificou-se que ao fim do ano 9, já existiam soluções com um custo acumulado

inferior ao da solução 1 (período de retorno atingido). Assim, para o cálculo dos períodos de retorno foi considerado o ∆Cexp médio dos primeiros 10 anos.


101

permitindo o valor de payback mais reduzido. Por outro lado, pela análise dos custos acumulados ao fim do

ano 15, verifica-se que esta solução, que apresenta uma poupança de 95.40 € em relação à existente, não é a

solução com menores custos acumulados.

Assim, e conforme análise do Quadro 7.10, a solução que apresenta uma maior poupança em relação à

existente (menores custos acumulados) é a solução 9 (vidro duplo baixo-emissivo com controlo solar de

elevado rendimento). Apresenta um payback de 9.6 anos, valor ainda assim reduzido quando comparado com

os restantes. Esta solução permite reduzir os custos acumulados ao fim do ano 15, em 165.01 €, representando

60.4 % do valor inicial de investimento (custo inicial da solução 9). Assim, numa reabilitação a grande escala,

por exemplo, considerando todos os gabinetes do Pavilhão do Civil do IST, o valor da poupança obtida seria

bastante mais significativo.

Por fim, e excluindo a solução 2, a solução de envidraçado que apresenta um período de retorno mais elevado,

é a de vidro duplo incolor (solução 6), apresentado um período de retorno de 53.7 anos e um custo acumulado

superior em 100.3 €, em relação ao da solução existente (ao fim do ano 15). Esta solução de envidraçado,

frequentemente utilizada na Construção Civil em Portugal, nem sempre representa a melhor escolha.

7.4.2. Cenário 2 - Implementação de raiz

Neste cenário, foi considerado que a realização deste estudo seria antes da implementação do vidro existente,

isto é, na altura de construção do edifício. Assim, o custo inicial da solução 1 (vidro simples incolor) já será

considerado, pelo que, no ao custo de investimento inicial das restantes soluções é subtraído o custo de

implementação da solução 1.

Importa salientar que no cálculo do payback neste cenário, a variação do custo de investimento (∆Cinv),

apresentado na equação 7.3, corresponde à diferença do custo inicial de cada solução e o custo da solução 1

(vidro simples incolor). Já a variação do custo de exploração (∆Cexp), mantém-se igual ao à do cenário 1

(diferença entre o custo de exploração médio anual de cada solução e o da solução existente). Assim, e

segundo a mesma equação (7.3), foram calculados os paybacks para cada solução.

No Quadro 7.10 são apresentados os valores do custo de exploração acumulados no ano 15, respectiva

poupança em relação a solução existente (1) e ainda, o período de retorno do investimento (payback) obtido

para as várias soluções de vidro, no cenário de implementação de raiz.


102

Quadro 7.10 – Estudo económico das vária soluções de vidro estudadas: Cenário 2 – Implementação Nova

Nº Ntc

[kgep/ m2.ano]

Nic [kWh/

m2.ano]

Nvc [kWh/

m2.ano]

Custo Inicial

[€]

Custo Exploração Anual (média nos 16 anos) [€/ano]

Custo Exploração Acumulado (ano 15) [€]

Poupança em relação à solução

(1) [€]

Payback em relação à

solução (1) [Anos]

1 0.8446 11.944 78.515 60.7 52.48 900.37 0.00 0.0

2 0.8645 11.273 80.974 111.3 53.65 969.75 -69.39 -41.6

3 0.7655 14.810 68.082 111.3 47.51 871.47 28.90 9.8

4 0.6068 21.196 46.875 141.7 37.66 744.24 156.13 5.3

5 0.6002 21.585 45.897 151.8 37.25 747.77 152.59 5.8

6 0.8045 5.896 78.804 141.7 49.93 940.57 -40.20 30.7

7 0.7062 3.849 70.170 172.1 43.83 873.32 27.04 12.4

8 0.5201 8.038 47.777 242.9 32.28 759.38 140.99 8.7

9 0.4042 12.795 32.218 273.3 25.09 674.64 225.73 7.5

10 0.4043 12.811 32.211 283.4 25.09 684.81 215.56 7.8

11 0.4378 11.387 36.749 293.5 27.17 728.23 172.13 8.9

12 0.5218 7.937 48.026 232.8 32.38 750.92 149.45 8.3

Pela análise do Quadro 7.11, verifica-se que, neste cenário, os períodos de retorno calculados são mais

reduzidos, comparativamente ao cenário anterior. De facto, e como única diferença no cálculo dos paybacks, é

a variação do custo de investimento, uma vez que neste cenário é considerado o custo inicial da solução 1.

Quanto à análise de custos acumulados, a diferença em relação à do cenário 1 resume-se à consideração do

custo inicial da solução 1 nos custos acumulados dessa mesma solução.

Assim, para este cenário o melhor período de retorno obtido é, mais uma vez, o associado à solução 4 (vidro

simples de controlo solar) com o valor de 5.3 anos. Novamente, embora reduzido, esta solução não é a que

apresenta o menor custo acumulado ao fim do ano 15.

Apresentando um período de retorno 7.5 anos e o custo acumulado de 674.64€, permitindo a maior poupança

económica de entre todas a estudadas (225.73€), aparece a solução 9 (vidro duplo baixo-emissivo com

controlo solar de elevado rendimento). Assim, esta é a solução mais vantajosa economicamente, apresentando

um payback razoável considerando o tempo de vida útil de uma solução deste tipo. Quanto à poupança

acumulada no ano 15, representa 83 % do valor inicial investido. Isto significa que, ao fim do ano 15, além de se

recuperar o investimento inicial, ainda se consegue poupar mais 83% do seu valor. Numa reabilitação a grande

escala, por exemplo considerando todos os gabinetes do Pavilhão do Civil do IST, este valor de poupança

poderá tornar-se bastante mais significativo.

Cap. 8 – Conclusões e Desenvolvimentos Futuros

103

CAPÍTULO 8 - CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

8.1. Conclusões

Neste Capítulo, serão apresentadas as conclusões obtidas na campanha experimental de monitorização

térmica do gabinete do DECivil, realizada para avaliar o seu comportamento térmico em condições reais de

funcionamento, e as obtidas pelas simulações energéticas em EnergyPlus para avaliar o impacto do vão

envidraçado, e seus elementos, no desempenho térmico e energético do gabinete.

A campanha de monitorização térmica do gabinete do DECivil, realizada durante as estações de arrefecimento

e aquecimento, permitiram avaliar o comportamento térmico em condições reais de funcionamento. Esse

estudo, que consistiu numa análise exaustiva realizada aos valores medidos in-situ no gabinete, permitiu

concluir que:

em condições normais, e na maior parte dos dias do ano, a temperatura ambiente interior do gabinete

é sempre superior à medida no exterior, uma vez que se verifica a ocorrência de ganhos solares e de

ganhos internos. No entanto, verificam-se excepções nos dias em que se recorre a climatização (AC)

para arrefecimento, reduzindo a temperatura interior (estação de Verão), e nos dias onde, mesmo

sem recurso ao AC, a temperatura exterior atinge valores muito elevados. Nestes dias, o facto de o

gabinete estar orientado a Este, permite nas horas de maior calor, sensivelmente à tarde, estar sem

incidência directa de radiação solar, permitindo obter valores de temperaturas do ambiente interior

inferiores à exterior. As temperaturas médias interiores medidas (em todas as horas), na estação de

Inverno e de Verão, foram de 18.95°C e de 24.68°C, respectivamente (Quadros 5.1 e 5.2 apresentados

em 5.3);

os fluxos de calor, medidos na parede e no vidro, ocorrem sempre no sentido da superfície de maior

para a de menor temperatura. Portanto, como a temperatura ambiente interior do gabinete é

geralmente superior à exterior, o fluxo de calor tenderá a apresentar o sentido do interior para o

exterior (sentido positivo). Este sentido do fluxo de calor traduz-se em perdas de calor para o

gabinete, pelo envidraçado e parede;

a intensidade do fluxo de calor é tanto maior, quanto maior for a diferença entre temperatura

ambiente interior e ambiente exterior;

em termos de valores absolutos, verifica-se que o fluxo de calor no vidro geralmente é bastante

superior ao fluxo registado na parede. Este facto permite concluir a reduzida capacidade de

isolamento térmico e inércia térmica do vidro (simples incolor) relativamente ao elemento de parede;

mesmo verificando-se valores de temperatura de ambiente interior superiores aos da exterior, a

incidência directa de radiação solar no vidro provoca um aumento rápido da temperatura deste


104

elemento, para valores superiores à temperatura ambiente interior, provocando uma inversão no

sentido do fluxo de calor do vidro, do exterior para o interior do gabinete. No elemento parede, este

fenómeno já não se verifica, devido à maior inércia térmica deste elemento. De facto, o vidro por ter

uma menor massa e logo menor inércia térmica, reage muito rapidamente a variações de

temperatura, enquanto a parede que tem maior massa, apresenta um desfasamento temporal e um

amortecimento na transmissão de calor.

Um correcto dimensionamento do vão envidraçado, tendo em consideração a função do edifício e as condições

climáticas em que está inserido, é fundamental para optimizar o comportamento térmico do edifício,

nomeadamente no controlo dos ganhos solares e perdas pela envolvente. Um vão envidraçado bem projectado

permite não só a redução das necessidades energéticas de um edifício, contribuindo de forma muito

significativa no balanço energético deste, como também a melhoria das condições de conforto, através do

controlo da transmissão de luz natural e da qualidade do ar no seu interior.

De um modo geral, pelas simulações energéticas do gabinete do DECivil, conclui-se que este gabinete

apresenta necessidades energéticas de arrefecimento muito superiores às de aquecimento, fazendo com que a

estação de Verão seja a estação mais condicionante para o desempenho energético anual do gabinete do

DECivil. Isto é, uma solução que permita um bom desempenho do gabinete nesta estação, terá grandes

probabilidades de ter um bom desempenho global ao longo do ano.

Os estudos de avaliação da influência dos diversos elementos do vão envidraçado (vidro, ar de preenchimento,

caixilho e dispositivos de sombreamento), permitiram concluir que é possível reduzir as necessidades

energéticas em climatização em cerca de 50 % do consumo total, intervindo apenas ao nível do vão

envidraçado, mantendo como temperaturas de conforto de referência 20°C e 25°C, respectivamente nas

estações de Inverno e Verão. O desempenho de um sistema de envidraçado depende das características

técnicas de todos os seus elementos constituintes. Embora com influências diferentes, para se conseguir um

sistema de envidraçado com um bom desempenho energético, não é suficiente a escolha de uma boa solução

de vidro, é necessário também a escolha de um bom caixilho e de um dispositivo de sombreamento eficaz, de

modo não a comprometer o comportamento de todo o sistema.

Para o caso particular do gabinete em estudo, é possível concluir que o vidro é o elemento que permite maior

redução das necessidades energéticas anuais do gabinete, comparativamente com o caixilho e com o

dispositivo de sombreamento. Por exemplo, optando-se pelo vidro baixo-emissivo de controlo solar selectivo

(10) consegue-se uma poupança anual de energia primária de 52.1%, relativamente à solução inicial de vidro

simples incolor. Um vidro baixo-emissivo de controlo solar selectivo, com capa magnetónica aplicada em face 2

permite reduzir as perdas de calor no Inverno, mas também reduzir os ganhos de calor no Verão, mantendo

uma boa transmissão de luz visível, para a mesma quantidade de redução de calor solar.

Com este estudo da influência do vidro é possível também concluir que o factor solar, indicador da transmissão

(directa e indirecta) da energia solar para o interior do edifício, é o parâmetro do vidro com maior influência no

Cap. 8 – Conclusões e Desenvolvimentos Futuros

105

desempenho energético do gabinete do DECivil. Durante a estação de Verão, é muito importante controlar os

ganhos de calor e, sendo esta estação a mais condicionante em termos energéticos para o caso de estudo, um

factor solar reduzido irá traduzir menores necessidades energéticas anuais de climatização. O coeficiente de

transmissão térmica (U) do vidro, que permite reduzir as trocas de calor pelo envidraçado, apresenta uma

menor influência relativamente ao factor solar. O coeficiente de transmissão da luz visível é fundamental no

conforto visual no interior do gabinete e permitindo poupanças energéticas na iluminação artificial do mesmo.

No estudo da influência do gás da câmara de preenchimento, concluiu-se que a opção por Árgon permite uma

diminuição média em cerca de 1.6% nas necessidades nominais de energia primária das soluções de vidro

duplo estudadas, relativamente à opção de inclusão de ar tratado na câmara de preenchimento.

Em síntese, as soluções de vidro que apresentaram melhores desempenhos energéticos do gabinete do DECivil,

são precisamente soluções que apresentam simultaneamente reduzidos ganhos e perdas de calor, isto é, um

reduzido factor solar combinado com um reduzido coeficiente de transmissão térmica (U).

O estore veneziano que apresenta melhor desempenho é o estore exterior muito reflectante, que permite

poupanças energéticas anuais na estação de arrefecimento de 37.6%, relativamente à situação sem estore.

Não é aconselhável a utilização de um estore interior pouco reflectante, uma vez que apresenta pior

desempenho do que na ausência de qualquer estore. Por outro lado, verifica-se que um estore aplicado pelo

exterior apresenta sempre melhores resultados energéticos, com uma poupança de 25 a 30 % em relação à

situação sem sombreamento. O aumento da reflectância solar do estore traduz melhorias de desempenho na

ordem dos 3 a 10 %. Concluindo um estore aplicado pelo exterior é mais eficaz, e quanto maior for a sua

reflectância solar melhor será o seu desempenho energético.

No estudo da influência do caixilho, conclui-se que o de PVC apresenta o melhor desempenho, com uma

poupança anual de energia primária de 3.4%, relativamente à solução inicial de caixilho de alumínio sem corte

térmico. Estas reduzidas melhorias no desempenho energético do gabinete por alteração do caixilho é

justificada, neste caso específico, pela reduzida área de caixilho relativamente à área total do vão envidraçado.

No estudo económico foi possível concluir que, a solução de vidro duplo baixo-emissivo com controlo solar de

elevado rendimento, é a solução economicamente mais vantajosa, apresentando um valor de custo de

exploração acumulado de 674.64€, ao fim do intervalo de tempo considerado em análise (15 anos), permitindo

uma poupança económica em relação à solução existente de vidro simples incolor, e um período de retorno de

investimento (payback) de 7.5 anos, para o cenário 2 (implementação de raiz). Este valor de payback é

bastante razoável considerando o tempo de vida útil de um elemento deste tipo (envidraçado). Por outro lado,

a solução vidro duplo incolor, muito frequente na Construção Civil em Portugal, é uma das soluções que piores

resultados apresenta, com valores de custos acumulados sempre superiores aos da solução existente de vidro

simples, para o intervalo de tempo em análise, e ainda, com períodos de retorno de investimento (payback) de

cerca de 53.7 e 30.7 anos para o cenário 1 e 2, respectivamente.


106

8.2. Desenvolvimentos futuros

Como desenvolvimento futuro do trabalho propõe-se a realização de uma análise do comportamento térmico

do gabinete do DECivil, considerando outras orientações do mesmo (Norte, Sul e Oeste), uma vez que se

verifica a existência de gabinetes similares ao estudado com essas orientações no Pavilhão de Civil do IST.

Propõe-se ainda a realização dessa mesma análise do comportamento térmico para zonas climáticas

diferentes, como por exemplo, para o Norte e o Sul do País.

Por fim, propõe-se ainda o cálculo dos períodos de retorno dos restantes elementos do vão envidraçado

estudados (caixilho e estore). Por outro lado, realça-se que um estudo deste tipo, meramente económico, pode

de algum modo ser redutor, não reflectindo a totalidade dos benefícios e desencorajar a aposta na qualificação

do meio edificado. É possível afirmar que o conforto gerado com recurso a um ar condicionado, não é igual ao

conforto conseguido apenas pelo bom uso da envolvente (conforto “mais saudável”). Este é um valor não

quantificável e que não entra nos estudos económicos. Do mesmo modo, é difícil a quantificação, num estudo

deste tipo, da melhoria da qualidade de vida das gerações futuras consequente da redução da emissão CO2 do

presente.

Cap. 9 – Referências Bibliográficas

107

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC. Relatório Sintese (IV): Alterações Climáticas, 2007.

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Cap. 9 – Referências Bibliográficas

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acedido a 9 de Outubro de 201].

111

ANEXOS

112

113

ANEXOS

Lista de anexos

Anexo I – Campanha Experimental – Gabinete do DECivil: Resultados experimentais

Anexo II – Programa informático Window 7: Metodologia utilizada

Anexo III – Gabinete do DECivil: Cortes em vista

ANEXO I

Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais

ANEXO I - Campanha Experimental – Gabinete DECivil: Resultados experimentais

A.I.1

ANEXO I

Quadro A.I.1 – Valores médios diários de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos

experimentalmente durante a campanha de monitorização de Inverno, ano de 2011.

Radiação Solar

[W/m2]

Temperatura vidro lado

esquerdo (°C)

Temperatura vidro lado direito (°C)

Temperatura parede lado

esquerdo (°C)

Temperatura parede lado direito (°C)

Temperatura caixilho

esquerdo (°C)

Temperatura estore (°C)


Fluxo vidro

Fluxo parede

Rad T1si (int)

T1se (ext)

T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se T6si T6se T7i

(TAI) T7e

(TAE) FV FP

JAN

EIR

O

21 - - - - - - - - - - - - - - -

22 23.29 8.55 7.70 8.65 7.80 11.37 6.50 11.49 6.52 8.42 7.98 11.71 7.71 13.62 6.66 16.27 2.97

23 25.20 7.70 7.02 7.75 7.06 9.82 6.01 9.83 6.01 7.69 7.36 10.13 6.88 11.86 6.01 12.28 3.22

24* 8.21 9.91 9.25 10.05 9.36 11.19 7.78 10.99 7.76 9.67 9.30 12.05 8.91 14.25 8.14 15.33 5.17

25* 35.40 12.70 11.65 12.75 11.72 13.73 9.77 13.53 9.79 12.84 12.30 15.97 11.19 18.84 9.67 23.68 5.85

26* 60.54 13.22 12.15 13.02 12.05 14.93 10.38 14.48 10.46 14.47 14.01 16.98 11.87 18.76 10.14 18.66 4.21

27* 31.78 14.99 14.08 14.97 14.02 15.59 10.69 15.15 10.71 15.19 14.69 18.17 13.55 20.98 10.45 19.17 6.01

28* 32.47 15.48 14.54 15.48 14.50 16.59 11.52 15.95 11.58 15.91 15.39 18.58 14.35 21.24 11.02 19.18 5.28

29 56.57 13.50 12.71 13.38 12.69 15.44 11.54 15.24 11.64 14.85 14.60 16.62 12.93 17.46 10.50 9.57 2.26

30 65.90 13.14 12.33 12.81 12.07 14.72 10.97 14.45 11.11 14.71 14.46 16.53 12.39 16.97 10.00 8.24 2.88

31* 64.98 13.37 12.47 13.39 12.48 15.52 10.80 14.97 10.91 15.18 14.84 17.24 12.95 18.53 10.50 13.00 3.88

FEV

EREI

RO

1 58.35 11.91 11.09 12.20 11.30 13.92 9.17 13.86 9.24 13.04 12.71 15.12 11.84 17.13 9.54 15.53 4.15 2 - - - - - - - - - - - - - - -

4 - - - - - - - - - - - - - - -

5 64.80 14.64 13.98 14.46 13.79 15.97 12.77 15.99 12.88 16.28 16.08 17.70 14.33 18.27 12.25 9.88 1.96

6 65.70 14.94 14.33 14.69 14.09 15.90 13.18 15.97 13.31 16.42 16.27 17.79 14.46 18.19 12.72 8.42 2.00

7* 62.38 15.63 14.91 15.33 14.57 17.08 13.27 16.54 13.28 16.36 16.11 18.38 13.89 19.68 12.16 11.10 3.57

8* 20.91 15.16 14.52 15.57 14.78 17.24 12.73 16.56 12.69 14.31 13.99 16.43 13.76 20.20 12.41 14.42 4.54

9* 27.72 16.40 15.92 16.55 15.99 18.27 15.09 17.61 15.03 16.06 15.83 17.42 15.17 19.92 14.43 8.56 3.27

10 60.89 15.68 15.11 15.67 15.06 17.96 14.46 17.28 14.46 16.56 16.39 17.86 14.85 19.14 13.53 8.36 2.13

11* 50.27 16.40 15.59 16.41 15.57 17.59 13.86 17.48 13.92 16.37 16.05 18.36 14.33 21.26 12.74 13.64 3.29

12 70.62 16.15 15.54 15.89 15.26 17.44 14.96 17.52 15.12 17.41 17.24 18.69 15.08 19.31 13.22 7.23 1.09

13 16.21 14.07 13.59 14.37 13.81 16.03 12.44 16.03 12.51 13.98 13.72 15.42 13.53 17.79 12.45 10.69 1.78

14* 23.31 15.06 14.29 15.27 14.41 16.26 11.42 15.89 11.45 14.34 13.91 16.68 13.37 20.71 11.68 17.35 5.89

15* 36.73 15.96 15.29 16.21 15.48 17.74 13.77 17.31 13.81 16.05 15.73 17.86 14.97 20.64 13.18 13.42 3.76 16* 52.67 15.16 14.41 15.17 14.38 17.49 13.03 16.86 13.03 15.63 15.29 17.43 13.70 19.77 12.31 12.49 3.63

17* 40.50 15.71 14.93 15.79 14.98 17.45 13.08 16.93 13.17 16.31 15.94 18.13 14.65 20.53 12.70 13.65 4.53

18 24.47 16.26 15.64 16.39 15.70 17.24 13.79 17.30 13.83 15.69 15.40 17.45 13.22 20.48 13.35 12.27 3.55

19 11.45 15.97 15.62 16.17 15.76 17.32 14.92 17.32 14.95 15.69 15.52 16.75 13.00 18.69 14.45 7.01 1.51

20 76.60 17.20 16.70 16.52 16.04 17.77 15.85 17.74 16.06 18.56 18.44 19.61 13.00 19.51 14.30 2.59 0.95

21 59.32 17.26 16.78 16.83 16.36 18.53 15.82 18.00 15.98 18.49 18.33 19.54 15.99 19.77 14.86 4.34 2.24

22 32.01 15.97 15.45 16.18 15.63 18.74 14.68 17.78 14.76 16.54 16.29 17.87 15.82 19.46 14.46 8.57 3.17

23 85.61 17.60 16.90 17.40 16.43 19.15 15.79 18.25 16.07 19.68 19.49 20.62 16.94 20.46 15.08 4.99 3.20

24 82.42 17.98 17.31 17.89 16.84 19.25 16.36 18.69 16.61 19.93 19.76 20.95 17.55 20.65 15.64 5.28 2.60

25 79.99 18.24 17.67 17.56 17.10 19.87 17.09 18.93 17.35 20.37 20.23 21.04 17.93 20.42 15.94 1.09 1.53

26 80.37 17.07 16.31 16.63 16.01 18.62 15.39 18.55 15.65 19.13 18.89 20.35 16.24 20.41 14.82 6.44 1.33

27 70.71 16.72 16.05 16.34 15.80 18.14 15.20 18.11 15.47 18.43 18.22 19.51 16.07 19.83 14.92 6.76 1.22

28 87.74 15.79 14.84 15.37 14.59 17.87 13.08 17.43 13.70 17.82 17.49 19.52 14.85 20.05 13.04 10.91 2.84

MA

RÇ

O

1 87.96 14.88 13.87 14.46 13.65 17.39 12.02 16.65 12.57 16.45 16.11 18.38 14.02 19.14 12.17 12.01 3.71 2 - - - - - - - - - - - - - - -

5 - - - - - - - - - - - - - - -

6 52.52 14.62 14.03 14.44 13.91 15.66 12.24 15.65 13.18 14.80 14.57 16.18 13.52 17.68 12.35 6.95 2.71

7 78.94 15.78 15.12 15.27 14.74 16.57 12.98 16.65 14.42 16.78 16.57 17.95 14.22 18.44 13.20 5.11 1.31

8 23.03 13.83 13.35 13.97 13.46 15.58 12.13 15.61 12.71 13.48 13.26 14.82 13.06 17.02 12.25 8.06 1.26

9 64.40 15.19 14.58 14.93 14.43 16.79 13.09 16.13 13.81 16.08 15.87 17.32 14.35 18.06 13.36 5.80 3.21

10* 74.04 16.53 15.92 16.21 15.71 17.88 14.43 17.39 15.50 17.67 17.48 18.83 15.77 19.26 14.62 6.00 2.38

11* 36.22 15.81 15.21 15.96 15.35 18.11 13.09 17.39 14.39 15.89 15.64 17.44 15.22 19.64 13.45 9.99 3.08

12 53.51 16.45 15.96 16.14 15.67 17.53 13.58 17.52 15.34 17.05 16.90 18.26 15.19 19.02 13.68 4.70 1.26

13 35.95 15.31 14.82 15.31 14.83 16.78 13.00 16.78 14.22 15.13 14.93 16.40 14.36 18.19 13.10 6.72 1.47

14* 32.46 15.06 14.32 15.29 14.52 17.65 11.64 16.81 12.95 15.17 14.79 17.13 14.36 19.94 12.05 14.54 4.24

15 86.60 16.46 15.71 15.73 15.06 18.44 12.61 17.51 14.47 17.36 17.11 19.09 14.49 19.87 12.59 5.47 3.27

16 - - - - - - - - - - - - - - -


A.I.2

Quadro A.I.2 - Valores médios diários de temperatura, fluxo de calor e radiação solar, obtidos

experimentalmente durante a campanha de monitorização de Verão, ano de 2011.

Radiação Solar

[W/m2]

Temperatura vidro lado esquerdo

(°C)

Temperatura vidro lado direito (°C)

Temperatura parede lado

esquerdo (°C)

Temperatura parede lado direito (°C)

Temperatura caixilho

esquerdo (°C)

Temperatura estore (°C)


Fluxo vidro

Fluxo parede

T1si (int)

T1se (ext)

T2si T2se T3si T3se T4si T4se T5si T5se T6si T6se T7i

(TAI) T7e

(TAE) FV FP

JUN

HO

9 - - - - - - - - - - - - - - -

10 127.68 22.47 22.47 22.41 21.86 23.80 23.54 23.71 23.18 24.29 24.21 25.83 21.35 24.84 19.77 -8.64 -0.91

11 120.47 22.34 22.20 22.33 21.77 23.89 23.11 23.81 22.89 24.99 24.88 26.04 22.17 25.01 20.33 -4.91 -0.61

12 129.62 23.16 23.10 23.14 22.58 24.69 24.36 24.62 24.04 25.48 25.42 26.74 22.68 25.71 20.76 -7.28 -1.35

13 46.02 22.46 22.24 22.57 22.14 23.81 22.59 23.67 22.61 23.68 23.55 24.49 22.55 24.58 20.90 1.17 0.15

14 - - - - - - - - - - - - - - -

16 - - - - - - - - - - - - - - -

17* 102.81 22.84 22.61 22.44 22.04 23.95 23.62 23.43 23.44 24.77 24.73 24.96 22.54 23.99 20.93 -2.11 -1.82

18 128.35 22.69 22.29 22.40 21.78 24.18 23.28 24.28 23.11 24.92 24.80 25.72 21.94 25.33 20.29 -1.02 -1.68

19 126.93 24.90 24.76 24.30 23.89 24.47 25.52 24.69 25.33 26.79 26.77 27.32 24.03 26.06 22.65 -6.70 -1.72

20* 123.28 25.31 25.40 24.54 24.37 25.03 27.24 24.97 27.05 27.23 27.35 26.62 25.03 24.73 23.72 -12.15 -6.22

21* 122.99 24.91 24.84 24.19 23.92 25.08 26.28 24.72 26.10 27.12 27.18 26.94 24.80 25.08 23.33 -8.44 -3.84

22* 107.83 23.65 23.48 23.19 22.82 24.97 24.62 24.32 24.41 25.71 25.68 25.92 23.33 24.73 22.07 -3.79 -3.40

23* 125.75 21.81 21.56 21.33 20.88 22.57 22.52 22.51 22.34 23.96 23.96 23.98 21.51 22.83 20.14 -4.17 -3.06

24* 123.03 25.70 25.94 24.64 24.68 23.42 26.82 23.58 26.65 27.55 27.79 26.02 25.98 23.67 25.17 -16.65 -4.22

25 119.93 29.53 29.87 28.53 28.56 27.38 31.36 27.64 31.21 31.39 31.56 30.80 29.22 28.11 28.40 -17.57 -5.50

26 97.02 29.05 29.10 28.51 28.38 28.33 30.55 28.57 30.46 30.34 30.43 30.31 28.67 28.71 27.80 -8.75 -4.22

27 - - - - - - - - - - - - - - -

2 - - - - - - - - - - - - - - -

JULH

O

3 29.10 21.09 20.62 21.65 20.98 23.68 20.42 23.63 20.41 21.75 21.51 22.90 20.96 24.96 19.19 9.10 0.83

4 113.21 23.61 23.25 23.46 22.83 25.58 23.88 24.19 23.79 25.96 25.82 26.68 23.21 26.34 21.32 1.64 0.89

5 118.40 24.18 23.84 24.07 23.47 25.94 24.49 24.73 24.48 26.33 26.21 27.03 23.63 26.84 21.84 0.25 -0.12

6* 93.91 23.05 22.81 22.84 22.42 24.50 23.67 24.04 23.54 24.47 24.45 24.56 22.78 24.32 21.42 -1.79 -2.70

7* 98.32 22.18 21.80 21.84 21.25 23.40 22.07 22.84 21.95 23.84 23.73 24.39 21.41 24.02 19.95 -1.33 -1.17

8* 84.35 22.65 22.49 22.29 21.94 23.22 22.79 22.42 22.77 23.81 23.81 23.67 22.38 23.37 20.97 -3.02 -0.36

9 29.38 23.03 22.83 23.03 22.72 23.78 23.24 23.47 23.28 23.60 23.54 23.94 23.15 24.41 21.74 0.97 -0.69

10 79.97 23.45 23.19 23.28 22.86 24.25 23.84 23.86 23.89 24.64 24.60 25.05 23.07 25.11 21.74 -0.87 -1.36

11* 117.13 24.05 24.10 23.28 22.99 24.18 25.23 23.22 25.13 26.03 26.17 25.24 23.23 23.65 22.02 -12.36 -3.35

12* 34.14 21.64 21.36 21.60 21.22 23.27 21.58 22.68 21.58 22.36 22.27 22.77 21.62 23.16 20.38 2.46 -1.33

13* 124.75 22.63 22.36 22.16 21.67 23.20 22.65 22.52 22.83 24.77 24.75 24.98 21.98 24.00 20.88 -4.29 -1.14

14* 118.65 23.46 23.30 22.91 22.58 23.62 23.92 22.94 24.14 25.52 25.57 25.49 22.95 23.93 22.09 -7.47 -2.58

15* 116.74 24.01 23.90 23.43 23.11 23.71 24.58 23.42 24.86 26.12 26.18 26.03 23.56 24.51 22.52 -8.69 -3.01

16 76.51 22.44 22.18 22.50 22.09 23.78 22.70 23.48 23.01 23.73 23.66 24.22 22.35 24.46 21.16 2.25 -0.29

17 47.88 21.42 21.06 21.50 20.97 23.19 20.93 22.96 21.16 22.23 22.07 23.05 21.20 23.98 19.96 3.41 0.10

18* 92.53 21.65 21.41 21.38 20.96 22.42 21.51 21.85 21.79 23.15 23.13 23.37 21.27 22.95 20.08 -1.78 -0.07

19* 89.06 21.55 21.30 21.38 21.01 23.00 21.94 22.36 22.32 23.14 23.11 23.43 21.31 22.94 20.23 0.88 -2.24

20* - - - - - - - - - - - - - - -


A.I.3

Quadros A.I.3 - Definição dos Dias Tipo de climatização: Diferenças médias diárias das temperaturas

ambiente (TAI-TAE) durante as campanhas de monitorização, de Inverno e de Verão, ano de 2011

Temperatura Ambiente (°C) Diferen

-ça

T7i (TAI)

T7e (TAE)

JAN

EIR

O

21 - - - 22 13.62 6.66 6.96 23 11.86 6.01 5.85

24* 14.25 8.14 6.11 25* 18.84 9.67 9.17 26* 18.76 10.14 8.62

27* 20.98 10.45 10.53 Dia climatizado 28* 21.24 11.02 10.22

29 17.46 10.50 6.96 30 16.97 10.00 6.97

31* 18.53 10.50 8.03

FEV

EREI

RO

1 17.13 9.54 7.59 2 - - - 4 - - - 5 18.27 12.25 6.02

6 18.19 12.72 5.47 7* 19.68 12.16 7.52 8* 20.20 12.41 7.79 9* 19.92 14.43 5.49 10 19.14 13.53 5.61

11* 21.26 12.74 8.52 12 19.31 13.22 6.09 13 17.79 12.45 5.34

14* 20.71 11.68 9.03 15* 20.64 13.18 7.46

16* 19.77 12.31 7.46 17* 20.53 12.70 7.83 18 20.48 13.35 7.13 19 18.69 14.45 4.24 20 19.51 14.30 5.21 21 19.77 14.86 4.91 22 19.46 14.46 5 23 20.46 15.08 5.38 24 20.65 15.64 5.01 25 20.42 15.94 4.48

26 20.41 14.82 5.59 27 19.83 14.92 4.91 28 20.05 13.04 7.01

MA

RÇ

O

1 19.14 12.17 6.97 2 - - - 5 - - - 6 17.68 12.35 5.33 7 18.44 13.20 5.24 8 17.02 12.25 4.77 9 18.06 13.36 4.7

10* 19.26 14.62 4.64 11* 19.64 13.45 6.19 12 19.02 13.68 5.34 13 18.19 13.10 5.09

14* 19.94 12.05 7.89 15 19.87 12.59 7.28 16 - - -

Temperatura Ambiente (°C) Diferen

-ça

T7i (TAI)

T7e (TAE)

JUN

HO

9 - - -

10 24.84 19.77 5.07

11 25.01 20.33 4.68

12 25.71 20.76 4.95

13 24.58 20.90 3.68

14 - - -

16 - - -

17* 23.99 20.93 3.06

18 25.33 20.29 5.04

19 26.06 22.65 3.41

20* 24.73 23.72 1.01

21* 25.08 23.33 1.75

22* 24.73 22.07 2.66

23* 22.83 20.14 2.69

24* 23.67 25.17 -1.50 Dia climatizado 25 28.11 28.40 -0.29

26 28.71 27.80 0.92

27 - - -

2 - - -

JULH

O

3 24.96 19.19 5.78

4 26.34 21.32 5.02

5 26.84 21.84 5.00

6* 24.32 21.42 2.90

7* 24.02 19.95 4.08

8* 23.37 20.97 2.40

9 24.41 21.74 2.67

10 25.11 21.74 3.37

11* 23.65 22.02 1.63

12* 23.16 20.38 2.77

13* 24.00 20.88 3.12

14* 23.93 22.09 1.84

15* 24.51 22.52 1.99

16 24.46 21.16 3.30

17 23.98 19.96 4.02

18* 22.95 20.08 2.87

19* 22.94 20.23 2.71

20* - - -


A.I.4

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

13

h5

01

8h

00

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

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0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

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0

6h

00

12

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0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

23

h5

0

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Janeiro

Radiação solar | Temperaturas interior e exterior

Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares

Temp Rad

[W/𝑚2] Temp

Rad [W/𝑚2]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

0h

00

6h

00

12

h0

01

8h

00

0h

00

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

0h

00

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

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12

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23

h5

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6h

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12

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18

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0

23

h5

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0h

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6h

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12

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18

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0

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h0

0

6h

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12

h0

0

18

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0

11

h5

0

1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fevereiro Fevereiro



Temp Rad

[W/𝑚2] Temp

Rad [W/𝑚2]

Temp Rad

[W/𝑚2] Temp

Rad [W/𝑚2]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

00

h0

0

6h

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12

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0

00

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0

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0

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0

00

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0

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00

h0

0

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0

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00

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0

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6h

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0

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0

23

h5

0

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Fevereiro



Temp Rad

[W/𝒎𝟐]

Figuras A.I.1 – Caracterização comportamento térmico do gabinete DECivil: Radiação Solar, TAI e TAE obtidos durante a campanha de monitorização de Inverno, ano 2011


A.I.5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

00

h0

0

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0

00

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0

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0

00

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0

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00

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0

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00

h0

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0

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00

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18

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h0

0

6h

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12

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0

18

h0

0

11

h5

0

23 24 25 26 27 28 1 2 5 6

Fevereiro Março



Temp Rad

[W/𝑚2]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

0h

00

6h

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12

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0

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0

00

h0

0

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0

00

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0

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0

00

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01

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20

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Março



Temp Rad

[W/𝑚2]


A.I.6

01002003004005006007008009001000

10 °C

20 °C

30 °C

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00

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h0

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0

00

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0

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h0

02

3h

50

9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22

Junho


Radiação Temperatura Exterior (termopares) Temperatura Interior (termopares)

Rad [W/𝑚2] Temp

01002003004005006007008009001000

10 °C

20 °C

30 °C

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h0

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0

00

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01

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00

h0

0

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0

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

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0

00

h0

0

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00

12

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h0

0

00

h0

0

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0

00

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0

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00

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0

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0

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h0

0

6h

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h0

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18

h0

0

11

h5

0

23 24 25 26 27 2 3 4 5 6 7 8 9

Junho Julho



Rad [W/𝑚2] Temp

01002003004005006007008009001000

10 °C

20 °C

30 °C

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h0

0

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0

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0

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h0

0

00

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0

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0

00

h0

0

6h

00

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0

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h0

0

00

h0

0

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00

12

h0

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

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0

00

h0

0

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00

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0

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h0

0

00

h0

0

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0

00

h0

0

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12

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0

18

h0

0

0h

00

6h

00

12

h0

01

7h

30

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Julho



Rad [W/𝑚2] Temp

Figuras A.I.2 - Caracterização comportamento térmico do gabinete DECivil: Radiação Solar, TAI e TAE obtidos durante a campanha de monitorização de Verão, ano 2011


A.I.7

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

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5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

13

h5

01

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00

h0

0

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0

00

h0

0

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0

00

h0

0

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12

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

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h0

0

00

h0

0

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0

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h0

0

00

h0

0

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h0

0

00

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0

18

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0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

23

h5

0

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Janeiro

Diferença das Temperaturas ambientes medidas pelo gemini e termopares, influência da Radiação

Radiação Solar TAI : termopares TAE : termopares TAI : Gemini TAE : Gemini

Temp Rad

[W/𝑚2]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

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10 °C

15 °C

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25 °C

30 °C

35 °C

00

h0

0

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h0

0

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h0

0

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00

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12

h0

01

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00

0h

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0

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h0

0

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12

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

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h0

0

23

h5

00

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00

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12

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h0

0

23

h5

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0h

00

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0

00

h0

0

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h0

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h0

0

11

h5

0

1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fevereiro Fevereiro



Temp Rad

[W/𝑚2]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

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00

h0

0

6h

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0

00

h0

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h0

0

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0

00

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0

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0

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0

00

h0

0

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0

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0

00

h0

0

6h

00

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0

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h0

0

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00

h0

0

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12

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h0

0

00

h0

0

6h

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h0

0

00

h0

0

6h

00

12

h0

0

18

h0

0

23

h5

0

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Fevereiro



Temp Rad

[W/𝑚2]

Figuras A.I.3 – Comparação dos valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos termopares e termohigrómetros (geminis), durante a campanha de monitorização de Inverno, ano 2011.


A.I.8

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

40 °C

45 °C

00

h0

0

6h

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0

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0

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0

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0

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0

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00

h0

0

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0

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0

00

h0

0

6h

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0

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0

6h

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0

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h0

0

0h

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00

h0

0

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00

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h0

0

18

h0

0

11

h5

0

23 24 25 26 27 28 1 2 5 6

Fevereiro Março



Temp Rad

[W/𝑚2]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 °C

5 °C

10 °C

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

40 °C

45 °C

0h

00

6h

00

12

h0

0

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h0

0

00

h0

0

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00

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0

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h0

0

00

h0

0

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h0

0

00

h0

0

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h0

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h0

0

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0

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0

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0

00

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0

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0

6h

00

12

h0

01

6h

20

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Março



Temp Rad

[W/𝑚2]


A.I.9

0200400600800100012001400160018002000

15 °C

20 °C

25 °C

30 °C

35 °C

40 °C

45 °C

18

h0

0

00

h0

0

6h

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0

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h0

0

00

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h0

0

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0

00

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6h

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h0

0

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0

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0

6h

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12

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0

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h0

0

00

h0

0

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Junho


Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAE: Gemini TAI: Gemini

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Junho Julho


Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAE: Gemini TAI: Gemini

Rad [W/𝑚2] Temp

0200400600800100012001400160018002000

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Julho


Radiação TAE: termopares TAI: termopares TAI: Gemini TAE: Gemini

Rad [W/𝑚2] Temp

Figuras A.I.4 - Comparação dos valores de temperatura ambiente (TAE e TAI) registados pelos termopares e termohigrómetros (geminis), durante a campanha de monitorização de Verão, ano 2011.

ANEXO II

Programa informático Window 7: Metodologia utilizada

ANEXO II - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada

A.II.1

ANEXO II

Neste estudo, a definição dos sistemas de envidraçado estudados (com diferentes tipos de vidro,

caixilho e gás existente na câmara de preenchimento dos vidros duplos) foi realizada no software

informático WINDOW 7 , que permite definir e, posteriormente, exportar a informação para o programa

de simulação energética EnergyPlus, através de um ficheiro com extensão (.dat).

O WINDOW é um programa de software desenvolvido no Lawrence Berkeley National Laboratory

(LBNL), principalmente para uso de fabricantes, engenheiros, arquitectos e académicos, que pretendam

estudar e determinar as propriedade térmicas e ópticas de vidros e de sistemas envidraçados. Este

programa realiza o cálculo de índices de desempenho térmico de envidraçados, permitindo um versátil

método de análise versátil da transferência de calor de acordo com o procedimento de classificação

desenvolvido pela Fenestration Nacional Rating Council (NFRC). O programa pode ser usado para

projectar e desenvolver novos produtos, bem como para avaliar e comparar as características de

desempenho de todos os tipos de elementos de um sistema envidraçado.

Metodologia utilizada

De um modo muito simples e intuitivo, o WINDOW permite a definição de um sistema de envidraçado

(caixilho, vidro e gás existente na câmara de preenchimento dos vidros duplos) seguindo uma sequência

lógica. Em primeiro lugar, será necessário definir individualmente todos os elementos constituintes, e só

por fim, acopla-los num sistema final.

Assim numa primeira fase, será necessário definir individualmente as características de cada elemento

do vão envidraçado, recorrendo a uma base de dados com inúmeros tipos de vidro, caixilhos e misturas

gasosas, existentes no mercado, ou introduzindo uma nova solução. Esta definição de elementos é

sempre realizada do elemento mais simples para os mais complexo. Por exemplo, na definição de um

vidro duplo, primeiramente será necessário definir individualmente, os vidros e o gás de

preenchimento, e só depois, emparelha-los no sistema.

1. Definição do elemento vidro:

O WINDOW dispõe de uma base de dados de vidros muito completa (Glass Library), apresentando

soluções de vários tipos e de diversos fornecedores. Esta base de dados, que possui toda a

caracterização óptica e térmica do vidro, pode ser actualizada, desde que estejam disponíveis novas

versões da mesma. Na Figura A.II.1 é apresentada uma parte dessa base de dados disponível. Se esta

não contemplar o vidro pretendido, será necessário introduzi-lo manualmente através do separador


A.II.2

lateral New. No presente estudo, os vidros pretendidos (da Saint Gobain Glass) estavam todos

disponíveis na base de dados.

2. Definição do gás existente na caixa-de-ar dos vidros duplos:

O WINDOW possui uma base de dados Gap Library, muito semelhante à do vidro, com várias soluções

de mercado. Sempre que se pretenda um gás diferente, será necessário introduzi-lo manualmente. Na

Figura A.II.2 é apresentada a base de dados de gás de preenchimento Gap Library.

Este programa, também desenvolvido pelo US Department of Energy, como aplicação complementar do Energyplus, permite desenhar geometricamente cada janela (figura A.II-5) e Figura A.II-4 – Exemplo de introdução de uma solução construtiva no Energyplus Figura A.II-5 – Ambiente de trabalho do WINDOW 5 A-IX A partir dos materiais escolhidos para cada componente da janela, o próprio programa calcula o valor do coeficiente U da solução e o valor do factor solar da mesma (SHGC). Ao exportar o ficheiro em extensão .dat para o Energyplus, basta chamar cada janela realizada no WINDOW 5 recorrendo ao ponto Construction: WINDOWDataFile.

Figura A.II.1 – Definição do elemento vidro: Glass Library.

Figura A.II.2 - Definição do gás existente na caixa-de-ar: Gap Library.

ANEXO III - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada

A.II.3

Figura A.II.3 – Definição de um vidro duplo: Glazing System Library.

3. Definição do sistema de vidro, simples ou duplo:

No separador central Glazing System Library é possível definir o sistema de vidro, simples ou duplo, tal

como é apresentado nas Figuras A.II.3 e A.II.4, respectivamente. Sempre que o sistema de vidro não está

no separador lateral List, será possível introduzir um novo em New. Na definição de um novo sistema de

vidro será necessário definir as características: nome; número de vidros (layers); ângulo em relação ao

pavimento (tilt); tipos de vidros (depois de definidos no ponto 1), suas espessuras e ar de

preenchimento (no caso de vidro duplo). Se o vidro pretendido possuir uma capa solar, será também

necessário indicar a face onde esta será aplicada (Flip). No Center of Glass Results são apresentados os

parâmetros térmicos do vidro tal como o coeficiente transmissão térmica U, factor solar SHGC (g) e o

coeficiente de transmissão visível Tv (Tvis).

Figura A.II.4 - Definição de um vidro simples: Glazing System Library.


A.II.4

Figura A.II.5 – Definição do sistema de caixilho: Frame Library.

4. Definição do sistema de caixilho:

Muito semelhante aos restantes, o WINDOW possui uma base de dados (Frame Library) com várias

soluções de mercado. Sempre que se pretenda um caixilho diferente, será necessário introduzi-lo

manualmente, através do separador lateral New, definindo todas as características do caixilho. Na figura

A.II.5 é apresentado o layout da base de dados (Frame Library).

5. Definição de um sistema Vão de envidraçado:

Por fim, neste separador central Window Library, são agrupados os elementos constituintes do sistema

de envidraçado. Assim, e de um modo semelhante aos anteriores, no separador lateral List estão

apresentados todos os sistemas já definidos. Na definição de um não existente, no separador lateral

New, é possível caracterizar um novo sistema de envidraçado, alocando os sistemas de vidro e de

caixilho, anteriormente definidos. Será também necessário introduzir o nome desse sistema, o tipo de

janela, suas dimensões e ângulo com o pavimento. Na Figura A.II.6 é apresentado um exemplo da

definição de um sistema de envidraçado. Importa salientar, que para alocar os sistemas de caixilho e

vidro, anteriormente definidos, é suficiente seleccionar o vidro ou caixilho, clicando na imagem

apresentada em modelo, tal como mostra a Figura A.II.6.

ANEXO III - Programa informático Window 7: Metodologia utilizada

A.II.5

Figura A.II.6 – Definição de um sistema de envidraçado no WINDOW Library

6. Exportar dados para EnergyPlus:

Concluída a definição dos sistemas de envidraçados, no separador lateral List será possível a visualização

de todos os sistemas já definidos. Para exportar os dados referentes a esses sistemas de envidraçados

para o Energyplus, é possível criar um ficheiro de extensão (.txt) no separador lateral Report, tal como se

ilustra na Figura A.II.7. Para que esse ficheiro seja reconhecido pelo EnergyPlus, será necessário abri-lo e

na opção “guardar como”, introduzir o directório da pasta principal do EnergyPlus (neste caso, em

EnergyPlusV1-2-0), gravando-o com o nome “Window5DataFile.dat”, mudando a sua extensão inicial de

(.txt) para (.dat).

Por fim, para que o programa EnergyPlus considere estes dados, será necessário introduzir o nome do

sistema de envidraçado pretendido, pertencente à lista exportada, tal como descrito no capítulo 6 do

presente trabalho.


A.II.6

Figura A.II.7 – Exportação dos dados para EnergyPlus, através do Report.

ANEXO III

Gabinete do DECivil: Cortes em vista

M M

O O

SECTION M-M

QQ

SECTION O-O

SECTION Q-Q SCALE 1 : 40

AssemEscritorio Anexo

WEIGHT:

A3

SHEET 1 OF 2SCALE:1:50

DWG NO.

TITLE:

Instituto Superior Técnico

MATERIAL:

DATESIGNATURENAME

DEBUR AND BREAK SHARP EDGES

FINISH:UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:

Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

Vistas Gabinete DECivil, Fachada Sul e Este

In�uência dos vãos envidraçados no desempenho energético de edifícios

Outubro, 2012

J J

SECTION J-J

K K

SECTION K-K

R R

SECTION R-R SCALE 1 : 40

AssemEscritorio Anexo

WEIGHT:

A3

SHEET 2 OF 2SCALE:1:50

DWG NO.

TITLE:

Vistas Gabinete DECivil, Fachada Norte e Oeste

Instituto Superior Técnico

MATERIAL:

DATESIGNATURENAME

DEBUR AND BREAK SHARP EDGES

FINISH:UNLESS OTHERWISE SPECIFIED:DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERSSURFACE FINISH:TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:

Q.A

MFG

APPV'D

CHK'D

DRAWN

In�uência dos vãos envidraçados no desempenho energético de edifícios

Outubro, 2012