Webinar #4: Envolvente de edifícios

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"Envolvente de edifícios" por Laura Aelenei, LNEG - Laboratório Nacional de Energia e Geologia

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Webinar #4: Envolvente de edifícios

  1. 1. Envolvente naEficiência Energética dos Edifícios Laura Aelenei 21 Dezembro 2011
  2. 2. Envolvente Processos térmicos. Balanços energéticos pela envolventeÍndice Eficiência Energética Soluções/Sistemas Passivos para Envolvente Exemplo: Edifício SolarXXI GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  3. 3. envolvente
  4. 4. definiçãoEnvolvente do edifícioelementos do edifício que constituem o contorno fechado do espaçointerior aquecido através das quais se verifica transferência de fluxo decalor com o exterior ou outros espaços adjacentes. mecanismos de transmissão de calorcomponentes de envolvente GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  5. 5. componentes do envolvente revestimento • maçica camadas espaço de ar paredes • com espaço de ar isolamento estrutura • cortina densidade Tipo (edifício) espessura • simples materiais resistência térmica Geometria vãos calor especifico • duplo prop.radiativas Localização (clima) revestimento • inclinada camada proteção camadas cobertura impermeabilização • terraço camada de forma estrutura isolamento GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  6. 6. clima mecanismos de transmisão de calor edifício corpo humanoGREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  7. 7. Edifício  Clima localFactores que afectam o clima local mecanismos de transmisão de calorRadiação solar → provoca o aumento da temperatura interiorTemperatura ar → influência as trocas de calor (perdas/ganhos)Humidade relativa → influência directamente o conforto higrotérmicoPrecipitação → pode alterar as propriedades físicas da envolventeVento → condiciona a ventilação do edifícioCaracterísticas do céu → condiciona as trocas de calor por radiação GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  8. 8. Corpo humano  Clima Parâmetros mecanismos de transmisão de calor Coeficiente de transmissão térmica Inércia térmica – capacidade térmica Propriedade radiativas (factor solar, absorção e emissividade) Permeabilidade ao ar da envolvente GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  9. 9. Porque razão os edifícios consumem energia? mecanismos de transmisão de calorCorpo humano  Edifício Edifício  Clima local GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  10. 10. balanços energéticos pela envolvente
  11. 11. Estudo do comportamento térmico dos edifícios Estudo do comportamento térmico dos edifícios implica conhecimento do modo de propagação de calor através da sua envolvente.Comportamento térmico dos edifícios Leis e princípios básicos da termodinâmica Transmissão de calor  sempre que se estabelece uma diferença de temperatura Calor transmitido  de temperatura mais elevada para a temperatura mais baixa Objectivo principal Determinar a quantidade de energia que é necessário fornecer ao edifício para que a sua temperatura interior se mantenha constante num determinado valor de referência. Condições de Inverno Condições de Verão Determinação do fluxo de calor a fornecer Determinação do fluxo de calor a retirar ao ao edifício para que:  i  20ºC edifício para que:  i  25ºC GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  12. 12. Inverno Perdas de calor conductivas através de envolvente Balanço térmico Perdas de calor convectivas resultantes da renovação de ar, infiltração Ganhos solares através de vãos envidraçados Ganhos internos Trocas por condução pela cobertura Ganhos por radiação (envidraçado)Balanço térmico Trocas por condução e infiltração pela caixilharia Ganhos internos Trocas por condução BALANÇO TÉRMICO pelas paredes Trocas por condução com a garagem Trocas por condução pelo solo Verão Aelenei D. Ganhos solares pela envolvente opaca devidos à incidência da radiação solar Ganhos solares através de vãos envidraçados Cargas internas, devidas aos ocupantes, aos equipamentos e à iluminação artificial. GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  13. 13. eficiência energética
  14. 14. eficiência energética dos edifíciosObjectivos:optimizar os ganhos/perdas em função das necessidadesdiminuir a utilização de equipamentos para aquecimento/arrefecimentodiminuir o consumo para iluminaçãoaumentar confortoreduzir a factura GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  15. 15. buildings Edifícios capazes de satisfazer as exigências de conforto semPassive consumo de energia ou com consumo baixo, limitado de energia Classificação possível dos edifícios Low energy buildings Edifícios capazes de satisfazer as exigências de conforto com consumos baixos de energia Buildings Edifícios capazes de satisfazer as exigências de conforto com consumos elevados de energia GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  16. 16. Eficiencia energética: estratégias sustentáveis - “trias energetica” 1. Minimizar as 2. Uso racional 3. Energias necesidades de combustiveis renováveis energéticas fósseis GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  17. 17. Minimizar as necessidade energéticas Estrategias passivas Forma e localização do edifício; Orientação; Sombreamento; Massa térmica; Aquecimento/Arrefecimento passivo; Ventilação natural; Isolamento térmico (paredes, cobertura e pavimentos); Factor solar (vãos envidraçados). Iluminação natural GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  18. 18. Forma do edifício - factor de forma Factor de Forma FF traduz a compacidade do edifício (a “pequenez” da sua envolvente através do qual se verificam perdas) A  2 3 FF   m /m  V  melhor comportamento!Passive-On Project FF = 1,24 FF = 1,31 FF = 1,70 GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  19. 19. Orientação do edifício Objectivo: - Captação eficaz da radiação solar no Inverno;Meteorology Today, C. Donald Ahrens - Diminuir os ganhos solares no Verão (sobreaquecimento) Quanto maior for a duração do dia, maior será a possibilidade de insolação. Ao meio-dia solar, a intensidade de insolação é maior; nas horas da manhã ou da tarde, quando o Sol está num ângulo baixo, a quantidade de insolação diminui. Arquitectura Bioclimática-Perspectivas de inovação e futuro GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  20. 20. Sombreamento Principio de funcionamento duma obstrução horizontal na orientação Sul Comportamento de Inverno Comportamento de Verão α α Sombreamento: tipo pala fixa Sombreamento: tipo móveisProtecção horizontal Protecções “grelha” GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  21. 21. Massa térmica Passive-On Project amortecimento térmico atraso térmico GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  22. 22. Ventilação natural O vento, que gera uma diferença de pressões estáticas no interior dos edifícios ou compartimentos; O gradiente térmico, que origina uma variação de pressão devida ao gradiente de densidade do ar resultante de diferentes temperaturas interior/exterior - “efeito chaminé” (stack effect).Passive-On Project Ventilação unilateral Ventilação cruzada Ventilação por efeito chaminé GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  23. 23. Arrefecimento passivo Aquecimento passivo Ventilação nocturna α ganhos solares através dos vãos envidraçados Passive-On Project inércia térmicaArrefecimento pelo solo GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  24. 24. Iluminação natural Directory of Architecture Designs, Contemporary Houses, and Modern BuildingsArquitectura Bioclimática-Perspectivas de inovação e futuro GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  25. 25. soluções/sistemas passivas para envolvente
  26. 26. Sistemas integradas na fachada:Materials: Paredes trombe wallisolamento térmico Cobertura BIPVPCM (materiais com mudança defase) Vãos proteção solarvidro especial cobertura ajardinhada GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  27. 27. Isolamento térmico: materiais/sistemas sem isolamento  D. Aelenei com isolamento  D. Aelenei- diminuir as trocas do calor através de envolvnte- diminuir o efeito de ponte térmica GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  28. 28. PCM (materiais com mudança de fase): materiais/systemas Incorporação de microcápsulas num reboco João Araújo Pereira Coutinho Integração em paredes exteriores DAY The PCM layer in warm days store a great deal of the energy that flows through the wall NIGHT The PCM layer release energy stored in the day outside and inside the building GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  29. 29. Vãos envidraçados: materiais/sistemas Permitir ventilação natural no edifícioProteção solar adequada Vidro de qualidade elevada GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  30. 30. Paredes/coberturas ajardinadas GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  31. 31. Sistemas pre fabricados de fachada (colector térmico) AEE Intec GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  32. 32. BIPV - Building Integrated Photovoltaicsapa-solar.com GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  33. 33. Sistemas pre fabricadas para integração em fachadas • Sistema de eficiência elevada • Reduzir consumo energ. OBJECTIVO • Aumentar o comforto • Produzir energia MATERIAS/ • Exterior: Transparente/PV COMPONENTES • Interior (armazenamento): Agua/PCM MODO DE • Inverno-aquecimento FUNCIONAMENTO • Verão-arrefecimento INTEGRAÇÃO • Edif.novos-compon.estrutural NA FACHADA • Edif.existentes-sol.rehabiliatação L. Aelenei L. AeleneiProjecto FRAME - Sistemas pre-fabricadas para edifícios de baixo consumo: design,modulação, prototipagem e testes GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  34. 34. Exemplo:Edifício SolarXXI
  35. 35. Inverno Optimizar a VerãoEstrategias adoptadas qualidade Prevenir sobre térmica de aquecimento envolvente Aproveitamento Potenciar a de “fontes” de captação de arrefecimento ganhos solares “naturais” GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  36. 36. Estrategias/sistemas adoptadas - InvernoOptimizar a qualidade térmica da envolvente,através da adopção de isolamento térmico adequadodas paredes, coberturas e pavimentos.O isolamento térmico, diminui as perdas térmicas doedifício no período de Inverno. Ao ter sido sempreaplicado pelo exterior corrige as pontes térmicasmantendo a “massa inercial” do edifício no seu interiorcontribuindo assim para a amortização das variaçõesexteriores da temperatura. Building elements Material U value (W/m2K) External walls Brick wall + ETICS (6 cm) 0.45 Roof Concrete with external 0.26 insulation (10 cm) Thermal bridges Concrete with external 0.55 insulation (6 cm) Windows Transparent double glazing 3.50 Envelope (average) 0.88 GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  37. 37. Estrategias/Sistemas adoptadas - Inverno Recuperação de calor na face interior dos módulos fotovoltaicos (BIPV-T system) Aproveitar o calor gerado na face interior dos módulos fotovoltaicos, contribuir assim para o aquecimento do ar ambiente nos espaços contigous. GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  38. 38. Estrategias/Sistemas adoptadas - InvernoPotenciar a captação de ganhos solaresOrientação do edifício - Fachada principal - SulGrande area de envidraçdos na fachada principal Sul GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  39. 39. Estrategias/sistemas adoptadas - Verão Sombreamento dos vãos Dispositivos de sombreamento-estores de laminas exteriores, regulavéis e orientvéis, adequar a entrada de radiação solar e luz. GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  40. 40. Estrategias/Sistemas adoptadas - Verão Sistemas de tubos enterrados - O arrefecimento através de tubos enterrados recorrendo ao importante potencial de frio do solo (fonte fria) para arrefecer o ar exterior que será insuflado no interior do edifício. - 32 tubos de manilhas de cimento - com um diâmetro de 30 cm e enterrados a 4,6 m de profundidade GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  41. 41. Estrategias/Sistemas adoptadas - Verão Ventilação natural - através de aberturas nas diferentes fachadas de forma a permitir uma ventilação transversal - existência de registos reguláveis em bandeiras existentes sobre todas as portas, que ligam as salas ao corredor e ao poço central, que por sua vez permite uma ventilação ascendente por efeito de chaminé GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  42. 42. Estrategias/Sistemas adoptadas - Verão Ventilação da fachada fotovoltaica - Extração do calor produzido pelos módulos fotovolaticos - Evacuação do ar quente do interior dos gabinetes- efeito de chamine GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  43. 43. Iluminação natural Ventilação da fachada fotovoltaica Vãos distribuidos, claraboia central comum aos 3 pisos com ligação às salas a norte e a sul propiciam iluminação natural, todo o ano. GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  44. 44. Temperatura do ar interior Inverno / Verão Inverno Verão GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  45. 45. Indicador de eficiência energética IEE IEE IEE IEE SOLAR XXI SOLAR XXI Standard value office (typical user related (real) building loads) 2.8 16 30kgep/(m2.year) kgep/(m2.year) kgep/(m2.year) x 10 GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  46. 46. Arq. Pedro Cabrito e Isabel Diniz GREENCAMPUS / Envolvente na Eficiência Energética dos Edifícios
  47. 47. OBRIGADOOBRIGADA laura.aelenei@lneg.pt

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