José Cruz

O que é?
Modelo matemático que representa o comportamento de um edifício. É constituído por
três blocos
 Estrutura do sistema (modelo do edifício): Arquitectura,
Materiais,
Envidraçados,
…
 Variáveis de input: Controláveis – ocupação, iluminação,
equipamentos, horários,
Incontroláveis – clima local
 Resultados: resposta do modelo matemático aos parâmetros anteriores
2

Programa Analisado: DesignBuilder
 Interface do Energy plus Ferramenta poderosa, mas pouco user friendly
 Desenvolvido no Reino Unido
 Primeira versão lançada em 2005
 Brevemente terá em módulo IEE  Factor de Forma e Factores de Correcção Climática de Inverno
e de Verão
 IEE limite e S ponderados (em caso de edifícios com várias
tipologias)
 Indicador de Eficiência Energética
 Classe Energética
 Consumos energéticos relevantes para preenchimento da DCR
/ CE
 Etc.
3

Funcionamento do programa Dados Clima
• Temperatura Seca
• Humidade Relativa
• Pressão
Descrição Edifício • Radiação
• Vento (velocidade direcção)
• Localização •…
• Arquitectura
• Materiais construção
• Zonas térmicas
• Ganhos internos (equipamentos, Análise Térmica
iluminação, elevadores,
bombagens e acessórios , …)
Cargas térmicas Potências
• Perfis ocupação
horárias Climatização
• infiltrações arrefecimento e
aquecimento
Climatização
Análise Sistema
•Tipo e potência
•Performance
•Ventilação insuflação e extracção
•Controlo e horários
•Ar novo
•… Consumos de
energia
4

Resultados
 Ganhos e perdas de energia térmica dentro de cada espaço definido,
discriminados por fontes e poços;
 Consumo energético discriminado por aplicação (aquecimento, arrefecimento,
ventilação, iluminação, etc.) e por fonte de energia (electricidade, gás, etc.);
 Temperaturas do ar interior, média radiante e operacional, humidade relativa;
 Índices de conforto térmico, com curvas de distribuição da temperatura;
 Transmissão de calor através da envolvente do edifício, incluindo paredes,
coberturas, infiltração, ventilação, etc.;
 Cargas de aquecimento e arrefecimento;
 Produção de CO2;
 Dimensionamento de sistemas AVAC, climatização e ventilação.
5

Envolvente Exterior
 Ambiente 3D
 Construção por blocos
 Grande variedade de geometrias
possíveis
 Navegador com os elementos
construtivos e respectivas áreas
6

Visualização do Edifício
7

Tipos de construções no DB
 Paredes exteriores
 Cobertura
 Pavimento
 Pavimento entre pisos
 Paredes interiores
 Paredes/coberturas/pavimento
em contacto com espaços não
ocupados
 Pontes térmicas
 …
8

Parede exterior
 Construções e materiais tipo na
biblioteca do programa
 Possibilidade de adicionar novos
materiais e construções à
biblioteca
Material
9

Existem dois modos de definir as infiltrações e a
ventilação natural:
 Schedule: define um valor fixo de renovações por
hora
 Calculated: o programa calcula as renovações com Atenção!
base em Verificar se os ficheiros de
- Janelas, grelhas, aberturas e fendas; clima têm dados de vento
- Tamanho, forma e orientação
- Velocidade do vento e temperatura exterior
- Temperatura interior em cada zona
- Definições de controlo de conforto
10

Divisórias interiores, criação de zonas
A criação de zonas é um processo que divide o edifícios em áreas físicas separadas
Se alguma área do edifício tem diferentes sistemas de AVAC, iluminação, orientação ou
condições de operação é necessários criar uma zona que a represente
As zonas no DesignBuilder são
desenhadas com partições:
 Partições interiores definem as
zonas num bloco
 Cada zonas pode ter definições
independentes ou comuns ao
bloco
 Simulação multi-zona  os
cálculos são feitos para cada
zona e não com médias para o
edifício
11

Funcionamento hierárquico do modelo
Local
 Valores por defeito definidos pelo
nível acima na hierarquia
Edifício
Bloco  Alterações num nível altera todos
os parâmetros abaixo na
Zona hierarquia.
Superfície
Abertura
12

O edifício é dividido em zonas de acordo com as suas actividades
Cada tipo de actividade tem associado os dados de:
i) Ocupação
- densidade de ocupação (pessoas/m2);
- perfis de ocupação (com detalhe horário e
com possibilidade de incluir feriados)
ii) Actividade metabólica
- actividade dos ocupantes e
- ganhos térmicos sensíveis e latentes
iii) Consumo de AQS
- Consumo em litros/m2/dia
13

iv) Controlo ambiente
- Setpoints de temperatura (aquecimento e
arrefecimento)
- Setpoints de temperatura de setback
(aquecimento e arrefecimento)
- Setpoints de humidade relativa
(humidificação e desumidificação)
- Temperatura mínima de ventilação natural
(free cooling)
- Ar novo: mínimo por pessoa
nº de renovações horárias mínimas
- Iluminação: iluminância requerida (lux)
14

v) Ganhos internos
- Ganhos internos de equipamentos
(computadores, equipamento escritório,
equip. cozinha, …)
- Horários de funcionamento dos
equipamentos
15

Typical Workday
- Horário On/Off (100%, 0%)
- Intensidade a 100
Schedule
- Perfis horários, 0-100%
- Podem-se definir perfis diferentes para os
diferentes dias da semana e do mês
- Possibilidade de adicionar feriados
16

 Base de dados com envidraçados (algumas falhas)
 Possibilidade de adicionar à biblioteca
 Definição de tipo de caixilhos e nº de divisórias
Sombreamentos:
 Window shadings (cortinas, estores, black-outs,
etc.)
- Controlo em função de horários, temperatura,
radiação, …
 Local shadings (palas exteriores verticais ou
horizontais)
17

Define-se a iluminação em função de:
 Potência (W/m2)
 Tipo de luminária
 Fracções visível e radiante
18

Controlo de iluminação
 Funcionamento em função de horário
 Controlo em função da luz natural:
 Linear
 Escalões
19

Tipos de sistemas de AVAC disponíveis no DesignBuilder
 Fan coil units
Sistemas monozona
 Unitary single zone (expansão directa e splits)
 Unitary multizone (expansão directa multizona com
uma única UTA)
Sistemas multizona
 CAV – Volume de Ar Constante
 VAV – Volume de Ar Variável
20

21

22

Ventilação mecânica
 Valor máximo
 Perfil e horário funcionamento
 Ar Novo
 Ventiladores
 Free Cooling
 Recuperador de Calor
23

Aquecimento
 Combustível
 CoP
 Perdas de distribuição
 Bateria aquecimento
 Horário funcionamento
Arrefecimento
 (igual a aquecimento)
Controlo de humidade
 Humidificação – On/Off
 Desumidificação – On/Off 24

Cálculos
 Dimensionamento potência aquecimento
Cálculo estacionário
 Dimensionamento potência arrefecimento
Cálculo para dia projecto
 Simulação
Simulação dinâmica – 2-10 iterações por hora
25

Potência Aquecimento
Perdas
Térmicas
Cálculo sem ganhos solares
26

Potência Arrefecimento
27

Simulação
 Ficheiros climáticos com detalhe horário;
 Simulação dinâmica;
 2-10 iterações por horas;
 Parâmetros analisados: Radiação solar, iluminância,
sombras, ganhos, massa, ventilação, trocas de calor
inter-zona;
 Simulação anual (possibilidade de estudar períodos de
tempo mais curtos, por exemplo: semana de verão,
semana de inverno);
 Resultados podem ser disponibilizados em períodos
anuais, mensais, diários, horários ou sub-horários ;
 etc
28

Resultados – trocas térmicas anuais
Aquecimento
Arrefecimento
Edifício escritórios
29

Resultados – Consumos eléctricos anuais
Edifício escritórios
30

Resultados: ganhos internos e aquecimento - dia Inverno
31

Resultados: ganhos internos e arrefecimento - dia Verão
32

CFD – análise interna e externa
 Computation Fluid Dynamics (CFD) é o termo utilizado para descrever métodos
numéricos usados para calcular a temperatura, velocidade e outras propriedades de fluidos
num espaço.
 CFD aplicado a edifícios fornece-nos os valores de velocidade, pressões e temperatura no
interior do edifício e na sua envolvente.
 Necessárias condições fronteira: clima, ganhos internos, AVAC, …
33

Funcionamento
 Cálculo estacionário a três dimensões
 Utiliza o método do volume finito
 O espaço é dividido numa grelha
definida pelo utilizador
34

Análise externa
Velocidade
Velocidade 35

Definições Fronteiras CFD
Análise interna - construção
 Fluxo insuflação
 Ângulo descarga
 Fluxo extracção
 Temperatura
 Fluxo Calor
Extracção
(Fluxo insuflação,
Radiadores ângulo descarga)
(fluxo calor)
Insuflação
(Fluxo extracção)
36

Análise interna resultados
Velocidade e temperatura
37
Velocidade e temperatura

Ferramentas para a Simulação Dinâmica
EnergyPlus/DesignBuilder
38