Comparação dos métodos RC para o cálculo horário das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento na EN ISO 13790 e na proposta normativa ISO 52016-1

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015Os edifícios constituem um dos setores que mais contribui para o consumo de energia. Todavia, existe ainda um vasto potencial para a adoção de medidas e implementação de soluções energéticas mais eficientes, levando à diminuição de consumos por parte deste setor. Visando atingir estas poupanças, são necessárias ferramentas de previsão do comportamento térmico de edifícios para estudar as necessidades energéticas de um determinado edifício face a diferentes soluções construtivas e energéticas, conduzindo à opção que assume um menor dispêndio de energia. O objeto de estudo da presente dissertação consiste em dois métodos de cálculo das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento de base RC presentes nos documentos normativos EN ISO 13790 e na proposta normativa ISO 52016-1. Pretende-se estabelecer uma comparação entre os métodos, ambos aplicados numa base matricial, com as mesmas variáveis de entrada descritivas de uma habitação típica e do clima de Lisboa. Mais especificamente, esta dissertação visa a comparação das variáveis de saída em termos de temperaturas do ar interior e operativa em regime flutuante e necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento em regime termostático, a análise de sensibilidade das variáveis de entrada e ainda a identificação e discussão das principais diferenças dos modelos. O desempenho energético é determinado com base nas necessidades anuais nominais de energia útil, nomeadamente para aquecimento e arrefecimento, a fim de manter as condições nominais de temperatura. Como tal, é necessário definir determinados parâmetros, nomeadamente a localização e clima, e ainda características térmicas das soluções construtivas. No que diz respeito aos perfis de temperatura, em regime flutuante, obteve-se uma diferença entre valores médios de 0,6ºC entre a proposta normativa ISO 52016-1 e a norma EN ISO 13790 no caso de estar a ser aplicado sombreamento e de 1,8ºC para o caso deste não estar ativo. De seguida, de modo a ter um termo de comparação já validado procedeu-se à aplicação de um caso de estudo em que foi utilizada a ferramenta Energy Plus. As necessidades de energia calculadas pelo modelo da proposta normativa ISO 52016-1, no caso de arrefecimento diferem 0,5 kWh/m2 e no caso de aquecimento diferem 4,3 kWh/m2 dos resultados obtidos pela ferramenta Energy Plus. A norma EN ISO 13790 e os resultados obtidos pelo Energy Plus diferem, em termos de valores médios, 2,9 kWh/m2 no caso do arrefecimento e 7,6 kWh/m2 no caso do aquecimento. Em suma, conclui-se que para tipologias de edifícios pouco complexas a nível construtivo e cujo objetivo seja prever as necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento os modelos matriciais de base RC demonstraram ser ferramentas adequadas para prever o comportamento térmico de um edifício simplificado a uma zona térmica.Buildings are presented as one of the sectors that most contributes to energy consumption. However, there is still a vast potential for the adoption of measures and implementation of more efficient energy solutions, leading to lower consumption by this sector. In order to achieve these savings, predictive studies of the thermal behaviour of buildings are performed. These studies analyse the energy needs of a particular building regarding different construction and energy solutions, leading to the option that takes a lower expenditure of energy. The comparison of two methods of calculating the energy needs for heating and cooling of RC base present in the normative documents EN ISO 13790 and the proposed rule ISO 52016-1 allows us to analyse the differences between them, both of which are applied on a matrix basis, with the same descriptive input variables of a typical housing and climate of Lisbon. More specifically, this dissertation aims at comparing the output variables in terms of the interior and operative air temperature floating regime and energy needs for heating and cooling thermostat regime, the sensitivity analysis of the input variables and also the identification and discussion of the main differences between the models. The energy performance is determined based on the useful energy nominal annual needs, namely for heating and cooling, in order to maintain the nominal temperature conditions. As such, certain parameters need to be set, namely the location and climate, as well as thermal characteristics of the constructive solutions. Then, in order to have an already validated basis of comparison, the application of a case study was undertaken, in which the Energy Plus tool was used. Regarding inside air temperature profiles, in a free-float mode, the difference between regulatory proposal ISO 52016-1 and EN ISO 13790, in case of shading being applied is about 0,6ºC and 1,8ºC when the shading is not applied. In the case of cooling energy needs check up errors were associated, on average, taking the values of 0,5 kWh / m2 between the results obtained by the regulatory proposal ISO 52016-1 and Energy Plus and 2,9 kWh/m2 between EN ISO 13790 and Energy Plus. In respect of heating and 4,3 kWh / m2 between ISO 52016-1 and Energy Plus and 7,6 kWh/m2 between EN ISO 13790 and Energy Plus. In short, it has been concluded that, for less complex buildings in what concerns construction, and which study goals are not extremely accurate, matrix models of RC base have demonstrated the ability to predict the thermal behaviour of a building or thermal zone