Metodologia para a optimização do funcionamento de sistemas de sombreamento de vãos envidraçados

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016A evolução arquitectónica verificada nas últimas décadas promoveu um aumento considerável da área envidraçada das fachadas dos edifícios, sendo que esta característica se tornou num elemento marcante na arquitectura moderna. Apesar da maior disponibilidade de iluminação natural no interior destes edifícios, este aumento resultou num incremento dos ganhos de calor, afectando as necessidades energéticas dos espaços, sobretudo para arrefecimento. O sobreaquecimento dos edifícios, tornou-se assim, num dos principais desafios de eficiência energética na construção moderna. A solução mais popular para este problema é a introdução de dispositivos de protecção solar interiores, exteriores e por vezes vidros de controlo solar ou películas reflectantes. Os mais eficazes são as protecções solares exteriores, e quando devidamente dimensionados e optimizados, estes sistemas possibilitam maximizar a radiação que entra na estação de aquecimento, minimizá-la na estação de arrefecimento (reduzindo os consumos de climatização) e controlar a luminosidade, assegurando o conforto térmico e visual. Neste trabalho, é desenvolvida uma metodologia para caracterizar experimentalmente o funcionamento de um sistema de sombreamentos de um edifício de serviços situado em Lisboa, bem como a sua influência na climatização e na iluminação, para optimizar o respectivo controlo. São analisadas as vertentes de iluminação, climatização e confortos térmico e visual para diferentes configurações do sistema de sombreamento, atendendo às necessidades dos ocupantes. Finalmente, é desenvolvido um modelo analítico capaz de reproduzir os resultados obtidos experimentalmente, que permite estender a análise efectuada e determinar a posição dos sombreamentos que minimiza os consumos energéticos (sombreamentos subidos), mantendo razoáveis níveis de conforto térmico. Através do modelo desenvolvido, verificou-se que a optimização do funcionamento dos sombreamentos permite minimizar os consumos relativamente ao funcionamento actual do sistema de protecção solar. Em particular, mostrou-se que é possível atingir uma poupança energética para climatização e iluminação de 28.3% em Janeiro, 50.4% em Abril e 35.3% em Julho. Dada a combinação de vertentes analítica e experimental apresentada, este projecto situa-se na fronteira da investigação actual realizada na área da eficiência energética em edifícios.The architectural development in recent decades promoted a significant increase in glazed area of the buildings’ facades. Despite the increased availability of daylight within these buildings, this resulted in an increment of heat gains, affecting the energy needs of such areas, particularly for cooling and lighting. Overheating of modern buildings has thus become one of the main challenges of energy efficiency of modern buildings. The most popular solution to this problem is the introduction of internal or external shading devices. When properly sized and optimized, these systems make it possible to maximize the radiation that enters in the heating season or minimize it in the cooling season by reducing energy consumption, controlling the ambient light and ensuring thermal and visual comfort. In this work, a Lisbon services building shading system was monitored. Lighting and air conditioning systems for different shading system configurations were analyzed, attending to the visual and thermal comfort needs of the occupants. Finally, we develop an analytical model able to reproduce the results obtained experimentally, which can extend the analysis in order to determine the shading devices position (open shades) that minimizes energy consumption while maintaining reasonable levels of thermal and visual comfort. The model developed in this work shows that an optimised shading system can reduce the energy consumption in comparison with the actual system. In particular, we show that it is possible to achieve a reduction of the energy consumption of 23% in January, 50.4% in April and 35.3% in July. Given the combination of analytical and experimental aspects held, this project features state of the art techniques in the research area of energy efficiency in buildings