Influência do tipo de clima no custo do conforto térmico no interior dos edifícios

Abstract

The promotion of energy efficiency in buildings has been one of the main concerns of the European Union in recent years. It is important to emphasize that air conditioning energy consumption varies depending on the type of use of the building, the quality of its passive and active systems, the desired level of thermal comfort and the characteristics of the climate. The more severe the climate, the greater the amount of thermal energy that must be supplied/removed from the interior spaces of the buildings to ensure thermal comfort conditions.The main objective of this study was to evaluate the cost of thermal comfort in European buildings, in terms of energy needs, energy consumption and economic cost. Therefore, 5 degrees of thermal comfort quality were considered (excellent, good, medium, low, and without air conditioning system). The number of heating degree-days and cooling degree-days were used to select 5 locations that together represent the different climates of the European continent (hot, moderate, cold, very cold and extremely cold). The European buildings were represented by 6 buildings belonging to 4 types of use: residential (apartment and dwelling); services with permanent operation (clinic); services with intermittent operation (school and bank branch); and trade with intermittent operation (supermarket). Two alternatives were considered for the opaque elements of the building envelope (without thermal insulation and with the recommended thickness of thermal insulation). It was assumed that the HVAC system could be equipped with a Class A+ or Class A+++ heat pump-chiller.The SEnergEd software was used as a calculation tool, which performs the hourly dynamic mono-zone simulation of the thermal and energy behavior of buildings and performs the economic analysis of their life cycle. However, the latest version of this program was only prepared for calculating the shading of the glazing of buildings located in Portugal, which was not appropriate for this study, as they depend on the latitude of the place. Thus, this software needed an improvement so that it could be used to simulate a building located anywhere in the Northern Hemisphere. It was also necessary to adapt the climate files of locations outside Portugal considered in this study to the format required by SEnergEd.The results obtained show that both the energy requirements for air conditioning and the economic cost of thermal comfort increase with the improvement of the quality required for thermal comfort. These parameters strongly depend on the type of use of the building, with higher values in the case of buildings with permanent occupation (apartment, dwelling and clinic) than in those with intermittent occupation (school, bank branch and supermarket).Heating energy requirements vary in proportion to the corresponding heating degree-days. In turn, the variation in energy requirements for cooling is more complex, as they increase simultaneously with the degree-days of cooling and with the intensity of solar radiation. The energy requirements for heating are substantially higher than the corresponding energy requirements for cooling, except in the case of the supermarket, where they are of the same order of magnitude.The evolution of the cost of thermal comfort with the intensity of the climate is not linear, as it involves different countries with different economic realities. Even so, it is fair to say that it increases with the number of degree days of heating. In global terms, it can be said that the factors that has most influence on it are the type of use of the building, the amount to be invested in the respective HVAC system, the energy needs for heating and the desired quality of thermal comfort.

A promoção da eficiência energética dos edifícios tem sido uma das principais preocupações da União Europeia nos últimos anos. É importante salientar que o consumo de energia com a climatização varia consoante a tipologia de uso do edifício, a qualidade dos sistemas passivos e ativos do mesmo, o nível de conforto térmico pretendido e as caraterísticas do clima. Quanto mais severo for o clima maior é a quantidade de energia térmica que é necessário fornecer e/ou retirar dos espaços interiores dos edifícios para garantir condições de conforto térmico.A realização deste estudo teve como principal objetivo avaliar o custo do conforto térmico no interior de edifícios europeus, em termos de necessidades de energia, de consumo de energia e de custo económico. Para o efeito, consideraram-se 5 graus de qualidade de conforto térmico (excelente, boa, razoável, baixa, e sem sistema de climatização). Recorreu-se ao número de graus-dia de aquecimento e de graus-dia de arrefecimento para selecionar 5 localidades que no seu conjunto representam os diferentes climas do continente europeu (quente, moderado, frio, muito frio e extremamente frio). O edificado europeu foi representado por 6 edifícios pertencentes a 4 tipologias de uso: residencial (apartamento e moradia); serviços com funcionamento permanente (clínica); serviços com funcionamento intermitente (escola e agência bancária); e comércio com funcionamento intermitente (supermercado). Foram consideradas 2 alternativas para os elementos opacos da envolvente dos edifícios (sem isolamento térmico e com a espessura recomendada de isolante térmico). Assumiu-se que o sistema de AVAC podia estar equipado com um chiller-bomba de calor da classe A+ ou da classe A+++.Utilizou-se como ferramenta de cálculo o software SEnergEd, que realiza a simulação dinâmica horária em regime de monozona do comportamento térmico e energético de edifícios e efetua a análise económica do respetivo ciclo de vida. No entanto, a versão deste programa a que se teve acesso só estava preparada para o cálculo dos sombreamentos dos envidraçados de edifícios localizados em Portugal, o que não era adequado a este estudo, pois os mesmos dependem da latitude do lugar. Deste modo, foi necessário adaptar este software de modo que o mesmo possa ser utilizado na simulação de um edifício situado em qualquer localização do hemisfério Norte. Foi necessário ainda adaptar ao formato requerido pelo SEnergEd os ficheiros climáticos dos locais fora de Portugal considerados neste estudo.Os resultados obtidos evidenciam que quer as necessidades de energia para climatização quer o custo económico do conforto térmico aumentam com a melhoria da qualidade requerida para o conforto térmico. Estes parâmetros dependem fortemente da tipologia de uso do edifício, apresentando valores mais elevados no caso dos edifícios com ocupação permanente (apartamento, moradia e clínica) do que nos com ocupação intermitente (escola, agência bancária e supermercado).As necessidades de energia para aquecimento variam proporcionalmente aos correspondentes graus-dia de aquecimento. Por sua vez, a variação das necessidades de energia para arrefecimento é mais complexa, pois elas aumentam simultaneamente com os graus-dia de arrefecimento e com a intensidade da radiação solar. À exceção do caso do supermercado, em que são da mesma ordem de grandeza, as necessidades de energia para aquecimento são substancialmente superiores às correspondentes de arrefecimento.A evolução do custo do conforto térmico com a intensidade do clima não é linear, visto envolver países diferentes com realidades económicas distintas. Mesmo assim, é legítimo afirmar que ele aumenta com o número de graus-dia de aquecimento. Em termos globais pode afirmar-se que os fatores que mais o influenciam são a tipologia de uso do edifício, o montante a investir no respetivo sistema de AVAC, as necessidades de energia para aquecimento e a qualidade pretendida de conforto térmico.