Author(s): Almeida, Hugo Rafael Nogueira de
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/24140
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Necessidades de energia; Temperatura do ar interior; Método sazonal; Método horário; EnergyPlus; Teses de mestrado - 2016; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Ambiental
Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016
A norma europeia EN ISO 13790 e uma ferramenta de referência na caracterização do desempenho térmico dos edifícios. O trabalho que se apresenta centra-se no estudo de três diferentes métodos de cálculo das necessidades nominais de energia útil para aquecimento e arrefecimento ambiente apresentados de acordo com as disposições da referida norma: o método quase-estacionário de base sazonal, adotado no Decreto-Lei n.o 118/2013, o método horário denominado de cálculo dinâmico simplificado e o método de simulação dinâmica. O objetivo do trabalho consistiu na análise comparativa dos resultados das necessidades anuais de energia útil dos métodos estudados, aplicados a uma habitação comum, considerando-se diferentes climas de Portugal e diferentes soluções construtivas tipicamente portuguesas. Procurou-se também fazer uma análise comparativa da sensibilidade desses métodos a alguns parâmetros, designadamente a transferência de calor por transmissão do pavimento (em contacto com o solo) e a transferência de calor por ganhos solares pela envolvente opaca. Estudaram-se ainda as diferenças na modelação da temperatura do ar interior entre o método horário e a simulação dinâmica. Para uma análise comparativa mais precisa foram efetuadas adaptações, de modo a que os dados de entrada fossem coincidentes para os três métodos de cálculo. Para isso foi necessário ajustar o método sazonal, para permitir a entrada de dados climáticos de base horaria, e criar certas restrições ao motor de simulação dinâmica, de forma a garantir que as condições fronteira nas superfícies interiores e exteriores da habitação seguissem as indicações propostas pela norma ISO 13790. Os métodos sazonais e horário foram construídos através da aplicação MS Office Excel 2013 e o método de simulação dinâmica foi reproduzido através da ferramenta computacional EnergyPlus v2.07. Este estudo demonstrou que, em termos de aplicabilidade dos métodos, qualquer um pode ser utilizado para o cálculo das necessidades anuais de energia de uma habitação, na medida em que os resultados obtidos são semelhantes. Contudo, para estudos sobre a variação diária da temperatura do ar interior de uma habitação, o método horário apresenta limitações devidas a modelação da inercia térmica, uma vez que se observam maiores amplitudes térmicas, com um erro médio nos máximos/mínimos diários de cerca de 1 °C de diferença em relação ao EnergyPlus.
The EN ISO 13790 standard is a reference tool for the characterization of thermal performance of buildings. This paper discusses the three different calculations methods of energy use for space heating and cooling in accordance to the standard instructions. The calculation methods described in this paper are: A) Seasonal quasi-steady state method; B) Simple hourly method; C) Detailed dynamic simulation method A comparative analysis of the studied methods, applied to a common building, was undertaken in order to calculate the annual energy needs for heating and cooling, considering different Portuguese climates and different typical Portuguese constructions. In addition, some simplifications were made on the same calculation methods such as the non-inclusion of heat transfer through soil and also the non-inclusion of heat gains by solar radiation through opaque constructive elements, in order to analyze the method’s sensitivity to those adjustments. It was also a matter of study the distinct differences between the hourly method and the dynamic simulation, when it comes to calculating the temperature of indoor air. According to what was mentioned above, in order to make a comparative analysis that ensures equivalency between the three methods, as much as possible, it is crucial that the entry data is identical while employing all calculation methods. As a result, the calculation procedure for the seasonal method was changed in order to suit the climate data used in the two other methods and the boundary conditions of EnergyPlus were constrained according to the Standard’s instructions. The simplified methods (seasonal and hourly method) were built on MS Office 2013 and the dynamic simulation was created using the detailed simulation program EnergyPlus v.2.03. In conclusion, with regards to the annual energy requirements calculations, all aforementioned methods are effective as their results were similar. Nevertheless, it should be stressed that there are limitations when the hourly method is applied to analyze the daily variations for the indoor air temperature due to thermal inertia (one overall thermal capacity), considering the fact that larger thermal amplitudes waves are observed, with 1oC difference error fluctuation on daily temperature peaks in relation to EnergyPlus simulation.
