Simulação térmica multizona de um edifício escolar : uma comparação de programas no âmbito do RSECE

Abstract

A recente plataforma legislativa, designada globalmente por Sistema de Certificação Energética de Edifícios (SCE), transpôs para Portugal a Diretiva Europeia 2002/91/CE relativa ao desempenho energético dos edifícios. Neste âmbito, o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE) impõe, para os edifícios com área útil superior a 1000 m2, a sua simulação térmica dinâmica e multizona utilizando softwares acreditados pela norma ANSI/ASHRAE 140-2004. Com este trabalho, pretendeu-se adquirir conhecimentos avançados na utilização de programas de simulação energética detalhada de grandes edifícios, recorrendo a um edifício escolar como caso de estudo. O estudo inicia-se com uma revisão bibliográfica sobre regulamentos energéticos, eficiência energética, sistemas de climatização e programas acreditados para a simulação energética de edifícios, promovendo o conhecimento necessário para a escolha dos programas de simulação dinâmica multizona a utilizar no caso de estudo, para comparação com o software de simulação monozona STE do LNEG. Em função da revisão efetuada, e após uma pesquisa prática dos programas existentes no mercado, optou-se pela utilização de dois programas de simulação multizona: o Trace 700 e o DesignBuilder/EnergyPlus. As suas escolhas prenderam-se sobretudo com a flexibilidade de modelação e a capacidade de exportação de resultados do EnergyPlus, quando aliada à interface gráfica do DesignBuilder, e pela componente comercial e método de análise prático do Trace 700. Os modelos para o edifício foram parametrizados de acordo com as opções disponibilizadas pelos três programas, e da forma mais equivalente possível. Foram avaliadas as principais diferenças e semelhanças entre os três programas, tendo sido identificadas uma série de constrangimentos à criação de modelos complexos equivalentes entre si. Após a comparação dos resultados obtidos das simulações térmicas, foi possível concluir que, para além da obrigatoriedade regulamentar, a simulação dinâmica multizona é mais útil e eficaz que a simulação unizona, nomeadamente no dimensionamento do equipamento de climatização do edifício, e na análise térmica de cada espaço. No entanto, no cálculo do índice de Eficiência Energética (IEE) para a certificação energética, os três programas apresentaram resultados semelhantes. Os dois programas de simulação multizona têm um caracter diferente, sendo o Trace 700 mais prático, e o DesignBuilder mais detalhado, podendo cada um ser escolhido em função do utilizador. O DesignBuilder foi eleito como o melhor, pelas suas qualidades de cálculo provenientes do EnergyPlus e pela sua interface gráfica de muito boa qualidade, o que torna mais útil o detalhe na introdução e alteração de dados, assim como a análise pontual de cada elemento introduzido, permitindo uma mais fácil otimização da solução final.

The recent Portuguese legislative platform, generally designated by System for the Energy Certification of Buildings (SCE), transposed to Portugal the European Directive 2002/91/EC on the Energy Performance of buildings (EPBD). In this context, the Portuguese Regulation for HVAC Energy Systems (RSECE) imposes, for buildings with a floor area exceeding 1000 m2, a dynamic and multizone thermal simulation, using licensed software according to the standard ANSI / ASHRAE 140-2004. The main goal of this work is to acquire advanced knowledge in the use of detailed energy simulation programs for large buildings. A real school was used as a case study. The study begins with a literature review on Portuguese energy regulations, energy efficiency, HVAC systems and licensed software for the energy simulation of buildings, promoting the needed know-how to choose the adequate multi-zone dynamic simulation programs to use in the case study, and to compare them with the single-zone software STE, developed by LNEG. As a result of the reviews and by taking into account the programs available for the Portuguese market, two dynamic multi-zone programs were chosen for the simulation of the building: the Trace 700 and the DesignBuilder/EnergyPlus. These choices were mainly taken due to the flexibility and ability to export results of the EnergyPlus, when coupled to the Design-Builder graphical interface, and to the direct link to commercial HVAC components and sensible analysis method of the Trace 700. The models for the school-building were parameterized according to the options provided by the three programs, and simulated as equally as possible. The similarities and differences between the three programs were evaluated with the identification of a number of restrictions to the creation of complex equivalent models. After comparing the simulation results, it was concluded that, beyond the regulatory requirement, detailed multi-zone simulations are more useful and effective than the single-zone simulation provided by the program STE, particularly in the design of the heating or cooling system of the building, and in the thermal analysis of each space. Even so, all three programs gave similar results when calculating the Energy Efficiency Index (IEE) for the building energy certificate. The two multi-zone simulation programs have a different character, the Trace 700 being more practical and the DesignBuilder /EnergyPlus more detailed. The decision on which one to use can be made according to the user preferences. The DesignBuilder/EnergyPlus, however, was selected as the best software, for its calculation qualities, derived from the EnergyPlus algorithm, and its excellent graphical interface that makes it more useful in the detailed introduction and modification of data, as well as in the specific analysis of each introduced element. Overall, it will be easier to obtain an optimized final solution.