Desenvolvimento de interface de preparação de ficheiros
de dados para o programa EnergyPlus
Pedro Miguel Vedor Carrelha
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientadores: Prof. Luís Rego da Cunha de Eça
Eng. Mário Miguel Franco Marques de Matos
Júri
Presidente: Prof. Viriato Sérgio de Almeida Semião
Orientador: Eng. Mário Miguel Franco Marques de Matos
Vogal: Prof. Edgar Caetano Fernandes
Outubro 2014
A presente dissertação não seria possível sem a orientação do Doutor João Toste Azevedo, que
iniciou o projeto e esteve sempre presente até ao último momento. Este trabalho é-lhe dedicado.
Agradecimentos
A elaboração desta dissertação de mestrado e do curso em si não seria possível sem o contributo de
várias pessoas a quem eu quero gratificar.
Um agradecimento muito especial ao meu mentor e orientador o Doutor João Luís Toste de Azevedo,
que me deu a oportunidade de trabalhar para ele e por me ter aceitado como seu bolseiro e aluno.
Com o seu conhecimento e sabedoria combinada com o seu bom humor ensinou-me bastante e deume ferramentas úteis para a minha vida profissional futura. O seu falecimento trouxe uma profunda
tristeza e criou um buraco quer no Departamento de Mecânica quer nas nossas vidas, dado o papel
que ele representava no nosso dia-a-dia. Não consigo descrever as inúmeras vezes que ele me
ajudou aquando o meu pai estava doente e ficar-lhe-ei grato para sempre. Um muito obrigado
Professor.
Gostaria de agradecer ao meu orientador o Doutor Luís Eça e ao Engenheiro Mário de Matos pela
prontidão e disponibilidade demonstrada e pela grande ajuda que me deram para que este trabalho
fosse concretizado com sucesso. Este agradecimento estende-se à equipa do projeto “Campus
Sustentável” (Eng.º João Patrício e Eng.º Rui Pereira) que sempre se me ajudaram ao longo desta
tese.
Um grande agradecimento aos meus pais pela paciência e pelos recursos que me deram para que eu
conseguisse chegar até aqui e pela dedicação e pela grande presença durante a minha vida. Queria
agradecer à minha namorada Sara Silva e ao meu filho Henrique pelo apoio e pela felicidade que me
dão todos os dias e por me aturarem nos dias menos bons.
Por fim, gostaria de agradecer a todos os meus amigos que estiveram presentes durante o curso e
pelas aventuras que passamos juntos e que tornaram esta experiência inesquecível. Um
agradecimento ao Gonçalo Marçal, companheiro de gabinete, que sempre esteve ao meu lado nos
bons e maus momentos especialmente neste último ano, ao Mário Martins, ao João Vasconcelos, ao
Vasco Monteiro, ao José Brito, ao João Agostinho, ao André Silvério, ao Miguel Barroso, ao João
Eliseu, à Maria João, à Rita Bravo, ao Paulo Marques, ao Gonçalo Barreto, ao Tiago Câmara e ao
restante núcleo madeirense e ao meu grupo de amigos do palmense nomeadamente César
Nascimento, Francisco Pinto e Rodrigo Almeida.
ii
Resumo
A presente dissertação teve como objetivo criar um Pré-Processador do EnergyPlus, isto é, uma
ferramenta user friendly que permite gerar modelos de simulação dinâmica dos edifícios do Campus
da Alameda do Instituto Superior Técnico convertendo informação disponível no DesignBuilder e no
ficheiro AUDIST.
O pré-processador está no formato MS Excel (.xlsm) com permissão de leitura e escrita de MACROS.
Na sua estrutura existem sete Worksheets, onde são inseridos, modificados e apagados dados dos
equipamentos/ocupação e cinco módulos de VBA com rotinas e funções que permitem consultar e
copiar a informação das folhas de auditoria, convertê-la no formato requerido e exportá-la para um
ficheiro legível pelo EnergyPlus.
A geometria de cada edifício foi exportada a partir de modelos existentes em formato DesignBuilder,
onde foi aproveitada não só a estrutura, mas também todos os elementos da envolvente. A
informação relativa ao funcionamento e tipo de equipamento instalado em cada espaço e a sua
ocupação, foi retirada de uma ferramenta elaborada pela equipa de auditoria do Técnico, o AUDIST,
no âmbito do Projeto “Campus Sustentável”.
O programa elaborado permite fazer a ligação entre a geometria existente e os dados de auditoria,
criando um modelo final em EnergyPlus pronto a simular. O Pavilhão de Mecânica III do IST foi
escolhido como exemplo de demonstração, tendo-se comparado os consumos de energia elétrica
gerados pela simulação do modelo com os consumos faturados. Os consumos foram desagregados e
analisados, resultando desvios médios totais menores que 10%, validando assim o modelo e o préprocessador.
Palavras-chave: Pré-Processador, EnergyPlus, DesignBuilder, simulação dinâmica de edifícios,
consumos energéticos
iii
Abstract
This project has the main goal of creating an EnergyPlus pre-processor, which is a user friendly tool
that allows to generate dynamic simulation models for the Alameda Campus of Instituto Superior
Técnico buildings, converting available information from the DesignBuilder and the AUDIST file.
The pre-processor was programmed in MS Excel (.xlsm) with permission of reading and writing
MACROS. Its structure consist of seven Worksheets where the equipment/occupation data is inserted,
modified and erased and five VBA modules with sub-routines that allows to consult and read the
information from the audit files.
The building geometry was exported from existing DesignBuilder models. The information about the
type of equipment installed in each space, its operation schedule and the occupation in each zone
was taken from a program, the AUDIST, developed by the “Campus Sustentável” project audit team.
The program makes the link between the existing geometry and the audit data, creating a final model
in EnergyPlus ready to simulate. The Mecânica III building was chosen to be the demonstration
example to show how the pre-processor works and to confirm the model. The electric energy
consumptions from the simulation were desegregated, analyzed and compared with the billed
consumptions. The mean total deviations obtained were less than 10% confirming the model and the
program created.
Keywords: Pre-Processor, EnergyPlus, DesignBuilder, dynamic simulation of buildings, energy
consumption
iv
v
Índice
Agradecimentos ..................................................................................................................................... ii
Resumo ................................................................................................................................................. iii
Abstract ................................................................................................................................................. iv
Índice de Tabelas ................................................................................................................................ viii
Índice de Gráficos ................................................................................................................................. ix
Índice de Figuras .................................................................................................................................... x
Lista de Símbolos .................................................................................................................................. xi
1
2
Enquadramento ..............................................................................................................................1
1.1
Energia Elétrica em Portugal ...................................................................................................1
1.2
Energia Elétrica no Instituto Superior Técnico (IST) ................................................................3
1.3
Modelos Matemáticos para Simulação do Funcionamento de Edifícios ................................5
1.4
Objetivos da Tese ...................................................................................................................7
1.5
Trabalhos Antecedentes .........................................................................................................8
1.6
Organização ..........................................................................................................................10
Metodologia ..................................................................................................................................11
2.1
Geometria ............................................................................................................................11
2.1.1
2.2
3
Conversão de designações e adaptação da definição geométrica ................................12
Equipamentos e Ocupação ...................................................................................................14
2.2.1
Estrutura do AUDIST .....................................................................................................14
2.2.2
Estrutura do Pré-Processador .......................................................................................18
Exemplo de Utilização do Eplus Converter ..................................................................................22
3.1
Pré-Processamento do EnergyPlus .......................................................................................22
3.1.1
Caracterização geral do edifício ....................................................................................22
3.1.2
Envolvente ....................................................................................................................23
3.1.3
Sistemas Energéticos ....................................................................................................24
3.2
Resultados ............................................................................................................................27
3.2.1
Simulação dinâmica DesignBuilder ...............................................................................27
3.2.2
Simulação dinâmica EnergyPlus ....................................................................................30
3.2.3
Comparação dos consumos totais de energia elétrica ..................................................37
4
Conclusões e Trabalho Futuro .....................................................................................................40
5
Referências Bibliográficas ............................................................................................................42
ANEXO A - Conversão de ficheiros DesignBuilder V.3.0.0.105 para EnergyPlus V. 8.1.0 ..................... i
vi
ANEXO B - Algoritmos utilizados no Pré-Processador ........................................................................... iv
ANEXO C - Plantas do Pavilhão de Mecânica III com a divisão dos espaços em zonas térmicas ......... xi
ANEXO D - Modelo final do Pavilhão Mecânica III em EnergyPlus após conversão do PréProcessador ........................................................................................................................................ xiii
ANEXO E - Sistemas instalados em cada zona térmica do Pavilhão de Mecânica III com os respetivos
consumos de energia elétrica do ficheiro de Auditoria e do EnergyPlus ............................................ xviii
ANEXO F - Manual de utilização do Pré-Processador de EnergyPlus ................................................. xxi
vii
Índice de Tabelas
Tabela 1 - Soluções construtivas da envolvente opaca [19].................................................................23
Tabela 2 - Soluções construtivas da envolvente translucida [19] .........................................................23
Tabela 3 - Caracterização da tipologia de AVAC local do Pavilhão Mecânica III [18] ..........................24
Tabela 4 - Caracterização da tipologia de AVAC local do Pavilhão Mecânica III [18] ..........................25
Tabela 5 - Sistemas de iluminação instalados no Pavilhão de Mecânica III [18]..................................26
Tabela 6 - Sistemas informáticos instalados no Pavilhão Mecânica III [18] .........................................26
Tabela 7 - Sistemas de plug-in instalados no Pavilhão Mecânica III [18] .............................................27
Tabela 8 -Sistemas de catering instalados no Pavilhão Mecânica III [18] ............................................27
Tabela 9 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de iluminação para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder.........................................................................................28
Tabela 10 - Consumo de energia elétrica anual dos equipamentos elétricos para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder.........................................................................................29
Tabela 11 – Consumo total de energia elétrica dos sistemas de climatização para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder.........................................................................................30
Tabela 12 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de iluminação para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus.............................................................................................31
Tabela 13 - Consumo de energia elétrica anual dos restantes equipamentos para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus.............................................................................................33
Tabela 14 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de climatização locais para cada zona
térmica gerados pelo AUDIST e pelo Energyplus ................................................................................34
Tabela 15 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de climatização comuns para cada zona
térmica gerados pelo AUDIST e pelo Energyplus ................................................................................35
Tabela 16 - Comparação dos consumos de energia elétrica entre o ENERGIST e o EnergyPlus .......38
viii
Índice de Gráficos
Gráfico 1 – Evolução da energia elétrica consumida em Portugal nos últimos 12 anos ........................1
Gráfico 2 - Dependência energética de Portugal [4] ...............................................................................2
Gráfico 3 - Evolução das emissões de GEE's em Portugal (s/ emissões removidas pelo ser humano
pela utilização da terra e pelas atividades florestais, LULUCF [6]) ........................................................3
Gráfico 4 – Perfil do consumo anual de energia elétrica no Pavilhão Central [9] ...................................4
Gráfico 5 – Modulo da diferença dos consumos de energia elétrica para os sistemas de iluminação no
AUDIST e no DesignBuilder (Desvios máximos para a zona 13 e mínimos para as zonas 6 e 11) .....29
Gráfico 6 – Diferença dos consumos de energia elétrica dos equipamentos elétricos gerados pelo
AUDIST e pelo DesignBuilder (Desvios máximos para a zona 11 e mínimos para as zonas 21 e 22) 30
Gráfico 7 - Modulo da diferença dos consumos de energia elétrica dos sistemas de iluminação
gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus (Desvios máximos para a zona 4 e mínimos para as zonas
5, 8 e 9) ................................................................................................................................................32
Gráfico 8 - Diferença dos consumos de energia elétrica dos equipamentos de informática, plug-in e
catering gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus (Desvios máximos para a zona 16 e mínimos para
a zona 2) ..............................................................................................................................................33
Gráfico 9 - Consumos mensais de energia elétrica por tipologia de sistema gerados pelo EnergyPlus
.............................................................................................................................................................37
Gráfico 10 - Comparação dos consumos elétricos entre o ENERGIST e o EnergyPlus ......................38
Gráfico 11 - Comparação dos consumos elétricos anuais entre o ENERGIST, o AUDIST, o
EnergyPlus e o DesignBuilder ..............................................................................................................39
ix
Índice de Figuras
Figura 1 - Esquema do processo de geração de modelos em EnergyPlus ............................................8
Figura 2 - Designação das zonas térmicas (a)-Original (b) -Alterado...................................................12
Figura 3 - Representação da estrutura do Pavilhão Mecânica III em DesignBuilder (a) Piso 4 Vista
Interior (b) Estrutura Vista Exterior .......................................................................................................12
Figura 4 - Representação da estrutura do Pavilhão Mecânica III no EnergyPlus .................................13
Figura 5 - Formato utilizado no DesignBuilder para representar as superfícies e os elementos
construtivos ..........................................................................................................................................13
Figura 6 - Formato utilizado pelo EnergyPlus para representar as superfícies e os elementos
construtivos ..........................................................................................................................................14
Figura 7 - Representação dos horários no AUDIST para a ocupação/iIluminação (a) e para os
equipamentos de informática, catering e plug-in (b) .............................................................................15
Figura 8 - Representação dos espaços no AUDIST .............................................................................16
Figura 9 - Representação dos Parâmetros de Ocupação ....................................................................16
Figura 10 - Representação dos parâmetros de iluminação ..................................................................17
Figura 11 - Representação dos parâmetros dos sistemas de Informática, de Epi e de Catering .........17
Figura 12 - Representação dos parâmetros dos sistemas de AVAC ...................................................18
Figura 13 – Menu inicial do pré-processador desenvolvido..................................................................18
Figura 14 - Esquema do Pré-Processador de EnergyPlus ...................................................................20
Figura 15 - Fluxograma do funcionamento do Programa de Conversão ..............................................21
Figura 16 - Orientação espacial [17] e fachada Sul [18] do Pavilhão de Mecânica III ..........................22
x
Lista de Símbolos
GEE – Gases do Efeito Estufa
MtCO2eq – Megatonelada de Dióxido de Carbono Equivalente
LULUCF – Land Use, Land-Use Change and Forestry
IST – Instituto Superior Técnico
AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado
DB – DesignBuilder
VBA – Visual Basic for Applications
E+, Eplus – EnergyPlus
UTA – Unidade de Tratamento de Ar
VRV – Variable Refrigerant Volume
EPI – Equipamentos de Plug-In
CPU – Central Processing Unit
xi
1 Enquadramento
O aumento da população mundial, aliado ao avanço tecnológico, tem provocado um crescimento do
consumo de energia elétrica. Sabendo que grande parte dessa energia é produzida a partir de
combustíveis fósseis, a sua utilização exagerada traz consequências ambientais provocadas pela
emissão de gases de efeito estufa (GEE).
Parte deste consumo está associado aos edifícios, onde o tipo de construção (elevado poder
dissipativo), ou a baixa eficiência dos equipamentos instalados em cada espaço, provocam os
desperdícios de energia. Torna-se, assim, importante que se tomem medidas de eficiência energética
que levem à redução do consumo de energia elétrica.
Devido a esta necessidade de diminuir a energia utilizada, a introdução de modelos do funcionamento
de edifícios é uma mais valia na análise dos seus consumos sem que haja a necessidade de fazer
muitas medições. A partir do modelo também é possível fazer um estudo prévio de medidas de
racionalização dirigidas aos edifícios, com o intuito de reduzir os seus consumos energéticos.
1.1
Energia Elétrica em Portugal
Em Portugal, o consumo de energia elétrica tem variado nesta última década como mostra o Gráfico
1. No período entre 2000 e 2010, ocorreu um crescimento quase linear do consumo, com exceção
dos anos 2008 e 2009, tendo o país atingido o seu máximo em 2010, 50612 GWh [1]. Nos dois anos
seguintes (até 2012) o consumo diminuiu gradualmente, cerca de 7,4%, alcançando um valor de
47000 GWh [1] em 2012. Esta redução advém, possivelmente, da crise económica que o país
atravessa e do impacto das medidas de eficiência energética adotadas.
Consumo Elétrico [TWh]
Consumo de Energia Eléctrica em Portugal
55
53
51
49
47
45
43
41
39
37
35
Gráfico 1 – Evolução da energia elétrica consumida em Portugal nos últimos 12 anos
Do consumo total de energia elétrica acima descrito, cerca de 57% [1] provêm da sua utilização nos
3600000 edifícios [2] existentes em Portugal. Deste valor, 4% correspondem a construções
1
pertencentes ao Estado, onde a implementação de estratégias de racionalização energética traduzirse-ia numa redução da despesa do país.
Inerente ao consumo de energia elétrica está a sua produção. Com esta procura constante de
energia elétrica, Portugal é obrigado a produzi-la não só a partir de fontes hídricas e eólicas, mas
também através dos combustíveis fósseis. No ano de 2012, a produção doméstica de energia elétrica
voltou a diminuir relativamente ao ano anterior, devido maioritariamente às fracas condições
hidrológicas. Por esta razão, observou-se um aumento da energia importada e da dependência
energética do país, cerca de 79,5% em 2012 [3] (Gráfico 2).
Gráfico 2 - Dependência energética de Portugal [4]
Aliadas à produção e ao consumo de energia elétrica, estão as emissões de gases com efeito estufa
(GEE) que provocam a diminuição da qualidade do ar que respiramos. Em Portugal, no ano de 2012
(dados disponíveis até à data) foram emitidos cerca de 68,8 MtCO 2e, o que representa um aumento
de cerca de 13,1% [4] em relação a 1990, mas uma redução de 1,7% [5] relativamente ao ano de
2011 (Gráfico 3).
2
Gráfico 3 - Evolução das emissões de GEE's em Portugal (s/ emissões removidas pelo ser humano pela
utilização da terra e pelas atividades florestais, LULUCF [6])
Apesar desta diminuição, provocada pelos fatores referidos anteriormente, o sector energético
contínua a deter a maior fatia no total das emissões nacionais, cerca de 70% [5] em 2012, da qual
grande parte vem da produção e transformação de energia. Assim, continuar a apostar nas medidas
de eficiência energética para uma redução do consumo de eletricidade, traz vantagens quer para o
ambiente, quer para a redução de custos com a energia.
O presente trabalho insere-se nesta temática como uma ferramenta de auxílio ao estudo de
viabilidade destas medidas de racionalização, a partir de simuladores matemáticos de funcionamento
de edifícios.
1.2
Energia Elétrica no Instituto Superior Técnico (IST)

Campus Sustentável – Eficiência Energética no IST
Como é descrito em [7] o Instituto Superior Técnico (Técnico) encontra-se a desenvolver um projeto
designado “Campus Sustentável”, que decorre no âmbito da Iniciativa em Energia do IST. O objetivo
deste projeto é aumentar a sustentabilidade dos edifícios pertencentes aos Campus do Técnico, a
partir da melhoria da eficiência energética e hidráulica das instalações.
A primeira atividade desenvolvida no projeto consistiu no levantamento exaustivo de todos os
equipamentos consumidores de energia instalados e no estudo do padrão de ocupação dos espaços
em cada edifício do campus.
Outra ação desenvolvida foi a criação de um laboratório vivo, o Laboratório Eficiência Energética do
Técnico. Este laboratório consiste numa biblioteca digital de acesso livre a toda a comunidade do IST,
onde constam os trabalhos da auditoria energética, modelos computacionais de simulação dinâmica
de edifícios do campus e bases de dados com registos históricos dos consumos energéticos dos
mesmos.
3
Para além disso, a equipa do “Campus Sustentável” em parceria com os Gestores dos Espaços do
campus da Alameda, com o Núcleo de Manutenção e com o Núcleo de Obras do Técnico,
conseguiram uma diminuição nos consumos de energia de 12,3% [8] no biénio 2012/2013 em relação
ao ano anterior. Esta redução foi alcançada através de medidas de gestão operacional corrente.

Situação Atual
O campus tem uma área de 107140 m2 e é constituído por 26 edifícios independentes cujas
construções variam bastante, havendo edifícios datados do século XX e outros muito mais recentes.
Para além disso, usufruem deste espaço cerca de 12311 utilizadores [8], que influenciam diretamente
as cargas térmicas dentro dos espaços (geram calor) e os consumos energéticos (utilizam água, gás,
eletricidade, etc).
A equipa de Auditoria Energética do Técnico obteve consumos energéticos para cada um destes
edifícios e uma descrição pormenorizada dos equipamentos instalados. Através desta informação
concluiu-se que o Campus da Alameda do IST gasta anualmente em energia elétrica cerca de 15
GWh [8], tendo um consumo padrão diário permanente de 1 MWh [8] e ao qual acresce toda a
atividade operacional diária do campus.
Para uma melhor compreensão da utilização da energia elétrica nos edifícios, está representado no
Gráfico 4 um exemplo de uma desagregação de consumos por tipologia do Pavilhão Central como se
pode observar que 21,4% dos consumos provêm dos sistemas de AVAC instalados e 75,5% da
iluminação e dos equipamentos informáticos. Os perfis dos consumos variam bastante entre edifícios
e dependem principalmente do número pessoas e de equipamentos em cada espaço e dos horários
de ocupação/funcionamento. Assim, não se pode considerar esta desagregação como representativa
dos restantes edifícios.
Gráfico 4 – Perfil do consumo anual de energia elétrica no Pavilhão Central [9]
Tal como os perfis de consumo de energia elétrica, também os consumos gerais por edifício
apresentam uma grande discrepância entre si, havendo vários casos de edifícios de pequenas
4
dimensões a utilizarem mais energia por área que os pavilhões maiores. Um desses casos é o
Pavilhão de Informática I (1664 m2), cujo consumo específico de energia elétrica em 2013 foi de 100
kWh/m2.ano, enquanto que o edifício da Torre Norte (9357 m2) consumiu apenas 75 kWh/m2.ano
(Gráfico 5). Esta diferença pode ser justificada pela época de construção de cada edifício e pelo tipo
de equipamentos instalados em cada espaço (por ex. baixa eficiência devido à idade do
equipamento, horário de funcionamento destes é feito por cada utilizador podendo ficar ligado sem
que haja necessidade para tal).
Gráfico 5 – Comparação do consumo anual de energia elétrica entre os principais edifícios do IST [8]
O Gráfico 5 permite ainda verificar quais os pavilhões cuja margem de melhoria é maior e cuja
modelação pode vir a contribuir para os objetivos gerais de aumentar a eficiência energética do IST.
1.3
Modelos Matemáticos para Simulação do Funcionamento de Edifícios
Para auxiliar a implementação de medidas de eficiência energética em edifícios é possível utilizar
programas de simulação. Neste momento, estão disponíveis no mercado uma variedade de
programas que permitem modelar edifícios em 3D, i.e. toda a sua geometria (paredes, janelas,
portas, etc.) com os seus materiais constituintes. Alguns destes programas também permitem a
introdução de componentes consumidores de energia, como por exemplo a iluminação e os sistemas
de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC).
A utilização destes programas traz vantagens e desvantagens de acordo com o tipo e o detalhe que
pretendemos na análise da simulação. Inicialmente é necessário um programa que permita a
modelação da geometria do edifico com os pisos, as divisões e a envolvente. De seguida é essencial
5
exportar a geometria para um programa de simulação dinâmica, que permita inserir os equipamentos
e as pessoas em cada espaço e que, a partir de modelos matemáticos, faça o balanço de massa e de
energia do edifício.
Da simulação do edifício é necessário selecionar as quantidades de interesse (por ex. consumos
energéticos, emissões de CO2eq, temperaturas nos espaços) para que os valores resultantes dessa
simulação estejam na mesma gama dos reais e para que quando se introduzam medidas de
otimização no modelo os resultados gerados sejam coerentes. Para tal, o programa de simulação
escolhido necessita de uma diversidade de outputs de possível escolha e que permita ao utilizador
aplicar mudanças nos sistemas instalados sem que haja necessidade de recorrer a um outro
programa.
De seguida, descrevem-se sucintamente os programas utilizados no presente trabalho.

DesignBuilder (DB)
O DesignBuilder é um programa comercial e de fácil utilização, específico para modelações em 3D de
edifícios. É possível definir os materiais de construção (estrutura, vãos envidraçados, etc.), os
equipamentos instalados no interior deste, os horários de ocupação dos espaços, entre outros. Para
saber mais sobre o programa aconselha-se a leitura do DesignBuilderManual_v3.0_Letter [10].
Vantagens - Fácil de trabalhar, muito gráfico e permite a exportação do modelo para EnergyPlus.
Permite importar plantas de edifícios em AutoCAD e construir o modelo geométrico a partir destas.
Muito bom para construções com sistemas de AVAC menos complexos e para simulações de uma
forma muito simples.
Desvantagens – É um programa comercial e não tem licenças de um ano sem custos para a
comunidade académica como outros programas têm. É muito limitado em termos de sistemas de
AVAC não se adequando a modelos mais complexos.
Este programa foi utilizado na presente dissertação, pois o projeto do “Campus Sustentável” já tinha
adquirido uma licença e já dispunha dos modelos geométricos de todos os edifícios do Técnico neste
formato. Outra razão pela escolha deste programa foi a sua afinidade com o EnergyPlus, permitindo a
exportação de modelos em DesignBuilder para este programa de forma automática.

EnergyPlus (EPlus, Energy+)
O EnergyPlus é um programa que realiza análises energéticas e simulações de cargas térmicas a
partir de dados da geometria do edifício, dos equipamentos mecânicos instalados em cada espaço,
da ocupação destes, etc. Para além disso, calcula também a energia térmica necessária para manter
os espaços numa determinada gama de parâmetros térmicos (temperatura, humidade, etc.) A partir
dos valores calculados obtém as condições de funcionamento dos sistemas de AVAC instalados para
6
chegar às condições de setpoint. Devido à sua complexidade aconselha-se a leitura dos documentos
anexados ao programa, nomeadamente o Input-Output Reference [11].
Vantagens – É um programa open source e bastante completo em termos de sistemas de AVAC,
conseguindo-se modelar quase todo o tipo de equipamentos. Tem afinidade com uma série de
programas, como por exemplo o DesignBuilder, permitindo ao utilizador importar modelos elaborados
nesses programas e simulá-los no EnergyPlus. Grande variedade de quantidades de interesse.
Desvantagens – Devido à sua complexidade requer algum tempo de estudo para que se consiga
perceber o seu funcionamento. Para definir a geometria do edifício é preciso transformar cada um dos
vértices da estrutura em coordenadas, sendo um processo moroso e suscetível a enganos. Devido ao
número exagerado de parâmetros que é necessário introduzir para definir cada equipamento é
comum ocorreram incorreções nos dados gerando erros durante a simulação.
Selecionou-se o EnergyPlus para o presente trabalho porque é o melhor programa em open source
disponível no mercado, permitindo ao utilizador inserir e alterar equipamentos a partir da modificação
do seu código. Para além disso, não há necessidade de adquirir licenças, o que é extremamente
vantajoso para a sua utilização em trabalhos académicos futuros. Outra razão para a escolha deste
programa, foi a sua afinidade com o DesignBuilder. Assim, foi possível aproveitar a geometria
existente neste programa e exportá-la para EnergyPlus, sem passar pelo processo moroso e
extramente difícil de converter todos os elementos da estrutura do edifício em coordenadas e de,
posteriormente, inseri-los manualmente neste programa.
1.4
Objetivos da Tese
O principal objetivo da presente dissertação consiste na criação de um Pré-Processador do
EnergyPlus, isto é, uma ferramenta user friendly que permite gerar modelos de simulação dinâmica
de edifícios a partir de outros programas e de bases de dados já existentes. Como tal, aproveitou-se
o trabalho já feito em DesignBuilder para definir a geometria dos edifícios e toda a informação
levantada pela equipa de auditoria do IST (Projeto “Campus Sustentável”) guardada no ficheiro
AUDIST [9] e elaborado em MS Excel para completar o edifício com os equipamentos e a ocupação
de cada espaço (Figura 1).
Dado à complexidade do programa de simulação, a modelação de edifícios de grandes dimensões
com um número elevado de componentes consumidores de energia torna-se numa tarefa muito
morosa. Assim, o que o pré-processador faz é utilizar a geometria exportada do DesignBuilder para
EnergyPlus e completá-la com os restantes componentes definidos no AUDIST de forma rápida e
automatizada, minimizando os erros que poderiam surgir caso o processo fosse realizado
manualmente.
Nos capítulos seguintes será apresentado um programa em VBA (Visual Basic for Applications) que
lê os documentos (elaborados em Excel) com a informação levantada pela Equipa de Auditoria sobre
cada edifício do IST. Estes ficheiros contêm dados sobre a ocupação de cada espaço e o respetivo
7
horário e sobre características técnicas dos equipamentos instalados e o respetivo tempo de
funcionamento. Feita a leitura, o programa separa a informação por tipologia (iluminação,
equipamentos elétricos, ocupação e sistemas AVAC) e converte-a para um formato compatível com o
EnergyPlus. Assim, completa-se a geometria importada do DesignBuilder com todo o “conteúdo” do
edifício, em alguns minutos, estando o modelo pronto para simulação.
Figura 1 - Esquema do processo de geração de modelos em EnergyPlus
1.5
Trabalhos Antecedentes
Na sequência do presente estudo foi efetuada uma pesquisa dos trabalhos já realizados, sobre
simulação
dinâmica
de
edifícios,
com
o
auxílio
de
programas
de
modelação
(DesignBuilder/EnergyPlus/TRACE 700) e sobre Pré-Processadores de EnergyPlus. Dos trabalhos
encontrados, apenas dois utilizam o EnergyPlus para simular e definir parcialmente alguns sistemas
de climatização, mas sendo a maior parte do projeto elaborado em DesignBuilder. Encontrou-se um
terceiro trabalho que utiliza o Trace [12] para modelar e simular um edifício do IST e gerar valores
para os seus consumos energéticos. Quanto a projetos sobre Pré-Processadores de dados para
EnergyPlus não foram encontrados nenhuns, não existindo assim uma base para comparação.
Cartas [13] comparou as simulações realizadas com dois programas, o DesignBuilder/EnergyPlus e o
TRACE 700 aplicados à Torre Sul do IST. Verificou que no Trace existe uma maior facilidade na
representação de sistemas de climatização, mas algumas limitações no que toca ao tratamento de
zonas não climatizadas uma vez que os consumos de iluminação e dos equipamentos elétricos não
são contabilizados nos cálculos das cargas térmicas. No DB/E+ a introdução dos dados sobre cada
sistema é bastante complexo, mas sem limitações nenhumas na inserção de sistemas consumidores
de energia. O modelo elaborado neste programa está um pouco incompleto faltando alguns sistemas
de climatização instalados no edifício, razão esta que pode justificar as diferenças de consumos
observados.
Os consumos elétricos foram obtidos a partir da densidade dos equipamentos no interior do edifício,
gerando uma boa representação do consumo elétrico ao longo do ano. Comparando os dois modelos
a autora observou que para o arrefecimento as diferenças foram de 14%, e no aquecimento de 45%.
No entanto, em ambos os casos o valor calculado foi muito inferior ao faturado (cerca de 15% da
energia gasta no arrefecimento). No Trace verificou-se ainda a influência do método de cálculo das
8
cargas térmicas, cujos resultados mais afetados são as necessidades de arrefecimento onde se
observam variações entre os vários métodos de 10%. A imposição de condições no interior de zonas
não climatizadas pode ter uma influência superior pois observou-se que especificando os valores de
forma diferente conduziram a necessidades de arrefecimento com uma variação de 15%. Desta
análise conclui-se ser muito importante uma correta especificação das condições dos espaços não
climatizados no programa Energyplus.
Gonçalves [14] efetuou a simulação dinâmica e análise dos consumos energéticos do Sheraton
Lisboa Hotel utilizando o DesignBuilder para modelação do edifício com os dados da envolvente, os
sistemas de iluminação de AVAC e a ocupação de cada espaço. Posteriormente, utilizou o
EnergyPlus para calcular os consumos totais, o conforto, etc. Numa fase final do trabalho são
sugeridas algumas melhorias com o objetivo de racionalizar a utilização de energia elétrica. A
informação inserida no programa resultou de levantamentos realizados no local e de estimativas.
Foram feitos três testes com cargas diferentes para cada equipamento resultando em consumos de
energia distintos. Na primeira simulação obtiveram-se valores muito diferentes do faturado, enquanto
na segunda e terceira simulações o consumo total obtido na simulação diferenciava-se em menos de
10% do real. Uma vez que o edifício foi modelado apenas no DesignBuilder a definição de sistemas
de climatização mais complexos é difícil dada a limitação de equipamentos disponibilizados na
toolbox. Assim, as aproximações realizadas levaram a diferenças nos consumos. Para além disso, a
utilização de estimativas é o mais correto para edifícios de grande dimensão, mas também são uma
razão para as disparidades encontradas.
Vilhena [15] criou um modelo de simulação dinâmica do pavilhão de Engenharia Civil do Instituto
Superior Técnico recorrendo a um programa da especialidade, TRACE 700, com o objetivo de testar,
em ambiente de simulação, medidas que após implementação resultassem na redução de consumos
energéticos do edifício. A geração do modelo assentou na agregação de espaços em zonas térmicas
e na introdução em cada uma delas das despectivas cargas térmicas resultantes dos sistemas de
iluminação, de equipamentos elétricos e de ocupação. Os dados inseridos resultaram de medições
com analisadores de energia e na consulta de memórias descritivas e de projetos de arquitetura.
Depois de observar os modelos elaborados em Trace é de notar que os sistemas de climatização não
estão totalmente coerentes com o edifício real, justificável pelas limitações do programa utilizado ou
pela informação consultada.
Os consumos totais elétricos obtidos inicialmente apresentavam um desvio de cerca de 28%
relativamente às leituras registadas em 2012, que após afinação foi reduzido para 3,3% com desvios
máximos nos meses de Junho e Maio. Os hábitos de utilização dos equipamentos é bastante
subjetivo e difícil de ser representado em qualquer modelo de simulação, daí algumas discrepâncias
nos resultados obtidos. O modelo do Trace poderia ser substituído por um em EnergyPlus dado que
os sistemas de climatização instalados no edifício de Engenharia Civil não são padronizados,
necessitando de um software com maior versatilidade para o desenho de um sistema específico de
climatização.
9
A partir dos trabalhos acima descritos é possível concluir que a utilização do EnergyPlus como
programa de simulação dinâmica em edifícios é muito favorável, suportando assim a escolha deste
programa para a presente dissertação.
1.6
Organização
A presente tese está organizada em 4 capítulos.
No capítulo 1 estão apresentados os motivos e os objetivos da dissertação, um enquadramento do
trabalho no panorama energético nacional e no Instituto Superior Técnico, bem como uma explicação
das ferramentas utilizadas para fazer simulações dinâmicas. Para além disso, é feita uma revisão
bibliográfica de trabalhos semelhantes que foram utilizados para consulta durante a elaboração do
presente trabalho.
No capítulo 2 é caracterizada a metodologia utilizada para criar o pré-processador descrito na
presente dissertação, bem com as principais etapas que foram seguidas para se obter o modelo
computacional de um edifício, a partir dos dados existentes.
No capítulo 3 é caracterizado o edifício em estudo, isto é, são descritos os elementos construtivos, os
sistemas de iluminação instalados em cada espaço, os equipamentos elétricos e os sistemas de
climatização que vão fazer parte do consumo de energia elétrica total do edifício. Neste capítulo
também são apresentados os resultados dos consumos gerados pela simulação dinâmica do modelo
obtido. Com base nesses resultados é feita uma comparação com os valores dos consumos
levantados pela equipa de auditoria e gerados pela plataforma ENERGIST. A apresentação dos
valores é feita por zona térmica e por tipologia de sistema (Iluminação, AVAC, Equipamentos).
Por fim, no capítulo 4 são apresentadas as conclusões e as propostas de trabalhos futuros com base
no que foi feito durante o presente o trabalho.
10
2 Metodologia
Neste capítulo são explicados todos os processos que integram a geração do modelo de um edifício
em EnergyPlus. Uma vez que a informação relativa à geometria do edifício e aos sistemas instalados
está dispersa por ferramentas diferentes, é necessário elaborar uma cadeia de processos que tenha
como resultado final a agregação de toda a informação num só modelo pronto a ser utilizado.
Assim, dividiu-se a conversão em duas fases distintas:
1. A primeira fase é relativa à passagem da geometria do edifício modelado em DesignBuilder
para EnergyPlus (Subcapítulo 2.1).
2. A segunda fase é referente à transformação e processamento da informação proveniente do
AUDIST para EnergyPlus (Subcapítulo 2.2) com o intuito de caracterizar o modelo elaborado
na primeira fase.
Ambas serão definidas pormenorizadamente na próxima secção.
2.1
Geometria
Todos os edifícios do campus da Alameda do IST estão modelados em DesignBuilder contendo a
estrutura dos pavilhões com todos os pormenores definidos, como as claraboias, os vãos
envidraçados e as divisões de cada piso (gabinetes, auditórios, salas técnicas, etc.). Os espaços com
condições térmicas semelhantes foram agregados em zonas térmicas, de forma a facilitar a análise
do edifício. Nestes modelos também estão caracterizados deficientemente alguns equipamentos, não
correspondendo
à
realidade.
Esta
incoerência
deve-se
às limitações
apresentadas pelo
DesignBuilder, mas também à criação de um modelo geral e pouco pormenorizado.
Dadas as diferenças encontradas definiu-se que estes ficheiros passariam a reter apenas a geometria
do edifício. Assim, foram apagados do modelo todos os templates com a informação das potências
dos horários de funcionamento dos sistemas de iluminação e dos restantes equipamentos instalados.
De modo a obter a geometria final do edifício é necessário seguir uma série de passos para que no
fim resulte um modelo preciso. O processo de tratamento e exportação é muito simples e pode ser
acompanhado com mais detalhe no Anexo A do presente trabalho. Primeiro coloca-se o modelo na
versão do DesignBuilder correspondente à que o utilizador tem instalado. De seguida, é preciso
confirmar se todos os espaços estão bem definidos e se existem algumas opções que o programa
seleciona automaticamente e que precisam de ser desseleccionadas. Uma vez que o objetivo deste
modelo é reter apenas a geometria, é necessário apagar todos os equipamentos nele definido. É
também necessário mudar a designação das zonas térmicas e dos pisos para que o pré-processador
consiga associar cada um dos equipamentos definidos no AUDIST à zona térmica correta. Com os
passos anteriores concluídos exporta-se o modelo para o EnergyPlus finalizando assim o processo.
11
2.1.1
Conversão de designações e adaptação da definição geométrica
Resultante da alteração do modelo e da sua exportação para o Energyplus ocorreram modificações
na forma como certos parâmetros são apresentados. De seguida, são apresentadas algumas
mudanças feitas automaticamente ou manualmente.
A subjetividade da designação dada a cada zona térmica no modelo em DesignBuilder dificulta muito
o trabalho do pré-processador, como já referido anteriormente. Por exemplo uma zona com três
gabinetes estava etiquetada como “1.VLab1 MCarg30” (Figura 2 – (a)) o que talvez facilitasse a
identificação de cada espaço, mas que torna o modelo mais confuso. Para tal, foram substituídos
todos estes nomes pela correspondente zona térmica, ficando o exemplo anterior a designar-se por
“1” (Figura 2 - (b)). A palavra “Piso” também foi retirada da designação do andar em que cada zona
está localizada dentro do edifício, para facilitar no processo de preenchimento do modelo.
Figura 2 - Designação das zonas térmicas (a)-Original (b) -Alterado
Uma vez que os programas utilizam métodos de modelação distintos, ao fazer a conversão a
estrutura e os elementos de construção aparecem definidos de forma diferente. As alterações que
mais sobressaem são relativas à representação do edifício, onde este aparece em 3D, com os
pormenores dos acabamentos das paredes e dos vãos envidraçados e onde é possível distinguir
diferentes materiais de construção e espessuras dos elementos estruturais (Figura 3).
Figura 3 - Representação da estrutura do Pavilhão Mecânica III em DesignBuilder (a) Piso 4 Vista Interior
(b) Estrutura Vista Exterior
No EnergyPlus o edifício é representado por vários objetos, em que cada um representa o tipo de
superfície (chão, parede, etc.), a que zona térmica pertence, qual a fronteira da superfície (exterior,
12
parede comum com outra zona térmica, etc.) e as coordenadas nos três eixos (X,Y e Z) de cada
espaço (Figura 4).
Figura 4 - Representação da estrutura do Pavilhão Mecânica III no EnergyPlus
Outra modificação feita durante a conversão é a forma como os materiais das envolventes são
representados, isto é, as propriedades de cada elemento construtivo (espessura, massa volúmica,
condutividade térmica). No DesignBuilder a definição destes parâmetros é feita na mesma janela
utilizando templates existentes na toolbox do programa ou criando perfis de construção novos (Figura
5).
Figura 5 - Formato utilizado no DesignBuilder para representar as superfícies e os elementos
construtivos
13
No EnergyPlus estes dados aparecem de forma semelhante só que em janelas diferentes, definindose primeiro os elementos construtivos/materiais e de seguida os perfis da superfície (Figura 6).
Figura 6 - Formato utilizado pelo EnergyPlus para representar as superfícies e os elementos construtivos
Estas foram apenas algumas das alterações mais relevantes, apesar de haver inúmeras mais, mas
cuja descrição estaria a fugir ao tema da presente dissertação.
2.2
Equipamentos e Ocupação
2.2.1
Estrutura do AUDIST
A conversão do modelo em DesignBuilder para EnergyPlus gera apenas um ficheiro com dados da
geometria dos pavilhões, assemelhando-se a um edifício vazio. Por essa razão, é necessário inserir
toda a informação levantada relativamente aos sistemas instalados em cada zona, bem como os
equipamentos de AVAC que possibilitam o conforto das pessoas que aí trabalham. Todos estes
dados advêm do extenso trabalho realizado pela equipa de auditoria cuja metodologia está explicada
no Artigo Projeto Campus Sustentável no IST [7].
O AUDIST agrega todos os dados levantados em MS Excel e está dividido em 7 Worksheets com os
seguintes nomes:

Ocupação: Capacidade máxima dos espaços, percentagens e horários de ocupação em
cada divisão,

Iluminação: Quantidade de luminárias e lâmpadas que servem cada espaço, potência total
absorvida (W) em cada divisão, horários de funcionamento de cada equipamento de
iluminação, entre outras propriedades;
14

Informática: Engloba todos os computadores fixos e portáteis e impressoras instaladas em
cada espaço. Cada equipamento é definido pela quantidade, pela potência total e de standby
e pelo seu horário de funcionamento;

EPI (Equipamentos Plug-In): Agrega todos os equipamentos pessoais como aparelhagens
ou DVDs e outros de uso comum como televisões, retroprojetores, etc. Resumindo, são todos
os equipamentos ligados a tomadas e que podem ser movimentados livremente entre salas.
São definidos pela quantidade existente em cada espaço, pela potência total e de standby e
pelo seu horário de funcionamento,

Catering: Abrange todos os equipamentos ligados à cozinha e confeção de alimentos como
cafeteiras, máquinas de lavar louça, frigoríficos, etc. São definidos pela quantidade existente
em cada espaço, pela potência total e de standby e pelo seu horário de funcionamento;

AVAC-Local: Engloba todos os sistemas de climatização que não são alimentados
centralmente, nem o seu funcionamento pode ser controlado pelos serviços técnicos do
campus. São definidos pela divisão onde está instalado, pela potência térmica e elétrica, quer
de aquecimento quer de arrefecimento, e pelo seu horário de funcionamento;

AVAC-Comum: Engloba todos os sistemas de climatização que servem mais que um
espaço. São definidos pelas divisões que servem, pela potência térmica e elétrica, quer de
aquecimento, quer de arrefecimento e pelo seu horário de funcionamento.
Alguns parâmetros são comuns em todas as Worksheets estando representados de forma idêntica.
Os mais relevantes para o presente trabalho são os horários de ocupação/funcionamento e a
identificação de cada espaço.
2.2.1.1
Horários e Identificação de Pisos
Os horários de ocupação/funcionamento estão divididos em cinco períodos de atividade que são os
dias úteis (47 semanas/ano), o sábado, o domingo, os dias úteis em período de férias (3
semanas/ano) e o período de atividade reduzida (2 semanas/anos) do IST.
(a)
(b)
Figura 7 - Representação dos horários no AUDIST para a ocupação/iIluminação (a) e para os
equipamentos de informática, catering e plug-in (b)
15
O formato utilizado para caracterizar os horários de funcionamento dos equipamentos listados nas
folhas de “ Informática”, “EPI” e “Catering” é semelhante ao representado na Figura 7a, com a
diferença que em cada período existe mais uma divisão para contabilizar o tempo em que o
equipamento funciona com a potência de standby (Figura 7b).
Quanto aos espaços onde estão instalados os sistemas, a sua representação é feita de forma
semelhante aos horários, estando divididos em oito secções com o nome do edifício onde está
localizado, o piso e o número da sala e a zona térmica em que está englobado (Figura 8).
Figura 8 - Representação dos espaços no AUDIST
Dos horários, o programa vai retirar os valores do número de semanas, dias e horas para todos os
períodos em funcionamento normal e a percentagem de funcionamento para o regime de standby.
Quanto à identificação de cada zona térmica o programa retira o número do piso onde espaço está
localizado
dentro
do
edifício
e
a
zona
térmica,
correspondente,
juntando-os
e
como
“Piso:ZonaTérmica”, por exemplo para o primeiro espaço fica “1:4”.
2.2.1.2
Ocupação
Os dados sobre as pessoas que ocupam os espaços de cada pavilhão estão representados na
Worksheet “Ocupação” deste ficheiro. A sua representação é feita a partir de vários parâmetros como
o tipo de divisão que é, como gabinetes, laboratórios, etc., a percentagem de ocupação, a capacidade
máxima da sala e número de pessoas que lá trabalham (Figura 9).
Figura 9 - Representação dos Parâmetros de Ocupação
Para a caracterização da ocupação o programa retira a tipologia e a número de pessoas que ocupam
esse espaço.Com estes valores vai ser possível definir a ocupação e obter valores para o conforto
térmico em cada zona térmica.
16
2.2.1.3
Iluminação
A caracterização dos sistemas de iluminação de cada espaço é feita na Worksheet “Iluminação” do
AUDIST, que está dividida em 13 parâmetros, incluindo o tipo de tecnologia (fluorescente tubular T8,
incandescente de halogéneo), a quantidade de luminárias e de lâmpadas, potência total instalada e
absorvida, etc (Figura 10).
Figura 10 - Representação dos parâmetros de iluminação
Das características listadas, apenas a potência total absorvida (W) e a percentagem de utilização das
luminárias vai ser utilizada no presente trabalho, uma vez que são os únicos dados que o EnergyPlus
necessita para definir os sistemas de iluminação existentes em cada zona térmica.
2.2.1.4
Informática, EPI e Catering
Os sistemas de informática, catering e de plug-in instalados em cada espaço estão caracterizados
nas Worksheets com os mesmos nomes, e o formato em que estão listados é idêntico. Estes
sistemas são definidos por 9 parâmetros, como o tipo de equipamento (computador, televisão,
cafeteira), o número de sistemas instalados e as potências ativa e de standby (Figura 11).
Figura 11 - Representação dos parâmetros dos sistemas de Informática, de Epi e de Catering
O pré-processador utiliza apenas a potência total absorvida e de stanby (W) para definir,
posteriormente, estes equipamentos no EnergyPlus.
2.2.1.5
AVAC Local e Comum
Por último, estão caracterizados os equipamentos de climatização de cada espaço. A sua
complexidade obriga à utilização de vários parâmetros para os definir como o tipo de equipamento
instalado (VRV, UTA, aquecedor), as respetivas potências térmicas e elétricas de aquecimento e
arrefecimento, entre outros (Figura 12).
17
Figura 12 - Representação dos parâmetros dos sistemas de AVAC
Para a caracterização dos sistemas de climatização no EnergyPlus, o pré-processador vai utilizar as
potências elétricas e térmicas de aquecimento e arrefecimentos, os coeficientes de desempenho e o
número de equipamentos instalados em cada espaço.
2.2.2
Estrutura do Pré-Processador
O programa elaborado no presente trabalho está no formato MS Excel (.xlsm) com permissão de
leitura e escrita de MACROS, isto é, uma sequência de comandos e funções armazenados em
módulos de VBA que podem ser usados para tarefas repetitivas, automatizando-as [16].
A estrutura do conversor é constituída por sete Worksheets onde são inseridos, modificados e
apagados dados dos equipamentos, e por cinco módulos de VBA com rotinas e funções que
permitem consultar e copiar a informação das folhas de auditoria, convertê-la no formato requerido e
exportá-la para um ficheiro legível pelo EnergyPlus. Para além disso, o referido conversor contém
também um menu inicial de fácil utilização com a sequência de ações necessárias para a conversão
(Figura 13).
Figura 13 – Menu inicial do pré-processador desenvolvido
Cada Worksheet está identificada com um nome que sugere o tipo de informações que lá são
guardadas como é explicado de seguida:
18
1. Start: é apenas utilizada para abrir e mostrar o menu inicial;
2. IDF: Worksheet onde é guardada toda a informação gerada no formato final e que vai ser
copiada para o ficheiro legível pelo EnergyPlus;
3. Report: Worksheet onde é gerado um relatório com o consumo elétrico horário, semanal e
anual dos sistemas de iluminação, informáticos de catering e de EPI;
4. People: Worksheet onde é escrita a informação relativa aos horários de ocupação, ao
número de pessoas que estão nesse espaço, já no formato final e que vão ser copiados
posteriormente para a folha IDF;
5. Lighting: utilizada para guardar dados dos horários de funcionamento, de potências, entre
outros, relativos à iluminação e aos sistemas informáticos, de catering e de EPI já no formato
final e que vão ser copiados posteriormente para a Worksheet IDF;
6. HVACcomum: retêm os dados gerados para todos os sistemas de climatização, quer locais
quer comuns, já no formato final e que vão ser copiados posteriormente para a Worksheet
IDF;
7. Templates: contêm vários templates de horários de ocupação/funcionamento e do tipo de
atividade metabólica padrão para cada tipo de sala (por exemplo a atividade num escritório
corresponde a uma média 115 W/pessoa que equivale a 65 W/m2). Todas as Worksheet
anteriores, com exceção das três primeiras, vão buscar estes templates para gerar os
horários de ocupação de cada espaço e os de funcionamento para cada equipamento.
As relações entre cada uma destas Worksheet estão representadas na Figura 14. O algoritmo do
pré-processador está descrito no Anexo B da presente dissertação.
19
Figura 14 - Esquema do Pré-Processador de EnergyPlus
A metodologia utilizada pelo programa é baseada em operações matemáticas simples dentro de
ciclos for, if e while que se estendem por inúmeras linhas de código e que analisam todo o ficheiro de
auditoria para que o modelo final se aproxime o mais possível do edifício real.
O programa começa por pedir ao utilizador que importe o modelo em EnergyPlus com a geometria
(ficheiro gerado no Subcapítulo 1.1), copia a informação para a folha IDF do Programa de Conversão
e fecha o modelo. De seguida, pede para importar o ficheiro de Auditoria com os dados do mesmo
edifício e dá ao utilizador a possibilidade de escolher a informação que quer converter. As opções
existentes são “Todos os Dados”, “Iluminação”, “Equipamentos Elétricos”, “Ocupação” e
“Equipamentos de AVAC”. Caso se escolha a primeira, o programa corre cada uma das outras
opções até definir todos os equipamentos. A informação é copiada para a folha IDF e agregada à da
geometria importado no início. Finalizada a fase de conversão é gerado um ficheiro EnergyPlus (.idf)
20
com o modelo do edifício completo e pronto a simular. Todo o processo pode ser acompanhado pelo
fluxograma descrito na Figura 15.
Figura 15 - Fluxograma do funcionamento do Programa de Conversão
Cada ação descrita na Figura 15 é executada por uma ou mais funções interligadas com múltiplos
ciclos, o que pode provocar uma conversão mais morosa para edifícios de maiores dimensões. Para
melhor compreensão do que está a ser feito em cada passo é aconselhado a leitura do Anexo B do
presente trabalho.
21
3 Exemplo de Utilização do Eplus Converter
O trabalho elaborado na presente dissertação abrange todos os edifícios existentes no Campus da
Alameda do Instituto Superior Técnico e consistiu na conversão destes para um programa de
simulação dinâmica e posterior análise. Para que os resultados gerados sejam coerentes é
necessário que o modelo seja o mais semelhante possível ao edifício real, contendo a caracterização
das envolventes, os padrões de utilização e todos os equipamentos nele instalados.
Uma vez que no Campus existem 26 edifícios e a descrição de cada um tornaria o presente trabalho
demasiado extenso. Assim, definiu-se como caso de estudo o Pavilhão de Engenharia Mecânica III
devido à diversidade de espaços (laboratórios, gabinetes, biblioteca) e de sistemas de climatização
instalados.
3.1
3.1.1
Pré-Processamento do EnergyPlus
Caracterização geral do edifício
O edifício de Engenharia Mecânica III, com a orientação espacial indicada na Figura 16, foi construído
e equipado no século XXI, sendo a sua estrutura recente em comparação com os restantes edifícios
do Campus. O pavilhão desenvolve-se em quatro pisos, onde dois deles são elevados (3 e 4), e os
outros (1 e 2) devido ao declive do terreno, estão enterrados. O acesso ao edifício pode ser efetuado
pela entrada principal que se encontra na parte Sul do piso 3 (piso térreo) ou pela entrada localizada
na parte nordeste do mesmo piso.
Figura 16 - Orientação espacial [17] e fachada Sul [18] do Pavilhão de Mecânica III
Nos dois pisos inferiores estão instalados os laboratórios de ensino e investigação e alguns gabinetes
destinados aos investigadores que aí trabalham. Os pisos 3 e 4 são constituídos por gabinetes, que
são maioritariamente ocupados por docentes, e por algumas salas de reunião. O horário de
funcionamento de alguns espaços, nomeadamente dos laboratórios, é de 24h para todos os dias da
22
semana em determinados períodos do ano. Os restantes têm o horário padrão das 9h às 20h nos
dias uteis [18].
Por forma a facilitar o processo de conversão e de construção do modelo de simulação dinâmica em
EnergyPlus, foram definidas zonas térmicas. Os critérios utilizados para fazer a diferenciação entre
zonas foram a orientação geográfica dos espaços, se estes eram ou não climatizados, o tipo de
sistema de AVAC instalado e os níveis de ocupação ou a densidade de equipamentos instalados.
Todas as zonas térmicas definidas no pavilhão estão representadas no Anexo C do presente
trabalho.
3.1.2
Envolvente
O levantamento de campo, elaborado pela equipa do Projeto “Campus Sustentável” [19], ao nível da
envolvente do edifício permitiu caracterizar os elementos construtivos opacos (paredes, pavimentos e
coberturas) e os translúcidos (vãos envidraçados), que se apresentam nas Tabelas 1 e 2.
Tipo
Descrição
Piso
U [W/ (m2.ºC)]
Parede
Exterior
Alvenaria de tijolo c/ 0,11 m + Caixa de Ar c/ 0,16
m + Alvenaria de tijolo c/ 0,11 m
1, 2
1,4
Parede
Exterior
Alvenaria de tijolo c/ 0,15 m + Caixa de Ar c/ 0,16
m + Poliestireno extrudido c/ 0,03 m + Alvenaria
de tijolo c/ 0,11 m
3, 4
1,4
Paredes
Interiores
Alvenaria de tijolo c/ 0,11 m
Todos
2,56
Cobertura
Laje de betão c/ 0,45 + Betonilha de
regularização c/ 0,02 + Poliestireno extrudido c/
0,003m
Todos
0,91
Pavimento
Laje de Betão armado c/ 0,45m, Betonilha de
assentamento c/ 0,02 + Mosaico hidráulico c/
0,03m
1,2
0,93/0,83
Pavimento
Laje de Betão armado c/ 0,45m, Betonilha de
assentamento c/ 0,02 + Madeira de eucalipto c/
0,03m
3,4
0,91 / 0,84
Tabela 1 - Soluções construtivas da envolvente opaca [19]
Tipo
Vão Envidraçados
Exteriores
Vão Envidraçados
Interiores
Descrição
Piso
U vão
[W/ (m2.ºC)]
Vidros duplos c/ 0,008 m + Caixa
de ar 0,012 m, caixilharia de
alumínio s/ corte térmico
Todos
1,72
Tabela 2 - Soluções construtivas da envolvente translucida [19]
Todos os valores do coeficiente global de transmissão de calor U foram calculados com base nos
valores tabelados no ITE 50 [20] e posteriormente inseridos no modelo em EnergyPlus, uma vez que
nem todos os materiais definidos estavam em concordância com o edifício real.
23
3.1.3
Sistemas Energéticos
Neste subcapítulo serão caracterizados todos os equipamentos consumidores de energia instalados
no Pavilhão de Mecânica III, divididos pelo tipo de sistema.
3.1.3.1 Sistemas de Climatização
No edifício em estudo existem diversos equipamentos de climatização instalados para que se consiga
manter uma temperatura de conforto dentro de cada espaço. Os sistemas podem ser acionados
diretamente pelo utilizador (splits, aquecedores, ventoinhas) ou ligados através de um quadro, sendo
o seu funcionamento centralizado. Os espaços abrangidos pelo mesmo equipamento funcionam
todos nas mesmas condições térmicas e com o mesmo horário de funcionamento.
No levantamento energético, os sistemas de climatização foram diferenciados em AVAC local e
AVAC comum, englobando-se no primeiro todos os equipamentos cuja alimentação de energia
elétrica é da responsabilidade do utilizador direto e, no segundo, todos os equipamentos ou conjunto
de equipamentos cuja alimentação é feita diretamente a partir de um quadro parcial de energia
elétrica e cujo controlo de funcionamento é totalmente ou parcialmente efetuado de forma
centralizada.
Cada zona é servida por diferentes tipos de equipamentos com potências e consumos distintos,
sendo a caracterização destes apresentada nas Tabelas 3 e 4.
Zona
Tipo de
Potência Total
Potência Total
Térmica
Controlo
Instalada kW(e) ar
Instalada kW(e) aq
1
1
0.1
0
Ventilador Extração
1
0.85
0
Local
Ventilador Extração
1
0.1
0
6
Local
Ventilador Extração
1
0.06
0
8
Local
Ventilador Extração
1
0.072
0
11
Local
Ventilador Extração
2
0.074
0
15
Local
Aquecedor
1
0
2
16
Local
Aquecedor
2
0
4
20
Local
Ventilador Insuflação
1
0.1
0
26
Local
Split
1
1.6
1.82
27
Local
Aquecedor
1
0
2
32
Local
Ventilador Extração
1
0.1
0
32
Local
Split
1
1.6
1.82
Equipamento/Sistema
Qtd.
Local
Ventilador Extração
4
Local
5
Tabela 3 - Caracterização da tipologia de AVAC local do Pavilhão Mecânica III [18]
24
Potência Total Instalada
Potência Total Instalada kW(e)
kW(e) ar
aq
1
24,1
1,5
UTA
6
1,1
1,1
Chiller
1
39,0
38,7
Bomba de Circulação
1
3,0
3,0
VRV Multisplit
4
25,3
24,7
Equipamento/Sistema
Qtd.
Rooftop
Tabela 4 - Caracterização da tipologia de AVAC local do Pavilhão Mecânica III [18]
No Tabela 4 é apresentada a caracterização da tipologia de AVAC comum do Pavilhão Mecânica III,
com a quantificação dos equipamentos e a potência elétrica instalada em aquecimento e
arrefecimento.
3.1.3.1.1
Aquecimento e Arrefecimento
A unidade Rooftop serve as zonas de circulação dos pisos 3 e 4 e é utilizada para o tratamento do ar
novo. Em arrefecimento, o equipamento é de expansão direta e utiliza o fluido refrigerante R22,
enquanto em aquecimento funciona com bateria de aquecimento utilizando a água quente
proveniente do Chiller.
Instaladas na cobertura do edifício existem quatro unidades exteriores dos sistemas VRV, que
servem sete zonas térmicas. Cada uma destas zonas é servida, no mínimo, por uma ou mais
unidades interiores sendo a produção do frio e do calor descentralizada.
O aquecimento e arrefecimento das zonas térmicas instaladas no piso 1 e 2 é feito por UTAs
(Unidades de Tratamento de Ar), que utilizam a água quente ou fria produzida pelo Chiller para a
climatização dos espaços. O Chiller funciona com o condensador arrefecido a ar e utiliza o
refrigerante R407c.
3.1.3.2
Iluminação
A iluminação das zonas térmicas pertencentes ao edifício é feita por diversos sistemas com potências
variadas, dependendo do tipo de espaço. Nas zonas que agregam os gabinetes dos pisos 3 e 4 a
iluminação é feita por lâmpadas de halogénio lineares e balastros eletrónicos. Nas instalações
sanitárias são utilizadas lâmpadas fluorescentes compactas não integradas e, nas restantes zonas,
como as áreas de circulação, a iluminação éfeita por lâmpadas fluorescentes tubulares T8 com
balastro eletrónico.
25
Tipologia do Sistemas
Luminárias (Qtd.)
Lâmpadas (Qtd.)
Potência Instalada kW
Descarga de Vapor de
Mercúrio
4
4
1,0
Emergência
(Fluorescente)
27
27
0,2
Fluorescente compacta
não integrada
25
46
0,8
Fluorescente tubular T8
326
454
16,3
Incandescente de
75
75
15,0
halogénio
Tabela 5 - Sistemas de iluminação instalados no Pavilhão de Mecânica III [18]
A caracterização dos sistemas de iluminação distribuídos pelas diferentes zonas térmicas do edifício
estão na Tabela 5, com a quantificação de luminárias e lâmpadas existentes e a potência instalada.
3.1.3.3 Sistemas Informáticos, de Plug-In e de Catering
Para finalizar a descrição do edifício em estudo é necessário caracterizar os restantes equipamentos
consumidores de energia nele instalado. Consideraram-se sistemas informáticos como todos os
computadores Desktop e Laptop, as impressoras, e outros. A maior parte destes equipamentos são
utilizados nos gabinetes e nos laboratórios (Tabela 6)
.
Equipamento/Sistema
Quantidade
Potência Total Instalada kW
Bastidor
1
0,1
Desktop / CRT
23
12,0
Desktop / TFT
67
29,1
Ecrã LCD (14" - 19")
1
0,04
Ecrã LCD (23"-30")
1
0,03
Impressora Inkjet
3
0,2
Impressora Laser
2
0,4
Impressora Laser Work Center
2
1,2
Laptop
14
0,6
Scanner
1
0,03
Tabela 6 - Sistemas informáticos instalados no Pavilhão Mecânica III [18]
Quanto aos equipamentos de plug-in a equipa de auditoria considerou-os como todos os sistemas
não definidos na informática, que estão ligados a tomadas elétricas no interior dos espaços e que são
amovíveis. Os mais comuns neste edifício são os candeeiros e os retroprojetores (Tabela 7).
26
Equipamento/Sistema
Quantidade
Potência Total Instalada kW
Aparelhagem de Som
2
0,10
Candeeiro
33
1,16
Fragmentador de Papel
2
0,35
Retroprojetor
3
0,90
Tabela 7 - Sistemas de plug-in instalados no Pavilhão Mecânica III [18]
Por fim, considerou como sistemas de catering todos os equipamentos associados à confeção e
armazenamento de comida. No edifício existe uma copa equipada com um frigorífico pequeno,
cafeteira, micro-ondas e chaleira. Existem ainda outros pequenos equipamentos dispersos pelo
edifício (Tabela 8).
Equipamento/Sistema
Quantidade
Potência Total Instalada kW
Cafeteira
2
1,20
Chaleira
2
2,00
Frigorífico Pequeno
4
0,72
Micro-ondas
4
5,20
Tabela 8 -Sistemas de catering instalados no Pavilhão Mecânica III [18]
A representação em EnergyPlus de cada tipo de equipamento explicado anteriormente pode ser
consultada no Anexo D deste trabalho.
3.2
Resultados
Após a criação e parametrização do modelo em EnergyPlus foram feitas diversas simulações de
modo a comparar os resultados obtidos com os valores calculados pela equipa de auditoria e com os
gerados na simulação do modelo em DesignBuilder. As variáveis selecionadas para comparação
foram os consumos de energia elétrica por tipologia de equipamento (sistemas de iluminação e de
AVAC, informática, plug-in e catering) e o total do edifício.
Dado que os modelos gerados pelo pré-processador vão ser utilizados para introduzir medidas de
otimização dos consumos energéticos do edifício, é necessário que o consumo de cada zona térmica
esteja o mais semelhante com o do edifício real. Assim, para confirmar se o modelo gerado está o
mais próximo possível da realidade, vão ser comparados os valores das variáveis selecionadas
resultantes da simulação em EnergyPlus com os apresentados no AUDIST, no ENERGIST [21] e com
os valores faturados.
3.2.1
Simulação dinâmica DesignBuilder
Inicialmente, equipararam-se os consumos de energia elétrica do AUDIST com os resultantes da
simulação do modelo em DesignBuilder, para posterior comparação com os valores gerados pelo
presente trabalho. Os resultados estão representados nas Tabelas 9, 10 e 11 e nos Gráficos 5 e 6.
27
Consumo Elétrico Total (kWh/ano)
Zona Térmica
AUDIST
DesignBuilder
1
2310
3404
2
132
224
3
300
112
4
2072
11058
5
293
352
6
1536
1466
7
1609
211
8
1426
3497
9
368
179
10
253
0
11
1532
1429
12
3592
5416
13
209
1373
14
3160
1903
15
237
622
16
1570
636
17
55
191
19
51
167
20
30
121
21
2425
906
22
1133
792
23
239
125
25
5857
1715
26
102
350
27
4184
1662
28
1841
906
29
922
792
30
239
103
31
3809
0
32
169
350
33
2437
1575
34
41
Total
44132
129
41764
Tabela 9 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de iluminação para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder
28
Gráfico 5 – Modulo da diferença dos consumos de energia elétrica para os sistemas de iluminação no
AUDIST e no DesignBuilder (Desvios máximos para a zona 13 e mínimos para as zonas 6 e 11)
Na Tabela 9 e do Gráfico 5 é possível observar que existem diferenças entre os consumos dos
sistemas de iluminação obtidos pela equipa de auditoria e os obtidos na simulação do modelo em
DesignBuilder. Os desvios mínimos encontrados foram de 5% e 7%, nas zonas 6 e 11
respetivamente, e um máximo de 557% na 13. O desvio médio global foi de 63% e a diferença dos
consumos de energia é de 2370 kWh/ano. A partir do desvio global é possível concluir que os
sistemas de iluminação não estão bem definidos quando comparados com o edifício real.
Consumo Elétrico Total (kWh/ano)
Zona
AUDIST
DesignBuilder
Térmica
1
588
463
2
227
1583
4
4210
9829
6
2875
928
7
202
0
8
509
932
11
314
14219
13
498
748
15
883
6952
16
12757
18179
21
1975
1940
22
268
261
26
4281
2273
27
1534
7092
28
3828
2193
29
2084
1007
32
527
6077
33
4564
3281
Total
42124
77958
Tabela 10 - Consumo de energia elétrica anual dos equipamentos elétricos para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder
29
Gráfico 6 – Diferença dos consumos de energia elétrica dos equipamentos elétricos gerados pelo
AUDIST e pelo DesignBuilder (Desvios máximos para a zona 11 e mínimos para as zonas 21 e 22)
Os valores obtidos para os equipamentos consumidores de energia elétrica como os de informática,
de plug-in e de catering estão representados na Tabela 10 e no Gráfico 6. Os desvios encontrados
variam bastante, havendo zonas, como a 21 e 22, que têm diferenças de 2%, e na zona 11
observam-se valores de diferença na casa dos 4500%. O desvio médio total é de 60% e a diferença
entre consumos é de mais de 35 834 kWh/ano, em relação aos dados do AUDIST.
Consumo Total de Energia Elétrica (kWh/ano)
AUDIST
Sistemas de AVAC
DesignBuilder
118317
19145
Tabela 11 – Consumo total de energia elétrica dos sistemas de climatização para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo DesignBuilder
Quanto aos sistemas de climatização introduzidos no modelo, e após comparação com o edifício real,
observou-se que apenas as Unidades de Tratamento de Ar (UTAs) estavam definidas, o que resultou
numa diferença nos consumos anuais de 99 172 kWh. Assim, é necessário que sejam feitas
mudanças nos sistemas de climatização definidos para que se consigam obter valores o mais
próximo dos reais.
A partir das análises dos consumos feitas neste subcapítulo e dos desvios globais obtidos para a
Torre Sul (22%), de Informática III (580%), o Pavilhão de Química (157%) e de Electro (60%), é
possível justificar a decisão de usar apenas a geometria do edifício em DesignBuilder.
3.2.2
Simulação dinâmica EnergyPlus
Os resultados obtidos da simulação do modelo em Energyplus vão ser comparados com a informação
disponibilizada pela equipa do AUDIST, sendo estes os valores mais próximos da realidade. Os
30
consumos de energia elétrica vão ser separados por tipologia de equipamento (Iluminação, restantes
equipamentos e sistemas de AVAC) e discriminados por zona ou por tipo de sistema instalado. Entre
as Tabelas 12 a 15, e os Gráficos 7 e 8, estão apresentados os valores obtidos a partir da utilização
de um novo modelo do edifício em EnergyPlus, com o intuito de mostrar as melhorias ocorridas.
Consumo Elétrico Total (kWh/ano)
Zona Térmica
AUDIST
Energyplus
1
2
3
2310
132
300
2171
123
316
4
2072
2275
5
293
289
6
1536
1508
7
1609
1541
8
1426
1442
9
368
362
10
253
247
11
1532
1449
12
3592
3500
13
209
215
14
3160
3093
15
237
242
16
1570
1473
17
55
54
19
51
49
20
30
29
21
2425
2243
22
1133
1110
23
239
254
25
5857
5709
26
102
98
27
4184
4100
28
1841
1797
29
922
893
30
239
254
31
3809
3716
32
169
163
33
2437
2400
34
41
39
Total
44132
43153
Tabela 12 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de iluminação para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus
31
Gráfico 7 - Modulo da diferença dos consumos de energia elétrica dos sistemas de iluminação gerados
pelo AUDIST e pelo EnergyPlus (Desvios máximos para a zona 4 e mínimos para as zonas 5, 8 e 9)
A partir da simulação dinâmica do modelo do edifício em Energyplus, obtiveram-se os valores dos
consumos de energia elétrica para os sistemas de iluminação. O desvio máximo obtido quando
comparado com o AUDIST foi de 10% para a zona térmica 4, e o mínimo de 1% para a 5,8 e 9.
Quanto ao desvio médio total o valor alcançado foi de 3% e a diferença entre os consumos totais
durante o ano são de 980 kWh. Esta discrepância provêm das médias das potências e dos horários
de funcionamento feitas pelo programa quando agrega espaços pertencentes à mesma zona térmica.
Os consumos de energia discriminados bem como a tipologia e a quantidade do equipamento
instalado em cada zona podem ser consultados na Tabela E1 no Anexo E do presente trabalho.
32
Zona Térmica
Consumo Elétrico Total (kWh/ano)
AUDIST
Energyplus
1
588
552
2
227
229
4
4210
3794
6
2875
2802
7
202
190
8
509
472
11
314
295
13
498
523
15
883
831
16
12757
14485
21
1975
1818
22
268
257
26
4281
4214
27
1534
1521
28
3828
3321
29
2084
1900
32
527
597
33
4564
4156
Total
42124
41955
Tabela 13 - Consumo de energia elétrica anual dos restantes equipamentos para cada zona térmica
gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus
Gráfico 8 - Diferença dos consumos de energia elétrica dos equipamentos de informática, plug-in e
catering gerados pelo AUDIST e pelo EnergyPlus (Desvios máximos para a zona 16 e mínimos para a
zona 2)
Quanto aos consumos de eletricidade dos equipamentos de informática, de plug-in e de catering
resultantes da simulação, é possível ver que o desvio máximo encontrado foi de 14% para a zona 16
e o mínimo foi de 1% para as zonas 2 e 27. O desvio médio total obtido foi de 6% e a diferença de
consumos foi de 169 kWh/ano, valor muito pequeno tendo em conta que o valor total está na casa
dos 40000 kWh/ano. As propriedades de cada equipamento estão apresentadas na Tabela E2, E3 e
E4 do Anexo E do presente trabalho.
33
Consumo de Energia Elétrica (kWh/ano)
Diferença de
Consumos
Elétricos
AUDIST/Eplus
3%
Zona
Térmica
Tipologia
1
Ventilador
6
Ventilador
0
0
0%
8
Ventilador
Desumidificador
190
226
158
0
17%
100%
Ventilador
100
97
3%
Ventoinha
36
0
100%
Ventoinha
Aquecedor
72
682
0
580
100%
15%
Ventoinha
360
0
100%
1364
1160
15%
75
0
100%
682
0
100%
466
4353 / 2901
461
2553
1%
50% / 8%
11
15
16
Aquecedor
21
Aquecedor
Termoventilador
27
Aquecedor
32
Split
Total com/sem Sist. Off
AUDIST
Energyplus
100
97
Tabela 14 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de climatização locais para cada zona
térmica gerados pelo AUDIST e pelo Energyplus
Na Tabela 14 estão representados os sistemas de AVAC local, isto é cujo funcionamento está
dependente do utilizador. O desvio máximo apresentado é de 100% para algumas zonas. Esta
diferença ocorre devido a algumas limitações do Energyplus, sendo uma delas a impossibilidade de
definir certos equipamentos como ventoinhas, desumidificadores e termoventiladores. Ao mesmo
tempo, o programa também impede a instalação de mais do que um sistema de climatização na
mesma zona. Esse problema ocorre, por exemplo, para a zona 27 que tem um aquecedor e, ao
mesmo tempo, é servida por várias unidades interiores VRV. Assim, considera-se que o aquecedor
está desligado. Para os restantes casos, o desvio máximo encontrado foi de 15% para as zonas 15 e
16 e 17% para o ventilador da 18. O desvio mínimo encontrado foi de 1% para a unidade de split
instalada na zona 32. Quanto à diferença entre os consumos totais do AUDIST e os gerados pelo
EnergyPlus estão apresentados dois valores distintos um com os sistemas todos e outro sem os
sistemas considerados como desligados ou inexistentes. É possível observar que os desvios médios
totais são de 50% com os sistemas desligados e de 8% sem esses sistemas. Quanto à diferença de
consumos de energia elétrica o primeiro valor é de 1800 kWh/ano, enquanto o segundo é de 348
kWh/ano.
34
Zona
Térmica
1
4
5
7
8
11
13
21
22
23
25
26
27
28
29
30
31
32
33
Cobertura
Tipologia
UTA
UTA
Ventilador
UTA
UTA
UTA
UTA
UTA
VRV
VRV
VRV
VRV
Ventilador
Ventilador
Rooftop
VRV
Ventilador
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
Rooftop
Ventilador
Ventilador
Ventilador
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV
VRV Exterior
Chiller
Bombas de
Circulação UTAS
Ventilador UTAS
Consumo de Energia Elétrica
(kWh/ano)
AUDIST
Energyplus
1483
1560
9635
9653
3880
3787
744
793
744
793
Diferença de Consumos
Elétricos AUDIST/Eplus
5%
0%
2%
7%
7%
1487
1560
5%
744
793
7%
782
875
12%
781
577
26%
363
344
0
1054
182
351
293
0
929
176
3%
2791
2634
6%
773
675
13%
486
592
22%
0
363
344
182
0
351
293
176
0%
3%
15%
3%
1494
1141
24%
44941
31624
44456
35721
1%
13%
7158
8570
20%
15%
12%
3%
9408
10707
14%
121786
127456
9%
Total
Tabela 15 - Consumo de energia elétrica anual dos sistemas de climatização comuns para cada zona
térmica gerados pelo AUDIST e pelo Energyplus
35
Os consumos de energia elétrica gerados pela simulação dinâmica do modelo e levantados pela
equipa de auditoria para os sistemas de climatização centralizados estão apresentados na Tabela 15.
Dada a diferença de sistemas que servem cada espaço e uma vez que cada sistema é constituído
por mais do que um componente, optou-se por representar uma tabela com os consumos
discriminados de cada equipamento.
Quanto às unidades interiores VRV, o desvio máximo encontrado foi de 26% na zona 29 e o mínimo
de 6% para a 27, pois o método de cálculo dos consumos do Energyplus e do AUDIST são
diferentes. Enquanto o EnergyPlus calcula os consumos com base nas necessidades térmicas da
sala e onde os equipamentos trabalham durante um intervalo de tempo com o intuito de alcançarem
as temperaturas de set-point, no AUDIST o consumo é calculado com base em regimes de carga,
obtidos por medições. Estipulou-se que as temperaturas de set-point seriam de 20ºC para o período
de aquecimento e de 25ºC para o de arrefecimento (Temperaturas Recomendadas no ASHRAE
Standard 55 [20]). No AUDIST o cálculo dos consumos é feito por padrões de funcionamento e por
percentagens de utilização para aquecimento e arrefecimento. Assim, é justificável que apareçam
desvios elevados. Uma vez que os sistemas de VRV são constituídos uma unidade exterior e várias
interiores, e que a primeira só vai funcionar quando as segundas estiverem ligadas, então é percetível
que também ocorram diferenças para os consumos obtidos para as unidades exteriores, cerca de
1%.
Tal como como nos sistemas de VRV, as Unidades de Tratamento de Ar (UTAs), também são
constituídos por mais do que um equipamento. Na Tabela 15 estão representados os consumos de
energia
elétrica
para
as
unidades
interiores
(UTA),
para
o
Chiller
(funciona
para
arrefecimento/aquecimento), para as bombas de circulação que bombeiam a água e para os
ventiladores (Ventilador UTAS) que conduzem a energia térmica retida no ar aos espaços. O
funcionamento do Chiller e dos ventiladores está dependente das unidades interiores, pois estas
ligam quando a temperatura das zonas desce ou sobe acima do intervalo de set-point estipulado
(gama de temperaturas idêntica à dos VRV). O desvio máximo obtido foi de 7% para as zonas
térmicas 7 e 8 e os mínimos foram de 0.1% a zona 4. Apesar dos desvios encontrados serem
pequenos para a maioria dos espaços, os ventiladores, as bombas e o Chiller apresentam valores de
14%, 20% e 13%, concluindo-se que, para se atingir o conforto nas zonas, estes equipamentos
precisam de funcionar em intervalos de tempo maiores dos que definidos no AUDIST.
Finalmente, foram comparados os consumos obtidos para os ventiladores de extração e de insuflação
de ar instalados em cada zona térmica. Os desvios máximos e mínimos obtidos foram de 15% para a
zona 25 e 31 e de 2% para a zona 5.
A comparação entre os valores totais, para os sistemas de climatização centralizados, do AUDIST e
do EnergyPlus, resultaram num desvio médio de 9%, que em termos de consumo de energia elétrica
total representa cerca 5670 kWh/ano (diferença de aproximadamente 5%). É possível concluir que o
valor é pouco significativo tendo em conta que o total é de 121 786 kWh/ano.
36
Dos valores obtidos anteriormente e dos desvios globais obtidos para a Torre Sul (3%), de
Informática III (12%), o Pavilhão de Química (6,4%) e de Electro (8%), é também possível concluir
que a escolha do EnergyPlus como programa para criar o modelo final foi acertada. A sua
versatilidade e diversidade de equipamentos possíveis de definir justificam sua complexidade.
3.2.3
Comparação dos consumos totais de energia elétrica
Para finalizar este capítulo, é necessário comparar os consumos totais do modelo gerado com os
reais do edifício. Como tal, utilizou-se uma plataforma digital, o ENERGIST, que é um sistema de
monitorização dos consumos elétricos em tempo real de todos os pavilhões pertencentes aos
Campus do IST da Alameda e do TagusPark. Esta plataforma permite importar valores dos consumos
horários, diários e mensais, e para alguns pavilhões como o do TagusPark, é possível também
desagregar esse consumo por espaço. Os valores estão apresentados em Ah (Ampère-hora) e
utilizou-se um fator de 230 para converter para kWh. Apesar dos equipamentos utilizados para medir
os consumos serem muito precisos, por vezes têm falhas havendo períodos em que o consumo
mensal decresce abruptamente. Assim, foram utilizados os valores do ENERGIST em paralelo com
os valores lidos no contador pela equipa de auditoria, para se obter os valores finais dos consumos
do edifício de Mecânica III, para o ano de 2013.
Do EnergyPlus foram retirados os valores dos consumos mensais desagregados por tipologia, isto é,
dos sistemas de iluminação, AVAC e equipamentos elétricos e os valores para os consumos totais do
edifício para cada mês.
Gráfico 9 - Consumos mensais de energia elétrica por tipologia de sistema gerados pelo EnergyPlus
A partir do Gráfico 9 é possível observar que os valores gerados para os sistemas de iluminação e
para os equipamentos elétricos não variam muito de mês para mês, com exceção de Agosto onde o
consumo é reduzido quase para metade, e em Dezembro onde também se nota uma pequena
37
diminuição. Esta situação ocorre devido aos períodos de férias marcados para esses meses. Quanto
aos consumos dos sistemas de AVAC, é possível observar que os valores são muito superiores aos
dos outros equipamentos e que os picos ocorrem para meses de maior calor ou frio, como Junho e
Janeiro. Apesar de nos primeiros 15 dias de Agosto estar em vigor o período de atividade reduzida,
onde o edifício está fechado, e de nos restantes edifícios não haver alunos em aulas, as
necessidades energéticas para arrefecimento continuam a ser muito elevadas. Os consumos mensais
gerados pelo modelo em EnergyPlus são comparados com os do ENERGIST na Tabela 16 e no
Gráfico 10.
Consumo Elétrico Total para 2013 (kWh)
Janeiro
Fevereiro
Março
ENERGIST
EnergyPlus
Diferença de Consumos
ENERGIST/Eplus
19965
16680
18043
10%
16610
18179
0%
8%
16846
4%
Abril
16770
17585
Maio
19245
18490
4%
Junho
Julho
19625
27285
18945
20449
3%
25%
Agosto
13965
15382
10%
Setembro
19830
19294
3%
Outubro
Novembro
19935
17637
17988
17492
10%
1%
Dezembro
18495
16286
12%
Total
215651
214003
7,5%
Tabela 16 - Comparação dos consumos de energia elétrica entre o ENERGIST e o EnergyPlus
Gráfico 10 - Comparação dos consumos elétricos entre o ENERGIST e o EnergyPlus
Dos valores acima representados é possível observar que existem discrepâncias entre os consumos
dos dois programas, como era expectável. O desvio máximo encontrado foi de 25% em Julho e o
mínimo foi de 0,1% em Fevereiro e o desvio médio total o foi de 7,5%. A diferença encontrada para o
mês de Julho pode ser justificada por alguma situação anómala ou um acontecimento que não foi
38
considerada no AUDIST (eventos, seminários) e, que por conseguinte, não foi exportada para o
modelo final. Apesar disso o modelo foi validado, uma vez que o desvio global é inferior a 10%, gama
estipulada para auditoria energética até à qual se pode considerar a simulação como válida.
Finalmente, vai ser apresentada uma comparação entre os consumos totais disponibilizados pelo
ENEGIST, pelo AUDIST, pelo EnergyPlus e pelo DesignBuilder.
Gráfico 11 - Comparação dos consumos elétricos anuais entre o ENERGIST, o AUDIST, o EnergyPlus e o
DesignBuilder
Do Gráfico 11 é possível observar que a diferença entre os três primeiros é inferior a 5%, sendo a
diferença do modelo em Energyplus para o AUDIST de 13 420 kWh/ano e para o ENEGIST de 1 648
kWh/ano. Uma vez que o desvio encontrado está dentro dos valores estipulados para auditoria
energética (inferior a 10%) é possível validar a simulação é válida e, portanto, modelo.
39
4 Conclusões e Trabalho Futuro
O objetivo deste trabalho foi alcançado na medida em que se pretendia elaborar um programa que
combinasse a geometria dos modelos dos edifícios do Campus da Alameda do IST em DesignBuilder
com a informação levantada pela equipa de Auditoria disponibilizada no AUDIST e que, no final,
gerasse um modelo em EnergyPlus.
Os modelos dos edifícios em DesignBuilder foram criados por uma empresa externa ao Técnico,
tendo-se exportado apenas a geometria e os elementos construtivos para o EnergyPlus, uma vez que
os equipamentos definidos não estavam em concordância com a realidade.
O EnergyPlus foi escolhido como programa para elaboração do modelo final dado a sua versatilidade
em termos de equipamentos e a vasta gama de quantidades de interesse disponíveis. Ao ser open
source permite alteração do seu código para introduzir novos equipamentos e não necessita de
licenças para a sua utilização. Para além disso, ao ser compatível com o DesignBuilder, torna
possível a importação da geometria dos edifícios nele definidos sem que se precise de a definir
manualmente (processo moroso e complexo).
Em termos da utilização do pré-processador elaborado na presente dissertação como ferramenta de
conversão de modelos para EnergyPlus, é possível concluir que a sua utilização traz algumas
vantagens. Com o programa, a definição dos sistemas energéticos passou a ser automatizada,
demorando alguns minutos a preencher um edifício como o de Mecânica III. Note-se que se fosse
feito manualmente demoraria algumas horas. Outra característica vantajosa, é criação de horários de
ocupação/funcionamento horários, diários, semanais e mensais para cada espaço. Também permite
a criação da maioria de sistemas de AVAC padronizados, necessitando apenas de algumas
propriedades dos equipamentos. Apesar de não englobar todos estes sistemas, o código é aberto
dando ao utilizador a possibilidade de acrescentar o que achar necessário. Caso o utilizador não se
sinta à vontade a programar, pode criar o modelo sem esses equipamentos e acrescentar os
restantes sistemas diretamente em EnergyPlus. Para além disso, como foi criado em MS Excel
permite a utilização de qualquer pessoa que tenho disponível o MS Office.
No geral, o programa cumpre todos os objetivos definidos permitindo o pré-processamento de todos
os edifícios do IST Alameda, com exceção do Pavilhão de Civil (sistema de climatização muito
particular).
O modelo final em EnergyPlus do Pavilhão de Mecânica III foi simulado e retiraram-se os consumos
de energia elétrica para comparação com os valores faturados ou disponibilizados no AUDIST. Para
os sistemas de iluminação, foi encontrado um desvio médio total de 3% e uma diferença nos
consumos anuais de 980 kWh. O desvio médio total para os equipamentos elétricos como os de
informática, de plug-in e de catering foi de 6% e uma diferença nos consumos de 169 kWh/ano. Para
os sistemas de climatização, os resultados foram divididos em AVAC local e comum. No primeiro
40
obteve-se um desvio médio total de 8%, com uma disparidade de consumos de 348 kWh/ano. Nos
sistemas comuns o desvio encontrado foi de 5% equivalente a 5670 kWh/ano.
Finalmente, comparou-se os consumos mensais gerados pelo modelo com os valores lidos no
ENERGIST (plataforma digital com os consumos reais dos edifícios do Técnico) em paralelo com os
faturados. Os desvios mínimos e máximos foram de 0.1% e 7,5% para os meses de Fevereiro e de
Julho, enquanto a diferença entre os consumos elétricos totais foi de 1%, cerca 1648 kWh/ano, em
relação aos lidos no ENERGIST. Foi estipulado para auditoria energética que para desvios globais
inferiores a 10%, é possível validar a simulação. Uma vez que o valor obtido está dentro dessa gama,
então podemos concluir que a simulação é válida e, portanto, o modelo. Com estes valores é também
possível justificar que a escolha do EnergyPlus para definir o modelo final foi correta e concluir que o
pré-processador criado alcança os objetivos propostos no presente trabalho.
No seguimento da presente dissertação é proposta uma melhoria do pré-processador do EnergyPlus,
por forma a alargar as áreas de utilização deste.
Uma medida proposta seria a criação de um script, isto é, uma extensão do pré-processador que
permite a elaboração de estudos de sensibilidade, de otimização e de UQ. Este add-in forçaria o
EnergyPlus a correr várias simulações, alterando em cada uma delas um parâmetro escolhido e
gerando no final os resultados de cada iteração. Assim, o utilizador poderia observar a variação
provocada pela mudança deste parâmetro e escolher o valor que fosse mais vantajoso para a
otimização do sistema.
41
5 Referências Bibliográficas
[1] PORDATA. Consumo de energia
http://www.pordata.pt/Portugal/, 2014.
elétrica:
total
e
por
tipo
de
consumo,
[2] PORDATA. Edifícios segundo os Censos: total e por época de construção – Portugal,
http://www.pordata.pt/Portugal/, 2014.
[3] INE. Emissões de Gases com Efeito Estufa - GEE, 2014.
[4] APA. REA 2013 – Portugal – Agência Portuguesa do Ambiente, www.apambiente.pt, 2014.
[5] APA. Inventário Nacional de Emissões Atmosféricas (NIR 2014 - emissões 2012), 2014.
[6] United Nations. Glossary of climate change acronyms, 2014.
[7] de Matos, Mário; Toste de Azevedo, João & Ferrão, Paulo. O projeto Campus Sustentável e a
redução da fatura energética do Instituto Superior Técnico, 2014.
[8] Toste de Azevedo, João; de Matos, Mário & Ferrão, Paulo. Artigo PCEEE2014: Eficiência
Energética como Fator de Competitividade, 2014.
[9] Campus Sustentável. AUDIT_IST_v1.5.xlsm – Pavilhão Central, Pavilhão Mecânica III, 2014.
[10] DesignBuilder. DesignBuilder Manual v3.0, 2011.
[11] EnergyPlus. Input-Output Reference, 2012.
[12] TRANE. TRACE 700 User’s Manual – Building Energy and Economic Analysis v6.2, 2010.
[13] Cartas, Joana. Simulação dinâmica de um edifício de escritórios com os programas EnergyPlus
e Trace 700, Dissertação de Mestrado do Instituto Superior Técnico, UTL, 2011.
[14] Gonçalves, Bernardo. Simulação Dinâmica do Comportamento Térmico do Sheraton Lisboa
Hotel & SPA, Dissertação de Mestrado do Instituto Superior Técnico, UTL, 2010.
[15] Vilhena, Tiago. Simulação dinâmica e estudo de medidas de racionalização energética do
Pavilhão de Engenharia Civil do IST, Dissertação de Mestrado do Instituto Superior Técnico, UL,
2013.
[16] Microsoft Support Excel 2013, https://support.office.com, 2014.
[17] Google Earth. www.google.com/earth/, Setembro 2014.
[18] Campus Sustentável. Relatório de Auditoria Energética (Elétrica) e Medidas de Racionalização
Energética, 2013.
[19] Campus Sustentável. Envolvente Opaca e Translúcida Pavilhão Mecânica III – Soluções
Gerais.xlsx, 2013.
[20] Santos, Pina dos; Matias, Luis. Coeficientes de transmissão térmica de elementos da
envolvente dos edifícios” ICT Informa o técnica – Edifícios - ITE 50, 2ª Edição, LNEC, Lisboa, 2006.
[21] Campus Sustentável. ENERGIST - energist.ist.utl.pt, 2012.
[22] De Dear, R,; Brager, G.; Cooper, D. Developing an Adaptive Model of Thermal Comfort and
Preference ASHRAE, 1997.
[23] Campus Sustentável. ZT_Mecânica III, 2013.
42
ANEXO A - Conversão de ficheiros DesignBuilder V.3.0.0.105 para EnergyPlus V.
8.1.0
1. Abrir o modelo do edifício em DesignBuilder (.db)
Nota: Caso o modelo esteja numa versão mais antiga (pex: Versão 2.9) o programa faz a
conversão automática e aparece uma mensagem (Figura A 1) a avisar que os algoritmos de
convecção exterior e interior vão ser alterados. Clicar Continue.
Figura A 1 - 1º Passo: Conversão V. 2.9 para 3.0
2. Confirmar se o modelo está correto, bem como os dados de construção, atividade, etc.
3. Abrir o Building Model Options (Figura A 2);
3.1. Abrir o separador Advanced;
Figura A 2 - Botão Building Model Options
3.2. Verificar as opções selecionadas e alterar se necessário (Figura A 3);
i
Figura A 3 - Opções do Edifício
3.3. Desseleccionar a opção Lump Similar Windows on Surface para evitar erros na simulação do
EnergyPlus;
4. Fechar a janela das opções e ir a File -> Export -> Export Energyplus or DBSIM input file
(Figura A 4);
Figura A 4 – 2º Passo: Criar ficheiro IDF
4.1. Escolher Simulation;
4.2. A janela da Figura A 5 aparece e clicar No;
ii
Figura A 5 - Opção para modificar a versão utilizada
4.3. Abre uma janela com as propriedades da simulação. Alterar conforme o tipo de simulação
desejada, bem como a duração.
4.4. Clicar OK;
4.5. Selecionar o módulo EnergyPlus e clicar Continue;
4.6. Gravar o ficheiro e clicar Ok quando o programa pergunta se queremos abrir o ficheiro.
Nota: Ao cumprir estes passos criou-se um ficheiro .idf este é o modelo do edifício em
EnergyPlus sendo possível modificar as suas características de construção, os HVAC
instalados, etc.
5. O EP-Launch abre automaticamente;
Nota: Como a versão do EnergyPlus utilizada é mais recente que a do ficheiro idf criado é
necessário fazer uma conversão;
5.1. Na janela principal do EP clicar no separador Utilities, na secção Utility escolher a opção
IDFVersionUpdater e clicar Run;
5.2. Clicar Choose File to Update e inserir o ficheiro idf criado anteriormente;
5.3. Selecionar nas secção New Version a opção 8.1.0 e clicar Update File (Figura A 6);
Figura A 6 – 3ºPasso: Atualização do ficheiro IDF
5.4. Finalizada a conversão é possível começar a simular no EnergyPlus.
Nota: Este ficheiro pode ser utilizado diretamente no EnergyPlus. É bastante no útil quando se quer
fazer um estudo das necessidades térmicas para cada zona.
iii
ANEXO B - Algoritmos utilizados no Pré-Processador
Iluminação, Equipamentos Elétricos, Ocupação
As ações executadas pelo programa para gerar os dados relativos aos sistemas de iluminação, aos
equipamentos elétricos e à ocupação em formato EnergyPlus vão ser agora explicadas com recurso a
um algoritmo:
1. Chama a sub-rotina “Iluminação/Catering/EPI/Informática/PeopleSch” consoante os objetos que o
utilizador quer gerar;
2. Define a folha “Iluminação/Catering/EPI/Informática/Ocupação” do ficheiro de Auditoria como
folha de leitura e cria uma string chamada “Sheet” que guarda o nome dessa folha (é nesta
Worksheet que o programa vais buscar os dados dos equipamentos/ocupação);
3. Procura a ultima coluna e linha da folha de leitura;
4. Chama a sub-rotina “FillReport”;
4.1. Define a folha “Lighting/People” (consoante se está a gerar objetos de equipamentos ou de
ocupação) do programa de conversão como folha de escrita (é nesta Worksheet que o
programa vai escrever os dados dos sistemas instalados em cada espaço);
4.2. Procura a primeira e a última linha e a última coluna da folha de escrita
4.3. Inicia um ciclo for para pesquisar todas as colunas da folha de leitura até encontrar o um
período de atividade;
4.3.1.Quando encontra inicia um novo ciclo for para percorrer cada linha dessa coluna (as
linhas correspondem a um espaço dentro do pavilhão);
4.3.1.1.
Para cada linha é gravado o piso e zona térmica a que esse espaço pertence
e as horas de funcionamento/ocupação para o período em questão;
4.3.1.2.
Com os dados anteriores gera uma identificação para cada espaço juntando o
piso e a zona térmica separados por “ : ” a que se dá o nome de “PisoZT” (por
exemplo um espaço que esteja englobado na zona térmica um e no piso um vai
ser identificado como "1:1");
4.3.1.3.
Se o valor de “Sheet” for Iluminação;
4.3.1.3.1.
Grava os valores da percentagem de utilização das luminárias e da
potência total absorvida;
4.3.1.4.
Se o valor de “Sheet” for Ocupação;
4.3.1.4.1.
Grava os valores da tipologia do espaço (gabinetes, laboratórios) e do
número de pessoas que ai trabalham;
4.3.1.5.
Se o valor de “Sheet” for Informática, Epi e Catering
4.3.1.5.1.
Grava os valores da potência total absorvida e de standby e a
percentagem horária de funcionamento em regime de standby;
4.3.1.6.
Se o valor de “Sheet” for diferente de “Ocupação”;
4.3.1.6.1.
Procura as horas de funcionamento na Worksheet "Templates" e
copia a linha toda;
4.3.1.6.2.
Cola a linha na folha de escrita;
iv
4.3.1.6.3.
Substitui o valor da primeira coluna dessa linha pela zona térmica do
espaço, a terceira pela potência total do equipamento e 35ª pelo PisoZT;
4.3.1.6.4.
Se o período encontrado for “R1 - lectivo (dias úteis) ”
4.3.1.6.4.1. Substitui a segunda coluna pelo nome do horário diário, por exemplo
“ilupn_1,” que corresponde ao horário nos dias uteis dos sistemas de
iluminação para o período normal na zona térmica 1;
4.3.1.6.5.
Se o período encontrado for “R2 - férias (dias úteis)) ”
4.3.1.6.5.1. Substitui a segunda coluna pelo nome do horário diário, por exemplo
“ilufu_1,” que corresponde ao horário nos dias uteis dos sistemas de
iluminação para o período de férias na zona térmica 1;
4.3.1.6.6.
Se o período encontrado for “R3 - sábados (lectivo+férias) ”
4.3.1.6.6.1. Substitui a segunda coluna pelo nome do horário diário, por exemplo
“ilusab_1,” que corresponde ao horário, para um sábado, dos sistemas
de iluminação na zona térmica 1;
4.3.1.6.7.
Se o período encontrado for “R4 - domingos e feriados (lectivo+
férias) ”
4.3.1.6.7.1. Substitui a segunda coluna pelo nome do horário diário, por exemplo
“iludom_1,” que corresponde ao horário, para um domingo, dos
sistemas de iluminação na zona térmica 1;
4.3.1.6.8.
Se o período encontrado for “R5- actividade reduzida IST ”
4.3.1.6.8.1. Substitui a segunda coluna pelo nome do horário diário, por exemplo
“iluactred_1,” que corresponde ao horário, para todos os dias da
semana, dos sistemas de iluminação para o período de atividade
reduzida na zona térmica 1;
4.3.1.6.9.
Multiplica o valor da potência total absorvida gravado nos pontos
4.3.1.3 e 4.3.1.5 pelas colunas “D” a “AA” que correspondem às 24h do dia.
As colunas com valor igual a 0 são substituídos pela potência de standby
multiplicada pela percentagem de funcionamento nessa potência;
4.3.1.7.
Se o valor de “Sheet” igual a “Ocupação”;
4.3.1.7.1.
Repete o ponto 4.3.1.6.1 a 4.3.1.6.8
4.3.1.7.2.
Procura o valor da tipologia do espaço gravado 4.3.1.4.1 na
Worksheet “Templates” e recolhe o valor da taxa de metabolismo;
4.3.1.7.3.
Grava o valor encontrado na 34ª coluna da linha em que se está a
escrever;
4.3.2.Repete o ponto 4.3.1 até à última linha encontrada na folha de leitura, i.e. para todos os
espaços;
4.3.3.Organiza de forma ascendente todos os valores guardados na folha de escrita;
4.3.4.Inicia for para percorrer todos os valores escritos na folha de escrita;
4.3.4.1.
Se o PisoZT da linha seguinte à que está ser lida for idêntico;
4.3.4.1.1.
Soma os valores gravados nas colunas “C” a “AA” das duas linhas;
v
4.3.4.1.2.
4.3.4.2.
Apaga a linha seguinte à que está a ser lida;
Se o PisoZT da linha seguinte à que está ser lida não for idêntica passa para
o ponto 4.3.5;
4.3.5.Repete o ponto 4.3.4.1 para as restantes linhas até restarem os horários finais para
cada zona térmica;
4.3.6.Se o valor de “Sheet” diferente de “Ocupação”;
4.3.6.1.
Se o valor de “Sheet” é diferente de “Iluminação”
4.3.6.1.1.
Cria
vetor
“ElectEqui”
que
armazena
as
propriedades
dos
equipamentos elétricos agregadas por zona térmica no ponto 4.3.1.6.9 em
formato lido pelo EnergyPlus;
4.3.6.2.
Se o valor de “Sheet” é igual a “Iluminação”
4.3.6.2.1.
Cria vetor “Light” que armazena as propriedades dos sistemas de
iluminação agregadas por zona térmica no ponto 4.3.1.6.9 em formato lido
pelo EnergyPlus;
4.3.7.Se o valor de “Sheet” igual a “Ocupação”;
4.3.7.1.
Cria vetor “WorkClo” com as taxas de metabolismo gravados no ponto 4.3.7.3
para cada espaço;
4.3.8.Formata os valores dos horários para cada zona térmica gerados no ciclo do ponto
4.3.4 com os restantes parâmetros necessários para os definir no Energyplus;
4.4. Repete o ciclo para os restantes períodos de atividade;
4.5. Inicia novo ciclo for para preencher os horários semanais em formato Energyplus para cada
zona térmica;
4.5.1.Escreve nas colunas “C” a “I” (correspondem aos 7 dias da semana) o nome do horário
diário gerado no ponto 4.3.4 para cada dia da semana;
4.5.2.Preenche a coluna “B” com o nome do horário semanal (por exemplo para os sistemas
de
iluminação
da
zona
térmica
1
o
horário
semanal
é
designado
por
“IluminaçãoPNWeekZT1,”)
4.5.3.Preenche os restantes campos com os parâmetros necessários para os definir no
Energyplus;
4.5.4.Repete o ponto 4.5 para as restantes zonas térmicas;
4.6. Inicia novo ciclo for para preencher os horários anuais em formato Energyplus para cada
zona térmica;
4.6.1.Escreve o nome do horário padrão para a semana gerado no ponto 4.5 para cada mês
do ano;
4.6.2.Preenche a coluna “B” com o nome do horário anual (por exemplo para os sistemas de
iluminação da zona térmica 1 o horário semanal é designado por “IluminaçãoYearZT1,”)
4.6.3.Preenche os restantes campos com os parâmetros necessários para os definir no
Energyplus;
4.6.4.Repete o ponto 4.5 para as restantes zonas térmicas;
vi
4.7. Cola as informações guardadas nos vetores “Lights” e “ElectEqui” preenchidos nos pontos
4.3.6.1.1 e 4.3.6.2.1 na folha “Lighting”;
4.8. Cola as informações guardadas no vetor “WorkClo” preenchidos no ponto 4.3.6.2.1 na folha
“People”;
4.9. Com todos os parâmetros de ocupação e dos equipamentos definidos acaba a sub-rotina
“FillReport”;
5. Transpõe as informações guardadas nas folhas “Lighting” e “People” para a folha “IDF”;
6. Fim da sub-rotina “Iluminação/Catering/EPI/Informática/PeopleSch” consoante a escolhida no
ponto 1;
Sistemas AVAC comum e local
1. Chama a sub-rotina “AVAC_COMUM” consoante os objetos que o utilizador quer gerar;
1.1. Inicia um ciclo for de para correr as duas folhas com sistemas de AVAC do AUDIST;
1.2. Define a folha “AVAC-comum/AVAC-local” do ficheiro de Auditoria como folha de leitura e
cria uma string chamada “Sheet” que guarda o nome dessa folha (é nesta Worksheet que o
programa vais buscar os dados dos sistemas de AVAC);
1.3. Procura a última coluna e a primeira e última linha da folha de leitura;
1.3.1.Inicia um ciclo for que corre todas as colunas das folhas AVAC;
1.3.2.Guarda na string “TypeEquipment” com o título de cada coluna;
1.3.3.Se “TypeEquipment” for igual a “Tipologia de Equipamento/Sistema” fixa essa coluna;
1.3.3.1.
Inicia ciclo for para percorrer todas as linhas da coluna fixada anteriormente;
1.3.3.1.1.
Se o equipamento instalado for uma unidade VRV;
1.3.3.1.1.1. Se for uma unidade exterior;
1.3.3.1.1.1.1.
Cria o vetor “VRV_UnitExtFinal” com a quantidade de
equipamentos existentes, as potências térmicas de arrefecimento
e aquecimento e o COP;
1.3.3.1.1.2. Se for unidade interior ou um split
1.3.3.1.1.2.1.
Cria a matriz “VRV_UnInt” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com as potências térmicas de
aquecimento e arrefecimento, com o COP e com os horários de
funcionamento;
1.3.3.1.2.
Se o equipamento instalado for uma unidade Rooftop;
1.3.3.1.2.1. Cria a matriz “Rooftop_UnInt” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com as potências térmicas de
arrefecimento e aquecimento, o COP e os horários de funcionamento;
1.3.3.1.3.
Se for uma Unidade de Tratamento de Ar (UTA);
1.3.3.1.3.1. Cria a string “PisoId” com a identificação do andar e da zona térmica
do espaço servido pelo equipamento;
vii
1.3.3.1.3.2. Cria a matriz “UTA_UnInt” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com as potências térmicas de
arrefecimento e aquecimento, o COP e os horários de funcionamento;
1.3.3.1.4.
Se equipamento instalado for um Chiller;
1.3.3.1.4.1. Cria o vetor “UTA_Chiller” com o número de equipamentos, da zona
onde o equipamento está instalado, com as potências térmicas e
elétricas de arrefecimento e de aquecimento, o COP e os horários de
funcionamento;
1.3.3.1.5.
Se equipamento instalado for uma Caldeira;
1.3.3.1.5.1. Cria o vetor “UTA_Boiler” com o número de equipamentos, da zona
onde o equipamento está instalado, com as potências térmicas e
elétricas de arrefecimento e de aquecimento, o COP e os horários de
funcionamento;
1.3.3.1.6.
Se equipamento instalado for um Ventiloconvector;
1.3.3.1.6.1. Cria a matriz “VC_UnInt” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com as potências térmicas de
arrefecimento e aquecimento, o COP e os horários de funcionamento;
1.3.3.1.7.
Se equipamento instalado for um Ventilador;
1.3.3.1.7.1. Se o ventilador for de Extracção;
1.3.3.1.7.1.1.
Cria a matriz “Vent_UnExtrc” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com a potência elétrica e os horários
de funcionamento;
1.3.3.1.7.2. Se o ventilador for de Insuflação;
1.3.3.1.7.2.1.
Cria a matriz “Vent_UnInsuf” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com potência elétrica e os horários
de funcionamento;
1.3.3.1.8.
Se o equipamento instalado for um Aquecedor;
1.3.3.1.8.1. Cria a matriz “Aquecedor” com o “PisoZT” da zona onde o
equipamento está instalado, com a potência elétrica de aquecimento, e
os horários de funcionamento;
1.3.3.2.
Executa o ciclo for para todas as linhas das folhas de leitura;
1.4. Executa um ciclo for para reduzir os vetores e matrizes criados no ponto 1.3.3.1 a 1.3.3.2
ficando estes com o mesmo nome seguido de “Final” (por exemplo “VRV_UnInt” fica
“VRV_UnIntFinal”;
1.5. Cria dois vetores o “VRV_Thermostat” (o horário da para todos os equipamentos apesar do
nome) e o “Fan_Thermostat”;
1.6. Inicia ciclo for para criar os horários dos ventiladores de cada equipamento
(“Fan_Thermostat”) e dos horários de termóstato (“VRV_Thermostat”);
1.6.1.Retira os horários de funcionamento gravados nos vetores e matrizes criados
anteriormente, com exceção do vetor “VRV_UnitExtFinal”;
viii
1.6.2.Confirma se o horário do equipamento já existe nos vetores “Fan_Thermostat” e
“VRV_Thermostat”;
1.6.2.1.
Se não existe ainda;
1.6.2.1.1.
1.6.2.2.
Escreve o horário nos vetores;
Se já existe;
1.6.2.2.1.
Passa para o equipamento seguinte;
1.7. Executa o ciclo for para todos os equipamentos gravados nos vetores do ponto 1.3.3.1 a
1.3.3.2;
1.8. Cria três matrizes para guardar os horários de termóstato de arrefecimento e aquecimento
de cada equipamento no formato do EnergyPlus (o “VRV_ThermostatTemplate”, o
“VRV_ThermostatScheduleCooling” e o “VRV_ThermostatScheduleHeating”);
1.9. Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto 1.8, no formato do EnergyPlus;
1.10.
Escreve as matrizes preenchidas no ponto anterior, na folha “IDF” do ficheiro de
escrita;
1.11.
Cria uma matriz para guardar os horários de funcionamento dos ventiladores de cada
equipamento no formato do EnergyPlus (“Fan_ThermostatSchedule”);
1.12.
Executa um ciclo for para preencher a matriz do ponto 1.11, no formato do
EnergyPlus;
1.13.
Escreve as matrizes preenchidas no ponto anterior, na folha “IDF” do ficheiro de
escrita;
1.14.
Cria a matriz “VRV_SystemTemplate” e “VRV_ZoneTemplate” para guardar as
informações das unidades VRV exteriores (“VRV_UnitExtFinal”) e VRV interiores
(“VRV_UnIntFinal”) no formato do EnergyPlus;
1.15.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.16.
Cria a matriz “Rooftop_SystemTemplate” e “Rooftop _ZoneTemplate” para guardar as
informações das unidades Rooftop exteriores e interiores (“Rooftop_UnIntFinal”) no formato
do EnergyPlus;
1.17.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.18.
Cria a matriz “UTA_SystemTemplate” e “UTA_ZoneTemplate” para guardar as
informações das unidades exteriores e interiores das UTAs (“UTA_UnIntFinal”) no formato
do EnergyPlus;
1.19.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.20.
Cria a matriz “Chiller_PlantTemplate” para guardar as informações do Chiller
(“UTA_Chiller”) no formato do EnergyPlus;
1.21.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.22.
Cria a matriz “Boiller_PlantTemplate” para guardar as informações da caldeira
(“UTA_Boiler”) no formato do EnergyPlus;
1.23.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.24.
Cria a matriz “VC_ZoneTemplate” para guardar as informações das unidades dos
Ventiloconvectores (“VC_UnIntFinal”) no formato do EnergyPlus;
ix
1.25.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.26.
Cria a matriz “Exhaust_ZoneTemplate” para guardar as informações dos ventiladores
de exaustão (“Vent_UnExtrcFinal”) no formato do EnergyPlus;
1.27.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.28.
Cria a matriz “Intake_ZoneTemplate” para guardar as informações dos ventiladores
de insuflação (“Vent_UnInsufFinal”) no formato do EnergyPlus;
1.29.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.30.
Cria a matriz “Aquecedor_ZoneTemplate” para guardar as informações dos
aquecedores (“Aquecedor”) no formato do EnergyPlus;
1.31.
Executa um ciclo for para preencher as matrizes do ponto anterior;
1.32.
Copia toda a informação guardada nos vetores/matrizes dos pontos 1.8 a 1.31 na
Worksheet “IDF” do ficheiro de escrita;
1.33.
Finaliza a função “AVAC_COMUM”.
x
ANEXO C - Plantas do Pavilhão de Mecânica III com a divisão dos espaços em
zonas térmicas
Figura C 1 - Zonas térmicas Piso 1 do Pavilhão Mecânica III [23]
Figura C 2- Zonas térmicas Piso 2 do Pavilhão Mecânica III [23]
xi
Figura C 3 - Zonas térmicas Piso 3 do Pavilhão Mecânica III [23]
Figura C 4 - Zonas térmicas Piso 4 do Pavilhão Mecânica III [23]
xii
ANEXO D – Modelo final do Pavilhão Mecânica III em EnergyPlus após conversão
do Pré-Processador
Ocupação
Figura D 1 - Formato da ocupação em Energyplus
Iluminação
Figura D 2 - Formato da Iluminação em Energyplus
Informática, EPI e Catering
A formatação dos equipamentos de informática, de plug-in e de catering são representados da
mesma forma como apresentado na Figura D3.
Figura D 3 - Formato dos equipamentos de informática em Energyplus
xiii
Sistemas de AVAC
Figura D 4 - Ventiladores de Extração em formato Energyplus
Figura D 5 - Unidade Rooftop interior em formato Energyplus
xiv
Figura D 6 - Unidade Rooftop exterior em formato Energyplus
Figura D 7 - UTA interior em formato Energyplus
xv
Figura D 8 - UTA exterior em formato Energyplus
xvi
Figura D 9 - VRV interior em formato Energyplus
Figura D 10 - VRV exterior em formato Energyplus
xvii
ANEXO E - Sistemas instalados em cada zona térmica do Pavilhão de Mecânica III
com os respetivos consumos de energia elétrica do ficheiro de Auditoria e do
EnergyPlus
Zona
térmica
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
19
20
21
22
23
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Equipamento
piso.id
1.07
1.07
1.07
1.30
1.08
1.29
2.17
2.17
1.01
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1.06
1.18
1.18
1.18
1.19
1.19
1.19
1.22
1.22
1.23
1.24
1.28
1.28
3.20
3.20
1.17
1.17
1.16
1.16
1.16
1.25
1.25
1.26
1.26
1.10
1.10
2.11
1.09
1.09
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
2.12
2.13
1.20
1.20
1.20
1.21
2.04
2.04
2.05
2.06
2.07
2.08
2.01
2.01
2.02
2.02
2.03
2.03
2.14
2.15
2.16
3.28
3.25
3.26
2.09
2.10
3.01
3.02
3.03
3.04
3.05
3.15
3.16
3.18
3.18
3.18
3.13
3.06
3.07
3.08
3.09
3.10
3.11
3.12
3.14
3.17
4.01
4.02
4.03
4.04
4.05
4.17
4.18
4.19
4.14
4.15
4.06
4.07
4.08
4.09
4.10
4.11
4.12
4.13
4.16
3.23
3.23
3.24
PisoZT
1:1
1:2
2:3
1:4
1:5
1:6
1:7
1:8
1:9
1:10
1:11
1:12
1:13
1:14
2:15
2:16
2:17
3:19
3:20
3:21
3:22
3:23
3:25
3:26
3:27
4:28
4:29
4:30
4:31
4:32
4:33
3:34
Luminárias
Tecnologia
(Qtd.)
Descarga vapor mercúrio
6
Emergência
4
Fluorescente tubular T8
2
Incandescente de halogéneo
1
Fluorescente tubular T8
3
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente compacta não integrada
5
Emergência
3
Descarga vapor mercúrio
11
Emergência
2
Fluorescente tubular T8
14
Fluorescente tubular T8
12
Fluorescente tubular T8
18
Fluorescente tubular T8
24
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente compacta não integrada
2
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente compacta não integrada
2
Fluorescente tubular T8
2
Incandescente de halogéneo
1
Emergência
3
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
5
Fluorescente tubular T8
3
Emergência
1
Incandescente de halogéneo
1
Emergência
3
Incandescente de halogéneo
4
Emergência
4
Incandescente de halogéneo
6
Fluorescente tubular T8
9
Emergência
2
Fluorescente compacta não integrada
4
Emergência
2
Fluorescente tubular T8
4
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
18
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
14
Descarga vapor mercúrio
10
Emergência
6
Fluorescente tubular T8
6
Descarga vapor mercúrio
1
Descarga vapor mercúrio
1
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
6
Fluorescente tubular T8
3
Descarga vapor mercúrio
4
Emergência
2
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
15
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
12
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
3
Fluorescente tubular T8
2
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
14
Fluorescente tubular T8
7
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
15
Emergência
1
Fluorescente tubular T8
3
Fluorescente tubular T8
4
Fluorescente tubular T8
4
Fluorescente tubular T8
5
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
2
Fluorescente tubular T8
4
Fluorescente tubular T8
2
Incandescente de halogéneo
3
Incandescente de halogéneo
1
Incandescente de halogéneo
4
Incandescente de halogéneo
4
Incandescente de halogéneo
4
Fluorescente compacta não integrada
3
Fluorescente compacta não integrada
3
Incandescente de halogéneo
1
Fluorescente tubular T8
46
Emergência
4
Fluorescente tubular T8
10
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
6
Incandescente de halogéneo
3
Incandescente de halogéneo
4
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
4
Incandescente de halogéneo
4
Fluorescente compacta não integrada
3
Fluorescente compacta não integrada
3
Fluorescente tubular T8
46
Fluorescente tubular T8
5
Fluorescente tubular T8
5
Fluorescente tubular T8
8
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Incandescente de halogéneo
2
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
3
Fluorescente tubular T8
1
Fluorescente tubular T8
1
Iluminação
Ficheiro Auditoria
Equipamento
Lâmp/Lum. Lâmpadas
(Qtd.)
(Qtd.)
1
6
1
4
1
2
1
1
1
3
1
2
2
10
1
3
1
11
1
2
1
14
1
12
1
18
1
24
1
1
1
1
1
2
1
2
1
1
1
2
1
2
1
1
1
3
1
1
1
5
1
3
1
1
1
1
1
3
1
4
1
4
1
6
1
9
1
2
2
8
1
2
1
4
1
1
1
18
1
1
1
14
1
10
1
6
1
6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6
1
3
1
4
1
2
1
2
1
2
1
15
1
1
1
12
1
2
1
3
1
2
1
1
1
14
1
7
1
1
1
15
1
1
1
3
1
4
1
4
2
10
2
4
1
2
1
4
1
2
1
3
1
1
1
4
1
4
1
4
2
6
2
6
1
1
2
92
1
4
2
20
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
2
12
1
3
1
4
1
2
1
4
1
4
2
6
2
6
2
92
2
10
2
10
1
8
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
1
3
2
2
3
1
EnergyPlus
Potência
nominal
(W/lamp)
250
8
36
200
36
36
21
8
250
8
36
36
36
36
36
36
11
18
36
11
18
200
8
36
36
36
8
200
8
200
8
200
36
8
11
8
36
8
36
8
36
250
8
36
250
250
36
36
36
36
250
8
36
36
36
8
36
36
36
36
8
36
36
8
36
8
36
36
36
36
36
36
36
36
200
200
200
200
200
21
21
200
36
8
36
200
200
200
200
200
200
200
36
36
200
200
200
200
200
21
21
36
36
36
36
200
200
200
200
200
200
200
36
36
36
3
Potência
instalada
(W)
1500
32
72
200
108
72
210
24
2750
16
504
432
648
864
36
36
22
36
36
22
36
200
24
36
180
108
8
200
24
800
32
1200
324
16
88
16
144
8
648
8
504
2500
48
216
250
250
36
36
216
108
1000
16
72
72
540
8
432
72
108
72
8
504
252
8
540
8
108
144
144
360
144
72
144
72
600
200
800
800
800
126
126
200
3312
32
720
400
400
400
400
400
400
400
72
432
600
800
400
800
800
126
126
3312
360
360
288
400
400
400
400
400
400
400
72
108
72
36
Pot média
absorvida
(W/lamp)
250
8
36
200
36
36
21
8
250
8
36
36
36
36
36
36
11
18
36
11
18
200
8
36
36
36
8
200
8
200
8
200
36
8
11
8
36
8
36
8
36
250
8
36
250
250
36
36
36
36
250
8
36
36
36
8
36
36
36
36
8
36
36
8
36
8
36
36
36
36
36
36
36
36
200
200
200
200
200
21
21
200
36
8
36
200
200
200
200
200
200
200
36
36
200
200
200
200
200
21
21
36
36
36
36
200
200
200
200
200
200
200
36
36
36
108
Pot total
absorvida
(W)
1200
32
57.6
200
86.4
57.6
168
24
907.5
16
403.2
345.6
518.4
691.2
28.8
36
11
18
36
11
18
0
24
28.8
144
108
8
200
24
800
32
1200
259.2
16
88
16
115.2
8
518.4
8
403.2
2000
48
172.8
200
200
28.8
28.8
172.8
86.4
1000
16
72
72
432
8
345.6
57.6
86.4
57.6
8
403.2
201.6
8
432
8
86.4
115.2
115.2
288
115.2
57.6
115.2
57.6
600
200
800
800
800
126
126
200
1656
32
576
400
400
400
400
400
400
400
57.6
345.6
600
800
400
800
800
126
126
1656
288
288
230.4
400
400
400
400
400
400
400
57.6
86.4
57.6
86
Energia
PisoZT
(kWh/ano)
Energia PisoZT
(kWh/ano)
2310
2171
132
123
300
316
2072
2275
293
289
1536
1508
1609
1541
1426
1442
368
362
253
247
1532
1449
3592
3500
209
215
3160
3093
237
242
1570
1473
55
54
51
49
30
29
2425
2243
1133
1110
239
254
5857
5709
102
98
4184
4100
1841
1797
922
893
239
254
3809
3716
169
163
2437
2400
41
39
Tabela E 1 – Sistemas de iluminação instalados em cada zona térmica [9]
xviii
Zona
térmica
1
2
4
11
13
15
16
21
22
26
27
28
29
32
33
piso.id
1.07
1.07
1.07
1.07
1.08
1.01
1.01
1.02
1.03
1.04
1.04
1.05
1.10
1.10
1.11
1.12
1.12
2.12
2.13
2.04
2.05
2.06
2.06
2.07
2.07
2.01
2.02
2.03
2.03
2.03
2.10
3.01
3.01
3.01
3.03
3.03
3.05
3.13
3.13
3.06
3.07
3.07
3.08
3.08
3.09
3.10
3.10
3.10
3.11
3.11
3.12
4.01
4.02
4.02
4.03
4.03
4.03
4.05
4.14
4.06
4.06
4.06
4.09
4.10
4.10
4.10
4.11
4.11
4.12
4.12
4.13
4.13
Piso
1:1
1:2
1:4
1:11
1:13
2:15
2:16
3:21
3:22
3:26
3:27
4:28
4:29
4:32
4:33
Informática
Ficheiro Auditoria
Equipamento
Potência Standby
Tipologia
Qtd.
total (W) total (W)
Desktop / CRT
1
130
64
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
1
88
63
Impressora Inkjet
1
6
3
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
6
528
378
Desktop / CRT
5
650
320
Desktop / TFT
10
880
630
Desktop / TFT
8
704
504
Desktop / TFT
3
264
189
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / TFT
12
1,056
756
Desktop / CRT
1
130
64
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
1
88
63
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
2
28
20
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
2
28
20
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / CRT
2
260
128
Desktop / TFT
2
176
126
Impressora Inkjet
1
6
3
Desktop / TFT
1
88
63
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / CRT
10
1,300
640
Desktop / TFT
3
264
189
Desktop / TFT
4
352
252
Desktop / CRT
1
130
64
CPU / tipo Cluster
7
872
210
Desktop / TFT
2
176
126
Desktop / TFT
4
352
252
Impressora Laser
1
11
3
Impressora Laser Work Center
1
141
4
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
1
14
10
Desktop / CRT
3
390
192
Bastidor
1
100
10
Desktop / TFT
1
88
63
Impressora Inkjet
1
6
3
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
2
28
20
Desktop / TFT
1
88
63
Desktop / TFT
2
176
126
Desktop / TFT
1
88
63
Impressora Inkjet
1
6
3
Laptop
1
14
10
Laptop
1
14
10
Ecrã LCD (14" - 19")
1
18
1
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
3
264
189
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / TFT
2
176
126
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
1
14
10
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / TFT
5
440
315
Impressora Laser Work Center
1
141
4
Desktop / TFT
1
88
63
Ecrã LCD (23"-30")
1
18
1
Scanner
1
14
5
Desktop / CRT
1
130
64
Desktop / TFT
1
88
63
Impressora Laser
1
11
3
Laptop
1
14
10
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
1
88
63
Laptop
1
14
10
Desktop / TFT
1
88
63
Desktop / CRT
2
260
128
Desktop / TFT
2
176
126
Energia PisoId
(kWh/ano)
288
26
209
32
26
561
570
1,318
1,208
280
114
1,121
288
26
209
209
53
74
7
85
170
148
27
74
85
1,417
2,306
988
346
7,619
417
835
41
293
13
132
13
3,407
874
132
32
170
26
132
264
132
32
13
13
35
13
1,377
461
833
417
26
461
2,084
196
417
35
64
461
417
41
26
26
417
26
417
923
833
EnergyPlus
Energia PisoZT
Energia PisoZT (kWh/ano)
(kWh/ano)
555
521.33
26
24.75
5172.7886
3793.99
315
294.68
551
522.65
589
495.72
12,676
14295.95
1,731
1557.3
13
12.38
4,281
4214.43
993
954
3,577
3152.12
2,084
196
1899.84
185.83
4,103
3722.45
Tabela E 2 - Equipamentos informáticos instalados em cada zona térmica [9]
xix
Zona
térmica
1
6
7
8
15
16
21
22
27
28
33
piso.id
PisoZT
1.07
1.23
1.17
1.16
2.06
2.07
2.01
3.01
3.01
3.03
3.05
3.05
3.06
3.07
3.08
3.09
3.10
3.11
4.01
4.01
4.02
4.03
4.06
4.07
4.08
4.09
4.10
4.11
4.12
4.13
1:1
1:6
1:7
1:8
2:15
2:16
3:21
3:22
3:27
4:28
4:33
Equipamentos de Plug-In
Ficheiro Auditoria
Equipamento
Potência Standby
Tipologia
Qtd.
total (W) total (W)
Candeeiro
1
35
35
Termoacumulador
1
2,000
20
Retro-Projector
1
286
3
Termoacumulador
1
2,500
25
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Retro-Projector
1
286
3
Aparelhagem de Som
1
50
1
Fragmentador de Papel
1
175
2
Aparelhagem de Som
1
50
1
Retro-Projector
1
286
3
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
3
105
105
Fragmentador de Papel
1
175
2
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
1
35
35
Candeeiro
3
105
105
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
2
70
70
Candeeiro
3
105
105
Energia PisoId
(kWh/ano)
33
2,875
202
509
8
8
81
47
21
47
202
66
33
33
33
66
33
66
99
21
66
66
33
33
33
33
99
66
66
99
EnergyPlus
Energia PisoZT
Energia PisoZT (kWh/ano)
(kWh/ano)
33
30.94
2,875
2802.18
202
189.62
509
472.3
16
15.47
81
189.62
115
106.96
267
244.68
263
247.52
251
168.93
461
433.16
Tabela E 3 - Equipamentos de plug-in instalados em cada zona térmica [9]
Zona
térmica
2
15
21
27
32
piso.id
1.29
2.06
2.06
3.01
3.01
3.01
3.07
3.07
4.14
4.14
4.14
4.14
PisoZT
1:2
2:15
3:21
3:27
4:32
Catering
Ficheiro Auditoria
Equipamento
Potência
Tipologia
Qtd.
total (W)
Frigorífico Pequeno
1
23
Frigorífico Pequeno
1
23
Micro-ondas
1
1,300
Cafeteira
1
600
Chaleira
1
1,000
Micro-ondas
1
1,300
Micro-ondas
1
1,300
Frigorífico Pequeno
1
23
Frigorífico Pequeno
1
23
Micro-ondas
1
1,300
Chaleira
1
1,000
Cafeteira
1
600
Standby
total (W)
12
12
13
6
10
13
13
12
12
13
10
6
Energia PisoId
(kWh/ano)
201
201
76
35
19
76
76
201
201
76
19
35
EnergyPlus
Energia PisoZT
Energia PisoZT (kWh/ano)
(kWh/ano)
201
204
277
320
130
154
277
320
331
411
Tabela E 4 - Equipamentos de catering instalados em cada zona térmica [9]
xx
ANEXO F - Manual de utilização do Pré-Processador de EnergyPlus
1. Converter a geometria do edifício elaborada num programa compatível com o EnergyPlus. Caso
utilize o DesignBuilder ver passos a seguir no Anexo C do presente trabalho;
2. Abrir ficheiro MS Excel “EplusConverter.xlsm”;
2.1. Clicar no botão “Procurar Ficheiro Geometria (.IDF) ”;
2.1.1.Abre uma janela de pesquisa. Procurar e abrir o ficheiro “.IDF” gerado no ponto 1;
2.2. Clicar no botão “Procurar Ficheiro Equipamentos (.xlsm)”;
Nota: O objetivo deste botão é encontrar o ficheiro em Ms Excel elaborado pela equipa de
auditoria (AUDIST), caso esteja a fazer a conversão de um edifício do Campus do IST, ou
então o ficheiro criado pelo utilizador com as propriedades de cada espaço no formato
utilizado no AUDIST.
2.2.1.Abrir ficheiro com os objetos de caracterização do edifício. (É obrigatório utilizar o
formato do AUDIST);
2.3. Na barra “Escolher Dados a Converter” escolher uma das opções da lista;
2.3.1.Todos os Equipamentos
2.3.2.Informática
2.3.3.EPI
2.3.4.Catering
2.3.5.Sistemas AVAC
2.4. Clicar no botão “Gerar Ficheiro Final do Edificio”;
2.5. Guardar o ficheiro com um nome sugestivo e abrir com o EnergyPlus;
3. Confirmar no EnergyPlus se não há nenhum erro (Aparece sublinhado a amarelo);
4. Correr simulação e analisar resultados.
xxi