Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.22/7118
Título: Impacto das medidas de conservação de energia em projeto na redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício
Autor: Ramos, Sérgio Miguel Moreira Monteiro
Orientador: Pereira, Isabel Maria Garcia Sarmento
Palavras-chave: Medidas de conservação de energia (MCE)
AVAC
Isolamento térmico
Vão envidraçado
Proteções solares
Recuperadores de calor
Variadores de velocidade
Energy conservation measures (ECM)
HVAC
Thermic isolation
Glazing
Sun protection
Heat exchangers
Variable speed drives
Data de Defesa: 2015
Resumo: O presente trabalho pretende mostrar que a aplicação de medidas de conservação de energia (MCE) pode representar uma redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício. Mais concretamente, pode representar uma redução da utilização de materiais e equipamentos, e como consequência, uma redução no esforço económico ao primeiro investimento. Podendo posteriormente representar uma redução na utilização de energia durante o período de funcionamento do edifício. A aplicação de MCE no sector da construção tem vindo a ser uma prática corrente nos novos edifícios e edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. Esta prática deve-se à obrigatoriedade de cumprimento de requisitos regulamentares aplicados à otimização do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, nomeadamente, o RCCTE e o RSECE, entretanto revogados pelo REH e pelo RECS, respetivamente. A implementação de MCE apresenta, na maioria dos casos, benefícios económicos para o promotor do edifício, uma vez que se traduz muitas vezes, na otimização do dimensionamento dos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Esta otimização permite reduzir os custos associados ao primeiro investimento, bem como na utilização de energia por parte do utilizador, logo na redução dos custos de exploração. No entanto, a falta de quantificação dos impactos do dimensionamento dos sistemas AVAC, da redução de utilização de energia e da análise do custo-benefício da sua aplicação pode condicionar o interesse na sua implementação. Neste contexto, surge a presente dissertação, por iniciativa do Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), aplicado a um caso prático de um edifício já construído e propriedade daquela empresa. Com este trabalho pretende-se avaliar o contributo efetivo das MCE implementadas na fase de projeto e na fase de construção, quer na otimização da dimensão de sistemas e equipamentos AVAC, por via da redução das necessidades energéticas, quer na redução de utilização de energia, permitindo, de seguida, uma avaliação custo-benefício.Na base do caso de estudo está o ECOTERMOLAB, o edifício acima referido, adquirido pelo ISQ para instalação de um laboratório de formação, investigação e desenvolvimento na área da energia. Após aquisição pelo ISQ, o edifício sofreu várias alterações/beneficiações, entre as quais a implementação de MCE, tais como, a aplicação de isolamento térmico na envolvente opaca (paredes, pavimentos e coberturas), duplicação dos vãos envidraçados simples, conferindo-lhes melhores caraterísticas térmicas, e pela aplicação de proteções solar. Foram ainda adotadas MCE aos sistemas AVAC, designadamente, pela adoção de recuperadores de calor nas Unidades de Tratamento de Ar Novo (UTAN’s) e de variadores de velocidade nas bombas de circulação de água e nos ventiladores de ar das UTAN’s. Pretendia o ISQ concluir se a aplicação de todas as MCE contribuiu de forma efetiva para o dimensionamento de sistemas e equipamentos AVAC de menor capacidade e, consequentemente, numa redução de utilização de energia. Em sequência, pretendia avaliar a viabilidade económica da aplicação de todas as MCE, estimando o sobrecusto inicial e o tempo necessário para o retorno financeiro daquele investimento. Para alcançar os objetivos propostos, procedeu-se à simulação energética dinâmica do ECOTERMOLAB, utilizando o programa EnergyPlus. Primeiro foi simulada uma situação base do edifício, sem quaisquer MCE. Posteriormente foi caraterizada cada uma das situações de aplicação das MCE, com o objetivo de avaliar o respetivo impacto individual na utilização de energia pelos sistemas AVAC. Por último foram assumidas todas as soluções em conjunto para avaliar o impacto final de todas as MCE na utilização de energia dos sistemas AVAC, bem como no seu dimensionamento. Das simulações dinâmicas foram obtidos os valores das necessidades de aquecimento e arrefecimento, de energia utilizada pelos sistemas AVAC e de caudais de água aquecida e arrefecida circulada. Com estes valores foi feita uma estimativa de dimensionamento dos equipamentos e componentes AVAC para as situações da aplicação de todas as MCE no ECOTERMOLAB e a sua ausência. A partir da diferença dos custos de aquisição dos respetivos equipamentos e dos valores de poupança em energia foi realizado o estudo da viabilidade económica da implementação das MCE neste edifício. Este estudo permitiu concluir que a aplicação das MCE no ECOTERMOLAB levou à redução da dimensão na generalidade dos equipamentos e componentes AVAC. Permitiu, ainda, concluir que houve uma diminuição de utilização de energia por parte destes sistemas e equipamentos para o aquecimento e arrefecimento. Conclui-se ainda que o período de retorno (Payback) do sobrecusto inicial, estimado em 37.822€ é de, aproximadamente, onze anos e meio, para um valor atual líquido (VAL) de 8.061€ e à taxa interna de rentabilidade (TIR) de 7,03%.
The present work aims to show that the application of energy conservation measures (ECM) may represent a reduction in the raw material intensity use during building construction. More specifically it may represent a reduction in the material and equipment use, and hence, a reduction in the economic effort to the first investment. Represent and thereafter an energy use reduction during the building operating period. The ECM application in the construction sector has been a practice in new buildings and in buildings undergoing major rehabilitation interventions. This practice is due to the mandatory compliance regulations requisites applied to the energy performance optimization of the buildings and their technical systems, namely, the RCCTE and the RSECE, meanwhile revoked to the REH and the RECS. In most of cases, the ECM implementation presents economic benefits to the building promoter, since it often leads to the Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) sizing systems optimization. This optimization allows reducing the cost associated to the first investment, as well as the use of energy by the building user, then a reduction in the exploration costs. However, the lack of impacts quantification of the HVAC systems sizing, the energy use reduction and the cost-benefits analysis of their application may constrain their implementation. In this context, this thesis emerges by the initiative of Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), applied to a case of a building already built and owned by that company. This work intend to evaluate the implemented ECM effective contribution in design and construction, both in the HVAC systems and equipment size optimization, through the reduction of energy needs, as well as in the energy use reduction, which allows a cost-benefit assessment. On the basis of the study case is the ECOTERMOLAB, the building referred above, acquired by the ISQ for the installation of a forming, research and development laboratory in the energy sector. After acquisition by the ISQ, the building has undergone several changes / beneficiations, including the ECM implementation, such as the thermal insulation application in opaque envelope (walls, floors and roofs), duplication of simple glazed, giving them better thermal characteristics, and the application of solar protections.ECM were also adopted to HVAC systems, in particular, by the adoption of heat recovery in the New Air Handling Units (NAHU's) and variable speed drives on water circulation pumps and air blowers of NAHU's. ISQ intended to conclude whether all ECM implementation contributed effectively to the sizing of HVAC systems and equipment of lesser capacity and consequently to energy use reduction. In sequence, they intended to evaluate the economic viability of all ECM application, by estimating the initial extra cost and the time required for the financial return from that investment. To achieve the proposed aims, a dynamic energy simulation of ECOTERMOLAB using the software EnergyPlus was performed. First it was simulated a building base situation without any ECM. Later it was characterized each situation of ECM application, in order to evaluate their individual impact in HVAC systems energy use. Ultimately all solutions were assumed together to evaluate the final impact of all ECM in HVAC systems energy use and sizing. The dynamic simulations provided the values of the heating and cooling needs, the energy used by HVAC systems and the heated and chilled water flows circulated. With these values a sizing estimate of the HVAC equipment and components was performed for the situations with all applied ECM in the ECOTERMOLAB and in their absence. From the difference between the equipment acquisition costs and energy saving values a study of the economic viability of the ECM implementation in this building was performed. This study allowed concluding that the ECM application in the ECOTERMOLAB led to size reduction in most of HVAC equipment and components. It also enables to conclude the existence of a decrease in energy use for heating and cooling by these systems and equipment’s. It is also concluded that the payback period of the initial extra cost, estimated at € 37,822 is approximately eleven and a half years, for a net present value (NPV) of € 8,061 and the internal rate of return (IRR) of 7.03%.
URI: http://hdl.handle.net/10400.22/7118
Designação: Mestrado em Engenharia Mecânica
Aparece nas colecções:ISEP - DM – Engenharia Mecânica

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