Análise técnico-económica de diferentes soluções de envidraçados na otimização térmica de edifícios

Abstract

O parque edificado português tem uma baixa eficiência térmica e, por consequência, urge a necessidade de uma análise técnica e económica exaustiva da reabilitação de qualquer componente da envolvente do edifício de maneira a melhorar a sua eficiência térmica e ener- gética. Dado que os vãos envidraçados nas paredes de fachada são um dos elementos mais penalizadores nas trocas térmicas, exigem uma análise detalhada e não uma generalização de soluções. Dito isto, a presente dissertação tem como principal objetivo apresentar e delinear uma metodologia a seguir para a escolha adequada das soluções na reabilitação dos vãos en- vidraçados. Pretende-se, assim, reduzir as necessidades de energia para climatização e os cus- tos associados à melhoria dos vãos, optando pela opção mais rentável. Desta forma, foi modelado um caso de estudo no programa EnergyPlus, onde foram si- muladas e analisadas térmica e energeticamente diferentes combinações de envidraçados, nos quais se alterou o caixilho, as películas e o gás do espaço de ar entre vidros. A modelação dos envidraçados recorreu à base de dados do programa Berkeley Lab WINDOW que originou out- puts para introduzir no EnergyPlus. As combinações que exigiram menores necessidades de energia para climatização foram posteriormente simuladas com um elemento de sombrea- mento e oclusão noturna e analisadas economicamente. A análise conjunta dos resultados, obtidos pela modelação numérica e da análise económica, permite concluir que para zonas climáticas I2 e I3, o árgon é a melhor opção para preenchimento do espaço de ar entre vidros, assim como os vidros de baixa emissividade. Com efeito a solução de envidraçado de baixa emissividade e com controlo solar permite aumentar a eficiência térmica e energética na esta- ção de aquecimento, mas pode ser prejudicial na estação de arrefecimento consoante a zona climática. Por sua vez, os vidros duplos simples apresentam maiores custos com energia para climatização, não obstante estes são vidros que podem conduzir a bons valores para o custo global quando comparados com outras soluções (vidros de controlo solar e/ou de baixa emis- sividade) com um investimento inicial substancialmente maior. Através desta metodologia, foi possível concluir que a análise térmica e energética necessita de ser complementada com uma análise económica. Da mesma forma, é fundamental considerar a relevância do uso de elementos de sombreamento e oclusão noturna e o diferente comportamento dos componen- tes dos envidraçados para os diversos climas.

The Portuguese housing stock reflects the low thermal efficiency of the buildings and, as a result, it is necessary to carry out a thorough technical and economic analysis of the reha- bilitation of any building component in order to improve efficiency. Given that the glazed openings are the most penalizing elements in thermal exchange, they require a detailed anal- ysis and not just a generalization of solutions. Therefore, the main objective of this dissertation is to present and outline a methodology to be followed for the appropriate decision of solu- tions in the rehabilitation of glazed openings. The aim is to reduce the energy requirements for air conditioning and the costs associated with improvement of the openings, by choosing for the most cost-effective option. A representative building was therefore modelled in the EnergyPlus, where different glazing combinations were simulated and thermally analysed by changing the frame, the films and the air space gas. The glazing was modelled using the Bergeley Lab WINDOW da- tabase, which produced outputs to introduce into EnergyPlus. The combinations that required the least energy for air conditioning were then simulated with a shading element and night- time closure. The joint analysis of the results obtained by numerical modelling and economic analysis seems to demonstrate that for climate zones I2 and I3, argon is the best option for filling the air space between the glasses, as well as low emissivity glazing. In fact, the low emissivity glazing solution with solar control allows to increase the thermal and energy effi- ciency in the heating season, but can be harmful in the cooling season, depending on the cli- mate zone. On the other hand, simple double glazing has higher energy costs for air condi- tioning, even though these glasses can result in good total cost values compared to other so- lutions (solar control and/or low emissivity glazing) with a much higher initial investment. Through this methodology, it was possible to conclude that the thermal and energy analysis needs to be combined with an economic analysis. Likewise, it is essential to consider the relevance of the use of shading and night-time closure elements and the different behav- iour of glazing components for projects in different climate zones.