Aplicação de ferramenta de simulação dinâmica para o estudo das cargas térmicas e consumos energéticos de um edifício

Abstract

Esta dissertação aborda detalhadamente o comportamento térmico dos edifícios, com um foco especial na utilização de simulação dinâmica para otimizar o desempenho dos sistemas de climatização. Inicialmente o projeto é contextualizado, identificando-se a motivação que o impulsionou e definindo-se os objetivos principais a alcançar, além de se fornecer uma visão geral da organização do trabalho. São explorados os processos de transferência de calor, como condução, convecção e radiação, destacando-se a importância do coeficiente de transmissão térmica e da inércia térmica na avaliação do desempenho energético dos edifícios. Adicionalmente, são discutidos os ganhos térmicos e o conforto térmico, estabelecendo uma base teórica robusta para a aplicação da simulação dinâmica. O edifício em estudo é caracterizado de forma minuciosa, com uma análise dos seus ganhos internos e dos perfis de utilização. Este estudo é implementado utilizando o Hourly Analysis Program (HAP), um software especializado que permite efetuar o cálculo de cargas térmicas e simulações de consumos de energia detalhadas. As diferentes etapas da simulação, desde a consideração das condições climáticas até à definição dos sistemas e das propriedades da instalação, são descritas e configuradas com precisão. Estas análises proporcionam uma visão comparativa do desempenho térmico em diferentes cenários, permitindo uma avaliação precisa das necessidades de climatização. A conclusão do estudo sintetiza os principais resultados, avaliando o desenvolvimento do projeto em relação aos objetivos estabelecidos inicialmente. São discutidas as dificuldades e limitações encontradas ao longo do estudo. Este trabalho constitui uma contribuição significativa para a compreensão do comportamento térmico nos edifícios e para a aplicação da simulação dinâmica como ferramenta de otimização energética. Abstract : This dissertation provides a detailed analysis of the thermal behavior of buildings, with a particular focus on the use of dynamic simulation to optimize the performance of HVAC systems. Initially, the project is contextualized by identifying the motivation behind it and defining the main objectives to be achieved, as well as offering an overview of the structure of the work. The heat transfer processes, such as conduction, convection, and radiation, are explored, with an emphasis on the importance of thermal transmittance and thermal inertia in the evaluation of a building's energy performance. Additionally, thermal gains and thermal comfort are discussed, providing a robust theoretical foundation for the application of dynamic simulation. The building under study is meticulously characterized, with an analysis of its internal gains and usage profiles. This study is implemented using the Hourly Analysis Program (HAP), a specialized software that enables detailed thermal load calculations and energy consumption simulations. The different stages of the simulation, from consideration of climatic conditions to the definition of systems and properties of the installation, are described and configured with precision. These analyses provide a comparative view of thermal performance in different scenarios, allowing for an accurate assessment of HVAC requirements. The study’s conclusion synthesizes the main results, evaluating the project's development in relation to the initially established objectives. The difficulties and limitations encountered throughout the study are also discussed. This work represents a significant contribution to the understanding of thermal behavior in buildings and the application of dynamic simulation as an energy optimization tool.