Reabilitação energética da residência de estudantes do campus do Instituto Politécnico de Viseu

Edifícios durante sua vida útil consomem, em média, 40% dos recursos energéticos mundiais, e são responsáveis pela emissão na atmosfera de 38% do gás CO2. Esses números contribuem para problemas relacionados com a utilização desenfreada de recursos naturais e pelo aumento da temperatura média do planeta. O aquecimento de ambientes internos contribui com a maior parcela do consumo de energia em edifícios. O consumo final para essa atividade é próximo dos 60% da energia utilizada, e isso é agravado com a utilização de combustíveis fósseis. Dessa forma, a transição para uma economia mundial mais sustentável passa por políticas de melhoria no setor dos edifícios. Assim sendo, o presente trabalho consiste na aplicação do conceito de edifícios com balanço energético nulo na residência dos estudantes do Instituto Politécnico de Viseu, visando obter uma produção de energia suficiente para cobrir o gasto energético do sistema de aquecimento e arrefecimento do edifício. Com a utilização de tecnologia verde para a geração de energia, foi simulado no edifício de estudo, cenários envolvendo diferentes quantidades de painéis fotovoltaicos associados a sistemas de armazenamento de energia com diferentes capacidades, na tentativa de igualar o consumo energético do sistema com a geração de eletricidade. Inicialmente, verificou-se que o edifício possuía longos períodos de desconforto térmico durante as estações do ano, em relação a temperatura interna dos ambientes, sendo justificado um sistema para aquecimento e arrefecimento dos cômodos. Com a utilização dos softwares DesignBuilder e o EnergyPlus, foram feitas as simulações de geração de energia no edifício. Alternando entre as quantidades de painéis fotovoltaicos de 100%, 75%, 50% e 25% da ocupação da cobertura, verificou-se que as duas primeiras configurações tiveram balanços energéticos positivos e as configurações de 50% e 25% necessitaram importar energia a rede para suprir o consumo energético de aquecimento e arrefecimento do edifício. Juntamente com cada um dos cenários de geração de energia, as simulações contaram com a utilização de baterias com capacidades de 150 kWh, 680 kWh e 2040 kWh. Foi constatado que o sistema de armazenamento de energia diminui as quantidades de energia comprada da rede em horários de cheia, período onde o tarifário dos quilowatts hora é mais caro. Para a escolha a ser implantada no edifício de estudo da melhor combinação de painéis fotovoltaicos associados a uma das capacidades de baterias, foi aplicado a metodologia do Custo do Ciclo de Vida (Life Cycle Cost, LCC). Com isso, constatou-se que a configuração com 75% da cobertura ocupada por painéis fotovoltaicos juntamente com a bateria de três capacidade de 150 kWh foi a alternativa mais econômica, e teve no vigésimo primeiro ano o retorno monetário do investimento.ABSTRACT: During their lifetime, buildings consume an average of 40% of the world's energy resources and are responsible for emitting 38% of CO2 into the atmosphere. These numbers contribute to problems related to the rampant use of natural resources and the rise in the planet's average temperature. Indoor heating is the most significant contributor to energy consumption in buildings. The final consumption for this activity is around 60% of the whole energy used, aggravated by the use of fossil fuels. In this way, the transition to a more sustainable world economy involves improving policies in the buildings sector. Therefore, this present work consists of applying the concept of buildings with zero energy balance in the students' residence of the Instituto Politécnico de Viseu, aiming to obtain a production of energy sufficient to cover the energy demand of the heating and cooling system of the building. With the use of green technology for energy generation, scenarios involving different amounts of photovoltaic panels associated with energy storage systems with various capacities were simulated in the case of study in an attempt to match the energy consumption of the system with the generation of energy electricity. Initially, it was verified that the building had long periods of thermal discomfort during the seasons of the year, regarding the internal temperature of the rooms, being justified a system for heating and cooling for the building. Using DesignBuilder and EnergyPlus software, simulations of energy generation in the building were carried out. Alternating between the amounts of photovoltaic panels of 100%, 75%, 50%, and 25% of the occupancy of the coverage, it was verified that the first two configurations had a positive energy balance and the configurations of 50% and 25% needed to import energy to the grid to supply energy consumption for heating and cooling the building. Along with each of the power generation scenarios, the simulations used batteries with capacities of 150 kWh, 680 kWh, and 2040 kWh. It was found that the energy storage system reduced the amounts of energy purchased from the grid at peak times when the kilowatt-hour tariff is more expensive. To choose the best combination of photovoltaic panels associated with one of the battery capacities to be implemented in the case study, the Life Cycle Cost (LCC) methodology was applied. With this, it was found that the configuration with 75% of the coverage occupied by photovoltaic panels and the battery with a capacity of 150 kWh was the most economical alternative. In the twenty-first year, it had a monetary return on investment