Guia técnico para a implementação da EPBD aprovada em 18 de Março de 2024

Este artigo foi originalmente publicado na edição nº 155 da Edifícios e Energia (Setembro/Outubro 2024).

(Este artigo faz parte do REHVA Journal 02/2024: https://www.rehva.eu/rehva-journal/chapter/technical-guidance-for-epbd-implementation-task-force-march-18th-2024)

Autores do artigo:

Grupo de Trabalho da Comissão de Tecnologia e Investigação*, REHVA
* Lista de membros que elaboraram o Guia de Implementação da EPBD:

Jarek Kurnitski (presidente), Tallinn University of Technology, Estónia; Jaap Hogeling (co-presidente), EPB Center, Países Baixos; Livio
Mazarella, Politecnico di Milano, Itália; Johann Zirngibl, EPB Center, Alemanha; Dick van Dijk, EPB Center, Países Baixos; Tomasz Cholewa,
Lublin University of Technology, Polónia; Olli Seppänen, FINVAC, Finlândia; Pedro Vicente, UNIVERSITAS Miguel Hernández, Espanha;
Igor Sikonczyk, EUROVENT; Martin Thalfeldt, Tallinn University of Technology, Estónia; Ongun Berk Kazanci, Technical University
of Denmark, Dinamarca; Jun Shinoda, Technical University of Denmark, Dinamarca; Francesca R. d’Ambrosio, AiCARR, Itália; Gyuyoung
Yoon, Nagoya University, Japão; Masaya Okumiya, Nagoya University, Japão; Makiko Ukai, Nagoya University, Japão.

 

O indicador de energia primária (PE) é o principal indicador de desempenho energético (EP) na Directiva do Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD), sendo usado para definir requisitos mínimos e, na maioria dos certificados de desempenho energético, a escala de classificação energética. A revisão da EPBD proporcionou algumas alterações importantes no cálculo do desempenho energético com impacto tanto nos indicadores para edifícios com emissões nulas (ZEB) e edifícios com necessidades quase nulas de energia (NZEB), como nas classes dos certificados energéticos.

Este documento explica os princípios da EPBD e fornece exemplos de cálculos de energia e de produção de emissões operacionais de gases com efeito de estufa (kg CO2 eq/(m2.ano)) para um NZEB de referência situado em três climas europeus distintos. Enquanto muitos artigos sobre a EPBD empregam uma terminologia vaga de energia primária, a energia primária total é especificada para indicar o nível de desempenho energético para os ZEB, com factores de energia primária (PEF) delineados para energias não renováveis, energia primária renovável e energia total.

Este documento clarifica a metodologia recomendada para o cálculo dos limiares de energia primária e de produção de emissões operacionais de gases com efeito de estufa para facilitar a implementação harmonizada a nível nacional.

RESUMO DAS PRINCIPAIS ORIENTAÇÕES PARA O CÁLCULO DA ENERGIA PRIMÁRIA

A EPBD segue o princípio de eficiência [energética] em primeiro lugar, o que significa que a energia primária total, incluindo tanto a energia primária renovável como a energia primária não renovável, deve ser minimizada. A transição para a energia primária total e as emissões operacionais de gases de efeito estufa é claramente expressa para os ZEB, enquanto para os certificados de desempenho energético há mais liberdade.

Nos edifícios, o cálculo da energia primária total pode ser um desafio devido à utilização de energia ambiente disponível gratuitamente no local por tecnologias como bombas de calor, bem como à utilização de radiação solar no local por colectores solares ou painéis fotovoltaicos, que podem não ser totalmente contabilizadas. A aplicação da EPBD de acordo com o princípio da eficiência em primeiro lugar envolve, inicialmente, a redução do consumo de energia através de medidas de eficiência energética e, posteriormente, o recurso a fontes de energia renováveis para cobrir o consumo restante. O presente documento analisa a forma como este princípio fundamental pode ser aplicado nos cálculos energéticos e no estabelecimento de indicadores relevantes de energia primária.

De acordo com as definições da EPBD, a energia primária total deve ser calculada a partir da energia fornecida, a qual se refere à energia fornecida através da fronteira de avaliação. No entanto, a EPBD não define explicitamente as fronteiras de avaliação, conduzindo a várias opções e interpretações no que diz respeito ao cálculo da energia primária nas implementações nacionais.

Neste documento, propõe-se calcular os valores de EP com base na energia primária total e no CO2 operacional da energia fornecida no local. Esta abordagem garante que a electricidade renovável produzida e consumida no local e a energia ambiente não aumentam o valor do EP, uma vez que não são tratadas como energia fornecida. Consequentemente, o cálculo baseia-se nos mesmos fluxos de energia para a energia primária não renovável, a energia primária total e o CO2 operacional, embora com factores diferentes. Este princípio está alinhado com a lógica da EPBD de reduzir o consumo de energia e aumentar a utilização de energia proveniente de fontes renováveis, nomeadamente através de instalações de energia solar e bombas de calor.

São propostas duas opções de fronteiras de avaliação, como ilustrado nas Figuras 1 e 2, seguindo as fronteiras de avaliação de edifícios da norma EN ISO 52000-1. Estas opções são complementadas com uma matriz de exclusão ou com uma fronteira do local de construção para o cálculo da energia primária, ambas conduzindo ao mesmo resultado. A energia ambiente e a energia renovável gerada no local não são adicionadas ao indicador de energia primária total, pois o objectivo é minimizar a energia primária total e o CO2 operacional das redes de energia. Além de descrever o procedimento de cálculo da energia primária e do CO2 operacional, este documento discute os requisitos dos
ZEB, os limiares de energia e de CO2 operacionais e a cobertura da energia primária total numa base anual com energia renovável e isenta de carbono. São fornecidos exemplos de cálculo para um edifício de referência NZEB para três climas europeus.

1. INTRODUÇÃO

Por princípio, a EPBD segue o mesmo quadro de definições de energia utilizado em directivas como a da Eficiência Energética (EED) e a das Energias Renováveis (RED), com o objectivo comum de reduzir a utilização de energia primária total e incentivar o uso de fontes de energia renováveis. No entanto, a aplicação da EPBD no contexto dos edifícios apresenta desafios, particularmente no que diz respeito à utilização de energia ambiente disponível gratuitamente no local para tecnologias como bombas de calor e painéis solares. Isso aumenta a importância de aderir ao princípio delineado na EPBD, eficiência [energética] em primeiro lugar, que, antes do recurso a fontes de energia renováveis, prioriza a redução do consumo de energia.

A aplicação deste princípio nos cálculos energéticos e o estabelecimento de indicadores pertinentes de energia primária exigem uma examinação exaustiva das fronteiras de avaliação da EPBD e das principais definições, tendo simultaneamente em conta as implicações do princípio para a contabilização dos efeitos positivos das energias renováveis. Por exemplo, para determinar se a energia fotovoltaica no local deve ser considerada energia fornecida e se a energia ambiente deve ser incluída no indicador de energia primária total ou excluída dele, é necessária uma análise cuidadosa. Do mesmo modo, é crucial ter em conta a electricidade fotovoltaica utilizada em autoconsumo e a exportada quando se calculam os indicadores de energia primária total ou não renovável.

Além disso, ainda que a EPBD introduza novos requisitos para abranger a energia primária total dos ZEB com energia renovável ou isenta de carbono, bem como o aquecimento/arrefecimento urbano, o cálculo desses requisitos justifica uma análise. Adicionalmente, embora o indicador de energia primária seja complementado com um indicador de CO2 operacional, é essencial notar que o cálculo da energia permanece fundamentalmente o mesmo; apenas são aplicados diferentes factores para calcular a energia primária e as emissões operacionais de CO2 a partir dos valores da energia fornecida. A introdução do indicador de CO2 operacional serve como uma nova métrica a ser usada juntamente com o indicador de energia primária total para ZEB, enquanto outros requisitos mínimos e a classe energética do certificado de desempenho energético continuarão a ser baseados em termos de energia primária.

2. REQUISITOS DOS ZEB NA EPBD

Os ZEB são definidos nos artigos 2.º, 7.º e 11.º da EPBD. Os requisitos destes edifícios incluem, conforme estabelecido no artigo 11.º, [o seguinte]:

• Os ZEB não podem gerar quaisquer emissões de carbono provenientes de combustíveis fósseis no local (artigo 11.º, n.º 1).

• O limiar máximo para a procura energética de um ZEB deve ser fixado com vista a atingir, pelo menos, os níveis óptimos de rentabilidade (n.º 2). O limiar máximo para a procura de energia de um ZEB deve ser, pelo menos, 10 % inferior ao limiar para a utilização total de energia primária estabelecido para NZEB (n.º 3).

• Deve ser fixado um limiar máximo para as emissões operacionais de gases com efeito de estufa de um ZEB (n.º 5).

• A utilização total anual de energia primária de um ZEB novo ou renovado deve ser abrangida, sempre que tal seja técnica e economicamente viável, por (n.º 7):

(a)energia proveniente de fontes renováveis produzida no local ou nas proximidades, que preencha os critérios estabelecidos no artigo 7.º da Directiva (UE) 2018/2001 (RED);

(b) energia proveniente de fontes renováveis fornecida por uma comunidade de energias renováveis na acepção do artigo 22.º da Directiva (UE) 2018/2001 (RED);

(c) energia proveniente de um sistema de aquecimento e arrefecimento urbano eficiente, em conformidade com o artigo 26.º, n.º 1, da Directiva (UE) 2023/1791 (EED);

(d) energia proveniente de fontes isentas de carbono.

• O ZEB deve oferecer a capacidade de reagir a sinais externos e adaptar a sua utilização, a sua transformação ou o seu armazenamento de energia, sempre que económica e tecnicamente viável (n.º 1).

A EPBD não define explicitamente um limiar para a procura de energia, uma vez que define “necessidades energéticas” e “utilização de energia/consumo de energia”, mas não “procura de energia”. No entanto, estipula que esse limiar deve ser, pelo menos, 10 % inferior ao limiar de energia primária total para os NZEB. Este requisito permite ter em conta diferentes indicadores energéticos, para além da energia primária total, em comparação com a energia primária total dos NZEB.

Ademais, a EPBD, embora não seja clara quanto à especificação dos limiares da procura de energia, impõe claramente o cálculo da utilização anual total de energia primária para os ZEB. A análise subsequente investiga a forma como o cálculo da energia primária total é especificado na EPBD.

3. CÁLCULO DA ENERGIA PRIMÁRIA TOTAL NA EPBD REVISTA

A EPBD inclui as principais definições e os princípios para se estabelecer uma fronteira de avaliação e se calcular a energia primária. As seguintes definições do artigo 2.º constituem o ponto de partida para o cálculo do indicador de energia primária na EPBD:

• Fronteira de avaliação (definição n.º 53), a fronteira em que a energia fornecida e a exportada são mensuradas ou calculadas [1];

• Utilização de energia (n.º 58), o input de energia num sistema técnico do edifício a prestar um serviço de desempenho energético destinado a satisfazer uma necessidade energética;

• Energia fornecida (n.º 62), a energia, expressa por vector energético, fornecida aos sistemas técnicos dos edifícios através da fronteira de avaliação para satisfazer as utilizações consideradas ou para produzir a energia exportada;

• Energia exportada (n.º 63), a proporção de energia renovável que é exportada para a rede de energia em vez de ser utilizada no local para utilização própria ou para outras utilizações no local, expressa por vector de energia e por factor de energia primária.

Algumas definições mais fundamentais em matéria de energia são [as seguintes]:

• Energia primária (definição n.º 9, EPBD), a energia proveniente de fontes renováveis e não renováveis que não tenha sido submetida a qualquer processo de conversão ou transformação;

• Energia proveniente de fontes renováveis (n.º 14, EPBD), a energia proveniente de fontes renováveis não fósseis, nomeadamente a energia eólica, solar (solar térmica e solar fotovoltaica) e geotérmica, a energia osmótica, a energia ambiente, a energia das marés, das ondas e outras energias oceânicas, a energia hidroeléctrica, a biomassa, os gases dos aterros, os gases das instalações de tratamento de águas residuais e o biogás [2];

• Consumo de energia primária (n.º 4, EED), a energia bruta disponível, excluindo bancas marítimas internacionais, o consumo final não energético e a energia ambiente;

• Energia ambiente (n.º 2, RED), a energia térmica natural e a energia acumulada no ambiente com fronteiras apertadas, que podem ser armazenadas no ar ambiente, excluindo o ar de exaustão, ou nas águas superficiais ou residuais;

Nas definições da EPBD a propósito do factor de energia primária (artigos 2.º, 11.º a 13.º), afirma-se que a energia primária é calculada multiplicando a energia fornecida pelo factor de energia primária. Por conseguinte, de acordo com a definição n.º 62, os fluxos de energia a considerar no cálculo do indicador de PE são os fornecidos através da fronteira de avaliação. Se a fronteira de avaliação for fixada de modo a que a energia ambiente e a energia fotovoltaica no local não sejam fornecidas através da fronteira de avaliação, estas energias não devem ser consideradas no cálculo do indicador de PE.

No entanto, uma fronteira de avaliação de edifícios comum, presente na norma EN ISO 52000-1, é especificada de maneira a que tanto a energia ambiente como a energia solar fotovoltaica e a energia solar térmica sejam fornecidas através da fronteira de avaliação, devendo, por conseguinte, ser adicionadas à energia primária, o que aumentará o indicador de energia primária total (valor EP).

Existem duas opções para evitar que a energia ambiente e a solar (promovida na EPBD) façam aumentar o valor do indicador EP. Ambas, descritas nas secções 3.1 Fronteira de avaliação dos edifícios e especificação dos fluxos de energia e 3.2 Fronteira do local de construção, estão em consonância com a proposta ZEB de balanço zero do Joint Research Centre (JRC, 2023) relativa à energia primária e às emissões de CO2 ao longo de um ano, bem como com a EED, que exclui a energia ambiente na definição de energia primária.

3.1 FRONTEIRA DE AVALIAÇÃO DOS EDIFÍCIOS E ESPECIFICAÇÃO DOS FLUXOS DE ENERGIA

Uma fronteira de avaliação apresentada na Figura 1 separa a utilização de energia (lado da procura) do fornecimento de energia produzida localmente, do fornecimento de energia proveniente de zonas próximas e distantes e dos vectores de energia exportada. O autoconsumo de electricidade renovável produzida localmente cobre uma parte da utilização de energia e, por isso, reduz a quantidade de electricidade fornecida pela rede. A electricidade renovável produzida nas proximidades e a gerada na comunidade dependem de disposições técnicas e contratuais, mas no cálculo energético podem ser tratadas como vectores de energia fornecida, distinguindo-se da electricidade da rede com diferentes PEF. Os combustíveis, tanto renováveis como não renováveis, são tratados como energia fornecida com PEF relevante.

A energia primária total, tal como definida na norma EN ISO 52000-1, é calculada da seguinte forma:

Na norma EN ISO 52000-1, o factor kexp 0 ou 1 é definido para excluir ou incluir a energia exportada. Muitas vezes, kexp=0 é usado para evitar a sobrestimação do seu impacto, resultando na energia primária total dada pela seguinte equação:

Se, por outro lado, se considerar a energia exportada, um cálculo anual vai tender a sobrestimar o impacto das energias renováveis no local devido ao excedente e ao baixo consumo no período do Verão. Para ser correcto, este cálculo deve ser realizado numa base horária com um PEF horário em vez de um PEF anual. O indicador de energia primária total é calculado dividindo a energia primária total pela área útil:

em que

EPtot é o indicador de energia primária total [kWh/ (m2 a)];

Ep,tot é a energia primária total (kWh/a);

Edel,i é a energia fornecida (kWh/a) para o vector de energia i;

Eexp,i é a energia exportada (kWh/a) para o vector de energia i;

fdel,tot,i é o factor de energia primária total (-) para o vector de energia fornecida i;

fexp,tot,i é o factor de energia primária total (-) da energia fornecida compensada pela energia exportada para o vector de energia i;

Anet é a área útil de pavimento (m2).

No cálculo das emissões operacionais de gases com efeito de estufa, de forma semelhante, o factor kexp igualado a 0 ou 1 é utilizado para excluir ou incluir a energia exportada. As emissões operacionais de gases com efeito de estufa são calculadas a partir da energia fornecida e exportada do seguinte modo:

em que

EPCO2 é o indicador de emissões operacionais de gases com efeito de estufa [gCO2/(m2 a)];

mCO2 é a emissão operacional de gases com efeito de estufa (gCO2/a);

Kdel,i é o coeficiente de CO2 (gCO2/kWh) para o vector de energia fornecido i;

Kexp,i é o coeficiente de CO2 (gCO2/kWh) para o vector de energia exportada i.

Para o cálculo do indicador de energia primária total, a fronteira de avaliação representada na Figura 1 carece da indicação do multiplicador (1 ou 0) para especificar quais os fluxos de energia transversais à fronteira de avaliação que serão (1) ou não serão (0) considerados – ver Tabela 1. Um método alternativo para especificar os fluxos de energia incluídos consiste em utilizar a fronteira do local de construção em vez da Tabela 1, como se indica na secção 3.2 Fronteira do local de construção.

3.2 FRONTEIRA DO LOCAL DE CONSTRUÇÃO

A fronteira do local de construção, delineada pela fronteira do edifício conforme a linha tracejada ilustrada na Figura 2, serve como um meio para diferenciar os fluxos de energia fornecida e os de energia exportada através da fronteira. A utilização de energia é calculada usando a fronteira de avaliação descrita na EN ISO 52000-1, mas para o cálculo do indicador de energia primária é utilizada a fronteira do local de construção.

Dentro desta fronteira, as energias renováveis no local, a energia ambiente e a energia geotérmica são englobadas e, portanto, não são fornecidas através da fronteira de avaliação. Por conseguinte, não são contabilizadas no indicador de energia primária.

O posicionamento da fronteira do local de construção na Figura 2 está alinhado com a localização típica dos principais contadores de energia e pontos de ligação, garantindo a plena conformidade com a definição de fronteira de avaliação da EPBD, no artigo 2.º, n.º 53. É de notar que a figura não indica a localização dos contadores de energia para a electricidade renovável produzida na proximidade ou na comunidade devido a diferentes disposições técnicas e contratuais, resultando em várias opções possíveis. Nos cálculos energéticos, a electricidade renovável gerada nas proximidades ou na comunidade é tratada como energia fornecida, mas distingue-se da electricidade da rede, que utiliza diferentes PEF.

Com a fronteira do local de construção indicada na Figura 2, o indicador de energia primária total é calculado a partir da energia fornecida ao local, ou seja, a partir da energia fornecida com origem próxima e distante. Incluindo os dados do edifício multifamiliar modelo e dos PEF introduzidos na secção 5. Edifício modelo, factores de energia primária e coeficientes de CO2 para calcular indicadores de EP, a Figura 3 exemplifica o cálculo do indicador de energia primária total. O cálculo do CO2 operacional utiliza exactamente os mesmos fluxos de energia fornecida. Por conseguinte, para o indicador de energia primária total, o indicador de energia primária não renovável (não apresentado na Figura 3) e o cálculo de CO2 operacional, a única diferença reside nos PEF e nos coeficientes de CO2.

No que diz respeito ao cálculo energético, é necessário calcular o consumo e a produção de energia a nível horário para conhecer o autoconsumo fotovoltaico, a utilização da energia fotovoltaica para outros usos no local e a electricidade exportada. O cálculo da energia horária é mencionado no Anexo I da EPBD, mas o cálculo mensal também é aceite. Um exemplo de cálculo semelhante ao da Figura 3 é fornecido nos casos de estudo do relatório sobre os ZEB do JRC (2023). Não existe uma definição exacta para a fronteira de avaliação no relatório do JRC, mas os resultados dos casos de estudo permitem verificar que foi utilizada a mesma fronteira de avaliação.

Note-se que a PE total não é capaz de distinguir a utilização de combustíveis fósseis e de energia de fontes renováveis, incluindo os biocombustíveis (todos têm um PEF total de cerca de 1,0). De acordo com o artigo 11.º da EPBD, o requisito de “procura de energia” do ZEB é o “limiar máximo estabelecido a nível dos Estados-Membros”. Neste caso, cada Estado-Membro tem a liberdade de definir o ZEB seguindo os princípios da optimização dos custos e do Anexo I da EPBD (referidos na definição do artigo 2.º do ZEB). Segundo o Anexo I, deverá ser utilizado “um indicador numérico da utilização de energia primária” e “o cálculo da energia primária basear-se-á em PEF (distinguindo factores não renováveis, renováveis e totais) ou em factores de ponderação”. O mesmo documento exige, igualmente, que se reconheçam os benefícios do aquecimento e arrefecimento urbanos e a influência positiva das energias renováveis, que é possível com o indicador de PE não renovável, mas alvo de negligência pelo indicador de PE total. No entanto, os requisitos n.º 1 e n.º 7 dos ZEB asseguram que estes benefícios sejam reconhecidos.

4. CÁLCULO DO REQUISITO ZEB DE COBERTURA DA UTILIZAÇÃO ANUAL DE ENERGIA PRIMÁRIA TOTAL

Embora o indicador de energia primária total seja calculado como indicado nas secções 3.1 Fronteira de avaliação dos edifícios e especificação dos fluxos de energia e 3.2 Fronteira do local de construção, é possível verificar de que forma é que este é abrangido pelo requisito dos ZEB presente no n.º 7 do artigo 11.º.

De acordo com este requisito, a utilização anual de energia primária total deve ser coberta por energias renováveis produzidas no local, nas proximidades ou produzidas em comunidades de energias renováveis, tal como definido na RED, pela energia proveniente de sistemas de aquecimento e arrefecimento urbanos eficientes, tal como definido na EED, e pela energia proveniente de fontes isentas de carbono (electricidade da rede nuclear e da rede renovável). Isto significa que, anualmente, a soma das energias renováveis do local, das proximidades e da comunidade, do aquecimento e arrefecimento urbanos eficientes e da fracção isenta de carbono da electricidade da rede deve ser igual ou superior à energia primária total. As energias renováveis, tal como definidas na RED, incluem a energia ambiente (calor captado do ambiente por bombas de calor) se o factor de desempenho sazonal de uma bomba de calor for >2,4 [3].

Um exemplo de cálculo é ilustrado na Tabela 2 para o edifício multifamiliar modelo. Como este requisito é definido com uma base anual, toda a produção fotovoltaica é considerada.

É bem visível que a concretização do requisito de cobertura é mais difícil para o clima nórdico, porque, no caso de um sistema fotovoltaico mais pequeno, o aquecimento urbano não conseguiria satisfazer este requisito. No entanto, no caso de diminuição dos PEF no futuro, é provável que este requisito seja automaticamente satisfeito se forem aplicados limiares óptimos de rentabilidade ao indicador de energia primária total, pelo que o requisito serve mais como uma lista de verificação que indica quais as fontes de energia que devem ser utilizadas no ZEB. Com uma caldeira a gás, que foi incluída para fins ilustrativos, o requisito, evidentemente, não é cumprido.

A cláusula 22 do texto de justificação da EPBD (antes dos artigos) explica que “existem diferentes opções para satisfazer as necessidades energéticas de um edifício com emissões nulas: energia gerada no local ou nas proximidades cuja fonte é renovável, por exemplo, energia solar térmica, energia geotérmica, energia solar fotovoltaica, bombas de calor, energia hidroeléctrica e biomassa, energia renovável fornecida por comunidades de energia renovável, redes urbanas de aquecimento e arrefecimento eficientes, e energia de outras fontes isentas de carbono. A energia proveniente da combustão de combustíveis renováveis é considerada energia proveniente de fontes renováveis produzida no local sempre que a combustão do combustível renovável ocorra no local”. Portanto, a combustão de biocombustíveis está incluída na cobertura da energia primária total anual. Note-se que, no cálculo da energia primária total para o limiar máximo dos ZEB, como indicado nas Figuras 1 e 2, os combustíveis renováveis são calculados com PEF relevantes.

5. EDIFÍCIO MODELO, FACTORES DE ENERGIA PRIMÁRIA E COEFICIENTES DE CO2 PARA CALCULAR INDICADORES DE EP

Um edifício multifamiliar moderno, apresentado na Figura 4 e projectado para corresponder aos actuais requisitos para os NZEB, foi utilizado para a realização de cálculos-exemplo para três climas europeus. Os principais dados do edifício modelo são os seguintes:

• Três andares, 12 apartamentos, 1 120 m2 de área aquecida;

• Ventilação com recuperação de calor;

• Sistema fotovoltaico de 30 kW;

• Sistema de arrefecimento;

• Bomba de calor ar-água, aquecimento urbano eficaz (50 % renováveis) ou caldeira a gás para aquecimento.

O edifício modelo está bem isolado para que os valores de U dependam da zona climática, como mostra a Tabela 3. A descrição mais detalhada do edifício é relatada em Võsa et al. (2023).

As necessidades de energia simuladas por hora, a utilização de energia com as fontes de aquecimento estudadas e a produção fotovoltaica são apresentadas na Tabela 4. As simulações energéticas foram realizadas com uma ferramenta de simulação comercial que permite incluir uma bomba de calor, energia fotovoltaica e outros sistemas técnicos num modelo de simulação de todo o edifício multizona (Võsa et al., 2023). A título ilustrativo, foi aplicada a mesma eficiência da caldeira à caldeira urbana de calor e gás, pelo que, nestes casos, os dados relativos à utilização de energia são idênticos e as diferenças são exclusivamente causadas por PEF.

Os PEF são seleccionados de modo a representarem o factor de energia primária médio da União Europeia para a electricidade em 2024 e a cumprir o requisito mínimo de 50 % de fontes de energia renováveis na produção eficiente de calor urbano – ver Tabela 5.

Para a electricidade, o PEF total = 1,9 é relatado em Trinomics (2022). Assumimos 6 % de perdas de transmissão, 50 % de quota renovável na geração e 38 % de eficiência média de produção noutras produções energéticas que não as renováveis para estimar o PEF não renovável. Estes pressupostos permitem calcular o PEF aproximado para a electricidade da seguinte forma:

• PEF total = 0,5 × (1/0,94) + 0,5 × (1/0,94/0,38) = 1,9

• PEF não renovável = 0,5 × (1/0,94/0,38) = 1,4

• PEF renovável 1,9 – 1,4 = 0,5

Para um aquecimento urbano eficiente, assumimos uma quota de 50 % de energias renováveis, 90% de eficiência de produção e 8 % de perdas na rede:

• PEF total = 1/0,92/0,9 = 1,2

• PEF não renovável (factor zero para as energias renováveis) 0,5 × (1/0,92/0,9) = 0,6

• PEF renovável 1,2 – 0,6 = 0,6

Para o coeficiente de CO2 da electricidade da rede é utilizado o valor médio da União Europeia de 2022 (Agência Europeia do Ambiente, 2023). O coeficiente de CO2 para o aquecimento urbano eficiente é calculado a partir do valor do gás natural com os mesmos pressupostos utilizados no caso de PEF. Parte-se do princípio de que os combustíveis renováveis não têm emissões operacionais de CO2.

6. COMPARAÇÃO COM AS ABORDAGENS ACTUAIS NOS ESTADOS-MEMBROS PARA CALCULAR O INDICADOR DE PE

Para ilustrar as diferenças que as abordagens de cálculo actualmente em uso nos Estados-Membros (EM) podem causar, são calculados indicadores de energia primária, não renovável e total, para o edifício multifamiliar modelo. São utilizados os componentes do balanço energético indicados na Tabela 4 e os PEF na Tabela 5. O balanço energético entre a utilização de energia e os vectores de energia fornecidos para a zona climática continental/ oceânica é ilustrado na Figura 5, que é usada para explicar, passo-a-passo, o cálculo dos indicadores de energia primária com algumas das abordagens usadas.

Uma vez que muitos EM incluem utilizações fora do âmbito da EPBD (iluminação e aparelhos) no cálculo do indicador de energia primária, a utilização de energia e a electricidade da rede fornecida a estes serviços não regulados pela EPBD são apresentadas entre parênteses no balanço energético presente na Figura 5. Esta figura sumariza a utilização de energia (entrada de energia num sistema técnico do edifício), a produção de electricidade no local e a energia fornecida/exportada, sem fornecer qualquer definição de fronteiras de avaliação. Por conseguinte, qualquer EM pode aplicar fronteiras de avaliação e regras de cálculo nacionais a este exemplo e calcular o indicador de energia primária de modo a compará-lo com os resultados apresentados a seguir.

Existem duas a três abordagens comuns para calcular o indicador de energia primária (valor EP). Com base nos regulamentos nacionais, pode estimar-se que cerca de dois terços dos EM consideram apenas o autoconsumo da energia fotovoltaica e o consumo noutras utilizações no local. Cerca de um terço dos EM também incorporam a energia exportada, o que pode resultar em valores negativos de EP. No primeiro grupo (dois terços), a maioria dos EM inclui no cálculo serviços abrangidos pela EPBD e serviços fora do âmbito da EPBD. No segundo grupo (um terço), apenas as utilizações inscritas na EPBD são normalmente incluídas. Por conseguinte, é possível identificar pelo menos três abordagens habituais para calcular os indicadores de PE. Alguns EM realizam este cálculo com PEF não renovável e outros com PEF total, mas aqui aplicamos o PEF total para a electricidade que utilizámos na Tabela 5. Com os valores da bomba de calor ar-água apresentados na Figura 5, o resultado do cálculo dos indicadores EPtot é o seguinte:

1. Autoconsumo da energia fotovoltaica e utilizada noutras utilizações no local, incluindo serviços dentro e fora do âmbito da EPBD (utilizados pelo menos por oito EM)

EPtot = (20 – 5,6) × 1,9+(21,9 – 6,6) × 1,9 = 56,2 kWh/(m2.a)

2. Autoconsumo fotovoltaico e serviços englobados na EPBD (utilizados pelo menos por cinco EM, correspondendo à proposta da secção 3)

EPtot = (20 – 5,6) × 1,9 = 27,3 kWh/(m2.a)

3. Exportação fotovoltaica (produção total) e serviços regulados pela EPBD (utilizados pelo menos por sete EM)

EPtot = (20 – 22,8) × 1,9 = –5,4 kWh/(m2.a)

Em alguns EM, existem fronteiras para a contabilização da contribuição máxima das energias renováveis ou para o cumprimento de outro requisito de energia primária sem considerar a produção fotovoltaica no local. Em muitos casos, essas fronteiras que garantam a eficiência energética não existem, e, se a electricidade exportada fosse contabilizada, eram alcançados valores de EP negativos.

Os cálculos de EP com estes três métodos estão resumidos nas Tabelas 6 e 7, onde também são incluídos os casos de aquecimento urbano e de gás natural, e o cálculo é realizado com o PEF total e não renovável e com os coeficientes de CO2. Se forem utilizados PEF não renováveis, EP representa um indicador de energia primária não renovável e o cálculo está em conformidade com a metodologia definida na norma geral do EPB EN ISO 52000-1:2017. No entanto, com o PEF total, o cálculo realizado não representa o cálculo da energia primária total na acepção da norma geral, uma vez que a electricidade fotovoltaica e o calor ambiente de uma bomba de calor não estão incluídos no valor de EP. Neste caso, o cálculo da energia primária total é concluído para o cálculo do indicador apenas da energia fornecida ao local, ou seja, da energia importada/adquirida, o que está em conformidade com as definições e os princípios da EPBD, conforme discutido na secção 3. Cálculo da energia primária total na EPBD revista. As emissões operacionais de gases com efeito de estufa também são calculadas a partir da energia fornecida ao local – neste caso, a energia fotovoltaica e o calor ambiente não são um problema, porque estes não causam CO2 operacional.

Os resultados das Tabelas 6 e 7 mostram que os valores de EP dependem fortemente da abordagem de cálculo. Nos climas continental/oceânico e mediterrânico, os valores dos indicadores de EP podem ser negativos se a energia exportada (produção total) for incluída no cálculo. O clima nórdico apresenta os valores mais elevados, que permanecem todos positivos, mas diferem até um factor de 13. No caso da PE não renovável e das emissões operacionais de gases com efeito de estufa, a bomba de calor ar-água e o aquecimento urbano fornecem os valores mais baixos do indicador de EP, claramente seguidos da caldeira a gás. No caso da PE total, no entanto, a caldeira a gás proporciona melhores resultados do que o aquecimento urbano, mas é automaticamente excluída pelo requisito ZEB de não se utilizarem combustíveis fósseis no local.

7. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

A EPBD segue o princípio da eficiência em primeiro lugar, o que significa que a energia primária total, incluindo tanto a energia primária renovável como a energia primária não renovável, deve ser minimizada. No entanto, no contexto da utilização de energia em edifícios, é importante distinguir a energia ambiente e a produção de energia renovável no local, que não causam emissões operacionais de CO2, da energia fornecida ao local, que consiste em produtos energéticos finais adquiridos.

Estes produtos energéticos (electricidade da rede, combustíveis, aquecimento urbano e arrefecimento urbano), se forem parcialmente baseados em energias não renováveis, provocam emissões operacionais de CO2 que devem ser minimizadas. Uma vez que a utilização de energia renovável produzida no local reduz a quantidade de energia fornecida ao local, esta energia renovável no local não deve ser adicionada ao valor de EP. Por conseguinte, a energia renovável produzida no local não deve ser considerada um vector de energia fornecido no cálculo do indicador de EPtot.

O cálculo da energia primária não está explicitamente definido na EPBD, deixando muitas opções e margem de interpretação na aplicação a nível nacional. No presente documento, propõe-se calcular o valor de EP com base na energia primária total com uma das duas opções alternativas indicadas na secção 3. Cálculo da energia primária total na EPBD revista, que proporcionarão o mesmo resultado. Pode ser utilizada uma fronteira de avaliação do edifício como apresentada na Figura 1 com matriz de exclusão (Tabela 1) dos fluxos de energia, ou uma fronteira complementar do local como a da Figura 2 que contabilize a energia fornecida e exportada através da fronteira. Embora a Figura 1 e a Tabela 1 sigam a norma geral do EPB EN ISO 52000-1, para a EPBD revista seria mais prático utilizar a abordagem da Figura 2 com um cálculo energético simples através da fronteira. Em ambas as opções, a energia solar e a energia ambiente no local não são tidas em conta no cálculo do indicador de energia primária total, uma vez que o objectivo é calcular a energia primária total e a não renovável e o CO2 operacional dos produtos energéticos fornecidos ao local.

Para mudança dos requisitos mínimos nacionais de desempenho energético, ou seja, para se estabelecer uma escala de classificação ZEB, NZEB, renovação profunda e certificação de desempenho energético com base na energia primária total, o método proposto na secção 3. Cálculo da energia primária total na EPBD revista pode ser implementado através de três opções possíveis, descritas de seguida.

1. As energias renováveis no local (tanto a produção no local como a energia ambiente) não são consideradas energia fornecida – os PEF só serão aplicados à energia fornecida e exportada através de vectores de energia, tal como proposto na fronteira do sistema na Figura 2.

2. As energias renováveis no local são consideradas como energia fornecida, mas com um factor de energia primária não renovável nulo no que respeita às necessidades totais de energia primária, como indicado na Figura 1 e na Tabela 1.

3. O cálculo da energia primária limita-se apenas à energia final importada/adquirida.

Todas estas três opções produzem os mesmos resultados e evitam que as energias renováveis produzidas e utilizadas no local sejam adicionadas ao valor de EPtot.

Isto aplica-se a:

• produção fotovoltaica no local ou electricidade eólica que é utilizada no local (no mesmo momento ou após armazenamento no local);

• energia ambiente ou geotérmica utilizada numa bomba de calor local;

• solar térmico no local.

Caso contrário, ao calcular a energia primária total, estas tecnologias poderiam ser punidas em comparação com tecnologias alternativas, como uma caldeira convencional, porque a energia primária total, por si só, não distingue entre componentes não renováveis e renováveis. Um limiar para o EP total pode ser satisfeito utilizando uma quantidade menor de fontes de energia não renováveis em relação às renováveis. Felizmente, a exigência do ZEB de não usar combustíveis fósseis no local evita esse problema. No que diz respeito ao mercado de certificados de desempenho energético de edifícios, que actualmente se baseia principalmente no indicador de energia primária não renovável, o procedimento proposto aumenta ligeiramente os valores do certificado desempenho energético para o mesmo edifício, o que representa uma alteração muito pequena em comparação com a situação em que as energias renováveis no local serão adicionadas ao valor de EPtot.

Actualmente, os EM utilizam factores de ponderação ou PEF não renováveis ou totais. Na mudança para a energia primária total, deve notar-se que o PEF total não pode reconhecer os benefícios do aquecimento e arrefecimento urbanos e a influência positiva das energias renováveis. Um exemplo clássico de uma bomba de calor num edifício ou numa instalação de aquecimento urbano deverá conduzir ao mesmo desempenho energético se a eficiência for a mesma e não houver perdas na rede, mas tal não é o caso se forem utilizados factores totais de energia primária, que não podem, por definição, ser inferiores a um. Este problema ilustra a necessidade de um indicador de CO2 operacional, que é introduzido pela EPBD como um requisito ZEB.

 

Notas:

[1] Note-se que tal pode depender das práticas nacionais em que os contadores de energia são instalados.

[2] A definição é idêntica à da Directiva (UE) 2023/2413 (RED alterada).

[3] Note-se que, para os requisitos da EPBD presentes no artigo 11.º, n.º 2 e n.º 3, a energia ambiente não é tida em conta no indicador de energia primária total. No entanto, no requisito n.º 7 do mesmo artigo e na definição da RED para a energia proveniente de fontes renováveis, a energia ambiente é incluída na cobertura da utilização anual de energia primária total.

Referências:

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Energy Performance of Buildings Directive, https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/energy-performance-buildings-directive_en

https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/TA-9-2024-0129_EN.html

EN ISO 52000-1:2017 Energy performance of buildings, Overarching EPB assessment, Part 1: General framework and procedures

European Commission, Directorate-General for Energy, Amann, C., Torres, P., Boldizsár, G. et al., Support to primary energy factors review

(PEF) – Final report, Publications Office of the European Union, 2023, https://data.europa.eu/doi/10.2833/404077

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https://www.eea.europa.eu/en/analysis/indicators/greenhouse-gas-emission-intensity-of-1

JRC 2023, Maduta, C., Melica, G., D’agostino, D., Bertoldi, P., Defining Zero-Emission Buildings. Support for the revision of the Energy Performance of Buildings Directive, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2023, doi:10.2760/107493, JRC129612

Karl-Villem Võsa, Jarek Kurnitski, Clemens Felsmann, Andrea Meinsenbach, Michele De Carli, Massimo Tonon and Mikko Iivonen. National methods fail to calculate standardized deep renovation concepts for dwellings: Benchmarking in three EU climates. E3S Web of Conferences 396, 04014 (2023), DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202339604014

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Support to Primary Energy Factors Review (PEF), PEF Report. European Commission, DG ENER study by Trinomics, 2022

 

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