8/9/2019 04 - Clima

1/8

1

Clima Characterization

Characterization of  clima and clima types

Variation of  temperature and humidity

Data sources for Portugal and models

ro ect con t ons an   egree‐   aysInformation included in RCCTE including 

solar radiation energy incident in surfaces

Clima Types

•   The clima may be classified in five main types:

 –  Cold weather with minimum temperatures below  ‐15oC down to  ‐40oC with large relative humidity. 

 –   Tempered with minimum temperatures down to  ‐15oC and 

higher temperatures 

8/9/2019 04 - Clima

2/8

2

Climatization Needs•   The requirements depend on the clima to achieve 

conditions within the thermal comfort zone 

Hot and Humid 

Clima ‐ Cooling and 

dehumidification

Hot and Dry Clima 

Desumidification 

(Cooling/Heating)

Moderate clima 

Heating

vapora ve 

oo ng(humidification 

with water)

Dry Clima and moderate

(Is not usually observed)

Humidification with vapour 

or with water and heating

Cold Clima Heating 

and humidification

Climatisation Requirements

•   In the occupied space in general there are humidity sources while sensible heat may be added or taken out. 

•   Therefore the air inlet has to be with lower humidity ω and higher or lower temperature to allow for the evolution in the room.

E

S

Sala (S)IF Q L Ar In‐suflado

Ar Novo

RM

8/9/2019 04 - Clima

3/8

3

Weather Stations•   In Portugal there are values of  temperature, humidity, wind 

intensity, precipitation and pressure in 112 weather stations. 

•   Information from Instituto Metereologia.

•   Radiation only available from 8 stations ?

Temperature variation•   The temperature variation along the year and the day are 

considered on dynamic model simulations (used in RSECE).

•   e programs  ave mo e s  o pro uce  e  empera ure or they can be imported from climate models (e.g. Meteonorm).

•   A very simple model consists of  a sinusoidal fit along time 

based on the minimum/maximum and when they occur (e.g.*)

106cos22)(     hT T T hT   Max Ar         6

8/9/2019 04 - Clima

4/8

4

Statistical 

Information•   IM defined averaged values since 1971 in publications:

 –    Temperaturas exteriores de projecto e números de graus‐dias (1ªEd. 89; 2ª Ed. 95)

 –    On the internet site there is information since 2003 http://www.meteo.pt/pt/

•   The values in the written publications are for: –    Maximum and minimum temperature for given probabilities of  being 

exceeded duringa given season:(summer  – 4 month)(winter  – 8 month)

 –    Temperature amplitude in the hotter days (10.5oC in Lisbon)

Probability   1 % 2.5 % 5 % 10 %Minimum temperature (oC)   4.3 5.5 6.4 7.6Maximum temperature (oC)   32.9 31.2 29.7 27.9Wet bulb T when max. TAir (

oC) 20.8 20.3 19.9 19.5Maximum wet bulb temp. (oC) 21.9 21.2 20.6 19.9

 –    GD is the sum of  the temperature deviation from a reference temperature T 

b during either winter or summer, accounting only for 

values lower or higher, respectively:

 –    Tb from 12 to 20oC (winter)

 –    Tb from 16 to 30oC (summer)

 final

initial

d 

d d h

hb   T T  MaxGD24

1   24

0;

Example for winter

Temperature extremesMaps of  minimum and maximum temperautre that are exceeded with 1% probability . For all weather stations the average and absolute 

temperature 

extremes 

are given:

Example for Lisbon (IM) Maps taken from Rogério Duarte

8/9/2019 04 - Clima

5/8

5

Temperature increase

•   In Portugal the average growth onaverage temperature is  0.0074oC/year

•   IM produces maps of  deviations from the 30 years average (Example for the maximum value ~3oC)

•   A study indicated in ASHRAE comparing the values  of  1274 weatherstations from 1977‐1986 with 1997‐2006 leads to average values:

•   The 99.6% annual dry‐bulb temperature increased 1.52°C

•   The 0.4% annual dry‐bulb increased 0.79°C•   °

IM, 2010

  .•   Heating‐degree days (base 18.3°C) decreased 

by 237°C‐days•   Cooling degree‐days (base 10°C) increased by 

136°C‐daysThis study however does not correct for the urban 

effect that increased values in some stations.

Daily changes in humidity•   Although temperature has significatively large variations during 

day, absolute humidity has small variations but it may condense in winter. 

•   For Lisbon typical values are 64 g/kg in August and 81 g/kg in January.

10

20

30

  p  e  r  a   t  u  r  a   (   º   C   )

i i

0

0 6 12 18 24

Horas

   T  e  m

  i i Abril Maio JunhoJul ho Agost o SetembroOutubro Novembro Dezembro

Hora da temperatura mínima e máxima assumidas 2/14h

8/9/2019 04 - Clima

6/8

6

Cloud formation and wind•   While direct solar radiation is easily calculated, wind, cloud 

formation and precipitation are much harder to predict.

•  

important for nebulosity and wind speed and direction. These may depend on local orography and other conditions.

 –    In general wind velocity increases with height.

 –    In urban environment the wind intensity is smaller and channelling effects can be important as well as in valleys in nature.

 –    Near sea wind is inland during day and in sea direction at night.

 –    The presence of  clouds obstruct solar radiation during day and at night avoids the heat loss from the earth to the space.

•   Statistical information has to be considered with typical values.

Regulations•   In RSECE and in HVAC project it is usual to consider a clima model.

•   In RCCTE to calculate energy consumption (but not power) the country is divided in three levels for summer/winter. (Exceptions in some zones depending on distance from coast and altitude)

Azores and Madeira are V1 and winter depend on the 

height (Z) above sea level. 

Região  Açores  Madeira 

I1  Z

8/9/2019 04 - Clima

7/8

7

Mainland PortugalCombined

 

climate 

regions 

for winter and summer Wind 

speed 

and 

intensity 

at 80m from ground level

From Quercus   From INETI

8/9/2019 04 - Clima

8/8

8

Information included and use

•   For winter the objective is to calculate the total energy needed to heat the spaces so the Degree‐Day (GD) is used based on 20oC 

demand on energy consumption (correction for both regulations) 

•   For summer the maximum temperature and temperature amplitude are used for project and of  little use to RCCTE.

•   For energy consumption the important information (assuming a regular utilization of  the spaces e.g. houses) is the average 

during cooling period taken as four month (June to September).

•   The summer regions are further divided North and South of  the Tagus river (with exceptions to be written down in RCCTE)

Incident solar radiation (kWh/m2 year)In summer the radiation energy is indicated in kWh/m2

for the intensity is 

Atenção que indica‐se ser Intensidade da radiação  Energia solar média incidente 

In winter the intensity is indicated per month and is considered for heat gains.

 

summer period (June‐Sept. 122 days)

so ar para a estação convenciona  e arre ecimento mas é a energia total incidente e ainda por cima quando se apresenta o quadro não tem unidades.

numa superfície vertical orientada 

a sul na estação de aquecimento

Gsul (kWh/m2 mês)

Regiões I1 I2 I3

Continente 108 93 90

Açores 70 50 50

Madeira 100 80 80

How to calculate radiation incident in other orientations? (Solar geometry for direct irradiation but also account to diffuse radiation and nebulosity that affects the totals.)