PAINEL 2. Os edifícios do futuro: projeto e inovação The buildings of the future: design and innovation

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1 PAINEL 2 Os edifícios do futuro: projeto e inovação The buildings of the future: design and innovation Coordenadora Coordinator Profa. Dra. Doris C. C. K. Kowaltowski, UNICAMP 8 e 9 de novembro de 2010 AMCHAM Business Center - São Paulo 10 de novembro de 2010 Sinduscon-SP

2 Profa. Doris Catharine Cornelie Knatz Kowaltowski, Dra. (Coordenadora) Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC/UNICAMP) Doris é professora Titular (2009) pela Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP; obteve o Doutorado (PhD) em Arquitetura pela Universidade da Califórnia em Berkeley (EUA) em 1980 e é Mestre em Arquitetura pela Universidade da Califórnia em Berkeley, Em 1969 formou-se em arquitetura pela Universidade de Melbourne (Austrália) com o diploma revalidado no Brasil em É membro da Coordenação da Área de Arquitetura e Urbanismo da FAPESP. Seus interesses de pesquisa incluem projetos específicos de habitação social e edificação escolar, metodologia de projeto e as ferramentas de apoio do processo de projeto (Avaliação Pós-ocupação - APO, Computer Aided Design - CAD e Programa de Necessidades); humanização da arquitetura e arquitetura bioclimático. É bolsista de produtividade em pesquisa 1D (CNPq).

3 Prof. Martin Fischer, PhD (Palestrante) Stanford University Martin Fischer é engenheiro civil pelo Swiss Federal Institute of Technology (Ecole Polytechnique Federale, EPFL), Lausanne, Suíça (1984), mestre em Engenharia Industrial (1987) e doutor em engenharia civil (1991) pela Stanford University, Estados Unidos. Suas pesquisas reconhecidas mundialmente no campo de modelagem 4D do ambiente construído tem sido utilizadas por organizações industriais e governamentais em todo o mundo. O Prof. Fischer já viveu, trabalhou, forneceu consultoria e ensinou na Europa, América do Sul, América do Norte e Ásia. Atualmente, dentre diversas atividades de relevo, o Prof. Fischer é Professor de Engenharia Civil e Ambiental, na Universidade de Stanford, Diretor do Center for Integrated Facility Engineering (CIFE), fellow e líder de pesquisa em Eficiência energética de edificações no Precourt Energy Efficiency Center (PEEC) daquela Universidade. Martin Fischer publicou mais de 50 artigos em periódicos indexados e mais de 200 artigos em conferências e capítulos de convidados em livros; além de ter feito mais de 20 palestras magistrais e mais de 100 apresentações convidadas.

4 Construção sustentável: Não se consegue sempre o que se quer, mas, tentando virtualmente, pode-se conseguir o que se precisa Martin Fischer RESUMO Os verdadeiros edifícios sustentáveis requerem um desempenho avançado, difícil de ser atingido com os atuais métodos, processos e organizações, uma vez que tais métodos normalmente focam em poucos objetivos de projeto específicos, em detrimento de outros. Uma performance inovadora depende da integração dos sistemas de construção e da sincronia destes sistemas com os objetivos de todos os principais atores envolvidos (do inglês, os stakeholders). As práticas atuais são muito lentas e não são transparentes o suficiente para permitirem a integração. Combinando tecnologias e processos sociais, a Construção e Projeto Virtuais, do inglês, Virtual Design and Construction (VDC), é o método chave para criar a transparência, os rápidos ciclos de projeto, e a confiança necessários para integrar as equipes de projeto, seus processos e designs de edifícios. As pesquisas e estudos relativos ao VDC aumentam sua capacidade ao criarem métodos que permitem a consideração de milhares de opções de projeto, e alavancam a coleta de milhões de dados por uma grande gama de sensores no ambiente construído. Os profissionais se beneficiam destes métodos uma vez que maximizam a influência de seu trabalho e contribuem para um ambiente construído produtivo, ambientalmente responsável, socialmente justo, ou, em suma, sustentável. DEFINIÇÃO, INTRODUÇÃO E VISÃO GERAL DO VDC Projetistas, engenheiros, construtores, operadores e gerentes de construção de instalações criam algum tipo de modelo com suas respectivas previsões para, praticamente, todas as decisões que devem ser tomadas ao longo do ciclo de vida de uma instalação. Muitas vezes, é utilizado um modelo mental, outras vezes um desenho manual ou um modelo físico, outras ainda um modelo 3D criado em computador. A cada vez mais eles utilizam informações de construções ou modelos de dados, e suas correpondentes simulações de desempenho. Considerando que a maioria das decisões que afetam uma instalação dependem do input de diversas áreas, e afetam outras diversas áreas, os profissionais devem dividir ou compartilhar estes modelos. Para dar suporte a estes processos de modelagem e tomada de decisões, o Centro de Engenharia de Instalações Integradas, na faculdade

5 de Stanford, define VDC como sendo o uso de modelos de desempenho multi-disciplinar do produto, da organização ou do processo da construção das instalações, em apoio aos objetivos de negócio. A experiência de donos de instalações bem intencionados, de equipes de projeto e construção altamente qualificadas, e as análises de instalações construídas de diferentes setores da indústria e diferentes partes do mundo, sugerem que as abordagens atuais para a finalização e operação de instalações não fornece o desempenho desejado. Basta considerar o alto impacto documentado da indústria da construção civil no consumo de energia, na emissão de gases estufa, na sua contribuição às cargas destinadas a aterros, etc. O presente trabalho, portanto, sugere que a indústria de construção abandone o atual método de projetar, construir e operar instalações, porque seria uma grande alienação esperar um desempenho diferente do que prevalece usualmente para projetos, construções e métodos de operação. ELEMENTOS-CHAVE PARA UMA ESTRATÉGIA DE PROJEÇÃO, CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO DE UM AMBIENTE CONSTRUÍDO SUSTENTÁVEL A seguir são listadas algumas das tarefas que possibilitam a formação da estratégia necessária para aumentar a possibilidade de criar instalações com desempenho avançado sempre que uma equipe projete, construa ou opere as mesmas. - Identificar e priorizar os objetivos dos atores envolvidos; - Implementar uma infra-estrutura de informação que consiga lidar com a complexidade e quantidade dos dados requeridos para uma sólida base de informações para a tomada de decisões críticas; - Desenvolver diferentes alternativas de projeto; - Coordenar o projeto, a construção ou a operação com modelos de informação de construções, modelos 3D ou 4D; - Construir, operar e desconstruir virtualmente a instalação durante o projeto; - Pré-fabricar; - Documentar a acurácia das previsões de desempenho comparadas ao real desempenho em escalas físicas, temporais e organizacionais, e explicar o por quê das discrepâncias. CONCLUSÕES O presente trabalho propõe uma nova abordagem para projetar, construir e operar instalações. É baseado em uma infraestrutura de informações mais robusta, e na cultura de colaboração em torno de objetivos de desempenho específicos, para que as equipes de projeto mantenham seu foco nas questões críticas enquanto avaliam como lidar com os detalhes. Para tornar as instalações altamente sustentáveis e sustentadas, deve ser promovido um afastamento dos métodos atuais, o que irá requerer o engajamento coletivo de proprietários, projetistas e construtores, para superar os aspectos da prática corrente que a tornam improvável de resultar em uma instalação tão boa quanto pode ser.

6 Prof. Charles Kibert, Dr (Palestrante) University of Florida Charles Kibert J. é professor na Escola de Construção Civil, na Faculdade de Projeto Construção e Planejamento, na Universidade da Flórida. Foi diretor do centro de construções e meio ambiente ( ) e da Rinker School ( ). É co fundador da Cross Creek Initiative, uma empresa sem fins lucrativos; joint venture com a universidade, que tem como objetivo implementar princípios de sustentabilidade na construção. É coordenador do grupo de trabalho internacional conhecido como Task Group 16 do CIB sobre o tema da construção sustentável. Antes de sua atual função, foi Diretor de Projeto e vice presidente no Design MMM Group International em Dublin, na Irlanda, e Frankfurt, na Alemanha.

7 Ampliando o conceito de ambiente construído com energia zero: NZ7 Charles J. Kibert RESUMO O presente artigo descreve o conceito de edifícios com energia zero - NZE (net zero energy) e como o resultado da migração para a implantação em grande escala vai forçar o ambiente construído a viver dentro do orçamento da energia fornecida pela natureza. Este tem sido um dos "Santos Graal" do forte movimento de sustentabilidade. Além disso, fornece informações sobre o crescimento da indústria fotovoltaica apoiando a implantação de edifícios NZE, e discute o estado-da-arte atual dos edifícios comerciais e residenciais com energia zero nos EUA. Finalmente, o assunto é concluído com a descrição das barreiras e problemas com o conceito NZE. A migração para edifícios NZE está sendo incorporada na estratégia energética dos EUA e a Califórnia já deliberou que os edifícios residenciais tenham energia zero até 2020 e os edifícios comerciais até 2030 (Wendt, 2008). PANORAMA Os edifícios consomem cerca de um terço da energia global e o ambiente construído continua a crescer com o aumento da população, riqueza e urbanização. De acordo com Torcellini e outros (2006), prédios comerciais e residenciais usam quase 40% da energia primária e cerca de 70% da eletricidade do total consumido nos Estados Unidos. Se as tendências atuais continuarem, os edifícios serão os grandes consumidores de energia até 2025, consumindo a energia equivalente à indústria e ao transporte juntos. O desafio é desenvolver estratégias holísticas e radicalmente novas, que possam inverter esta tendência e reduzir tanto a energia como as emissões de GEE. A esperança está nas novas estratégias de desenvolvimento de edifícios com energia zero (NZE) que, ao longo de um ano, produzem mais energia a partir de fontes renováveis do que consomem, resultando em edifícios que são energeticamente auto-suficientes. Segundo Madsen (2007), 22% dos edifícios de hoje têm o potencial para ser ZEBs (zero energy buildings). Por meio de avanços na tecnologia, um número estimado de 64% dos edifícios poderia ser ZEBs em Com a enorme quantidade de recursos que a atual administração dos EUA investiu na pesquisa e desenvolvimento do setor de construção, a idéia do edifício com energia zero está crescendo em popularidade e implementação. O CONCEITO DE ENERGIA ZERO Em geral se assume que o edifício com energia zero seja conectado a uma grelha de onde a energia flui e para onde a energia volta, ao longo de um dia típico. Em lugar de um compartimento para

8 armazenar a energia no local, esta grelha é utilizada, também, como o próprio elemento de armazenamento. DESAFIOS DOS EDIFÍCIOS NZE Para atingir este nível de desempenho energético, vários fatores são necessários, tais como: i)- o edifício deve ser projetado para consumir o mínimo possível de energia; ii)- os ocupantes devem estar dispostos a conservar energia na operação do edifício (sistema de agendamento, setpoints, manutenção, recomissionamento); iii)- deve haver um sistema de controle e feedback projetado para informar e assistir os usuários na redução do consumo energético; iv)- deve haver um espaço adequado na cobertura para instalação do sistema de energia renovável, frequentemente, um sistema fotovoltaico. AMPLIANDO A ENERGIA ZERO PARA REDE-ZERO 7 (NET-ZERO 7, NZ7) Estender esta filosofia para outros recursos é hoje um tópico de discussão em todo o mundo, devido ao sucesso no estabelecimento de metas e meios para atingi-las. Ronald Rovers (2010) discutiu esta possibilidade referindo-se a Impacto Zero, em lugar de Rede-Zero, e descreveu as várias categorias: i)- energia zero uso 0% de combustíveis fósseis e 100% de energia renovável; ii)- água zero reuso da água, tratamento como necessário, utilizando somente água da chuva; iii)- materiais zero uso de recursos renováveis, reuso de materiais; iv)- solo zero edifícios produtivos em lugar de edifícios consumistas, recuperação dos ecossistemas no entorno e na cobertura; v)- ar zero nenhum impacto no ar, sem poluição de combustão ou outros efeitos. Pode-se acrescentar o conceito de carbono zero na definição de energia zero, e também, incluir o conceito de resíduo zero, com resíduo zero na construção e previsão de resíduo zero na operação. CONCLUSÕES Estratégias e tecnologias para criar edifícios NZE, são uma resposta ao rápido aumento dos preços da energia, à elevada dependência de fontes de energia estrangeiras, e ao imperativo das mudanças climáticas. Em todas as esferas, os EUA estão adotando uma abordagem NZE para enfrentar esses desafios e proporcionar aos proprietários dos edifícios, um grau de controle e de independência energética. O desenvolvimento de tecnologias fundamentais para a sustentação de edifícios NZE avança rapidamente, nomeadamente no domínio da eficiência do painel fotovoltaico, dos eletrodomésticos, dos sistemas de monitoramento e da iluminação. O conceito pode ser aplicado não apenas aos edifícios individualmente, mas a grupos de edifícios servidos por um sistema de energia renovável. Uma limitação consiste na dificuldade de aplicar em um único prédio e, na quase impossibilidade, em edifício de andares múltiplos, por exigir disponibilidade de área substancial para o sistema fotovoltaico. Apesar disso, o conceito NZE marca uma importante mudança nos edifícios verdes de alto desempenho, que combinam extrema conservação de energia e eficiência, com sistemas de energia renovável para a produção de edifícios energeticamente auto- suficientes.

9 Prof. Norbert Lechner, Dr (Palestrante) Professor emérito da Auburn University Norbert Lechner é professor aposentado do College of Architecture, Design and Construction da Auburn University, Estados Unidos, onde ensinou por 33 (trinta e três) anos. Tem se dedicado à educação de pessoas sobre como tornar os edifícios mais eficientes energeticamente. Prof. Lechner já realizou palestras e workshops convidados em diferentes países sobre projetos adequados ao clima (solar responsive design). É autor de Heating. Cooling, lighting: sustainable design methods for architects, 3rd edition, 2009, um dos principais livros em projeto energeticamente eficiente, sendo usado por mais de 1/3 das escolas de arquitetura nos Estados Unidos, além de várias outras escolas do mundo inteiro. Este livro já foi traduzido para o chinês, indonésio, farsi (persa), espanhol e agora está sendo traduzido também para o português e coreano. O Prof. Lechner também é o inventor dos heliodons conceitualmente claros (conceptually clear heliodons), vitais para a criação de edifícios adequados ao clima. Afora suas várias participações nos Estados Unidos, o Prof. Lechner tem sido convidado para palestras ou aulas em universidades em países como Korea (2010, 2009, 2007, 2006), Reino Unido (2009, 2008), Malásia (2009), Itália (2008), China (2008, 2007), Abu Dhabi (2007), Indonésia (2007), Iran (2007), UAE (2007), Tailândia ( ) e Índia (2003).

10 O futuro da arquitetura tropical em um mundo em aquecimento Norbert Lechner RESUMO A abordagem do aquecimento global é uma prioridade para a humanidade, entretanto, falta compreensão da velocidade de seu agravamento e controle de suas consequências. Entre os vários eventos catastróficos que poderiam resultar, a elevação do nível do mar é o mais fácil de visualizar. Por exemplo, o gelo na Groenlândia e da Antártida está derretendo duas vezes mais rápido que o previsto há apenas alguns anos atrás e a taxa de derretimento está aumentando. Além do aumento acelerado do derretimento, é provável que, a partir de um determinado momento, denominado ponto de inflexão, ocorra uma deterioração repentina e rápida do clima. Embora não se possa prever o quanto o mar vai subir, sabe-se do pior caso. Se todo o gelo da Groenlândia e da Antártica derreter, os oceanos vão subir 75 metros. Muitas pessoas ao redor do mundo não estão preocupadas com a ascensão do mar como resultado do aquecimento global, por acreditarem que um grande aumento no nível do mar seja improvável. Entretanto, pela gravidade das conseqüências do aquecimento global, mesmo com uma baixa probabilidade deve-se agir para evitar uma possível catástrofe. Para minimizar as consequências do aquecimento global é preciso reduzir significativamente o uso de energia com base em combustíveis fósseis, substituindo-a por energia renovável livre de carbono e utilizando energia de maneira mais eficiente. Uma vez que a implantação de energia renovável é quase sempre mais dispendiosa que a eficiência energética, esta merece o maior destaque. A eficiência energética é especialmente apropriada em edificações, pois, atualmente, elas usam cerca de 48% de toda a energia consumida, e são muito ineficientes. Dos 48%, cerca de 8% são utilizados na sua construção e cerca de 40% são usados em sua operação. A maioria da energia operacional é usada para aquecimento, refrigeração e iluminação de edifícios, que são fortemente afetados pelo sol. Assim, um edifício sustentável de baixa energia deve também ser um edifício que seja projetado para interagir com o sol, denominado solar responsive design. Para a maioria das pessoas, a palavra "solar" geralmente significa coleta de energia solar. No entanto, isso é apenas metade da história. Solar responsive design também inclui a rejeição ao sol.

11 Por exemplo, o sombreamento é quase sempre mais rentável do que a energia fotovoltaica para o mesmo benefício. Felizmente, muitas estratégias de solar responsive design são de baixo custo, ou mesmo mais econômicas. Por exemplo, uma orientação leste-oeste, pode reduzir o aquecimento, refrigeração e iluminação em mais de 50% e reduzir o custo inicial, reduzindo o tamanho do sistema de climatização. Por outro lado, sombreamento em excesso pode resultar num aumento da iluminação elétrica. Da mesma forma, é preciso prestar atenção para atingir a qualidade de iluminação natural que evite o ofuscamento e o brilho excessivo. Para atingir estes objetivos, é indispensável um conhecimento sofisticado da geometria solar e sua relação com o edifício. Infelizmente, a geometria solar é bastante complicada, porque os ângulos do sol são uma função de três variáveis: latitude, época do ano e hora do dia. Para o auxílio ao desenvolvimento do solar responsive design, existem ferramentas chamadas Heliodons que são excelentes para superar esses desafios, simulando o efeito do sol em um edifício. Com Heliodons uma luz é dirigida a um modelo de escala de acordo com a latitude do edifício, época do ano, e o período do dia escolhido para a simulação. Assim, muitas estratégias gratuitas ou de baixo custo de solar responsive design podem ser testadas, e as escolhas das estratégias podem ser tomadas considerando questões como eficiência e custos. Inicialmente, deve-se buscar as estratégias mais econômicas, como a melhor orientação do edifício em relação ao sol, sempre que possível. Infelizmente, é comum as tecnologias mais caras, como a energia fotovoltaica, receberem toda a atenção, enquanto as estratégias gratuitas são ignoradas.