eco-eficiência: conforto ambiental e energia na arquitetura de menor impacto ambiental CENPES II

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1 eco-eficiência: conforto ambiental e energia na arquitetura de menor impacto ambiental CENPES II o novo centro de pesquisas da Petrobras Rio de Janeiro LABAUT Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética Departamento de Tecnologia da Arquitetura Faculdade Arquitetura de Urbanismo Universidade de São Paulo

2 Rio de Janeiro / Baía de Guanabara

3 programa de usos CENPES II: 1 Prédio Central 2 Laboratórios 3 Centro de Convenções 4 Realidade Virtual 5 Empreiterópolis 6 Oficinas 7 Orquidário 8 Planta Piloto 9 Restaurante 10 CENPES I

4 o edital do concurso e o interesse por uma arquitetura de menor impacto ambiental

5 premissas de projeto 1. orientação solar adequada 2. forma arquitetônica: adequada aos condicionantes climáticos locais e padrão de uso para a minimização da carga térmica interna 3. material construtivo das superfícies opacas e transparentes: termicamente eficiente 4. superfícies envidraçadas: taxa de WWR (window wall ratio) adequada às condições de conforto térmico e luminoso internos 5. proteções solares externas: adequadas às fachadas 6. ventilação natural: aproveitamento adequado dos ventos para resfriamento e renovação do ar interno 7. aproveitamento da luz natural 8. uso da vegetação 9. sistemas para uso racional de água e reuso 10. materiais de baixo impacto ambiental: dentro do conceito de desenvolvimento sustentável

6 a busca pela certificação verde LEED, Leadership in Energy and Environmental Design (Green Building Rating System), DOE, USA,1996

7 fases de desenvolvimento do projeto de eco-eficiência fase 1 concurso integração das exigências de eco-eficiência ao partido arquitetônico: implantação e arquitetura dos edifícios fase 2 consolidação das principais estratégias de projeto insolação definição das condições ambientais de exposição: clima, acústica e estabelecimento dos critérios de desempenho fase 3 1 a avaliação do desempenho ambiental de edifícios e espaços abertos edifícios: conforto térmico, luminoso, acústico e os impactos no consumo de energia espaços abertos: conforto térmico fase 4 otimização do desempenho ambiental dos edifícios estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: distribuição dos espaços internos, detalhamento e especificações

8 fase 1 integrando arquitetura e estratégias para a eco-eficiência

9 diagnóstico climático preliminar e diretrizes de projeto J F M A M J J A S O N D Zona de conforto Ventilação Massa térmica Resfriamento ativo 1. proteção solar 2. ventilação natural 3. cores claras 4. baixa inércia térmica 5. alto isolamento térmico 22 24

10 orientação e forma proteções solares, aberturas, materiais, tratamento dos espaços abertos

11 ensaios preliminares de insolação do conjunto e da unidade dos laboratórios

12 ensaios preliminares de ventilação do conjunto Wind Simulation

13 fase 2 consolidação das principais estratégias de projeto condições ambientais de exposição: clima, acústica e insolação critérios de desempenho + desenvolvimento metodológico + aplicação de ferramentas avançadas de simulação computacional

14 banco de dados climáticos Temperatura do ar (ºC) 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 W NW N 50% 40% 30% 20% 10% 0% NE E 5,0 0, hora s ao longo do a no SW SE 1200 S Radiação Global (W/m2) ano climático de referência Dados da estação meteorológica do Galeão Laboratório Master, IAG/USP horas ao longo do ano

15 estudos de insolação do conjunto solstício de verão no período da manhã (9h) projeção de sombras do Prédio Central sobre os laboratórios no solstício de verão hierarquização de áreas para os painéis fotovoltaicos

16 estudos de ventilação do conjunto simulação de vento a 10 metros de altura simulação de vento no nível do pedestre

17 estudos de pressão e velocidade do vento nas envoltórias dos edifícios

18 fase 3 1 a avaliação de desempenho ambiental edifícios conforto térmico, luminoso, acústico e os impactos no consumo de energia espaços abertos conforto térmico + desenvolvimento metodológico + aplicação de ferramentas avançadas de simulação computacional

19 Espaços externos com toda radiação solar incidente e metade da ventilação natural (rv*) Espaços externos com metade da radiação solar incidente e metade da ventilação natural (r*v*) Espaços externos com toda radiação solar incidente e sem ventilação natural (r)

20 Centro de Convenções Arq.Benedito Abbud - paisagismo

21 propostas, metas e critérios de desempenho térmico e energético das edificações

22 modelo adaptativo de conforto para o Rio de Janeiro zona de conforto nos ambientes ventilados naturalmente

23 avaliação preliminar do potencial de ventilação natural e aplicação da estratégia de modo misto laboratórios e ambientes de trabalho

24 análise comparativa de desempenho térmico e eficiência energética ambiente de trabalho dos laboratórios parâmetros de operação para a climatização artificial

25 ambiente de trabalho dos laboratórios desempenho térmico com a introdução da ventilação natural Porcentagem do ano em conforto Porcentagem de Período de com sem Abertura das Janelas Ventilação ocupação ocupação 10% 24hs 13,50% 50% 24hs 24,30% 48,40% 50% 17hs às 10hs 19,40% 100% 24hs 30%

26 desempenho luminoso

27 simulação da iluminação natural simulação da iluminação natural pavimento 4 do prédio central distribuição de iluminâncias antes da definição do layout

28 norte sul laboratórios - otimização da penetração da iluminação natural estudo com aletas refletoras na cobertura para a maximização da captação de luz sem o acesso solar direto solstício de verão às 12h - papel da cobertura inferior na reflexão da luz natural para o interior por meio de janelas altas

29 fase 4 otimização do desempenho ambiental dos edifícios estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: distribuição dos espaços internos, detalhamento e especificações aplicação de ferramentas avançadas de simulação computacional

30 ambientes climatizados artificialmente

31 prédio central modelo de simulação do desempenho térmico

32

33 Cargas térmicas máximas para o escritório leste no 2º pavimento com o uso de vidro laminado verde e laminado incolor 7mm Tipo de carga Carga térmica máxima (kw) Fevereiro Anual 22 C / 50% 24 C / 50% 26 C / 65% 24 C / 50% 26 C / 65% Resfriamento 31,86 29,02 26,22 27,49 24,69 Desumidificação 21,28 19,50 12,15 31,04 15,14 Total 49,23 41,80 31,83 43,00 30,02 Carga térmica (W) Ganhos e perdas térmicos Hora Carga sensível Ganhos solares Ventilação Condução opaco Condução transp Trocas internas Ganhos internos 24 C e 50% UR - quadro de cargas do escritório lest e no 2º pavimento, com condicionamento misto e uso de vidro laminado verde e laminado incolor 7mm

34 centro de convenções modelo de simulação do desempenho térmico auditório foyer pav. sup Área de eventos Lanchonete Sala 1 Sala 2 Sala 6 Sala 5 Sala 4 Sala 3

35

36 laboratórios modelo de simulação do desempenho térmico

37 ambientes com ventilação natural

38 empreiterópolis modelo de simulação do desempenho térmico

39

40 considerações finais A relevância dada às questões de conforto ambiental, energia e baixo impacto ambiental na fase do projeto conceitual arquitetônico foi decisiva para o desempenho dos edifícios e espaços abertos. Softwares de simulação computacional avançados foram ferramentas essenciais para as análises de desempenho e conseqüentes aprimoramentos da arquitetura. A experiência de projeto e da avaliação de desempenho ambiental desse trabalho foi pautada em uma abordagem contemporânea do processo de projeto na prática brasileira, com resultados bastante satisfatórios, tendo em vista o rigor das condições ambientais locais.

41

42 LABAUT FAUUSP Laboratório rio de Conforto Ambiental e Eficiência Energética Departamento de Tecnologia Coordenadoras do projeto Joana Gonçalves, Prof. Dr. Denise Duarte, Prof. Dr. equipe técnica Alessandra Prata, Arq. Dra. FAUUSP Andrea Bazarian, Arq. MSc. FAUUSP Anna Christina Miana, Arq. Doutoranda FAUUSP Cecília Muller, Arq. MSc. FAUUSP Fernando Cremonesi, Prof. MSc. FAUUSP Gisele De Benedetto, Arq. MSc. FAUUSP José Ovídio Ramos, Arq. MSc. FAUUSP Leonardo Monteiro, Arq. Dr. FAUUSP Mônica Marcondes, Arq. Dra. FAUUSP Rafael Brandão, Arq. Dr. FAUUSP consultores Anésia Barros Frota, Prof. Dr. (FAUUSP) Celso Shimomura, Economista Fúlvio Vitorino, Eng. Dr. (IPT) Márcia Alucci, Prof. Dr. (FAUUSP) agradecimentos Norberto Moura, Prof. Dr. FAUUSP Bruna Luz, Arq. Doutoranda FAUUSP Luciana Ferreira, Arq. Mestranda FAUUSP Rodrigo Cavalcante, Arq. MSc. FAUUSP Paula Constante Santos, Arq. FAUUSP

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