Vidros e eficiência energética em edifícios no Brasil

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Nicholas Camilo Freire
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Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental fernando.sw@ufsc.

1 Vidros e eficiência energética em edifícios no Brasil Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental fernando.sw@ufsc.br IEA SHC Task 50: 6 Workshop com a Indústria Soluções Avançadas de Iluminação para Retrofit de Edifícios Brasília, 28 de setembro de

2 Topics Energy end-use: commercial buildings Trends in the façades design in Brazil Selective glazing systems in use Barrier to increase daylith integration Case studies 2

3 Introduction Recent building simulation experience 3

4 Certificação LEED Eldorado Business Tower São Paulo Gafisa & São Carlos m² LEED-PLATINUM 4

5 Certificação LEED Pátio Victor Malzoni São Paulo Victor Malzoni Brookfield m² LEED-SILVER 5

6 Certificação LEED Infinity Tower São Paulo Método m² LEED-GOLD 6

7 Certificação LEED Edifício Jatobá São Paulo Engeform / Bratke & Collet m² LEED-SILVER 7

8 Torre Santander São Paulo WTorre m² LEED-SILVER 8

9 Certificação LEED Morumbi Corporate Towers São Paulo Multiplan m² LEED-GOLD 9

10 Certificação LEED Centro Empresarial Senado Rio de Janeiro WTorre m² LEED-SILVER 10

11 Certificação LEED Ventura Corporate Towers Rio de Janeiro Tishman Speyers m² LEED-GOLD 11

12 Energy end-use 12

13 Architecture of office buildings in Brazil: trends Business needs: Aesthetical requirements (transparent façades) Increase the construction speed O&M costs Design and product especification are essential Building simulation is the key Challenges: to assure high performance buildings and attend business needs 13

14 Glazed façades in Brazil Commercial buildings Walls: steel framing Window-to-wall ratio between 40% to 60% Laminated glass with SHGC between 25% to 40% Visible transmittance between 25% to 45% ECO-Berrini (SP) 14

15 Non-operable Windows (noise issues) Morumbi Corporate (SP) HVAC Views to exterior High performance glazing system 15

16 Ed. Bela Paulista (Antigo Horácio Lafer) São Paulo FONTE:

17 Ed. Paulista 1100 (Antigo Elijass Gliksmanis) São Paulo FONTE: Mariano, 2012

18 Uso Final (%) Energy End-Use: Office Buildings 100% Uso Final (%) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ed.1 Ed.2 Ed.3 Ed.4 Ed.5 Ed.6 Ed.7 Ed.8 Ed.9 Ed.10 Ed.11 Ed.12 Ed.13 Ed.14 Ed.15 Plug Loads Equip. Escrit. Lighting Iluminação Ar-condicionado HVAC São Paulo Edifício 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ed.1 Ed.2 Ed.3 Ed.4 Ed.5 Plug Loads Equip. Escrit. Lighting Iluminação Ar-condicionado HVAC Rio de Janeiro Edifício 18

19 Typical termal loads composition O.A. 13% Fans 5% Windows 22% Plug Loads 27% Walls 3% Doors 3% Lights 12% People 15% Software Trace 700 Fonte: TEKNIKA Projetos 19

20 Energy End-Use: Office Buildings HVAC 25% Cooling load: Energy End-Use in São Paulo: Lights + Plug Loads + People 54% Plug Loads 33% Misc. 16% HVAC 26% Lights 25% Outdoor air + Fans 18% Building Envelope 28% 28% of the cooling load is affected by the façade 25% of the annual electricity correspond to HVAC 6,25% 20

21 Selctive glazing systems Opção Visible transmittance Visible reflectance ext Visibel reflectance - int SHGC Litght to Heat Gain Index #1 0,16 0,34 0,31 0,27 0,59 #2 0,19 0,32 0,25 0,29 0,66 #3 0,33 0,26 0,19 0,27 1,22 #4 0,35 0,25 0,19 0,35 1,00 #5 0,58 0,09 0,07 0,49 1,18 21

22 Project SHGC 40% VT 42% VRe 20% ECO Berrini São Paulo 22

23 Project SHGC 40% VT 42% VRe 20% ECO Berrini São Paulo 23

24 Daniel Ducci 24

25 Daniel Ducci 25

26 26

27 27

28 Simulação Luz natural Very deep office spaces (11 m) Limited potential to harvest daylighting Sensors are in the tenant scope 200 lux Dialux simulation

29 Simulação Luz natural Very deep office spaces (11 m) Limited potential to harvest daylighting Sensors are in the tenant scope 200 lux Dialux simulation

30 Illuminance (lux) Simulação Luz natural 1200 Daylight levels profile ,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 7,8 8,4 9,0 9,6 Distance from window (m)

31 Illuminance (lux) Simulação Luz natural 1200 Daylight levels profile ,00 m Depth with regular potential to take advantage of daylight ,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 7,8 8,4 9,0 9,6 Distance from window (m)

Building energy consumption database for parametric analysis Office building 20 floors 48.

32 Building energy consumption database for parametric analysis Office building 20 floors m² total area m² façade area Fully glazed façade No shading Software EnergyPlus 7 Brazilian cities 32

Estudos de caso por simulação: Vidros utilizados Propriedade Clear Glass Green Solar control glazing system Insulated glass unit SHGC 0.

33 Estudos de caso por simulação: Vidros utilizados Propriedade Clear Glass Green Solar control glazing system Insulated glass unit SHGC U-value (W/m².K) Visible transmittance Light to heat gain index

34 Consumo anual de energia (MWh) Estudo de caso por simulação Clima: São Paulo PAF = WWR PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% 4800 Incolor Verde Contr. Solar Duplo FS=84% TL=88% FS=62% TL=75% FS=33% TL=30% FS=28% TL=39% 34

35 Consumo anual de energia (MWh) Estudo de caso por simulação Clima: São Paulo WWR 50% and Solar Control same performance of WWR 30% and Clear PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% 4800 Incolor Verde Contr. Solar Duplo FS=84% TL=88% FS=62% TL=75% FS=33% TL=30% FS=28% TL=39% 35

36 Consumo anual de energia (MWh) Estudo de caso por simulação Clima: São Paulo WWR 60% and IGU same performance as WWR 30% and green PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% 4800 Incolor Verde Contr. Solar Duplo FS=84% TL=88% FS=62% TL=75% FS=33% TL=30% FS=28% TL=39% 36

37 Comparativo: WWR 40% São Paulo Vidro Verde Ar Condicionado: 1084 TR Consumo: 5400 MWh Vidro Controle Solar Ar Condicionado: 995 TR Consumo: 5239 MWh Economia no A.C. Economia de energia Economia/m² de vidro R$ 534 mil R$ 56 mil R$ 83 + R$ 9/ano Ar Condicionado: 875 TR Consumo: 5137 MWh Vidro Duplo Economia no A.C. Economia de energia Economia/m² de vidro R$ mil R$ 92 mil R$ R$ 14/ano 37

38 Daylight integration 38

39 Daylight integration Estratégia de desligamento automático das luminárias próximas à fachada Radiação difusa luz natural 39

40 Comparativo: Aproveitamento da Luz Natural Annual electricity São Paulo 5207 MWh Green glass with interior shading 5071 MWh -2,6% - R$ 47 mil Green glass with interior shading+ daylight 4964 MWh -4,7% - R$ 85 mil Solar control with interior shading+ daylight 40

41 Web tool: Parametric analysis 5,800 cases 41

42 Web tool: Parametric analysis 42

43 Web tool: Parametric analysis 43

44 Case study: office building Parâmetro Descrição Área total construída m² Área condicionada m² (76% do total) Número de pavimentos 20 Altura de laje a laje 3,45 m Área de janela nas fachadas m² (50% das paredes dos ambientes climatizados) 44

Building located in São Paulo Analysis carried out for other 5

45 Simulation software: EnergyPlus Economic analysis for different types of glass Focus on energy savings for cooling Building located in São Paulo Analysis carried out for other 5 cities 20 pavimento 19 pavimento 2 ao 18 pavimentos (x17) 1 pavimento 45

46 Energy tariff Year 2015 Year

47 Results: economic analysis 47

48 Results: economic analysis Dark glass is less expensive Payback is shorter 48

49 Results: economic analysis Benefits with insulated glass are significant for hot climates. (Fortaleza and Rio de Janeiro) 49

50 Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro Oscar Niemeyer 1949 Oscar Niemeyer Tombado em 1988 pelo Município

52 Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro

53 Remoção de caixilhos e vidros para substituição Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro

54 Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro Glazing systems Glass Visible transmittance SHGC Clear 88% 82% Green 75% 62% SHGC 36 VT 54 54% 36% SHGC 23 VT 14 14% 23% Daylight simulation (Ecotect) Energy simulation (EnergyPlus)

55 4 m 24,05 m 26,86 m Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro 44,35 m Pavimento tipo Planta geral 22,00 m 50,96 m 22,73 m Pavimento tipo Com colunas

4 m 4 m 4 m Prédio dos Diários Associados Rio

m Iluminação Unilatera Módulo Leste (TL=14%)

56 4 m 4 m 4 m Prédio dos Diários Associados Rio de Janeiro Vidros de controle solar Distribuição da luz natural Geometrias Avaliadas 22,73 m 24,05 m 26,86 m 50,96 m 44,35 m Iluminação Unilatera Módulo Leste (TL=14%) Iluminação Bilateral (TL = 88%) 22,73 m 26,86 m Pavimento tipo Sem colunas

57 Ed. na Rua Livramento Rio de Janeiro Vidros de controle solar Abertura Bilateral Distribuição da luz natural TL = 14% TL = 75%

58 Ed. na Rua Livramento Rio de Janeiro Vidros de controle solar Abertura Bilateral Distribuição da luz natural TL = 54% TL = 88%

59 Ed. na Rua Livramento Rio de Janeiro Vidros de controle solar Abertura Unilateral Distribuição da luz natural TL = 14% TL = 75%

60 Ed. na Rua Livramento Rio de Janeiro Vidros de controle solar Abertura Unilateral Distribuição da luz natural TL = 54% TL = 88%

61 Energy analysis: no daylight integration Energy consumption (kwh/m²) Difference to Clear glass with shading 61

62 HVAC energy analysis: no daylight integration Energy consumption (kwh/m²) Difference to Clear glass with shading 62

63 Innovation in Design 63

64 Fritted glass: for glare control 64

65 Fritted glass: for glare control 65

66 Fritted glass: patterns Simulation on-site for retrofit purposes 66

67 Transparent PV modules into laminated glass

73 PV cells variation o o o o Tipo Transparência Cor Caixa de conexão Tipo Posição o o

74 PV patterns X glass specification range

75 PV modules transparency

76 PV with fritted glass

77 Ref.: Ertex Solar (Austria)

78 Final remarks A indústria brasileira oferece produtos de alto desempenho Necessitamos capacitar o mercado: Arquitetos Consultores Projetistas de instalações de AC Processadoras e distribuidoras de vidro Especificadores E o consumidor final Cada projeto e clima exigirá uma solução diferente Talvez o consumidor final ainda não tenha percebido a evolução tecnológica 78

79 Vidros e eficiência energética em edifícios no Brasil Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental fernando.sw@ufsc.br IEA SHC Task 50: 6 Workshop com a Indústria Soluções Avançadas de Iluminação para Retrofit de Edifícios Brasília, 28 de setembro de

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