Contribuição do INESC Coimbra para o Estudo Prévio do Futuro Edifício da Câmara Municipal da Mealhada

Transcrição

1 Institute of Systems Engineering and Computers INESC Coimbra Contribuição do INESC Coimbra para o Estudo Prévio do Futuro Edifício da Technical Report Documento Técnico

2 Institute of Systems Engineering and Computers INESC Coimbra António Almeida, Paulo Gata Amaral, Paulo Tavares, Pedro Passão Contribuição do INESC Coimbra para o Estudo Prévio do Futuro Edifício da No. 1/2005 Maio, 2005 ISSN: INESC Coimbra Rua Antero de Quental, 199; Coimbra; Portugal

3 ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO Pág. 2 ALGUMAS SOLUÇÕES PASSIVAS A INCORPORAR NO EDIFÍCIO Fachada Sul Fachada Norte Fachada Poente Fachada Nascente OUTRAS SOLUÇÕES Conforto térmico Conforto visual Sistemas activos de apoio e integração de energias alternativas Impacto ambiental TRABALHO FUTURO

4 1 - INTRODUÇÃO No âmbito do protocolo celebrado entre a, a Espaço Objecto, o INESC Coimbra e a ContaWatt, para a elaboração do projecto de construção do novo edifício da Câmara Municipal, serve o presente documento como uma proposta de algumas soluções a incorporar no referido edifício que serão alvo de análise e especificação posterior. O objectivo principal deste documento é sintetizar algumas recomendações do grupo de trabalho do INESC Coimbra, resultantes duma análise preliminar e de reuniões internas entre os constituintes do consórcio. 2 - ALGUMAS SOLUÇÕES PASSIVAS A INCORPORAR NO EDIFÍCIO Fachada Sul A fachada Sul deverá ser protegida com uma dupla camada de vidro, afastada da parede, que contém no seu interior tubagens por onde circula água. De Inverno essa água, aquecida pelo Sol, será aproveitada para aquecimento ambiente e para as águas quentes sanitárias (AQS) quando necessárias; de Verão essa superfície funcionará como elemento sombreador e fornecerá água quente para as AQS. Está também a ser desenvolvido um estudo de viabilidade técnica e económica para avaliar a possibilidade de utilizar um chiller de absorção, que utilize a referida água, pré-aquecida, para produção de frio arrefecimento ambiente Fachada Norte Recomenda-se a não colocação de fenestração nesta fachada e, que haja, um especial cuidado no isolamento da envolvente exterior Fachada Poente Para protecção dos vãos envidraçados desta fachada, sugere-se a instalação de uma rede metálica, com uma adequada inclinação da malha (inclinação essa a estudar no futuro), que permita maximizar os ganhos 4

5 térmicos e a contribuição da iluminação natural no Inverno e evite encandeamentos e sobreaquecimentos no Verão. Como não é possível tirar partido do efeito chaminé deverão existir registos nas partes superiores e inferiores desta fachada de modo a que, no Verão, quando abertos, contribuam para o arrefecimento natural da fachada. Por outro lado, no Inverno, quando fechados contribuirão para que parte do calor acumulado seja transmitida para o interior do edifício, contribuindo, assim, para a diminuição da carga necessária para aquecimento do edifício. Ainda nesta fachada irão existir, ao nível do piso 0, 4 clarabóias com cúpulas envidraçadas. Como essas cúpulas terão orientações Sul, Poente e Norte deverá assegurar-se que: 1. Deverão ser protegidas no lado Sul, sugerindo-se a colocação de células fotovoltaicas segundo essa orientação. Com esta solução pretende-se alcançar dois objectivos: proteger do Sol de Verão e produzir energia eléctrica ao longo de todo o ano; 2. De Inverno funcionem como estufas, devendo o calor produzido no seu interior ser aproveitado para aquecer o edifício através da sua utilização nas unidades de tratamento de ar (UTAs) para pré-aquecimento do ar novo admitido ou, pela utilização directa do mesmo pelo sistema de climatização; 3. As estufas referidas no ponto anterior deverão ter aberturas reguláveis na parte superior de modo a que, no Verão, se possam criar correntes de ar que ajudem a retirar o calor das mesmas. Como estas clarabóias têm jardins no seu interior, sugere-se que, no Verão, esses jardins tenham excesso de humidade de modo a arrefecer naturalmente estes espaços arrefecimento evaporativo (arrefecimento passivo). Em alternativa, ou como complemento, poderá também ser utilizado um sistema de vaporização de água que produzirá o mesmo efeito provocar o arrefecimento natural destes espaços. 5

6 2.4 - Fachada Nascente Como para esta fachada está previsto um pátio exterior com vegetação natural recomenda-se que, no Verão, a admissão de ar novo (mais fresco) para o interior do edifico seja feito junto a este pátio através de tubagens enterradas no solo (que o arrefecerão ainda mais). Esta solução contribuirá para a diminuição da carga do sistema de climatização durante o dia e criará a possibilidade de se arrefecer naturalmente o edifício (free cooling) durante a noite, diminuindo, assim, a carga necessária para arrefecimento do edifício e aumentado a eficiência das UTAs. No Inverno, a passagem do ar novo admitido por estas tubagens contribuirá para o seu pré-aquecimento, ajudando a diminuir a carga de aquecimento tirando-se, assim, partido da temperatura praticamente constante do solo, ao longo de todo o ano. Propõe-se, também, a instalação de uma cisterna enterrada no pátio exterior para recolha das águas da chuva. Estas águas serão, posteriormente, utilizadas para rega dos jardins, limpeza do edifício e dos espaços adjacentes e, ainda, nos autoclismos das casas de banho. De modo a evitar possíveis contaminações da água desta cisterna, esta deve ser alvo de um pequeno tratamento e deve ser objecto de manutenção regular. Deverá ainda ser considerada a passagem da tubagem de admissão de ar novo pelo interior da cisterna. Esta solução permitirá diminuir/aumentar ainda mais a temperatura do ar admitido no Verão/Inverno, respectivamente. 6

7 3 - OUTRAS SOLUÇÕES Conforto térmico Deverá ser assegurado(a): 1. Uma elevada inércia das paredes (envolvente e paredes interiores); 2. Um adequado isolamento térmico: Isolamento exterior da envolvente opaca; Isolamento das coberturas; Isolamento dos pisos térreos; Caixilharia com baixo coeficiente de transmissão térmica; 3. Utilização de vidro duplo Conforto visual 1. Deverá utilizar-se luz zenital; 2. Em espaços como salas de reunião e afins deverá assegurar-se a possibilidade de se poder fazer oclusão da luz natural pelo interior; 3. Os acabamentos interiores deverão ter: Cores claras; Textura suave. NOTA: Na distribuição dos espaços interiores deverá ter-se em consideração a orientação do edifício, o tipo de tarefas a desenvolver e os requisitos de conforto. 7

8 3.3 - Sistemas activos de apoio e integração de energias alternativas Sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) Algumas propostas de soluções alternativas de instalação, a serem alvo de um estudo de viabilidade técnica de económica, podem ser referenciadas: 1. Sistema de co-geração: geração de energia térmica para aquecimento acompanhada de geração de energia eléctrica; 2. Sistema de tri-geração: se o sistema anterior for acompanhado de geração de energia térmica para arrefecimento (integração do chiller de absorção com um sistema de co-geração de forma a rentabilizar o calor); 3. Colectores solares para pré-aquecimento de água por aproveitamento da Energia Solar. Sendo a cobertura do edifício em terraço recomenda- -se a instalação de colectores solares para produção de água quente que poderá ser utilizada para aquecimento ambiente (no Inverno), para as AQS e para accionar um chiller de absorção (em conjunto com o calor produzido nas tubagens da fachada Sul) solução a estudar cuidadosamente diminuindo, assim a potência do sistema de climatização a instalar no edifício; 4. Armazenamento térmico de calor e/ou frio, podendo, no primeiro caso, ser reforçado com os ganhos térmicos provenientes da Energia Solar; 5. Painéis fotovoltaicos para a conversão da Energia Solar em energia eléctrica; 6. Sistema de climatização a 4 tubos, utilizando ventilo-convectores com permutadores água / ar, cujo fluído de circulação será água tratada; 7. Sistema de controlo da qualidade do ar por unidades de reaproveitamento e tratamento do ar; 8. Sistema de recuperação de calor do ar ambiente a ser extraído; 9. Sistema VAV (Volume de Ar Variável) - de insuflação / extracção; 8

9 10. Sistema de climatização com recurso a bomba(s) de calor, opção justificada pelo seu elevado rendimento; 11. Permutadores de calor de elevada eficiência; 12. Sistema de free cooling, para arrefecimento natural (consiste em aproveitar o ar mais frio exterior em períodos nocturnos para arrefecimento). 13. Sistemas de controlo - óptimo para climatização. As possibilidades apresentadas não são, em alguns casos, mutuamente exclusivas, podendo ser consideradas viáveis quando em funcionamento conjunto. Sistemas de iluminação Uma parte substancial dos consumos energéticos num edifício com estas características dever-se-á à obrigatoriedade de obtenção de níveis de iluminância concordantes com os padrões de conforto necessários e desejados pelos ocupantes. Assim, devem ter-se em conta os princípios da utilização racional de energia em iluminação, essencialmente na limitação da potência eléctrica instalada por unidade de área e a utilização de fontes de luz com adequadas temperaturas de cor e índices de restituição de cor. De entre o vasto leque de opções existente ao nível dos equipamentos, das estratégias de controlo e das características da instalação, propõe-se a instalação e utilização de: 1. Lâmpadas de alta eficiência, com diminuição do razão Watt/lumen; 2. Balastros electrónicos, com diminuição da potência instalada, aumento do factor de potência e eficiência, entre outras vantagens; 3. Luminárias de elevado rendimento, incluindo, quando possível, reflectores e grelhas com elevado factor de reflexão e ainda difusores de elevada transmitância luminosa; 9

10 4. Armaduras ventiladas, com dissipação de calor junto às fontes de luz e possibilidade de recuperação do mesmo para climatização; 5. Iluminação dedicada utilizando lâmpadas de baixa potência, por exemplo, lâmpadas fluorescentes compactas de alto rendimento; 6. Diferentes níveis de iluminação de acordo com a funcionalidade dos espaços; 7. Fazer uma adequada segregação dos circuitos de iluminação que contemple a forma do espaço e a disponibilidade da luz natural; 8. Sempre que possível utilizar estratégias de controlo por regulação contínua do fluxo luminoso gerado ou, em alternativa, um controlo de ligação / deslastre de cargas qualificado Impacto ambiental O edifício deverá: 1. Permitir fazer a reutilização de águas: 2. Re-aproveitar a água dos lavatórios e dos banhos que, após passagem por um tanque de decantação (para retirar o detergente) e a adição de um corante, será utilizada nos autoclismos; 3. Recolher e armazenar a água das chuvas para futura utilização nos autoclismos e/ou na rega dos jardins; 4. Integrar na arquitectura locais destinados à recolha selectiva de resíduos (por exemplo, papel, plásticos, vidros); 5. Utilizar, na construção, materiais com possibilidade de serem reciclados; 6. Fazer uma análise de ciclo de vida de todo o edifício. 10

11 4 - TRABALHO FUTURO Como trabalho futuro, o grupo de trabalho do INESC Coimbra propõe-se fazer uma análise detalhada que permita antever o comportamento futuro do novo edifício da, e colaborar na definição e selecção das soluções finais a implementar. Ao nível da simulação, será realizada, em VisualDOE, e documentada a análise do comportamento das várias soluções arquitectónicas e construtivas e dos vários sistemas activos de apoio, passíveis de serem instalados. Far-se-á ainda a verificação da aplicação dos regulamentos nacionais: - RCCTE - Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios; - RSECE - Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios. Será avaliada a viabilidade técnica e económica da possível integração no edifício de sistemas de produção local de energia através de elementos de captação do tipo térmico e/ou fotovoltaico, sendo equacionada a sua utilização como elemento construtivo e quantificada a respectiva atractividade económica. A introdução de um sistema de gestão técnica no edifício permitirá efectuar a coordenação do funcionamento dos elementos construtivos mais vocacionados para o aproveitamento passivo da Energia Solar (nas vertentes térmica, incluindo ventilação, e de iluminação natural), dos sistemas activos de apoio (iluminação artificial, ventilação e climatização) e de outros sistemas auxiliares (monitorização, segurança, rega, registo de consumos, etc.). As vantagens de um sistema deste tipo assentam, principalmente, na possibilidade de manter as condições de operação do edifício num ponto óptimo de funcionamento, ao nível do conforto proporcionado aos utentes e dos consumos de energia, a possibilidade de utilizar eficazmente as informações adquiridas para implementar estratégias de controlo e manutenção óptimos do ponto de vista económico e, ainda, a possibilidade de corrigir alguns efeitos 11

12 resultantes da negligência natural dos utilizadores na utilização dos recursos e sistemas. É propósito do grupo de trabalho, após a estabilização do projecto de arquitectura, a especificação de um sistema de gestão técnica para o edifício. 12