Avaliação das condições de conforto ambiental e eficiência energética dos edifícios e suas inter-relações

Transcrição

1 Avaliação das condições de conforto ambiental e eficiência energética dos edifícios e suas inter-relações Prof. Dr. Fernando Cremonesi, Profa. Dra. Roberta Kronka, Prof. Dr. Leonardo M. Monteiro, Prof. Dr. Walter Galvão

2 Questão Ambiental Edifício e Cidade: Materiais Água Energia Adequação da arquitetura ao clima Relação Conforto Ambiental x Eficiência Energética

3 Clima Frio Vernacular Clima Temperado Clima Quente e Úmido Clima Quente e Seco

4 Contemporâneo Centre Pompidou, Paris , Rogers & Piano Menil Collection, Houston , Renzo Piano Train Plataform, Waterloo-London 1993, Grimshaw and Partners Tokyo International Forum , Rafael Vinoly London City Hall , Norman Foster 30 St Mary Axe, London , Norman Foster

5 CIDADE E EDIFÍCIO AMBIENTE EXTERNO x AMBIENTE INTERNO OBJETIVO: QUALIDADE AMBIENTAL CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

6 Conforto Ambiental x Eficiência Energética Fatores fundamentais de projeto e gerenciamento 1. AUTOMAÇÃO DOS SISTEMAS 2. CONTROLE PELOS USUÁRIOS eficiência energética e maior vida útil dos sistemas satisfação do usuário

7 Consumo de energia No Brasil: 40-50% da energia elétrica -> OPERAÇÃO DE EDIFÍCIOS

8 Conforto Térmico Variáveis Ambientais Temperatura do ar Umidade Velocidade do ar Temperatura radiante Variáveis Pessoais Atividade Vestimentas

9 Índices de conforto Índices de Conforto: tendam englobar em um único fator todas as variáveis. Primeiros estudos: Comissão Americana de Ventilação em 1916 com objetivo de avaliar o rendimento do operário na indústria. Índice de conforto de Fanger: ISO 7730 (2005); ASHRAE 55 (2010); NBR Parte2 (2008) Modelo adaptativo: BS (2007); ASHRAE 55 (2010)

10 ESCALA DE CONFORTO DE FANGER

11 NBR Parte2 (2008) Verão (roupa típica 0,5 clo) Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por: 22,5 C a 25,5 C e 65 %; 23,0 C a 26,0 C e 35 %. A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve ultrapassar: 0,20 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30 % a 50 %); 0,25 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %). Inverno (roupa típica 0,9 clo) Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por: 21,0 C a 23,5 C e 60 %; 21,5 C a 24,0 C e 30 %. A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve ultrapassar: 0,15 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30 % a 50 %); 0,20 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %).

12 MODELO ADAPTATIVO

13 Conforto Luminoso Critérios para boa iluminação 1. Níveis Mínimos de Iluminância (Lux) dados pela Norma NBR Boa distribuição destes níveis pelo ambiente (boa uniformidade). 3. Não ofuscamento. 4. Boa reprodução de cor. 5. Boa aparência de cor.

14 Níveis de Iluminância Para atividade de leitura e escrita a norma brasileira NBR 5413 estipula: - no mínimo 300 lux - no máximo 750 lux O nível de iluminância vai depender: da idade dos usuários da necessidade de acuidade visual da refletância de fundo

15 Iluminação natural (NBR-15215) Eficiência energética e conforto visual. Conforto visual e bem-estar dos ocupantes. Luz natural: variabilidade e qualidades mais agradáveis e apreciadas relacionamento com o ambiente maior no qual estamos inseridos Aberturas: em geral, proporcionam contato visual com o mundo exterior e relaxamento do sistema visual.

16 CONFORTO quanto maior for o esforço de adaptação maior será sua sensação de desconforto

17 Interação entre processo projetual e avaliação das condições de conforto ambiental e eficiência energética dos edifícios e suas inter-relações

18 CENPES II da Petrobrás, Rio de Janeiro Arq. Zigbert Zanettini Projeto: 2005, Obra:

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20 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

21 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

22 fases de desenvolvimento do projeto de eco-eficiência fase 1 concurso 1.1ntegração das exigências de eco-eficiência ao partido arquitetônico: fase 2 consolidação das principais estratégias de projeto 2.1 efinição das condições ambientais de exposição ao clima: térmica e iluminação fase 3 avaliação do desempenho ambiental de edifícios e espaços abertos 3.1 edifícios: conforto térmico, luminoso e os impactos no consumo de energia 3.2 espaços abertos: conforto térmico fase 4 otimização do desempenho ambiental dos edifícios 4.1 estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: 4.2 layout de ambientes, detalhamento e especificações

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

24 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 proteção solar 2. ventilação natural 3. cores claras 4. baixa inércia térmica

25 orientação e forma proteção solar, materiais, aberturas, vegetação e espaços abertos, energia

26 Ensaios preliminares de insolação do conjunto e da unidade dos laboratórios

27 ensaios preliminares de ventilação do conjunto Ensaios preliminares de ventos

28 consolidação das principais estratégias de projeto condições ambientais de exposição: clima, insolação, ventos, iluminação natural fase 2

29 40,0 35,0 50% N Temperatura do ar (ºC) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 W N W 40% 30% 20% 10% 0% N E E 5,0 0, hora s a o longo do a no S W S E 1200 S Radiação Global (W/m2) hora s a o lo ng o do a n o ano típico dados provenientes da estação meteorológica do Galeão dados cedidos pelo Laboratório Master, IAG/USP.

30 45, 00 40, 00 35, 00 Temperatura d o ar (ºC) 30, 00 25, 00 20, 00 15, 00 10, 00 5, 00 0, hora s do m ê s de fe ve re iro de 2003 mês mais quente: fevereiro de Um idad e relativa (% ) hora s do m ê s de fe ve re iro de 2003

31 estudos de insolação do conjunto solstícios de inverno e de verão e equinócios

32 estudos de ventos no conjunto simulação de vento a 10 metros de altura simulação de vento no nível do pedestre

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

34 avaliação do desempenho ambiental espaços abertos: conforto térmico edifícios: conforto térmico, luminoso e consumo de energia fase3

35 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)

36 4 Paisagismo: Benedito Abbud

37 terraços do prédio central pátio do centro de convenções pátios dos laboratórios

38 zona de conforto para ambientes naturalmente ventilados Limites de Temperaturas Operativa Efetivas de para Conforto (t c ) - Rio RJ de Janeiro 32 Temperatura Operativa ( o C) Temperatura Efetiva ( C) Hora do ano Tc Temperatura de Conforto 90% Limite Superior sup. p/ 90% de satisfeitos 80% Limite Superior sup. p/ 80% de satisfeitos 90% Limite Inferior inf. p/ 90% de satisfeitos Limite inf. p/ 80% Inferior 80% de satisfeitos

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

40 Ta 24 o C UR 50% Ta 24 o C UR 60% UR:-10% = 7% 24% Ta:-2 o C = 20% Ta: -2 o C = 17% Ta 26 o C UR 50% Ta 26 o C UR 60% UR:-10% = 4%

41 Proteção solar edifício central

42 simulação da iluminação natural do prédio central, antes da definição do layout

43 otimização do desempenho ambiental dos edifícios estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: layout, detalhamento e especificações fase4

44 Prédio central

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46 prédio central pavimento 3 área de escritórios

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48 Prédio central

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53 Laboratórios

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55 laboratórios - otimização da penetração da iluminação natural

56 simulação da iluminação natural nos laboratórios

57 Laboratórios

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61 Empreiterópolis

62 empreiterópolis ambientes simulados

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64 Empreiterópolis

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66 Avaliação de conforto e energia 1) Objetivo da simulação 2) Seleção dos dados de entrada 3) Escala da simulação / Critérios de Avaliação 4) Interpretação dos dados de saída 5) Interação com o processo de projeto

67 Considerações Finais 1) Revisar os critérios de conforto 2) Reduzir a demanda por energia por meio do projeto arquitetônico 3) Utilização de sistemas tecnológicos mais eficientes 4) Introdução de geração de energia renovável para suprir a demanda 5) Conscientização de usuários e adequada operação do edifício

68 Referências ASHRAE-55:2010. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ABNT NBR :2005. Iluminação natural Parte 1: Conceitos básicos e definições ABNT NBR :2005. Iluminação natural Parte 2: Procedimentos de cálculo para a estimativa da disponibilidade de luz natural ABNT NBR :2005. Versão Corrigida:2007 Iluminação natural Parte 3: Procedimento de cálculo para a determinação da iluminação natural em ambientes internos ABNT NBR :2005. Iluminação natural Part 4: Verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações - Método de medição ABNT NBR 5461:1991. Iluminação ABNT NBR 5382:1985. Verificação de iluminância de interiores ABNT NBR 5413:1992. Versão Corrigida: Iluminância de interiores DIN 12464:2003. Light and lighting - Lighting of work places (replaces DIN 5035:1990) ISO 7726:1998. Ergonomics of the thermal environment: instruments for measuring physical quantities. ISO 7730:2005. Ergonomics of the thermal environment: analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.