Desempenho Térmico de edificações

Transcrição

1 Desempenho Térmico de edificações PROFESSORES Roberto Lamberts Deivis Luis Marinoski Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS

2 estrutura introdução Tecnologias disponíveis Impacto aumento eficiência Pesquisa e desenvolvi mento Certificação selagem Seleção de janelas Situação no Brasil Conclusões 2

3 introdução Importância das janelas para a edificação Janelas são os olhos da casa + Controle da entrada de luz e do fluxo de ar; Contato visual; Proporcionam isolamento, segurança e privacidade; Atribuem estética e beleza ao projeto; Influenciam no consumo de energia da edificação; 3

4 Um breve histórico introdução As casas primitivas não tinham janelas; Um buraco para saída de fumaça pode ser considerado como sendo a primeira forma de janela; A saída de fumaça melhorava a qualidade do ar interno; Este buraco proporciona entrada de luz, mas também a perda de calor; Uma folha de fechamento - transformando a janela em uma espécie de segunda porta; 4

5 Um breve histórico introdução Uma abertura na parede - poderia tanto ser aberta para entrada de ar e luz, ou fechada para segurança e proteção; A primeira janela de vidro transparente foi usada nos tempos romanos; No século XVII a produção de chapas de vidro é tem um grande desenvolvimento na França; A partir do século XIX muitas inovações foram vistas e disponibilizadas para o público em geral (vidros maiores, mais resistentes, de maior qualidade); 5

6 Um breve histórico Edificações usavam essencialmente um tipo de vidro: o vidro claro de pano único; Anos 50 Inglaterra: técnica de produção de vidro float ; Nos anos de 1965 à 1990: um grande avanço tecnológico com o aumento da qualidade das superfícies e melhora da isolação. introdução 6

7 Características energéticas das janelas Pode-se considerar três tipos de fluxo de energia através das janelas como sendo principais: introdução Perdas e ganhos de calor (não solar) na forma de condução, convecção e radiação; Ganho de calor solar na forma de radiação; Trocas de ar (ventilação e infiltração). 7

8 Tecnologias disponíveis + 1.Vidros duplos; 2.Vidros e filmes múltiplos; 3.Vidros tingidos; 4.Vidros e filmes reflexivos; 5.Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas; 6.Gás de baixa condutividade; 7.Espaçadores termicamente melhorados; 8.Materiais para esquadrias e para vedação. 8

9 Vidros duplos Características: Aumento da resistência térmica Pequena redução da transmissão de luz tecnologias Melhor desempenho térmico com espaço igual a 12mm entre os panos quando preenchidos por ar Aplicações: Construções com necessidades de aquecimento ou resfriamento (uso freqüente do ar-condicionado) 9 9

10 Vidros e filmes múltiplos Características: Aumento da resistência térmica (maior que os vidros duplos) Menor condensação durante o inverno Visibilidade é reduzida com cada camada adicional Redução do Ganho de calor solar Problema: aumento da espessura da janela tecnologias Aplicações: Climas Frios (onde a redução da perda de calor é a prioridade) Climas bastante quentes 10 10

11 Vidros tingidos Características: Absorvedores de calor Menor transmissão de luz, (tradicionais bronze e cinza) Vidros com cores alternativas podem manter a passagem de luz (espectralmente seletivos azul e verde) Aplicações: Edificações comerciais Climas quentes (redução do ganho de calor solar quando associados a outras tecnologias) Situações onde a redução do brilho do ambiente externo é desejável tecnologias 11 11

12 Vidros e filmes reflexivos Características: Redução do ganho de calor solar Redução da passagem de luz Problema: podem produzir efeito exterior de espelho tecnologias Aplicações: Edificações comerciais Climas quentes (redução do ganho de calor solar) Situações onde a redução da claridade é desejável 12 12

13 Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas Características: Reflexão de radiação em onda longa (redução da perda de calor no inverno) Redução da ocorrência de condensação Reflexão da radiação solar (redução do ganho de calor no verão) Mantêm boa visibilidade Aplicações: Climas frios: camadas de Baixa emissividade Climas quentes: camadas de seleção espectral tecnologias 13 13

14 Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas tecnologias Vidro claro Alta Transmissividade Espectralmente seletiva 14 14

15 Gás de baixa condutividade (Argônio, Kriptônio, hexafluoreto de enxofre e dióxido de carbono) Características: tecnologias Aumento da resistência (redução da perda/ganho de calor por condução) Aumento Redução da ocorrência da condensação Não afeta a transmissão da luz visível Aplicações: Climas frios onde a redução da perda de calor seja a prioridade 15 15

16 Espaçadores termicamente melhorados Características: Redução da perda de calor pela por condução Mantêm a temperatura mais elevada na borda dos vidros reduzindo a condensação tecnologias Aplicações: Climas frios (onde a redução da perda de calor é a prioridade) 16 16

17 Novos materiais para esquadrias e vedação Esquadrias: Alumínio (thermal break) Alumínio com madeira Madeira e vinil (PVC) Vinil Fibra de vidro tecnologias Vedações: Mais duráveis e com melhor desempenho 17 17

18 Impacto do aumento da eficiência O aumento da eficiência das janelas gera influências a curto e longo prazo: Custo Prazo: Melhoria do conforto; Redução do valor da conta de energia. Longo Prazo (a nível nacional e global): Maior oferta de energia; + Redução do custo da energia; Redução da emissão de poluentes e aquecimento global

19 Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento) Impacto do aumento da eficiência Estação Fria 1 Btu = 0,293 kwh 19 19

20 Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento) Impacto do aumento da eficiência Estação quente 20 20

21 Para o EUA: As janelas geram um custo adicional de energia de U$ 9,3 bilhões. Estima-se que se todas as janelas compradas de 1996 à 2010 (15 anos) incorporassem filmes de baixa emissividade, gás de baixa condutividade ou outras tecnologias disponíveis, esta conta poderia ser reduzida em 25% ou seja mais de U$ 2 bilhões até 2010 (LBNL). De maneira geral percebe-se: Um grande potencial de conservação de energia Impacto do aumento da eficiência Fonte de suprimento sem grandes investimentos e impactos ambientais 21 21

22 P & D de novos produtos + Nos últimos anos tem ocorrido um grande progresso na melhoria da eficiência energética de janelas; Na década de 70 o uso de camadas especiais e gás de baixa condutividade ainda eram vistas como algo distante, no entanto hoje são produtos comuns; Tempo de pesquisa e desenvolvimento tem sido encurtado e a introdução do novos produtos no mercado tem sido acelerada; É difícil dizer agora quais das muitas pesquisas de produtos que estão sendo realizadas hoje, irão encontrar lugar no mercado futuramente

23 SUPERWINDOWS : Janela com todos os elementos disponíveis para aumentar o isolamento Características: Alta resistência térmica Reduz a perda de calor no inverno e ganhos no verão Visibilidade é significativamente diminuída com o adição do maior número de camadas Aplicações: P & D de novos produtos Climas frios (redução da perda de calor) Grandes áreas envidraçadas 23 23

24 COOL WINDOWS : Janelas que admitem a passagem da luz visível enquanto rejeitam grande parte do calor solar da porção infra vermelha. AEROGEL: Material na forma de espuma, a base de sílica ( 4% sílica e 96% ar) com características de isolamento e transparência. P & D de novos produtos SMART WINDOWS : São janelas capazes de mudar dinamicamente suas propriedades para controle da passagem de luz e fluxo de calor. Utilizam camadas microscopicamente finas que mudam suas propriedades em resposta a luz, calor e sinais elétricos

25 Sistema de certificação e selagem NFRC (National Fenestration Rating Council) + Organização sem fins lucrativos, de parceria pública e privada, criada para a indústria de janelas, portas e aberturas dos EUA. Tem por objetivo principal fornecer informações precisas de desempenho energético de janelas, portas e aberturas. Desde de seu início em 1989, o NFRC tem tido sucesso na análise e certificação do desempenho de aberturas residenciais. Atualmente existem mais de 81 mil produtos cadastrados

26 Sistema de selagem O NFRC estabeleceu um sistema nacional voluntário de avaliação e selagem energética de aberturas. Este sistema avalia as seguintes propriedades: 1. Transmitância térmica; 2. Coef. de ganho de calor solar (SHGC); 3. Transmissão de luz visível; 4. Infiltração de ar. Certificação e selagem O NFRC não faz: Separação entre boas janelas e más janelas; Estabelecer padrões mínimos de desempenho

27 Como é realizada a certificação? O NFRC : 1. desenvolve padrões (normas) para que as avaliações dos produtos ocorram de maneira uniforme; 2. revê e aprova ferramentas de simulação computacionais e procedimento de testes para obtenção de avaliações térmicas precisas; 3. mantêm uma listagem de laboratórios qualificados para realizarem testes e simulações a fim de determinar o desempenho térmico dos produtos; 4. fornece os resultados para um agente independente avaliar e rever a documentação, conduzir inspeções e aprovar a certificação e selagem; 5. licencia fabricantes a utilizarem os selos de certificação em seus produtos. Certificação e selagem 27 27

28 Programas Computacionais para simulação WINDOWS Programa realiza o cálculo de índices de desempenho térmico em janelas (Transmitância, SGHC, SC,VT). Este programa atende aos padrões da NFRC para realização de avaliação de produtos. Certificação e selagem RESFEN Realiza o cálculo do consumo e o custo anual de energia para aquecimento e resfriamento devido ao sistema de aberturas. Também calcula a contribuição das janelas para o pico de carga de térmica

29 Programas Computacionais para simulação THERM Programa utilizado para análise bidimensional da transferência de calor em componentes de construção como: janelas, paredes, fundações, portas, tetos, etc. Certificação e selagem OPTICS Programa para análise da propriedades óticas dos sistemas envidraçados

30 Quando um fabricante decide certificar seus produtos, ele os submete a uma avaliação mais precisa em relação ao desempenho energético. Isso ajuda tanto consumidores, projetistas, construtores bem como o próprio fabricante. Benefícios: Consumidor: economia de energia e dinheiro; Projetista: especificação de produtos para minimizar a carga térmica de resfriamento e aquecimento, aproveitamento da luz natural; Construtores: proporcionar conforto e eficiência energética. Certificação e selagem 30 30

31 O selo NFRC O selo NFRC tem a função de ajudar a determinar qual produto apresenta melhor desempenho em relação ao aquecimento, resfriamento, isolação ao vento, resistência à condensação, etc. Com isso é possível compara os produtos e tomar a melhor decisão na hora da compra. Certificação e selagem 31 31

32 Marca da NFRC Nome do fabricante Nome da agência independente Certificação e selagem Descrição do produto 32 32

33 Transmitância: (1 Btu/h/ft² F = W/m² C) Coef. Ganho de calor solar: É a medida do calor solar que é transmitida para o interior do ambiente (valor entre 0 e 1) Transmissão de luz: É o percentual ou fração do espectro visível, sensível ao olho, que é transmitido pelo vidro (valor entre 0 e 1) Certificação e selagem Infiltração de ar: (1 cfm/ft² = 0,305 m³min/m²) Valores adicionais de desempenho: Resistência a condensação (valor expresso entre 0 e 100) 33 33

34 Considerações para seleção de janelas APARÊNCIA Tamanho e forma Estilo Materiais da esquadrias Tipos de Vidros PERFORMANCE ENERGÉTICA Propriedades energéticas básicas Desempenho durante os períodos quentes e frios Impactos no o pico de carga Potencial de manter a desempenho energético a longo prazo + FUNÇÃO Iluminação natural Controle de luminosidade Conforto térmico Resistência a condensação Ventilação Controle sonoro Manutenção e durabilidade? CUSTO Custo inicial da janela e instalação Custo de manutenção Freqüência de substituição Custo inicial do sistema de aquecimento/resfriamento Custo anual de energia com aquecimento/resfriamento 34 34

35 Janelas no Brasil + De maneira geral, no Brasil, projetistas, proprietários e construtores não tem uma grande preocupação com o a eficiência energética das aberturas. Normas técnicas a serem consideradas em projetos de caixilharia NBR Caixilhos para edificação - Janelas - Especificação NBR Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da penetração de ar - Método de Ensaio NBR Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da estanqueidade à água - Método de Ensaio NBR Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação do comportamento quando submetido a cargas uniformemente distribuídas - Método de Ensaio 35 35

36 Lentidão no cumprimento das normas: Dificuldade de levar a informação a milhares de pequenos fornecedores e construtores. A mentalidade de muitos empresários que não investem em mudanças uma vez que o mercado continua fiel. Janelas no Brasil Problema: Desconhecimento técnico dos fabricantes: O mercado brasileiro é compartilhado por milhares de pequenas empresas espalhadas pelo país 36 36

37 Esquadrias : Aço e madeira tem as linhas mais populares e preços mais acessíveis. O setores PVC e alumínio são os setores mais organizados. Janelas no Brasil Estima-se: 37 37

38 Conclusões + 1.Pesquisa, desenvolvimento, e uso de novas tecnologias estão bastante avançados no exterior, associada à uma preocupação com conservação de energia; 2.No Brasil o processo ainda está iniciando. Chegada de novas tecnologias (que precisam ser adaptadas a nossa realidade) Desenvolvimentos de Normas e padronizações Organização dos setor Conscientização 38 38

39 Referências + CARMODY J.; SELKOWITZ S.; HESCHONG L. Residential Windows a guide to new tecnologies and energy performance, DOE and LBNL. Selecting Windows for Energy Efficiency, National Fenestration Rating Council: Lawrence Berkeley National Laboratory: Revista Projeto Desig: