DESIGN AMBIENTAL LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA NOVEMBRO 08

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1 DESIGN AMBIENTAL LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA NOVEMBRO 08

2 LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA MARÇO 08 DESIGN AMBIENTAL Panorama Nacional 1 CO2 Energia Legislação Portuguesa Recursos Naturais Clima 2 Parque das Nações Planeamento Urbano Sustentável 3 Torre Verde 1 Exemplo de Arquitectura Sustentável 4 Ecotect Software de simulação ambiental em edifícios

3 A TERRA várias verdades inconvenientes 3 questões críticas An Inconvenient Truth Al Gore

4 A TERRA várias verdades inconvenientes CO2 e o Efeito de Estufa A perspectiva científica e a perspectiva política An Inconvenient Truth Al Gore

5 PORTUGAL contexto nacional Edifícios consomem 46% da energia primária em Lisboa; Grande pressão económica sobre o sector da construção Novas estratégias políticas para a redução das necessidades energéticas nos edifícios Lisboa E-Nova Agência de Energia e Ambiente de Lisboa 2006 revisão dos regulamentos térmico e de qualidade do ar interior (RCCTE e RSECE) Novo RCCTE e RSECE impõem uma redução de 50% nas necessidades de energia máximas admissíveis Introdução do sistema de certificação energética Certificado Energético - ADENE

6 PORTUGAL um país rico O País da UE com maiores níveis de radiação solar Grande potencial para energia renováveis Grande dependência externa de energia (95%, petróleo) Crescimento contínuo do consumo de energia primária PVGIS European Communities, Passamos 90% do nosso tempo dentro de edifícios Qualidade do ar exterior é 2x a 20x melhor que no interior País do UE com maior mortalidade durante o Inverno 9 meses de neutralidade térmica com o exterior WEATHER TOOL Clima Lisboa

7 LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA MARÇO 08 DESIGN AMBIENTAL Parque das Nações 1 Energia Legislação Portuguesa Recursos Naturais Clima 2 3 Torre Verde 1 Exemplo de Arquitectura Sustentável 4 Ecotect Software de simulação ambiental em edifícios

8 CASO DE ESTUDO Bed Zed (Londres) Maior empreendimento sustentável no Reino Unido Comunidade sustentável, com aplicação de boas práticas e estratégias energético-ambientais Diversidade socio-económica Diversidade de usos

9 CASO DE ESTUDO Parque das Nações (Expo 98) 600m larg. X 5.000m comp. de frente de rio Reconversão de uma área de depósito de contentores Palco da Exposição Mundial em 1998 Nova área urbana e cultural de Lisboa Centro de transportes públicos Estratégias sustentáveis na procura do conforto e qualidade urbana Procura de energias renováveis nos edifícios e áreas urbanas Infra-estuturas eficientes com uma única galeria

10 ÁREA RESIDENCIAL NORTE Planeamento Urbano Sustentável Área Multifuncional (importantes serviços a 10min a pé) Variedade urbana Desenho urbano favorece as vistas, o contacto com o rio e o aproveitamento solar O Rio como parte importante do desenvolvimento urbano Orientação Sul dos edifícios e dos espaços públicos Altura dos edifícios decrescente em direcção ao rio

11 ÁREA RESIDENCIAL NORTE Planeamento Urbano Sustentável Prioridade ao conforto urbano Tráfego condicionado, prioridade ao peão Aproveitamento da frente de rio Áreas de lazer, parques e zonas de estar Sombreamentos naturais promovendo o uso do espaços exteriores

12 ÁREA RESIDENCIAL NORTE Planeamento Urbano Sustentável Áreas arborizadas para um melhor conforto no espaço público Barreiras ao vento melhorando o conforto exterior O rio como recurso natural para arrefecimento dos espaços públicos Influência directa no arrefecimento dos edifícios

13 LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA MARÇO 08 DESIGN AMBIENTAL Torre Verde 1 Energia Legislação Portuguesa Recursos Naturais Clima 2 Parque das Nações Planeamento Urbano Sustentável 3 Torre Verde 1 Exemplo de Arquitectura Sustentável 4 Ecotect Software de simulação ambiental em edifícios

14 Google Earth TORRE VERDE Arquitectura Sustentável 41 apartamentos em 12 pisos Tirone Nunes Arquitectura: Tirone Nunes

15 MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde Edifício Sustentável OPTIMIZAÇÃO DA ORIENTAÇÃO Orientação das fachadas de modo a recolher maiores ganhos solares de Inverno Configuração interior favorecendo Sul, Nascente e Poente Maiores envidraçados a Sul Radiação Solar em planos verticais em Lisboa Orientação Sul Poente Nasce. Norte

16 MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde Edifício Sustentável ISOLAMENTO EXTERIOR Protege a estrutura do impacto directo do clima Minimiza pontes térmicas Evita condensações internas Maior aproveitamento da inércia térmica das paredes

17 MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde Edifício Sustentável SOMBREAMENTOS EXTERIORES Evita ganhos solares excessivos no Verão Protege o envidraçado da radiação directa e do consequente efeito de estufa Sem sombreamentos Melhor controlo e distribuição da iluminação natural Com sombreamentos

18 MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde Edifício Sustentável PAREDES TROMBE Radiadores gratuitos durante o Inverno Efeito de estufa Dia Noite 20cm de betão com a superficie exterior preta e orientação SUL Efeito de condução térmica com time-leg de aprox. 6h Acumulação de calor durante o dia e libertação para o interior durante a noite Tirone Nunes Tirone Nunes

19 MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde Edifício Sustentável COLECTORES SOLARES Aquecimento gratuito para águas quentes sanitárias (AQS) 24% da água consumida em Portugal é quente Utilização de energia renovável em vez de gás ou electricidade Energia gratuita para o sistema de aquecimento central Obrigatoriedade de colectores solares no novo RCCTE

20 MONITORIZAÇÃO Torre Verde - Inverno Sem aquecimento central Temperaturas exteriores: 5.7ºC 15ºC Temperaturas interiores: 18.5ºC 20.1ºC

21 ECOTECT térmico iluminação INVERNO 17ºC 20ºC VERÃO 23ºC 27ºC FACTOR LUZ DIA 2% - 10%

22 LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA MARÇO 08 DESIGN AMBIENTAL Ecotect 1 Energia Legislação Portuguesa Recursos Naturais Clima 2 Parque das Nações Planeamento Urbano Sustentável 3 Torre Verde 1 Exemplo de Arquitectura Sustentável 4 Ecotect Software de simulação ambiental em edifícios

23 1 - O QUE É O ECOTEC? ECOTECT - O ecotect é um software de análise de comportamento ambiental em edifícios. - Desenvolvido pelo professor Andrew J. Marsh na Universidade de Cardiff - Integra o aspecto visual 3D com uma larga escala de análises e simulações de ambientes. - O ecotect tem como feedback resultados tanto de cálculo como de design. - Possibilidade de projectar desde o inicio correctamente, tendo em conta as características ambientais INPUTS - Associação com software de desenho 2D e 3D (AutoCAD; 3DStudio - Importação de ficheiro.dwg,.dxf e.3ds (file -> import) OUTPUTS - Gráficos e tabelas de análise e cálculos - Imagem de análise em 2D e 3D em formatos.bmp,.jpg e.tiff - Exportação de ficheiros.dxf (file -> export)

24 2 - IMPORTAÇÃO DE FICHEIROS DE CAD FICHEIROS.DXF - Os ficheiros.dxf servem como linhas de orientação para a modelação no ECOTECT. - Só podem ser importadas linhas e NÃO POLYLINES FICHEIROS.3DS - Os ficheiros.3ds servem somente para a imagem final da modelação do ECOTECT. - A modelação feita no CAD não é reconhecida pelo ECOTECT, não servindo de análise. É sempre necessária a modelação no ECOTECT. - Feita a importação é necessário corrigir a triangulação (modify -> merge coincident triangles)

25 3 DEFINIÇÕES E PREFERÊNCIAS IMPORTAÇÃO DE FICHEIROS - Definição da escala a que se vai trabalhar (a mesma para a importação do.dxf e do 3DS.) - Definir o.dxf como sendo só de linhas de construção (construction lines) PREFERÊNCIAS - Definir a altura da modelação ATENÇÃO À ESCALA UTILIZADA (file -> user preferences -> modelling) - Definir o cursor snap, tal como no AutoCAD (file -> user preferences -> cursor snap)

26 4 MODEL SETTINGS LOCALIZAÇÃO - Definir a localização geográfica do projecto Latitude e Longitude (model -> model settings) - Definir o clima a considerar - por norma o clima correspondente à localização.wea (model -> model settings) - Definir a orientação face ao NORTE e o tipo de terreno urbano, suburbano, rural ou exposto (model -> model settings)

27 5 MODELAÇÃO MODELAÇÃO POR ZONAS - A modelação por zonas é mais simples. Define-se o volume todo e o ECOTECT reconhece automaticamente o chão, tecto e paredes. Temos também a garantia de um volume fechado correctamente e pronto para ser analisado MODELAÇÃO DE JANELAS E PORTAS - A modelação de janelas e portas faz-se através da criação de planos no mesmo plano da fachada. Desenha-se o plano da janela, define-se como sendo uma janela (material assignments). Associase depois à fachada correspondente (edit -> link objects) - Janelas e portas na mesma layer do volume em causa - Basta definir as portas num dos volumes e não nos dois pois o programa reconhece a adjacência

28 6 DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS CRIAÇÃO DE MATERIAIS - O ECOTECT possui uma lista de materiais pré-definidos, porém é sempre possível criar novos materiais e alterar os pré-definidos. Define-se todos as propriedades e características de cada material espessuras, transmissões térmicas, peso, absorção solar, etc. (model -> material library) - É necessário definir os materiais de cada plano de cada zona DEFINIÇÃO DO MATERIAL PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO - O ECOTECT define os materiais como primários e secundários. É necessário definir sempre o material primário e o secundário. O ECOTECT escolherá um dos dois. Aplica o primário sempre que o plano não tenha adjacências e aplica o material secundário sempre que o plano possui adjacências (exemplo da laje que contém varanda enquanto laje possui adjacência, enquanto varanda não possui adjacência)

29 7 ZONE MANAGEMENT DEFINIÇÃO DAS ZONAS - Depois das zonas modeladas é necessário definir o esquema de funcionamento da zona. Define-se: sistema de AVAC, o tempo de operação, a banda de conforto térmico, o tipo e número de ocupantes, os ganhos térmicos e as renovações de ar do espaço (model -> zone management)

30 8 CÁLCULOS E ANÁLISES CÁLCULO DE ADJACÊNCIAS - O cálculo de adjacências serve para confirmar as correctas adjacências entre os diversos volumes. Confirma não só a correcta posição entre cada volume como também a correcta aplicação dos materiais entre superfícies adjacentes. - O cálculo de adjacências poderá ser demorado consoante a complexidade do projecto - O ouput é uma confirmação de que tudo está correcto ou um aviso de que algo está errado, com indicação do erro. O cálculo das adjacências terá de ser realizado até que não se obtenham erros prejudiciais para os cálculos (calculate -> inter-zonal adjacencies)

31 8 CÁLCULOS E ANÁLISES ANÁLISES TÉRMICAS - A análise térmica é feita para cada zona, podendo ser mostradas todas as zonas num mesmo gráfico. Podem ser feitas diversas análises. Análises de temperatura, análises de ganhos e perdas de calor, análises de consumos mensais, entre outras (calculate -> Thermal Analysis) - Os outputs são: - gráfico com as condições térmicas ao longo das 24h de um determinado dia. Apresenta-se também a temperatura exterior e a banda de conforto térmico definido - tabela com as temperaturas ao longo do dia, com as áreas e envidraçado, áreas de superfície, etc (a tabela poderá ser copiada para o EXCEL)

32 8 CÁLCULOS E ANÁLISES CÁLCULO DE CONFORTO TÉRMICO - O cálculo de conforto térmico é feito para uma área definida pela utilizador. A análise será feita ao nível do pavimento. O utilizador seleciona o pavimento das zonas que quer realizar a análise e adapta a grelha (calculate -> spatial confort) - O resultado será uma apresentação do valor em cada célula da grelha - NOTA: o cálculo do conforto térmico implica o cálculo das adjacências. DEFINIÇÃO DA GRELHA DE ANÁLISE - As dimensões das células da grelha de análise deverão ser definidas. Quanto mais células, melhor a definição do resultado, porém mais tempo demorará (analysis grid -> grid management)

33 8 CÁLCULOS E ANÁLISES CÁLCULO DE CONFORTO TÉRMICO - O cálculo do conforto térmico poderá ser dado segundo várias análises: -TEMPERATURA RADIANTE (ºC): - Temperatura ao nível do pavimento ou paredes (analysis grid -> grid data & scale -> mean radiant temp) - PERCENTAGEM DE INSATISFAÇÃO (PPD - %): - Indica a percentagem de pessoas insatisfeitas nesse determinado espaço (quanto maior a percentagem pior o conforto nesse espaço) (analysis grid -> grid data & scale -> percent dissatisfaction )

34 8 CÁLCULOS E ANÁLISES CÁLCULO DE NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO - O cálculo dos níveis de iluminação definide a quantidade de lux em cada compartimento. - O cálculo é definido da mesma maneira do cálculo de conforto térmico, a grelha é a mesma (calculate -> lighting levels) - O resultado será uma apresentação do valor em cada célula da grelha - O output será a imagem tridimensional do espaço com a análise cromática em lux nos diversos espaços (ficheiros.bmp,.jpg ou.tif) - NOTA: o cálculo dos níveis de iluminação implica o cálculo das adjacências.

35 9 - DISPLAY E OUTPUTS FINAIS OPENGL (EXPERIMENTAL) - As imagens tridimensionais deverão ser extraídas pelo OpenGL (display -> OpenGL) - Com a nova janela é possível definir o que se quer que apareça na imagem final. É possível definir cores tanto do modelo como do fundo. Podemos incluir sombras, o percurso solar diário ou anual, seccionar o modelo, etc. - Tal como o 3DStudio é possivel criarmos cameras - Os renders são simples, mas bastantes eficazes - Os outputs serão imagens do tipo.bmp,.jpg ou.tif, porém a qualidade varia com a qualidade gráfica do computador

36 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS MODELO cozinha sala quarto

37 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS GRÁFICOS DE TEMPERATURAS HORÁRIAS E DE COMSUMOS MENSAIS DE ENERGIA EM AQUECIMENTO E ARREFECIMENTO

38 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS IMAGENS DE TEMPERATURA RADIANTE NOS DOIS PISOS

39 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS IMAGENS DE PERCENTAGEM DE INSATISFAÇÃO NOS DOIS PISOS

40 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS IMAGENS DE NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO

41 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS IMAGENS DE CORTES E SOMBREAMENTOS

42 10 EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS IMAGENS DE SOMBREAMENTOS

43 11 EXEMPLO PRÁTICO CASO ESTUDO - Apartamento (Hotel) em Alcochete - Grande área de envidraçados a Sul e Norte - Envidraçados ocupando mais de 90% da área de parede PROBLEMA - Grandes necessidade de Aquecimento no Inverno (área de envidraçado Norte) - Grandes necessidade de Arrefecimento no Verão (área de envidraçado Sul desprotegida) - Dificuldade em manter o equilíbrio térmico do espaço

44 11 EXEMPLO PRÁTICO NECESSIDADES AQUECIMENTO Área envidraçado superior a 90% área de parede NECESSIDADES AQUECIMENTO -50% a área de envidraçado

45 11 EXEMPLO PRÁTICO CUSTOS DAS NECESSIDADES AQUECIMENTO Necessidades de Aquecimento (kwh.ano) Custo do kwh.ano Custo Total Custo Total m² Sala - com 17,0m² área envidraçado a Norte Sala - com 8,5m² área envidraçado a Norte 5539,40 0, ,17 /m² 4306,98 0, (-124 ) 7,13 /m²

46 11 EXEMPLO PRÁTICO NECESSIDADES ARREFECIMENTO Espaço sem sombreamento exterior na fachada Sul NECESSIDADES ARREFECIMENTO Com sombreamento exterior

47 11 EXEMPLO PRÁTICO CUSTOS DAS NECESSIDADES AQUECIMENTO Necessidades de Aquecimento (kwh.ano) Custo do kwh.ano Custo Total Custo Total m² Sala sem sombreamento a Sul Sala - com sombreamento a Sul 615,01 0, ,01 /m² 411,49 0, (-20 ) 0,68 /m²

48 12 ALGUMAS SOLUÇÕES A ADOPTAR ISOLAMENTO TÉRMICO PELO EXTERIOR Funciona como uma primeira camada de protecção, evitando a passagem não necessária de calor e frio para o interior das paredes. Eliminação de todas as pontes térmicas e garantia de uma aplicação contínua. Aumento da inércia térmica funcionando a favor do clima interior ÁREA DE ENVIDRAÇADOS A área de envidraçados deverá ser privilegiada para orientações a Sul e reduzida para orientações a Norte, de modo a optimizar os ganhos solares (Sul) e a diminuir as perdas de calor (Norte). ORIENTAÇÃO DOS ESPAÇOS Os espaços de permanência deverão ser correctamente orientados para um maior aproveitamento dos ganhos solares directos e indirectos. Privilegiar espaços de permanência virados a Sul e Nascente e orientar espaços como cozinhas e casas de banho nas orientações Norte e Poente. SOMBREAMENTOS No Verão é possível evitar os ganhos excessivos protegendo os vãos com sombreamentos exteriores. Nos vãos orientados a Sul, recomendam-se palas/varandas de modo a anular os ganhos excessivos

49 12 ALGUMAS SOLUÇÕES A ADOPTAR VENTILAÇÃO NATURAL CRUZADA A ventilação natural cruzada é eficaz no controlo térmico dos espaços. Havendo fachadas opostas (piso superior do apartamento), a ventilação cruzada acontece pela diferença de temperaturas entre as duas fachadas. PAREDES TROMBE As paredes Trombe funcionam como radiadores. Recebem os ganho solares durante o dia no Inverno (quando a incidência solar tem um menor ângulo) e será transmitida por condução para o interior durante a noite. As paredes trombe implicam uma orientação a Sul.

50 DESIGN AMBIENTAL LUÍS CALIXTO MESTRADO EM ARQUITECTURA NOVEMBRO 08 OBRIGADO