DESEMPENHO TÉRMICO EDIFICAÇÕES: FACHADAS ENVIDRAÇADAS, PROJETO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

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1 DESEMPENHO TÉRMICO EDIFICAÇÕES: FACHADAS ENVIDRAÇADAS, PROJETO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL ARQ5658 Eficiência Energética e Sustentabilidade em Edificações Prof. Fernando Simon Westphal Departamento de Arquitetura e Urbanismo UFSC fernandosw@arq.ufsc.br Universidade Federal de Santa Catarina

2 Podemos desenvolver um prédio eficiente assim no Brasil?

3 Apesar de, ao menos no campo acadêmico, ter-se a certeza que as fachadas seladas de vidro não serem uma solução cabível para edifícios de escritórios, há uma forte tendência de proliferação desse tipo de edificação na cidade. (Sampaio e Borges, 2007 FAUUSP) Será que o campo acadêmico está acompanhando a evolução da indústria? O que é uma solução cabível? Seria aquela que se prolifera facilmente?

4 Métodos de cálculo de carga térmica antigos não consideravam ganhos e perdas simultâneos. Década de 70 Década de 90 Curva de carga térmica de um escritório típico, calculada por diferentes métodos

5 As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno. Aflalo e Gasperini Edifício SAP Labs São Leopoldo (RS) Morumbi Corporate São Paulo (SP) Campus universitário São Paulo: próximo a Marginal Pinheiros

6 As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno. Aflalo e Gasperini Edifício SAP Labs São Leopoldo (RS) Morumbi Corporate São Paulo (SP) Vidro claro Brises Ventilação natural Vidro refletivo Controle solar Ar-condicionado

7 Ambiente propício a estratégias passivas Sem ruído Ar puro Sem limites de forma Prédio mono-usuário

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14 Ambiente urbano adensado Ruído Poluição Limites de aproveitamento Prédio multi-usuário

15 Na condição de projeto do ar-condicionado: 24 C Fluxo de calor 24 C Temp. ext. = 32 C

16 Mas e ao longo do ano? Quando está frio? 24 C Fluxo de calor? 24 C Temp. ext. = 18 C

17 40 Temperatura Externa - São Paulo - Congonhas TBS externa ( C) jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez Hora

18 Clima de São Paulo: Temperatura do Ar 35% Freqüência de ocorrência 30% 25% 20% 15% 10% 5% 13% 27% 30% 21% 8% 0% < >28 Faixa de Temperatura ( C) Apenas em horário comercial, das 8h às 20h

19 Clima de São Paulo: Umidade Relativa 50% 40% Frequência 30% 20% 10% 15% 15% 19% 20% 21% 10% 0% < 50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% > 90% Faixa de UR Apenas em horário comercial, das 8h às 20h

20 Clima de São Paulo: Umidade Relativa Apenas 13 % das horas do período comercial registram temperatura abaixo de 25 o C e umidade relativa abaixo de 60% Apenas em horário comercial, das 8h às 20h

21 Clima de São Paulo: Umidade Relativa Apenas 13 % das horas do período comercial registram temperatura abaixo de 25 o C e umidade relativa abaixo de 60% Apenas 1 % das horas do período comercial registram temperatura abaixo de 18 o C e umidade relativa abaixo de 60% Apenas em horário comercial, das 8h às 20h

22 Luminância do céu { / } ,5 x jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez São Paulo Nova York

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25 Simulação computacional usando o EnergyPlus Especificação de vidro por orientação solar Definição de área opaca por fachada Sistema construtivo da fachada

26 Torre Baixa Torre Alta

27 Refinamento progressivo (Torre Alta) Resultado atual Proposta de fachadas, com as 4 opções de vidro: 12.0% Economia em relação ao baseline 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% 2.0% 8.2% 7.1% 9.5% 8.4% 9.9% 0.0% S32 Fachada + SKN1 S32 Fachada + M22 2 AG43 Fachada + SKN 3 AG43 Fachada + M22 4 AG43 Fachada + SKN 3 + isolante + Isolamento térmico

28 Torre Alta Vidro transparente azul + Vidro branco Vidro reflexivo prata

29 Torre Baixa Vidro reflexivo prata Vidro transparente azul + Vidro branco

30 Uso final de energia elétrica do modelo completo Ilum. Externa 0.0% Aquecimento 0.0% Torres resfriamento 0.4% UPS Bombas - água e esgoto Ventilação - ar exterior 0.8% 1.2% 3.4% Ar-condicionado 28,2% Elevadores/escadas 3.9% Fan-coils 4.2% Exaustão sanitários 6.7% Bombas (CAG) 9.9% Chillers 10.3% Ilum. Interna 24.5% Equip. Escritório 34.8% 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 40.0%

31 Nem toda fachada de vidro é 100% transparente PERCENTUAL DE ABERTURA é somente aquele que permite a passagem de luz

32 Nem toda fachada de vidro é 100% transparente Spandrel glass Vision glass Área de janela Peitoril

33 Aumento na área de janela X Aumento no consumo de energia Área de janela (m²) Consumo de energia (kwh) PAF = 30% PAF = 40% PAF = 50% PAF = 60% Ar-condicionado de alta eficiência Vidros de alto desempenho Possibilidade de fachadas mais transparentes

34 Especificação de vidros de fachadas LUZ DESEMPENHO ENERGÉTICO CALOR x COR ESTÉTICA REFLEXÃO E TRANSM.

35 Vidros de Controle Solar Transmissão e reflexão diferenciadas em relação a luz e o calor CONFORTO TÉRMICO ILUMINAÇÃO Menor influência da temperatura externa sobre a temperatura superficial do vidro Menor intensidade de radiação solar direta sobre o ocupante Possibilidade de maior aproveitamento da luz natural com menor ganho de calor. Permite maiores áreas envidraçadas nas fachadas, mantendo o desempenho térmico

36 Fator Solar de vidros Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor Fator Solar Ganho de calor Fator Solar Ganho de calor Radiação transmitida diretamente Fator Solar Radiação reemitida Radiação absorvida Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm Vidro de controle solar 87% 62% Prédios LEED: abaixo de 35%

37 Comparativo de ganho de calor 22 dez 16h Oeste 700 W/m² Vidro incolor = 610 W/m² Calor equivalente a 6 lâmpadas de 100W Vidro com Fator Solar 30% = 210 W/m² Calor equivalente a 2 lâmpadas de 100W

38 Horas em conforto: São Paulo FS=84% TL=88% FS = 33% TL = 30% FS = 28% TL = 39% Vidro incolor comum Vidro Laminado Vidro Duplo 76% 8% 16% 83% 13% 4% 5% 91% 4% Desconforto por Frio Desconforto por Calor Conforto

39 Prédios certificados LEED Percentual de abertura entre 40% e 60% Paredes leves e isoladas (dry wall) Fator Solar entre 25% e 40% Transmissão luminosa entre 25% e 45% Vidros duplos em regiões frequentemente mais quentes

40 Considerações finais Diferentes contextos permitem diferentes soluções de projeto O uso de estratégias passivas em ambiente urbano é complicado Mas é possível aumentar a eficiência da envoltória e sistemas No Brasil temos boa disponibilidade de luz natural Vidros com baixo fator solar, escuros e refletivos são mais em conta Adotar estratégias combinadas: Vidros de controle solar Brises Persianas Serigrafia A solução para o pico de carga pode ser diferente do ano inteiro Por isso, simulação computacional anual é importante