CONFORTO TÉRMICO E LUZ NATURAL EM EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS QUESTÕES DE SUSTENTABILIDADE E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Fernando Simon Westphal, Dr. Eng. Objetivo Apresentar uma visão de mercado Eficiência energética na arquitetura (edifícios de escritórios) Estratégias adotadas Tendências de projeto Simulação e intervenções 1
Uso da eletricidade no Brasil por setor Outros 8% Residencial 22% Edificações 45% Industrial 47% Público 9% Comercial 14% Escritórios 23% Fonte: MME, Balanço Energético Nacional 2007 Influência da arquitetura: Iluminação e ar-condicionado: 50% a 60% do consumo Cargas internas: 47 % da carga térmica total Equip. Escrit. 33% Uso final : Outros 16% AC 26% Iluminação 25% Envoltória e ar externo: 53 % da carga térmica total 2
Mercado atual: projetos Certificação LEED, AQUA, Etiquetagem PROCEL/INMETRO Projeto integrado Vidros e caixilhos Arquitetura Luminotécnica Simulação computacional Simulação Equipamentos eficientes Arquitetura eficiente Elétrica Arcondicionado Automação Projeto integrado Mercado atual: arquitetura Forma definida pelo terreno e viabilidade comercial Estética definida pelo incorporador (clientes) Sistema construtivo definido pelo custo e velocidade Pouco uso de estratégias passivas Maior preocupação com a escolha dos materiais Simulação computacional durante o projeto 3
Estratégias mais comuns ARQUITETURA Orientação solar e aberturas Proteções solares Isolamento térmico Vidros de controle solar ILUMINAÇÃO & AR-CONDICIONADO Equipamentos E i t alta eficiência iê i Controlabilidade Qualificação de instalações Sistemas inovadores Pouca integração com luz nat. Mercado atual: consultoria em eficiência energética Partido arquitetônico definido pelo arquiteto e incorporadora Maior intervenção ocorre: Para tornar o projeto mais eficiente Na escolha de materiais Estratégias de controle e uso (iluminação e AC) Estudo de viabilidade econômica de estratégias Utilizar ferramentas adequadas de cálculo Custo operacional do edifíicio Resgate da aplicação da engenharia: resolver problemas 4
Arquitetura: questões de sustentabilidade Mercado atual exige um apelo estético forte Necessidade comercial: Maior área locável possível... Garantir o retorno! Aumentar a velocidade da obra... Sair na frente! Análise da envoltória é fundamental Desafio: garantir o desempenho térmico e atender a exigência do mercado - viabilidade Análise da envoltória: características e tendências Paredes em steel framing Fator Solar entre 25% e 40% Transmissão luminosa entre 25% e 45% Percentual de abertura entre 40% e 60% Nossas latitudes exigem uso de proteções solares Tendências marcantes: Maior transmissão luminosa Menor fator solar Construções leves, rápidas e recicláveis Tendência: arquitetura de integração 5
E as estratégias bioclimáticas, na prática Ventilação natural por abertura de janelas? Problema: Solução: Iluminação natural Problema: Solução: ruído, poluição, profundidade da planta e dificuldade de operação ventilação mecânica (free-cooling), recuperação de calor e ciclo economizador pouca aceitação dos usuários, custo de controles e reatores dimerizáveis, problemas de ofuscamento setorização de circuitos, proteções solares, vidros seletivos, serigrafados, persianas automatizadas Existem ferramentas e recursos para estudo de viabilidade Simulação computacional Representação do desempenho térmico e energético do prédio ao longo do ano, com o clima local. Foto: divulgação 6
Simulação computacional: iluminação natural Foto: divulgação Simulação computacional: iluminação natural Foto: divulgação 7
Desempenho térmico de fachadas Ilustração: Luciano Dutra Desempenho térmico de fachadas JANELAS: uciano Dutra Ilustração: L Fator Solar representa o percentual da radiação solar incidente que passa para o ambiente interno na forma de calor Percentual de Abertura na Fachada (PAF) representa o percentual da fachada que permite a passagem de luz 8
Simulação computacional: exemplo de análise Dimensões: 40,0 x 60,0 m Pavimentos: 20 Pé-direito: 4,0 m (2,8 + 1,2) Ar-condicionado: água gelada com centrífugas (COP 6,1 W/W); circuito secundário variável e primário constante; torres abertas de duas velocidades Iluminação interna: 12 W/m², dimerizável em 20% do pavimento (500 lux) Persianas internas: fechadas quando radiação é maior que 200 W/m² Simulação computacional: exemplo de análise Condomínio 18% AC 25% Equip. escrit. 32% Iluminação 25% 9
Análise paramétrica: orientação do prédio Rotacionando o prédio em 90 Norte 840 TR 881 TR 919 TR 968 TR 817 TR 845 TR 879 TR 920TR Diferença entre e 0 e 90 0,0% -1,0% -2,0% -3,0% -4,0% -5,0% -6,0% PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% -0,5% -0,7% -0,8% -1,0% -2,8% -4,0% -4,4% -4,9% Consumo TR Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela 100 Valo or percentual (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 77 86 62 75 Fator Solar Transmissão de Luz 44 33 30 27 10 0 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% TL=86% FS=62% TL=75% FS=33% TL=30% FS=27% TL=44% 10
Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela Consumo o anual de energia (MWh h) 5400 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 5% 3% PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 4600 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela Consumo o anual de energia (MWh h) 5400 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 PAF 50% e Controle solar equivale a PAF 30% e Vidro incolor PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 4600 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% 11
Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela Consumo o anual de energia (MWh h) 5400 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 PAF 30% e Vidro verde contra PAF 30% e Vidro duplo -1,6% de consumo -8,1% de TR PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 4600 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela 5400 Consumo o anual de energia (MWh h) 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 PAF 60% e Vidro verde contra PAF 60% e Vidro duplo -3,5% de consumo -15,7% de TR PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 4600 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% 12
Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela 5400 Consumo o anual de energia (MWh h) 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 PAF 60% e controle solar ou duplo equivale a PAF 40% e Vidro verde PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 4600 Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% Análise paramétrica: tipo de vidro e área de janela 5400 Consumo o anual de energia (MWh h) 5300 5200 5100 5000 4900 4800 4700 4600 Custo anual com energia elétrica: PAF 30% e verde = R$ 358/m² janela PAF 60% e duplo = R$ 180/m² janela PAF 60% e duplo contra PAF 30% e Vidro verde + 1,4% consumo + 8,0% TR +100% área de janela Incolor Verde Controle solar Duplo FS=77% FS=62% FS=33% FS=27% TL=86% TL=75% TL=30% TL=44% PAF = 30% PAF = 50% PAF = 60% 13
Análise paramétrica: brises, tipo de vidro e área de janela Economia anual (R$) 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Vidro verde FS = 62% TL = 75% 944 TR 60.689 846 TR 40.410 Base Brise FS 40% TL 28% 56.337 881 TR 855 TR FS 32% TL 31% 71.711 749 TR Sem janela (!?) 88.955 805 TR FS 32% + brise menor Pode-se atender à necessidade arquitetônica com materiais adequados Análise paramétrica: brises, tipo de vidro e área de janela Economia anual (R$) 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Vidro verde FS = 62% TL = 75% 944 TR 60.689 40.410 56.337 71.711 88.955 PROCEL prescritivo: A C C A A Base Brise FS 40% TL 28% FS 32% TL 31% Sem janela (!?) FS 32% + brise menor 14
Análise paramétrica: brises, tipo de vidro e área de janela Economia anual (R$) 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Vidro verde FS = 62% TL = 75% 944 TR 60.689 40.410 56.337 71.711 88.955 PROCEL simulação: A B A A A Base Brise FS 40% TL 28% FS 32% TL 31% Sem janela (!?) FS 32% + brise menor Considerações finais Mercado passa por um momento de reflexão Etiquetagem e certificações produzindo maior integração entre disciplinas de projeto Simulação computacional entrando em cena Necessidade de especialistas no mercado Existem ferramentas e materiais Uso adequado define a viabilidade econômica Desafio: atender às necessidades do mercado, com bom desempenho térmico e energético 15