Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental fernando.sw@ufsc.br 1
Conteúdo da palestra Atividades de Pesquisa & Desenvolvimento realizadas nos últimos 6 anos, consolidando o uso do vidro de controle solar como estratégia de eficiência energética em edificações no Brasil 2
Morumbi Corporate Multiplan, São Paulo 3
CEO Cyrela, São Paulo Office Green Cid. Pedra Branca, Palhoça 4
Torre Matarazzo Cyrela+CCDI, São Paulo Thera Cyrela, São Paulo 5
Edifício Vera Cruz II Jaguar Capital, São Paulo 6
JK 1455 Cyrela, São Paulo 7
Visão acadêmica 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?
Não confundir... Eficiência Energética Racionamento Reduzir o consumo de energia sem abrir mão do conforto Reduzir horas de conforto, desligando sistemas e diminuindo o consumo de energia 9
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Quer economizar? Compre um carro 1.0 Quer economizar mesmo? Não ande de carro 11
Numa edificação Contato Visual Luz natural Manutenção Sol Estética Eficiência Energética Conforto 12
Vidros de controle solar O coating funciona como um filtro à radiação solar As possibilidades de especificação são variadas (temperado, laminado, insulado, serigrafado, curvo) Matéria prima Coating Forno Recozimento Corte 13
Fator Solar de vidros Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor Radiação transmitida diretamente Fator Solar (ganho de calor) Radiação absorvida e reemitida Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm Vidro de controle solar 87% 62% <40% É um valor de referência medido em condição padrão. Ganho de calor varia ao longo do dia e do ano
Vidro de controle solar na prática Caixa de madeira Amostras de vidro Papel preto
Vidro de controle solar na prática A caixa foi exposta ao sol O papel preto é naturalmente aquecido
Vidro de controle solar na prática Vidro incolor Vidro de Controle Solar Foto comum Foto por termografia (infavermelho)
Vidro de controle solar na prática Vidro incolor Vidro de Controle Solar 40,6 C 27,9 C
Vidros de Controle Solar Opção Transmissão Luminosa Reflexão Externa Reflexão Interna Fator Solar #1 0,16 0,34 0,31 0,27 #2 0,19 0,32 0,25 0,29 #3 0,33 0,26 0,19 0,27 Processo coating #4 0,35 0,25 0,19 0,35 #5 0,58 0,09 0,07 0,49 Vidro com baixo Fator Solar não necessariamente é um vidro escuro ou refletivo 19
Propriedades ópticas para a escolha do vidro Calor Fator Solar Luz Transmissão luminosa Reflexão luminosa (frente) Reflexão luminosa (verso) 20
Custo/benefício Aplicações diferentes Soluções diferentes Mesmo desempenho 21
Estudos de caso por simulação: Modelo utilizado Edifício de escritórios 20 pavimentos 48.000 m² de área construída 16.000 m² de área de fachada Paredes em alvenaria e revestimento em vidro Sem obstruções no entorno Software de simulação: EnergyPlus
Estudos de caso por simulação: Vidros utilizados Propriedade Vidro Incolor Vidro Verde Vidro de Controle solar Vidro Duplo (câmara de ar 12mm) Fator Solar (%) 84 62 33 28 U-value (W/m².K) 5,60 5,60 5,60 1,88 Transmissão Luminosa 88 75 30 39 Índice de seletividade 1,05 1,21 0,90 1,45
Percentual de Abertura de Fachada (PAF) PAF Área de vidro na fachada que permite a passagem de luz. PAF = Área aberturas envidraçadas Área fachada
Consumo anual de energia (MWh) Estudo de caso por simulação Clima: São Paulo 5800 5600 5400 5200 5000 PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% 4800 Incolor Verde Contr. Solar Duplo FS=84% TL=88% FS=62% TL=75% FS=33% TL=30% FS=28% TL=39%
Aumento na área de janela X Aumento no consumo de energia 2,50 2,00 1,67 2,00 200% de aumento na área de janela 1,50 1,00 0,50 0,00 1,33 1,00 1,00 1,02 1,03 1,05 PAF = 30% PAF = 40% PAF = 50% PAF = 60% Área de janela (m²) Consumo de energia (kwh) 5% de aumento no consumo de energia Ar-condicionado de alta eficiência Vidros de alto desempenho Possibilidade de fachadas mais transparentes
Comparativo: PAF 40% São Paulo Vidro Verde Ar Condicionado: 1084 TR Consumo: 5400 MWh Vidro Controle Solar Ar Condicionado: 995 TR Consumo: 5239 MWh Economia no A.C. Economia de energia Economia/m² de vidro R$ 534 mil R$ 56 mil R$ 83 + R$ 9/ano Ar Condicionado: 875 TR Consumo: 5137 MWh Vidro Duplo Economia no A.C. Economia de energia Economia/m² de vidro R$ 1.254 mil R$ 92 mil R$ 195 + R$ 14/ano
Estudo de caso por simulação Simulação computacional - Energyplus Modelo: Pavimento-tipo de uma Edificação Comercial NG Área Total: 11.942 m² Zona 1 Zona 3 Não condicionada Zona 2 Área Climatizada: 9.038 m² Área de Janelas: 3.008 m² PAF: 50% Ocupação: 7m²/pessoa. Carga de equipamentos: 21 W/m² Carga Iluminação: 15 W/m²
Metodologia Vidros Cidades Analisadas 36 tipos de vidros: Monolíticos Laminados Insulados Fortaleza Fator Solar: 18% a 85% Transmissão Luminosa: 13% a 90% Belo Horizonte Rio de Janeiro São Paulo Curitiba Tarifas de energia elétrica reais (comercial BT) Brasília: R$ 0,34 Fortaleza: R$ 0,53 Análise econômica: Payback simples Payback corrigido (i = 12% a.a.) Taxa Interna de Retorno (TIR)
Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico
Resultados: Período de retorno do investimento Cidade Belo Horizonte Brasília Curitiba Fortaleza Rio de Janeiro São Paulo Vidro Payback Simples (anos) Payback Corrigido (anos) TIR (%) FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7% FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9% FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9% FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2% FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0% FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9% FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0% FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1% FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1% FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2% FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4% FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3% FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2% FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9% FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4% FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3% FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9% FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3% FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7% FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1% FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2% FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8%
Resultados: Período de retorno do investimento Cidade Belo Horizonte Brasília Curitiba Fortaleza Rio de Janeiro São Paulo Vidro Payback Simples (anos) Payback Corrigido (anos) TIR (%) FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7% FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9% FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9% FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2% FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0% FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9% FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0% FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1% FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1% FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2% FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4% FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3% FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2% FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9% FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4% FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3% FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9% FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3% FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7% FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1% FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2% FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8% Maiores benefícios em climas quentes
Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico
OBJETIVO E METODOLOGIA Comprovar o uso do vidro de controle solar como uma estratégia de condicionamento passivo, promovendo redução do ganho de calor, aproveitamento da luz natural e integração visual. Simulação computacional Redução de consumo de energia em ar-condicionado Aumentar horas de uso das venezianas abertas Comparar a economia com paineis fotovoltaicos
APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL) Modelo base Edifício multifamiliar 4 aptos por andar 7 andares 72,6 m² por unidade Cobertura Intermediário Térreo
APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL) Cidade: Florianópolis Estratégia de sombreamento: persianas integradas Ajustadas para fechar quando houver radiação na janela Ar-condicionado liga quando ventilação natural é insuficiente
APARTAMENTO DO RTQ-R (PROCEL) Contestando a rotina de operação da veneziana segundo o PROCEL Residencial: PROCEL considera a veneziana fechada das 8h às 18h: Zonas Bioclimáticas 1 a 4: primavera e verão Zonas Bioclimáticas 6 a 8: o ano inteiro
APARTAMENTO DO RTQ-R Dormitório Norte Economia = 26% Investimento Payback Vidro R$ 742 14,3 anos PV R$ 406 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 1,83 Norte Dormitório Oeste Economia = 31% Investimento Payback Vidro R$ 774 11,6 anos PV R$ 522 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 1,48 Persiana fechada no verão/prim. Sala Economia = 37% Investimento Payback Vidro R$ 1.456 12,0 anos PV R$ 1.476 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 1,53
APARTAMENTO DO RTQ-R Dormitório Norte Economia = 33% Investimento Payback Vidro R$ 742 10,7 anos PV R$ 627 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 1,18 Norte Dormitório Oeste Economia = 38% Investimento Payback Vidro R$ 774 8,7 anos PV R$ 803 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 0,96 Persiana fechada a 300 W/m² Sala Economia = 38% Investimento Payback Vidro R$ 1.456 8,3 anos PV R$ 1.597 9,0 anos Custo Vidro/Custo PV = 0,91
Economia de energia proporcionada por vidros de controle solar 14 m² de paineis fotovoltaicos por apartamento Neste caso, investir em vidro de controle solar tem o mesmo retorno da geração de energia fotovoltaica Além disso, proporciona mais horas de sol, com persianas e venezianas abertas, e mesmo conforto 41
ANÁLISE: % de horas de veneziana fechada Janela sempre fechada Segundo metodologia do RTQ-R (PROCEL) Noite Veneziana fechada Noite Persiana fechada a 250 W/m² Veneziana fechada Muito mais horas de sol com o vidro de controle solar, e ainda há economia de energia. Noite Noite
Investimento Área de vidro total analisada: 12 m² por unidade. Estimando um custo exagerado de R$ 200/m², o investimento é de R$ 2.400 por apartamento.
OPORTUNIDADES E APLICAÇÕES 44
Florianópolis, SC Beira Mar Norte 45
Florianópolis, SC Beira Mar Norte 46
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Considerações Finais A indústria brasileira oferece produtos de alto desempenho Vidros de controle solar permitem soluções arrojadas, com elevado desempenho térmico e energético Necessidade de capacitação do mercado 71
Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental fernando.sw@ufsc.br 72