Avaliação das condições de conforto ambiental e eficiência energética dos edifícios e suas inter-relações Prof. Dr. Fernando Cremonesi, Profa. Dra. Roberta Kronka, Prof. Dr. Leonardo M. Monteiro, Prof. Dr. Walter Galvão
Questão Ambiental Edifício e Cidade: Materiais Água Energia Adequação da arquitetura ao clima Relação Conforto Ambiental x Eficiência Energética
Clima Frio Vernacular Clima Temperado Clima Quente e Úmido Clima Quente e Seco
Contemporâneo Centre Pompidou, Paris 1972-1976, Rogers & Piano Menil Collection, Houston 1982-1986, Renzo Piano Train Plataform, Waterloo-London 1993, Grimshaw and Partners Tokyo International Forum 1989-1996, Rafael Vinoly London City Hall 1998-2003, Norman Foster 30 St Mary Axe, London 2000-2004, Norman Foster
CIDADE E EDIFÍCIO AMBIENTE EXTERNO x AMBIENTE INTERNO OBJETIVO: QUALIDADE AMBIENTAL CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Conforto Ambiental x Eficiência Energética Fatores fundamentais de projeto e gerenciamento 1. AUTOMAÇÃO DOS SISTEMAS 2. CONTROLE PELOS USUÁRIOS eficiência energética e maior vida útil dos sistemas satisfação do usuário
Consumo de energia No Brasil: 40-50% da energia elétrica -> OPERAÇÃO DE EDIFÍCIOS
Conforto Térmico Variáveis Ambientais Temperatura do ar Umidade Velocidade do ar Temperatura radiante Variáveis Pessoais Atividade Vestimentas
Índices de conforto Índices de Conforto: tendam englobar em um único fator todas as variáveis. Primeiros estudos: Comissão Americana de Ventilação em 1916 com objetivo de avaliar o rendimento do operário na indústria. Índice de conforto de Fanger: ISO 7730 (2005); ASHRAE 55 (2010); NBR16401 - Parte2 (2008) Modelo adaptativo: BS (2007); ASHRAE 55 (2010)
ESCALA DE CONFORTO DE FANGER
NBR16401 - Parte2 (2008) Verão (roupa típica 0,5 clo) Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por: 22,5 C a 25,5 C e 65 %; 23,0 C a 26,0 C e 35 %. A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve ultrapassar: 0,20 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30 % a 50 %); 0,25 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %). Inverno (roupa típica 0,9 clo) Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por: 21,0 C a 23,5 C e 60 %; 21,5 C a 24,0 C e 30 %. A velocidade média do ar (não direcional) na zona de ocupação não deve ultrapassar: 0,15 m/s para distribuição de ar convencional (grau de turbulência 30 % a 50 %); 0,20 m/s para distribuição de ar por sistema de fluxo de deslocamento (grau de turbulência inferior a 10 %).
MODELO ADAPTATIVO
Conforto Luminoso Critérios para boa iluminação 1. Níveis Mínimos de Iluminância (Lux) dados pela Norma NBR 5413. 2. Boa distribuição destes níveis pelo ambiente (boa uniformidade). 3. Não ofuscamento. 4. Boa reprodução de cor. 5. Boa aparência de cor.
Níveis de Iluminância Para atividade de leitura e escrita a norma brasileira NBR 5413 estipula: - no mínimo 300 lux - no máximo 750 lux O nível de iluminância vai depender: da idade dos usuários da necessidade de acuidade visual da refletância de fundo
Iluminação natural (NBR-15215) Eficiência energética e conforto visual. Conforto visual e bem-estar dos ocupantes. Luz natural: variabilidade e qualidades mais agradáveis e apreciadas relacionamento com o ambiente maior no qual estamos inseridos Aberturas: em geral, proporcionam contato visual com o mundo exterior e relaxamento do sistema visual.
CONFORTO quanto maior for o esforço de adaptação maior será sua sensação de desconforto
Interação entre processo projetual e avaliação das condições de conforto ambiental e eficiência energética dos edifícios e suas inter-relações
CENPES II da Petrobrás, Rio de Janeiro Arq. Zigbert Zanettini Projeto: 2005, Obra: 2006-2010
CENPES II: 1 Prédio Central 2 Laboratórios 3 Centro de Convenções 4 Realidade Virtual 5 Empreiterópolis 6 Oficinas 7 Orquidário 8 Planta Piloto 9 Restaurante 10 CENPES I
premissas de projeto 1. orientação solar adequada 2. forma arquitetônica: adequada aos condicionantes climáticos locais e padrão de uso para a minimização da carga térmica interna 3. material construtivo das superfícies opacas e transparentes: termicamente eficiente 4. superfícies envidraçadas: taxa de WWR (window wall ratio) adequada às condições de conforto térmico e luminoso internos 5. proteções Solares Externas: Adequadas às fachadas 6. ventilação Natural: Aproveitamento adequado dos ventos para resfriamento e renovação do ar interno 7. aproveitamento da Luz Natural 8. uso da vegetação 9. sistemas para uso racional de água e reuso 10. materiais de baixo impacto ambiental: dentro do conceito de desenvolvimento sustentável
fases de desenvolvimento do projeto de eco-eficiência fase 1 concurso 1.1ntegração das exigências de eco-eficiência ao partido arquitetônico: fase 2 consolidação das principais estratégias de projeto 2.1 efinição das condições ambientais de exposição ao clima: térmica e iluminação fase 3 avaliação do desempenho ambiental de edifícios e espaços abertos 3.1 edifícios: conforto térmico, luminoso e os impactos no consumo de energia 3.2 espaços abertos: conforto térmico fase 4 otimização do desempenho ambiental dos edifícios 4.1 estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: 4.2 layout de ambientes, detalhamento e especificações
integrando arquitetura e estratégias para a eco-eficiência fase 1
diagnóstico climático preliminar e diretrizes de projeto J F M A M J J A S O N D 2 4 6 8 10 Zona de conforto Ventilação Massa térmica Resfriamento ativo 12 14 16 18 20 22 24 1. proteção solar 2. ventilação natural 3. cores claras 4. baixa inércia térmica
orientação e forma proteção solar, materiais, aberturas, vegetação e espaços abertos, energia
Ensaios preliminares de insolação do conjunto e da unidade dos laboratórios
ensaios preliminares de ventilação do conjunto Ensaios preliminares de ventos
consolidação das principais estratégias de projeto condições ambientais de exposição: clima, insolação, ventos, iluminação natural fase 2
40,0 35,0 50% N Temperatura do ar (ºC) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 W N W 40% 30% 20% 10% 0% N E E 5,0 0,0 8760 hora s a o longo do a no S W S E 1200 S Radiação Global (W/m2) 1000 800 600 400 200 0 8760 hora s a o lo ng o do a n o ano típico dados provenientes da estação meteorológica do Galeão 1998-2003 dados cedidos pelo Laboratório Master, IAG/USP.
45, 00 40, 00 35, 00 Temperatura d o ar (ºC) 30, 00 25, 00 20, 00 15, 00 10, 00 5, 00 0, 00 672 hora s do m ê s de fe ve re iro de 2003 mês mais quente: fevereiro de 2003 120 100 Um idad e relativa (% ) 80 60 40 20 0 672 hora s do m ê s de fe ve re iro de 2003
estudos de insolação do conjunto solstícios de inverno e de verão e equinócios
estudos de ventos no conjunto simulação de vento a 10 metros de altura simulação de vento no nível do pedestre
estudos de pressão e velocidade do vento nas envoltórias dos edifícios
avaliação do desempenho ambiental espaços abertos: conforto térmico edifícios: conforto térmico, luminoso e consumo de energia fase3
Espaços externos com toda radiação solar incidente e metade da ventilação natural (rv*) Espaços externos com metade da radiação solar incidente e metade da ventilação natural (r*v*) Espaços externos com toda radiação solar incidente e sem ventilação natural (r)
4 Paisagismo: Benedito Abbud
terraços do prédio central pátio do centro de convenções pátios dos laboratórios
zona de conforto para ambientes naturalmente ventilados Limites de Temperaturas Operativa Efetivas de para Conforto (t c ) - Rio RJ de Janeiro 32 Temperatura Operativa ( o C) Temperatura Efetiva ( C) 30 28 26 24 22 20 18 0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760 Hora do ano Tc Temperatura de Conforto 90% Limite Superior sup. p/ 90% de satisfeitos 80% Limite Superior sup. p/ 80% de satisfeitos 90% Limite Inferior inf. p/ 90% de satisfeitos Limite inf. p/ 80% Inferior 80% de satisfeitos
avaliação preliminar do potencial de ventilação natural e aplicação da estratégia de modo misto laboratórios e ambientes de trabalho
Ta 24 o C UR 50% Ta 24 o C UR 60% UR:-10% = 7% 24% Ta:-2 o C = 20% Ta: -2 o C = 17% Ta 26 o C UR 50% Ta 26 o C UR 60% UR:-10% = 4%
Proteção solar edifício central
simulação da iluminação natural do prédio central, antes da definição do layout
otimização do desempenho ambiental dos edifícios estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: layout, detalhamento e especificações fase4
Prédio central
prédio central pavimento 3 área de escritórios
Prédio central
Laboratórios
laboratórios - otimização da penetração da iluminação natural
simulação da iluminação natural nos laboratórios
Laboratórios
Empreiterópolis
empreiterópolis ambientes simulados
Empreiterópolis
Avaliação de conforto e energia 1) Objetivo da simulação 2) Seleção dos dados de entrada 3) Escala da simulação / Critérios de Avaliação 4) Interpretação dos dados de saída 5) Interação com o processo de projeto
Considerações Finais 1) Revisar os critérios de conforto 2) Reduzir a demanda por energia por meio do projeto arquitetônico 3) Utilização de sistemas tecnológicos mais eficientes 4) Introdução de geração de energia renovável para suprir a demanda 5) Conscientização de usuários e adequada operação do edifício
Referências ASHRAE-55:2010. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ABNT NBR 15215-1:2005. Iluminação natural Parte 1: Conceitos básicos e definições ABNT NBR 15215-2:2005. Iluminação natural Parte 2: Procedimentos de cálculo para a estimativa da disponibilidade de luz natural ABNT NBR 15215-3:2005. Versão Corrigida:2007 Iluminação natural Parte 3: Procedimento de cálculo para a determinação da iluminação natural em ambientes internos ABNT NBR 15215-4:2005. Iluminação natural Part 4: Verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações - Método de medição ABNT NBR 5461:1991. Iluminação ABNT NBR 5382:1985. Verificação de iluminância de interiores ABNT NBR 5413:1992. Versão Corrigida:1992 - Iluminância de interiores DIN 12464:2003. Light and lighting - Lighting of work places (replaces DIN 5035:1990) ISO 7726:1998. Ergonomics of the thermal environment: instruments for measuring physical quantities. ISO 7730:2005. Ergonomics of the thermal environment: analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.