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DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES Eng. Mecânico Fulvio Vittorino, Dr.
E-mail: [email protected] - � (11) 3767 4553
24/11/2008 1
Sumário
• Conceito de Eficiência Energética.
• O Consumo de Energia em Edificações.
�Brasil x Países de Clima Frio.
• As opções dos Projetistas.
• O comportamento térmico de edificações – Arquitetura Bioclimática.
• Efeito de Algumas Decisões de Projeto.
• Um edifício projetado visando a eficiência energética
24/11/2008 2 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Por que se consome energia em edificações?
• Utiliza-se equipamentos para suprir necessidades dos usuários.
• Necessidades que só podem ser supridas com o consumo de energia. � Aquecimento de água para cozimento de alimentos;
• Necessidades decorrentes de decisões de projeto � Uso de energia elétrica em sistemas de resfriamento empregados para climatizar edifícios inadequados ao clima.
24/11/2008 3 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Quanto se consome de energia em um edifício?
• Depende da potência dos equipamentos e de quanto tempo eles são utilizados: �Uso no momento de necessidade � Chuveiro de alta potência para aquecer a água do banho em dia frio;
�Uso fora do momento de necessidade � Lâmpadas acesas sem que ninguém esteja no ambiente.
• Depende do rendimento energético do equipamento/sistema: �Quando novo � Selo Procel ; e
�Daquele decorrente do programa de manutenção.
24/11/2008 4 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Elementos que Consomem Energia em Edificações
• Iluminação Artificial �Interiores, exteriores, fachadas;
• Transporte Vertical �Elevadores, monta-cargas e Escadas Rolantes;
• Transporte Horizontal �Esteiras Rolantes e Transportadoras de Materiais;
• Bombeamento de água para consumo humano;
• Aquecimento de água �Higiene e Cocção
24/11/2008 5 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Elementos que Consomem Energia em Edificações
• Climatização Artificial � Resfriamento, Aquecimento, Ventilação, Umidificação,
Desmudificação, Bombeamento de água gelada/aquecida;
• Processos � Industriais: Usinagem, Conformação, Eletrodeposição, Moldagem,
ETC
� Para Serviços: Geração de Vapor, Refrigeração Alimentar, Imagem e Som, ETC
� Residenciais: Televisores, Ferro-de-Passar, Geladeiras, Freezers, ETC
� Administrativos: Equipamento de Informática; Centros de Telefonia;
� Combinação dos Anteriores.
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Conceito de Eficiência Energética
• Para um edifício ser eficiente energeticamente, não basta ele possuir equipamentos de alto rendimento e operados de forma otimizada, mas também deve suprir as necessidades dos usuários com o menor consumo de energia possível ou mesmo sem consumir energia.
• Um edifício eficiente, para ter baixo consumo de energia, não pode prejudicar a satisfação de seus usuários.
24/11/2008 7 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Quem é o maior consumidor de energia nas edificações Brasileiras?
• Habitações: Chuveiros para aquecimento de água, refrigeradores/freezers, ferros de passar roupa.
• Edifícios de escritório: Sistemas de climatização, equipamentos de informática, iluminação artificial, elevadores.
• Supermercados: equipamentos de refrigeração de alimentos.
24/11/2008 8 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Como reduzir o consumo?
• Reduzir a demanda e Utilizar equipamentos mais eficientes!
• Em habitações, utilizar coletores solares.
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Enfocando instalações e equipamentos
• Revisão da instalação elétrica em geral, buscando sub-dimensionamentos e problemas de manutenção.
• Verificação do uso de equipamentos com alta eficiência energética (selo “A” do selo Procel): �Chuveiros; �Geladeiras; �Fogões; �Ventiladores; �Equipamentos de Ar-condicionado.
• Verificação de níveis de iluminamento em ambientes;
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Enfocando instalações e equipamentos
• Avaliação e Substituição de lâmpadas e luminárias;
• Avaliação do funcionamento de elevadores (controle inteligente) e regeneração.
• Substituição de monitores de microcomputadores de tubos de raios catódicos para LCD;
• Instalação de sensores de presença em corredores, banheiros, salas de reunião.
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Custo Durante a Vida do Edifício
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Adequação Climática
• Países Frios �Temperatura Externa muito Baixa; �Sem Radiação Solar;
• Limitar a Perda de Calor � Economia de Energia em Sistemas de Aquecimento.
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Adequação Climática
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Resistência Térmica X Carga Térmica
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
Carga Térm
ica Total D
iária (W)
0 1 2 3 4
Resistência Térmica (m2.K/W)
Sem Forro Painel de Concreto-FI Laje Mista-FH
Carga Térm. Aquecimento x Res. TérmicaInverno - Parede Externa
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A Evolução das exigências construtivas
França • Isolação térmica/regime permanente: usos e costumes; • 1974: economia de energia - aumento da isolação térmica -
redução de 25% no consumo de energia; • 1982: “selo alta isolação” - energia solar/ fontes internas -
redução adicional de 25% no consumo de energia; • 1989: “selo alta performance” - eficiência do sistema de
aquecimento - nova redução adicional de 25% no consumo de energia.
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO APÓS 1974 EM HABITAÇÕES NOVAS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1958
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
Ano
Porcentagem
≈ 25%
≈ 25%
≈ 25%
G B C
Selo
AIT
SeloADE
Representação Gráfica das exigências francesas
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Adequação Climática
24/11/2008 18 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Adequação Climática
• Características dinâmicas de troca de calor entre o edifício e o exterior. �Ao longo do dia, ocorrem ganhos e perdas de calor por todos os elementos de vedação.
�As fontes internas de calor e frio tem atuação intermitente.
• Não há parâmetros simples que caracterizem adequadamente o comportamento térmico das edificações.
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Resistência Térmica X Temperatura
28
30
32
34
36
38
Temperatura do Ar (°C)
0 1 2 3 4
Resistência Térmica (m2.K/W)
Sem Forro Painel de Concreto-FI Laje Mista-FH
Temp. Máxima Diária x Res. TérmicaVerão - Parede Externa
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Código Sanitário do Estado de São Paulo
Livro III - Saneamento das Edificações �Título II - Normas Gerais de Edificações
•Capítulo I - Dimensões Mínimas dos Compartimentos •Capítulo II - Insolação, Ventilação e Iluminação •Capítulo III - Especificações Construtivas – Art. 44 A área iluminante dos compartimentos deverá corresponder, no mínimo, a:
– I – nos locais de trabalho e destinados a ensino, leitura e atividades similares: 1/5 da área de piso;
– II – nos compartimentos destinados a dormir, estar, cozinhar, comer e em compartimentos sanitários: 1/8 da área de piso, com no mínimo 0,60 m2
– III – nos demais compartimentos: 1/10 da área de piso, com no mínimo 0,60m2.;
24/11/2008 21 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Projeto do Edifício
• O projeto do edifício é o ponto de partida para uma edificação sustentável. O projeto deveria ser feito de modo a minimizar, e até eliminar, o uso de sistemas de ar condicionado.
• Todos os preceitos da chamada arquitetura bio-climática, para adequação da edificação ao seu uso e ao seu entorno devem ser empregados.
24/11/2008 22 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Edifício
• Arranjo físico das edificações no terreno, com fachadas principais orientadas de forma a reduzir a exposição ao sol.
• Espaço aberto para circulação de ar e incidência de vento sobre as fachadas
• Aberturas: Pequenas e protegidas da incidência solar direta, porém permitindo o aproveitamento da luz natural difusa.
24/11/2008 23 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Edifício
• Envoltória opaca: Com características adequadas (isolante ou inércia) e cores claras nas faces externas;
• Utilização efetiva de ventilação natural: Disposição de aberturas de modo a aproveitar a incidência de ventos e propiciar a ventilação cruzada nos recintos;
• Sistema de iluminação artificial energeticamente eficiente (luminária+lâmpada+reator);
• ...
24/11/2008 24 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Quando o sistema construtivo deve ter elevada resistência térmica?
• Nas zonas climáticas A e D, o isolamento térmico é sempre benéfico.
• Nas zonas B e C, o isolamento térmico deve ser utilizado considerando a inércia térmica da edificação.
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Recife - Verão - Casa Térrea
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30
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Horário
Temperatura(C)
TE TI - Tijolo maciço TI - Painel 4cm
Material da parede de edificação de pequeno porte
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Participação do ar condicionado
• Variável segundo o clima, a envoltória e o uso do edifício;
• Podem chegar a até 60% do consumo total da edificação.
� É o “espelho” do sistema construtivo, das
práticas de projeto e da execução da edificação.
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Onde Isolar – Edificação de Pequeno Porte
Salvador Verão
0
20
40
60
80
100
120
Sem Isolante Só Cobertura Cobertura e Paredes
Carga Máxima (W/m2)
Pesadas Médias Leves
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Posição do Isolante nas Paredes
Isolamento Térmico de Paredes - Porto Alegre
0
5
10
15
20
25
Externas-Fora
Externas-Dentro
Todas -Fora
Todas -Dentro
Externas-Fora
Externas-Dentro
Todas -Fora
Todas -Dentro
Posição do Isolante
Redução (%)
Capacidade do Equipamento
Demanda de Energia
24/11/2008 31 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Espessura do Isolamento
Porto Alegre - Isolamento da Cobertura
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0
Espessura do Isolamento (cm)
Carga Térmica Total Diária
(kWh/m2)
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Recife - Verão - Casa Térrea
22
24
26
28
30
32
34
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horário
Temperatura(C)
TE TI - Telhado vermelho TI - Telhado bege
Efeito da cor do telhado
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Edifício da Ohbayashi
24/11/2008 34 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Edifício Ohbayashi
Implementação de 98 estratégias para redução do consumo de energia
• Sistema VAV
Estratégias clássicas
• Modulação de capacidade dos “chillers” • Uso de termoacumulação
• Automatização do uso de luminárias
• Uso de equipamentos mais eficientes • Localização e orientação otimizada do edifício. Aproveitamento do vento para ventilar a recepção e evitar a climatização
• Redução da área envidraçada
• Edifício cúbico 24/11/2008 35 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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• Resfriamento do ar através de tubulação localizada abaixo da superfície
Medidas Inovadoras
e Estratégias
pouco exploradas
• Pele de vidro dupla na face sul do edifício.� Ventilação pela fachada
• Uso de coletores solares no teto para complementação do consumo de energia
• Controle da vazão do ar externo através da concentração de CO2
Edifício Ohbayashi
24/11/2008 36 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Edifício Ohbayashi
24/11/2008 37 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
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Condição de Aquecimento, no Inverno
AR EXTERNO
AMBIENTES DE PESQUISA
AMBIENTES DE PESQUISA
ESCRITÓRIOS
SALA DE COMPUTADORES
22°C 8°C
33°C
17°C
ÁGUA QUENTE
FACHADA EMPELE DUPLA
PRÉ-AQUECIMENTO VIA TROCADOR DE
CALOR
Edifício Ohbayashi
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Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Condição de Resfriamento, no Verão
AR EXTERNO
AMBIENTES DE PESQUISA
AMBIENTES DE PESQUISA
ESCRITÓRIOS
SALA DE COMPUTADORES
26°C 31°C
34°C
ÁGUA GELADA
FACHADA EMPELE DUPLA
PRÉ-RESFRIAMENTO VIA TROCADOR DE
CALOR
TOMADA DE AR EXTERNO
VENTILAÇÃONATURAL
BRISES
FLUTUAÇÃO DOAR QUENTE
Outras Medidas Inovadoras
• Energia solar armazenada no sub-solo via circulação de água pelo solo. Aquecer o solo no inverno;
• Redução do fluxo luminoso devido ao sistema de iluminação artificial na região perimétrica do edifício, aproveitando a luz natural;
• Iluminância Geral Baixa e uso de iluminação localizada complementar;
• Controle da temperatura da água quente usada para fazer chá!
24/11/2008 39 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Esquema de Resfriamento pelo Solo
24/11/2008 40 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
24/11/2008 41 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino
Centro Tecnológico do Ambiente Construído - CETAC
Eng. Mecânico Fulvio Vittorino, Dr.
E-mail: [email protected] - � (11) 3767 4553
Agradeço pela Atenção!
24/11/2008 42 DECISÕES DE PROJETO E SEU IMPACTO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES
Eng. Dr. Fulvio Vittorino