Energia e Edifício Redução de Consumo de Recursos Naturais [Técnicas Passivas] Karyna Kyriazi Larissa Nebesnyj Paula Flumian UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO.

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1 Energia e Edifício Redução de Consumo de Recursos Naturais [Técnicas Passivas] Karyna Kyriazi Larissa Nebesnyj Paula Flumian UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA PEA2597 - Uso Racional De Energia Elétrica Novembro/2011

2 Abordagens Concepção arquitetônica: melhoria da aptidão do edifício. Conforto nos Edifícios: ventilação; iluminação. Componentes construtivos Avaliação da Eficiência Estudo de Casos: Physik Institut Humboldt Uni. (Berlin) CECAS (São Paulo);

3 Concepção Arquitetônica Ênfase na iluminação natural Relação de aberturas em relação à orientação Combinação iluminação zenital Aberturas x sombreamento Elementos para controle da radiação solar - brises.

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6 Concepção Arquitetônica Recomendações Selo Procel Iluminação Áreas Comuns - Compatibilidade com seus usos; - lâmpadas fluorescentes reservadas à iluminação permanente - temporizadores adaptados - Circuito elétrico de iluminação do hall deve ser independente - Detectores de presença - Presença de fontes luminosas de alto desempenho.

7 Conforto nos Edifícios Conforto Térmico - Orientação Aberturas - Técnicas de Ventilação Passiva - Ventilação cruzada - Fachadas Verdes - Vegetação - Espessura das Vedações

8 Componentes Construtivos Parede de trombe Telhados verdes Paredes verdes Telhados brancos Laser cut Panel Brises

9 - Parede de trombe O componente é basicamente uma lâmina de vidro que forma espaço para circulação do ar entre esta e a parede. Há mecanismos de abertura no vidro e na parede, como indicado na figura, para serem usados conforme a necessidade de aquecimento ou resfriamento do ar. O ar entre o vidro e a parede é aquecido pela radiação solar e introduzido no interior do local pelo efeito de termofissão, possibilitando, assim, o aquecimento do ambiente nos dias frios.

10 - Parede de trombe O vidro provoca nesse caso, o efeito estufa, fazendo com que o calor encontre dificuldade de sair pelo vidro e fique confinado no ambiente interior, na forma de energia térmica. Assim sendo, há uma convecção induzida, que ocasiona a subida do ar quente que propicia o fluxo de ar conduzido pelos mecanismos de abertura da parede e do vidro, de acordo com a conveniência de aquecer ou resfriar o ambiente interno. A transferência de calor por uma Parede Trombe é de cerca de 18min por cada 10mm de espessura e que ela pode satisfazer até 15% das necessidades de aquecimento no período de Inverno quando correctamente dimensionada e orientada a Sul.

11 - Telhados verdes Os telhados verdes são sistemas de coberturas constituídos por camadas especiais que proporcionam a sobrevivência de uma massa de vegetação sobre a cobertura. Benefícios dos telhados verdes: Melhoria da qualidade do ar; Maior isolamento termo-acústico; Aumento do tempo de vida útil e diminuição das patologias em sistemas construtivos; Diminuição do estresse urbano e criação de novas paisagens na morfologia urbana; Gerenciamento do escoamento pluvial; Mitigação de ilhas de calor urbano.

12 - Telhados verdes Existem dois tipos de telhados verdes: extensivos e intensivos. Extensivos: Baixo peso (70 a 170kg/m2); Camada de substrato delgada (5 a 15cm); Baixa necessidade de manutenção. Intensivos: Alto peso (300 a 900kg/m2, podendo suportar até arvores); Camada de substrato espessa (20 a 60cm); Grande necessidade de manutenção (maior variedade de plantas, necessidade de irrigação frequente); Alto custo.

13 - Telhados verdes Segundo pesquisa feita pelo grupo (labeee.ufsc.br), há um estudo que mostra uma casa onde são feitos vários testes e muitas quantificações de eficiência de conforto, é a "Casa Eficiente". A seguir constam as conclusões da pesquisa da comparação entre os 3 tipos de cobertura que haviam na casa: Em uma base anual, o telhado vegetado reduziu o ganho de calor em 37 e 63% em relação aos telhados cerâmico e metálico, respectivamente, e aumentou a perda de calor em 22% em relação aos mesmos durante a primavera/verão. No outono/inverno a redução do ganho pelo telhado vegetado foi de 94 e 88% em relação aos telhados cerâmico e metálico, respectivamente, e o aumento da perda é de 65 e 30% em relação aos mesmos. Fica evidente o cuidado que se deve ter com o dimensionamento de tal dispositivo para que o mesmo não comprometa o desempenho térmico da edificação nos períodos frios.

14 - Paredes verdes As paredes verdes podem ser utilizadas tanto nas paredes internas como na fachada dos edifícios. Um dos benefícios das paredes verdes é o conforto térmico. Além disso, também dá conforto térmico, agrega valor ao imóvel e ajudam a purificar o ar, mantendo a temperatura interna das casas mais amena nos climas quentes. Quando as paredes são grandes, altas, ou internas, um sistema de irrigação inteligente é instalado para fazer o fornecimento de água das plantas.

15 - Paredes verdes De acordo com o agrônomo José Manuel Linck Feijó (oglobo.globo.com), presidente da Associação Telhado Verde Brasil e diretor da Ecotelhado, os revestimentos verdes não são caros e possibilitam fácil manutenção, e o uso das paredes verdes faz com que o morador tenha uma redução de aproximadamente 30% nos gastos de energia. Este tipo de coberta pode ser implantado também nas paredes de edificações já existentes.

16 - Telhados brancos O sol propicia tanto energia quanto calor, e o calor é absorvido com facilidade por cores escuras. Já as cores mais claras refletem porção considerável dessa radiação, o que ajuda a manter edifícios mais frios (um telhado branco pode absorver apenas 10% a 15% do calor recebido). E eles também re-emitem parte do calor absorvido. Estudos demonstram que a presença de telhados claros reduz os custos de ar condicionado em 20% ou mais nos dias ensolarados. O consumo de energia mais baixo que isso propicia significa redução nas emissões de dióxido de carbono que contribuem para o aquecimento global.

17 - Telhados brancos A adoção de pintura branca para a cobertura de edifícios como forma de esfriar a temperatura em seu interior, economizando energia com refrigeração, mas também minimizando as ilhas de calor dos centros urbanos. De Dubai a Nova Delhi e Osaka, no Japão, os telhados reflexivos vêm sendo promovidos pelas autoridades locais cuja prioridade é reduzir custos de energia. Em São Paulo, foi criado um Projeto de Lei (PL 615/2009), que prevê que todos os telhados da cidade devem ser pintados de branco para combater o aquecimento global, mas o mesmo não se tornou oficial. Há quem diga que um telhado branco em um clima quente e úmido deixará rapidamente de ser branco já que o clima é o principal fator na colonização por fungos e outros microrganismos com pigmentos escuros.

18 - Laser cut Panel O Laser Cut Panel é um painel fino de acrílico dividido por meio de cortes a laser em uma série de elementos retangulares. A superfície de cada corte funciona como um pequeno espelho interno que deflete a luz que passa pelo painel.

19 - Laser cut Panel Primeiramente, a luz é defletida quando incide no meio do acrílico pelo princípio da refração, depois é refletida internamente e na saída defletida novamente. Os painéis de acrílico são geralmente fixados entre duas folhas de vidro. Porém, se os cortes tiverem proteção por meio das laminas, podem ser usados em áreas externas. São transparentes, porém, distorcem a visão para fora e devem ser usados mais nas aberturas cuja função é a entrada de luz e não a visão externa. Pode ser usado também em aberturas zenitais.

20 - Brises

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22 Brises do Instituto do Mundo Árabe (de Jean Nouvel, em Paris) abrem e fecham conforme a incidência de luz - Como diafragmas de máquinas fotográficas

23 Estudo de Caso 1 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Bloco Novo no campus Adlershof Construção: 2000-2003 Área Construída: 19.000m2 Projetado para servir de laboratório e salas para cursos de ciências da Universidade, está situado na vizinhança direta do polo de Ciência e Economia de Adlershof (WISTA) e também do conjunto tombado de prédios do Centro de Pesquisa para a Indústria Aeroespacial(DVL).

24 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) O conjunto constitui-se de dois blocos, o bloco novo e o o antigo prédio do DVL, que hoje é patrimônio tombado. O prédio integra-se ao plano urbano local, porém está isolado, com 4 faces diferentes, que refletem as particularidades de cada orientação.

25 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Transparência e Plasticidade A diferenciação interna por pátios jardim qualifica o site através da introdução de prédio próprio, espaços exteriores ajardinados. O foco científico do Instituto é em física experimental (ciência dos materiais). A organização interna segue o princípio de uma abertura central, eque correspondem a perspectiva atual, e também usar a estrutura variável do instituto. O edifício oferece fácil orientação, corredores curtos e flexibilidade em relação às possibilidades de combinação das várias áreas funcionais.

26 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) As Fachadas low-tech Para reduzir a necessidade de sistemas do edifício (principalmente de climatização) e para melhorar a longo prazo do balanço de energia foi desenvolvido para o Instituto de Física, um sistema de fachada com base nos requisitos complexos de uso em laboratório e no computador seguindo o princípio da minimização da energia passiva através de medidas estruturais. Todos os lados exteriores do edifício - com exceção da fachada norte - são fornecidos com uma zona de parede acessível, cujos sistemas de proteção à radiaçãos solar são diferenciados para cada fachada. Todos as áreas com salas de longa permanência recebem proteção de componentes construtivos (brises) e as áreas de corredores e passagem têm proteção solar através da vegetação (fachadas verdes).

27 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) As Fachadas low-tech

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29 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) As Fachadas low-tech Para reduzir a necessidade de sistemas do edifício (principalmente de climatização) e para melhorar a longo prazo do balanço de energia foi desenvolvido para o Instituto de Física, um sistema de fachada com base nos requisitos complexos de uso em laboratório e no computador seguindo o princípio da minimização da energia passiva através de medidas estruturais. Todos os lados exteriores do edifício - com exceção da fachada norte - são fornecidos com uma zona de parede acessível, cujos sistemas de proteção à radiaçãos solar são diferenciados para cada fachada. Todos as áreas com salas de longa permanência recebem proteção de componentes construtivos (brises) e as áreas de corredores e passagem têm proteção solar através da vegetação (fachadas verdes). A vegetação das fachadas permite no verão uma proteção contra o calor e uso passivo de energia solar no inverno.

30 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Arrefecimento passivo do Edifício Superfícies impermeáveis ​​, como telhados alteram o microclima, alterando o balanço de irradiação. Conseqüência é o aumento das temperaturas nos edifícios circundantes e um ambiente desconfortável no interior ou o aumento do consumo de energia para ar condicionado de edifícios. A solução consiste na construção no resfriamento através da evaporação pelas fachadas verdes. Testes realizados em dois telhados verdes em outras áreas de Berlim nos meses de verão mostraram que 58% da taxa de radiação é convertido em calor, com ajuda da evaporação da água. Em telhados não-verdes, 95% do saldo de radiação é convertido em calor. Com o esverdeamento de fachadas, o impacto imediato sobre o edifício é ainda maior. A evaporação média de julho a agosto (período de verão) foi de entre 5,4 e 11,3 milímetros de água por dia, dependendo do patamar do prédio. Esta taxa de evaporação corresponde a uma potência de refrigeração média de 157 kWh por dia.

31 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Balanço Térmico

32 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin)

33 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Arrefecimento Adiabático No ar condicionado do prédio do instituto da água da chuva é usada para resfriar o edifício durante os meses de verão. A água de resfriamento adiabático é alocada para dentro do edifício e pré-resfria o ar que entra através de um trocador de calor. Economia de água com o uso da água da chuva em vez de água potável no condicionamento de ar, dando uso ao mesmo tempo das águas coletadas. Sistema eficiente: pode ser pré-resfriada a temperatura do ambiente externo de 30°C para 21-22° C, sem necessidade de recorrer ao resfriamento por técnicas ativas.

34 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) As Fachadas low-tech

35 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Coleta de Águas Pluviais e Fachadas Verdes Pelos requisitos técnicas do edifício - com alta carga de calor gerado nos laboratórios de pesquisa e também pela possibilidade da coleta de águas pluviaisno terreno - desenvolveu-se um sistema de sombreamento e resfriamento inovador, implementado no novo edifício do Instituto de Física. O prédio do instituto não tem conexão com a galerias de águas pluviais. Sistema descentralizado. A água da chuva é coletada em cinco cisternas em dois páteos, usada principalmente para a irrigação da fachada verde e resfriar o edifício. Durante os eventos de chuva pesada, a água em excesso é dirigida para um lago, ou evapora no chão. Parte do telhado foi extensivamente plantado.

36 Physik Institut - Humboldt Universität (Berlin) Concepção e Materiais A construção é uma estrutura híbrida de aço e de bambu, que são montados no chão através de canaletas de fibrocimento. As canaletas são aguadas por um sistema de rrigação agrícola fornecido. Na construção das fachadas verdes estão presas 4,8 km lona pré-estirada servindo como treliças. O claro sistema de sombreamento e vegetação nas fachadas está equipado com aparelhos de medição e, tendo em vista a eficiência energética de longo prazo e visão para as futuras práticas de construção de práticas, o sistema é testado e acompanhado periodicamente. Resultados A evaporação dos sistemas de água de edifícios é um método de baixo custo. A evaporação de 1 m3 de água da chuva produz resfriamento por evaporação de 680 kWh. No resfriamento adiabático foi demonstrado que pode ser dispensado com uma fonte de refrigeração convencional quase por completo. A ecologização dos telhados e fachadas tem um grande potencial para reduzir as temperaturas da superfície por evaporação e, assim, melhorar o microclima dentro e ao redor do edifício.

37 Estudo de Caso 2 CECAS - Centro de Estudos do Clima e Ambientes Sustentáveis (FAU + IAG)

38 - Primeiro Zero Energy Building (ZEB Edifícios de Energia Zero) do Brasil - 100% geração autônoma fotovoltaica - Sistema de caixilhos automatizados, acionados em função das condições externas e internas para garantir conforto térmico e qualidade do ar - Sistema de resfriamento geotérmico para resfriar a vazão de renovação de ar necessária para os ambientes, distribuído por insuflamento pelo piso

39 Referências Bibliográficas NBR 7198- Projeto e Execução de instalações prediais de água quente II Fórum pró-sustentabilidade: Arquitetura bioclimática: conforto térmico em edificações, Prof.Dr. Maurício Roriz, UFSCAR NBR 15220 – Desempenho térmico de Edificações Manual de Conforto Térmico- Profa. Dra. Anésia Barros Frota Referencial Técnico para Edifícios Habitacionais- AQUA, Fundação Vanzolini Revista Téchne Nos. 147, 158, 162 Revista HAUS + ENERGIE- Sep/Okt 2008 Procel - Eletrobras