Tecnologias Solares Passivas. URE em edifícios. Tecnologias Solares Passivas. Álvaro Gomes Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Edifícios - objectivos Oferecer aos seus ocupantes um ambiente agradável para o desenvolvimento da sua actividade (na habitação, local de trabalho, de lazer ou outro) Conforto Térmico Qualidade do ar Estético …. 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Edifícios - introdução Os níveis exigidos de conforto são atingidos de uma forma passiva e/ou através de sistemas activos Quando têm um mau comportamento térmico exigem maiores quantidades de energia para atingir os níveis exigidos de conforto Exigência em termos de níveis de conforto a aumentar (aumento do nível de vida) Aumento rápido do consumo de energia: o crescimento médio anual nos consumos de energia na última década tem sido de 3,7% nos edifícios residenciais e 7,1% nos edifícios de serviços É necessário contrariar esta tendência … 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria … modo de actuação: Conceber edifícios cujas necessidades de aquecimento e de arrefecimento (via sistemas activos) sejam pequenas Arquitectura e soluções construtivas, explorando o potencial: da radiação solar e ventilação natural para aquecimento no inverno, arrefecimento no verão, iluminação natural todo o ano Quando necessários, usar sistemas activos eficientes e com uma utilização racional Utilização racional dos edifícios 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria URE nos edifícios Engloba aspectos relacionados com: Concepção do edifício (desde a implantação no local até à escolha de soluções arquitectónicas – solar passivo) Sistemas activos (selecção e utilização) 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Aproveitamento passivo da energia solar – 1 Utilização da energia solar (térmica e luminosa) sem recorrer a sistemas activos Aquecimento solar passivo: uso da energia solar na forma térmica para aquecimento (é captada e transportada sem intervenção de meios mecânicos - por meio de condução, radiação e convecção naturais) Captação de luz natural 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Aproveitamento passivo da energia solar - 2 Existe sempre, bem ou mal efectuado Pode não ser fácil combinar o aproveitamento das duas formas de energia Objectivo: minimizar a utilização dos sistemas activos 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Elementos de um sistema de ASP Envidraçados Sombreamentos variáveis para controlo da entrada de luz solar Isolamento removível para evitar perdas durante a noite Massa de armazenamento Sombreamentos para controlar fluxo de “luz” para a massa de armazenamento Isolamento ajustável para controlar a libertação de calor da massa Dispositivos de difusão e distribuição da luz solar 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Edifícios - aspectos a considerar Implantação do edifício localização Orientação Forma (relação área/volume) Envolvente (opaca e envidraçada) Soluções construtivas Materiais Organização interna dos espaços Sombreamentos 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Localização Insolação; Humidade; Ventos predominantes; Sombreamento; Zonas verdes (zonas urbanas); Manchas de água. 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Localização 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Localização 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Orientação Energia incidente por dia médio, 51º N 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Movimento do sol 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Orientação 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Forma Quanto mais compacta, menos trocas de calor com o exterior / influência dos ventos 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - isolamento 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - isolamento - materiais Espessura (mm) Massa super-ficial (kg/m2) Transmissão de calor (W/m2ºK) Parede alv. simples (tijolo furado) 140 150 - 160 2.2 – 2.6 350 290 1 Parede alv. simples (betão normal) 280 1.8 Parede dupla alv. simples (tij. furado) (170)(160) 310 1.1 Parede dupla alv. (tij. Furado+isol+ar) (130)(160) (ar=4cm) 0.5 Vidro simples 3 7.5 5.785 Vidro duplo 20 4 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - isolamento - materiais (espessura equivalente) 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - pontes térmicas 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - protecções 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente – vãos e protecçõs 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - protecções Fachada Norte Fachada Sul 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Envolvente - protecções exteriores 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Conforto térmico Aquecimento (tipos de ganho externo) 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Conforto térmico Arrefecimento e ventilação ventilação natural (ventos, estratificação) arrefecimento evaporativo 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Conforto visual Iluminação natural 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Iluminação natural - Ex.os Clarabóia / Poço de luz 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Concepção e projecto eficientes Compromissos de concepção entre o conforto visual e o térmico O papel da automatização na optimização dos edifícios eficientes Exos: luz natural + luz artificial free cooling ventilação natural sistemas de ganho indirecto 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Estratégias para satisfazer objectivos da URE nos edifícios - 1 Aquecimento na estação fria Maximizar ganhos solares (envidraçados preferencialmente orientados a sul – eixo dominante do edifício nascente-poente) Isolamento térmico da envolvente Vidros e caixilharias de qualidade Minimização das pontes térmicas Arrefecimento na estação quente Sombreamento dos envidraçados (excepto os voltados a norte) preferencialmente pelo exterior Soluções construtivas com inércia térmica pesada Favorecer a ventilação natural, quando útil Evitar cargas internas elevadas em zonas com má ventilação natural 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

Estratégias para satisfazer objectivos da URE nos edifícios - 2 Iluminação natural Evitar edifícios muito profundos Controlar incidências directas Áreas envidraçadas adequadas na envolvente Cores adequadas no interior Sistemas de iluminação artificial adequadamente concebidos Qualidade do ar interior Ventilação mínima garantida Controlo das infiltrações Controlo das fontes de poluição 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

TSP (abordagem quase reducionista) Localização Onde receba o máximo de sol no inverno, parte norte do terreno Forma e orientação Forma rectangular com eixo E-W expõe a maior fachada a sul e reduz perdas inverno e necessidades de arrefecimento no verão Fachada norte Deve ser convenientemente protegida: declive do terreno, talude ou redução de aberturas Arranjo espaços int Os espaços com menores exigências de aquec. ou ilumin. devem estar na zona norte – tampão Entrada protegida Pequena e protegida dos ventos dominantes Janelas Mais a S, SE e SW. Poucas a E, W e N 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

TSP (abordagem quase reducionista) Massa de armazenamento térmico As divisórias interiores devem ter capacidade adequada de armazenamento (espessura); a radiação deve ser preferencialmente difusa Isolamento móvel Os vãos envidraçados devem ter isolamento móvel Sombreamento Devem ser previstos sombreamentos nos envidraçados a sul Isolamento exterior O isolamento deve estar na caixa de ar ou no exterior – armazenamento Arrefecimento verão Prever ventilação natural para o verão (estando assegurado o sombreamento) 2004/2005 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria