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Eficiência Energética Eficiência Energética em Janelas em Janelas Deivis Deivis Luis Luis Marinoski Marinoski

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Eficiência Energética Eficiência Energética em Janelasem Janelas

DeivisDeivis LuisLuis MarinoskiMarinoski

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ESTRUTURA DO TRABALHO

⇒ Introdução⇒ Tecnologias disponíveis hoje⇒ Impacto do aumento da eficiência das

janelas⇒ Pesquisa e desenvolvimento de novos

produtos⇒ Sistema de certificação e selagem⇒ Considerações para seleção de janelas⇒ Situação no Brasil⇒ Conclusões

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INTRODUÇÃO

• “Janelas são os olhos da casa”• Controle da entrada de luz e do fluxo de ar; • Contato visual;• Proporcionam isolamento,

segurança e privacidade;• Atribuem estética e beleza

ao projeto; • Influenciam no consumo de

energia da edificação;

1. Importância das janelas para a edificação

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INTRODUÇÃO

• As casas primitivas não tinham janelas;• Um buraco para saída de fumaça pode ser considerado

como sendo a primeira forma de janela;• A saída de fumaça melhorava a qualidade do ar interno; • Este buraco proporciona entrada de luz, mas também a

perda de calor;• Uma folha de fechamento - transformando a janela em

uma espécie de segunda porta;

2. Um breve histórico

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INTRODUÇÃO

• Uma abertura na parede - poderia tanto ser aberta para entrada de ar e luz, ou fechada para segurança e proteção;

• A primeira janela de vidro transparente foi usada nos tempos romanos;

• No século XVII a produção de chapas de vidro é tem um grande desenvolvimento na França;

• A partir do século XIX muitas inovações foram vistas e disponibilizadas para o público em geral (vidros maiores, mais resistentes, de maior qualidade);

2. Um breve histórico (continuação)

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INTRODUÇÃO

• Edificações usavam essencialmente um tipo de vidro: o vidro claro de pano único;

• Anos 50 – Inglaterra: técnica de produção de vidro “float”;

• Nos anos de 1965 à 1990: um grande avanço tecnológico com o aumento da qualidade das superfícies e melhora da isolação.

2. Um breve histórico (continuação)

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INTRODUÇÃO

• Perdas e ganhos de calor (não solar) na forma de condução, convecção e radiação;

• Ganho de calor solar na forma de radiação;

• Trocas de ar (ventilação e infiltração).

3. Características energéticas das janelas Pode-se considerar três tipos de fluxo de energia através das janelas como sendo principais:

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

1. Vidros duplos;2. Vidros e filmes múltiplos;3. Vidros tingidos;4. Vidros e filmes reflexivos;5. Camadas de baixa emissividade e

espectralmente seletivas;6. Gás de baixa condutividade;7. Espaçadores termicamente melhorados;8. Materiais para esquadrias

e para vedação.

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Aumento da resistência térmica• Pequena redução da transmissão de luz• Melhor desempenho térmico com espaço

igual a 12mm entre os panos quando preenchidos por ar

Aplicações:• Construções com necessidades de

aquecimento ou resfriamento (uso freqüente do ar-condicionado)

1. Vidros duplos

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Aumento da resistência térmica (maior

que os vidros duplos)• Menor condensação durante o inverno• Visibilidade é reduzida com cada

camada adicional• Redução do Ganho de calor solar• Problema: aumento da espessura da

janela Aplicações:• Climas Frios (onde a redução da perda

de calor é a prioridade)• Climas bastante quentes

2. Vidros e filmes múltiplos

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Absorvedores de calor• Menor transmissão de luz,

(tradicionais – bronze e cinza)• Vidros com cores alternativas podem

manter a passagem de luz (espectralmente seletivos – azul e verde)

Aplicações:• Edificações comerciais• Climas quentes (redução do

ganho de calor solar quando associados a outras tecnologias)

• Situações onde a redução do brilho do ambiente externo é desejável

3. Vidros tingidos

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Redução do ganho de calor solar• Redução da passagem de luz • Problema: podem produzir efeito

exterior de espelhoAplicações:• Edificações comerciais• Climas quentes (redução do ganho

de calor solar)• Situações onde a redução da

claridade é desejável

4. Vidros e filmes reflexivos

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Reflexão de radiação em onda longa

(redução da perda de calor no inverno)• Redução da ocorrência de condensação• Reflexão da radiação solar (redução do

ganho de calor no verão)• Mantêm boa visibilidade Aplicações:• Climas frios: camadas de Baixa

emissividade• Climas quentes: camadas de seleção

espectral

5. Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

5. Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas (continuação)

Vidro claro

Alta Transmissividade

Espectralmente seletiva

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Aumento da resistência (redução da

perda/ganho de calor por condução)• Aumento Redução da ocorrência da

condensação• Não afeta a transmissão da luz visível Aplicações:• Climas frios onde a redução da perda de

calor seja a prioridade

6. Gás de baixa condutividade (Argônio, Kriptônio, hexafluoreto de enxofre e dióxido de carbono)

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Características:• Redução da perda de calor pela por condução• Mantêm a temperatura mais elevada na borda

dos vidros reduzindo a condensação

Aplicações:• Climas frios (onde a redução

da perda de calor é a prioridade)

7. Espaçadores termicamente melhorados

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TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

8. Novos materiais para esquadrias e vedação.

Esquadrias:• Alumínio (thermal break)• Alumínio com madeira• Madeira e vinil (PVC)• Vinil • Fibra de vidro

Vedações• Mais duráveis e com melhor

desempenho

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IMPACTO DO AUMENTO DA EFICIÊNCIA

=> O aumento da eficiO aumento da eficiêência das janelas gera ncia das janelas gera influinfluêências a curto e longo prazo:ncias a curto e longo prazo:

Custo Prazo:• Melhoria do conforto;• Redução do valor da conta de energia.

Longo Prazo (a nível nacional e global):• Maior oferta de energia;• Redução do custo da energia;• Redução da emissão de poluentes e aquecimento

global.

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IMPACTO DO AUMENTO DA EFICIÊNCIA

Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento)

Estação Fria

11 BtuBtu = 0,293 kWh= 0,293 kWh

~39%

~48%

~43%~39%

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IMPACTO DO AUMENTO DA EFICIÊNCIA

Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (resfriamento)

Estação Quente

~36%

~32%

~33%

~42%

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IMPACTO DO AUMENTO DA EFICIÊNCIA

Para o EUA:=> As janelas geram um custo adicional de energia de

U$ 9,3 bilhões.• Estima-se que se todas as janelas compradas de

1996 à 2010 (15 anos) incorporassem filmes de baixa emissividade, gás de baixa condutividade ou outras tecnologias disponíveis, esta conta poderia ser reduzida em 25% ou seja mais de U$ 2 bilhões até 2010 (LBNL).

De maneira geral percebe-se:

• Um grande potencial de conservação de energia

• Fonte de suprimento sem grandes investimentos e impactos ambientais

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS

• Nos últimos anos tem ocorrido um grande progresso na melhoria da eficiência energética de janelas;

• Na década de 70 o uso de camadas especiais e gás de baixa condutividade ainda eram vistas como algo distante, no entanto hoje são produtos comuns;

• Tempo de pesquisa e desenvolvimento tem sido encurtado e a introdução do novos produtos no mercado tem sido acelerada;

• É difícil dizer agora quais das muitas pesquisas de produtos que estão sendo realizadas hoje, irão encontrar lugar no mercado futuramente.

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS

“SUPERWINDOWSSUPERWINDOWS”” => => Janela com todos os elementos disponíveis para aumentar o isolamento.

Características:• Alta resistência térmica• Reduz a perda de calor no

inverno e ganhos no verão• Visibilidade é significativamente

diminuída com o adição do maior número de camadas

Aplicações:• Climas frios (redução da perda de calor)• Grandes áreas envidraçadas

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS

““COOL WINDOWSCOOL WINDOWS”” => => Janelas que admitem a passagem da luz visível enquanto rejeitam grande parte do calor solar da porção infra vermelha.

AEROGELAEROGEL => => Material na forma de espuma, a base de sílica ( 4% sílica e 96% ar) com características de isolamento e transparência.

““SMART WINDOWSSMART WINDOWS”” => S=> Sãão janelas capazes de mudar o janelas capazes de mudar dinamicamente suas propriedades para controle da dinamicamente suas propriedades para controle da passagem de luz e fluxo de calor. Utilizam camadas passagem de luz e fluxo de calor. Utilizam camadas microscopicamente finas que mudam suas propriedades em microscopicamente finas que mudam suas propriedades em resposta a luz, calor e sinais elresposta a luz, calor e sinais eléétricos.tricos.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

NFRCNFRC ((National Fenestration Rating CouncilNational Fenestration Rating Council))

⇒ É uma organização sem fins lucrativos, de parceria pública e privada, criada para a industria de janelas, portas e aberturas dos EUA.

⇒ Tem por objetivo principal fornecer informações precisas de desempenho energético de janelas, portas e aberturas.

⇒ Desde de seu início em 1989, o NFRC tem tido sucesso na análise e certificação do desempenho de aberturas residenciais. Atualmente existem mais de 81 mil produtos cadastrados.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Sistema de selagemSistema de selagem

O NFRC estabeleceu um sistema nacional voluntário de avaliação e selagem energética de aberturas. Este sistema avalia as seguintes propriedades:

1. Transmitância térmica;2. Coef. de ganho de calor solar (SHGC);3. Transmissão de luz visível;4. Infiltração de ar.

O NFRC não faz:• Separação entre boas janelas e más janelas;• Estabelecer padrões mínimos de desempenho.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Como Como éé realizada a certificarealizada a certificaçãção?o?

O NFRC :1. desenvolve padrões (normas) para que as avaliações dos

produtos ocorram de maneira uniforme;2. revê e aprova ferramentas de simulação computacionais e

procedimento de testes para obtenção de avaliações térmicas precisas;

3. mantêm uma listagem de laboratórios qualificados para realizarem testes e simulações a fim de determinar o desempenho térmico dos produtos;

4. fornece os resultados para um agente independente avaliar e rever a documentação, conduzir inspeções e aprovar a certificação e selagem;

5. licencia fabricantes a utilizarem os selos de certificação em seus produtos.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Programas Computacionais para simulação

• WINDOWSPrograma realiza o cálculo de índices de desempenho térmico em janelas (Transmitância, SGHC, SC,VT). Este programa atende aos padrões da NFRC para realização de avaliação de produtos.

• RESFENRealiza o cálculo do consumo e o custo anual de energia para aquecimento e resfriamento devido ao sistema de aberturas. Também calcula a contribuição das janelas para o pico de carga de térmica.

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Programas Computacionais para simulação

• THERMPrograma utilizado para análise bidimensional da transferência de calor em componentes de construção como: janelas, paredes, fundações, portas, tetos, etc.

• OPTICSPrograma para análise da propriedades óticas dos sistemas envidraçados.

SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Quando um fabricante decide certificar seus produtos, ele os submete a uma avaliação mais precisa em relação ao desempenho energético. Isso ajuda tanto consumidores, projetistas, construtores bem como o próprio fabricante.

Benefícios:• Consumidor: economia de energia e dinheiro;• Projetista: especificação de produtos para minimizar

a carga térmica de resfriamento e aquecimento, aproveitamento da luz natural;

• Construtores: proporcionar conforto e eficiência energética.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

O selo NFRCO selo NFRC• O selo NFRC tem a função de ajudar a determinar qual produto

apresenta melhor desempenho em relação ao aquecimento, resfriamento, isolação ao vento, resistência à condensação, etc.

• Com isso é possível compara os produtos e tomar a melhor decisão na hora da compra.

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Marca da NFRC

Nome da agência

independente

Nome do fabricante

Descrição do produto

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SISTEMA DE CERTIFICAÇÃO E SELAGEM

Transmitância:(1 Btu/h/ft² °F = 5.678 W/m² °C)

Valores adicionais de desempenho: Resistência a condensação (valor expresso

entre 0 e 100)

Coef. Ganho de calor solar:É a medida do calor solar que é transmitida para o interior do ambiente (valor entre 0 e 1)

Transmissão de luz:É o percentual ou fração do espectro visível, sensível ao olho, que é transmitido pelo vidro (valor entre 0 e 1)

Infiltração de ar:(1 cfm/ft² = 0,305 m³min/m²)

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CONSIDERAÇÕES PARA SELEÇÃO DE JANELAS

APARÊNCIA• Tamanho e forma• Estilo• Materiais da esquadrias• Tipos de Vidros

FUNÇÃO• Iluminação natural• Controle de luminosidade• Conforto térmico• Resistência a condensação• Ventilação• Controle sonoro• Manutenção e durabilidade

PERFORMANCE ENERGÉTICA• Propriedades energéticas básicas• Desempenho durante os períodos quentes e frios• Impactos no o pico de carga• Potencial de manter a desempenho energético a longo prazo

CUSTO• Custo inicial da janela e instalação• Custo de manutenção• Freqüência de substituição• Custo inicial do sistema de aquecimento/resfriamento• Custo anual de energia com aquecimento/resfriamento

??

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JANELAS NO BRASIL

De maneira geral, no Brasil, projetistas, proprietários e construtores não tem uma grande preocupação com o a eficiência energética das aberturas.

Normas técnicas a serem consideradas em projetos de caixilharia

NBR 10821 - Caixilhos para edificação - Janelas - Especificação

NBR 6485 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da penetração de ar - Método de Ensaio

NBR 6486 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da estanqueidade à água - Método de Ensaio

NBR 6487 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação do comportamento quando submetido a cargas uniformemente distribuídas - Método de Ensaio

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Lentidão no cumprimento das normas:

• Dificuldade de levar a informação a milhares de pequenos fornecedores e construtores.

• A mentalidade de muitos empresários que não investem em mudanças uma vez que o mercado continua fiel.

Problema: Desconhecimento técnico dos fabricantes:

• O mercado brasileiro é compartilhado por milhares de pequenas empresas espalhadas pelo país

JANELAS NO BRASIL

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Utilização de esquadrias no Brasil

MADEIRA40%

ALUMÍNIO19%

PVC1%

AÇO/FERRO40%

JANELAS NO BRASIL

• Esquadrias : Aço e madeira tem as linhas mais populares e preços mais acessíveis.

• O setores PVC e alumínio são os setores mais organizados.

Estima-se:

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CONCLUSÕES

1. Pesquisa, desenvolvimento, e uso de novas tecnologias estão bastante avançados no exterior, associada à uma preocupação com conservação de energia;

2. No Brasil o processo ainda está iniciando.• Chegada de novas tecnologias (que precisam ser

adaptadas a nossa realidade)

• Desenvolvimentos de Normas e padronizações

• Organização dos setor

• Conscientização

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REFERÊNCIAS

• CARMODY J.; SELKOWITZ S.; HESCHONG L.Residential Windows – a guide to new tecnologies and energy performance, 1996.

• Selecting Windows for Energy Efficiency. DOE and LBNL, 1997.

• National Fenestration Rating Council:http://www.nfrc.org

• Lawrence Berkeley National Laboratory:http://windows.lbl.gov/

• Revista Projeto Desig:http://www.arcoweb.com.br