Estratégias de uso racional de energia para o setor comercial/institucional de Florianópolis

Prof. Dr. Fernando Simon WestphalChefe do Departamento de Arquitetura e Urbanismo

(48) 3721-7542 | 9102.0901fernandosw@arq.ufsc.br

Universidade Federal de Santa Catarina

Laboratório de Conforto Ambiental

Não existe edifício de escritórios 100% passivo em clima subtropical.

O uso do ar-condicionado é inevitável em Florianópolis.

Clima

25

30

35

°C)

Florianópolis - Ano climático de referência

ZONA DE CONFORTO

0

5

10

15

20

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

Te

mp

era

tura

(° ZONA DE CONFORTO

ClimaTemperatura do ar

16%

27%

35%

18%

3%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

< 16 16--|20 20--|24 24--|28 >28

Fre

qü

ên

cia

de

oco

rrê

nci

a

Faixas de Temperatura

21%

ANO INTEIRO

8%

22%

35%

29%

6%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

< 16 16--|20 20--|24 24--|28 >28

Fre

qü

ên

cia

de

oco

rrê

nci

a

Faixas de Temperatura

35%

8h às 20h

2%

6%

14%

18%

30% 29%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

< 50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% > 90%

Fre

qu

ên

cia

Faixa de UR

ClimaUmidade relativa

ANO INTEIRO

77%

4%

11%

26% 27%

23%

10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

< 50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% > 90%

Fre

qu

ên

cia

Faixa de UR

8h às 20h

60%

O que fazer?

Diminuir ao máximo a carga térmica.Aumentar a eficiência do sistema de iluminação artificialUsar dispositivos de proteção solar e isolamento térmico

Facilitar as perdas de calor no verão.Facilitar as perdas de calor no verão.Balancear a relação entre área de vidros e paredes

Desenvolver um projeto de ar-condicionado adequado.

Prever e planejar rotina de manutençãoConsiderar a ocorrência de uso simultâneo dos espaçosAnalisar a recuperação de calor

Certificação LEED: eficiência mínima

Norma de referência

Pré-requisito•Atender aos itens mandatórios•Alcançar 10% de economia de energia comprovada por simulação computacional

Eficiência energética mínima

Edifício REAL Baseline ASHRAEEdificação modelada de acordo com o Apêndice G da ASHRAE 90.1 (arquitetura, iluminação, condicionamento de ar e aquecimento de água, atendendo a requisitos mínimos de eficiência da norma)

Edificação modelada de acordo com as características REAIS do projeto (arquitetura, HVAC, Iluminação, fachada, vidros)

CUSTO DE ENERGIA PROJETO ≤ 0,9 x CUSTO DE ENERGIA BASELINE

Eldorado

[Gafisa e São Carlos]

LEED-PLATINUM

Eldorado Business Tower

LEED-PLATINUM

O que alguns fabricantes vendem no mercado:

Vidros de controle solar = 30% de economia

Ar-condicionado (VRF) = 66% de economia

Elevadores = 30% de economiaElevadores = 30% de economia

Iluminação = 20% de economia

TOTAL = 146% de economia

Sim, alguma coisa está errada

Eldorado Business Tower

LEED-PLATINUM

Por simulação: 18% de economia

Arquitetura:-Cobertura-Paredes-Janelas-Piso

Simulação Computacional Integrada

Variáveis ambientais:-Temperatura-Umidade-Radiação Solar-Ventos

Variáveis internas:-Ocupação-Iluminação-Equipamentos-Padrões de uso

Sistema de ar-condicionado

=kWh=R$

Simulação computacional integrada

Estágio inicial• Bases de projeto

Desenvolvimento• Detalhamento de

Certificação• Refinamento• Bases de projeto

• Projeto Básico• Detalhamento de

alternativas• Projeto Executivo

• Refinamento• As-built

Projeto integrado com simulaçãoExemplo: Hospital Albert Einstein (Perdizes, São Paulo)

Projeto integrado com simulaçãoExemplo: Hospital Albert Einstein (Perdizes, São Paulo)

Modelo 1Ar-condicionado

Modelo 2Iluminação

Modelo 3Fachadas

Modelo 4Final

ENVOLTÓRIA

Diminuição da carga térmica pela envoltória

Cobertura

• Isolamento térmico• Sombreamento• Telhado jardim

Janelas

• Balancear a área de janela / parede• Balancear a área de janela / parede• Vidro de proteção solar (baixo Fator Solar)• Proteções solares

Paredes

• Isolamento térmico• Cores claras• Sombreamento

Resumo:

• Paredes leves isoladas

• Fator Solar entre 25% e 40%

Arquitetura corporativa atual: características

Transparência | luz natural | desempenho térmico

25% e 40%

• Transmissão luminosa entre 25% e 45%

• Percentual de abertura entre 40% e 60%

Soluções de fachadas: especificação de materiais

Área de janela: 30%Vidro verde

Área de janela: 4.800 m²Custo anual: R$ 1.284 milCapacidade A.C.: 1.001 TR

Área de janela: 60%Vidro duplo c/ baixo FS

Área de janela: 9.600 m²Custo anual: R$ 1.275 milCapacidade A.C.: 953 TR

Soluções de fachadas

Comparativo: brises e vidros de proteção solar

0,40

0,40

FORRO

LAJE DE CONCRETO

45°

DETALHE

PISO ELEVADO

BRISES

PEITORIL

VIGA DE BORDA

Definição de ângulo de proteçãoDefinição de ângulo de proteção

Comparativo: brises e vidros de proteção solar

1300

1350

1400x1000 R$

Custo anual com energia (x 1000 R$)

-4%

Modelo de

Referência

PAF = 50%

Vidro Verde

Clima: Florianópolis

1100

1150

1200

1250

1300

Sem Brise Brise 30° Brise 45° Controle solar Duplo

-6% -6%-4%

-8%

Comparativo: brises e vidros de proteção solar

1300

1350

1400x1000 R$

Custo anual com energia (x 1000 R$)

-4%

Clima: FlorianópolisModelo de

Referência

PAF = 50%

Vidro Verde

1100

1150

1200

1250

1300

Sem Brise Brise 30° Brise 45° Controle solar Duplo

-6% -6%-4%

-8%

AR-CONDICIONADO

Escolha do sistema de ar-condicionado

� Custo inicial� Custo de operação (energia e equipe) e manutenção� Eficiência energética� Espaço físico� Clima� Padrão de uso e carga da edificação� Padrão de uso e carga da edificação

Integração com a arquitetura

Exemplo: sistema com fluxo variável

Exemplo: sistema com fluxo variável

Exemplo: sistema com fluxo variável

ILUMINAÇÃO

Cada tipo de produto tem sua aplicação

Cada tipo de produto tem sua aplicação

Iluminação natural: simulação computacional

Simulação: Exemplo com software Dialux

Simulação: Exemplo com software Dialux

Modelo 1

12%

14%

16%

18%

20%

22%

24%

26%

28%

Au

ton

om

ia

Dialux

Modelo 2 Modelo 3

WWR=40% WWR=45,5% WWR=48,5%

Tvis=35%

10%

12%

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Modelos

Modelo 4 Modelo 5 Modelo 6

Modelo 7 Modelo 8 Modelo 9

O aumento na área de janelas não apresenta ganho para a autonomia de iluminaçãoT

vis=45%

Tvis=40%

ESTUDO DE CASO EM FLORIANÓPOLIS

CERTIFICAÇÃO LEED®

Modelo geométrico

NG

11°

NG

11°

Estratégias(modelos) simuladas(os)

Modelo 1 – Arquitetura 54% de área de janela, Vidro de fator solar 30%Ar-condicionado igual ao baseline.

Modelo 2 – Arquitetura + AC Modelo anteriorAr-condicionado previsto para o prédio (splits de alta eficiência)alta eficiência)

Modelo 3 – Arquitetura + AC + rec. Calor Modelo anterior, com recuperador de calor na tomada de ar exterior

Modelo 4 – Arquitetura + AC + Iluminação Modelo 2 com iluminação dos escritórios reduzida a 11 W/m²

Resultados

Aquecimento

0%

Resfriamento

23%

Elevadores

Ventilação -

AC escritórios

6%

Bombas da

CAG

11%

Torre de

resfriamento

3%

Aquecimento

0%

Resfriamento

27%Ventiladores

de exaustão

6%

Elevadores

6%

Ventilação - AC

escritórios

4%

BASELINE PROJETO

Iluminação

interna

22%

Iluminação

externa

3%

Equipamentos

-escritório

27%

Ventiladores

de exaustão

0%

Elevadores

5%

Iluminação

interna

23%

Iluminação

externa

3%

Equipamentos-

escritório

31%

Resultados

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Baseline Arquitetura AC AC + rec calor AC + ilumC

on

sum

o d

e e

ne

rgia

(M

Wh

)

-10,0% -11,2% -12,0%+0,4%

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Baseline Arquitetura brises+vidros

verdes

bises + Fator

Solar 30%

Co

nsu

mo

de

en

erg

ia (

MW

h) +0,4% 0,0% -3,2%

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Estratégias mais comuns

•Vidros de controle solar•Percentual de área de janela de 40%•Isolamento térmico de fachadas•Telhado jardim

Envoltória

•Chillers com alta eficiência em carga parcial•Circuito primário variável•Termoacumulação•Volume de ar externo variável (sensor de CO2)

Ar-condicionado

•Volume de ar externo variável (sensor de CO2)•Roda entálpica (redução de demanda)•Fan-coils com baixa pressão estática•UFAD: Insuflamento pelo piso•VRF: alta eficiência em carga parcial e baixa potência para ventilação

•Equipamentos de alta eficiência•Iluminação externa quase nula•Iluminação de tarefa•Integração com a luz natural

Iluminação

Considerações finais

� Certificações mudando cultura de projeto

� Impulso a produtos inovadores

� Maior exigência por desempenho elevado

� Falta de preparo de projetistas e especificadores

� Falta de domínio sobre o clima brasileiro

� Momento propício para quebrar tabus e

testar novas tecnologias

Estratégias de uso racional de energia para o setor comercial/institucional de Florianópolis

Prof. Dr. Fernando Simon WestphalChefe do Departamento de Arquitetura e Urbanismo

(48) 3721-7542 | 9102.0901fernandosw@arq.ufsc.br

Universidade Federal de Santa Catarina

Laboratório de Conforto Ambiental