os novos protÓtipos internacionais da arquitetura de ... · fontes inesgotáveis de energia...

AUT 221

Arquitetura, Ambiente e Desenvolvimento Sustentável

Energia fontes renováveis e eficiência

energética

Denise Duarte

FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

oferta

fontes renováveis, diversificação da matriz

energética, geração e distribuição distrital

demanda

eficiência energética nas cidades e nos edifícios

“A energia que menos polui e que geralmente menos

custa é aquela que deixa de ser produzida graças à

adoção de um perfil mais sóbrio da demanda

energética e à maior eficiência no uso final das

energias produzidas. A substituição das energias

fósseis por bioenergias e por todas as demais energias

renováveis só vem em terceiro lugar.“

Ignacy Sachs, Estudos Avançados, 21 (59), 2007

Oferta

Diversificação da matriz energética

Uso de fontes renováveis de energia

Geração e distribuição distrital

Fontes inesgotáveis de energia

Energia Solar (energia radiante emitida pelo sol que dá origem

aos combustíveis fósseis, à biomassa, aos ventos e potenciais

hidráulicos)

Energia Geotérmica

Energia de Ondas e Marés (proveniente das interações

gravitacionais com a Lua e o Sol)

Nuclear* (recursos abundantes, porém, exauríveis)

Após passar por várias transformações (atrito, degradação térmica, etc.), a

energia dessas fontes acaba por se transformar em calor na temperatura

ambiente e é enviada de volta ao espaço sob a forma de radiação térmica

No Brasil, 60% do consumo é não renovável! (petróleo, gás, carvão)

renováveis

A energia primária é submetida a transformações gerando a energia secundária,

que é efetivamente consumida pelo homem

•Eletricidade, gerada a partir de hidrelétricas (movidas a energia

hidráulica/energia potencial da água para gerar energia elétrica),

termelétricas (movidas a combustíveis fósseis, calor geotérmico, biomassa

ou fissão nuclear), usinas eólicas, painéis fotovoltaicos

•Derivados de petróleo (óleo diesel, óleo combustível, gasolina, querosene,

gás liquefeito de petróleo)

•Biomassa moderna (biogás de aterros e biocombustíveis)

•Calor de processo e de aquecimento distrital, obtido por combustão em

caldeiras

Entre a produção de energia primária e o uso final (como iluminação ou

refrigeração, por exemplo), há diversas etapas que incluem perdas

importância da eficiência da transformação da energia primária em serviços

energéticos

“Agonia da era fóssil”

1. Exaustão de reservas

2. Segurança de abastecimento

3. Impactos ambientais (poluição local, regional e global)

Fontes renováveis mais usadas hoje

1. Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs)

2. Eólica

3. Biomassa (etanol combustível e cogeração de

eletricidade, biodiesel, carvão vegetal e lenha,

biogás)

4. Solar fotovoltaica (painéis fotovoltaicos)

5. Solar térmica (aquecimento de água)

Incentivo

PROINFA

Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa)

Ministério de Minas e Energia - Brasil

Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002, e revisado pela Lei nº 10.762, de 11 de novembro de 2003

OBJETIVO: promover a diversificação da Matriz Energética Brasileira, buscando alternativas para aumentar a segurança no abastecimento de energia elétrica, além de permitir a valorização das características e potencialidades regionais e locais.

Instituído para aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos com base em fontes eólica, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCH) no Sistema Elétrico Interligado Nacional (SIN).

O prazo para o início de funcionamento desses empreendimentos encerra em 30 de dezembro de 2010.

• prevê a implantação de 144 usinas

• índice de 60% de nacionalização dos empreendimentos

• energia tem garantia de contratação por 20 anos pela Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás)

BRASIL

Em dezembro de 2009, o País possuía no total 2.203 empreendimentos em operação,

gerando, aproximadamente, 107.241 MW de potência instalada, sendo aproximadamente

(ANEEL):

• 74% hidrelétricas

• 23,55% termoelétricas

• 1,9% energia nuclear

• 0,67% energia eólica

O Brasil é interconectado por mais de 90,3 mil km de linhas de transmissão de alta voltagem

(230 kV ou mais), formando o Sistema Interligado Nacional (SIN) que atende cerca de 98%

do consumo de energia do país.

A capacidade instalada do parque gerador brasileiro conectado ao SIN é de 89,1 GW, da

qual aproximadamente 83% é hidrelétrica. Essa capacidade instalada inclui metade da

capacidade instalada de Itaipu – um total de 14.000MW detida em partes iguais pelo Brasil e

pelo Paraguai.

A Região Norte (Estados do Amapá, Roraima, Rondônia, Acre, Pará e Amazônia) não está

interligada ao SIN, e, em razão disso, tal região é denominada de Sistema Isolado, o qual

compreende 45% do território nacional, porém representa somente 7% da demanda total do

país. O Sistema Isolado é abastecido principalmente por fontes geração térmica a óleo

combustível e a óleo diesel.

A matriz energética do Brasil

Fonte: Banco de Informações de Geração ANEEL (www.aneel.gov.br) em 15 de outubro de 2012

MME prevê uma alteração na matriz energética brasileira nos próximos anos

Evolução da capacidade instalada por fonte de geração (GW e %)

Fonte: : EPE – Plano Decenal de Expansão de Energia 2020

Acréscimo de capacidade instalada anual por fonte (MW)

UHE-usinas hidrelétricas; FA-fontes alternativas; UNE-usinas nucleares; UTE-usinas termelétricas.

PCH’s são usinas com potência instalada superior a 1 MW e

igual, ou inferior, a 30 MW e reservatório com área até 3 km2,

conforme a Resolução da ANEEL nº 394, de 04/12/1998.

são o foco de prioridade da Agência Nacional de Energia

Elétrica, atendem às necessidades de carga de pequenos

centros urbanos e rurais.

foram beneficiadas, até final de 2003, pela isenção da taxa de

uso da rede de transmissão e distribuição, além da dispensa

de remunerar os municípios e estados pelo uso dos recursos.

PCH – Pequena Central Hidrelétrica

Solar

Quase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis

fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar.

Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de

energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de

potência mecânica ou elétrica.

Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, pelos efeitos da

radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os

semicondutores.

Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro

caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela

junção de dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons

contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica, por meio do uso de

células solares.

Estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da

ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial (CRESESB, 2000).

Existem dois sistemas para aquecimento solar: • coletores planos • tubulares a vácuo

Os coletores planos consistem em painéis de metal revestidos por um material escuro, coberto por vidro ou plástico. Por trás dos painéis, posiciona-se o encanamento onde passará a água, que se aquecerão devido à radiação solar que é absorvida pelo sistema. Estes coletores chegam a aquecer a água em torno de 350º C e são bem empregados quando fornecem água pré-aquecida para o reservatório do aquecedor a gás (boiler) ou para o aquecedor de passagem. O sistema tubular, como um boiler solar, funciona com um tambor isolado em aço inoxidável, cobre e aço-carbono pintado em epóxi. A água se aquece em torno de 600 ºC, sendo usado sem mais nenhum complemento para o aquecimento. Este sistema deve ser associado com um reservatório que estoque o excesso de calor do verão para completar o aquecimento no inverno.

Energia Solar Térmica (para aquecimento de água)

Lei nº 14.459, de 3 de julho de 2007 “Lei Solar” Altera o Código de Obras do Município de São Paulo Algumas questões técnicas a serem resolvidas: • medição individualizada de água e gás em condomínios

• pressão da água em edifícios altos • acesso ao sol

• espaço nas coberturas

Esquema de um aquecedor solar de uma residência Fonte: http://www.soletrol.com.br/educacional/comofunciona.php

Energia Solar Térmica (para aquecimento de água)

A base das células fotovoltaicas é a transformação de energia solar em eletricidade por semicondutores (geralmente silício) que absorvem os fótons e partículas luminosas. No Brasil, o uso de energia solar fotovoltaica tem sido promovido por algumas concessionárias de energia, como a CEMIG, que implantou um modelo no qual é cobrada uma tarifa para cobrir parte dos custos de atendimento aos domicílios isolados, sendo a outra parte dos investimentos coberta pela obrigatoriedade de alocação de parte de seus lucros em programas sociais.

Energia Solar Fotovoltaica

Configuração básica de um sistema fotovoltaico.

Fonte: www.cresesb.cepel.br


Corte transversal de uma célula fotovoltaica Fonte: www.cresesb.cepel.br

Sistema conectado à rede

Fonte: www.cresesb.cepel.br

http://www.cresesb.cepel.br/



Usina fotovoltaica - EUA

Geração de Energia Solar Fotovoltaica em Usinas

Usina fotovoltaica MPX Tauá- CE, Brasil Capacidade instalada: 1 MW

Operação: Julho de 2011

Geração de Energia Solar Fotovoltaica em Usinas

4.680 painéis fotovoltaicos em 12 mil m2

R$ 10 milhões foram investidos para capacidade inicial

de 1 MW (suficiente para suprir 1.500 residências)

o projeto permite a ampliação gradual da capacidade

para até 50 MWp.

Licença de Operação concedida pela

Superintendência Estadual do Meio Ambiente do Ceará

(Semace) e autorização da Aneel para produzir até 5

MW de energia.

parceira com a GE para a duplicação da capacidade de

1 MW para 2 MW (mais 6,9 mil painéis serão

instalados). O acordo prevê que a companhia

americana forneça todo o pacote de equipamentos e

sistemas de tecnologia fotovoltaica.

Com a expansão, mais 6,9 mil painéis serão instalados.

Com operação prevista para 2012.

MPX - mais 3 usinas termelétricas em construção no

NE :1 a gás natural e 3 a carvão mineral pulverizado

http://www.flickr.com/photos/grupoebx/5684652088/in/set-72157626515341255/

Usina fotovoltaica MPX Tauá- CE, Brasil Capacidade instalada: 1 MW

Operação: Julho de 2011

Geração de Energia Solar Fotovoltaica em Usina

O Brasil é uma das referências





Bairro Solar, Freiburg

Arq. Rolf Dish

Geração de Energia Solar Fotovoltaica nos Edifícios

Geração de Energia Solar Fotovoltaica nos Edifícios

Geração de Energia Solar Fotovoltaica


Células fotovoltaicas como envoltória ou

ainda incorporadas aos vidros

Geração de

Energia Solar

Fotovoltaica

Células fotovoltaicas

incorporadas aos vidros

Heliotrop

Arq. Rolf Dish


Energia Solar Fotovoltaica em lugares remotos

• início há pouco mais de 30 anos

• mais de 30.000 turbinas eólicas de grande porte em operação no

mundo, com capacidade instalada da ordem de 13.500 MW

• no âmbito do Comitê Internacional de Mudanças Climáticas, está

sendo projetada a instalação de 30.000 MW, por volta do ano 2030,

podendo tal projeção ser estendida em função da perspectiva de venda

dos "Certificados de Carbono“

• A União Europeia tem como meta gerar 10% de toda eletricidade a

partir do vento até 2030.

• Na Dinamarca, a contribuição da energia eólica é de 12% da energia

elétrica total produzida

• No norte da Alemanha a contribuição eólica já passou de 16%

Energia Eólica no mundo

• imenso potencial eólico ainda não

explorado

• hoje é a 2ª mais barata no Brasil /

custos competitivos com centrais

termoelétricas, nucleares e

hidrelétricas

• grande atenção tem sido dirigida para

o Estado do Ceará por este ter sido

um dos primeiros locais a realizar um

programa de levantamento do

potencial eólico

• a capacidade instalada no Brasil é de

2GW, distribuídos por 71 parques,

com turbinas eólicas de médio e

grande portes conectadas à rede

elétrica e dezenas de turbinas eólicas

de pequeno porte funcionando em

locais isolados para aplicações

diversas

Energia Eólica no Brasil

Fonte: FEITOSA, E. A. N. et al. Panorama do Potencial Eólico no

Brasil. Brasília: Dupligráfica, 2003 (adaptado).

Energia Eólica

Potencial eólico estimado para vento médio anual igual ou superior a 7,0 m/s – Atlas Potencial eólico do Brasil



O Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE)

tem sede na Universidade Federal de

Pernambuco - UFPE, e conta com uma área

de testes para turbinas eólicas localizado no

litoral, próximo à cidade de Olinda/PE (desde

1990).

O CBEE participa de programas de pesquisa e

desenvolvimento, nacional e

internacionalmente, executa projetos e

consultoria para empresas públicas e privadas,

e oferece treinamento e formação acadêmica

para técnicos e engenheiros

O objetivo do CBEE é produzir e divulgar

conhecimento científico nas áreas de

aerodinâmica, aeroelasticidade, controle,

qualidade de energia, sistemas híbridos de

energia, levantamento de potencial eólico e

outros tópicos relacionados à tecnologia de

turbinas eólicas.

Energia Eólica

Comparação entre o fluxo de água do Rio São Francisco e o regime de ventos no nordeste do Brasil

Energia Eólica

Energia Eólica

Prainha, Ceará

Turbinas eólicas em área industrial, próximo a Amsterdam, Holanda

Energia Eólica

Fazendas eólicas no mar

Energia Eólica

Energia Eólica em Edifícios

Energia Eólica em Edifícios

Bahrain World Trade Center

Biomassa

Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa. De acordo com a sua origem, pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras) e rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo). Os combustíveis mais comuns da biomassa são os resíduos agrícolas, madeira e plantas como a cana-de-açúcar, que são colhidos com o objetivo de produzir energia. O lixo municipal pode ser convertido em combustível para o transporte, indústrias e mesmo residências.

Centro nacional de Referência em Biomassa http://www.cenbio.org.br/

Marés, ondas e correntes marinhas são recursos

renováveis, cujo aproveitamento para geração de

energia registra avanços tecnológicos.

Estimativas recentes indicam que a energia

contida nas ondas do mar é cerca de 10 TW (1

Terawatt= 1000 Gigawatt ), equivalente a todo

consumo de eletricidade do planeta.

O percentual de 10% de aproveitamento do

potencial energético total das ondas, considerando

realístico para as próximas décadas, representa

um acréscimo de 1000GW na matriz energética

mundial.

A extração da energia eólica já se encontra em

fase comercial, enquanto a energia das ondas está

em desenvolvimento.

Energia de ondas e marés

http://www.wavegen.co.uk/

No Brasil, 1º protótipo foi construído no Ceará, no

Porto de Pecém, a 60Km de Fortaleza, em 2011

Desenvolvido pela COPPE/UFRJ a partir de teste

no Tanque Oceânico do Laboratório de Tecnologia

Submarina.

O princípio é de armazenamento de água sob alta

pressão numa câmara hiperbárica, obtida pelo

bombeamento realizado pela ação das ondas nos

flutuantes.

A câmara, que libera jato d’água, com pressão e

vazão controladas, aciona turbina acoplada a

gerador produzindo eletricidade.


Implantação da usina-piloto no Brasil

1º protótipo construído no Ceará, no Porto de

Pecém, a 60Km de Fortaleza, em 2011

Tecnologia 100% nacional

Usa energia da onda apenas para bombeamento

Converte energia da onda em água pressurizada

Sistema fechado / não joga água suja no mar


Reino Unido – Dispositivo Pelamis

O primeiro gerador de energia elétrica a partir das ondas

do mar em escala comercial acaba de completar seu

estágio inicial de testes e está pronto para chegar ao

mercado.

O Pelamis, como foi batizado, está instalado no Centro

Europeu de Energia Marinha, na costa da Grã-Bretanha.

Apesar de ser um protótipo, ele possui escala comercial e

já está integrado à rede de distribuição elétrica do país.

O gerador de energia a partir das ondas foi desenvolvido

ao longo dos últimos seis anos pela empresa Ocean

Power Delivery Ltd. Cada unidade possui uma potência de

750 kW, o suficiente para abastecer cerca de 500

residências.

Mas o projeto apresentado pela empresa compreende 40

máquinas funcionando em conjunto, ocupando uma área

de apenas um quilômetro quadrado e gerando 300 MW de

energia.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias


Reino Unido

Estes equipamentos geradores de energia a partir das ondas do

mar deverá emergir das profundezas do oceano na costa do Reino

Unido em 2008.

A empresa AWS Ocean Energy desenvolveu a bóia submarina que

retira energia das ondas a 50 metros abaixo da superfície.

Segundo a empresa, como o equipamento é inteiramente

subaquático, ele não sofre danos causados pelas tempestades

como acontece com outros equipamentos que geram energia a

partir das ondas, além de não interferir com a navegação.

As bóias são ocas e cheias de um gás de alta compressão, que

permite que a metade superior da bóia se mova para cima e para

baixo. Quando uma onda passa sobre ela, na superfície, a água

adicional armazenada no topo da bóia aumenta a pressão da água

e a metade superior da bóia é pressionada para baixo.Quando a

onda se vai, a coluna de água é menor, baixando a pressão e

fazendo com que a metade superior suba. É esse balanço de

sobe-desce que movimenta o gerador no interior da bóia.Segunda

a empresa, a energia elétrica para abastecer uma cidade de

55.000 habitantes precisará de meio quilômetro quadrado de área

do fundo do mar, coberta por 100 bóias submarinas.



Irlanda do Norte

Existem diversos projetos diferentes com o objetivo de

explorar a energia das ondas e das marés para a

geração de eletricidade. Entre eles, há sistemas

baseado em músculos artificiais, longas bóias

flutuantes e bóias submersas, apenas para citar alguns

que chegaram à fase de projetos-piloto.

As hélices, cada uma medindo de 15 a 20 metros de

comprimento, são montadas em um eixo que é

ancorado no fundo do mar por um sistema de auto-

fixação, o que diminui os custos de instalação.

As primeiras turbinas serão instaladas na costa da

Irlanda do Norte. O movimento das marés nessa

região deverá fazer com que as turbinas girem com

uma velocidade entre 10 e 20 rotações por minuto, o

que seria insuficiente para oferecer riscos para os

animais marinhos. Cada turbina é capaz de gerar 1,2

MW de energia.



Dinamarca – Wave Dragon

De março de 2003 a julho de 2007, foi desenvolvido

um consórcio para avaliar o potencial das marés e

testar a tecnologia de produção de energia pelas

marés. O projeto de 4.35 mil euros foi financiado pela

Danish Energy Authority (1.7 mill. €), a Comissão

Européia (1.5 mill. €) e a Danish System Operator

Elkraft System's RTD Fund (0.25 mill. €).

O protótipo está sendo desenvolvido pela Nissum

Bredning, na parte norte da Dinamarca. Pesa 237

toneladas e formado por seis turbinas.

O equipamento da Wave Dragon é formado por uma

rampa que permite elevar as águas para um nível a

cima do mar. Estas águas entram num reservatório e

sendo lançadas para as câmaras das turbinas, onde é

gerada a energia elétrica.

A potência total gerada será de 20 kW.

http://www.wavedragon.co.uk/


Casa na Suíça com aquecimento geotérmico

Hospital Sarah em Salvador - Lelé

Energia Geotérmica

DO Márcio Vilela, 2004

Energia Geotérmica

Monitoramento para o projeto IEE/USP

DO Márcio Vilela, 2004

alternativas de geração e

distribuição

Fontes de geração - Aquecimento

Calor de processo (co-geração eletricidade e calor)

Calor residual de processos industriais

Energia geotérmica

Energia solar

Energia eólica

Biocombustíveis - etanol, biogases, biomassa

Hidrogênio

Plantas dedicadas à produção de calor

Sistemas Distritais de Energia

Fontes de geração - Resfriamento

Free cooling - massa térmica de lagos, rios e oceanos

Chillers:

• Compressão de vapor (utilizam eletricidade*)

• Adsorção (adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma

superfície sólida (o adsorvente)).

Calor de processo (co-geração eletricidade e calor)

Calor residual de processos industriais

*Eletricidade

Energia solar

Energia eólica

Biocombustíveis - etanol, biogases, biomassa

Energia geotérmica

Hidrogênio


Aplicações

Áreas de desenvolvimento urbano e regional

Novos distritos industriais

Novos centros comerciais e empresariais

Bairros residenciais de média e alta densidade


Sastry, Guruprakash.


Deep Lake Water Cooling System Canada


Capacidade > 200 MW

Atendimento: ~ 3 milhões m2 de

edifícios de escritório

http://www.enwave.com

http://www.enwave.com/enwave/support/images/dlwc.intake1.jpg

http://www.enwave.com/enwave/support/images/dlwc.intake2.jpg

Refrigeração - chillers

Akalla/Kista DC plant, Estocolmo

Capacidade: 48 MW

3 chillers + 3 bombas de calor

Customers : Empresas de IT

~ 750.000 m2

Localização : 2 km do ponto de

consumo

Rede : 13.6 km


Demanda

Eficiência Energética

Inovações no Uso da Energia

• Aproveitamento de estratégias passivas (forma, orientação, adequação ao clima, estratégias de ventilação, isolamento térmico, massa térmica, cores adequadas, etc.)

• Uso da envoltória como filtro das condições exteriores

• Uso da iluminação artificial como complemento da natural

• Uso de sistemas de condicionamento artificial de baixo consumo energético

• Eficiência energética no uso dos sistemas de condicionamento artificial

• Adoção do modo misto de climatização

• Adoção de sistemas LowEx

• Adoção de modelos adaptativos de conforto térmico

Eficiência Energética nas edificações

DET. CORTE

FACHADA NORTE[ESCRITÓRIOS E CLÍNICAS]

ESCALA 1[25]

DUTO DE LUZ

PRISMA

PRATELEIRA

DE LUZ

GRELHA

BRISE

VENTILAÇÃO

FORRO FALSO PARA INSTALAÇÕES

VIGA METÁLICA

“METAL DECK”PISO ELEVADO

FORRO GELADO

JAN

ELA

DE

CO

RR

ER

VID

RO

EX

TER

NO

REV

ESTI

MEN

TO

Sistemas de fachadas mais eficientes

TFG Thiago Hernandes

Modo misto de climatização

O modo misto é um sistema de condicionamento ambiental que mescla o uso de técnicas passivas e ativas de climatização, mudando o paradigma do controle total de climatização.

O objetivo é operar o edifício passivamente sempre que possível e usar o sistema mecânico somente quando necessário, e usando diferentes recursos de cada sistema em funções dos horários do dia ou das estações do ano.

Pode ser ´o melhor dos dois mundos´ ou ´o pior dos dois mundos´.

Projeto do átrio do edifício de Engenharia da Universidade de

Concórdia (HUSSEIN, 2012)


A abordagem para o projeto do edifício operando

em modo-misto começa com a otimização do uso

dos sistemas passivos, como sombreamento e

massa térmica exposta; depois avança para a

simulação termodinâmica para se avaliar as

condições térmicas internas e, só então, se e qual

o condicionamento ativo é necessário.

Antes disso, as opções de condicionamento térmico de edifícios eram polarizadas em 2

estratégias quase sempre isoladas, como duas abordagens diferentes para o mesmo problema

de projeto:

1) A prioridade é isolar o ambiente interno do externo, para usar sistemas mecânicos de

condicionamento por 100% do tempo de operação;

2) A envoltória do edifício é prioridade na estratégia de climatização e ela é configurada para:

a) otimizar o uso da energia no ambiente

b) alcançar um balanço efetivo entre o uso avançado de sistemas de climatização artificial e a

oportunidade dos usuários exercerem controle direto sobre o ambiente interno dos edifícios

Arnold, 1996


Vantagens do sistema:

•satisfação dos usuários, pela possibilidade de controle das condições internas do edifício

•maior capacidade de adaptação dos edifícios

•menor consumo de energia

Dificuldades para a adoção do sistema:

•questões de projeto arquitetônico a serem atendidas

•maior sofisticação na operação e no gerenciamento do edifício

• implicações na segurança contra incêndio, assim como nos edifícios naturalmente ventilados

•adequação a normas e códigos energéticos (que variam a cada caso)

Projeto de ventilação natural na sede da companhia Bang & Olufsen Headquarters, Denmark (ZHAI; KRARTI, 2011)

Brager, Ring Powell, 2000


O período de operação passiva pode ser estendido usando técnicas de resfriamento passivo e armazenamento térmico na massa do edifício, principalmente sombreamento na envoltória e uso de iluminação natural para diminuir cargas internas

Partições internas, lajes e mesmo a porção interna da envoltória (fabric thermal storage FTS) devem ficar expostas.

É necessário combinar armazenamento de calor na massa do edifício com ventilação noturna, para remover a carga acumulada na massa do edifício durante o dia.

Mesmo em climas extremos, essas estratégias contribuem para diminuir os períodos do ano em que a climatização artificial é necessária.

Uma análise detalhada só é possível com simulação termodinâmica.

Arnold, 1996

FABRIC THERMAL STORAGE

The basic principle of building mass absorbing

and releasing heat applies to any building with a

cyclical variation in temperature.

The effect can be enhanced by exposing a larger

amount of thermal mass to the space( e.g.,

removing lightweight false ceiling and exposing a

concrete slab). The usefulness of the exposed

fabric depends on the surface area exposed, the

thermal properties of the material (conductivity,

density, specific heat), the frequency of the cycle,

and the swing in temperature.


Operação em modo-misto

Na maior parte do ano, quando os edifícios em modo-misto devem operar no sistema

passivo, espera-se que os usuários abram e fechem as janelas como uma reação natural

de adaptação ao meio (premissa do modelo adaptativo).

Nos períodos mais quentes, a ventilação pode ser incrementada passivamente pelo

sistema de aberturas ou por ventilação mecânica.

A partir do ponto em que os sistemas passivos não são mais suficientes para o controle

das temperaturas internas, seja qual for o limite estabelecido, os sistemas mecânicos são

ativados para o resfriamento. Isso pode ser feito até certo ponto com free cooling (como

ventilação noturna, resfriamento com água, etc.) ou por refrigeração ativa.


Modelo adaptativo de conforto

Maior amplitude da zona de conforto, em função das flutuações externas.

O padrão de comportamento do usuário deve interferir na operação dos sistemas mas também precisa mudar a tolerância às variações ambientais externas e o padrão de vestimenta.

Dessa maneira os ocupantes passam a interagir com o espaço para alcançar as condições de conforto, agregando o fator comportamental ao projeto do edifício.

Aumento da importância do gestor de facilidades.

modelo adaptativo

ASHRAE 55 (2004, 2010)

Exergia é a parte da energia que é inteiramente

conversível em outras formas de energia.

Também chamada de energia útil, é a parte nobre

da energia, que pode ser completamente

convertida em outra forma de energia e realizar

trabalho, sem perdas.

EXERGIA X ENTROPIA

Exergia é o conceito que quantifica o potencial de

energia e matéria que será dispersada no decurso

de sua difusão no ambiente (“o que é consumido”)

Entropia é o conceito que quantifica o estado da

dispersão (“o que é descartado”).

Exergia

Energy, exergy, and entropy flow in and out a

building envelope system. The amounts of energy

flowing in and out are the same under thermally

steady-state condition according to the law of

energy conservation; on the other hand, the

amount of entropy flowing out is larger than flowing

in according to the law of entropy increase. The

amount of exergy flowing out is smaller than

flowing in, since exergy is consumed within the

system to produce entropy.

Exergia quantifica o que é de fato consumido por edifícios, máquinas ou pelo corpo humano, por exemplo. Ao invés de maximizar a barreira entre os edifícios e o meio exterior usando isolamento, os sistemas de baixa exergia maximizam a conexão com a energia dispersa e disponível no ambiente. Sistemas Low exergy (ou LowEx) são definidos como sistemas de aquecimento ou resfriamento que permitem o uso de energia de baixo valor energético, que pode ser fornecida for fontes mais sustentáveis de energia (bombas de calor, coletores solares, vinculados ou não a calor residual, acumulação de calor), substituindo energia de alto valor energético (combustíveis fósseis e eletricidade). O edifícios e as instalações precisam ser projetados para sistemas LowEx. Sistemas de aquecimento e resfriamento a temperaturas próximas da temperatura ambiente (low exergy systems) são um pré-requisito para a utilização eficiente de fontes de baixo valor energético.

Exergia

Exergia

The transition from high valued energy sources to low valued energy sources requires appropriate heating and

cooling systems in buildings. Heating and cooling systems that provide heating or cooling energy at a

temperature close to room temperature (i.e., low exergy systems) are a prerequisite for the efficient utilization of

low valued energy sources.

O setor da construção tem alto potencial para melhorar a relação entre o suprimento de energia e a demanda, porque fontes a altas temperaturas são usadas para se atender necessidades de baixas temperaturas de aquecimento. Estes sistemas fornecem aquecimento e resfriamento a temperaturas próximas à da temperatura do ar interno

• Sistemas de aquecimento/resfriamento por superfícies

• Sistemas de aquecimento/resfriamento pelo ar

• Geração/conversão de calor e frio

• Armazenamento térmico

• Sistemas de distribuição (líquido ou ar)

• Sistemas distritais de aquecimento e resfriamento

Sistemas LowEx

Sistemas de baixa EXERGIA Sistemas de aquecimento a temperatura mais baixa São sistemas de aquecimento “ativo” que são introduzidos no edifício previamente aquecido por sistemas passivos. Uma boa condição térmica de aquecimento dentro dos espaços no inverno pode ser fornecida basicamente com a utilização de componentes construtivos com capacidade de armazenamento de calor, o que torna possível utilizar fontes de calor de baixa temperatura para o aquecimento complementar. Sistemas de resfriamento a temperatura mais alta No verão, uma condição térmica adequada nos espaços pode ser alcançada com uma combinação de ventilação noturna, dispositivos de proteção solar para as superfícies envidraçadas, bem como a redução do ganho de calor interno.

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Resfriamento a temperaturas mais altas Aquecimento a temperaturas mais baixas Sistemas incorporados ao edifício

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