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DESEMPENHO TÉRMICO EDIFICAÇÕES: FACHADAS ENVIDRAÇADAS, PROJETO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Universidade Federal de Santa Catarina
ARQ5658 – Eficiência Energética e Sustentabilidade em Edificações Prof. Fernando Simon Westphal Departamento de Arquitetura e Urbanismo – UFSC [email protected]
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Podemos desenvolver um prédio eficiente assim no Brasil?
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“Apesar de, ao menos no campo acadêmico, ter-se a certeza que as fachadas
seladas de vidro não serem uma solução cabível para edifícios de escritórios, há
uma forte tendência de proliferação desse tipo de edificação na cidade.” (Sampaio e Borges, 2007 – FAUUSP)
Será que o “campo acadêmico” está acompanhando a evolução da indústria? O que é uma “solução cabível”? Seria aquela que se prolifera facilmente?
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Métodos de cálculo de carga térmica antigos não consideravam ganhos e perdas simultâneos.
Década de 70
Década de 90
Curva de carga térmica de um escritório típico, calculada por diferentes métodos
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As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno.
http://www.siaa.arq.br
Edifício SAP Labs – São Leopoldo (RS)
Campus universitário
Morumbi Corporate – São Paulo (SP)
São Paulo: próximo a Marginal Pinheiros
© Aflalo e Gasperini
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As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno.
Edifício SAP Labs – São Leopoldo (RS)
Vidro claro Brises
Ventilação natural
Morumbi Corporate – São Paulo (SP)
Vidro refletivo Controle solar
Ar-condicionado
© Aflalo e Gasperini http://www.siaa.arq.br
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Ambiente propício a estratégias passivas
Sem ruído Ar puro
Sem limites de forma Prédio mono-usuário
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Ambiente urbano adensado
Ruído Poluição
Limites de aproveitamento Prédio multi-usuário
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Na condição de projeto do ar-condicionado:
Temp. ext. = 32 °C
24 °C
24 °C
Fluxo de calor
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Mas e ao longo do ano? Quando está frio?
Temp. ext. = 18 °C
24 °C
24 °C
Fluxo de calor?
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0
5
10
15
20
25
30
35
40
jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez
TBS e
xter
na (°
C)
Hora
Temperatura Externa - São Paulo - Congonhas
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Clima de São Paulo: Temperatura do Ar
13%
27%
30%
21%
8%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
< 16 16--|20 20--|24 24--|28 >28
Freq
üênc
ia d
e oc
orrê
ncia
Faixa de Temperatura (°C)
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
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Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
15% 15%19% 20% 21%
10%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
< 50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% > 90%
Freq
uênc
ia
Faixa de UR
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Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
Apenas 13 % das horas do período comercial registram
temperatura abaixo de 25oC e umidade relativa abaixo de 60%
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Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
Apenas 13 % das horas do período comercial registram
temperatura abaixo de 25oC e umidade relativa abaixo de 60%
Apenas 1 % das horas do período
comercial registram temperatura abaixo de 18oC e umidade
relativa abaixo de 60%
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0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
{ / }
São Paulo Nova York
Luminância do céu
2,5 x
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Simulação computacional usando o EnergyPlus •Especificação de vidro por orientação solar •Definição de área opaca por fachada •Sistema construtivo da fachada
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Torre Alta
Torre Baixa
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Refinamento progressivo (Torre Alta)
Resultado atual Proposta de fachadas, com as 4 opções de vidro:
8.2%7.1%
9.5%8.4%
9.9%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
S32 + SKN S32 + M22 AG43 + SKN AG43 + M22 AG43 + SKN + isolante
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Fachada 1 Fachada 2 Fachada 3 Fachada 4 Fachada 3 +
Isolamento térmico
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Torre Alta
Vidro transparente azul +
Vidro branco
Vidro reflexivo prata
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Torre Baixa
Vidro transparente azul +
Vidro branco Vidro reflexivo prata
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34.8%
24.5%
10.3%
9.9%
6.7%
4.2%
3.9%
3.4%
1.2%
0.8%
0.4%
0.0%
0.0%
0.0%
5.0%
10.0
%
15.0
%
20.0
%
25.0
%
30.0
%
35.0
%
40.0
%
Equip. Escritório
Ilum. Interna
Chillers
Bombas (CAG)
Exaustão sanitários
Fan-coils
Elevadores/escadas
Ventilação - ar exterior
Bombas - água e esgoto
UPS
Torres resfriamento
Aquecimento
Ilum. Externa
Uso final de energia elétrica do modelo completo
Ar-condicionado 28,2%
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Nem toda fachada de vidro é 100% transparente
PERCENTUAL DE ABERTURA é somente aquele que permite
a passagem de luz
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Spandrel glass
Vision glass
Peitoril
Nem toda fachada de vidro é 100% transparente
“Área de janela”
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1.00
1.33
1.67
2.00
1.00 1.02 1.03 1.05
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
PAF = 30% PAF = 40% PAF = 50% PAF = 60%
Área de janela (m²)
Consumo de energia (kWh)
Aumento na área de janela X Aumento no consumo de energia
Ar-condicionado de alta eficiência
Vidros de alto desempenho
Possibilidade de fachadas mais transparentes
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DESEMPENHO ENERGÉTICO
ESTÉTICA
x LUZ CALOR
COR REFLEXÃO
E TRANSM.
Especificação de vidros de fachadas
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Vidros de Controle Solar
Menor influência da temperatura externa sobre a temperatura superficial do vidro Menor intensidade de radiação solar direta sobre o ocupante
CONFORTO TÉRMICO
Possibilidade de maior aproveitamento da luz natural com menor ganho de calor. Permite maiores áreas envidraçadas nas fachadas, mantendo o desempenho térmico
ILUMINAÇÃO
Transmissão e reflexão diferenciadas em relação a luz e o calor
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Fator Solar de vidros
Radiação transmitida diretamente
Radiação absorvida
Radiação reemitida
Fator Solar
Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor
Fator Solar Ganho de calor
Fator Solar Ganho de calor
Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm
Vidro de controle solar
87% 62% Prédios LEED: abaixo de 35%
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22 dez 16h Oeste 700 W/m²
Vidro incolor = 610 W/m²
Vidro com Fator Solar 30% = 210 W/m²
Comparativo de ganho de calor
Calor equivalente a
Calor equivalente a
6 lâmpadas de 100W
2 lâmpadas de 100W
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Horas em conforto: São Paulo
FS=84% TL=88%
FS = 33% TL = 30%
FS = 28% TL = 39%
8%
16%
76%
Vidro incolor comum
13% 4%
83%
Vidro Laminado
5% 4%
91%
Vidro Duplo
Desconforto por Frio
Desconforto por Calor
Conforto
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Prédios certificados LEED
Percentual de abertura entre
40% e 60%
Paredes leves e isoladas (dry wall)
Fator Solar entre
25% e 40%
Transmissão luminosa entre
25% e 45%
Vidros duplos em regiões
frequentemente mais quentes
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Considerações finais
• Diferentes contextos permitem diferentes soluções de projeto
• O uso de estratégias passivas em ambiente urbano é complicado
• Mas é possível aumentar a eficiência da envoltória e sistemas
• No Brasil temos boa disponibilidade de luz natural
• Vidros com baixo fator solar, escuros e refletivos são mais em conta
• Adotar estratégias combinadas:
– Vidros de controle solar
– Brises
– Persianas
– Serigrafia
• A solução para o pico de carga pode ser diferente do ano inteiro
• Por isso, simulação computacional anual é importante