Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência...

Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental

fernando.sw@ufsc.br

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Conteúdo da palestra

Atividades de Pesquisa & Desenvolvimento realizadas nos

últimos 6 anos, consolidando o uso do vidro de controle

solar como estratégia de eficiência energética em

edificações no Brasil

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3

Morumbi Corporate Multiplan, São Paulo

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CEO Cyrela, São Paulo

Office Green Cid. Pedra Branca, Palhoça

5

Thera Cyrela, São Paulo

Torre Matarazzo Cyrela+CCDI, São Paulo

6

Edifício Vera Cruz II Jaguar Capital, São Paulo

7

JK 1455 Cyrela, São Paulo

“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?

Visão acadêmica

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Eficiência Energética Racionamento

Reduzir o consumo de energia sem abrir mão do

conforto

Reduzir horas de conforto, desligando sistemas e diminuindo o consumo de

energia

Não confundir...

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11

Quer economizar? Compre um carro 1.0

Quer economizar mesmo? Não ande de carro

Numa edificação

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Eficiência Energética

Estética

Manu- tenção

Contato Visual

Luz natural

Sol

Conforto

Vidros de controle solar

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O coating funciona como um filtro à radiação solar

As possibilidades de especificação são variadas

(temperado, laminado, insulado, serigrafado, curvo)

Matéria prima

Forno

Coating

Recozimento Corte

Fator Solar de vidros

Radiação transmitida diretamente

Radiação absorvida e reemitida

Fator Solar (ganho de calor)

Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor

Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm

Vidro de controle solar

87% 62%

<40%

É um valor de referência medido em condição padrão.

Ganho de calor varia ao longo do dia e do ano

Caixa de madeira

Amostras de vidro

Papel preto

Vidro de controle solar na prática

A caixa foi exposta ao sol

O papel preto é naturalmente aquecido

Vidro de controle solar na prática

Vidro incolor Vidro de Controle Solar

Foto comum Foto por termografia (infavermelho)

Vidro de controle solar na prática

40,6°C 27,9°C

Vidro de controle solar na prática

Vidro incolor Vidro de Controle Solar

Vidros de Controle Solar

Vidro com baixo Fator Solar não necessariamente é um vidro escuro ou refletivo

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Processo coating

Opção Transmissão

Luminosa Reflexão Externa

Reflexão Interna Fator Solar

#1 0,16 0,34 0,31 0,27

#2 0,19 0,32 0,25 0,29

#3 0,33 0,26 0,19 0,27

#4 0,35 0,25 0,19 0,35

#5 0,58 0,09 0,07 0,49

Propriedades ópticas para a escolha do vidro

Calor Fator Solar

Luz

Transmissão luminosa

Reflexão luminosa (frente)

Reflexão luminosa (verso)

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Custo/benefício

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Aplicações diferentes Soluções diferentes

Mesmo desempenho

Estudos de caso por simulação: Modelo utilizado

Edifício de escritórios 20 pavimentos 48.000 m² de área construída 16.000 m² de área de fachada Paredes em alvenaria e revestimento em vidro Sem obstruções no entorno Software de simulação: EnergyPlus

Estudos de caso por simulação: Vidros utilizados

Propriedade

Vidro

Incolor

Vidro

Verde

Vidro de

Controle

solar

Vidro Duplo

(câmara de ar

12mm)

Fator Solar (%) 84 62 33 28

U-value (W/m².K) 5,60 5,60 5,60 1,88

Transmissão Luminosa 88 75 30 39

Índice de seletividade 1,05 1,21 0,90 1,45

Percentual de Abertura de Fachada (PAF)

Área de vidro na fachada que permite a passagem de luz.

PAF = Área aberturas envidraçadas Área fachada

PAF

4800

5000

5200

5400

5600

5800

Incolor Verde Contr. Solar Duplo

Co

nsu

mo

an

ual

de

en

erg

ia (

MW

h)

PAF=30%

PAF=40%

PAF=50%

PAF=60%

FS=84% TL=88%

FS=62% TL=75%

FS=33% TL=30%

FS=28% TL=39%

Estudo de caso por simulação

Clima: São Paulo

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

200% de aumento na área de janela

5% de aumento no consumo de energia

Comparativo: PAF 40%

São

Paulo

Vidro

Verde

Vidro

Controle

Solar

Vidro

Duplo

Ar Condicionado: 1084 TR Consumo: 5400 MWh

Ar Condicionado: 995 TR Consumo: 5239 MWh

Ar Condicionado: 875 TR Consumo: 5137 MWh

Economia no A.C. R$ 534 mil

Economia de energia R$ 56 mil

Economia/m² de vidro R$ 83 + R$ 9/ano

Economia no A.C. R$ 1.254 mil

Economia de energia R$ 92 mil

Economia/m² de vidro R$ 195 + R$ 14/ano

Estudo de caso por simulação Simulação computacional - Energyplus

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Não condicionada

NG Área Total: 11.942 m² Área Climatizada: 9.038 m² Área de Janelas: 3.008 m² PAF: 50% Ocupação: 7m²/pessoa. Carga de equipamentos: 21 W/m² Carga Iluminação: 15 W/m²

Modelo: Pavimento-tipo de uma Edificação Comercial

Metodologia

Fortaleza

Rio de Janeiro

Belo Horizonte

São Paulo

Curitiba

Cidades Analisadas

Vidros 36 tipos de vidros: Monolíticos Laminados Insulados

Fator Solar: 18% a 85% Transmissão Luminosa: 13% a 90%

Tarifas de energia elétrica reais (comercial BT) Brasília: R$ 0,34 Fortaleza: R$ 0,53

Análise econômica:

Payback simples Payback corrigido (i = 12% a.a.) Taxa Interna de Retorno (TIR)

Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico

Resultados: Período de retorno do investimento

Cidade Vidro

Payback Simples (anos)

Payback Corrigido

(anos)

TIR (%)

Belo Horizonte

FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7%

FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9%

FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9%

FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2%

Brasília

FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0%

FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9%

FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0%

FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1%

Curitiba

FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1%

FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2%

FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A

FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4%

Fortaleza

FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3%

FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2%

FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9%

FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4%

Rio de Janeiro

FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3%

FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9%

FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3%

FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7%

São Paulo

FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1%

FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2%

FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A

FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8%

Resultados: Período de retorno do investimento

Cidade Vidro

Payback Simples (anos)

Payback Corrigido

(anos)

TIR (%)

Belo Horizonte

FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7%

FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9%

FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9%

FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2%

Brasília

FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0%

FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9%

FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0%

FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1%

Curitiba

FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1%

FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2%

FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A

FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4%

Fortaleza

FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3%

FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2%

FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9%

FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4%

Rio de Janeiro

FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3%

FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9%

FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3%

FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7%

São Paulo

FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1%

FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2%

FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A

FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8%

Maiores benefícios em climas quentes

Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico

OBJETIVO E METODOLOGIA

Comprovar o uso do vidro de controle solar como uma estratégia de condicionamento passivo, promovendo redução do ganho de calor, aproveitamento da luz natural e integração visual.

Simulação computacional

Redução de consumo de energia em ar-condicionado

Aumentar horas de uso das venezianas abertas

Comparar a economia com paineis fotovoltaicos

APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL)

Modelo base Edifício multifamiliar 4 aptos por andar 7 andares 72,6 m² por unidade

Cobertura

Intermediário

Térreo

Cidade: Florianópolis Estratégia de sombreamento: persianas integradas Ajustadas para fechar quando houver radiação na janela Ar-condicionado liga quando ventilação natural é insuficiente

APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL)

APARTAMENTO DO RTQ-R (PROCEL)

Contestando a rotina de operação da veneziana segundo o PROCEL Residencial: PROCEL considera a veneziana fechada das 8h às 18h: Zonas Bioclimáticas 1 a 4: primavera e verão

Zonas Bioclimáticas 6 a 8: o ano inteiro

APARTAMENTO DO RTQ-R

Economia = 26%

Investimento Payback

Vidro R$ 742 14,3 anos

PV R$ 406 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 1,83

Economia = 31%

Investimento Payback

Vidro R$ 774 11,6 anos

PV R$ 522 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 1,48

Economia = 37%

Investimento Payback

Vidro R$ 1.456 12,0 anos

PV R$ 1.476 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 1,53

Norte

Dormitório Norte

Dormitório Oeste

Sala

Persiana fechada no verão/prim.

APARTAMENTO DO RTQ-R

Economia = 33%

Investimento Payback

Vidro R$ 742 10,7 anos

PV R$ 627 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 1,18

Economia = 38%

Investimento Payback

Vidro R$ 774 8,7 anos

PV R$ 803 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 0,96

Economia = 38%

Investimento Payback

Vidro R$ 1.456 8,3 anos

PV R$ 1.597 9,0 anos

Custo Vidro/Custo PV = 0,91

Norte

Dormitório Norte

Dormitório Oeste

Sala

Persiana fechada a 300 W/m²

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Neste caso, investir em vidro de controle solar tem o mesmo retorno da geração de energia fotovoltaica

Economia de energia proporcionada por vidros de

controle solar

14 m² de paineis fotovoltaicos por apartamento

Além disso, proporciona mais horas de sol, com persianas e venezianas abertas, e mesmo conforto

ANÁLISE: % de horas de veneziana fechada

Janela sempre fechada

Persiana fechada a 250 W/m²

Segundo metodologia do RTQ-R (PROCEL)

Noite Noite

Noite Noite

Veneziana fechada

Veneziana fechada

Muito mais horas de sol com o vidro de controle solar, e ainda há economia de energia.

Investimento

Área de vidro total analisada:

12 m² por unidade.

Estimando um custo exagerado de

R$ 200/m², o investimento é de

R$ 2.400 por apartamento.

OPORTUNIDADES E APLICAÇÕES

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Florianópolis, SC Beira Mar Norte

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Florianópolis, SC Beira Mar Norte

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Considerações Finais

Necessidade de capacitação do mercado

A indústria brasileira oferece produtos de alto desempenho

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Vidros de controle solar permitem soluções arrojadas, com elevado desempenho térmico e energético

Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental

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