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 fernandosw@arq.ufsc.br

Podemos desenvolver um prédio eficiente assim no Brasil?

“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?

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

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

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

Ambiente propício a estratégias passivas

Sem ruído Ar puro

Sem limites de forma Prédio mono-usuário

http://www.siaa.arq.br

http://www.siaa.arq.br

http://www.siaa.arq.br

http://www.siaa.arq.br

http://www.siaa.arq.br

http://www.siaa.arq.b

http://www.siaa.arq.br

Ambiente urbano adensado

Ruído Poluição

Limites de aproveitamento Prédio multi-usuário

Na condição de projeto do ar-condicionado:

Temp. ext. = 32 °C

24 °C

24 °C

Fluxo de calor

Mas e ao longo do ano? Quando está frio?

Temp. ext. = 18 °C

24 °C

24 °C

Fluxo de calor?

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

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

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

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%

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%

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

Simulação computacional usando o EnergyPlus •Especificação de vidro por orientação solar •Definição de área opaca por fachada •Sistema construtivo da fachada

Torre Alta

Torre Baixa

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

Torre Alta

Vidro transparente azul +

Vidro branco

Vidro reflexivo prata

Torre Baixa

Vidro transparente azul +

Vidro branco Vidro reflexivo prata

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%

Nem toda fachada de vidro é 100% transparente

PERCENTUAL DE ABERTURA é somente aquele que permite

a passagem de luz

Spandrel glass

Vision glass

Peitoril

Nem toda fachada de vidro é 100% transparente

“Área de janela”

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

DESEMPENHO ENERGÉTICO

ESTÉTICA

x LUZ CALOR

COR REFLEXÃO

E TRANSM.

Especificação de vidros de fachadas

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

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%

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

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

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

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