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GUIA D11 – “ENERGIA NOS EDIFÍCIOS” PROJECTO P.E.E.S. – “Padrão de Eficiência Energética nas

Escolas” 1. Directiva 2002/91/CE (EPBD) sobre o Desempenho Energético dos Edifícios O objectivo da presente directiva é o de promover a melhoria do desempenho energético dos edifícios na Comunidade Europeia, tendo em conta as condições locais e as condições climáticas externas, bem como as exigências em matéria de condições térmicas interiores e rentabilidade económica. A directiva assenta sobre três “pilares”: metodologia para o cálculo do desempenho energético integrado dos edifícios, certificação energética dos edifícios e inspecção regular das instalações. Aos estados membros (e/ou regiões e províncias autónomas) compete a fixação e aplicação dos requisitos mínimos de desempenho energético dos edifícios (edifícios novos e edifícios existentes de grandes dimensões sujeitos a importantes obras de renovação). Neste contexto, define-se o Desempenho Energético ou “Energy Performance” como “… quantidade de energia efectivamente consumida ou calculada para satisfazer as diferentes necessidades associadas à utilização normal do edifício, que podem incluir, entre outras, o aquecimento, o aquecimento da água, a refrigeração, a ventilação e a iluminação.” Esta fracção deve ser traduzida por um ou mais indicadores numéricos, cujo cálculo tenha tido em conta: o isolamento, as características técnicas da instalação, a concepção e a localização em relação aos aspectos climáticos, a orientação e a influência das estruturas vizinhas, a autoprodução de energia e condições térmicas interiores. De salientar que o desempenho energético pode contemplar a indicação do valor das emissões de CO2. A metodologia de cálculo do desempenho energético pode ser diferenciada a nível regional (ou de províncias autónomas); e deve adoptar uma abordagem comum de modo a contribuir para a criação de um contexto homogéneo para as iniciativas de poupança de energia dos Estados-membros no sector da construção civil e assim introduzir um elemento de transparência no mercado imobiliário comunitário. O certificado de desempenho energético é definido como um documento reconhecido pelo Estado-Membro ou por uma pessoa colectiva designada por esse Estado, que inclui o resultado do cálculo do desempenho energético de um edifício efectuado seguindo uma metodologia. Este deverá incluir necessariamente o valor do desempenho energético resultante do cálculo, os valores de referência (quais os requisitos mínimos legais e aqueles relativos ao parque imobiliário) com os quais o consumidor possa estabelecer comparações e recomendações para a melhoria do desempenho energético sob condições de rentabilidade económica. Ainda no que concerne a definição das características e das funções atribuídas ao certificado de desempenho energético convém referir as seguintes obrigações: – Na fase de construção/compra e venda/arrendamento deve ser fornecido ao

proprietário/comprador/arrendatário;

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– Tem uma validade máxima de 10 anos; – Deve ser afixado em local claramente visível pelo público em geral nos edifícios

públicos com área superior a 1.000 m2. EM SÍNTESE – Adopção de uma metodologia de cálculo do desempenho energético dos edifícios (art.

3°); – Fixação dos requisitos mínimos em matéria de desempenho energético dos edifícios

(art. 4°) � novos (art. 5°); � existentes, com uma grande área, sujeitos a importantes obras de renovação (art. 6°); – Certificação de desempenho energético dos edifícios (art. 7°); – Inspecção regular das caldeiras e sistemas de ar condicionado nos edifícios, bem

como uma inspecção dos sistemas de calor com idade superior a 15 anos (art. 8° e 9°).

Aspectos e opções a avaliar no cálculo do desempenho energético – Condições térmicas interiores; – Orientação dos edifícios; – Características térmicas do edifício e sistemas solares passivos; – Ventilação natural; – Sistema de aquecimento e de produção de água quente sanitária (AQS); – Instalação de ar condicionado e de ventilação; – Instalação de iluminação e integração com a iluminação natural; – Sistemas solares activos e outros sistemas de geração de calor e electricidade a partir

de fontes de energia renováveis; – Energia eléctrica produzida por sistemas de cogeração; – Redes de calor e frio. Relação entre legislação e normas técnicas

Directiva 2002/91/CE sobre a eficiência energética nos edifícios

. Adopção de uma metodologia de cálculo do desempenho energético. . Definição de requisitos energéticos . Certificação energética . Inspecção das instalações

Normas Técnicas Europeias

Normas Técnicas Nacionais

Legislação Nacional

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Pontos fortes e deficiências das normas técnicas europeias Pontos fortes: – Avaliação do desempenho energético global; – Metodologia comum partilhada pelos vários países europeus

Deficiências: – Demasiado complexas (44 normas com alguns milhares de páginas!) – Alternativa entre diversos métodos (ausência de uniformização) – Algumas especificações demasiado genéricas � Afigura-se a necessidade de normas nacionais.

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2. Nova Regulamentação Portuguesa – Adopção da directiva 2002/91/CE sobre a eficiência energética (modificações ao

DL 40/90 de 06/02/1990); – Micro-produção de energia eléctrica (Decreto-Lei 363/2007 de 2 de Novembro de

2007); – PNAEE – Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética – Portugal

Eficiência 2015. A certificação energética em Portugal (DL 80/2006) O governo torna obrigatória a certificação energética nos edifícios novos e existentes. Desde 2006 foram criadas diversas normas com esse fim. A regulamentação principal em matéria de certificação encontra-se prevista nos Decretos-Lei nº 78/2006, 79/2006 e 80/2006 de 04/04/2006. A certificação energética permite aos futuros utentes obter informação sobre os consumos de energia potenciais (novos edifícios ou edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação) e os consumos de energia reais ou aferidos para padrões de utilização típicos durante o funcionamento normal do edifício. Nos edifícios existentes, a certificação energética destina-se a proporcionar informação sobre as medidas de melhoria do desempenho, com viabilidade económica, que o proprietário pode implementar para reduzir as suas despesas energéticas e, simultaneamente, melhorar a eficiência energética do edifício. Essencialmente consiste numa avaliação dos requisitos energéticos integrados de um imóvel com a consequente certificação e atribuição de uma determinada classe energética. É do interesse do consumidor saber se o edifício é eficiente do ponto de vista energético. Lembremo-nos que uma casa ou um qualquer outro edifício construído sem nenhuma estratégia do ponto de vista energético, além de gerar mais poluição, pode também gerar um agravamento das despesas para quem o habita. É o certificado energético que permite fornecer informações sobre a tipologia do imóvel que estamos a comprar sob o ponto de vista da eficiência energética. O certificado de desempenho energético contém, portanto, todas as informações relacionadas com o desempenho energético. Em particular, deverá conter: valores de eficiência energética do edifício, valores regulamentares legais, valores de referência, ou seja, a classe energética. O processo de certificação energética dos edifícios foi introduzido gradualmente. A partir de 1 de Julho de 2007, o certificado passou a ser obrigatório para os edifícios novos, com uma área superior a 1.000 metros quadrados, que peçam licença ou autorização de construção. A partir de 1 de Julho de 2008, a obrigação estendeu-se aos novos pequenos edifícios, com área inferior aos 1000 metros quadrados, que peçam licença ou autorização de construção. A partir de 1 de Janeiro de 2009, a emissão do certificado energético tornou-se obrigatória para todos os edifícios, quer para actos de compra e venda, quer para aluguer. O decreto prevê, além disso, a obrigatoriedade para os edifícios novos da instalação de um sistema solar térmico para o aquecimento das Águas Quentes Sanitárias – AQS.

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Micro-produção de energia eléctrica O Decreto-Lei 363/2007 de 2 de Novembro de 2007 “revolucionou” o mercado da microprodução de energia eléctrica: O processo administrativo de registo e ligação à rede passa a ser relativamente simples e a aprovação passa a ser automática, com o cumprimento dos requisitos técnicos impostos. Por outro lado este Decreto-Lei cria um regime de remuneração bonificado que torna muito mais aliciante o investimento neste tipo de centrais. Para beneficiar do regime bonificado de remuneração é necessário ser consumidor de electricidade em Baixa Tensão e preencher os seguintes requisitos: • Potência de ligação: até 50 % da potência contratada, limitada a 3,68 kW; • Obrigação de instalação de colectores solares térmicos para produção de Água

Quente Sanitária (área mínima de 2 m2) para os edifícios habitacionais; • Obrigação de realização de uma auditoria energética ao edifício e implementação das

medidas de economia com tempo de retorno até 2 anos, no caso dos condomínios; • Obrigação de suportar os custos de ligação à rede. A remuneração do regime bonificado é de 0,65 €/kWh para os primeiros 10 MW de potência de ligação registados a nível nacional. Por cada 10 MW adicionais de potência de ligação registada a nível nacional, a tarifa é reduzida sucessivamente de 5%. De salientar que o tarifário depende do tipo de energia renovável utilizada, mediante a aplicação das seguintes percentagens à tarifa de referência: • Solar fotovoltaico: 100% • Eólico: 70% • Hídrica: 30% • Cogeração a biomassa quando integrada no aquecimento do edifício: 30% O primeiro contrato tem uma duração de 5 anos. O período adicional é de 10 anos, mas o tarifário será alterado para o tarifário em vigor no dia 1 de Janeiro do ano em que for celebrado o novo contrato. PNAEE – Plano Nacional de Acção para a Eficiência Energética – Portugal Eficiência 2015 Este Plano Estratégico abrange inúmeras medidas nos seguintes sectores de actividade: Transportes: • “Renove Carro”: incentivos ao abate de veículos em fim de vida; • Mobilidade urbana: Autoridade Metropolitana de Transportes de Lisboa, Plano de

mobilidade concelhia, Plano de mobilidade para organismos com mais de 500 trabalhadores no mesmo local.

• Sistema de Eficiência Energética nos Transportes: aplicação do RGCE Transportes – acordos voluntários 5% de redução.

Residencial e Serviços: • Renove Casa: Substituição de equipamentos de escritório. Amortizações aceleradas

de equipamentos eficientes (Lap Tops, fotocopiadores A/A+).

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• Sistema de Eficiência Energética nos Edifícios: Implementação do solar térmico e da micro-produção em escolas.

• Renováveis na Hora (ver Micro-produção de energia eólica). Indústria: • Sistema de Eficiência Energética na Indústria Estado: • Eficiência Energética no Estado: Solar térmico em piscinas e recintos desportivos,

Escola microprodutora, Iluminação Pública: instalação de reguladores de fluxo, substituição de globos, substituição das lâmpadas de vapor de mercúrio, substituição de luminária e balastro electrónico em instalações com mais de 10 anos, semáforos com LEDs.

Estão previstas outras acções a nível dos comportamentos dos consumidores (Energia nas escolas: monitorização dos consumos, campanhas de sensibilização, “Open week” da energia. Energia no trabalho: campanhas de sensibilização), bem como de Fiscalidade e de Incentivos e financiamento.

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3. A auditoria e a reabilitação energética dos edifícios A Auditoria Energética (Energy Audit) é uma das componentes chave de um programa de eficiência energética. Os países membros da União Europeia já iniciaram há algum tempo acções para a certificação energética dos edifícios com vista a corrigir os desperdícios de energia e promover acções que conduzam a uma redução dos consumos. O diagnóstico energético tem por objectivo perceber de que modo a energia é consumida, quais são as causas dos eventuais desperdícios de energia e que intervenções poderão ser sugeridas ao utente, ou seja, um plano energético que avalie não apenas a viabilidade sob o aspecto técnico mas, também e sobretudo, sob o aspecto económico das acções propostas. Baseia-se na recolha e análise de todos os dados referentes ao consumo energético dos vários utilizadores. Tais dados, que a seguir serão analisados para estudar o consumo específico, podem ser encontrados principalmente nas facturas. As medições são efectuadas para obter informações mais detalhadas acerca do edifício em análise. Um Plano de Acção (Action Plan), incluído na Auditoria Energética (Energy Audit), identifica todos as medidas e todos os parâmetros necessários para tomar uma decisão. A Auditoria Energética pode ser elaborada por um especialista que possua conhecimentos sobre energia e equipamentos energéticos. O Diagnóstico Energético dos edifícios é um conjunto de observações, recolha e análise de dados relativos aos consumos específicos e às condições de funcionamento do edifício e das suas instalações, que pode ser definido como uma “avaliação técnico-económica dos fluxos de energia”. Os seus objectivos consistem em: – Elaborar um balanço energético do edifício; – Identificar potenciais intervenções de melhoria tecnológica; – Avaliar para cada intervenção as diferentes opções técnicas e económicas; – Melhorar as condições de conforto e de segurança; – Reduzir os custos de gestão. O instrumento principal para conhecer e assim poder intervir eficazmente sobre a situação energética de uma empresa é a auditoria energética: trata-se de uma análise aprofundada conduzida através de vistorias junto da unidade produtiva e da análise de documentos fornecidos pela empresa. São recolhidos os dados de consumo e custos energéticos e também dados sobre instalações eléctricas, térmicas e frigoríficas (potência, necessidade/consumo horário, factores de utilização, horas de trabalho, etc.). A partir do levantamento da distribuição das potências e dos consumos por tipo de utilização (iluminação, arrefecimento, ar comprimido, outros serviços, áreas de processo), por centro de custo, por contador de electricidade, por faixa horária e sazonal é elaborado um balanço energético. Os dados obtidos são comparados com consumos médios de outras unidades de produção a fim de identificar possíveis intervenções para a redução dos consumos e dos custos e fazer uma primeira avaliação da sua viabilidade técnico-económica. As intervenções podem ser classificadas da seguinte forma: – Modificação de contratos de fornecimento de energia; – Melhor gestão das instalações, incluindo das variações dos valores das cargas; – Modificações tecnológicas nas instalações existentes;

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– Novas instalações. Modalidade de cálculo dos consumos energéticos específicos nas escolas O objectivo principal do projecto P.E.E.S. é o de estudar o edifício / equipamento energético de uma escola e identificar possíveis intervenções quer a nível das energias renováveis, quer a nível da poupança de energia. Os consumos a analisar para realização da auditoria energética são os consumos de combustíveis e de energia eléctrica. Relativamente ao aquecimento far-se-á referência ao volume aquecido e à unidade Graus-Dia. Esta unidade representa a necessidade térmica de aquecimento de uma certa localidade durante a estação de aquecimento. Mas os consumos de combustível são influenciados por outros dois parâmetros principais que são as horas diárias de funcionamento da escola e a sua configuração. Os consumos da escola são assim corrigidos de acordo com os chamados factores de “normalização”. Os consumos específicos corrigidos são denominados Indicadores Energéticos Normalizados para aquecimento IENA. Relativamente ao consumo de energia eléctrica das escolas, os Indicadores Energéticos Normalizados IENE são simplesmente retirados da relação entre o consumo médio anual e a área da escola, unicamente no que respeita ao horário de funcionamento da escola. FASE 1 – Fazer o levantamento dos consumos de energia O levantamento dos consumos é feito através das facturas (consumos de combustível e de energia eléctrica) relativas aos 3 anos anteriores à auditoria. Calcula-se desta forma o consumo médio anual. É importante ter em conta se ocorreram alterações de volume nas escolas.

Consumos médios anuais de combustível para o aquecimento

Unidade de medida

Ano

Ano

Ano

Consumo médio anual

Gás Natural mc Gasóleo litros Fuel óleo litros

GPL litros Biomassa kg

Carvão kg Rede de calor Mcal

Consumos médios anuais de energia eléctrica

Unidade de

medida Ano

Ano

Ano

Consumo médio anual

Contrato (contador) nº kWh

Contrato (contador) nº kWh

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FASE 2 – Fazer o levantamento da volumetria bruta aquecida, da área bruta dos pisos e da área de dispersão dos edifícios Volumetria Bruta Aquecida (V) É obtida através das plantas, se disponíveis, ou então mede-se o edifício com uma fita métrica a partir do exterior. Em V incluem-se os muros exteriores e são excluídas as partes do edifício não aquecidas (caves, sótãos, armazéns, garagem, etc.). Se a escola for composta por mais edifícios, V será a soma das volumetrias dos edifícios considerados individualmente. Área Bruta com Pisos (Ap) A área dos pisos é obtida através das plantas ou por observações directas, incluindo nas medidas também as paredes interiores, sendo excluídas as paredes exteriores. Área de Dispersão (S) A área de dispersão é obtida pela soma das áreas individuais que envolvem o volume bruto aquecido V (paredes exteriores, telhados, placas do piso térreo).

V m3 Ap m2 S m2

FASE 3 – Identificar os Graus-Dia da localidade onde se encontra situada a escola Para efectuar as comparações entre os consumos de combustível para aquecimento é conveniente ter em conta as diferenças climáticas das localidades onde são situadas as escolas. Para o efeito, os consumos específicos são “dessazonalizados” através dos Graus-Dia (GD) que são obtidos como somatório das diferenças de temperatura interior de projecto (20°C em Portugal) e a temperatura média diária exterior, para todos os dias de aquecimento dos meses de Inverno de uma determinada localidade. Tendo em conta que na maior parte dos municípios não estão disponíveis os GD efectivos por ano, são adoptados os previstos na lei. FASE 4 – Identificar o factor de normalização do consumo para aquecimento para ter em conta a configuração dos edifícios Por um mesmo volume aquecido de dois edifícios, aquele que tem uma maior área de dispersão consome necessariamente mais energia com o aquecimento. Surge pois a necessidade de normalizar os consumos específicos (aquecimento) das escolas auditadas com um factor que tenha em conta a configuração do edifício escolar. O parâmetro de interesse é expresso pela relação entre S e o seu V. Desta relação e da tipologia da escola calcula-se o factor de normalização Fe. Este último será multiplicado pelo consumo específico para aquecimento.

V m3 S m2

S/V m2/ m3

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FASE 5 – Identificar o factor de normalização dos consumos de energia para ter em conta o horário de funcionamento da escola Neste caso, o factor de normalização é válido quer para os consumos de energia térmica quer para os de electricidade, na medida em que ambos dependem das horas de funcionamento da escola. O factor Fh (h/g) será de seguida multiplicado pelo consumo específico para aquecimento e pelo consumo específico de energia eléctrica da própria escola. FASE 6 – Calcular os Indicadores Energéticos Normalizados

MMOODDEELLOO PPAARRAA OO CCÁÁLLCCUULLOO DDOO IIEENNPP PPAARRAA AAQQUUEECCIIMMEENNTTOO EEssccoollaa LLooccaalliiddaaddee

CCoonnssuummooss mmééddiiooss aannuuaaiiss ddee ccoommbbuussttíívveell ppaarraa oo aaqquueecciimmeennttoo GGááss NNaattuurraall mmcc ×× == kkWWhh GGaassóólleeoo ll ×× == kkWWhh FFuueell óólleeoo ll ×× == kkWWhh GGPPLL ll ×× == kkWWhh BBiioommaassssaa kkgg == kkWWhh CCaarrvvããoo kkgg == kkWWhh RReeddee ddee ccaalloorr MMccaall == kkWWhh CCoonnssuummoo aannuuaall ttoottaall ddaa eessccoollaa == kkWWhh ((AA)) VVoolluummeettrriiaa bbrruuttaa aaqquueecciiddaa VV == mm33 ((BB)) GGrraauuss--ddiiaa ddaa llooccaalliiddaaddee oonnddee eessttáá ssiittuuaaddaa aa eessccoollaa GGGG == ((CC)) FFaaccttoorreess ddee nnoorrmmaalliizzaaççããoo FFee == ((DD)) FFaaccttoorreess ddee nnoorrmmaalliizzaaççããoo FFhh == ((EE))

CCÁÁLLCCUULLOO DDOO IINNDDIICCAADDOORR EENNEERRGGÉÉTTIICCOO NNOORRMMAALLIIZZAADDOO IIEENNRR PPAARRAA AAQQUUEECCIIMMEENNTTOO IIEENNPP == ((AA))xx((DD))xx((EE))xx11..000000 // ((BB))xx((CC)) == WWhh//mm33**GGDD**aannoo

MMOODDEELLOO PPAARRAA OO CCÁÁLLCCUULLOO DDOO IIEENNEE PPAARRAA OO CCOONNSSUUMMOO DDEE EENNEERRGGIIAA EELLÉÉCCTTRRIICCAA EEssccoollaa LLooccaalliiddaaddee

CCoonnssuummooss mmééddiiooss aannuuaaiiss ddee eenneerrggiiaa eellééccttrriiccaa CCoonnttrraattoo ((ccoonnttaaddoorr)) nn°° == kkWWhh CCoonnttrraattoo ((ccoonnttaaddoorr)) nn°° == kkWWhh CCoonnttrraattoo ((ccoonnttaaddoorr)) nn°° == kkWWhh CCoonnttrraattoo ((ccoonnttaaddoorr)) nn°° == kkWWhh

CCoonnssuummoo aannuuaall ttoottaall ddaa eessccoollaa == kkWWhh ((AA)) ÁÁrreeaa bbrruuttaa ppoorr ppiissooss ddoo eeddiiffíícciioo AApp == mm22 ((BB)) FFaaccttoorr ddee nnoorrmmaalliizzaaççããoo FFhh == ((CC))

CCÁÁLLCCUULLOO DDOO IINNDDIICCAADDOORR EENNEERRGGÉÉTTIICCOO NNOORRMMAALLIIZZAADDOO IIEENNEE PPAARRAA OO CCOONNSSUUMMOO DDEE EENN.. EELLÉÉCCTTRRIICCAA IIEENNEE == ((AA)) ((CC)) // ((BB)) == kkWWhh//mm22**aannoo

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4. Desempenho energético dos edifícios e tecnologias eficientes O invólucro do edifício O termo "invólucro do edifício" realça o conceito de globalidade das partes que definem um ambiente interior (caracterizado por condições climático/ambientais estáveis) em relação a um ambiente exterior (variável por natureza). O desempenho do invólucro deve garantir o conforto térmico e higrométrico das áreas confinadas e a limitação dos consumos energéticos mediante a satisfação dos seguintes requisitos de desempenho: requisitos ambientais, manutenção da temperatura do ar nos espaços habitáveis nas estações de funcionamento dos sistemas de aquecimento entre os limites legais de 20 – 22 °C, manutenção das condições de conforto térmico nos ambientes interiores no período de Verão, requisitos tecnológicos: 1. Controlo dos fenómenos de condensação superficial e intersticial; 2. Controlo da combinação “Temperatura – Humidade – Ventilação”; 3. Resistência térmica e inércia térmica para efeitos de poupança de energia e do

conforto ambiental interior. Os modelos de controlo ambiental Retomando a definição de R. Banham, é possível descrever os desempenhos energéticos do invólucro arquitectónico segundo quatro modelos de controlo ambiental: 1. Invólucro conservador, caracterizado por um tipo de controlo ambiental que utiliza

paredes grossas, com poucas aberturas, para reduzir as dispersões térmicas durante as várias estações do ano.

2. Invólucro selectivo, semelhante ao invólucro conservador mas com a inovação de utilizar grandes vãos envidraçados para a iluminação e o aquecimento solar passivo.

3. Invólucro regenerativo, que confia aos equipamentos energéticos (caldeiras, ar condicionado,..) todos os problemas do controlo ambiental e assume o invólucro exclusivamente como barreira para diminuir a interacção entre o interior e o exterior.

4. Invólucro eco-eficiente ou ambientalmente interactivo ou bioclimático avançado, que propõe um controlo baseado na harmonia entre o ambiente exterior e o edifício com a possibilidade de gerir os fluxos de energia totais através das modificações das partes envolventes, a configuração do edifício, a organização e as configurações e acções do invólucro.

Este último modelo gere os fluxos através da regulação de dispositivos fixos ou ajustáveis (persianas, abertura/fecho de janelas, saídas de ar, etc.), ou com controlo e regulação manual ou automática em relação ao tipo de utilização e à complexidade do edifício. Outros autores identificam ainda um quinto modelo de controlo ambiental: o invólucro arquitectónico inteligente, adaptável e interactivo, concebido e realizado para se adaptar como um autêntico ser vivo às variações das condições ambientais exteriores. O invólucro, como “pele”, realiza o papel determinante de sistema dinâmico de filtro ambiental, capaz não só de regular os fluxos de calor, de radiação, ar e vapor, mas também de converter a radiação em energia (térmica e eléctrica) utilizável para o “metabolismo” dos edifícios, e em geral assumir uma série de desempenhos chave que o tornam o elemento fundamental de um processo global de interacção eco-eficiente com os

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factores ambientais naturais. Analisando os desempenhos energéticos do invólucro, deverá considerar-se também a possibilidade de produzir energia através dos seus componentes, para além de conservar energia a favor do ambiente interior. A ’”inteligência” de um componente de fachada pode-se, assim, medir em relação às modalidades através das quais aproveita as fontes de energia renováveis para assegurar a manutenção das condições confortáveis no seu interior em termos de aquecimento, refrigeração, ventilação e iluminação naturais. Evolução das tecnologias em relação com os desempenhos energéticos do invólucro do edifício O conceito de invólucro como componente tecnológica capaz de mediar os fluxos de energia provenientes do exterior para o interior do edifício nasce com o arquétipo do modelo arquitectónico. No momento histórico em que o homem decide construir um refúgio artificial contra os agentes climáticos e ambientais, procura propor soluções construtivas capazes de melhorar as condições do espaço confinado destinado a ser habitado. O invólucro arquitectónico foi evoluindo lentamente do elemento barreira, predominantemente protector, para um complexo sistema - filtro selectivo e polivalente, capaz, por um lado, de optimizar as interacções entre o ambiente interior e o ambiente exterior (e vice-versa) às variações das diversas condições climáticas e ambientais ocorridas ao longo do dia, ao longo do ano, e mesmo ao longo da vida do organismo edifício e/ou do homem que o habita; por outro lado, de responder sempre cada vez mais no sentido “inteligente” às mesmas mudanças psicológicas, sociológicas e culturais do modo de viver as relações com tais factores ambientais por parte dos utentes. A configuração e as funções do invólucro registaram ao longo dos tempos uma evolução substancial quer no que se refere ao uso dos materiais (passou-se de invólucros primordialmente massivos, construídos em pedra para invólucros cada vez mais “leves”, construídos com áreas transparentes) quer no que se refere ao desempenho dos seus componentes. Do conceito de invólucro como elemento energeticamente passivo, de separação entre o ambiente interior e o exterior, passa-se para o conceito de invólucro como elemento dinâmico e interactivo do complexo sistema energético que regula o funcionamento do edifício e que caracterizam a imagem. As paredes maciças são substituídas por áreas transparentes com dimensões cada vez maiores, que nos tempos recentes substituem e constituem o único elemento de delimitação arquitectónica. O uso cada vez mais frequente de vãos envidraçados na construção dos edifícios desenvolve-se a partir de finais do século XIX, coincidindo com a revolução industrial, e comporta o desenvolvimento e a pesquisa de materiais capazes de garantir desempenhos energéticos semelhantes aos materiais tradicionais com os quais durante séculos foram construídos os edifícios. O vidro passa a regular os fluxos energéticos associados à passagem de calor, à transmissão da luz para uma iluminação adequada dos ambientes interiores e à protecção da radiação solar nos meses de temperaturas mais elevadas. As soluções tecnológicas e a escolha dos materiais garantem os requisitos estéticos ditados

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pelas novas linguagens arquitectónicas. A inovação tecnológica aplica-se a novos materiais transparentes subdivididos pelas seguintes categorias: passivos, activos e de alto desempenho. Os materiais passivos (painéis prismáticos, LCP, FISH, OKASOLAR, etc.) são todos aqueles que, graças simplesmente à forma, conseguem modificar a quantidade de energia transmitida através do invólucro em função da inclinação da radiação solar. Os materiais activos (vidros cromogénicos, vidros electrocrómicos, vidros holográficos, etc.) modificam a quantidade de energia transmitida em função de estímulos exteriores fornecidos ao sistema, como corrente impressa, variação de temperatura ou variação de energia solar incidente. Os materiais de alto desempenho (aerogel, TIM), estão aptos a satisfazer, graças às suas propriedades intrínsecas, a maior parte dos requisitos de conforto. Em muitos edifícios contemporâneos, o invólucro é realizado com sistemas de fachada que permitem acumular a energia solar incidente e transformá-la em calor para aquecimento do espaço ambiente. Noutros, o invólucro torna-se um verdadeiro e autêntico elemento activo de produção de energia, graças à integração de sistemas tecnológicos de energia renováveis (fotovoltaico e solar térmico). As superficies verticais opacas e transparentes são desenvolvidas como componentes tecnológicos complexos capazes de interagir com as condições ambientais envolventes, de forma a reduzir as necessidades de energia do edifício. Fachadas ventiladas (opacas), sistemas solares activos (colectores solares e células fotovoltaicas) e sistemas solares passivos (estufas solares) tornam-se elementos recorrentes na concepção do invólucro arquitectónico e transformam-se frequentemente em laboratórios de pesquisa na área de projecto para experimentar a inovação tecnológica, por exemplo nas fases de concepção, realização e gestão de um “green building”. Invólucro e eficiência energética do edifício Os desempenhos energéticos de todo o edifício dependem da eficiência do invólucro. Se os componentes de construção (verticais, horizontais, transparentes, opacos) não forem concebidos e realizados em consonância com os desempenhos energéticos do edifício, a dispersão dos fluxos de calor que passem através do mesmos comprometerão os consumos energéticos finais. Existem três tipos de transferência de energia: por radiação (UV, infravermelhos), por condução (contacto entre materiais com diferentes temperaturas) e por convexão (deslocação do ar). As dispersões térmicas que ocorram sob a forma de calor dependem da diferença de temperatura entre a face interior e exterior do próprio invólucro e da resistência térmica do material (ou combinações de materiais) de que o invólucro é feito. Os materiais que compõem um invólucro que separa dois ambientes com temperaturas diferentes oferecem uma resistência à passagem do calor que varia em relação directa com a espessura do material e em relação inversa com a sua “facilidade” de transmitir o calor (transmissão). – A transmissão térmica (U) (W/m²K), o coeficiente global de transmissão do calor é

definido pela norma UNI 7357 como o “fluxo de calor que passa de um local para o exterior (ou para outro local) através de uma parede por m2 de área da parede por K de diferença entre a temperatura do local e a temperatura exterior, ou do local contíguo”.

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– A condutividade ou condutibilidade térmica (l) (W/(m�K)) de um material indica o fluxo de calor que, em condições estáveis, passa através de uma camada de material na presença de uma diferença unitária de temperatura entre as duas faces opostas do material considerado. A condutividade depende da porosidade (densidade) e do conteúdo higrométrico do material.

– A resistência térmica (R) (m²K/W) total de uma parede, que é obviamente a inversa da transmissão térmica, será dada pela soma das diferentes resistências que o fluxo de calor vai encontrar ao longo do percurso do elemento mais quente para o mais frio.

Deve ser dada atenção especial aos desempenhos térmicos do invólucro do edifício em regime térmico variável (naqueles períodos em que o aquecimento é temporário ou intermitente), mas sobretudo nos meses de Verão. Durante a sucessão de dias caracterizados por valores elevados de temperatura e de intensidade de radiação solar, os invólucros dos edifícios deverão ser concebidos e realizados de modo a garantir condições ambientais de conforto no interior dos espaços confinados, mesmo na ausência de sistemas de arrefecimento. Para esse efeito, assume particular importância: o sistema de protecção das radiações solares (estores, palas, sombreamento), a inércia térmica das paredes do edifício, quantificável com base na atenuação (s) da amplitude das variações da temperatura superficial interna relativamente à do ambiente interior e no atraso de fase (f), isto é, no intervalo de tempo em que as variações de temperatura exterior se transmitem ao interior (horas). São assegurados bons desempenhos, sob este ponto de vista, por paredes opacas capazes de fornecer como valores de referência s< 0,05 e f > 8 horas, por um período de 24 horas. Para reduzir os consumos energéticos para climatização no Verão é fundamental reduzir os valores máximos de temperatura no interior e retardar a emissão de energia térmica, para as horas nocturnas, quando a temperatura do ar exterior se encontrar nos valores mínimos e o fenómeno de re-irradiação arrefecer rapidamente as áreas exteriores. As perdas de calor através do invólucro podem ser reduzidas através das seguintes estratégias: – Utilizar a massa térmica; – Prevenir a condução de calor acrescentando isolamento térmico ao invólucro para

aumentar a sua resistência térmica; – Projectar o edifício de forma mais compacta para reduzir a área total, através da qual

o calor pode ser transmitido; – Acrescentar barreiras ao fluxo de calor radiativo através, por exemplo, da colocação

de folhas de alumínio atrás dos radiadores, utilizando vidros isolantes e com baixa emissividade, assim como proceder ao isolamento das caixas das janelas e portas onde se encontram as persianas exteriores.

Na fase de projecto do invólucro do edifício deverá ser dada particular atenção ao controlo e à verificação dos fenómenos de condensação intersticial e superficial, como previsto pela Norma UNI EN ISO 13788, tendo em conta às condições higrométricas internas e externas do edifício e às características (espessura, condutividade térmica, resistência à difusão do vapor) de cada camada de material que compõe a parede. O cálculo da condensação intersticial é efectuado quantificando os perfis das temperaturas e das pressões do vapor de água (saturado e efectivo) no interior da parede: se a pressão de

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vapor efectiva (Pe) atingir ou ultrapassar a pressão de vapor saturado (Ps), haverá formação de condensação. Tal fenómeno pode ser combatido dispondo por ordem decrescente as camadas que compõem a estrutura em função da sua permeabilidade ao vapor de água (os materiais com maior resistência ao vapor são os primeiros a ser colocados no interior, os com menor resistência são os últimos a ser colocados no exterior). Os fenómenos de condensação superficial verificam-se, pelo contrário, quando a temperatura da área interna da parede é inferior à temperatura de condensação do ar do ambiente habitado. Através do cálculo do perfil da temperatura no interior da parede, determina-se também o valor da temperatura superficial interna, tornando-se assim possível avaliar os eventuais riscos de condensação superficial. Reabilitação energética dos edifícios Por reabilitação energética dos edifício entende-se todas as operações, tecnológicas e de gestão, aptas a conferir uma nova (anteriormente inexistente) ou superior (anteriormente inadequada) qualidade de desempenho às construções existentes do ponto de vista do rendimento energético, voltada para a racionalização dos fluxos energéticos que decorrem entre o sistema-edifício (invólucro + instalações) e o ambiente exterior. Em geral, as intervenções de reabilitação energética do património imobiliário existente têm por fim: – Melhorar o conforto dos ambientes interiores; – Reduzir os consumos de energia; – Reduzir as emissões poluentes e o seu impacto no ambiente; – Utilizar racionalmente os recursos, através da utilização de fontes de energia

renováveis em substituição dos combustíveis fósseis; – Optimizar a gestão dos serviços energéticos. O conceito de reabilitação energética do existente – em correlação com o de sustentabilidade do construído – é promovido a nível internacional por políticas que respondem à necessidade de uma alteração substancial no processo de construção, gestão e manutenção os edifícios existentes, a chave, no âmbito da construção, para a salvaguarda do ambiente, da saúde e do bem-estar do ser humano. A recente actividade de legislação e redacção de normas técnicas sobre o desempenho energético das construções define parâmetros de eficiência cada vez mais restritivos e critérios de poupança cada vez mais vinculativos, impondo intervenções e padrões de desempenho mais elevados, por exemplo nas fases de concepção, realização e gestão de um “green building”. Paralelamente, os governos de muitos Estados europeus introduziram incentivos económicos para agilizar as intervenções de reabilitação energética que garantam tempos de retorno dos investimentos compatíveis com as capacidades de investimento dos proprietários dos imóveis e o ciclo de vida das tecnologias empregues. As intervenções principais de reabilitação aplicam-se ao sistema tecnológico e à gestão energética do edifício e têm a ver fundamentalmente com: – A melhoria do desempenho térmico do edifício (aumento do isolamento térmico,

substituição das janelas, instalação de sistemas de protecção solar...);

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– A substituição de componentes obsoletos das instalações de climatização e de iluminação por outros mais eficientes do ponto de vista energético e com menor impacto no ambiente em termos de emissões produzidas;

– A utilização de energia gratuita do sol para a produção de energia eléctrica (painéis fotovoltaicos) e térmica (colectores solares);

– A correcta gestão da ventilação natural e do arrefecimento passivo a fim de limitar a utilização de ar condicionado no Verão, responsável pelo aumento dos consumos eléctricos;

– A optimização do tarifário de fornecimento de electricidade e gás; – A introdução de sistemas de contagem individual dos consumos de energia. Tecnologias eficientes – Solar térmico: tecnologia usada para a produção de Água Quente Sanitária, para

aquecimento, para secagem, esterilização e dessalinização; – Solar fotovoltaico: instalação eléctrica que aproveita a energia solar para produzir

energia eléctrica mediante efeito fotovoltaico; – Cogeração: produção simultânea de energia térmica e eléctrica; – Biomassa para aquecimento (ex. pellet): utilização da biomassa para a produção de

energia térmica; – Redes de calor: consiste na distribuição, através de uma rede de tubos isolados e

enterrados, de água quente, água sobreaquecida ou vapor, proveniente de uma central térmica, com circuito de retorno à mesma central. Nas redes de calor, com caldeiras a biomassa com leito fluidizado, podem-se queimar todos os resíduos de madeira, mesmo muito húmidos e com baixo poder calorífico. Nas caldeiras de biomassa das habitações, pelo contrário, esses resíduos não são utilizáveis. Deve se utilizada lenha seca e de qualidade, em pedaços de dimensões adequadas, ou escolher caldeiras a pellets se se pretender automatizar a instalação, evitando o abastecimento contínuo (várias vezes ao dia na estação de Inverno).

– Sistemas de acumulação térmica (calor ou frio): funcionam como um depósito de fornecimento e consumo de energia térmica que permite baixar as potências necessárias (e.g. o aquecedor de água eléctrico que aquece a água no seu interior durante um determinado período de tempo e pode de seguida distribui-la em poucos minutos), diferir temporalmente procura e oferta (p. ex. os sistemas solares térmicos que quando há sol acumulam calor para disponibilizá-lo de noite ou nos dias nublados), garantir aos utilizadores o calor mesmo nos casos de ausência de fornecimento térmico (p. ex. os muros espessos de edifícios velhos uma vez aquecidos mantêm um ambiente confortável mesmo no caso de temporário mau funcionamento da instalação de aquecimento). A dissociação da produção do frio do seu consumo é hoje um tema que assume grande importância para muitíssimos utilizadores, com a passagem para a tarifa multi-horária, não só da maioria dos contratos em média tensão, mas também daqueles em baixa tensão. Uma instalação com acumulação de frio assegura aos utilizadores os mesmos desempenhos de um sistema tradicional, ao qual se junta maior confiança e menores custos de funcionamento;

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– Iluminação eficiente para espaços interiores: permite conseguir poupanças de energia muito elevadas, frequentemente entre os 30% e os 50%. Se considerarmos que a iluminação representa cerca de um terço na factura da electricidade no sector residencial percebemos que a racionalização dos consumos é essencial para uma boa gestão energética. As intervenções exequíveis recaem em duas categorias principais: substituição de componentes e sistemas por outros mais eficientes (lâmpadas fluorescentes compactas, balastros electrónicos); adopção de sistemas automáticos de regulação, para acender e apagar os pontos de luz (sensores de luminosidade e de presença).

– Computador, monitor e periféricos: existe um elevado potencial de poupança de energia, graças ao empenho dos fabricantes na produção de equipamentos mais eficientes, que levou a grandes diferenças nos consumos de electricidade: se um computador fixo com ecrã com tubo de raios catódicos chega a consumir 200 W, um computador fixo com ecrã LCD consumirá apenas 125 W, descendo até aos 30 W para os computadores portáteis. Uma análise realizada sobre o ciclo de vida destes equipamentos mostra que a redução dos consumos permite diminuir significativamente a factura de energia eléctrica, sobretudo no sector terciário onde estes aparelhos chegam a representar 11,4% dos consumos eléctricos totais.

– Telegestão: permite monitorizar e controlar equipamentos à distância. A monitorização contínua do funcionamento dos vários componentes permite, além disso, avisar automaticamente quando chega o momento de executar manutenções preventivas ou extraordinárias e substituir os componentes, com benefícios económicos e de gestão. As aplicações possíveis são múltiplas, quer na gestão da Iluminação Pública, quer na gestão de caldeiras e redes de distribuição de calor e frio.