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ARQ5658 – Eficiência Energética e Sustentabilidade em Edificações
Prof. Fernando Simon Westphal
fernandosw@arq.ufsc.br
mailto:fernandosw@arq.ufsc.br
Modelo sustentável?
US$ 60 tri _ produção US$ 600 tri _ especulação em bolsas 20% mais ricos consomem 82,4% das riquezas 20% mais pobres 1,6% As 3 pessoas mais ricas possuem ativos superiores a 48 países (600 mi hab) 257 pessoas são mais ricas do que 2,8 bilhões de habitantes
Modelo sustentável?
Pegada ecológica
De quantos planetas precisamos?
1961 _ 63%
1975 _ 97%
1980 _ 101%
2005 _ 145%
2011 _ 170%
2030 _ 300%
Sustentabilidade: Definição
Economicamente viável
Socialmente justo
Ambientalmente correto
sustentabilidade
Triple bottom line
3 “P”: Profit People Planet
Sustentabilidade: Definição
Sustentabilidade é um modo de ser e de viver que exige alinhas as práticas humanas às potencialidades de cada bioma e às necessidades das presentes e das gerações futuras.
O desenvolvimento sustentável é aquele que atende às necessidades da geração atual sem comprometer as necessidades das gerações futuras de atenderem suas próprias necessidades
[Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, 1987] “Relatório Brundland”
Sustentabilidade: Definição
Bom senso
"A pessoa compra um carro novo para provocar reações. Se o modelo não deixar o vizinho com inveja, de nada adianta trocar o carro."
Coltan is used to make pinhead capacitors - an essential component in mobile phones
Eficiência energética
Consumo de energia no Brasil Crescimento em 2012 : Oferta de energia 4,1% PIB 0,9% Transportes 7,2% Gasolina 17,4% Óleo diesel 6,1% Querosene 5,4% Eletricidade 3,8% Matriz energética total: Fontes renováveis 42,4% (Média mundial 13,2%) Eletricidade: Hidrelétricas 84,5% Térmicas 7,9% Eólica dobrou para
Consumo de energia no Brasil Crescimento em 2012 : Oferta de energia 4,1% PIB 0,9% Transportes 7,2% Gasolina 17,4% Óleo diesel 6,1% Querosene 5,4% Eletricidade 3,8% Matriz energética total: Fontes renováveis 42,4% (Média mundial 13,2%) Eletricidade: Hidrelétricas 84,5% Térmicas 7,9% Eólica dobrou para
Consumo de energia no Brasil
Uso da energia no Brasil
Uso de energia no Brasil
Geração de energia elétrica no Brasil
Consumo de energia no Brasil
Emissões de CO2 equivalentes:
Oferta interna de energia
Evolução do PIB e consumo no Brasil
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
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Taxa
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cres
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ento
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Ano
Consumo de energia elétrica
PIB
Fonte: MME, Balanço Energético Nacional 2007
Evolução do consumo de energia
Fonte: International Monetary Fund, World Economic Outlook Database, October 2007
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
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1980
19
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19
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Taxa
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80
Ano
Brasil
Alemanha
Canadá
Estados Unidos
Japão
Alemanha
Brasil
EUA
Evolução do PIB
Fonte: International Monetary Fund, World Economic Outlook Database, October 2007
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19
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19
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19
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Taxa
de
cres
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80
Ano
Brasil
Alemanha
Canadá
Estados Unidos
Japão
Brasil
Alemanha
EUA
Elasticidade do PIB / Consumo
0.0
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1.0
1.5
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1980
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1986
1988
1990
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2002
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Taxa
de
cres
cim
ento
(ano
bas
e: 1
980)
Ano
Brasil
Alemanha
Canadá
Estados Unidos
Japão Brasil
EUA
Alemanha
Oferta interna X PIB
Eficiência energética
Produzir o mesmo resultado, com menor consumo de energia
Consumo de energia elétrica no Brasil
Residencial 22%
Comercial 14%
Público 9%
Industrial 47%
Outros 8%
Influência da arquitetura
Uso final de energia: prédios de escritórios
AC 26%
Ilumin. 25%
Equip. Escrit. 33%
Outros 16% AC
37%
Ilumin. 25%
Equip. Escrit. 29%
Outros 13%
Edifícios com sistemas de alta eficiência
São Paulo Rio de Janeiro
Uso final de energia: prédios de escritórios
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 em residências - Brasil
Fonte: GHISI, E., GOSCH, S., LAMBERTS, R. Electricity end-uses in the residential sector of Brazil. Energy Policy, v. 35, n. 8, p. 4107-4120, 2007.
31.08.10 | Tire o planeta do vermelho Fonte: Extra - 28.08.2010 Para reduzir o gasto com luz, por exemplo, o mais importante é a mudança de hábito. Com o uso racional dos recursos, optar por lâmpadas fluorescentes, eletrodomésticos com o selo Procel - que são mais econômicos - e sensores de presença reduzem a conta em até 25%.
31.08.10 | Por que a iluminação natural é importante? Fonte: AEC Web - 23.08.2010 Nos estudos e obras, a redução com a iluminação artificial que deixa de ser ligada é da ordem de R$ 15 a R$ 20,00/m²/ano, mas isso varia bastante pois depende do uso, freqüência, etc.
http://www.eletrobras.gov.br/procel
Cada produto, uma aplicação
Cada produto, uma aplicação
ARQUITETURA CORPORATIVA NO BRASIL
LEED-GOLD
Ventura Corporate Towers Rio de Janeiro Tishman Speyers 170 000 m²
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://alsgoesgreen.files.wordpress.com/2009/07/leed-to-rate-energy-use.jpg&imgrefurl=http://alsgoesgreen.wordpress.com/2009/07/30/leed-certification/&usg=___pLDHh6pa8Trt-j_2m-_xqveu7E=&h=550&w=550&sz=37&hl=pt-BR&start=1&tbnid=qvtIGU0iTWLjoM:&tbnh=133&tbnw=133&prev=/images?q=leed&gbv=2&hl=pt-BR
Ventura Corporate Towers Rio de Janeiro Tishman Speyers 170 000 m²
Ventura Corporate Towers Rio de Janeiro Tishman Speyers 170 000 m²
LEED-PLATINUM
Eldorado BusinessTower São Paulo Gafisa & São Carlos 128 000 m²
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://alsgoesgreen.files.wordpress.com/2009/07/leed-to-rate-energy-use.jpg&imgrefurl=http://alsgoesgreen.wordpress.com/2009/07/30/leed-certification/&usg=___pLDHh6pa8Trt-j_2m-_xqveu7E=&h=550&w=550&sz=37&hl=pt-BR&start=1&tbnid=qvtIGU0iTWLjoM:&tbnh=133&tbnw=133&prev=/images?q=leed&gbv=2&hl=pt-BR
LEED-GOLD
ECO-Berrini São Paulo Prospéritas 92 000 m²
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ECO-Berrini São Paulo Prospéritas 92 000 m²
LEED-GOLD
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://alsgoesgreen.files.wordpress.com/2009/07/leed-to-rate-energy-use.jpg&imgrefurl=http://alsgoesgreen.wordpress.com/2009/07/30/leed-certification/&usg=___pLDHh6pa8Trt-j_2m-_xqveu7E=&h=550&w=550&sz=37&hl=pt-BR&start=1&tbnid=qvtIGU0iTWLjoM:&tbnh=133&tbnw=133&prev=/images?q=leed&gbv=2&hl=pt-BR
ECO-Berrini São Paulo Prospéritas 92 000 m²
Edifício Jatobá São Paulo Engeform / Bratke & Collet 18 000 m²
LEED-GOLD
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://alsgoesgreen.files.wordpress.com/2009/07/leed-to-rate-energy-use.jpg&imgrefurl=http://alsgoesgreen.wordpress.com/2009/07/30/leed-certification/&usg=___pLDHh6pa8Trt-j_2m-_xqveu7E=&h=550&w=550&sz=37&hl=pt-BR&start=1&tbnid=qvtIGU0iTWLjoM:&tbnh=133&tbnw=133&prev=/images?q=leed&gbv=2&hl=pt-BR
Mercado atual exige um apelo estético forte
Necessidade técnica e comercial
Contato visual com o exterior
Diminuir custo com manutenção da fachada
Aumentar a velocidade da obra
Solução arquitetônica e análise em fase de projeto é fundamental
Desafio: garantir o desempenho térmico e atender a exigência do mercado e viabilidade econômica
Arquitetura corporativa no Brasil
Arquitetura corporativa no Brasil
Tendência geral:
Paredes leves e isoladas (dry wall)
Fator Solar entre
25% e 40%
Transmissão luminosa entre
25% e 45%
Percentual de abertura entre
40% e 60%
Transparência | luz natural | desempenho térmico
USO FINAL DE ENERGIA
CLIMA E ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Temperatura do ar: São Paulo
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
São Paulo
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%
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL ESTUDOS DE CASO
Variáveis ambientais: -Temperatura -Umidade -Radiação Solar -Ventos
Variáveis internas: -Ocupação -Iluminação -Equipamentos -Padrões de uso
Sistema de condicionamento
de ar
Arquitetura: -Cobertura -Paredes -Janelas -Piso
Simulação Computacional Integrada
Morumbi Corporate (Henri Dunant) São Paulo Multiplan
Estudo de Caso 130.000 m² de área
30.000 m² de fachada
Morumbi Corporate São Paulo Multiplan
Modelo geométrico
Modelo geométrico
Torre Alta
Torre Baixa
Análise Paramétrica
Parâmetros Quantidade de opções simuladas Tipo de vidro 11 opções
Uso de spandrel glass 2 opções Percentual de abertura na fachada 3 opções
Tipo de parede 2 opções Total 132 casos simulados
ID U-Value (W/m².K) SHGC Tvis IS 1 5,601 0,40 0,28 0,70 2 5,601 0,38 0,35 0,94 3 5,732 0,31 0,19 0,61 4 5,732 0,37 0,32 0,86 5 2,531 0,34 0,29 0,88 6 2,695 0,30 0,32 1,08 7 5,666 0,36 0,50 1,42 8 5,666 0,38 0,37 0,96 9 5,666 0,46 0,33 0,73
10 1,639 0,29 0,51 1,75 11 1,849 0,31 0,37 1,22
Especificações de vidros
Resultados – economia anual (Torre Alta)
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100
103
106
109
112
115
118
121
124
127
130
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Caso simulado
Menor economia: 5,3%
Maior Economia:
10,8%
Economia em relação ao baseline: 132 casos
Análise de sensibilidade (Torre Alta)
Spandrel glass
VidroWWR
Parede
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
Varia
ção
de p
onto
s pe
rcen
tuai
s so
bre
a ec
onom
ia to
tal
Influência média na economia total de energia
Análise de sensibilidade (Torre Alta)
Spandrel glass
VidroWWR
Parede
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
Varia
ção
de p
onto
s pe
rcen
tuai
s so
bre
a ec
onom
ia to
tal
Maior influência
Influência média na economia total de energia
Análise de sensibilidade (Torre Alta)
Spandrel glass
VidroWWR
Parede
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
Varia
ção
de p
onto
s pe
rcen
tuai
s so
bre
a ec
onom
ia to
tal
Maior interrelação com outros parâmetros
Influência média na economia total de energia
Refinamento progressivo (Torre Alta)
8.6%9.1%
8.4%8.0%
5.3%
7.0% 7.0% 7.0%
10.8% 10.8%
9.6%8.7%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
Todos Vidros Spandrel WWR
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Média
Mínimo
Máximo
Faixa de “incerteza” ou “interferência” diminui com a definição de parâmetros
Refinamento progressivo (Torre Alta)
8.6%9.1%
8.4%8.0%
5.3%
7.0% 7.0% 7.0%
10.8% 10.8%
9.6%8.7%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
Todos Vidros Spandrel WWR
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Média
Mínimo
Máximo
Seleção de 4 vidros
Refinamento progressivo (Torre Alta)
8.6%9.1%
8.4%8.0%
5.3%
7.0% 7.0% 7.0%
10.8% 10.8%
9.6%8.7%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
Todos Vidros Spandrel WWR
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Média
Mínimo
Máximo
Modelos com spandrel glass
Refinamento progressivo (Torre Alta)
8.6%9.1%
8.4%8.0%
5.3%
7.0% 7.0% 7.0%
10.8% 10.8%
9.6%8.7%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
Todos Vidros Spandrel WWR
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Média
Mínimo
Máximo
Modelos com WWR de projeto
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
ARQ5658 – Eficiência Energética e Sustentabilidade em EdificaçõesNúmero do slide 2Número do slide 3Modelo sustentável?Modelo sustentável?Sustentabilidade: DefiniçãoSustentabilidade: DefiniçãoSustentabilidade: DefiniçãoNúmero do slide 9Número do slide 10Número do slide 11Número do slide 12Número do slide 13Número do slide 14Eficiência energéticaConsumo de energia no BrasilConsumo de energia no BrasilConsumo de energia no BrasilUso da energia no BrasilUso de energia no BrasilGeração de energia elétrica no BrasilConsumo de energia no BrasilOferta interna de energiaEvolução do PIB e consumo no BrasilEvolução do consumo de energiaEvolução do PIBElasticidade do PIB / ConsumoOferta interna X PIBEficiência energéticaConsumo de energia elétrica no BrasilUso final de energia: prédios de escritóriosUso final de energia: prédios de escritóriosNúmero do slide 33Número do slide 34Número do slide 35Número do slide 36Uso final de energia em residências - BrasilNúmero do slide 38Cada produto, uma aplicaçãoCada produto, uma aplicaçãoARQUITETURA CORPORATIVA NO BRASILNúmero do slide 42Número do slide 43Número do slide 44Número do slide 45Número do slide 46Número do slide 47Número do slide 48Número do slide 49Arquitetura corporativa no BrasilArquitetura corporativa no BrasilUSO FINAL DE ENERGIACLIMA E ARQUITETURA BIOCLIMÁTICATemperatura do ar: São PauloClima de São Paulo: Temperatura do ArClima de São Paulo: Umidade RelativaClima de São Paulo: Umidade RelativaClima de São Paulo: Umidade RelativaSIMULAÇÃO COMPUTACIONALSimulação Computacional IntegradaNúmero do slide 61Número do slide 62Número do slide 63Número do slide 64Número do slide 65Número do slide 66Número do slide 67Modelo geométricoModelo geométricoAnálise ParamétricaResultados – economia anual (Torre Alta)Análise de sensibilidade (Torre Alta)Análise de sensibilidade (Torre Alta)Análise de sensibilidade (Torre Alta)Refinamento progressivo (Torre Alta)Refinamento progressivo (Torre Alta)Refinamento progressivo (Torre Alta)Refinamento progressivo (Torre Alta)Refinamento progressivo (Torre Alta)Torre AltaTorre Baixa