C2LAB Laboratório de Construção da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto Prof. Nuno Lacerda Lopes c2faup@gmail.com

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Materiais de poupança de energia G23 André Malheiro Cláudia Oliveira Jani Brito

ABSTRACT No âmbito da disciplina da Construção 2, foi-nos solicitada a elaboração de um trabalho com o tema: “Materiais de poupança de energia”. Para tal, começamos por fazer um enquadramento histórico relacionado com a questão do início das preocupações de poupança de energia e ecologia, referimos também os diferentes parâmetros para a construção sustentável e com sensibilidade ecológica, fazendo referências às leis e certificações actuais. Foi abordado de forma sucinta uma série de sistemas de poupança de energia entre os quais a distinção entre a energia solar activa e passiva, referência ao recurso de outras energias renováveis e ainda alguns dispositivos mecânicos já incorporados em muitos edifícios actuais. Uma vez que não é possível abordar todos estes sistemas decidimos usar um exemplo de energia solar activa (painéis fotovoltaicos na fachada) e energia solar passiva (parede de trombe) admitindo como objectivo o confronto entre o low-tech e o high tech. Desta forma, optamos também por aprofundar uma obra em concreto que nos auxiliasse num estudo mais aprofundado do sistema solar activo, neste caso, o pavilhão multi-funcional Paul Horn Arena em Tübingen. Foi então feita um breve enunciado dos autores da obra assim como referência às características em questão. Foram elaborados suportes gráficos de auxílio à compreensão dos sistemas em estudo assim como um texto de apoio com os aspectos técnicos dos dois sistemas anteriormente referidos. Concluímos que as novas tecnologias vieram facilitar a introdução dos sistemas de poupança de energia que cada vez mais estão presentes na arquitectura actual. A parede de trombe contribuiu para o desenho das fachadas com fotovoltaicos na medida em que o sistema base é semelhante. Também é interessante verificar que este tipo de energias está cada vez mais ao alcance de qualquer um, desde grandes edifícios a habitações unifamiliares. Importa salientar o facto de estes sistemas virem optimizar energeticamente os edifícios contribuindo assim para a questão ambiental.

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01 Enquadramento Histórico, Origem e Cronologia

Uma nova preocupação global surge na vida do Homem. Até certa altura o desenvolvimento do ser humano não envolvia grandes preocupações com o meio ambiente. Os recursos pareciam infinitos e o Homem explorava-os de forma descontrolada. Isto aconteceu até aos inícios dos anos 60 em que surgem os primeiros movimentos de defesa do ambiente. A noção de ecologia passa a fazer parte da vida dos cidadãos. Podemos entender por esta noção o estudo da relação dos seres vivos com o meio físico de forma a perceber se esta relação é feita com harmonia. O desequilíbrio que se faz notar quando as mudanças climáticas são demasiado evidentes, faz com que a população se torne mais consciente da necessidade de proteger o ambiente de forma a evitar um caminho insustentável e finito.

A partir dos anos 70 do século XX, a sociedade começa a perceber que este novo conceito precisa de ser introduzido no seu dia-a-dia. Os impactos ambientais do mundo moderno e tecnológico não podem passar despercebidos. Surgem as primeiras “revoluções ecológicas”. A subida do preço do petróleo decretou uma crise económica nos anos 70. Percebe-se a dependência que os países têm deste recurso não renovável e esgotável. Esta preocupação acrescida à que surge nos anos 80 quando se fala pela primeira vez do ‘buraco’ na camada de ozono leva a sociedade a ver-se obrigada a ter uma nova postura perante a Natureza. O conceito tem assim o seu impacto nas várias áreas em que pode ser aplicado. Também a Arquitectura não ficou desligada da nova ideia e pretendeu ainda que de uma forma lenta adoptar e adaptar-se às medidas ecológicas.

Esta consciencialização, e o impacto desta nova forma de pensamento criaram um novo cenário internacional. Uma das novas medidas passa pelos encontros internacionais de Arquitectura e Urbanismo que visam a tomada de medidas para uma utilização racional da energia. A energia é um elemento fundamental na procura da sustentabilidade. O consumo de combustíveis fósseis nos edifícios representa aproximadamente cerca de metade de toda a energia consumida no mundo. O problema essencial está na relação entre o consumo de combustíveis fósseis e as emissões de CO2, não na energia em si. “Se a sociedade pudesse gerar toda a energia que necessita a partir de fontes renováveis, não havia problemas.” (1)

Por volta dos anos 90 os acordos e organizações locais, regionais, nacionais e internacionais com o intuito de limitar os gastos de energia surgem com mais frequência: Quercus; Our Common Future; Agenda 21; Meta 20, 20, 20; Greenpaper; Greenpeace; La Cumbre de la Tierra de Rio (1992); Protocolo de Kioto (1996); assim como a Conferência de La Haya (2000) procuram um consenso acerca do tema.

A Quercus é uma associação nacional de conservação da natureza que se preocupa com várias questões nomeadamente a Arquitectura chamada sustentável e cria vários projectos e espaços de campanha e sensibilização.

Our Common Future é um documento de 1987 que cita a noção de desenvolvimento sustentável. Esta noção é baseada na consciência dos riscos com o meio ambiente, no entanto, é também um projecto social que engloba as questões ecológicas, a economia e os factores sociais. Fala-se pela primeira vez em educação ambiental. Também os arquitectos precisam de ser direccionados para uma sensibilidade ecológica para os seus projectos.

Agenda 21 é um plano de desenvolvimento para o século XXI que integra o meio ambiente nas decisões de progresso. A partir deste plano vários países como a Alemanha ou a França criaram os seus próprios planos e organizações.

Na União Europeia, surge a Meta 20, 20, 20 que pretende até ao ano de 2020 reduzir em 20% abaixo dos níveis de 1990 a emissão de gases com efeito de estufa, aumentar em 20% o uso de energia renovável

e reduzir 20% o consumo de energia primária em comparação com os níveis previstos, procurando uma melhoria da eficiência energética. Em Janeiro de 2008, a Comissão Europeia propôs a adopção do “pacote” de energia e clima 20-20-20, o qual em Junho de 2009 se tornou lei.

Um Green Paper lançado pela Comissão Europeia é um documento de discussão, onde se apresentam ideias e pretende-se a contribuição de organizações para que com uma série de propostas possam tornar-se lei. Organizam-se green papers sobre energia de forma a criar um conjunto de normas, regras que cheguem a leis específicas que visem a melhoria da sua utilização. Estes green papers orientam os países acerca da energia.

Greenpeace é uma organização sem fins lucrativos com sede em mais de 40 países que pretende a sensibilização das pessoas para com o meio ambiente e a sua protecção.

Os protocolos, os acordos, as conferências e as organizações que se foram realizando e criando ao longo destes últimos 20 anos permitiram chegar a um consenso, são fundamentais as medidas que se foram tomando e é imprescindível que se continue com atenção aos gastos energéticos para podermos viver num mundo sustentável e saudável.

(1) EDWARDS, Brian; Guia básico de sustentabilidade, Barcelona: Gustavo Gili, 2004, pp.25

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02 Cultura e Contexto

Encaixando o tema da energia no contexto arquitectónico podemos entrar por diversos caminhos. Que a poupança de energia é fundamental para a sustentabilidade já é dado como adquirido, mas importa agora perceber de que forma isso pode ter influências na arquitectura.

Portugal não deixa de cumprir a sua função enquanto país integrante da União Europeia e criou o Sistema Nacional de Certificação Energética da Qualidade do Ar no Interior dos Edifícios (SCE), também o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), Decreto-Lei n.º 80/2006 de 4 Abril, aplicável neste âmbito aos edifícios de habitação e o Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE), Decreto-Lei n.º 79/2006 de 4 Abril, aplicável aos edifícios de serviços.

O SCE confere regras e normas a ser estabelecidas na construção dos edifícios, assim como, depois nos edifícios já construídos. O RCCTE impõe limites ao consumo energético de uma habitação e incentiva a energia primária. Propõe como solução as energias renováveis nomeadamente a energia solar. O RSECE obriga a auditorias aos edifícios e verifica se os regulamentos são cumpridos conforme a lei.

Os edifícios são classificados energeticamente de uma escala que vai de A+ a G. Sendo A+, um edifício com um melhor desempenho energético. Existem actualmente etiquetas energéticas obrigatórias em que uma seta preta indica a classe da escala a que o edifício corresponde. Os novos edifícios apenas podem variar entre a classe A+ e B-. No Certificado Energético e da Qualidade do Ar Interior, emitido para cada edifício é visível a aplicação dos regulamentos (RCCTE e RSECE).

O Sistema BREEAM (Building Research Establishment Assessment Method) foi lançado em 1990 no Reino Unido e é realizado de 2 em 2 anos. O BREEAM é obrigatório em todos os edifícios novos e reabilitados. O BREEAM faz um estudo do edifício referente à sua gestão, saúde e bem estar, energia, transporte, água, materiais, uso do solo, ecologia e poluição e atribui pontos que vão classificar o edifício de extraordinário, excelente, muito bom, bom, passou, ou desclassificado.

O Sistema LEED (Leardship in Energy and Environmental Design) baseado no sistema BREEAM foi desenvolvido nos Estados Unidos desde 1993 e lançado em 1998. A classificação LEED é hoje exigida para todos os edifícios do governo. Analisa a sustentabilidade do local, a conservação

da água, a energia e atmosfera, a qualidade ambiental interior, os materiais, os recursos e a inovação e o progresso do design. Também a classificação é feita através de pontos que certificam o edifício em platina, ouro, prata e certificado. O Sonae Maia Bussiness Center obteve certificação LEED nível ouro em 2010.

EM PORTUGAL

Os edifícios consomem 22% da energia total do país, 50% dos recursos materiais extraídos da Natureza são destinados à construção e mais de 50% da produção nacional de lixo provém do sector da construção. No nosso país também há empresas que analisam e classificam edifícios segundo os seus próprios critérios energéticos como a Domus Natura, SBToolPt-H e a LiderA.

Tudo isto tem implicações directas na Arquitectura porque os arquitectos têm que projectar desde logo tendo em conta as condicionantes que fazem parte do projecto. Os novos regulamentos e normas vêm melhorar a qualidade dos edifícios e obrigar a um controlo de poupança de energia.

ECO-HOUSES

Criam-se Eco-houses com eco-materiais que devem ser auto-suficientes, isto é, com dispositivos próprios que produzem a energia necessária para o seu consumo próprio.

“o principio de uma arquitectura bioclimática é resolver todos os problemas o mais possível. Só quando não conseguir é que aparecem os equipamentos.” (1)

Isto significa que as casas ecológicas procuram a harmonia com a Natureza. Têm em conta o seu impacto na paisagem, o aproveitamento energético, a utilização de materiais ecológicos, a qualidade do ar interior do edifício, o aproveitamento da luz e ventilação natural e analisa a área de desperdícios de forma a reduzi-los ao máximo. A utilização racional da energia nos edifícios implica a maximização de energia renovável, a minimização do combustível fóssil, bem como a conservação da energia em geral. Uma análise que deve ser feita em paralelo devido à utilização de tecnologias de aproveitamento energético é o custo inicial do edifício e o custo ao longo do seu ciclo de vida.

Começa então a surgir uma arquitectura mais equilibrada entre o desempenho energético e o conforto térmico. Ao nível da edificação, uma arquitectura ecológica aproveita as energias renováveis do sol, do vento, da água e dos elementos vegetativos como mecanismos naturais de aquecimento, ventilação e arrefecimento.

(1) Sequeira, Maria João, 12 de Junho de 2001, Casas Verdes in Visão nº435, pp.106

03 Modos de Aplicação Arquitectura solar passiva

O desenho solar passivo pode melhorar o desempenho energético em três áreas: aquecimento, arrefecimento e iluminação. Para um desenho solar passivo é necessário ter em consideração vários aspectos, entre os quais a forma do edifico, a implantação, a disposição dos espaços e a orientação segundo as características do lugar: clima, ventos dominantes, etc. Outros aspectos a ter em conta são: a massa térmica dos elementos construtivos, a redução das pontes térmicas, e por fim, a utilização de vegetação adequada.

Para um melhor aproveitamento solar ao nível do aquecimento do edifício são utilizadas sobretudo superfícies em vidro para que os raios solares incidam com mais facilidade. Porém, esta incidência solar tem que ser, em certos casos, controlada para que não haja um sobreaquecimento indesejável, para tal é frequente a utilização de palas sobre as janelas.

O aproveitamento solar ao nível da iluminação depende sobretudo das dimensões e da localização dos vãos, do tipo de vidro utilizado, da configuração do espaço em questão e da reflexão causada pelas paredes, tecto e outras superfícies.

Outra questão a retratar consiste na ventilação natural de um edifício, no qual é explorada a elevação natural do ar quente. No ponto mais elevado possível são criadas aberturas de ventilação que permitem eliminar o calor. Paralelamente, as aberturas em níveis inferiores permitem a entrada de ar fresco. No entanto, na ventilação de um edifício desperdiça muita energia no calor do ar perdido o que pode ser problemático na estação fria. Existem alguns métodos para corrigir esta situação nomeadamente através de um pré-aquecimento do ar antes de entrar no edifício. Podendo este ser feito de diversas formas, como é exemplo o jardim de Inverno ou a estufa solar.

O uso da vegetação adequada pode proporcionar sombra no Verão e não atrapalhar a passagem dos raios solares de Inverno, sendo que a vegetação de folha caduca é a mais adequada neste caso. As coberturas ajardinadas também são bastante relevantes uma vez que favorece o isolamento térmico da cobertura evitando o gasto de energia.

Outro aspecto a referir consiste na capacidade de uma parede armazenar massa térmica. Quando a radiação solar incide sobre os materiais parte dela é absorvida e transformada em calor que será, posteriormente, libertado no interior do edifício. Se uma parede possuir uma grande massa térmica é capaz de absorver a radiação durante o dia, libertando calor durante a noite. O betão, o tijolo e a água são materiais com boa capacidade de armazenamento uma vez que aquecem e arrefecem lentamente. A parede Trombe é um

bom exemplo do aproveitamento destas características e será aprofundada adiante. Arquitectura Solar Activa Os sistemas solares para o aquecimento de água (painéis solares) são sistemas que funcionam através de termoacumuladores. Estes sistemas utilizam a radiação solar apara aquecer a água podendo fornecer água quente sem custos adicionais para além da amortização do equipamento. A maior parte dos sistemas solares vêm equipados com sistemas de aquecimento auxiliar eléctrico ou a gás que entra em funcionamento sempre que a energia solar não satisfaça as necessidades. Os painéis fotovoltaicos são constituídos por módulos que convertem directamente a energia solar em energia eléctrica. Os módulos são na maior parte das vezes fornecidos em caixilhos, geralmente de alumínio anodizado. No entanto já estão a ser produzidos módulos solares sob a forma de material de construção que podem ser integrados nos diversos componentes de um edifício: telhas fv, painéis de cobertura fv, painéis de parede fv, envidraçados semi-translucidos...Este sistema será aprofundado adiante. Energia Eólica

A energia eólica, claramente menos explorada que a energia solar, pode tornar-se mais rentável quando associados os dois recursos, uma vez que os dias sem sol podem ser os mais ventosos. Tal como nos sistemas solares existem diferenças tecnológicas fundamentais no sistema eólico. Algumas instalações produzem electricidade directa, enquanto que outras utilizam-se para ventilar ou bombear água. Energia Hídrica, Geotérmica e Biomassa Embora estes sistemas também representem recursos de poupança de energia, são menos aplicados do que a energia solar e eólica. Outros dispositivos mecânicos Existem dispositivos mecânicos que que permitem uma grande poupança de energia e que cada vez mais estão a ser incorporados nas novas habitações uma vez que em curto prazo amortizam o investimento inicial. São exemplo os interruptores inteligentes, a utilização de LEDS, o uso de torneiras automáticas, chuveiros e torneiras de caudal reduzido, autoclismos de dupla descarga... Outro sistema bastante promissor é a domótica que permite a gestão de todos os recursos habitacionais. Ajuda a prevenir o gasto desnecessário de energia através de um conjunto de comandos. A domótica permite gerir gastos de electricidade através de funções como a regulação da intensidade da iluminação, sensores que desligam as luzes das divisões da casa vazias, poupa energia na climatização uma vez que funciona segundo horários, presença e temperatura exterior.

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Markus Allmann, Amandus Sattler, Ludwig Wappner

Allmann Sattler Wappner Architekten é uma empresa internacional com sede em Munique, fundada em 1993. Esta emprega actualmente 60 membros de oito países diferentes que trabalham em diversas equipas sob a liderança de três sócios, Markus Allmann, Amandus Sattler e Ludwig Wappner.

Esta empresa engloba um vasto leque de actividades no âmbito da arquitectura. Tanto no planeamento urbano, público, residencial e comercial, como na área relativa ao design do produto, a metodologia desta empresa inclui todo o processo desde o desenho até à pormenorização. Os trabalhos desenvolvidos são caracterizados pela busca de um dialogo entre a obra e o contexto, o consumo apropriado de recursos e precisão na execução. Baseada numa aproximação integrada, as equipes trabalham em conjunto com os engenheiros, artistas e especialistas de outras áreas.

Os projectos mais conhecidos são: o Museu Dornier em Friedrichshafen, a Herz Jesu Church e a Haus der Gegenwart, em Munique e o prédio da administração para Südwestmetall em Reutlingen. O planeamento para a nova arquitectura corporativa da Audi está a ser implementado em dez países no mundo inteiro. Existem ainda outros projectos em andamento tais como: o Stachus Shopping Centre, Pasinger Hofgärten e o Forum am Hirschgarten em Munique, o Stadtbahn Karlsruhe e ainda o Automotive Complex in Kuwai

A arquitectura de Allmann Sattler Wappner Architekten tem sido elogiada em numerosas ocasiões, recebendo vários prémios, tais como: o German Architecture Award, o Hugo Häring Award, o Design Award , o Lighting Design Award, o LEAF Award e o ECOLA Award.

Prof. Allmann, Markus

Markus Allmann nasceu a 2 de Junho de 1959 em Ludwigshafen. Formou-se em arquitectura em 1986 na Technische Universität em Munique.

Depois da universidade colaborou com Betrix e Consolascio em Zurique. Em 1987 formou a empresa de arquitectura, Allmann Sattler, em Munique que se expandiu

em 1993 com a entrada do terceiro membro para Allmann Sattler Wappner Architekten.

Professor da Universität Stuttgart, Raumkonzeptionen, professor e director no Institut für Grundlagen und des Entwerfens IRGE, professor convidado na Peter Behrens School of Architecture, em Düsseldor. Membro do Advisory Board of Haus der Gegenwart.

Prof. Sattler, Amandus

Amandus Sattler nasceu a 26 de Março de 1957 em Maktredwitz. Formou-se em arquitectura em 1985 na Technische Universität em Munique.

Durante a universidade fundou um grupo de estudo sobre arte e arquitectura chamado "Sprengwerk" em Munique. Em 1987 formou a empresa de arquitectura, Allmann Sattler, em Munique que se expandiu em 1993 com a entrada do terceiro membro para Allmann Sattler Wappner Architekten.

Professor de Arquitectura e Urbanismo, na Akademie der Künste Bildenden em Munique, professor convidado na Fachhochschule Köln, für Architektur Fakultät desde 2009, professor convidado na Semaine Internationale, École Nationale Supérieur d'Architecture de Nancy, França.

Prof. Wappner, Ludwig

Ludwig Wappner nasceu a 10 de Novembro de

1957 em Hösbach. Formado em arquitectura e urbanística pela Arquiteto e Urbanista Technische Universität em Munique.

Durante a universidade fundou, juntamente com Sattler o grupo de estudo "Sprengwerk" em Munique.

Depois da universidade colaborou com colaboração com Schmidt-Schicketanz em Munique e foi assistente no Institute for Building Theories and Design naTechnische Universität. Em 1993 concluio a formação da empresa Allmann Sattler Wappner Architekten sendo o terceiro membro deste grupo. É ainda professor convidado na Hochschule für Technik emStuttgart, membro da comissão de urbanismo de Munique, membro do grupo consultivo da "Messestadt Riem”, em Munique, membro do comité para o projecto em Ingolstadt, membro do comité de arquitectura e urbanismo em Trier, membro da comissão para competições iniciado pela Bavarian Chamber of Architects e desde 2010 lecciona Design e técnicas de construção no Karlsruhe Institut of Technology (KIT).

05 Paul Horn Arena em Tübingen A obra Paul Horn Arena consiste numas instalações desportivas em Tübingen. A obra pertence ao grupo de arquitectos Allmann Sattler Wappner, de Munique, à equipa de engenheiros Werner Sobek Ingenieure, em Stuttgart, aos Serviços de Construção: Interplan GmbH Gebäudetechnik, em Gerlingen, e aos Consultores de Energia: Energietechnik Transsolar GmbH, em Stuttgart. Foi construída entre 2002 e 2004. Juntamente com o novo pavilhão desportivo previa-se um campo multi-usos de atletismo na cidade de Tübingen. O espaço aberto do complexo das piscinas acompanha as margens do rio Neckar. O multi-funcional pavilhão desportivo tinha como objectivo alcançar a utilização máxima de uma área relativamente pequena. A área bruta dos pisos é de 6 500 m2 e o volume total da obra é de 40 700 m3. O complexo desportivo pretende servir uma variedade de desportos e, para isso, o edifício teve que ser pensado não só pela sua resposta ao interior mas também a relação com o exterior pode ser fundamental. Todas as fachadas possuem funções adicionais, não são simples paredes exteriores, por exemplo a fachada noroeste é uma parede de escalada ao ar livre, na parede sudeste são colocadas facilidades para os desportos bola de rua, patinagem e skate. A fachada de entrada na sua maioria coberta com pára-brisas de vidro grandes para os atletas e espectadores, em conjunto com a fachada de galeria muito diferenciadas de vidro e transparente, um aspecto acolhedor público da cidade. Assim como a fachada sudoeste procura responder aos problemas do ambiente e clima, esta torna-se uma fachada solar completa, isto é, com painéis solares (fotovoltaicos) que vão optimizar o edifício. É esta faceta do edifício que nos interessa aprofundar. Paul Horn Arena teve o prémio de Fundações "Lebendige Stadt" (cidade animada) 2005 - menção honrosa; o prémio alemão de aço de construção 2006, IOC / IAKS Award 2007; o prémio de Design da Fundação Wüstenrot 2008 para a "arquitectura de eficiência energética na Alemanha e o prémio Hugo - Haring em 2009. O cliente da obra é a Universidade de Tübingen, com o intuito de ser um complexo desportivo escolar, onde se poderia também realizar provas profissionais e grandes eventos. O interior resolve-se com um espaço de desportos rodeado de uma bancada para os 3 000 espectadores. Em eventos importantes um público até 3 000 pessoas podem ser acomodados também no corredor. O nível de entrada serve como zona de circulação e serviços, os balneários estão na cave e no piso superior podem ser realizados eventos especiais. O telhado do ginásio é feito por vigas de aço. O interior é dividido em três níveis funcionais: o piso térreo é

utilizado como zona de distribuição. Além disso, tem os serviços de instalações e uma corrida de sprint com salto em comprimento. A cave contém todos os quartos de serviço, e serve como distribuição nos grandes eventos. No piso superior há uma sala multi-funcional. A poupança de energia é um dos objectivos e para tal tentou-se uma redução do consumo da energia primária e uma procura pelo uso dos recursos naturais. Os módulos solares ocupam toda a superfície sudoeste do edifício. Os módulos têm quatro tamanhos diferentes e foram desenvolvidos de propósito para este projecto. Consistem num total de 20 000 células solares. Dão à fachada uma aparência verde brilhante conseguida por um ajuste da espessura do revestimento anti-reflexo. Toda a electricidade gerada também é introduzida na rede pública. O uso d a energia solar na rede pública substitui a electricidade convencional e, portanto, evita a emissão de cerca de 0,584 kg de CO2 por kWh na Alemanha. Especificação técnica da instalação dos painéis fotovoltaicos: Tamanho da instalação – 525 m2

Potência – 43.7 kWp

Orientação, ângulo – sudoeste, 90º Rendimento – aproximadamente 30 000 kWh/a Poupança de CO2 – aproximadamente 17 500 kg/a Forma de construção - fixações individuais em juntas abertas, revestimento em frente de uma cavidade de ventilação Módulos – produção por encomenda, 970 módulos, 4 tamanhos diferentes, módulo standard 511x1008 mm, 3x7 células Fabricante das células – poli-cristalina, verde, Sunways, Constance Características especiais - soldar faixas cobertas ao longo das bordas para alcançar uma borda branca uniforme ao laminado. O ginásio é um bom exemplo de como minimizar o espaço necessário enquanto o torna multifuncional, não esquecendo nunca a sua faceta moderna. O uso inovador das fachadas torna interessante a forma como é reaproveitado todo o espaço exterior. Faz um excelente efeito de materiais e cores e um diálogo das transições das superfícies. A fachada sudoeste, com toda a sua superfície em forma de módulos solares apresenta-se como uma montra nova para a cidade em termos energéticos. Aqui está um novo conceito de desenho enérgico. A plasticidade com que o edifício responde a um conjunto de diferentes programas confere-lhe um carácter especial. Não só porque tenta optimizar todo o espaço desde o interior, até às fachadas, mas porque parece que tudo é reaproveitado até ao máximo. Não foram só os espaços que se pretendeu rentabilizar, as preocupações de poupança de energia também são exploradas no edifício conferindo-lhe um óptimo desempenho a nível funcional, formal e energético.

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06 Cortes Construtivos

Nos cortes construtivos pretendemos fazer um confronto entre o high-tech e o low-tech. Podemos entender a arquitectura high-tech, ou de alta tecnologia como uma corrente emergente nos anos 70 centrada no emprego de materiais de tecnologia avançada na construção. Pelo contrário, o low-tech usa materiais de baixa energia, procurando materiais próximos e trabalhados próximos da obra e preocupa-se em termos formais com a arquitectura bioclimática. Para responder à nossa intenção decidimos desenhar um pormenor construtivo de uma parede de trombe com base no estudo de vários exemplos existentes, nomeadamente: Casa em Arruda dos Vinhos, do gabinete de arquitectura Plano B; Casa Schäfer, Porto Santo, do Arquitecto Gunther Ludewing e o edifício do INETI em Lisboa do Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação. Para o desenho do high-tech, fachada com painéis fotovoltaicos decidimos estudar o corte construtivo do pavilhão multi-funcional Paul Horn Arena, sendo esta obra a aprofundada ao longo nosso trabalho. O objectivo destes elementos é em grande parte estudar a forma como ambos os sistemas se integram na linguagem arquitectónica. A parede de trombe embora seja menos recente integra-se facilmente na linguagem arquitectónica uma vez que este sistema é parte integrante da própria construção do edifício. Os painéis fotovoltaicos deixaram de surgir apenas na cobertura para cumprir o seu objectivo e passaram a aparecer nas fachadas também como elemento caracterizador do edficio.

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O funcionamento da parede de trombe tem diferentes intenções ao longo do ano . No Inverno interessa-nos que o ar quente entre e

prevaleça dentro do edifício. Para tal, a caixilharia está fechada e as grelhas abertas. Os raios solares mais horizontais característicos

desta época do ano incidem no vidro aquecendo a zona da caixa-de-ar fazendo com que se dê uma circulação ascendente do ar

quente para o interior, fazendo sempre a renovação do ar frio. Devido à inércia térmica característica destas paredes o calor também

se acumula no interior da parede. Na Primavera/Outono a necessidade de ar quente é inferior, por isso, a caixilharia é aberta na parte

inferior e a grelha aberta na parte superior fazendo com que o ar frio proveniente do exterior entre para a caixa-de-ar, seja aquecido e

entre no edifício de forma amena. No Verão, os raios solares são mais fortes, por isso abre-se a caixilharia na parte superior e abre-se

a grelha inferior. O intuito é que o ar não permaneça quente dentro do edifício.

Inverno Primavera/Outono Verão

Escala 1/5

Diferentes módulos de painéis fotovoltaicos Corte 3D de um pormenor da caixilharia em alumínio

Painel fotovoltaico Módulo fotovoltaico

a) Mono-cristalino b) Poli-cristalino c) Silicio-amorfo

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07 Aspectos Técnicos do Material Parede de Trombe Um dos sistemas solares de captação passiva mais utilizado é a chamada Parede de Trombe, desenvolvida em França por Félix Trombe no final dos anos 50. Esta parede, é basicamente constituída por um pano duplo ou simples de vidro no exterior, orientado a Sul, uma câmara-de-ar com cerca de 20mm e uma parede de grande densidade e espessura, que lhe garante grande inércia térmica, (normalmente em betão, pedra, ou tijolo maciço), na face exterior, essa mesma parede é pintada com uma cor muito escura que potencie a absorção dos raios solares e, na face interior, estucada e pintada, ficando com um aspecto idêntico a qualquer outra parede na habitação. Trata-se assim de um sistema capaz de absorver a energia do sol, armazená-la (no interior da parede, devido à inércia térmica da mesma) e irradiar calor para dentro da divisão adjacente durante a noite, ou quando for mais necessário. O sistema evoluiu da simples parede grossa com vidro na frente, em que a maior parte do calor era perdido e não chegava ao interior do edifício, para uma versão que possui ventilações no topo e na base da caixa de ar, que permitem o arrefecimento rápido do colector e maximiza os ganhos obtidos. O espaço pode assim ser aquecido através do calor armazenado na parede ou, se a necessidade de aquecimento for maior, utilizar o ar armazenado na caixa de ar. O funcionamento é, na sua essência, muito simples: A radiação solar de onda curta atravessa o vidro e aquece o muro, produzindo-se o chamado "efeito de estufa". Quando a radiação de onda larga emitida pelo muro não pode voltar a atravessar o vidro, aquece o ar que há na caixa-de-ar e assim a parede vai acumulando calor que, sem outra alternativa, é libertado para o interior da habitação. Quando recebe radiação solar o muro vai acumulando energia que, ao fim de algum tempo, acaba por atravessar o muro e aflorar no interior do edifício, aquecendo-o por convecção e transmissão, pelo que gera, devida à inércia térmica, um retardo na transmissão e uma amortização na oscilação das temperaturas. A transferência de calor por uma Parede Trombe é de cerca de 18min por cada 10mm de espessura. Numa parede de 200mm de betão, a parede retarda em 6 horas (1820=360min=6h) a irradiação do calor armazenado. Com o início da absorção da radiação solar no Inverno por volta das 12h (11h solares), a parede começará a irradiar calor para o espaço interior por volta as 18h (fim de tarde, início de noite). Uma Parede Trombe pode satisfazer até 15% das necessidades de aquecimento no período de Inverno quando correctamente dimensionada e orientada a Sul. A parede de Trombe não dispensa uma protecção solar pelo exterior, para que este sistema só produza calor quando é

necessário. Uma pala de protecção sobre o vidro, correctamente dimensionada, resolve esta questão, pois no Inverno A incidência solar é bastante mais horizontal que no Verão, pelo que essa pala deverá impedir somente a radiação solar de Verão de atingir o vidro, não permitindo assim a acumulação de calor. Painéis Fotovoltaicos Os painéis solares fotovoltaicos são constituídos por módulos que convertem directamente a energia solar em eléctrica. O efeito foltovoltaico foi descoberto pela primeira vez em 1839 por Edmond Bequenel, no entanto, só em 1883 é que foram construídas as primeiras células fotovoltaicas por Charles Fritts. Os painéis fotovoltaicos não apresentam partes móveis pelo que são de baixa manutenção, a vida útil esperada para um painel é de aproximadamente 20 anos. Este tipo de sistema torna-se adequado em zonas urbanas pois permite a produção de electricidade sem emissão de ruídos e ocupa pouco espaço. As células solares utilizadas nos painéis são geralmente: mono-cristalinas(a), poli-cristalinas(b) ou silício-amorfo (c). As células mono-cristalinas são as que possuem maior rendimento – transformam cerca de 20% da energia solar incidente em energia eléctrica – porém é também a mais cara devido à necessidade de uma grande quantidade de energia no seu fabrico, pois são usados materiais em estado puro e com uma estrutura de cristal perfeita. As células poli-cristalinas têm um custo de produção inferior por necessitarem de menos energia no seu fabrico. No entanto estas células apresentam um rendimento eléctrico inferior – cerca de 12% - causado pela imperfeição do cristal. As células de silício-amorfo são as que apresentam o custo mais reduzido, mas em contrapartida o seu rendimento eléctrico também é menor – aproximadamente 8% a 10%. As células de silício-amorfo são películas muito finas o que permite serem utilizadas como material de construção para além do aproveitamento eléctrico. As células fotovoltaicas são produzidas a partir de cristais cortados em pequenos discos que são posteriormente polidos para regularizar a superfície. O cristal silício só por si não produz energia. Para criar uma célula solar são necessárias duas camadas distintas, uma de carga positiva e outra de carga negativa. Para obter a carga positiva ao cristal adiciona-se Boro, para obter uma carga negativa acrescenta-se Fósforo. Separadas, ambas as cargas são electricamente neutras, quando juntas, os fotões chocam com os electrões produzindo e conduzindo energia eléctrica. As células são encapsuladas num plástico elástico, a superfície virada para o sol é protegida por um vidro temperado com baixo conteúdo de ferro e a outra superfície é protegida por poliéster. Os módulos possuem uma moldura de alumínio e caixas de conexões às quais chegam os terminais positivos e negativos da serie de células. Nos bornes das caixas conectam-se os cabos que ligam o modulo ao sistema. Os painéis fotovoltaicos são associados a um sistema de regulação da potência, a um sistema de armazenamento de electricidade (geralmente baterias) e a um sistema de ligação.

08 Alguns pormenores de construção 3D Pretendemos nos pormenores de construção 3D demonstrar o funcionamento do sistema dos painéis fotovoltaicos. Este sistema funciona da seguinte forma: os raios solares incidem nos painéis que através de cargas positivas e negativas produzem energia que é conduzida para um inversor (A), onde é tratada e injectada na caixa de distribuição (B). Essa energia é dividida em dois sentidos, uma para a alimentação energética do edifício (amarela) e, a outra, direccionada para um contador onde será posteriormente injectada na rede pública (verde). À semelhança da parede de trombe o sistema fotovoltaico, pode ser complementado com uma caixa-de-ar que permite aquecer o interior do edifício aumentando a eficácia do próprio painel uma vez que este é constantemente arrefecido. O rendimento do painel é calculado segundo a fórmula:

hp=100 * Pp / A (1) hp - rendimento do painel (%) Pp - potência de pico do painel (kWp) A - área do painel (m2).

Quanto maior for a inclinação do painel (β) menor é o radiação captada pelo painel, logo diminui também o rendimento. A inclinação ideal do painel é a perpendicular (θ) aos raios solares, uma vez que permite a radiação directa.

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Materiais de poupança de energia

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09 Referências de Catálogo e Marcas Encontramos alguns catálogos e marcas que correspondem ao material em estudo no trabalho (painéis fotovoltaicos e outros materiais de poupança de energia). Várias empresas comercializam o produto de alta tecnologia procurando da melhor forma responder às necessidades dos consumidores, entre as quais:

• Donauer: Sanyo, Kyocera, Evergreen, S-Energy, Suntech Policristalino, NexPower, Schott

Donauer Solar Systems é uma empresa que comercializa sistemas fotovoltaicos, produzidos por fabricantes a nível internacional. Tem Sucursal em Itália e Portugal

http://www.casacertificada.pt/cvs/572/original/Brochura__FV_PT_2009.pdf?2009

• Sinuta4sun

Com sede em Estarreja, a Sinuta4sun é uma das empresas do grupo Sinuta, faz distribuição nacional e internacional dos seus produtos. A empresa desenvolve a sua actividade nas áreas da energia renovável e eficiência energética. Os três vectores principais de acção são: a energia solar fotovoltaica, a energia solar térmica e a iluminação com leds.

http://www.sinuta4sun.pt//ficheiros/catalogos/11/catalogosinuta4sun.pdf

• Junkers A Junkers é uma empresa que há mais de 100 anos procura oferecer conforto às pessoas produzindo aparelhos ecológicos, seguros e fáceis de utilizar. Tem como preocupação produtos e processos amigos do ambiente, e com orientação para o futuro. Em 1932, a Junkers & Co. foi integrada na Robert Bosch GmbH. Em 1995, a divisão Junkers mudou o seu nome para Bosch Termotécnica. Actualmente marca presença em todo o mundo através de sete marcas, e é uma empresa líder em sistemas de aquecimento e produção de água quente.

http://www.junkers.com/pt/pt/ek/informacoes/documentacao/fc_Solar_agosto_2010.pdf

• Vulcano

A Vulcano iniciou a sua actividade em Cacia, Aveiro, a 17 de Março de 1977. Dedicou-se à fabricação e comercialização de uma série de produtos na Alemanha. Em 1983, a empresa introduz a marca para o mercado Português. Em 1988, a Vulcano é a 2ª Empresa a obter a Certificação do Sistema de Qualidade. Ainda em 2003, a Vulcano obteve a Certificação de Qualidade actualizada para ISO 9001-2001 e a Certificação Ambiental de acordo com a norma ISO 14001. Estas certificações são o reconhecimento da utilização dos mais elevados padrões de qualidade, da integração harmoniosa e participativa no meio em que a Vulcano se insere, e o total respeito pelas normas ambientais. Em 2005, a empresa decide apostar numa nova área de negócio: a Energia Solar. É uma aposta no ambiente e nas energias renováveis antecipando-se mais uma vez aos imperativos legais e às necessidades da sociedade. http://www.vulcano.pt/

• Suntech

Com uma equipa de apenas vinte pessoas, Dr. Shi fundou a empresa Suntech em 2001. Começaram a produzir painéis solares em 2002. Hoje já comercializam em 80 países, sempre com preocupação no futuro e nas questões ambientais. http://eu.suntech-power.com/images/stories/pdf/Brochures/Image%20Brochure_EN.pdf

• Siemens

A Siemens S.A. é uma empresa parceira de Portugal desde 1905. A sua actividade é efectuada nos sectores – Industry, Energy, Healthcare – onde se orientam para o desenvolvimento da tecnologia mais avançada. Disponibilizam um leque de soluções e serviços que beneficiam o meio ambiente e ajudam no combate às alterações climáticas. https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/SalaImprensa/Documents/Energy%20efficiency%20and%20environmental%20care%20-%20final.pdf

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Materiais de poupança de energia

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10 Bibliografia e outras Referências Livros consultados

• Fuentes, Manuel; Ecohouse : a casa

ambientalmente sustentável ; 2ª ed. ; Porto Alegre :

Bookman; 2006. • Neves, José Manuel; Sustentabilidade; Casal de

Cambra : Caleidoscópio; 2006. • Weller, Bernhard e alt; Photovoltaics, Technology,

Architecture, Installation; Birkhauser, Edition Detail,

1ªed.; 2010; Regensburg

• Roberts, Simon e alt; Building integrated

photovoltaics, a handbook; Birkhauser Verlag AG;

2009; Switzerland

• Mateus, Ricardo e alt; Tecnologias construtivas para

a sustentabilidade da construção; Porto, Ecopy;

2006

• Técnicas solares passivas : materiais e soluçöes

disponíveis em Portugal; Laboratório Nacional de

Engenharia Civil; Lisboa; L.N.E.C.;Trabalho

integrado no Plano de Estudos no Domínio dos

Edifícios

• Asensio Cerver, Francisco; Instalaciones

domésticas e industriales : ideas prácticas; Ed.

Lenda; Coruña; 1993; Vol. IV - Energia Solar

• Goulding John e alt.; Energy conscious design : a

primer for architects; London : Batsford, 1992

• Wachberger, Michael y Hedy; Construir con el sol :

utilización de la energia solar passiva; Barcelona:

Gustavo Gili, 1984.

• Szokolay, S.V.; Energia solar y edificación ; 1ª ed. ;

Barcelona : Blume, 1978.

Sites Consultados

• http://www.allmannsattlerwappner.de/en/#/en/

• http://www.planetacad.com/presentationlayer/artigo_

01.aspx?id=59&CANAL_ORDEM=0402

• http://www.ceeeta.pt/downloads/pdf/Solar.pdf

• http://www.eco.edp.pt/pt/homepage • http://ec.europa.eu/clima/policies/brief/eu/package_e

n.htm • http://paginas.fe.up.pt/~vpfreita/RCCTE200502.pdf • http://forum.rccte.com/viewtopic.php?f=12&t=1041&

p=8385 • http://www.casacertificada.pt/perguntas/show/58 • http://www.construcaosustentavel.pt/index.php?optio

n=com_content&view=article&id=86%3Aparedes-

trombe&catid=47%3Ainercia-

termica&Itemid=73&lang=pt

• http://pt.wikinoticia.com/estilo%20de%20vida/67-

moda/57896-trombe-wall

• http://www.abae.pt/programa/EE/escola_energia/20

06/Conteudos/sala3/sala3_10.htm

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Materiais de poupança de energia

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Edições 2010/2011 FAUP