Eficiência energética e conforto ambiental em edifícios

A escolha dos materiais da envoltória e os sistemas utilizados deve considerar as condições climáticas e a tipologia da construção para que se garanta um melhor desempenho à edificação

Você sabe o que é um prédio eficiente? Eficiência é o poder de ser abrangente. Mas, abrangente em quê? Existem cinco grandes grupos principais de guias internacionais de Construções Sustentáveis, tais como Green Globes, LEED, AQUA, BREAM, PBE EDIFICA entre outros, nos quais define-se um prédio eficiente. São eles: Eficiência da água; Energia e atmosfera; Materiais e recursos; Qualidade de ambiente interior e Materiais e recursos, envoltórias e condicionamento de ar.

Quando se fala de arquitetura, é possível listar uma série de atributos de eficiência do edifício e do ambiente construído. Entre eles, pode-se elencar eficiência energética e conforto ambiental, especificamente adequação térmica, lumínica e acústica do espaço em relação às atividades a serem desenvolvidas em seu interior.

A escolha de materiais para envoltória e os sistemas utilizados em uma edificação deve considerar as condições climáticas e a tipologia da edificação para que se garanta um melhor desempenho térmico e energético, sem detrimento das condições de conforto e qualidade do ar interior para os usuários. Alguns exemplos são: vidros com baixo fator solar - FS -, dimerização do sistema de iluminação acoplado com definição correta de tamanho das aberturas, sistemas de distribuição de ar adequados à ocupação, sistemas de recuperação de calor e tratamento dedicado de ar externo, entre outros.

Os materiais são eficientes em relação a algum atributo ou propriedade específica. Vidros de controle solar, por exemplo, são eficientes em reduzir carga térmica; em contrapartida, possuem menor eficiência em termos de transmissão luminosa, podendo não favorecer o aproveitamento de iluminação natural a depender do projeto.

O concreto pode auxiliar a inércia térmica de um edifício, favorecendo o equilíbrio de temperaturas entre o dia e a noite em climas com variações térmicas diárias mais elevadas, mas podem tornar um ambiente frio e úmido, se as aberturas da arquitetura não estiverem posicionadas corretamente em relação ao sol.

O fato é que materiais eficientes são parte importante da equação de eficiência termoenergética e de conforto para um edifício eficiente, mas, antes disso, deve vir a habilidade de o arquiteto fazer as escolhas adequadas e equilibradas para o conjunto partido arquitetônico + clima + tipologia de uso e ocupação + materiais e sistemas construtivos.

O potencial de redução de consumo energético varia com as características da arquitetura, clima, tipo de ocupação e eficiência dos sistemas ativos, com destaque para o ar-condicionado e iluminação artificial.

Melissa Cacciatori, arquiteta e urbanista, especialista em Eficiência Energética e Conforto Ambiental de Edifícios, pesquisadora na BEM+arch e consultora em Conforto Ambiental no CTE, relata que, em seus estudos com simulação, com uma arquitetura referencial de edifício de escritórios, com área de pavimento tipo de 1.000m², 20 pavimentos tipo, localizado na cidade de São Paulo, persianas com face externa aluminizada e controle automatizado de persianas e iluminação artificial na área periférica do pavimento, foi possível alcançar uma redução de 14% no consumo do ar-condicionado (resfriamento) e de 7% no consumo total em relação a um edifício sem estes controles. “Esses resultados foram obtidos para um modelo com vidro laminado de controle solar, com fator solar de 42%. Quanto maior o fator solar, maior o impacto potencial das persianas em redução de consumo e carga térmica, assim como outras estratégias de proteção solar”, declara.

Outro dado interessante, trazido pelo engenheiro mecânico e professor associado da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), Alberto Hernandez Neto, é que “as reduções de consumo de energia associadas aos materiais da envoltória podem variar de 5 a 15%, dependendo das condições climáticas e tipologia da edificação, em relação a uma edificação convencional”.

No Brasil, os investimentos em adoção de materiais mais eficientes voltados ao mercado de edificações novas têm crescido, porém o mercado de edificações existentes ainda permanece carente de recursos para melhorias de seu desempenho.

Avaliação de fachadas e persianas

A arquiteta Melissa Cacciatori realiza uma pesquisa de doutorado sobre avaliação simultânea de eficiência energética, conforto ambiental e viabilidade econômica de fachadas de edifícios de escritórios. Em seu trabalho, persianas automatizadas são consideradas como elementos de fachada, a medida em que se configuram como dispositivos para o controle dinâmico de incidência de radiação solar direta e potencial de ofuscamento por excesso de iluminação natural. “Para incluir este dispositivo nos meus estudos de fachada, no qual avalio também o impacto de vidros, elementos de proteção solar externo, tais como brises, percentual de área transparente na fachada e sua relação com área de piso do pavimento, me aprofundei no estudo de simulações de persianas automatizadas”, conta.

Esse sistema pode impactar o consumo energético do edifício, primeiramente, pelas propriedades combinadas de transmissão e reflexão solar e de luz dos materiais do sistema vidro + persiana. Depois, a automação entra como uma garantia de que a persiana será operada no momento necessário para proteger do calor e luz excessivos, e abrir nos momentos em que é possível aproveitar a iluminação natural, sem potencial desconforto térmico ou lumínico.

Projeto LGF - Arq.: Moema Wertheimer – Persianas em ação contra iluminância excessiva diretamente relacionada ao potencial de desconforto visual.

Imagens: Uniflex Persianas e Cortinas

Melissa explica que o desenvolvimento de padrões de operação manual de persianas têm sido pesquisados na academia, mas no momento, não é possível prever como será o desempenho de persianas por simulação sem a automação do controle. “Um ocupante poderá fechar a persiana durante um momento de desconforto visual pela manhã em uma fachada leste, e não a abrir novamente no período da tarde. Se houver um sistema de dimerização das luminárias próximas à fachada neste edifício, a luz natural deixará de ser aproveitada nesta fachada, perdendo-se a oportunidade de economizar energia com iluminação artificial. Outro exemplo: se a persiana for mantida aberta no final de semana durante o dia, sem ocupação, ela não vai proteger do ganho de calor que se acumulará para o início da operação na segunda-feira”, informa a arquiteta.

Projeto LGF - Arq.: Moema Wertheimer – As persianas protegem os postos de trabalho da incidência de radiação solar direta, que causa desconforto térmico e visual.

Imagens: Uniflex Persianas e Cortinas

Outro estudo realizado por Melissa e sua equipe aconteceu por meio da utilização do Energy-Plus, uma ferramenta robusta de simulação termoenergética de edifícios. Na primeira etapa de desenvolvimento, foi elaborado um controle customizado de persianas – que não é nativo do software –, o qual permite o posicionamento gradual e dinâmico das persianas, conforme a posição do sol, que varia ao longo do dia, e o nível de iluminância externa.

Os controles existentes no software fazem operação ON-OFF, ou seja, ou totalmente aberta ou totalmente recolhida. O controle customizado é baseado no algoritmo da SOMFY, e foi selecionado por ser um produto disponível no mercado brasileiro para aplicação prática. “Com este controle modelado, foi possível aferir os impactos da estratégia de controle solar dinâmico por meio das persianas automatizadas, com base em um tipo de controle efetivamente disponível em nosso mercado”, revela a especialista.

O estudo possibilitou destacar a necessidade de se estabelecer uma metodologia específica para avaliação do sistema de fachada, com indicadores e referenciais orientados para este objetivo. Demonstrou-se também a importância de uma especificação técnica conjunta, do sistema vidro-persiana, neste caso, caracterizada pelo tecido constituinte da persiana tipo rolô. De acordo com Melissa, o mercado brasileiro ainda tem um caminho a ser percorrido para que os investimentos em estratégias ativas de eficiência para fachadas, tais como persianas automatizadas, recebam maiores investimentos. “Na minha visão, tudo começa na pesquisa, na avaliação criteriosa dos benefícios e na divulgação técnica dos estudos desenvolvidos. Podemos afirmar que nosso mercado precisa de informação e formação mais aprofundada, mas ao mesmo tempo mais objetiva, para apoiar processos de decisão em projetos com objetivos de eficiência energética e conforto”, justifica.

Como forma de apresentar sua pesquisa e resultados ao público, Melissa Cacciatori fará a palestra “Redução de Consumo Energético a partir de Persianas Automatizadas: Estudos com Simulações em Energy-Plus”, durante a 17ª edição do Congresso Habitar, com transmissão ao vivo, pela internet.

Qualidade do ar interior

A indústria de Green Buildings tem crescido significativamente nos últimos 13 anos (3.500 empreendimentos em processo de certificação ambiental) e, junto a este crescimento de edificações sustentáveis e com certificação ambiental, as tecnologias para alcançar estes altos requisitos tiveram de ser desenvolvidas e implementadas simultaneamente.

Walter Rolando Lenzi, engenheiro de controle e automação e vice-presidente regional de Atividades Estudantis da Região 12 (Flórida, Caribe, América Central e do Sul) na American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) explica que um edifício eficiente é aquele que consegue economizar energia e água ao mesmo tempo, além de possuir ótima qualidade ambiental interna e oferecer uma permanência saudável a seus ocupantes. “Com a experiência da pandemia, ficou claro que a qualidade do ar interior (QAI) é tanto ou mais importante do que economia de energia ou água à nossa saúde e às nossas vidas”, comenta.

Dutos e sistema automático de controle de CO₂ para insuflamento de ar exterior nos ambientes ocupados para melhorar a QAI e a prevenção de doenças à saúde dos ocupantes em edifício, em São Paulo.

As normas internacionais da ASHRAE 90.1, 62.1, 55.1 são uma base importante das normas ABNT referentes à qualidade do ar interior e à eficiência energética. “A norma 90.1 classifica materiais de construção civil, como vidros para fachadas e compara as características técnicas. O apêndice G dessa norma explica como se realizam as simulações computacionais de edifícios”, afirma Lenzi.

A qualidade do ar interior está intimamente ligada ao conforto ou ao bem-estar do ocupante, ou seja, a sua percepção no ambiente habitado. Debruça-se não só na componente química da composição do ar, mas igualmente em sua composição bacteriológica.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS 2020), a má qualidade do ar interior causa efeitos na saúde das pessoas, considerando que elas passam, em média, 90% do tempo em ambientes climatizados (habitações, trabalho, escolas, espaços comerciais, transporte etc.) e que as concentrações de poluentes em ambientes interiores, dependendo das condições, podem ser superiores à dos ambientes exteriores.

Pode-se então afirmar que a má qualidade do ar interior de um edifício constitui um risco para a saúde dos ocupantes, o qual está associado à existência de fontes poluentes que contribuem para degradar a qualidade do ar interior. As principais fontes de poluição existentes no interior dos edifícios estão relacionadas com características do próprio edifício, de sua ocupação e associadas à sua utilização.

Alguns exemplos são:

ü  Má concepção dos edifícios;

ü  Ventilação inadequada, muitas vezes, devido ao fato de não se abrirem as janelas e não se dispor de tomada de ar externo com filtragem adequada;

ü  Escolha inadequada do local de tomada de ar exterior com deficiente filtragem do ar;

ü  Falta de manutenção e limpeza de todos os componentes do sistema de ar-condicionado (filtro, serpentina, bandeja do condensado, dutos e difusores etc.);

ü  Presença permanente de fontes de contaminação como plantas, fotocopiadoras.

ü  Condições de conforto térmico inadequadas.

 

(Fonte: ABRAVA)

O tema “Edifícios Eficientes: A Qualidade do Ambiente Interior e como Obter Eficiência Energética” também será abordado no XVII Congresso Habitar, em palestra a ser ministrada pelo engenheiro Walter Lenzi.

Edificações Energia Zero

Edificações Energia Zero (ou Zero Energy) são aquelas que produzem energia renovável no mesmo nível (ou acima) do montante que a edificação consome.

Para tanto, é importante que a edificação passe por um processo de redução de consumo de energia para que a instalação dos sistemas de geração de energia seja economicamente viável.

O engenheiro Alberto Hernandez Neto orienta que a escolha de materiais da envoltória deve ser feita de forma a auxiliar na melhoria do desempenho energético e térmico da edificação, a fim de que ele contribua para atingir a condição de Energia Zero. “A escolha dos materiais pode contribuir para que a edificação se torne Energia Zero, desde que esta escolha leve em consideração as condições climáticas e a tipologia da edificação”, explica.

O uso de isolamento térmico e/ou de revestimentos deve ser definido de forma integrada com os demais sistemas da edificação, para que esta escolha efetivamente contribua para atingir a condição de Energia Zero. “Esta escolha pode se apoiar-se na aplicação de ferramentas de simulação para permitir avaliar o impacto de cada alternativa possível dos materiais da envoltória para atingir a condição de Energia Zero”, observa. 

Centro SEBRAE de Sustentabilidade (Cuiabá, MT), exemplo de construção Energia Zero já em operação.

A tendência de edificações de Energia Zero está crescendo por meio de ações governamentais, que estão incentivando o retrofit, o projeto e a construção de edificações Energia Zero em função do impacto das mudanças climáticas. Para a viabilidade deste tipo de edificação, exige-se investimentos tanto do governo quanto do setor privado.

Centro de Inovação de Construção Sustentável (CICS-USP), em São Paulo, futuro Energia Zero, que ainda será construído.

O tema será abordado no XVII Congresso Habitar, durante a palestra “Edificações Energia Zero: Desafios e Perspectivas”, a ser ministrada por Alberto Neto, na qual serão abordados os conceitos e definições de edificações Energia Zero. Além disso, serão apresentadas as principais estratégias que podem ser usadas para se atingir a condição de edificação Energia Zero, bem como estudos de casos de edificações de energia Zero no exterior e no Brasil.