UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM EDIFICAÇÕES
Relatório de Iniciação Científica
CORRELAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA COM CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS E TIPOLOGIAS ARQUITETÔNICAS DE EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS LOCALIZADOS EM FLORIANÓPOLIS - SC
GABRIEL MARCON COELHO Orientador: Prof. Enedir Ghisi, Ph.D.
Florianópolis Dezembro de 2006
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gradecimentos
Aos meus pais Marcius e Lourdes pelo amor, carinho e incentivo que sempre me proporcionaram; e ao meu irmão, Felipe, que me guiou na carreira universitária.
Ao professor Enedir, pela orientação durante este trabalho. Agradeço também por sua amizade e por ter acreditado no meu potencial.
Aos colegas de trabalho do Laboratório de Eficiência Energética em Edificações – LabEEE, pelo companheirismo e pelas boas horas de descontração.
À arquiteta Marina Santana e à acadêmica Priscila Minku, pelo levantamento de dados.
Às Centrais Elétricas de Santa Catarina – CELESC, pelo fornecimento dos dados de consumo de energia elétrica dos 19 edifícios de escritórios avaliados neste estudo.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, pelo financiamento da bolsa de estudos que tornou este projeto viável.
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umário
LISTA DE FIGURAS .........................................................................................................IV LISTA DE TABELA ...........................................................................................................V RESUMO ........................................................................................................................VI
1 INTRODUÇÃO ...............................................................................1 1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES ..............................................................................1 1.2 OBJETIVOS ...............................................................................................................4 1.2.1 Objetivo Geral..................................................................................................4 1.2.2 Objetivos Específicos .......................................................................................5 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................................5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................7 2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................7 2.2 AS JANELAS ..............................................................................................................7 2.3 A FORMA ................................................................................................................10 2.4 A ORIENTAÇÃO .......................................................................................................11 2.5 A COBERTURA ........................................................................................................12 2.6 A COR EXTERNA .....................................................................................................14 2.7 O ENTORNO ............................................................................................................15 2.8 A PAREDE ...............................................................................................................17 2.9 O ELEMENTO DE PROTEÇÃO SOLAR.........................................................................18 2.10 CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................20
3 METODOLOGIA ......................................................................... 21 3.1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................21 3.2 LEVANTAMENTO DE DADOS....................................................................................21 3.2.1 Levantamento das características construtivas dos edifícios ........................22 3.2.2 Levantamento das características construtivas dos escritórios ....................23 3.3 LEVANTAMENTOS DOS CONSUMOS DE ENERGIA ELÉTRICA .....................................24 3.4 CORRELAÇÃO DOS DADOS ......................................................................................24 3.4.1 Análises simples .............................................................................................24 3.4.2 Avaliação do consumo de energia .................................................................25 3.4.3 Correlação do consumo de energia com as características dos escritórios .26
4 RESULTADOS.............................................................................. 27 4.1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................27
4.2 CARACTERÍSTICAS GERAIS .....................................................................................28 4.2.1 Localização e incidência dos edifícios e escritórios......................................28 4.2.2 Freqüência da incidência de forma e área ....................................................29 4.2.3 Freqüência da incidência da orientação .......................................................32 4.2.4 Freqüência da incidência dos intervalos de área de janela ..........................34 4.2.5 Freqüência da incidência no intervalo de absortância da cor externa .........35 4.2.6 Freqüência da incidência da proteção solar .................................................35 4.2.7 Considerações Finais.....................................................................................36 4.3 CONSUMO DE ENERGIA ..........................................................................................36 4.4 CORRELAÇÃO DOS DADOS ......................................................................................59 4.4.1 Forma e área dos edifícios.............................................................................59 4.4.2 Forma e área dos escritórios .........................................................................62 4.4.3 Forma dos escritórios separada em oito orientações....................................67 4.4.4 Área de janela separada por orientação .......................................................67 4.4.5 Percentagem de janela separada por orientação ..........................................68 4.5 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ................................................72 4.6 CORRELAÇÕES ENVOLVENDO SOMENTE EDIFÍCIOS .................................................74 4.6.1 Absortância da cor externa............................................................................74 4.6.2 Média ponderada de janela ...........................................................................76 4.6.3 Presença de proteção solar............................................................................77 4.7 CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................................77
5 CONCLUSÕES ............................................................................. 79 5.1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................79 5.2 CONCLUSÕES GERAIS .............................................................................................79 5.3 LIMITAÇÕES DO TRABALHO ....................................................................................83 5.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................83
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................... 84
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ista de figuras
Fig. 4. 1: O centro de Florianópolis com a localização dos edifícios em estudo. ...........28 Fig. 4. 2: Freqüência da incidência de escritórios por edifício. ......................................29 Fig. 4. 3: Freqüência da incidência dos intervalos de área total dos edifícios. ...............29 Fig. 4. 4: Freqüência da incidência dos intervalos de área dos escritórios. ....................30 Fig. 4. 5: Freqüência da incidência dos intervalos de índice de proporção dos edifícios. .........................................................................................................................................31 Fig. 4. 6: Freqüência da incidência dos intervalos de índice de proporção dos escritórios. .........................................................................................................................................31 Fig. 4. 7: Freqüência da incidência dos índices de proporção dos escritórios. ...............32 Fig. 4. 8: Freqüência da incidência da orientação solar da fachada principal dos edifícios...........................................................................................................................33 Fig. 4. 9: Freqüência da incidência da orientação solar nos escritórios..........................33 Fig. 4. 10: Freqüência da incidência dos intervalos de área ponderada de janela nos edifícios...........................................................................................................................34 Fig. 4. 11: Variação da absorbância da cor da parede externa........................................35 Fig. 4. 12: Freqüência da incidência da presença de proteção solar nos edifícios..........36 Fig. 4. 13: Análise do consumo de energia do Edifício Alexandre Carione...................40 Fig. 4. 14: Análise do consumo de energia do Edifício Aliança.....................................41 Fig. 4. 15: Análise do consumo de energia do Edifício Antero F. de Assis. ..................42 Fig. 4. 16: Análise do consumo de energia do Edifício Carlos Meyer. ..........................43 Fig. 4. 17: Análise do consumo de energia do Centro Comercial Granemann...............44 Fig. 4. 18: Análise do consumo de energia do Edifício Comercial Ilha. ........................45 Fig. 4. 19: Análise do consumo de energia do Centro Executivo Casa do Barão...........46 Fig. 4. 20: Análise do consumo de energia do Centro Executivo Velloso......................47 Fig. 4. 21: Análise do consumo de energia do Edifício Dom Jaime Câmara. ................48 Fig. 4. 22: Análise do consumo de energia do Edifício Emedaux. .................................49 Fig. 4. 23: Análise do consumo de energia do Edifício Golden Tower. .........................50 Fig. 4. 24: Análise do consumo de energia do Edifício Idelfonso Linhares. ..................51 Fig. 4. 25: Análise do consumo de energia do Edifício Mirage Tower. .........................52 Fig. 4. 26: Análise do consumo de energia do Edifício Office Square...........................53 Fig. 4. 27: Análise do consumo de energia do Edifício Pedro Xavier. ...........................54 Fig. 4. 28: Análise do consumo de energia do Edifício Regency Tower........................55 Fig. 4. 29: Análise do consumo de energia do Edifício Saint James. .............................56 Fig. 4. 30: Análise do consumo de energia do Edifício Torre da Colina........................57 Fig. 4. 31: Análise do consumo de energia do Edifício Trajanus. ..................................58 Fig. 4. 32: Correlação do consumo de energia com o índice de proporção dos edifícios. .........................................................................................................................................59 Fig. 4. 33: Correlação do consumo médio de energia com o índice de proporção dos edifícios...........................................................................................................................60 Fig. 4. 34: Correlação do consumo médio de energia com o índice de proporção dos edifícios...........................................................................................................................60 Fig. 4. 35: Correlação do consumo de energia com o índice de proporção invertido dos edifícios...........................................................................................................................61 Fig. 4. 36: Correlação do consumo de energia com a área total dos edifícios. ...............62 Fig. 4. 37: Correlação do consumo médio com os intervalos de área total dos edifícios. .........................................................................................................................................62 Fig. 4. 38: Correlação do consumo de energia com o índice de proporção dos escritórios. .......................................................................................................................63 iv
Fig. 4. 39: Correlação do consumo médio de energia com o índice de proporção dos escritórios. .......................................................................................................................64 Fig. 4. 40: Correlação do consumo de energia os intervalos de índice de proporção dos escritórios. .......................................................................................................................64 Fig. 4. 41: Correlação do consumo médio de energia com a forma dos escritórios. ......65 Fig. 4. 42: Correlação do consumo de energia com a área dos escritórios. ....................65 Fig. 4. 43: Correlação do consumo médio de energia com a área dos escritórios. .........66 Fig. 4. 44: Correlação do consumo médio com os intervalos de área dos escritórios. ...66 Fig. 4. 45: Correlação do índice de proporção com o consumo de energia dos escritórios por orientação solar.........................................................................................................69 Fig. 4. 46: Análise da área de janela com o consumo de energia separado por orientação solar.................................................................................................................................70 Fig. 4. 47: Análise da percentagem de área de janela com o consumo de energia separado por orientação solar..........................................................................................71 Fig. 4. 48: Análise do consumo médio de energia com a orientação solar dos edifícios. .........................................................................................................................................72 Fig. 4. 49: Análise do consumo médio de energia com a orientação dos edifícios. .......73 Fig. 4. 50: Análise do consumo médio de energia com a orientação dos escritórios......73 Fig. 4. 51: Análise do consumo médio com a orientação e a incidência dos escritórios.74 Fig. 4. 52: Correlação do consumo com a absortância da cor externa dos edifícios. .....75 Fig. 4. 53: Correlação do consumo médio com a absortância da cor externa dos edifícios...........................................................................................................................75 Fig. 4. 54: Correlação do consumo médio de energia com a área ponderada de janela dos edifícios. ...................................................................................................................76 Fig. 4. 55: Correlação do consumo médio com a área ponderada de janela dos edifícios. .........................................................................................................................................77 Fig. 4. 56: Correlação do consumo médio de energia com a presença de proteção solar nos edifícios. ...................................................................................................................77
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ista de tabela
Tabela 4. 1: Análise do consumo anual de energia por orientação de cada edifício.......39
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esumo
Diante da preocupação em alcançar menores consumos de energia elétrica em edificações e de relacionar corretamente os fatores climáticos externos com as características construtivas, este trabalho tem como objetivo geral avaliar a influência das características construtivas no consumo de energia de edifícios de escritório localizados em Florianópolis - SC. Para analisar esta influência, foram levantadas as características construtivas de 19 edifícios de escritório através de levantamentos in loco e de consulta a relatórios disponíveis no Laboratório de Eficiência Energética em Edificações da Universidade Federal de Santa Catarina. As características levantadas em cada edifício foram área, orientação solar da fachada principal, absortância da cor externa, percentagem de área de janela, presença de proteção solar e índice de proporção, que representa a razão entre a largura e a profundidade. Tais características foram correlacionadas com o consumo de energia por unidade de área dos escritórios, que foi obtido através da Central Elétrica de Santa Catarina, CELESC. Os principais resultados indicam que à medida que se aumenta o índice de proporção, que representa a relação entre a largura da fachada com maior área de janela e a profundidade, o consumo por unidade de área tende a diminuir nos escritórios. Diante das análises da variação do consumo de energia envolvendo orientação solar, nos edifícios foi verificado um maior consumo nas orientações Oeste e Sul, respectivamente, e nos escritórios, os maiores consumos são das orientações Norte e Leste, respectivamente. As correlações de percentagem de área de janela separadas por orientação, apresentaram um coeficiente de determinação baixo, porém verificou-se uma tendência no aumento do consumo de energia com o aumento da percentagem de área de janela. As correlações analisadas possibilitaram avaliar a influência das características construtivas no consumo de energia elétrica destes edifícios. Ao contrário do que geralmente se observa em trabalhos sobre simulação computacional do consumo de energia de edificações, as correlações obtidas nesta pesquisa apresentaram baixo coeficiente de determinação e nem sempre seguiram a tendência esperada. Isso pode ser explicado pela influência de fatores que não foram levantados neste trabalho.
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INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Preliminares De acordo com a atual demanda energética brasileira, como nos países em desenvolvimento, sempre haverá o crescimento do consumo de energia elétrica, que fica entre 3 e 5 % ao ano. O setor industrial é o maior consumidor da energia elétrica produzida, utilizando 44% do total. O uso residencial vem a seguir, com um consumo de 25% e o uso comercial com 16%. Os 15% restantes distribuem-se entre setor rural, iluminação pública, órgãos do governo e outros. Mesmo nos períodos em que se verificou uma estagnação econômica, o consumo não parou de crescer, com exceção do ano de 2001 quando houve crise energética (PROCEL, 2004).
Nesse ano de 2001, o Brasil vivenciou sua maior crise de energia elétrica, acentuada pelas condições hidrológicas extremamente desfavoráveis, verificadas nas regiões sudeste e nordeste. Com a gravidade da situação, o governo federal programou medidas de natureza emergencial para compatibilizar a demanda e a oferta de energia elétrica, de forma a evitar interrupções imprevistas do suprimento de energia elétrica. Em junho, foi implantado o programa de racionamento nas regiões sudeste, centro-oeste e nordeste e, em agosto, em parte da região norte (PROCEL, 2004).
Pelo fato da demanda de energia elétrica estar sempre em crescimento, é necessário também haver uma produção em ascensão. Alguns dos fatores que impossibilitam acompanhar essa demanda são os grandes investimentos que estão associados à construção de novas usinas, visto que cerca de 76% da energia gerada no Brasil vem de usinas hidrelétricas, segundo o Ministério de Minas e Energia (2004). Outros fatores que dificultam acompanhar essa demanda são as construções de sistemas de transmissão, os longos prazos para conclusão das obras e significativos impactos ambientais (PAPST et al., 2005).
Quanto maiores as atividades econômicas, maiores serão os gastos com o uso de energia, e também, maiores serão os impactos ambientais pelo uso desta. Assim, utilizando-se de forma eficiente a energia, é possível aumentar a segurança no abastecimento energético e contribuir para a proteção ambiental, além de representar
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lucros (PROCEL, 2004). Portanto, o setor energético necessita de novas tecnologias energeticamente eficientes, principalmente nos setores que mais consomem, como o da construção civil, que representa 41% do total consumido.
Um exemplo da utilização eficiente da energia é a arquitetura bioclimática, que consiste em um conjunto métodos, para extrair o máximo dos fenômenos naturais para obtenção de um ambiente confortável. Como conseqüência do intercâmbio entre os sistemas naturais e artificiais, pode-se obter conforto térmico e visual, como também em um menor consumo de energia (PAPST et al., 2005).
Foi na década de setenta que surgiu pela primeira vez o termo “projeto bioclimático” abordado pelos irmãos Olgyay (1973), que estendem a aplicação da climatologia à arquitetura para melhorar as condições de conforto térmico humano. Porém, ainda existe um longo caminho a percorrer até que os princípios bioclimáticos sejam totalmente aceitos e incorporados aos projetos.
Dessa maneira, o arquiteto deve assumir o papel que sempre possuiu, que é o de minimizar os efeitos climáticos e não de intensificá-los e agravá-los, como geralmente vem acontecendo na arquitetura contemporânea (MACIEL, 2002). Como haverá limitações quanto à alteração do projeto, em fases avançadas, quanto mais cedo se pensar na incorporação dos princípios bioclimáticos, maiores serão as possibilidades de implantação de sistemas passivos. Um exemplo de técnica bioclimática é o sistema passivo de resfriamento, que segundo Givoni (1994), consiste em técnicas simples para a diminuição da temperatura interna através do uso de fontes naturais de energia.
Procel (1993) apud Ghisi e Tinker (2005), constatou que no Brasil, o uso final em iluminação em edificações comerciais com sistema de resfriamento é de aproximadamente 24%, mas pode atingir até 70% em edificações comerciais desprovidas de sistema de resfriamento. Porém, com o uso da arquitetura bioclimática, é possível obter melhoras significativas na eficiência energética. Isso é possível através da correta correlação entre os fatores climáticos externos e os componentes escolhidos para formar o envelope da edificação.
De acordo com Papst et al. (2005), um edifício é mais eficiente energicamente que outro, quando proporciona as mesmas condições ambientais de conforto com menor
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consumo de energia. As técnicas da construção, o microclima, a temperatura externa, a radiação solar, a área do ambiente, as trocas térmicas das paredes e cobertura são características que influenciam no consumo de energia de uma edificação.
Segundo Lamberts et al. (1997), a forma e a função da edificação, são dois elementos que interagem diretamente com a eficiência energética. A forma está relacionada à quantidade de luz e radiação solar recebida pela edificação, como também, sobre o fluxo de ar no interior e no exterior. Um exemplo da influência da forma arquitetônica no conforto térmico é o iglu, cuja forma hemisférica diminui a superfície de contato com o ar exterior, minimizando perdas de calor.
A função arquitetônica interage com a forma e com a eficiência energética de um edifício, pois, dependendo do horário de uso da edificação, é necessário aprimorar certas estratégias bioclimáticas a serem adotadas. Como exemplo, o horário de funcionamento de um edifício de escritório, em geral, é durante o dia, expondo constantemente os usuários ao período de incidência de raios solares. E devido ao aumento da temperatura interna, provocado pela radiação solar, pode-se necessitar do uso constante do sistema de resfriamento (LAMBERTS et al., 1997).
Outro caso onde se necessita do uso do sistema de resfriamento é nos edifícios de pele de vidro, pois possuem grandes áreas de janela que facilitam a transferência de calor do lado externo para o interno, alterando o desempenho térmico da edificação. Segundo Ghisi e Tinker (2005), grandes áreas de janela têm a inconveniência de permitir ganho ou perda excessiva de calor, o que provoca maior consumo de energia.
Um dos fatores relevantes para o desempenho térmico das janelas é o tipo de vidro utilizado. Quando a energia radiante incide em uma superfície transparente, ela é transmitida, absorvida e refletida. Alguns materiais são ineficientes para determinadas ocasiões, como o vidro comum, que quando recebe os raios solares transmite aproximadamente 80% da energia solar incidente nele. Essa energia quando em contato com objetos do meio interno, se transforma em calor, ocasionando o aumento da temperatura interna. Com isso, outros vidros foram criados para amenizar os ganhos de calor, como o vidro absorvente (ou atérmico), que em clima quente deve ser evitado, pois absorve mais calor do que os outros; ao contrário do vidro reflexivo, que permite a
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redução da carga térmica devido ao seu alto grau de reflexão, porém o ambiente pode necessitar de suplementação de luz artificial (PAPST et al., 2005).
O uso da cor nas edificações não é meramente estético, pois também auxilia no conforto térmico e visual. Por exemplo, o uso de cores escuras nas fachadas externas, representa maiores ganhos de calor solar, pois absorvem maiores quantidades de radiação de onda curta. As cores claras, ao contrário, refletem a luz solar, reduzindo o ganho de calor. As claras também são úteis no interior das edificações, pois, como possuem alto índice de refletância, podem ser empregadas em sistemas de iluminação que agregam a luz natural e artificial (PAPST et al., 2005).
Granja e Labaki (2004) fizeram um estudo referente ao desempenho térmico de duas paredes, uma de concreto e outra de concreto com argila expandida, sendo que esta última possui uma menor massa. Concluiu-se que fechamentos mais leves tendem a adiantar sensivelmente o pico de carga térmica para dentro do cômodo, em relação ao fechamento de massa mais elevada. Com paredes de características diferentes, é necessário saber a utilização da edificação para projetar um ambiente mais eficiente.
Analisando os trabalhos citados anteriormente, conclui-se que as variáveis construtivas interferem no comportamento energético das edificações. Quando essas variáveis são pensadas conjuntamente, o edifício tem uma boa resposta com relação ao consumo de energia elétrica e ao conforto térmico (DOE, 2006). Considerando a importância que os elementos arquitetônicos exercem sobre o consumo de energia, o estudo segue com a análise das correlações do consumo de energia com as características construtivas de edificações de escritórios.
1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é avaliar, através de correlações, a influência de algumas características construtivas e tipologias arquitetônicas no consumo de energia elétrica de 19 edifícios de escritórios localizados na região central de Florianópolis – SC.
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1.2.2 Objetivos Específicos
Para analisar e correlacionar o consumo de energia com as características construtivas, alguns objetivos específicos podem ser enumerados: •
Buscar, junto às Centrais Elétricas de Santa Catarina - CELESC, os relatórios referentes ao consumo de energia elétrica, em um período de 12 meses, para cada escritório das edificações em estudo.
•
Analisar a freqüência da incidência de algumas características construtivas dos edifícios e escritórios, tais como forma, área, orientação solar, área de janela, absortância da cor externa e presença de proteção solar.
•
Avaliar a variação do consumo de energia no decorrer do ano, levando em consideração a orientação da fachada e o pavimento, para cada um dos 19 edifícios.
•
Correlacionar os consumos de energia com a área, absortância da cor externa, percentagem de área de janela, presença de proteção solar e índice de proporção dos edifícios e dos escritórios.
•
Analisar a variação no consumo de energia de acordo com a variação da orientação solar nos edifícios e escritórios.
1.3 Estrutura do Trabalho Este relatório de iniciação científica encontra-se dividido em cinco capítulos: Introdução, Revisão Bibliográfica, Metodologia, Resultados e Conclusões. No primeiro capítulo, se fez uma introdução sobre o tema do trabalho abordando sua importância, e em seguida, apresentaram-se os objetivos gerais, específicos e a estrutura do trabalho.
Na Revisão Bibliográfica é feito um estudo abordando assuntos relacionados ao tema desse relatório. Nesse capítulo, é feita uma análise das variáveis arquitetônicas com ênfase na eficiência energética de edificações. Também são apresentados resultados e conclusões de outros trabalhos com temas semelhantes.
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No terceiro capítulo é apresentado o método utilizado no estudo, para que se possa alcançar os objetivos mostrados no primeiro capítulo. A metodologia inicia com os métodos utilizados para fazer os levantamentos das características construtivas dos 19 edifícios de escritórios em Florianópolis - SC. Também é apresentado o procedimento metodológico para levantar os consumos de energia dos escritórios e o método para se obter as correlações e resultados desejados.
Os resultados obtidos a partir das correlações e análises de variação do consumo de energia dos edifícios e escritórios estão apresentados no quarto capítulo. Também é verificada neste capítulo, a análise da freqüência da incidência das características construtivas e a avaliação da variação dos consumos de energia dos edifícios em estudo.
No capítulo cinco são apresentadas às conclusões referentes às correlações e análises realizadas no capítulo quatro deste estudo. Juntamente com as conclusões do trabalho, são expostas as limitações e propostas para trabalhos futuros.
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Introdução Este capítulo apresenta informações sobre a importância das características construtivas na eficiência energética da edificação. Os itens apresentam estudos sobre esses componentes que constituem o envelope, como também, apresentam resultados obtidos em outros trabalhos relacionados ao assunto.
2.2 As janelas De acordo com Aboulnaga (2006), as áreas de janelas, normalmente, representam 25 a 40% de área total da fachada em edifícios em Dubai, onde ocorreu um estudo para minimizar a troca de calor com o meio externo, para torná-los mais eficazes. Porém, em outros edifícios, podem ocorrer janelas com 80-100% de área da fachada, sendo que esses edifícios com grandes áreas de janela, vêm se tornando uma tendência em Dubai, Emirados Árabes.
O trabalho realizado por Çakmanus (2005) em um prédio na cidade de Ankara, Turquia, conclui que, devido à orientação solar do prédio, sudeste/nordeste, o mesmo recebe, principalmente através das janelas, muita energia solar que aumenta a temperatura das superfícies externas e internas. Com esse aumento nas temperaturas internas, ocorre o sobre-carregamento do sistema de refrigeração, que é responsável por 23% do consumo total. Essa exagerada transferência de calor, do meio externo para o interno, é devida também, à ineficiência dos vidros utilizados nas janelas, que possuem a transmitância térmica de aproximadamente 4,0W/m²K.
Atualmente, os vidros eficientes utilizados em grandes edificações na Turquia, possuem proteção contra raios solares, e baixo coeficiente de transferência de calor, sendo a transmitância térmica de 1,8W/m²K. Com a substituição das janelas antigas, por essas mais eficientes, o consumo de energia diminuirá, o que representaria uma economia de US$ 92.400 por ano. O retorno do investimento é previsto para aproximadamente 6 anos (ÇAKMANUS, 2005).
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O vidro comum, que na maioria dos casos é ineficiente, se comporta de maneira transparente frente a radiação solar (onda curta), no entanto, para radiações de onda longa comporta-se como corpo opaco. Isso consiste em um efeito chamado estufa: A radiação penetra no ambiente através do vidro, porém, ao se transformar em radiação de onda longa, devido ao contato com objetos com menor temperatura, encontra dificuldades para sair do ambiente. Com isso, a temperatura interna se eleva consideravelmente em relação à externa (GÁLVEZ, 2002).
Para minimizar essa ineficiência do vidro comum, geralmente são usadas películas com baixo ganho de calor por radiação solar. Essas películas são aplicadas no lado interior para assegurar uma vida longa. Quando aplicada em uma placa de vidro de 3 mm, a película diminuirá tanto a transmitância de luz visível, como a transferência de calor (JAMES; BAHAJ, 2006).
A integração do sistema de iluminação artificial com a luz natural pode aperfeiçoar a eficiência energética, principalmente se os ajustes na área de janela forem ideais e realizados no início do projeto. Para Ghisi e Tinker (2006), ambientes com grande largura proporcionam maiores economias no sistema de iluminação, pois oferecem maiores áreas para incidência de luz, ocasionando melhores condições para economia.
Porém, a partir de simulações realizadas por Ghisi et al. (2005) utilizando o programa VisualDOE, constatou-se que quando se aumenta a profundidade e diminui a largura da sala, se alcança uma economia maior no sistema de resfriamento comparado com a economia no sistema de iluminação, para o mesmo ambiente. Esse método proposto por Ghisi et al. (2005) contradiz o recomendado pela literatura que sugere ambientes de pouca profundidade, para permitir melhor aproveitamento da iluminação natural.
Em estudos para avaliar o potencial de economia em iluminação, Ghisi e Tinker (2005) obtiveram, para cada sala em estudo, a Área Ideal de Janela, a partir dos resultados de consumo de energia gerados nas simulações em função da área de janela. Para cada sala, foram plotadas as Áreas Ideais de Janela em função do índice de ambiente (que indica o tamanho do ambiente) e notou-se um crescimento linear. Com isso, se constatou que quanto menor o ambiente, menor a área de janela. Sendo assim, como exemplo para a orientação norte, observa-se que a Área Ideal de Janela varia de 10% da área da fachada para salas com o índice de ambiente (k) de 0,60 (o qual indica um ambiente pequeno) a
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22% para k=5,00. Estas áreas de janela são valores bastante inferiores ao que se observa nas edificações brasileiras, indicando um provável consumo de energia desnecessário.
Ghisi e Tinker (2006), desenvolveram um artigo através de simulações com o VisualDOE para avaliar o potencial de economia de energia através da integração da luz artificial com a luz natural. As simulações foram realizadas em uma sala com proporções 1:1, largura igual à profundidade, com índice de ambiente de 0,6 (o qual indica um ambiente pequeno) e Área Ideal de Janela de 21%. Os resultados foram que da sala, 24% da área total não necessita de suprimento de luz artificial, e no resto do ambiente, 66% da densidade de luz artificial pode ser desligada. Essa contribuição é alcançada integrando um sistema de luz artificial com a natural, o qual contribuiria com uma economia de 75% no total do consumo com luz artificial.
Sabendo que o sistema de iluminação é um dos principais consumidores de energia na edificação e a integração desse sistema com a luz natural pode reduzir custos, nenhuma das 146 edificações de escritório estudadas por Lam (1997) em Hong Kong se beneficiava dessa integração. Além de reduzir o consumo de energia, a integração dos sistemas de iluminação pode também aumentar a iluminância no ambiente.
Minku et al. (2005) avaliaram o percentual de área de janela por fachada (PJF) e constataram que no conjunto dos 35 edifícios de escritório em Florianópolis, 67% deles possuíam a maior área de janela situada nas fachadas principais, isto é, nas que se encontravam no alinhamento da rua principal. Considerando-se as oito orientações conjuntamente, nota-se que 73% das fachadas apresentam área de janela inferior a 40%. Apenas 27% das 188 fachadas em estudo, possuem área de janela superior a 40,1% da área total da fachada, e esse percentual reduzido de área de janela é um fator positivo, visto que o vidro é uma das variáveis construtivas com maior transferência de calor.
A partir de resultados referentes ao ineficiente uso de janelas, Castrejón (2002) concluiu que em geral se deve colocar apenas a quantidade de janelas necessárias para obter-se os níveis de iluminação necessária, visto que além do vidro permitir uma maior transferência de calor, ele também é mais caro. Assim estará promovendo-se um melhor desempenho energético e ao mesmo tempo reduzindo o custo da obra.
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2.3 A forma A forma arquitetônica pode ter grande influência no conforto ambiental e no consumo de energia de uma edificação, visto que interfere diretamente sobre os fluxos de ar no interior e no exterior e, também, na quantidade de luz e calor solar recebido pelo edifício (LAMBERTS et al., 1997).
Os levantamentos realizados por Santana (2006) constataram que dos 35 edifícios de escritório analisados no centro de Florianópolis, 22 são retangulares, 8 são quadrados, 3 são triangulares e 2 são irregulares. E observa-se que 90% das edificações retangulares possuem suas profundidades iguais ou superiores ao dobro de suas larguras. Sendo que desse percentual, 32% das edificações possuem profundidade igual ao triplo da largura, e em seguida, prédios que possuem a profundidade igual ao dobro da largura correspondem a 23% do total de edifícios retangulares.
Olgyay (1973) sugeriu que edificações com formas compactas são mais apropriadas para clima frio e as com formas alongadas no sentido leste-oeste são recomendadas para clima quente-úmido.
Como exemplos, existem dois casos notórios da aplicação desse conceito. Steele (2001) apud Pedrini e Lamberts (2003), reconhece que Sir Norman Forster and Partners decidiram pela forma esférica durante o projeto do Greater London Authority Assembly Building, pois reduziria em 25% a área externa do que teria uma edificação cúbica de mesmo volume. Segundo o autor, o aperfeiçoamento do desempenho foi obtido, quase que exclusivamente, pela manipulação das formas geométricas através de simulação computacional. Em contraste, o Menara Umno é uma edificação projetada para clima tropical, a qual tem forma alongada e intenso uso do envoltório para aumentar a ventilação natural e maximizar o uso da iluminação natural (JONES; YEANG, 1999 apud PEDRINI; LAMBERTS, 2003).
Dessa forma, a influência da geometria da sala no consumo de energia pode ser visualizada nas simulações de Ghisi et al. (2005) em um ambiente com 30% de área de janela. A sala com orientação norte e com geometria de 2:1 (proporção de largura por profundidade) em Florianópolis terá consumo de energia de aproximadamente 200 kWh/m² por ano se possuir índice de ambiente de 0,60 (3,69m x 1,85m) e
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aproximadamente 75 kWh/m² por ano se possuir índice de ambiente de 5,00 (30,75m x 15,38m). Ou seja, salas maiores apresentam menores consumos de energia em edificações artificialmente condicionadas e com integração da iluminação natural com a artificial (GHISI et al., 2005).
Para avaliar o consumo de energia entre edificações com formas diferentes, Hyde (2000) apud Pedrini e Lamberts (2003) fez verificações do consumo de energia entre edificações cúbicas e alongadas, empregando simulações computacionais. Os resultados apontam a edificação alongada como a que consome menos energia porque usa menos iluminação artificial, ainda que o consumo para resfriá-la seja maior (este comportamento ocorre em ambos os climas: frio e mediterrâneo). Ou seja, uma edificação alongada consome menos energia desde que haja um uso de estratégias passivas. Caso contrário, essa edificação consumirá mais energia que uma cúbica (PEDRINI; LAMBERTS, 2003).
Gratia e De Herde (2003), afirmam que a forma, o tamanho das janelas, a altura e profundidade da sala podem juntos dobrar o consumo de energia de uma edificação. Além dos cuidados com a forma em geral da edificação, também é necessário cuidado com os detalhes construtivos do projeto para que se possa aperfeiçoar o desempenho da edificação. Koenigsberger et al. (1973), afirmam que as preocupações com o tamanho, posição e proteção das aberturas, podem ajudar no desempenho térmico da edificação, como por exemplo, de acordo com a posição das janelas, é possível aproveitar o fluxo de vento para resfriar o ambiente. Outros detalhes como as características das paredes, forro e piso também são fundamentais para o desempenho da edificação.
2.4 A orientação Possuindo uma área de terreno suficiente, é possível que o custo de um edifício bem orientado seja o mesmo de um edifício mal orientado. E nas edificações onde foram analisados os movimentos solares, é possível aperfeiçoar a eficiência de sistemas de iluminação, resfriamento e aumentar a vida útil da edificação (CASTREJÓN, 2002).
Uma mesma forma se comportará de maneira diferente para orientações distintas. Por isso, é necessário tomar em consideração os movimentos aparentes do sol, a intensidade
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da radiação, os padrões das nuvens, assim como a intensidade e direção dos ventos (CASTREJÓN, 2002).
A radiação solar é um dos fatores que exerce grande influência no consumo de energia por parte do sistema de refrigeração em um edifício. Elasfouri et al. (1991) avaliaram que a radiação solar aumenta em 25% o uso de refrigeração. Sendo que o método mais eficiente de controlar o calor solar é bloqueando os raios solares antes que eles atinjam o envelope da edificação.
Mingfang (2002) constatou que na China, as radiações no período do inverno são mais severas nas fachadas orientadas para o sul, e no verão, as fachadas leste/oeste são as mais atingidas. Isso levou Mingfang a concluir que fachadas com maior área, e orientadas para o sul, são mais eficientes tanto para ganhar calor do meio externo no inverno, como também para minimizar os ganhos no verão.
Em estudos realizados em casas no sul da Suécia, que possuem originalmente orientação para o Sul e são constituídas por janelas com vidro triplo, foi diagnosticado que possuem maiores áreas de janelas orientadas para o Sul, e menores janelas para o Norte. Isso é devido ao clima frio da região, que necessita de eficiência para conter a perda de calor nos dias frios de inverno (PERSON et al., 2006).
2.5 A cobertura Segundo Ciampi et al. (2005) na Itália, para otimizar o nível de conforto térmico e ajudar a reduzir as cargas de calor no verão, é aconselhável desenvolver um bom projeto de telhado com ventilação. Essa técnica de ventilação é recomendada principalmente para ambientes com moderada altura e grande área. A ventilação no telhado é uma técnica passiva, que promove o resfriamento natural do ambiente, através de uma estrutura de ventilação no telhado que consiste em duas lajes que limitam um duto onde o fluxo de ar passa. O duto normalmente possui 10-15 cm de espessura, e com o intuito de aumentar a velocidade de ar (ventilação forçada) no duto, se pode instalar ventiladores (CIAMPI et al., 2005).
Os resultados obtidos por Ciampi et al. (2005), com a utilização de ventilação na cobertura, foram que se bem projetados e com valores normais de insolação, é possível
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alcançar uma economia de até 30% de energia. Com o aumento da espessura das lajes, com melhores resultados até 15cm, aumenta-se a economia de energia.
Através do uso do programa EnergyPlus, Santana (2006) simulou, em Florianópolis SC, as tipologias predominantes dos edifícios de escritório. Nessas simulações, foi avaliado o pico de carga de resfriamento para as zonas condicionadas do modelo. Foram estudados 3 pavimentos: Térreo, intermediário e a cobertura. De acordo com a simulação, o pico de carga de resfriamento do pavimento térreo aconteceu às 16h do dia 7 de janeiro, com o valor de carga de 5,592kW. Os picos de carga de resfriamento do pavimento intermediário e da cobertura ocorreram às 17h do dia 7 de janeiro. A variação de carga do pavimento térreo para o pavimento de cobertura foi de 88%. Essas grandes variações que ocorrem no pavimento térreo para o pavimento de cobertura, são devidas às perdas de calor pelo solo no pavimento térreo e os ganhos de calor providos da cobertura. O pico de carga de resfriamento mais crítico ocorre na zona posterior e no pavimento de cobertura, com o valor de 10,718kW, devido, além de existir ganho de calor à carga interna, existe o ganho de calor à radiação solar provido da cobertura (SANTANA, 2006).
Uma técnica que pode ser implementada para reduzir os ganhos térmicos em coberturas já finalizadas é a utilização de jardins nas coberturas. Com essa técnica de telhado verde, em Singapura pode ser alcançada uma diferença de até 18ºC e uma redução de até 60% do fluxo de calor para dentro do ambiente, nas regiões bem cobertas com a vegetação. Porém, o efeito da vegetação não é tão alto como se esperava, pois além da camada de terra possuir baixa capacidade térmica, ela também geralmente é da cor escura, a qual absorve muito calor durante o dia (HIEN et al., 2006).
Kumar e Kaushik (2004) afirmam que os métodos de proteção térmica como os telhados verdes e sombreamento da radiação solar, fornecem uma solução muito eficaz na eficiência energética dos edifícios na Índia. Os resultados desta investigação são aplicáveis para todas as coberturas do edifício. Essa combinação de telhado verde com a proteção solar reduziu a temperatura de um ambiente interno em média de 5ºC, comparado com um ambiente sem proteção. Entretanto, essa redução de temperatura possui uma máxima observada no período de pico do sol, 12:00 – 15:00 h, e uma mínima fora do período da luz do sol, no anoitecer (KUMAR; KAUSHIK, 2004).
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2.6 A cor externa Cheng et al. (2005) constataram que a máxima temperatura interna, em um ambiente sem janelas e com a coloração escura, pode ser 10ºC maior que em um ambiente com paredes brancas. Com isso, a aplicação de cores claras nas superfícies é o mais simples e econômico método para reduzir a temperatura interna.
Para o estudo de Castro et al. (2003), foi investigada a relação entre a cor da pintura das paredes externas de uma edificação e o seu comportamento em relação à radiação solar, isto é, o ganho de calor solar pelas superfícies opacas devido à absorção desta radiação, e a conseqüente transmissão de calor para o interior.
Com o aumento do número de edifícios nas cidades, aumentou a quantidade de superfícies refletoras de radiação solar. Com isso, as edificações ficaram mais susceptíveis aos ganhos de calor devido ao aumento das reflexões múltiplas entre edifícios (DOULOS et al., 2004).
Quando a radiação solar atinge a superfície opaca de uma edificação, parte dela é absorvida pela parede, e o resto é refletida. A conseqüência da absorção é o aumento da temperatura da parede e por conseqüência, do ambiente interno. Esse efeito pode ser positivo para climas frios e negativos para climas quentes (TAVIL; SEKER, 1995). Através de simulações, Tavil e Seker (1995), puderam comparar e avaliar o desempenho térmico de fachadas ásperas. Concluíram que quando mais áspera a fachada, maior a absorbância da energia solar, isso devido ao aumento de chance da energia solar refletir, e voltar para a própria fachada.
A partir do estudo em prédios de escritório no centro de Florianópolis, verificou-se um total de 42 cores, cujas refletâncias variaram entre 5% e 87%. A ocorrência de mais tonalidades foi a cor branca, apresentando oito valores, embora os valores de refletância dessa cor apresentaram-se muito semelhantes, oscilando entre 77% e 87%. A segunda ocorrência de tonalidades foi a cor cinza, cujas refletâncias variaram de 10% a 50%. As cores que possuíram maior variação em suas refletâncias, devido às diferenças de tonalidades existentes nas edificações, foram cinza, amarela e bege. Referente à absortância da tonalidade constatou-se que 70% apresentaram absortância superior a
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50%. A cor que apresentou maior absortância de calor foi o preto, atingindo os 90% (SANTANA, 2006).
2.7 O entorno A árvore é a forma vegetal mais característica da paisagem urbana, a qual tem-se incorporado a arquitetura ao longo da história, criando uma ambiência urbana agradável. Exatamente por este motivo, deve-se pensar seriamente no desenho do entorno, já que estes podem influenciar no microclima dentro das construções e trazer a satisfação dos usuários (RIGITANO; LABAKI, 2003).
Maciel (2002) cita que os espaços externos exercem uma grande influência no microclima externo à edificação e conseqüentemente sobre o desempenho térmico desta. Portanto, através do planejamento do traçado urbano, é possível minimizar os efeitos negativos do clima local.
Um momento crítico, do ponto de vista econômico para elaboração de projetos arquitetônicos, é a seleção do terreno. Visto que áreas com orientação desfavorável, subsolo pouco firme, área do entorno desmatada e desconhecimento dos ventos locais, geralmente, são os inconvenientes mais custosos para o projeto (CASTREJÓN, 2002).
A análise do terreno geralmente representa menos de 10% do custo do projeto, e é determinante para o bom desempenho da edificação, como também, dos seus sistemas. Esta análise deve preceder em todos os anteprojetos arquitetônicos e efetuar simultaneamente ao desenrolar do projeto e suas necessidades (CASTREJÓN, 2002).
A vegetação exerce um papel importante para a minimização do ganho de calor radiante emitido e refletido pelas superfícies da área de transição externa do edifício. Com as comparações de temperatura e umidade do quintal de três casas, Cantuaria (2000) apud Maciel (2002) observou o impacto da utilização de árvores no microclima no subúrbio de Brasília. Na primeira, havia apenas a presença de uma mangueira adulta, na outra cerca de três pés e na última nenhuma vegetação com piso de cimento queimado cinza. Não houve diferença comprovada em relação ao número de árvores para a amenização do clima, porém a existência das árvores demonstrou efeito considerável sobre a área construída, resfriando o ambiente. Sua presença, portanto, pode ser utilizada para
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interceptar a radiação solar e também reduzir a quantidade de radiação refletida pelas superfícies.
A partir do uso de árvores nos jardins da edificação, observa-se alguns efeitos particulares causados pela vegetação, entre eles o umedecimento do ar através da emissão de vapor da água pelas folhas, proteção contra ventos fortes, o efeito acústico sobre os ambientes e a dosagem das radiações de curto e longo comprimento de onda. Vários autores mencionam que a vegetação, além de bloquear sua incidência, absorve a maior parte desta radiação e contribui para o balanço de energia nas cidades. De acordo com alguns estudos, a vegetação absorve, aproximadamente, 90% da radiação visível e 60% da infravermelha, o restante é transmitido entre as folhas ou refletido (RIGITANO; LABAKI, 2003).
A utilização de vegetação para bloquear a radiação solar pode ser mais eficiente do que a instalação de uma proteção solar, uma vez que a utilização de brises pode acarretar na necessidade do uso da luz artificial durante o dia. E o uso de árvores com folhas caducas pode ser uma solução mais adequada, pois além de sombrear a abertura no verão, sem bloquear a luz natural, permite a incidência do sol no inverno, quando então as folhas tendem a cair (PAPST et al., 2005).
No trabalho de Santana (2006), foi analisada a influência no consumo anual de energia com relação ao entorno da edificação e foi feito um levantamento da obstrução separadamente. O entorno, conforme a obstrução que proporciona, influencia diretamente no consumo de energia de um edifício devido ao sombreamento causado, principalmente nas fachadas em que se recebe maior radiação solar. De acordo com os levantamentos feitos por Santana (2006), da análise das obstruções adotadas separadamente, a maior variação no consumo de energia ocorreu ao se obstruir a fachada noroeste, devido a grande incidência de radiação solar nesta. No entanto, ao se obstruir todas as fachadas e até mesmo, obstruir toda a edificação (obstrução total), observa-se que ocorreu uma redução no consumo de energia de 5,8% e 12,3%, respectivamente. Embora ocasione redução no consumo de energia, o entorno possui seus aspectos negativos, como a obstrução da iluminação e ventilação natural como também, da vista para o exterior.
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2.8 A parede De acordo com Gálvez (2002), com a Revolução Industrial, surgiram novos materiais mono funcionais para a construção civil. Por exemplo, os isolantes térmicos, que apenas servem para isolar, pois sua resistência mecânica é desprezível. Os esqueletos de concreto armado possuem grande resistência mecânica, mas são péssimos isolantes. E com essa divisão de trabalho, foi possível especializar e aperfeiçoar a eficiência dos componentes arquitetônicos.
Gálvez (2002) selecionou materiais para realizar comparações térmicas no México, e constatou que o concreto celular (com isolante) é 61% mais resistente termicamente que o concreto normal e somente possui a metade da resistência térmica do bloco oco. O vidro é o material que apresenta a menor resistência, como também maior transmitância térmica em comparação com os materiais de concreto. Pode-se comprovar isso com os levantamentos do uso de sistema de resfriamento nos prédios com fachada de concreto e fachada de vidro. Os prédios com fachada de concreto possuem um gasto com o sistema de resfriamento que corresponde a apenas 9% do consumo total de energia, enquanto que os prédios com fachada de vidro representam de 25 a 50% do total.
Granja e Labaki (2004) publicaram um estudo com o objetivo principal de comparar a eficiência térmica e energética de duas paredes com orientação leste e oeste com desempenhos idênticos e em regime permanente. Uma das questões práticas abordadas é a freqüente sensação de “calor sufocante” em dormitórios voltados para o oeste, em razão do atraso mal dimensionado da onda de calor, fazendo com que o leigo busque a solução na instalação de equipamentos de ventilação e ar condicionado. Evidentemente, o ganho térmico no período de 24 horas obtido pela integração das curvas de densidade de fluxo de calor é idêntico para as duas paredes, independente da orientação e adicionalmente, o modelo periódico mostra que fechamentos mais leves tendem a adiantar sensivelmente o pico de carga térmica para dentro do cômodo em relação a fechamentos de massas mais elevadas. Os exemplos adotados para os sistemas de parede permitem inferir que o uso do atraso térmico da parede de concreto com orientação oeste seria mais recomendável, por exemplo, em salas comerciais que geralmente apresentam pouca ocupação noturna.
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Quanto mais seco o clima, mais aconselhável construir paredes com bastante massa, visto que quanto maior a densidade da parede, maior será o atraso do pico de temperatura externa para dentro do ambiente. Porém, para construírem-se paredes com grande massa, é necessário um maior investimento em material, mão-de-obra e transporte (CASTREJÓN, 2002). Então, de maneira geral, é mais viável a utilização de materiais da própria região, pois assim terá menor custo para aumentar a massa da parede, como também, não necessitará do transporte por longas distâncias. Como exemplo da utilização dos materiais do próprio terreno, se pode utilizar pedras da região (CASTREJÓN, 2002).
Um dispositivo bastante eficaz para manter a temperatura interna confortável, são os isolantes térmicos, que pelo contrário das paredes sem isolantes, não estabilizam a temperatura, mas dificultam a passagem do calor para dentro do ambiente. O isolante mais utilizado nas edificações do México é a espuma de poliuretano expandida, pois possui menor transmitância térmica (CASTREJÓN, 2002).
Ali e Ahmad (1991) realizaram um estudo que avalia o desempenho térmico de edificações na Arábia Saudita através do isolamento térmico por poliuretano. Nesse estudo, concluiu-se que a instalação do material isolante do lado externo apresenta um melhor rendimento e a temperatura máxima interna pode ser reduzida de 3ºC a 13ºC. A partir de uma espessura mínima, constatou-se que o isolante reduz sua eficiência, à medida que aumenta sua espessura.
2.9 O elemento de proteção solar Os ganhos de calor pelos elementos da edificação podem ser desejáveis quando as temperaturas estão baixas, e indesejáveis com temperaturas mais elevadas. Proteções solares quando bem projetadas podem garantir que a radiação solar passe pelas aberturas transparentes apenas nos períodos necessários. O sistema de proteção pode ter uma parte fixa e outra móvel, e isso permitiria sombrear o sol indesejável através da parte fixa, e com a parte móvel bloquear quando desejável, de acordo com as necessidades (PASPT et al., 2005).
Os sistemas de proteção solar permitem a obstrução do brilho solar, sem influenciar na vista externa do escritório, que é uma característica importante de um ambiente de
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trabalho saudável. As proteções horizontais montadas acima da janela, refletem ou bloqueiam o feixe de luz, eliminando a maioria do ganho solar e permitindo a passagem de luz difusa para dentro do ambiente, auxiliando a luz artificial na iluminação (JAMES; BAHAJ, 2006).
No estudo de Dilonardo e Romero (2001) apud Maciel (2002), se verificou que o efeito do sombreamento externo é mais eficaz na redução dos ganhos térmicos internos do que o tipo de vidro. Neste estudo, independente do tipo de vidro utilizado, a presença do sistema de proteção solar reduz cerca de 25% do ganho térmico interno para a mesma proporção de janela-parede.
Nas regiões caracterizadas por elevadas amplitudes térmicas o sombreamento das janelas é fundamental para a prevenção da intensa radiação solar direta, porém o sombreamento das paredes apesar de ser desejável, não é eficaz (KOENIGSBERGER et al., 1973).
Devido à grande incidência de raios solares em Goiânia, foram implementados dois protetores de cobertura e realizadas medições. Foram realizadas análises com duas situações de protetores: 1ª situação - chapas de cimento (cinza escuro); 2ª situação chapas com pintura branca PVA. Todos os ensaios foram realizados em dias com insolação efetiva elevada. As leituras dos termômetros foram feitas de hora em hora, entre 9 e 21 horas. Com a primeira situação, chapas sujas de cimento, conseguiu-se redução da temperatura superficial em até 11,8º C em relação à laje sem proteção, às 14:30 h; nesse horário a temperatura superficial da laje protegida era 1,0º C superior a temperatura do ar interior. Com a segunda situação, chapas com pintura branca, alcançou-se redução da temperatura superficial com até 16,3ºC às 15:00 horas; nesse momento a temperatura superficial da laje protegida era 2,5ºC inferior à temperatura do ar interior (28,3ºC) (FERNANDES et al, 1995).
O ideal é, antes de começar a projetar, saber como deveriam ser as proteções solares naquela orientação, para assim tirarem partido da sua volumetria na estética da edificação. Se a disposição do ambiente for a adequada, é mais fácil propor proteções solares que permitam a iluminação natural e evitem problemas com aquecimento interno (PAPST et al., 2005).
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Dos edifícios analisados em Florianópolis por Santana (2006), apenas 22,8% da amostra possuem algum tipo de proteção solar, sendo que a maioria foi utilizada para fins estéticos. Observa-se que em alguns edifícios, os sistemas de proteção solar existem em uma pequena parcela da fachada, sombreando somente uma janela por pavimento. Embora existam esses elementos que possuem a função de sombrear, é evidente que não foram projetados para tal fim.
2.10 Considerações Finais Nesse capítulo da revisão bibliográfica, foram abordados assuntos relacionados ao tema deste trabalho. Basicamente, tratou-se de características construtivas relacionadas à eficiência energética em edificações.
A falta de trabalhos publicados que abordassem a correlação do consumo de energia elétrica com as características construtivas de edifícios, foi um motivo para se estudar, separadamente, cada característica construtiva. A partir deste estudo, foram avaliados os métodos de utilização das características construtivas que gerassem menores níveis de consumo de energia pela edificação.
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3.1 Introdução Este trabalho apresenta a análise da variação do consumo de energia de 19 edifícios de escritório de acordo com as características construtivas e tipologias arquitetônicas. Esta correlação ocorre a partir do levantamento dos dados de consumo de energia e características construtivas dos edifícios. A metodologia pode ser dividida em três etapas: •
Levantamento das características construtivas e tipologias arquitetônicas dos edifícios;
•
Levantamento do consumo de energia dos edifícios;
•
Analisar a variação do consumo de energia de acordo com as características construtivas e tipologias arquitetônicas dos edifícios e escritórios;
Essas etapas estão detalhadas a seguir.
3.2 Levantamento de dados Para a coleta de dados das características construtivas, foram utilizados dois trabalhos: Um de iniciação científica, Minku (2005), e o outro de mestrado, Santana (2006). O trabalho de Minku (2005) teve como objetivo geral o levantamento das características construtivas, e no trabalho da Santana (2006) foi feita uma complementação das informações. Através da consulta a estes trabalhos foi possível coletar dados como: •
Largura e profundidade, área total, orientação solar, presença de protetor solar e área de janela dos edifícios.
•
Largura e profundidade dos escritórios.
A obtenção das características construtivas dos edifícios, nos dois trabalhos anteriores, foi feita com auxílio da Secretaria de Urbanismo e Serviço Público – SUSP, da cidade de Florianópolis – SC. Também foi necessária a realização de visitas in loco, pelas autoras dos trabalhos, para complementação de informações obtidas na SUSP.
Metodologia
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3.2.1 Levantamento das características construtivas dos edifícios
A consulta aos de trabalhos Minku (2005) e Santana (2006) também foi necessária para se levantar alguns dados que não estavam diretamente disponíveis, tais como: •
Dos edifícios foram levantadas a absortância da cor externa, relação entre largura e profundidade e a média ponderada de área de janela.
•
Dos escritórios foram levantadas a orientação da fachada principal, relação entre largura e profundidade e área.
A absortância das cores externas dos edifícios foi obtida a partir das refletâncias que estavam disponíveis em Minku (2005). A Eq. (3.1) mostra o cálculo necessário para se obter a absortância. α = 100 − ρ
Eq. (3.1)
Onde: α = Absortância da cor (%); ρ = Refletância da cor (%).
Um dos fatores que influencia tanto no desempenho térmico, quanto na iluminação natural é a forma do ambiente. Para avaliar a influência da forma, tanto dos edifícios, quanto dos escritórios, no consumo de energia, foi utilizado o índice de proporção que relaciona a largura pela profundidade do ambiente, como é exemplificado na Eq. (3.2).
I=
L P
Onde: I = Índice de proporção (adimensional); L = Largura do ambiente (m); P = Profundidade do ambiente (m).
Eq. (3.2)
Metodologia
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As janelas são as principais características construtivas que influenciam no desempenho térmico da edificação, e como cada fachada do edifício possui uma área de janela diferente, foi calculada a média ponderada de área de janela de cada edifício para se correlacionar com o consumo de energia. Os dados necessários foram retirados da dissertação de Santana (2006), que eram a largura e a percentagem de área de janela de cada fachada. A altura da fachada não foi necessária para o cálculo, pois ela é igual para o edifício todo. O cálculo necessário é especificado na Eq. (3.3).
n
MP =
∑L P i =1 n
i i
∑L i =1
i
Eq. (3.3)
Onde: MP = Média ponderada de área de janela por edifício (%); L = Largura da fachada (m); P = Percentagem de área de janela em cada fachada (%); n = Número de fachadas (adimensional).
3.2.2 Levantamento das características construtivas dos escritórios
Como as plantas baixas consultadas em Minku (2005) e Santana (2006) não possuíam a numeração de cada escritório, foi necessário obter in loco, a localização dos escritórios nos edifícios. Com a identificação dos escritórios e a consulta nos trabalhos, foi possível determinar a orientação solar dos escritórios.
A análise da orientação solar é importante para se verificar a influência no desempenho térmico e no consumo de energia do ambiente. Para se determinar a orientação principal de cada escritório, foi consultado em Minku (2005) a orientação norte, a partir desta consulta, foi possível determinar o ângulo da fachada principal de cada escritório. Foi utilizado um limite de abrangência, para cada uma das oito orientações, de 22,5o para o sentido horário e anti-horário e nos casos de escritórios com fachadas para duas orientações, foi utilizado o ângulo médio entre as fachadas.
Metodologia
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3.3 Levantamentos dos consumos de energia elétrica O relatório do consumo de energia dos 19 edifícios de escritórios é essencial para se obter resultados neste trabalho. Então, através da Central Elétrica de Santa Catarina – CELESC foi possível o acesso aos consumos de energia elétrica, no período de 12 meses, individualmente de cada escritório. Os dados utilizados nas analises do consumo de energia são referentes aos meses de julho de 2005 a junho de 2006.
A organização dos dados também foi necessária para se obter a média mensal dos consumos de cada escritório, e com esta média mensal, foi possível determinar o consumo médio de cada edifício, a partir da média aritmética de todos os escritórios que compõem o edifício. Dividindo esta média mensal de cada escritório por sua área, obteve-se a média mensal de consumo por unidade de área de cada escritório e, por conseguinte, a média mensal por unidade de área de cada edifício.
Os consumos fornecidos pela CELESC estão no formato de planilha eletrônica, e em kWh por mês.
3.4 Correlação dos dados Com as características construtivas e os consumos dos edifícios levantados, é possível iniciar o processo de correlação dos dados. Nessa etapa são correlacionados os dados de consumo de energia com as características construtivas dos edifícios e escritórios.
3.4.1 Análises simples
Esta etapa do resultado apresenta as análises da freqüência da incidência das características construtivas dos edifícios e escritórios. As características construtivas que são analisadas com o intuito de se verificar a preocupação em projetar edificações mais eficientes são: •
Área dos edifícios e escritórios;
•
Índice de proporção dos edifícios e escritórios;
•
Orientação da fachada principal dos edifícios e escritórios;
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•
Absortância da cor externa dos edifícios;
•
Média ponderada de área de janela dos edifícios;
•
Presença de proteção solar nos edifícios;
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3.4.2 Avaliação do consumo de energia
É de esperar uma variação no consumo de energia dos edifícios dependendo do período da análise, pois no verão a incidência da radiação solar é maior e, portanto o consumo de energia tende a variar. Foi feita uma avaliação da variação dos consumos de energia, por unidade de área (kWh/m²), no decorrer do ano e foram avaliados os seguintes fatores: •
Orientação solar;
•
Andar do edifício.
A média mensal do consumo de energia, a ser utilizada na análise do consumo de energia separado por orientação solar, foi calculada a partir de uma média mensal por unidade de área dos escritórios pertencentes a cada orientação.
No caso da análise do consumo de energia separado por andar, a média mensal por unidade de área utilizada foi calculada a partir da média do consumo de energia dos escritórios que compõem cada andar.
Também foi estabelecida uma tabela com a soma anual dos consumos de energia das edificações em estudo. Foram definidas a soma anual dos consumos separados por orientação e a soma anual do consumo de energia com o auxilio das análises anteriores. Através de um método estatístico, foram eliminados da soma, os valores espúrios de consumo de energia.
Metodologia
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3.4.3 Correlação do consumo de energia com as características dos escritórios
As correlações foram realizadas com a finalidade de avaliar a influência das características construtivas no consumo de energia dos escritórios. As correlações realizadas nos escritórios foram: •
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a área e o índice de proporção;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com o índice de proporção separado por orientação solar;
3.4.4 Correlações do consumo de energia com as características dos edifícios
Algumas características somente foram correlacionadas tomando em consideração o edifício como um todo. As correlações realizadas nos edifícios foram: •
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a área e o índice de proporção;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a área de janela separada por orientação;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a percentagem de janela em cada fachada separada por orientação;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a absortância da cor externa;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a média ponderada de área de janela;
•
Correlação do consumo de energia (kWh/m²) com a presença de proteção solar.
Tanto nos escritórios, como nos edifícios, foram analisadas as variações do consumo de energia (kWh/m²) com a variação da orientação solar da fachada principal.
4
RESULTADOS
4.1 Introdução O conteúdo deste capítulo refere-se aos resultados obtidos no estudo, iniciando com a localização e a variação da incidência das características construtivas dos 19 edifícios em estudo. Foram levantadas a freqüência de incidência das seguintes características construtivas: •
Área dos edifícios e escritórios;
•
Forma dos edifícios e escritórios;
•
Orientação solar dos edifícios e escritórios;
•
Área de janela por fachada dos edifícios;
•
Absortância da cor externa nos edifícios;
•
Presença de proteção solar.
O consumo de energia dos edifícios pode sofrer uma variação devido à incidência da radiação solar ao longo do ano, como também, pela posição do escritório nos diferentes andares. Esta variação no consumo de energia pode ocorrer principalmente devido a variação na intensidade solar. Então, foi avaliada a influência na variação do consumo de energia, ao longo do ano, dos seguintes fatores: •
Orientação da fachada;
•
Andar do edifício.
O capítulo segue com as correlações entre os consumos de energia e as características construtivas a seguir: •
Forma, área e a incidência dos edifícios;
•
Forma, área e a incidência dos escritórios;
•
Absortância da cor externa e a incidência dos edifícios;
•
Área de janela e a incidência dos edifícios;
•
Presença de proteção solar dos edifícios.
Resultados
28 Também foram realizadas as análises da variação do consumo de energia dos edifícios e escritórios com a variação da orientação solar e a freqüência de incidência.
4.2 Características Gerais 4.2.1 Localização e incidência dos edifícios e escritórios
A área central da cidade de Florianópolis – SC foi escolhida como a região de estudo, pelo fato de ser o local com maior incidência de edifícios de escritório na cidade. A Fig. 4.1 apresenta o mapa do Brasil, com a localização da cidade de Florianópolis e, em específico, o centro da cidade, onde os edifícios se localizam.
Fig. 4. 1: O centro de Florianópolis com a localização dos edifícios em estudo. Fonte: Santana (2006)
Em trabalhos desenvolvidos anteriormente, Minku (2005) e Santana (2006), foram levantados os dados de 35 edifícios. Porém, devido ao fato de existirem, tanto dificuldades no processamento dos dados de consumos de energia, quanto erros nas plantas baixas das edificações, não foi possível analisar todos os edifícios. Então, neste trabalho foram analisados 19 edifícios que totalizam 1055 salas de escritórios.
A partir da consulta nos trabalhos de base, foi verificado que o intervalo com maior número de escritórios por edifício é o de 76 - 90, sendo que este intervalo representa 26% do total, de acordo com a Fig. 4.2. Os edifícios em estudo apresentam de 5 a 11 pavimentos, com escritórios que variam de 12,2 a 139,7 m² de área.
Resultados
29 Número de edifícios
6 5 4 3 2 1 121 140
106 120
91 - 105
76 - 90
61 - 75
46 - 60
31 - 45
16 - 30
14 - 15
0
Número de escritórios por edifício
Fig. 4. 2: Freqüência da incidência de escritórios por edifício.
4.2.2 Freqüência da incidência de forma e área
A área e respectivas dimensões são fatores que colaboram para verificar a eficiência da edificação. Com relação à área total dos edifícios, a qual pode influenciar no consumo de energia, se pode observar a freqüência da incidência na Fig. 4.3. A maior freqüência foi verificada no intervalo de 4501m2 a 6000m2, com 31% do total dos edifícios. A segunda maior freqüência ocorre nos intervalos de 1501 a 3000m² e 3001 a 4500m², totalizando 21% para cada intervalo.
Número de edifícios
7 6 5 4 3 2 1 > 7501
Área total do edifício (m 2)
6001 7500
4501 6000
3001 4500
1501 3000
< 1500
0
Fig. 4. 3: Freqüência da incidência dos intervalos de área total dos edifícios.
Com relação à área de cada escritório, a Fig. 4.4 mostra que a maior incidência de escritórios ocorre no intervalo de 12,2 a 29,9 m2, sendo que este intervalo representa 52% do total. A preocupação em se projetar ambientes energeticamente eficientes não é
Resultados
30 verificada nesta análise, visto que Ghisi e Tinker (2005) indicam que ambientes maiores, com condicionamento artificial e integração da luz natural, proporcionam menores consumos de energia por unidade de área. Porém, quando não é verificada a integração automatizada da luz natural com a artificial, ambientes menores podem favorecer o aproveitamento da iluminação natural.
Número de escritórios
600 500 400 300 200 100 120 - 150
90 119,9
60 - 89,9
30 - 59,9
12,2 29,9
0
Área dos escritórios (m 2)
Fig. 4. 4: Freqüência da incidência dos intervalos de área dos escritórios.
Outro dado que é importante ser levantado para avaliar a eficiência das edificações é o índice de proporção, que relaciona a largura e a profundidade. Nos edifícios, a largura foi considerada como sendo a dimensão da fachada principal, e nos escritórios, a dimensão da fachada com janela ou, no caso de escritórios de esquina, a dimensão da fachada com maior área de janela.
Nos edifícios, o intervalo de índice de proporção menor que 0,4 apresentou a maior freqüência de incidência, como é visto na Fig. 4.5. A revisão bibliográfica do item 2.3 recomenda, para climas quentes, projetar edificações com alto índice de proporção para se alcançar menores níveis de consumo de energia. Ou seja, edificações com grande dimensão de largura desde que haja um estudo da orientação adequada e o uso de estratégias passivas, como a integração da luz natural.
Resultados
2,5 - 2,9
2,0 - 2,4
1,5 - 1,9
0,5 - 0,9
1,0 - 1,4
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 < 0,4
Número de edifícios
31
Índice de proporção dos edifícios
Fig. 4. 5: Freqüência da incidência dos intervalos de índice de proporção dos edifícios.
Sobre a forma dos escritórios, Ghisi et al. (2005) indicam que salas com pouca largura (fachada com área de janela) e grande profundidade são a melhor opção para se alcançar maior eficiência no consumo de energia dos escritórios com resfriamento artificial. Esta recomendação não valoriza o aproveitamento da luz natural, porém almeja alcançar menor consumo de energia a partir da diminuição do uso do sistema de resfriamento. Como 62% dos escritórios apresentaram a largura menor do que a profundidade (índices menores do que 1,0), é possível afirmar que, de acordo com as conclusões de Ghisi et al. (2005), a geometria da maior parte destes escritórios é adequada para se obter menor consumo de energia.
Número de escritórios
400 350 300 250 200 150 100 50 4,5 - 4,9
4,0 - 4,4
3,5 - 3,9
3,0 - 3,4
2,5 - 2,9
2,0 - 2,4
1,5 - 1,9
1,0 - 1,4
0,5 - 0,9
< 0,4
0
Índice de proporção dos escritórios
Fig. 4. 6: Freqüência da incidência dos intervalos de índice de proporção dos escritórios.
A freqüência da incidência do índice de proporção dos escritórios também é verificada na Fig. 4.7, onde é apresentada a freqüência de cada índice separadamente. Observa-se
Resultados
32 novamente que os menores índices apresentaram as maiores freqüências de incidência nos escritórios. Com esta análise, é possível se prever que o aproveitamento da luz natural será baixo, como também, a carga térmica recebida do meio externo. Assim, o consumo de energia pelo sistema de resfriamento poderá ser racionado, dependendo da orientação da fachada.
160 y = 33,901x -1,1469 R2 = 0,6946
Número de escritórios
140 120 100 80 60 40 20 0 0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
Índice de proporção dos escritórios
Fig. 4. 7: Freqüência da incidência dos índices de proporção dos escritórios.
4.2.3 Freqüência da incidência da orientação
A preocupação com a orientação solar é importante para o desempenho térmico e a eficiência energética de uma edificação, pois dependendo da orientação da fachada, a incidência de radiação solar pode ser mais rigorosa, como ocorre nas orientações lesteoeste. Para desenvolver a avaliação das orientações, foi utilizado um limite de abrangência de 45o para cada uma das oito orientações.
Nos edifícios, foi verificada uma maior incidência das fachadas principais na orientação nordeste, somando 26% do total de edifícios analisados, como se vê na Fig. 4.8. Como mais de 68% dos edifícios possuem a fachada lateral maior que a principal, indicado na Fig. 2, as orientações norte e sul, que também somam 26% dos casos, são desfavoráveis para serem adotadas como fachada principal, pois isso pode resultar em fachadas com maiores dimensões orientadas para leste e oeste.
Resultados
33
Número de edifícios
5 4 3 2 1
or de st e N
Su l
Su do es te
Su de st e
O
Le st e
es te
or te N
N
or oe st e
0
Orientação da fachada principal dos edifícios
Fig. 4. 8: Freqüência da incidência da orientação solar da fachada principal dos edifícios.
O estudo da orientação dos escritórios aponta que mais de 40% do total avaliados possuem a fachada com maior área de janela voltada para duas orientações desfavoráveis, oeste e leste, como é mostrado na Fig. 4.9. Esta despreocupação com a orientação solar pode causar o uso do sistema de resfriamento por um maior período durante o dia.
Nesta Fig. 4.9, se nota que as orientações leste e oeste possuem as maiores incidências de escritório, e no gráfico anterior, Fig. 4.8, estas mesmas orientações apresentam somente 15% de incidência nos edifícios. Como 68% dos edifícios possuem a fachada secundária maior que a principal e 26% dos edifícios apresentarem sua fachada principal para as orientações norte e sul, explica alta freqüência de escritórios com fachadas direcionadas para as orientações leste e oeste.
150 100 50
es te O
Le st e
or de st e N
e
or oe st e N
Su do es t
or te N
Su l
0 Su de st e
Número de escritórios
200
Orientação dos escritórios
Fig. 4. 9: Freqüência da incidência da orientação solar nos escritórios.
Resultados
34
4.2.4 Freqüência da incidência dos intervalos de área de janela
A área ponderada de janela foi utilizada para esta análise, pelo fato de cada fachada do edifício possuir uma área de janela diferente. Com isto, a característica construtiva utilizada é a proporção de área de janela na área de cada fachada do edifício.
A janela é a parte da fachada onde o fluxo do calor passa do meio externo para o interno com maior facilidade, e então, é importante analisar até quanto esta área de janela é favorável para a edificação. No caso de Florianópolis, a maior freqüência está no intervalo de 10 a 29,9% de área ponderada de janela nos edifícios, que soma 73%, como é visto na Fig. 4.10. De acordo com Ghisi e Tinker (2006), a área ideal de janela por fachada é proporcional ao índice de ambiente, que neste caso equivale-se ao índice de proporção, e varia de 10% da área da fachada para salas com o índice de ambiente de 0,60 a 22% para índices de 5,00. Como visto anteriormente, a maioria dos escritórios em estudo possuem baixos índices de proporção, e quanto à área ponderada de janela, não é verificada uma preocupação em se projetar escritórios com área ideal de janela.
Um fator que contribuiu para que a área ponderada de janela fosse verificada baixa, é pelo fato das fachadas cegas (sem janelas) serem incluídas nos cálculos. Assim, isto
> 60
50 - 59,9
40 - 49,9
30 - 39,9
20 - 29,9
10 - 19,9
8 7 6 5 4 3 2 1 0 < 9,9
Número de edifícios
explica o porquê da incidência ser alta nos intervalos de área ponderada baixa.
Área ponderada de janela dos edificios (%)
Fig. 4. 10: Freqüência da incidência dos intervalos de área ponderada de janela nos edifícios.
Resultados
35
4.2.5 Freqüência da incidência no intervalo de absortância da cor externa
Os edifícios em estudo apresentaram uma variação grande na cor externa, o que resultou em uma variação na incidência da absortância de radiação solar, como é visto na Fig. 4.11. O intervalo de 30 a 44,9% de absortância teve uma incidência de 26%, e também se verifica que apenas 15% dos edifícios apresentam a absortância abaixo de 30%. Então, se verifica uma falta de preocupação na escolha da cor externa, o que representa maiores trocas de calor do meio externo para o interno, sendo que uma simples escolha de tonalidade mais clara amenizaria o problema.
Número de edifícios
6 5 4 3 2 1 90 - 100
75 - 89,9
60 - 74,9
45 - 59,9
30 - 44,9
15 - 29,9
< 14,9
0
Absortância da cor da parede externa (%)
Fig. 4. 11: Variação da absorbância da cor da parede externa.
4.2.6 Freqüência da incidência da proteção solar
Dos edifícios analisados, apenas 19% possuíam alguma forma de proteção solar, sendo que desses, a maioria pouco influencia no sombreamento e foram construídos apenas para fins estéticos. A Fig. 4.12 mostra a freqüência da incidência de proteção solar nos edifícios.
Resultados
36 18 Número de edifícios
16 14 12 10 8 6 4 2 0 Não Sim Presença de proteção solar nos edifícios
Fig. 4. 12: Freqüência da incidência da presença de proteção solar nos edifícios.
4.2.7 Considerações Finais
Neste item 4.2, foi possível verificar a preocupação, através da freqüência da incidência, em se projetar edificações que apresentem suas características construtivas favoráveis ao clima da região. Os casos estudados na revisão bibliográfica serviram como base para se analisar o uso das características construtivas dos edifícios em estudo. Os resultados obtidos são analisados com o consumo de energia no item 4.4 de correlação de dados.
4.3 Consumo de Energia Para iniciar a avaliação dos consumos de energia dos 19 edifícios em estudo, foi necessária a organização da planilha dos consumos consultada na CELESC, pois alguns dados foram emitidos zerados, e imagina-se que isso ocorra pelo fato do escritório estar desocupado no período da análise.
Os dados de consumo de energia dos 19 edifícios, consultados na CELESC, são referentes aos meses de julho de 2005 a junho de 2006. Então, os dados de consumo de energia referentes ao período de janeiro a junho são pertencentes ao ano de 2006, e de julho a dezembro são do ano de 2005.
Como visto na revisão bibliográfica, a cobertura, a orientação solar e o período do ano são fatores que podem influenciar no consumo de energia de uma edificação. Com isso,
Resultados
37 foram analisados os consumos de energia das edificações no decorrer do ano, levando em consideração a orientação solar da fachada e a posição do escritório nos diferentes andares.
Os resultados das análises dos consumos de energia são apresentados nas Fig. 4.13 a 4.31. São apresentadas a foto do edifício (a), o croqui do pavimento tipo (b), a análise do consumo de energia separado em orientação (c) e a análise do consumo de energia separado por andar (d).
De acordo com os gráficos de consumo, os meses que em média apresentaram maiores consumos de energia foram de fevereiro a abril. De dezembro a abril é o intervalo do ano em que a radiação solar apresenta incidência por um maior período de tempo, porém devido à fase de férias dos funcionários dos escritórios, os meses de dezembro e janeiro nem sempre apresentaram consumo de energia alto.
Outro intervalo do ano que pode apresentar consumos altos de energia nos edifícios é de julho a outubro. Este consumo alto pode ser devido ao uso de iluminação artificial por mais tempo nesta época do ano, ou então, por alteração do locatário.
O material utilizado nas coberturas dos edifícios é variado, contudo não foi possível verificar uma tendência que se esperava de acordo com o item 2.5. A tendência esperada é que quanto mais alto o andar, maior o consumo devido à carga térmica recebida pela cobertura. Um dos motivos dos consumos não apresentarem uma tendência é pelo fato de não ter sido realizado o estudo do entorno das edificações, pois com o sombreamento nos menores andares, estes podem necessitar do uso da iluminação artificial por mais tempo que os andares acima.
Na análise do consumo de energia separado por orientação, as fachadas voltadas para a orientação norte e leste apresentaram os maiores consumos de energia. As análises apresentaram oito incidências da fachada norte e treze da leste, sendo que a fachada norte apresentou 37%, do total de sua incidência, o maior consumo em relação às outras fachadas. A orientação leste apresentou 53%, do total de sua incidência, a maior média de consumo entre as fachadas, sendo que o consumo de energia dessas orientações sempre se apresentou alto.
Resultados
38 A análise do Edifício Idelfonso Linhares, que corresponde a Fig. 4.24, apresenta tendências que são verificadas em outras análises. Neste edifício, a análise do consumo de energia separado por orientação, diferente do consumo separado por andar, apresentou maiores médias no período de verão, janeiro a abril. O mês de abril apresentou a maior variação do consumo de energia entre as orientações da análise, e isto é de se esperar, pois a radiação solar é rigorosa nesta época do ano. A orientação leste possui neste mês mais de 100% de diferença para a sul.
Na Tabela 4.1, são expostos os dados de consumo de energia dos 19 edifícios separados por orientação, bem como o consumo médio de cada edifício. Nesta Tabela 4.1, alguns edifícios, como o Alexandre Carione da Fig. 4.24, podem apresentar mais orientações que fachadas. A quantidade de orientação maior que de fachada se deve ao fato do edifício possuir escritórios que sejam localizados na esquina do edifício e então, voltados para duas orientações, como é esclarecido na metodologia. Já o Edifício Aliança, Fig. 4.14, possui consumo para uma única orientação, pois apresenta a fachada com janela de seus escritórios voltados para a mesma orientação.
Observa-se na Tabela 4.1, que as orientações norte, leste e nordeste apresentaram as maiores médias de consumo de energia, respectivamente. O consumo de energia da orientação norte já era de se esperar maior que a média pelo fato de receber radiação solar boa parte do dia. A orientação leste pode ter apresentado um consumo de energia mais elevado do que a oeste por apresentar uma área total de janela aproximadamente 28% maior do que a da fachada oeste, como é visto no item 4.4.4.
Analisando os consumos anuais de energia por orientação, foi verificada uma diferença de aproximadamente 50% entre a maior e a menor média de consumo. Observa-se, também, a alta diferença no consumo de um mesmo edifício, sendo que maior variação (acima de 600%) ocorreu no Golden Tower. Esta alta variação pode ocorrer devido à orientação norte possuir área de janela quase quatro vezes maior do que a noroeste (há 94,0 m² de área de janela na fachada norte contra 27,1 m² na noroeste).
O consumo médio anual para os 19 edifícios foi calculado a partir dos consumos de energia por orientação e verificou-se uma variação entre 52,2 e 114,4 kWh/m² por ano. A média geral foi de 82,4 kWh/m² por ano; e o número médio de escritórios por orientação foi de 120.
Resultados
39
Tabela 4. 1: Análise do consumo anual de energia por orientação de cada edifício. Edifício
Alexandre Carione Aliança Antero F. Assis Carlos Meyer Casa do Barão Office Square Emedaux Golden Tower Granemann Idelfonso Linhares Comercial Ilha Jaime Câmara Mirage Tower Pedro Xavier Regency Tower Saint James Torre da Colina Trajanus Velloso No de escritórios Média Desvio Padrão
Consumo de energia por orientação (kWh/m² ano) Norte Sul
Consumo médio Leste Oeste Nordeste Noroeste Sudeste Sudoeste (kWh/m² ano)
93,0
62,3
60,1
93,2
72,5
55,3 74,3 74,7
76,2 110,4 52,2 58,4 94,3 79,0 91,8 114,4 73,3
66,8 104,7 79,9 61,6 55,0 104,4
110,4 52,2 61,5 88,8 109,0 106,0 95,2 103,7 71,2 50,4 145,4 280,9 82,4 97,2 73,0 101,7 89,3 29,0 79,9
46,8
86,6 84,2
85,7 132,4 63,6 103,6 93,4 107,2 92,5 61,9 70,6 98,9 76,4 74,7 74,1 66,8 189 89,5 21,1
58,7
71,3 38,9
51,2
74,7 63,4
79 62 104,4 79,3 67,6 25,6
93,4
198 77,6 28,4
88,0 116,6 147,2 93,4 80,7 96,3 84,2
70,9
73 70,0 14,2
116 74,6 16,0
120 82,4 28,3
82,6
68,6 57,4
57,9 111,8
50,9 61,7
62,8 125 88,9 25,8
86,6
66,1 86,1 83,6 100,3 75,0 74,6 87,4 84,0 75,5 72,2
121 75,6 28,2
Resultados
40
C ES IT R R Ó
C W
IO
95 18
. EV EL
C W
. EV EL
C ES R
C
O RI
C ES
Ó IT
R Ó
ED R
IT
R
R
O
IO
IT
R O
R C ES IO
C W
R Ó
CR ES
IO
IO R
C W
R Ó IT
Ó IT
CR ES
C W
C W
CR ES Ó IT
98 5
IO R
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
norte oeste sudoeste sul leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. andar 1
26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
andar 10
Período (m ês)
andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 13: Análise do consumo de energia do Edifício Alexandre Carione.
Resultados
41
ESCRITÓRIO
34
26 ,5
WC
WC
CO RR ED OR
ELEV. ELEV.
ES CA DA W C
ESCRITÓRIO
W C
67
Fonte: Santana (2006)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(a) Foto do edifício.
0,6
3
Fonte: Minku (2005)
(b) Croqui do pavimento tipo.
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
noroeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set Período (m ês)
out nov dez
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 14: Análise do consumo de energia do Edifício Aliança.
Resultados
42
,63 26 12
.
IT CR ES .
IT CR ES
30 31 .
IT CR ES
W
C
C W
.
IT CR ES DA CA ES
.
IT CR ES IT CR ES
. EV EL
.
IT CR ES .
W
IT CR ES
W
C
W
W
C
C W
. EV EL
.
C
W
OR ED RR CO
C
C
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Noroeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 10
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 15: Análise do consumo de energia do Edifício Antero F. de Assis.
Resultados
43
JA N
EL A
JA NE LA
22 70
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
WC
WC
ELEV.
CORREDOR
WC
ESCADA ELEV.
ESCRITÓRIO
WC
ESCRITÓRIO
JA N
EL A
13 40 JA N
EL A
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
nordeste sudoeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 jan fev mar abr mai jun
jul
ago set
out nov dez
Período (m ês)
andar 10 andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 16: Análise do consumo de energia do Edifício Carlos Meyer.
Resultados
WC ESCRITÓRIO ELEV.
EDOR CORR
ESCADA
ESCRITÓRIO
2462,83
WC
ESCRITÓRIO
44
846,4
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
oeste leste norte
jan
fev
mar abr
mai
jun
jul
ago
set
out nov dez
Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 17: Análise do consumo de energia do Centro Comercial Granemann.
Resultados
45
ESCRITÓRIO
1587,63
WC
WC
CORREDOR
ELEV.
ELEV.
ESCRITÓRIO
WC
ESCADA
WC
1123
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
leste nordeste
jan fev mar abr mai jun
jul
ago set out nov dez
Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 18: Análise do consumo de energia do Edifício Comercial Ilha.
Resultados
46
WC
WC
WC
WC
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
ESCADA
WC
ELEV.
CORREDOR
ELEV.
ESCADA
ELEV.
WC
ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO
WC
4010
ESCRITÓRIO
WC
WC
ESCRITÓRIO ESCRITÓRIO
WC
WC
WC
WC ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
WC
WC
WC
WC
1880
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
sudoeste sudeste leste norte oeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 10
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 19: Análise do consumo de energia do Centro Executivo Casa do Barão.
Resultados
47
ELEV. ESCAD
ELEV.
WC
A ESCRITÓ
IO
WC
ESCRIT
IO
WC
WC
ESCRIT
ÓRIO
1524
ESCRIT ÓR
CORRE
DOR
ESCRIT ÓR
WC
ESCRIT
ÓRIO
ÓRIO ESCRIT ÓRI WC
O
WC
1524,5
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
nordeste sudeste leste oeste sudoeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 7 andar 8 andar 9 andar 10 andar 11 andar 12
jan fev mar abr mai jun
jul
RIO
ago set out nov dez
Período (m ês)
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 20: Análise do consumo de energia do Centro Executivo Velloso.
Resultados
48
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
WC
WC
2566
ELEV.
CORREDOR
ELEV.
ESCADA
WC
WC ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
740
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m 2)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14
sudeste sudoeste
12 10 8
nordeste noroeste
6 4 2 0 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
andar 10
Período (mês)
andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 21: Análise do consumo de energia do Edifício Dom Jaime Câmara.
Resultados
OR ITÓR WC
ESCR
WC
DA ESCA
WC WC
ESCR ITÓR IO
CORR ED IO
ELEV .
ELEV . EL EV.
ESCA DA
5092
ESCR
ITÓR
IO
WC
WC
ESCR ITÓ RIO
WC
WC
49
790
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
sudeste nordeste leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 22: Análise do consumo de energia do Edifício Emedaux.
Resultados
WC DO R EL EV A
225 0
EL EV RIO
WC
ES
CR ITÓ
ES
RIO
CR ITÓ
RIO
ES CR ITÓ
WC
CO RR E
DO R
ES CR ITÓ
RIO
AD OR
WC
WC
ES
CR IT
ÓR IO
ES
CR ITÓ
RIO
50
915
Fonte: Santana (2006)
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
45 40
norte
35
leste
30
sul
25
oeste
20
noroeste
15 10 5 0 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 jan fev mar abr mai jun
jul ago set out nov dez
Período (m ês)
andar 9 andar 10
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 23: Análise do consumo de energia do Edifício Golden Tower.
Resultados
51
EV .
IT ES CR
ES C
RIT ÓR IO
ÓR IO
W
ES CR
C
IT ÓR
W C
IO
ES C
RIT ÓR IO
EL EV .EL
CA FÉ
W
C
CO
RR
ED OR
W C
ES CA DA
29 30
ES CR
IT ÓR
IO
ES CR
IT ÓR
IO
21 00
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
oeste norte sul leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
andar 10
Período (mês)
andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 24: Análise do consumo de energia do Edifício Idelfonso Linhares.
Resultados
WC IO ESCRITÓR
IO ESCRITÓR
WC
WC
IO WC ESCRITÓR
WC
IO ESCRITÓR
V. ELEV. ELE
2566
CORREDO
R
ESCRITÓR
IO
IO ESCRITÓR
ESCRITÓR
IO
WC
WC
WC
ESCRITÓR
IO
IO ESCRITÓR
52
930,62
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
sudoeste sudeste nordeste norte oeste leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 11 andar 12
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 25: Análise do consumo de energia do Edifício Mirage Tower.
Resultados
53
12
, 63 70
C W
A OP IO C ÓR IT CR ES
AC
24
IO ÓR IT CR ES
95
EL
DA CA ES
. EV EL . EV
C W
C W
OR ED RR CO
A
AC
C
PA OP C CO
W
P CO A
IO ÓR IT CR ES C
IO ÓR IT CR ES
PA CO
W
C W
AC IO ÓR IT CR ES
Fonte: Santana (2006)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(a) Foto do edifício.
Fonte: Minku (2005)
(b) Croqui do pavimento tipo.
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
leste sul sudoeste oeste norte
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
andar 10
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 26: Análise do consumo de energia do Edifício Office Square.
Resultados
C
C ES C
ES
10
W W
90
54
RIT
ÓR
IO ES CR
CA DA
IT ÓR IO W C
EL EV .
EL
EV . CO RR
W
ED OR
ES C
RI TÓ
RIO W
C
W C
20
ES C
RIT ÓR IO
C
31
W C W
C
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
nordeste sudoeste oeste norte
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. andar 1
26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
andar 11 andar 12
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 27: Análise do consumo de energia do Edifício Pedro Xavier.
Resultados
55
ESCRITÓRIO
CORREDOR
ESCRITÓRIO
WC
WC
ELEV.
ESCADA
WC
ESCRITÓRIO
WC
ESCRITÓRIO
WC ELEV. ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
WC
WC
1729
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
1430
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
noroeste sul sudeste nordeste sudoeste leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 11 andar 12
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 28: Análise do consumo de energia do Edifício Regency Tower.
Resultados
56
WC WC ESCRITÓRIO COPA
4260
ESCRITÓRIO
CORREDOR WC WC ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
WC
WC
ESCRITÓRIO
RECEPÇÃO
COPA
WC
ELEV.
ESCADA
CORREDOR
WC
ELEV.
RECEPÇÃO
ESCRITÓRIO
CORREDOR
WC
WC
ESCRITÓRIO
ESCRITÓRIO
720,63
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
sudoeste sudeste noroeste nordeste oeste leste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (m ês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar andar 1
26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 10 andar 11
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 29: Análise do consumo de energia do Edifício Saint James.
Resultados
57
29
WC R
184 5
RR
ES
CA
DA
CO
EL V. EL E
ED O
EV .
RIO CR I TÓ ES
ES
CR ITÓ
RIO
ES C
RIT
ÓR
IO
WC
WC
ES
CR
WC W
ITÓ
C
ES
RIO
CR
ES
ITÓ
CR
RIO
ITÓ
ES C
RIO
RIT
ÓR
IO
135 8,
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
norte oeste leste nordeste sudoeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7 andar 8 andar 9 andar 10
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
andar 11 andar 12
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 30: Análise do consumo de energia do Edifício Torre da Colina.
Resultados
58
ES
CR
ITÓ RIO WC
EL E
V.E
L
EV . E S
CA
CO RR
E
DA
DO R WC WC
KIT . WC ES
CR IT
ÓR IO
443 5
675
WC
Fonte: Minku (2005)
(a) Foto do edifício.
(b) Croqui do pavimento tipo.
Consumo médio de energia (kWh/m²)
Fonte: Santana (2006)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
leste oeste
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
Consumo médio de energia (kWh/m²)
(c) Consumo de energia separado por orientação solar. 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
andar 1 andar 2 andar 3 andar 4 andar 5 andar 6 andar 7
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Período (mês)
(d) Consumo de energia separado por andar do edifício. Fig. 4. 31: Análise do consumo de energia do Edifício Trajanus.
Resultados
59
4.4 Correlação dos dados Nesta etapa do trabalho, serão apresentados os resultados das correlações do consumo médio mensal (kWh/m²) de energia com as características construtivas dos edifícios e escritórios. As correlações têm a finalidade de avaliar a influência da forma, área, área de janela, absortância da cor externa e presença de proteção solar no consumo de energia dos edifícios e escritórios. Também foram analisadas as variações do consumo de energia com a variação da orientação solar dos edifícios e escritórios.
4.4.1 Forma e área dos edifícios
Nas correlações do consumo de energia com a forma dos edifícios, foram utilizados o consumo médio mensal e os índices de proporção, que representam a razão entre a largura da fachada principal e a profundidade. A correlação com o consumo de energia, por unidade de área, apresentou um baixo coeficiente de determinação, porém, pode-se verificar na Fig. 4.32, uma maior variação do consumo nos menores índices.
Consumo mensal de energia (kWh/m 2)
12
y = -1,5249x 3 + 6,8694x 2 - 8,1904x + 9,1494 R2 = 0,2021
10 8 6 4 2 0 0,00
0,50
1,00 1,50 2,00 2,50 Índice de proporção dos edifícios
3,00
3,50
Fig. 4. 32: Correlação do consumo de energia com o índice de proporção dos edifícios.
Na correlação da Fig. 4.33, foi analisada a influência dos índices de proporção, separados em intervalos, no consumo médio de energia por unidade de área. O intervalo que apresentou maior média de consumo de energia dos edifícios corresponde aos índices de 2,0 a 2,4. Este resultado não confirma as conclusões obtidas em simulações do autor Hyde (2000) apud Pedrini e Lamberts (2003), onde afirma que edificações com
Resultados
60 grande dimensão de largura consumem menos energia porque necessitam de menos iluminação artificial, ainda que o consumo para resfriá-la seja maior.
10 8 6 4 2
2,5 - 2,9
2,0 - 2,4
1,5 - 1,9
0,5 - 0,9
1,0 - 1,4
0 < 0,4
Consumo médio mensal de energia (kWh/m²)
12
Intervalo dos índices de proporção dos edifícios
Fig. 4. 33: Correlação do consumo médio de energia com o índice de proporção dos edifícios.
O gráfico da Fig. 4.34 analisa do consumo médio de energia com o índice de proporção dos edifícios e a freqüência da incidência. Observa-se a diminuição da freqüência da incidência, à medida que se aumenta o índice de proporção dos edifícios. O intervalo de índices menores que 0,4 possui a maior incidência dos edifícios, como também, apresentou a segunda maior média de consumo de energia. Analisando o consumo de energia juntamente com a freqüência da incidência, se nota que os resultados obtidos assemelham-se ao do autor Hyde (2000) apud Pedrini e Lamberts (2003), que afirmam
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Freqüência da incidência
2,5 - 2,9
2,0 - 2,4
1,5 - 1,9
1,0 - 1,4
0,5 - 0,9
Consumo de energia
Consumo médio mensal de energia ( kWh/m²)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 < 0,4
Freqüência da incidência
que o consumo de energia diminui com o aumento do índice de proporção.
Intervalo dos índice de proporção dos edifícios
Fig. 4. 34: Correlação do consumo médio de energia com o índice de proporção dos edifícios.
Resultados
61 Como a incidência da radiação solar pode influenciar no consumo de energia da edificação, nesta análise, Fig. 4.35, o índice de proporção foi adotado como sendo a razão entre a maior fachada pela menor. Nesta correlação da Fig. 4.35, observa-se resultados semelhantes aos obtidos na correlação da Fig. 4.32, onde os menores índices apresentaram a maior variação no consumo de energia das edificações e uma tendência de aumento do consumo à medida que aumenta o índice de proporção. Também se pode notar que quatro edifícios apresentam a dimensão de uma fachada, no mínimo, cinco vezes maior que a outra. Com a integração da iluminação natural, estes edifícios podem gerar menores níveis de consumo de energia, o que não se constatou.
Consumo mensal de energia (kWh/m²)
12 10 8 6 4
y = 0,2426x + 6,2999 R2 = 0,0633
2 0 0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7, 0
Índice de proporção dos edifícios
Fig. 4. 35: Correlação do consumo de energia com o índice de proporção invertido dos edifícios.
O consumo médio mensal de energia, kWh/m², também foi analisado com a área total dos edifícios. Nesta analise é verificada a influência da área no consumo de energia eletrica. Na correlação da Fig. 4.36, se verifica um baixo coeficiente de determinação devido à baixa correlação da área do edifício com o consumo de energia. O que se apresenta é uma leve tendência do consumo de energia aumentar, à medida que a área dos edifícios aumenta. Fatores como a carga térmica interna, entorno, fluxo de calor, entre outros, não estão disponíveis para serem analisados, o que dificulta a correlação dos dados.
Resultados
62 Consumo mensal de energia (kWh/m²)
12 y = 7E-05x + 6,6817 R 2 = 0,0049
10 8 6 4 2 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
Área dos edifícios (m 2)
Fig. 4. 36: Correlação do consumo de energia com a área total dos edifícios.
Na correlação da Fig. 4.37, foram agrupados os consumos de energia dos edifícios em intervalos para realizar uma comparação com a Fig. 4.36. Os intervalos de área dos edifícios apresentaram comportamento semelhante aos consumos de energia da correlação anterior. Os intervalos que possuem a maior média de consumo de energia foram o de 1501 a 3000m² e acima de 7501m², com um consumo médio mensal de 8,1 kWh/m².
10 8 6 4 2 7501
60
50 - 59,9
40 - 49,9
30 - 39,9
20 - 29,9
10 - 19,9
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 < 9,9
Consumo médio mensal de energia (kWh/m²)
interna, como também fluxo de calor, serem desconhecidos.
Resultados
77
Fig. 4. 55: Correlação do consumo médio com a área ponderada de janela dos edifícios.
4.6.3 Presença de proteção solar
A proteção solar é uma característica construtiva que através do sombreamento da fachada pode diminuir a incidência da radiação solar, diminuindo as trocas de calor do meio externo para o interno, ou vice-versa.
O gráfico da Fig. 4.56 apresenta o resultado da análise do consumo médio mensal por unidade de área com a presença de proteção solar nos edifícios. A tendência do item 2.9 da revisão bibliográfica, não é verificada no consumo médio dos edifícios com presença de proteção solar, que ficou cerca de 5% acima dos edifícios sem proteção.
Esta pequena diferença entre os intervalos pode ser explicada pelo fato das proteções solares utilizadas nos edifícios em estudo, serem projetadas com finalidade estética e pouco influenciarem no sombreamento das fachadas. Outros dados como entorno, cor da fachada externa e área de janela da edificação também deveriam ser analisados com a presença de proteção solar para se obter melhores resultados.
Consumo médio mensal de energia (kWh/m²)
8 7 6 5 4 3 2 1 0 Não Sim Presença de proteção solar nos edifícios
Fig. 4. 56: Correlação do consumo médio de energia com a presença de proteção solar nos edifícios.
4.7 Considerações Finais No item 4.3 foi feita uma análise dos consumos de energia das 19 edificações em estudo, levando em consideração a orientação solar da fachada e a posição do escritório nos diferentes andares. Nesta análise foram verificados os períodos onde os consumos atingem os maiores valores, como também, as fachadas mais desfavoráveis para se
Resultados
78 projetar a edificação. O estudo da posição do escritório nos diferentes andares apresentou a tendência esperada somente em alguns casos.
Através da correlação dos dados foram obtidos os resultados do estudo. Com estes resultados foi possível identificar as características construtivas que mais influenciam no consumo de energia de uma edificação. As correlações do trabalho, em geral, apresentaram baixo coeficiente de determinação e nem sempre seguiam a tendência esperada. Fatores importantes como carga térmica interna e entorno não foram avaliados no trabalho, como dito anteriormente, e isso pode ter provocado as fracas correlações verificadas.
5
CONCLUSÕES
5.1 Introdução Neste capítulo serão discutidas as conclusões obtidas nas correlações e análises, a partir dos resultados descritos no capítulo quatro. Também serão expostas as limitações do trabalho e propostas para trabalhos futuros.
5.2 Conclusões gerais O objetivo principal deste trabalho foi correlacionar as características construtivas com o consumo de energia de 19 edifícios de escritório localizados em Florianópolis – SC, e avaliar a influência destas características construtivas no consumo de energia. Algumas simples decisões na fase de elaboração do projeto, como visto no capítulo dois, podem alterar o desempenho energético da edificação e promover melhores níveis de eficiência energética. Foi elaborada uma metodologia para a realização do estudo, onde basicamente foram consultados os consumos de energia nas Centrais Elétricas de Santa Catarina, CELESC, e levantadas as características construtivas das edificações em dois trabalhos e in-loco. Com estes dados levantados, foram realizadas as correlações do consumo de energia com as características construtivas que apresentaram os resultados do trabalho. Com a consulta dos dados de consumo de energia dos edifícios, no capítulo quatro, foram elaboradas duas análises no decorrer do ano. A primeira análise avalia o consumo de energia separado por orientação solar da fachada, sendo que as orientações que apresentaram maiores consumos são a norte e leste, justificando os consumos elevados nas correlações dos consumos de energia dos escritórios. A variação que se obteve entre a maior e a menor soma anual dos consumos de energia foi de 50% entre as orientações. A segunda análise do consumo de energia relaciona o consumo separadamente por andar da edificação. Nesta análise não foi obtida a tendência esperada, que era de quanto mais próximo da cobertura, maior seria o consumo do pavimento. Um fator que não foi avaliado juntamente, que pode influenciar no resultado, é o entorno da
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edificação. O entorno tanto pode sombrear a fachada da edificação, como também, pode aumentar a incidência de luz através da reflexão da luz solar. Tanto na análise do consumo de energia com a orientação, quanto na dos andares separadamente, o período que apresentou, em média, os maiores consumos foi de fevereiro a abril. Este resultado se justifica pelo fato de nesta época do ano, a radiação solar incidir por mais tempo ao longo do dia, como também, com maior intensidade, alterando o desempenho térmico da edificação. O capítulo quatro segue com os resultados obtidos nas correlações do consumo de energia com as características construtivas dos edifícios e escritórios. Através destas correlações, foi verificada a influência de cada característica construtiva no consumo de energia. As características construtivas que tanto apresentaram tendências significativas, quanto uma boa influência no consumo de energia foram área, forma e orientação solar. A área e o índice de proporção do ambiente são características construtivas que influenciam tanto na iluminância, quanto no desempenho térmico da edificação. Referente à influência da área no consumo de energia, nos edifícios não foi verificada uma tendência de consumo e o intervalo com a maior média mensal ficou na marca de 8,1 kWh/m². Entre os escritórios, a tendência obtida segue a revisão bibliográfica, que é do consumo de energia diminuir com o aumento da área, sendo que o intervalo de 12,2 a 29,9 m² apresentou o maior consumo mensal de energia. A maior variação no consumo de energia entre os intervalos foi de 5,9 a 7,5 kWh/m², o que representa uma diferença de 28%. Nos edifícios, as correlações com o índice de proporção apresentaram um baixo coeficiente de determinação e o consumo de energia diminui com o aumento do índice de proporção, o que confirma a tendência da literatura. O intervalo de índice de proporção que apresentou maior consumo de energia abrange os índices de 2,0 a 2,4. A variação do consumo mensal de energia foi de 6,0 a 9,4 kWh/m², o que representa uma variação de 56%. A tendência da revisão bibliográfica é verificada nos escritórios, onde consumo de energia diminui com o aumento do índice de proporção. O intervalo de 2,5 a 2,9 apresentou o maior consumo de energia, com média mensal de 8,0 kWh/m². O índice de proporção nos escritórios é uma característica construtiva que possui uma grande
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influência no consumo de energia, pois foi verificada uma variação de 3,8 a 8,0 kWh/m², o que significa uma diferença de mais de 100% entre o maior e o menor consumo dos intervalos. A influência da forma dos escritórios no consumo de energia também foi avaliada com a orientação solar da fachada. Nesta correlação, os índices de proporção foram analisados separadamente em oito orientações solares, o que tornou os resultados mais expressivos. As orientações solares principais apresentaram um bom coeficiente de determinação, que variou de 0,28 a 0,78 e uma tendência similar entre si, com exceção da orientação leste. A tendência do consumo de energia verificada na maioria das orientações principais é de diminuir com o aumento do índice de proporção, como observado anteriormente. As orientações secundárias não apresentaram tendência significativa, com exceção da nordeste e noroeste, que seguem a tendência das orientações principais. As orientações que, em média, apresentaram os maiores consumos foram norte, leste e nordeste. A orientação solar é outra característica construtiva importante para o desempenho térmico da edificação, e seu estudo prévio, pode gerar melhores níveis de eficiência energética. Na análise da orientação solar dos edifícios, as orientações oeste e sul são as que possuem os maiores consumos de energia, sendo que a orientação oeste é apontada pela literatura como desfavorável para alcançar menores níveis de consumo de energia. Nesta análise o consumo de energia variou de 5,4 a 9,4, uma diferença de 75%. Analisando os escritórios separadamente, os maiores consumos médios mensais foram das orientações norte, com 9,3 kWh/m², e leste com 7,9 kWh/m². Estes resultados coincidem com os resultados obtidos nas análises da forma separada por orientação e seguem a revisão bibliográfica. A maior variação do consumo de energia apresentada pelas orientações foi de quase 100%, ressaltando a importância da orientação na eficiência energética do ambiente. Nas correlações deste estudo, as características construtivas da edificação como cor externa, área de janela e presença de proteção solar não apresentaram grande influência no consumo de energia, ou então, não seguiram a tendência esperada.
A absortância da cor da fachada externa dos edifícios apresentou a tendência esperada, do consumo de energia aumentar com o aumento da percentagem de absorção da cor da
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fachada. Porém o coeficiente de determinação é baixo, diminuindo a influência da cor no consumo de energia. Como observado anteriormente, este baixo coeficiente pode ter sido causado devido a falta de fatores construtivos na análise. A área de janela é uma importante característica construtiva da edificação pois influencia tanto no desempenho térmico, quanto na iluminância do ambiente e portanto, foi analisada de três maneiras distintas: Média ponderada de janela, área e percentagem de janela separada por orientação solar. Estas três maneiras apresentaram baixos coeficientes de determinação e o consumo de energia apresentou tendências variadas. A análise que apresentou resultados mais expressivos foi da percentagem de janela separada por orientação, onde as orientações principais apresentaram melhores resultados que as secundárias. A tendência apresentada na maioria das análises de orientações principais segue a literatura, ou seja, com o aumento da percentagem de janela na fachada o consumo de energia tende a aumentar. A presença de proteção solar traz a vantagem de bloquear os raios solares através do sombreamento das aberturas, diminuindo as trocas de calor. Os protetores solares apresentados nas edificações pouco influenciam no sombreamento das fachadas, pelo fato da maioria não ter sido projetado com esta finalidade. A diferença no consumo de energia entre os grupos com e sem proteção foi de 5%, sendo que o grupo com proteção solar apresentou a maior média mensal com 7,3 kWh/m². Através das correlações realizadas neste trabalho, foram avaliadas as influências de algumas características construtivas no consumo de energia dos edifícios e dos escritórios. As características que apresentaram maiores influências no consumo de energia foram a forma e a orientação solar dos escritórios. Essa influência é confirmada através da variação do consumo de energia, que foi de 140% para a forma e 100% para orientação. Ao contrário do que geralmente se observa em trabalhos sobre simulação computacional do consumo de energia de edificações, as correlações obtidas nesta pesquisa apresentaram baixo coeficiente de determinação e nem sempre seguiram a tendência esperada. Isso pode ser explicado pela influência que fatores como a carga térmica interna de cada escritório e as condições do entorno – que não foram levantados neste
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trabalho – podem exercer sobre o consumo de energia de uma edificação. Nas simulações computacionais esses fatores são controlados, garantindo correlações adequadas.
5.3 Limitações do trabalho Os dados de consumo de energia, consultados na CELESC, foram essenciais para as correlações com as características construtivas dos edifícios. A coleta desses dados foi limitada por certos motivos. Foram observadas incoerências nas planilhas de consumo de energia enviadas pela CELESC, por exemplo, edifícios que não puderam ser consultados, dados de consumo zerados e escritórios com o consumo mínimo. Devido aos contratempos para realização da consulta dos dados de consumo de energia, necessitou-se de uma maior disponibilização de tempo, para o início do capítulo de resultados. Alguns fatores construtivos como a carga térmica interna e o estudo do entorno das edificações limitaram algumas correlações de consumo de energia. Estes fatores são importantes e a inclusão deles nas correlações, tornaria os resultados mais expressivos.
5.4 Sugestões para trabalhos futuros Como sugestão para outras pesquisas referentes a influência das tipologias construtivas no consumo de energia em edifícios de escritório, poderiam ser avaliados fatores como: •
Análise da transmitância térmica, fluxo de calor e entorno sobre o consumo de energia de edifícios de escritórios.
•
Comparação dos dados reais com os dados simulados de consumo de energia.
•
Avaliação da influência da carga térmica interna sobre o consumo de energia dos edifícios e escritórios, uma vez que neste estudo não foi analisados este fator.
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