os novos protÓtipos internacionais da arquitetura de ... · fontes inesgotáveis de energia...
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AUT 221
Arquitetura, Ambiente e Desenvolvimento Sustentável
Energia fontes renováveis e eficiência
energética
Denise Duarte
FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
oferta
fontes renováveis, diversificação da matriz
energética, geração e distribuição distrital
demanda
eficiência energética nas cidades e nos edifícios
“A energia que menos polui e que geralmente menos
custa é aquela que deixa de ser produzida graças à
adoção de um perfil mais sóbrio da demanda
energética e à maior eficiência no uso final das
energias produzidas. A substituição das energias
fósseis por bioenergias e por todas as demais energias
renováveis só vem em terceiro lugar.“
Ignacy Sachs, Estudos Avançados, 21 (59), 2007
Oferta
Diversificação da matriz energética
Uso de fontes renováveis de energia
Geração e distribuição distrital
Fontes inesgotáveis de energia
Energia Solar (energia radiante emitida pelo sol que dá origem
aos combustíveis fósseis, à biomassa, aos ventos e potenciais
hidráulicos)
Energia Geotérmica
Energia de Ondas e Marés (proveniente das interações
gravitacionais com a Lua e o Sol)
Nuclear* (recursos abundantes, porém, exauríveis)
Após passar por várias transformações (atrito, degradação térmica, etc.), a
energia dessas fontes acaba por se transformar em calor na temperatura
ambiente e é enviada de volta ao espaço sob a forma de radiação térmica
No Brasil, 60% do consumo é não renovável! (petróleo, gás, carvão)
renováveis
A energia primária é submetida a transformações gerando a energia secundária,
que é efetivamente consumida pelo homem
•Eletricidade, gerada a partir de hidrelétricas (movidas a energia
hidráulica/energia potencial da água para gerar energia elétrica),
termelétricas (movidas a combustíveis fósseis, calor geotérmico, biomassa
ou fissão nuclear), usinas eólicas, painéis fotovoltaicos
•Derivados de petróleo (óleo diesel, óleo combustível, gasolina, querosene,
gás liquefeito de petróleo)
•Biomassa moderna (biogás de aterros e biocombustíveis)
•Calor de processo e de aquecimento distrital, obtido por combustão em
caldeiras
Entre a produção de energia primária e o uso final (como iluminação ou
refrigeração, por exemplo), há diversas etapas que incluem perdas
importância da eficiência da transformação da energia primária em serviços
energéticos
“Agonia da era fóssil”
1. Exaustão de reservas
2. Segurança de abastecimento
3. Impactos ambientais (poluição local, regional e global)
Fontes renováveis mais usadas hoje
1. Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs)
2. Eólica
3. Biomassa (etanol combustível e cogeração de
eletricidade, biodiesel, carvão vegetal e lenha,
biogás)
4. Solar fotovoltaica (painéis fotovoltaicos)
5. Solar térmica (aquecimento de água)
Incentivo
PROINFA
Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa)
Ministério de Minas e Energia - Brasil
Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002, e revisado pela Lei nº 10.762, de 11 de novembro de 2003
OBJETIVO: promover a diversificação da Matriz Energética Brasileira, buscando alternativas para aumentar a segurança no abastecimento de energia elétrica, além de permitir a valorização das características e potencialidades regionais e locais.
Instituído para aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos com base em fontes eólica, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCH) no Sistema Elétrico Interligado Nacional (SIN).
O prazo para o início de funcionamento desses empreendimentos encerra em 30 de dezembro de 2010.
• prevê a implantação de 144 usinas
• índice de 60% de nacionalização dos empreendimentos
• energia tem garantia de contratação por 20 anos pela Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás)
BRASIL
Em dezembro de 2009, o País possuía no total 2.203 empreendimentos em operação,
gerando, aproximadamente, 107.241 MW de potência instalada, sendo aproximadamente
(ANEEL):
• 74% hidrelétricas
• 23,55% termoelétricas
• 1,9% energia nuclear
• 0,67% energia eólica
O Brasil é interconectado por mais de 90,3 mil km de linhas de transmissão de alta voltagem
(230 kV ou mais), formando o Sistema Interligado Nacional (SIN) que atende cerca de 98%
do consumo de energia do país.
A capacidade instalada do parque gerador brasileiro conectado ao SIN é de 89,1 GW, da
qual aproximadamente 83% é hidrelétrica. Essa capacidade instalada inclui metade da
capacidade instalada de Itaipu – um total de 14.000MW detida em partes iguais pelo Brasil e
pelo Paraguai.
A Região Norte (Estados do Amapá, Roraima, Rondônia, Acre, Pará e Amazônia) não está
interligada ao SIN, e, em razão disso, tal região é denominada de Sistema Isolado, o qual
compreende 45% do território nacional, porém representa somente 7% da demanda total do
país. O Sistema Isolado é abastecido principalmente por fontes geração térmica a óleo
combustível e a óleo diesel.
A matriz energética do Brasil
Fonte: Banco de Informações de Geração ANEEL (www.aneel.gov.br) em 15 de outubro de 2012
MME prevê uma alteração na matriz energética brasileira nos próximos anos
Evolução da capacidade instalada por fonte de geração (GW e %)
Fonte: : EPE – Plano Decenal de Expansão de Energia 2020
Acréscimo de capacidade instalada anual por fonte (MW)
UHE-usinas hidrelétricas; FA-fontes alternativas; UNE-usinas nucleares; UTE-usinas termelétricas.
PCH’s são usinas com potência instalada superior a 1 MW e
igual, ou inferior, a 30 MW e reservatório com área até 3 km2,
conforme a Resolução da ANEEL nº 394, de 04/12/1998.
são o foco de prioridade da Agência Nacional de Energia
Elétrica, atendem às necessidades de carga de pequenos
centros urbanos e rurais.
foram beneficiadas, até final de 2003, pela isenção da taxa de
uso da rede de transmissão e distribuição, além da dispensa
de remunerar os municípios e estados pelo uso dos recursos.
PCH – Pequena Central Hidrelétrica
Solar
Quase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis
fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar.
Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de
energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de
potência mecânica ou elétrica.
Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, pelos efeitos da
radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os
semicondutores.
Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro
caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela
junção de dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons
contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica, por meio do uso de
células solares.
Estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da
ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial (CRESESB, 2000).
Existem dois sistemas para aquecimento solar: • coletores planos • tubulares a vácuo
Os coletores planos consistem em painéis de metal revestidos por um material escuro, coberto por vidro ou plástico. Por trás dos painéis, posiciona-se o encanamento onde passará a água, que se aquecerão devido à radiação solar que é absorvida pelo sistema. Estes coletores chegam a aquecer a água em torno de 350º C e são bem empregados quando fornecem água pré-aquecida para o reservatório do aquecedor a gás (boiler) ou para o aquecedor de passagem. O sistema tubular, como um boiler solar, funciona com um tambor isolado em aço inoxidável, cobre e aço-carbono pintado em epóxi. A água se aquece em torno de 600 ºC, sendo usado sem mais nenhum complemento para o aquecimento. Este sistema deve ser associado com um reservatório que estoque o excesso de calor do verão para completar o aquecimento no inverno.
Energia Solar Térmica (para aquecimento de água)
Lei nº 14.459, de 3 de julho de 2007 “Lei Solar” Altera o Código de Obras do Município de São Paulo Algumas questões técnicas a serem resolvidas: • medição individualizada de água e gás em condomínios
• pressão da água em edifícios altos • acesso ao sol
• espaço nas coberturas
Esquema de um aquecedor solar de uma residência Fonte: http://www.soletrol.com.br/educacional/comofunciona.php
Energia Solar Térmica (para aquecimento de água)
A base das células fotovoltaicas é a transformação de energia solar em eletricidade por semicondutores (geralmente silício) que absorvem os fótons e partículas luminosas. No Brasil, o uso de energia solar fotovoltaica tem sido promovido por algumas concessionárias de energia, como a CEMIG, que implantou um modelo no qual é cobrada uma tarifa para cobrir parte dos custos de atendimento aos domicílios isolados, sendo a outra parte dos investimentos coberta pela obrigatoriedade de alocação de parte de seus lucros em programas sociais.
Energia Solar Fotovoltaica
Configuração básica de um sistema fotovoltaico.
Fonte: www.cresesb.cepel.br
Energia Solar Fotovoltaica
Corte transversal de uma célula fotovoltaica Fonte: www.cresesb.cepel.br
Sistema conectado à rede
Fonte: www.cresesb.cepel.br
Usina fotovoltaica MPX Tauá- CE, Brasil Capacidade instalada: 1 MW
Operação: Julho de 2011
Geração de Energia Solar Fotovoltaica em Usinas
4.680 painéis fotovoltaicos em 12 mil m2
R$ 10 milhões foram investidos para capacidade inicial
de 1 MW (suficiente para suprir 1.500 residências)
o projeto permite a ampliação gradual da capacidade
para até 50 MWp.
Licença de Operação concedida pela
Superintendência Estadual do Meio Ambiente do Ceará
(Semace) e autorização da Aneel para produzir até 5
MW de energia.
parceira com a GE para a duplicação da capacidade de
1 MW para 2 MW (mais 6,9 mil painéis serão
instalados). O acordo prevê que a companhia
americana forneça todo o pacote de equipamentos e
sistemas de tecnologia fotovoltaica.
Com a expansão, mais 6,9 mil painéis serão instalados.
Com operação prevista para 2012.
MPX - mais 3 usinas termelétricas em construção no
NE :1 a gás natural e 3 a carvão mineral pulverizado
Usina fotovoltaica MPX Tauá- CE, Brasil Capacidade instalada: 1 MW
Operação: Julho de 2011
Geração de Energia Solar Fotovoltaica em Usina
O Brasil é uma das referências
Geração de Energia Solar Fotovoltaica
Células fotovoltaicas como envoltória ou
ainda incorporadas aos vidros
• início há pouco mais de 30 anos
• mais de 30.000 turbinas eólicas de grande porte em operação no
mundo, com capacidade instalada da ordem de 13.500 MW
• no âmbito do Comitê Internacional de Mudanças Climáticas, está
sendo projetada a instalação de 30.000 MW, por volta do ano 2030,
podendo tal projeção ser estendida em função da perspectiva de venda
dos "Certificados de Carbono“
• A União Europeia tem como meta gerar 10% de toda eletricidade a
partir do vento até 2030.
• Na Dinamarca, a contribuição da energia eólica é de 12% da energia
elétrica total produzida
• No norte da Alemanha a contribuição eólica já passou de 16%
Energia Eólica no mundo
• imenso potencial eólico ainda não
explorado
• hoje é a 2ª mais barata no Brasil /
custos competitivos com centrais
termoelétricas, nucleares e
hidrelétricas
• grande atenção tem sido dirigida para
o Estado do Ceará por este ter sido
um dos primeiros locais a realizar um
programa de levantamento do
potencial eólico
• a capacidade instalada no Brasil é de
2GW, distribuídos por 71 parques,
com turbinas eólicas de médio e
grande portes conectadas à rede
elétrica e dezenas de turbinas eólicas
de pequeno porte funcionando em
locais isolados para aplicações
diversas
Energia Eólica no Brasil
Fonte: FEITOSA, E. A. N. et al. Panorama do Potencial Eólico no
Brasil. Brasília: Dupligráfica, 2003 (adaptado).
Potencial eólico estimado para vento médio anual igual ou superior a 7,0 m/s – Atlas Potencial eólico do Brasil
Energia Eólica no Brasil
Energia Eólica no Brasil
O Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE)
tem sede na Universidade Federal de
Pernambuco - UFPE, e conta com uma área
de testes para turbinas eólicas localizado no
litoral, próximo à cidade de Olinda/PE (desde
1990).
O CBEE participa de programas de pesquisa e
desenvolvimento, nacional e
internacionalmente, executa projetos e
consultoria para empresas públicas e privadas,
e oferece treinamento e formação acadêmica
para técnicos e engenheiros
O objetivo do CBEE é produzir e divulgar
conhecimento científico nas áreas de
aerodinâmica, aeroelasticidade, controle,
qualidade de energia, sistemas híbridos de
energia, levantamento de potencial eólico e
outros tópicos relacionados à tecnologia de
turbinas eólicas.
Comparação entre o fluxo de água do Rio São Francisco e o regime de ventos no nordeste do Brasil
Energia Eólica
Biomassa
Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa. De acordo com a sua origem, pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras) e rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo). Os combustíveis mais comuns da biomassa são os resíduos agrícolas, madeira e plantas como a cana-de-açúcar, que são colhidos com o objetivo de produzir energia. O lixo municipal pode ser convertido em combustível para o transporte, indústrias e mesmo residências.
Centro nacional de Referência em Biomassa http://www.cenbio.org.br/
Marés, ondas e correntes marinhas são recursos
renováveis, cujo aproveitamento para geração de
energia registra avanços tecnológicos.
Estimativas recentes indicam que a energia
contida nas ondas do mar é cerca de 10 TW (1
Terawatt= 1000 Gigawatt ), equivalente a todo
consumo de eletricidade do planeta.
O percentual de 10% de aproveitamento do
potencial energético total das ondas, considerando
realístico para as próximas décadas, representa
um acréscimo de 1000GW na matriz energética
mundial.
A extração da energia eólica já se encontra em
fase comercial, enquanto a energia das ondas está
em desenvolvimento.
Energia de ondas e marés
No Brasil, 1º protótipo foi construído no Ceará, no
Porto de Pecém, a 60Km de Fortaleza, em 2011
Desenvolvido pela COPPE/UFRJ a partir de teste
no Tanque Oceânico do Laboratório de Tecnologia
Submarina.
O princípio é de armazenamento de água sob alta
pressão numa câmara hiperbárica, obtida pelo
bombeamento realizado pela ação das ondas nos
flutuantes.
A câmara, que libera jato d’água, com pressão e
vazão controladas, aciona turbina acoplada a
gerador produzindo eletricidade.
Energia de ondas e marés
Implantação da usina-piloto no Brasil
1º protótipo construído no Ceará, no Porto de
Pecém, a 60Km de Fortaleza, em 2011
Tecnologia 100% nacional
Usa energia da onda apenas para bombeamento
Converte energia da onda em água pressurizada
Sistema fechado / não joga água suja no mar
Energia de ondas e marés
Reino Unido – Dispositivo Pelamis
O primeiro gerador de energia elétrica a partir das ondas
do mar em escala comercial acaba de completar seu
estágio inicial de testes e está pronto para chegar ao
mercado.
O Pelamis, como foi batizado, está instalado no Centro
Europeu de Energia Marinha, na costa da Grã-Bretanha.
Apesar de ser um protótipo, ele possui escala comercial e
já está integrado à rede de distribuição elétrica do país.
O gerador de energia a partir das ondas foi desenvolvido
ao longo dos últimos seis anos pela empresa Ocean
Power Delivery Ltd. Cada unidade possui uma potência de
750 kW, o suficiente para abastecer cerca de 500
residências.
Mas o projeto apresentado pela empresa compreende 40
máquinas funcionando em conjunto, ocupando uma área
de apenas um quilômetro quadrado e gerando 300 MW de
energia.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias
Energia de ondas e marés
Reino Unido
Estes equipamentos geradores de energia a partir das ondas do
mar deverá emergir das profundezas do oceano na costa do Reino
Unido em 2008.
A empresa AWS Ocean Energy desenvolveu a bóia submarina que
retira energia das ondas a 50 metros abaixo da superfície.
Segundo a empresa, como o equipamento é inteiramente
subaquático, ele não sofre danos causados pelas tempestades
como acontece com outros equipamentos que geram energia a
partir das ondas, além de não interferir com a navegação.
As bóias são ocas e cheias de um gás de alta compressão, que
permite que a metade superior da bóia se mova para cima e para
baixo. Quando uma onda passa sobre ela, na superfície, a água
adicional armazenada no topo da bóia aumenta a pressão da água
e a metade superior da bóia é pressionada para baixo.Quando a
onda se vai, a coluna de água é menor, baixando a pressão e
fazendo com que a metade superior suba. É esse balanço de
sobe-desce que movimenta o gerador no interior da bóia.Segunda
a empresa, a energia elétrica para abastecer uma cidade de
55.000 habitantes precisará de meio quilômetro quadrado de área
do fundo do mar, coberta por 100 bóias submarinas.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias
Energia de ondas e marés
Irlanda do Norte
Existem diversos projetos diferentes com o objetivo de
explorar a energia das ondas e das marés para a
geração de eletricidade. Entre eles, há sistemas
baseado em músculos artificiais, longas bóias
flutuantes e bóias submersas, apenas para citar alguns
que chegaram à fase de projetos-piloto.
As hélices, cada uma medindo de 15 a 20 metros de
comprimento, são montadas em um eixo que é
ancorado no fundo do mar por um sistema de auto-
fixação, o que diminui os custos de instalação.
As primeiras turbinas serão instaladas na costa da
Irlanda do Norte. O movimento das marés nessa
região deverá fazer com que as turbinas girem com
uma velocidade entre 10 e 20 rotações por minuto, o
que seria insuficiente para oferecer riscos para os
animais marinhos. Cada turbina é capaz de gerar 1,2
MW de energia.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias
Energia de ondas e marés
Dinamarca – Wave Dragon
De março de 2003 a julho de 2007, foi desenvolvido
um consórcio para avaliar o potencial das marés e
testar a tecnologia de produção de energia pelas
marés. O projeto de 4.35 mil euros foi financiado pela
Danish Energy Authority (1.7 mill. €), a Comissão
Européia (1.5 mill. €) e a Danish System Operator
Elkraft System's RTD Fund (0.25 mill. €).
O protótipo está sendo desenvolvido pela Nissum
Bredning, na parte norte da Dinamarca. Pesa 237
toneladas e formado por seis turbinas.
O equipamento da Wave Dragon é formado por uma
rampa que permite elevar as águas para um nível a
cima do mar. Estas águas entram num reservatório e
sendo lançadas para as câmaras das turbinas, onde é
gerada a energia elétrica.
A potência total gerada será de 20 kW.
http://www.wavedragon.co.uk/
Energia de ondas e marés
Casa na Suíça com aquecimento geotérmico
Hospital Sarah em Salvador - Lelé
Energia Geotérmica
DO Márcio Vilela, 2004
Fontes de geração - Aquecimento
Calor de processo (co-geração eletricidade e calor)
Calor residual de processos industriais
Energia geotérmica
Energia solar
Energia eólica
Biocombustíveis - etanol, biogases, biomassa
Hidrogênio
Plantas dedicadas à produção de calor
Sistemas Distritais de Energia
Fontes de geração - Resfriamento
Free cooling - massa térmica de lagos, rios e oceanos
Chillers:
• Compressão de vapor (utilizam eletricidade*)
• Adsorção (adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma
superfície sólida (o adsorvente)).
Calor de processo (co-geração eletricidade e calor)
Calor residual de processos industriais
*Eletricidade
Energia solar
Energia eólica
Biocombustíveis - etanol, biogases, biomassa
Energia geotérmica
Hidrogênio
Sistemas Distritais de Energia
Aplicações
Áreas de desenvolvimento urbano e regional
Novos distritos industriais
Novos centros comerciais e empresariais
Bairros residenciais de média e alta densidade
Sistemas Distritais de Energia
Deep Lake Water Cooling System Canada
Sistemas Distritais de Energia
Capacidade > 200 MW
Atendimento: ~ 3 milhões m2 de
edifícios de escritório
http://www.enwave.com
Refrigeração - chillers
Akalla/Kista DC plant, Estocolmo
Capacidade: 48 MW
3 chillers + 3 bombas de calor
Customers : Empresas de IT
~ 750.000 m2
Localização : 2 km do ponto de
consumo
Rede : 13.6 km
Sistemas Distritais de Energia
• Aproveitamento de estratégias passivas (forma, orientação, adequação ao clima, estratégias de ventilação, isolamento térmico, massa térmica, cores adequadas, etc.)
• Uso da envoltória como filtro das condições exteriores
• Uso da iluminação artificial como complemento da natural
• Uso de sistemas de condicionamento artificial de baixo consumo energético
• Eficiência energética no uso dos sistemas de condicionamento artificial
• Adoção do modo misto de climatização
• Adoção de sistemas LowEx
• Adoção de modelos adaptativos de conforto térmico
Eficiência Energética nas edificações
DET. CORTE
FACHADA NORTE[ESCRITÓRIOS E CLÍNICAS]
ESCALA 1[25]
DUTO DE LUZ
PRISMA
PRATELEIRA
DE LUZ
GRELHA
BRISE
VENTILAÇÃO
FORRO FALSO PARA INSTALAÇÕES
VIGA METÁLICA
“METAL DECK”PISO ELEVADO
FORRO GELADO
JAN
ELA
DE
CO
RR
ER
VID
RO
EX
TER
NO
REV
ESTI
MEN
TO
Sistemas de fachadas mais eficientes
TFG Thiago Hernandes
Modo misto de climatização
O modo misto é um sistema de condicionamento ambiental que mescla o uso de técnicas passivas e ativas de climatização, mudando o paradigma do controle total de climatização.
O objetivo é operar o edifício passivamente sempre que possível e usar o sistema mecânico somente quando necessário, e usando diferentes recursos de cada sistema em funções dos horários do dia ou das estações do ano.
Pode ser ´o melhor dos dois mundos´ ou ´o pior dos dois mundos´.
Projeto do átrio do edifício de Engenharia da Universidade de
Concórdia (HUSSEIN, 2012)
Modo misto de climatização
A abordagem para o projeto do edifício operando
em modo-misto começa com a otimização do uso
dos sistemas passivos, como sombreamento e
massa térmica exposta; depois avança para a
simulação termodinâmica para se avaliar as
condições térmicas internas e, só então, se e qual
o condicionamento ativo é necessário.
Antes disso, as opções de condicionamento térmico de edifícios eram polarizadas em 2
estratégias quase sempre isoladas, como duas abordagens diferentes para o mesmo problema
de projeto:
1) A prioridade é isolar o ambiente interno do externo, para usar sistemas mecânicos de
condicionamento por 100% do tempo de operação;
2) A envoltória do edifício é prioridade na estratégia de climatização e ela é configurada para:
a) otimizar o uso da energia no ambiente
b) alcançar um balanço efetivo entre o uso avançado de sistemas de climatização artificial e a
oportunidade dos usuários exercerem controle direto sobre o ambiente interno dos edifícios
Arnold, 1996
Modo misto de climatização
Vantagens do sistema:
•satisfação dos usuários, pela possibilidade de controle das condições internas do edifício
•maior capacidade de adaptação dos edifícios
•menor consumo de energia
Dificuldades para a adoção do sistema:
•questões de projeto arquitetônico a serem atendidas
•maior sofisticação na operação e no gerenciamento do edifício
• implicações na segurança contra incêndio, assim como nos edifícios naturalmente ventilados
•adequação a normas e códigos energéticos (que variam a cada caso)
Projeto de ventilação natural na sede da companhia Bang & Olufsen Headquarters, Denmark (ZHAI; KRARTI, 2011)
Modo misto de climatização
O período de operação passiva pode ser estendido usando técnicas de resfriamento passivo e armazenamento térmico na massa do edifício, principalmente sombreamento na envoltória e uso de iluminação natural para diminuir cargas internas
Partições internas, lajes e mesmo a porção interna da envoltória (fabric thermal storage FTS) devem ficar expostas.
É necessário combinar armazenamento de calor na massa do edifício com ventilação noturna, para remover a carga acumulada na massa do edifício durante o dia.
Mesmo em climas extremos, essas estratégias contribuem para diminuir os períodos do ano em que a climatização artificial é necessária.
Uma análise detalhada só é possível com simulação termodinâmica.
Arnold, 1996
FABRIC THERMAL STORAGE
The basic principle of building mass absorbing
and releasing heat applies to any building with a
cyclical variation in temperature.
The effect can be enhanced by exposing a larger
amount of thermal mass to the space( e.g.,
removing lightweight false ceiling and exposing a
concrete slab). The usefulness of the exposed
fabric depends on the surface area exposed, the
thermal properties of the material (conductivity,
density, specific heat), the frequency of the cycle,
and the swing in temperature.
Modo misto de climatização
Operação em modo-misto
Na maior parte do ano, quando os edifícios em modo-misto devem operar no sistema
passivo, espera-se que os usuários abram e fechem as janelas como uma reação natural
de adaptação ao meio (premissa do modelo adaptativo).
Nos períodos mais quentes, a ventilação pode ser incrementada passivamente pelo
sistema de aberturas ou por ventilação mecânica.
A partir do ponto em que os sistemas passivos não são mais suficientes para o controle
das temperaturas internas, seja qual for o limite estabelecido, os sistemas mecânicos são
ativados para o resfriamento. Isso pode ser feito até certo ponto com free cooling (como
ventilação noturna, resfriamento com água, etc.) ou por refrigeração ativa.
Modo misto de climatização
Modelo adaptativo de conforto
Maior amplitude da zona de conforto, em função das flutuações externas.
O padrão de comportamento do usuário deve interferir na operação dos sistemas mas também precisa mudar a tolerância às variações ambientais externas e o padrão de vestimenta.
Dessa maneira os ocupantes passam a interagir com o espaço para alcançar as condições de conforto, agregando o fator comportamental ao projeto do edifício.
Aumento da importância do gestor de facilidades.
modelo adaptativo
ASHRAE 55 (2004, 2010)
Exergia é a parte da energia que é inteiramente
conversível em outras formas de energia.
Também chamada de energia útil, é a parte nobre
da energia, que pode ser completamente
convertida em outra forma de energia e realizar
trabalho, sem perdas.
EXERGIA X ENTROPIA
Exergia é o conceito que quantifica o potencial de
energia e matéria que será dispersada no decurso
de sua difusão no ambiente (“o que é consumido”)
Entropia é o conceito que quantifica o estado da
dispersão (“o que é descartado”).
Exergia
Energy, exergy, and entropy flow in and out a
building envelope system. The amounts of energy
flowing in and out are the same under thermally
steady-state condition according to the law of
energy conservation; on the other hand, the
amount of entropy flowing out is larger than flowing
in according to the law of entropy increase. The
amount of exergy flowing out is smaller than
flowing in, since exergy is consumed within the
system to produce entropy.
Exergia quantifica o que é de fato consumido por edifícios, máquinas ou pelo corpo humano, por exemplo. Ao invés de maximizar a barreira entre os edifícios e o meio exterior usando isolamento, os sistemas de baixa exergia maximizam a conexão com a energia dispersa e disponível no ambiente. Sistemas Low exergy (ou LowEx) são definidos como sistemas de aquecimento ou resfriamento que permitem o uso de energia de baixo valor energético, que pode ser fornecida for fontes mais sustentáveis de energia (bombas de calor, coletores solares, vinculados ou não a calor residual, acumulação de calor), substituindo energia de alto valor energético (combustíveis fósseis e eletricidade). O edifícios e as instalações precisam ser projetados para sistemas LowEx. Sistemas de aquecimento e resfriamento a temperaturas próximas da temperatura ambiente (low exergy systems) são um pré-requisito para a utilização eficiente de fontes de baixo valor energético.
Exergia
Exergia
The transition from high valued energy sources to low valued energy sources requires appropriate heating and
cooling systems in buildings. Heating and cooling systems that provide heating or cooling energy at a
temperature close to room temperature (i.e., low exergy systems) are a prerequisite for the efficient utilization of
low valued energy sources.
O setor da construção tem alto potencial para melhorar a relação entre o suprimento de energia e a demanda, porque fontes a altas temperaturas são usadas para se atender necessidades de baixas temperaturas de aquecimento. Estes sistemas fornecem aquecimento e resfriamento a temperaturas próximas à da temperatura do ar interno
• Sistemas de aquecimento/resfriamento por superfícies
• Sistemas de aquecimento/resfriamento pelo ar
• Geração/conversão de calor e frio
• Armazenamento térmico
• Sistemas de distribuição (líquido ou ar)
• Sistemas distritais de aquecimento e resfriamento
Sistemas LowEx
Sistemas de baixa EXERGIA Sistemas de aquecimento a temperatura mais baixa São sistemas de aquecimento “ativo” que são introduzidos no edifício previamente aquecido por sistemas passivos. Uma boa condição térmica de aquecimento dentro dos espaços no inverno pode ser fornecida basicamente com a utilização de componentes construtivos com capacidade de armazenamento de calor, o que torna possível utilizar fontes de calor de baixa temperatura para o aquecimento complementar. Sistemas de resfriamento a temperatura mais alta No verão, uma condição térmica adequada nos espaços pode ser alcançada com uma combinação de ventilação noturna, dispositivos de proteção solar para as superfícies envidraçadas, bem como a redução do ganho de calor interno.
Sistemas LowEx
Resfriamento a temperaturas mais altas Aquecimento a temperaturas mais baixas Sistemas incorporados ao edifício
Superfícies Radiantes