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Projeto de NZEBs:
Procura da eficiência económica
Vítor Leal
Maria Kaspalaki
LISBOA | 2012.06.26
2
Consturir NZEBs: (Quase) Fácil !
Case Study Location
Climate
HDD
(b18)
Solar
radiation
horizontal
(KWh/m2.yr)
Floor
Area
(m2)
Wall
U-value
(W/m2.K)
Roof
U-value
(W/m2.K)
Glazing
U-value
(W/m2.K)
Building
Ventilation
Heating
Needs
(KWh/m2.yr)
Electricity
Needs
(KWh/m2.yr)
PV
installed per
building
floor
area(W/m2)
Eco-Terra Quebec 4966 3 591 234 0.16 0.125 0.8 mech 37 33 12
Solar Harvest Colorado 3322 4 619 426 0.17 0.09 1.1 nat+mech 7 23 21
Tanno Weiz 3260 3 044 120 0.11 0.09 0.8 mech 15 39 5
Crossway Eco Kent 2866 2 757 285 0.12 0.12 0.7 mech 34 11 12
Solar Plus Haus Hessen 2865 2 575 212 0.11 - - mech 12.6 - 2
Mariolopoulos Athens 1112 4 565 1267 0.25 0.26 1.0 nat 4 - 29
PVRES Florida 534 4 590 225 0.57 0.19 - - - 31 18
Eficiência vs Eficácia !
Eficácia
Eficiência
Objetivos não atingidos
Uso de recursos excessivo
Uso comedido de recursos
Objetivos não atingidos
Objetivos atingidos
Uso de recursos excessivo
Objetivos atingidos
Uso comedido de recursos
Significado de “Eficiente”: Próximo do melhor possível; com pouco desperdício.
“Melhor” Económico – várias perspetivas:
O que custa menos a construir …
Menor custo de operação…
Menor custo de ciclo de vida…
“Estratégias para o projeto Eficiente ”
Grupos de factores:
A- Forma e
envolvente
• Shape factor (A/V)
• Orientation
• Walls
• Roof
• Windows
• Shadings
• (air leakage)
B- Equipamentos de
serviços
• Ligthing
• Domestic Hot Water
• Cooking
• Refrigeration
• Heating
• Cooling
• Multimedia
C- Equipamentos de
microgeração
• PV
• Wind turbines
• ..
ji CB
Projeto NZEB: as variáveis físicas
Processo de optimização
• Considerar “TODAS” as possíveis combinações de:
Envolvente Equip. de
Serviços
Equip. de
“geração” local X X
• Depois – analisada cada solução no respetivo contexto climático e económico -ordená-las por :
– Custo de ciclo de vida e/ou
– Custo inicial e/ou
– Densidade energética e/ou
– Etc…
Ferramenta de optimização – interface
Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa
Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa
• Menor custo de ciclo de vida não implica necessariamente
maior custo inicial: + Eficiência - Equipamentos
• Diferença entre “projetar bem” e “projetar mal”: ~ 3X CI e CCV
Tarifas energia: preço venda = preço compra
Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa
Tarifas energia: preço venda = 230% preço compra
• Possibilidade de edifício “lucrativo” no ciclo de vida;
• Na zona ótima aparece um trade-off entre CI e CCV: Menor
CCV implica maior CI.
Impacto das tarifas de energia na densidade energética das
soluções ótimas
• Potencial efeito pernicioso das
tarifas subsidiadas: Balanço nulo
obtido por mais microgeraçao e
menos eficiência energética.
• Possível de evitar com regulação.
SP=230%BP
SP=BP |SP=50%BP
Impacto do nível de compensação (E/I) [cenário SP=BP]
Conclusões
• Há milhares de formas possíveis de tornar um edifício NZEB.
• A diferença entre “as boas” e “as más” pode ser maior que
3X quer em C. I. quer em CCV.
• Há agora ferramentas que podem ser usadas na fase inicial
de projeto para orientar para a zona ótima/boa.
• Sem tarifas subsidiadas para a microgeração, os ganhos de
eficiência energética refletem-se em menores necessidades
de equipamentos de compensação e < CI coincide com <
CCV.
• A zona economicamente ótima parece acontecer para
densidades energéticas próximas de 30 kWh/m2.ano.
• Maiores níveis de compensação implicam maior investimento
inicial mas com retorno em ciclo de vida (25 anos).
Notas finais
• Serão os NZEBs a forma mais eficiente de contribuir para a
descarbonização dos sistemas energéticos ?
• No lado da compensação, não haverá potenciais ganhos de
escala em fazê-lo a níveis geográficos superiores [quer em
investimento inicial quer manutenção…]
• Qual o potencial impacto dos NZEBs nas redes elétricas:
– Em necessidades de capacidade de geração, transporte e distribuição ?
– Em necessidade de [equipamentos de] inteligência de operação ?
• Sendo que os NZEBs requerem maior custo inicial, que
mecanismos de financiamento estarão disponíveis e como
ultrapassar a disparidade de interesses Construtor / Utilizador ?
Obrigado !
Extras
Edifício de Balanço Zero: a linha de NZE
“importação” anual (C)
“Export
ação
anual (P
)
EDIFÍCIO
EXCEDENTÁRIO
EDIFÍCIO
DEFICITÁRIO A
B
C
Balanço zero conseguido
essencialmente por via da
eficiência energética
Balanço zero
conseguido
essencialmente por
via das renováveis
O edifício: a escala certa ?
Compensação com
eólica menos
dispendiosa que com PV
Consideração de “escala bairro / cidade / município” abre possibilidades de
intervenção mais eficiente: Eólica, Cogeração, Solar termoelétrico…
O planeamento energético na cidade: um caso de SEAP
O papel das autarquias | PORQUÊ ?
• Responsabilidade social
• Conforto e bem-estar dos cidadãos
• Dinamização da economia local
• Directa: emprego
• Indirecta: gastos evitados / transferidos
• Melhoria da Resiliência
O papel das autarquias | O QUÊ ?
CONHECER &
CARACTERIZAR PLANEAR
INTERVIR MONITORIZAR
Universo de Intervenção:
• As infra-estruturas DA Cidade
vs.
• As infra-estruturas NA Cidade
O caso do Porto [Lista não exaustiva | AdePorto: 2007 ]
CONHECER & CARACTERIZAR
• Matriz Energética 2004
• …
• Inquérito ao uso da energia 2011
PLANEAR
• Estratégia para a Sustentabilidade da
Cidade do Porto;
• CESEA: Comissão de Promoção de
Edifícios Sustentáveis na Perspectiva
Energético-Ambiental
INTERVIR
• 5000 m2 Solar térmico na
Habitação Social
• Eficiência e Solar em Piscinas
• Upgrade iluminação pública
• Guia de Termos de Referência para
o Desempenho Energético-
Ambiental;
• Sensibilização e Educação
• …
MONITORIZAR
• Matriz Energética 2008
• Observa
• Matrizes Energéticas 2009
EVOLUTION 2004 – 2008
1473 1310
1817
1622
1849
1660
521
446
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
Matrix 2004 Matrix 2008
Prim
ary E
nerg
y
(G
Wh
)
Primary Energy consumption per Sector of Activity
Others
Transports
Service Buildings
Residential Buildings
26
Eduardo de Oliveira Fernandes President of AdEPorto
The Porto Sustainable Energy Action Plan In the frame of the Covenant of Mayors
Available from: http://helpdesk.eumayors.eu/docs/seap/301_258_1302551401.pdf
27
SEAP 2020 | CITY OF PORTO
Supply in the city
•Shift of Energy Vector
• Natural Gas vs Electricity
• Solar thermal vs electricity or NG
• Cogeneration e Trigeneration
• Solar Thermal
• Solar Hot Water & Indoor Comfort
• On Rehabilitations e New Constructions
• Local Electricity Production
• Solar Photovoltaic
• Urban Waste Valorization
National supply
• ‘Greener’ electricity
• Biodiesel introduction
Demand in the city
• Buildings
• Renovation (significant thermal upgrade)
• New constructions (Promote excellence)
• More efficient household appliances
• Mobility and Transports
•Collective Transport
•Individual and Commercial Transport
• Electric vehicle
• Cicleways
• Walkways
28
29
Porto and the Covenant of Mayors
– 45% reduction of CO2
• 21% - National electricity mix
• 24% - Local City Action
– 29% - Mobility & transport
– 55% - Building retrofit (incl. renewable)
– 16% - Other
Brussels, February 10, 2009
– Energy reduction local: 20%
– Renewable penetration: 35% (6% local + 29% national)
INTERVENTIONS 2004 – 2020
SEAP | CO2 REDUCTION
Actions
Results in the reduction of emissions by 2020
(tCO2/yr)
Energy
efficiency Biodiesel 10%
National
electric Mix
2020
Total
Lo
cal
Mu
nic
ipal
Municipal Buildings: New constructions, Large rehabilitations and others 4 750 5 270 10 020
Solar Hot Water in Social Housing 3 600 3 600
Public lighting + Traffic lights 6 380 5 160 11 540
Urban Thermal Energy distribution network 23 900 0 23 900
Cicleways and ‘Porto Gravítico’ 6 050 4 100 10 150
Sta
keh
old
ers
Private Buildings: New, Large Rehabilitations and others 94 800 222 900 317 700
Natural Gas penetration 13 200 13 200
Cogeneration and incineration 55 200 55 200
Smart Metering, household appliances and other 25 400 15 600 41 000
Renewable sources: solar hot water and PV 12 700 630 13 330
Collective Transports (NG in STCP and new Metro lines) 73 530 4 400 2 100 82 030
Individual transport (Private and commercial) 48 840 39 200 88 040
Estimated increase in energy consumption -21 960 -21 960
Total 346 390 43 600 255 760 645 750
30
SEAP | ENERGY and CO2 REDUCTION
2004 – 2020
168 400 23%
77 780 10%
502 300 67%
Energy reduction [MWh/yr]
Nacional
Local - Municipal
Local -Stakeholders
299 360 45%
59 350 9%
309 000 46%
CO2 emissions reduction [t CO2/yr]
LOCAL AND NATIONAL ACTIONS
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Futuro Próximo (CESEA)
• O que se pode fazer a nível Municipal para incentivar uma melhoria expressiva dos actuais
níveis de desempenho energético do edificado?
• Acções possíveis: (*)
Redução de taxas e tempos de licenciamento
Reduções no IMI (com a necessário verificação de viabilidade na lógica
municipal)
Aumento de área bruta de construção (e.g. meio andar extra)
SIM-Porto (necessária a identificação de novas medidas a integrar, como por
exemplo, passar da lógica da letra para a lógica das necessidades
energéticas)
Criação de prémios de mérito ambiental a atribuir anualmente aos melhores
promotores e projectistas
Criação de ranking de eficiência de projecto
Organizar de modo diferente a entrega do processo de licenciamento
… (*) Lista não exaustiva
Advancing the Planning practices
• Measure the effect of a plan by comparing with “the future without a plan”, not with the present;
• It is not enough to develop “a plan” that achieves the targets: It is important to develop Many alternatives and to choose the “best” one;
• The targets themselves can be subjected to cost-benefit analysis instead of being chosen still before knowing what they require;
Area of R&D in MPP SES
Without plan
With plan
Pla
n
eff
ect
X
time
33
Desem
penho
Custo
36
Outline
O Conceito
O conceito de “projeto eficiente”
Desenvolvimentos metodológicos
O caso dos edifícios existentes
Net-zero: “fronteira local” vs “fronteira bairro”
O papel das autarquias