Como as Novas Tecnologias
"Inteligentes" de Controle de
Temperatura Reduzem o Consumo
de Energia nas Residências
por Eszter Körtvélyesi
Sumário executivo
Dependendo da localização física de uma residência,
o aquecimento representa até 80% do consumo total
de energia. Fatores como isolação, janelas e materiais
de construção impactam no quanto de energia é
desperdiçado. O comportamento dos moradores
da residência também é um fator que contribui para
o consumo. Este documento analisa simulações
em residências na França e na Dinamarca que
demonstram como as abordagens de aquecimento por
zonas podem gerar uma economia de até 30%.
Como as Novas Tecnologias “Inteligentes” de Controle de Temperatura Reduzem
o Consumo de Energia nas Residências
Introdução
O segmento residencial na Europa é responsável por 40% do consumo total de energia no continente.
Desse total, até 70-80% do consumo é dedicado ao aquecimento das residências. O resultado é que
os proprietários estão reconhecendo a necessidade de melhorar a eficiência e controlar os gastos com
energia. A maior parte dos proprietários de residências e apartamentos não se dá conta de que os
gastos com energia podem ser reduzidos sem exigir um investimento alto. Atualmente estão disponíveis
novas tecnologias “inteligentes”, com preço acessível e que são mais eficazes no gerenciamento e
controle do consumo doméstico de energia.
Diversos fatores influenciam o consumo doméstico de energia. A maioria dos consumidores está ciente
de que a classe de isolamento e o tipo das janelas são fatores importantes na demanda de aquecimento
das casas. Entre as causas menos conhecidas do desperdício de energia estão a imprecisão do sistema
de aquecimento, que acarreta erros nos pontos de ajuste da temperatura selecionados, bem como o
dimensionamento correto da capacidade do sistema de aquecimento. O comportamento do usuário
individual e a metodologia adotada para regular a temperatura em locais diferentes também têm um
impacto significativo.
Algumas das novas práticas para redução do consumo doméstico de energia envolvem sistemas de
informação que regulam os aquecedores quando os ambientes não estão ocupados, ou que aplicam
parâmetros específicos em cada ambiente isoladamente, para garantir o conforto, ao mesmo tempo
economizando energia. Esse tipo de tecnologia se enquadra em uma categoria mais ampla do que se
conhece como Sistemas de Gerenciamento de Energia Doméstica (ver Figura 1).
Figura 1
Os sistemas de
gerenciamento
doméstico do
consumo de energia
podem ser utilizados
para monitorar as
temperaturas em
diferentes “zonas” e a
energia consumida no
aquecimento (amostra
da Schneider Electric
Wiser Screen).
Este documento contém dados gerados por meio de uma série de simulações em edificações, aplicadas
a vários tipos de residências na Europa, com diferentes índices de consumo de energia. Os resultados
deste estudo demonstram que os sistemas de gerenciamento de energia podem gerar uma economia de
até 30%, reduzindo assim o valor das contas de energia, por meio de práticas de gerenciamento ativo da
temperatura (por exemplo: controle doméstico programado).
Histórico
Desde os anos 1970, diversas organizações conduziram inúmeros estudos sobre a gestão da energia
doméstica. Esses estudos determinaram que os resultados são altamente diferenciados, conforme os
seguintes fatores: país, zona climática e tarifas de energia. A medição primitiva, com base nas leituras
de termostatos programáveis, forneceu parte dos dados iniciais. Entretanto, avanços recentes da
tecnologia agora tornaram possível a coleta de dados muito mais relevantes e precisos, que podem
influenciar mais amplamente o controle energético doméstico.
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o Consumo de Energia nas Residências
Para os fins do estudo da Schneider Electric (cujos resultados estão apresentados em diversas tabelas
posteriormente neste documento), foi utilizada uma ferramenta validada de engenharia de construção
denominada IDA Indoor Climate and Environment (IDA ICE).
Uma casa que abriga apenas uma família, com área de 150 m2 foi construída no simulador, com
propriedades construtivas conforme as normas de construção em vigor na Europa. A planta baixa
foi extraída de uma construção existente na Dinamarca, onde o consumo anual de energia para
aquecimento doméstico é conhecido. Os dados medidos foram utilizados para verificar se os resultados
da simulação se aproximavam dos dados da medição real. A ferramenta gera resultados para o
ano inteiro e leva em conta os parâmetros do conjunto da construção, informações meteorológicas
e sistemas de controle. Os dados projetados para as casas francesas são baseados na simulação
utilizando o mesmo modelo, porém incorporando diferentes propriedades dos materiais de construção,
que refletem as classes europeias de energia para construção na França, bem como a localização e o
perfil meteorológico diferentes.
As tabelas a seguir resumem os dados coletados com a simulação, pois dizem respeito ao desempenho
de eficiência e ilustram uma série de categorias de residências (A, B, C, D, E, F, e G). Essas categorias
diversas são definidas conforme segue:
•
•
•
•
Imóveis das categorias A e B, construção recente (2105), tecnologia de última geração
Imóveis da categoria C, construídos por volta de 2010
Imóveis da categoria D, tipicamente construídos por volta de 1990
Imóveis das categorias E, F, G, tipicamente construídos por volta de 1970 ou antes
As características destas diferentes categorias de energia foram extraídas dos códigos de
regulamentação de construções de cada país e os valores utilizados estão descritos nas Tabelas 1 e 2
a seguir.
Dinamarca
Tabela 1
Características
da simulação de
residências na
Dinamarca.
Ano de
construção
Isolamento
das paredes
Isolamento
das janelas
Taxas de
infiltração
Cat A
Cat B
Cat C
Cat D
Cat E
Cat F
Cat G
2015
2010
1990
1970
0,08
0,106
0,36
1,7
0,7
1,5
2,3
3,2
0,3
0,4
0,45
0,5
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o Consumo de Energia nas Residências
França
Ano de
construção
Isolamento
das paredes
Isolamento
das janelas
Taxas de
infiltração
Tabela 2
Características
da simulação de
residências na
França.
Cat A
Cat B
Cat C
Cat D
Cat E
Cat F
Cat G
2015
2010
1990
1970
0,21
0,4
0,52
2,4
1,1
2,2
2,6
3,8
0,8
1,3
2
2
Durante o processo de simulação, os pontos de temperatura ajustados foram programados
separadamente para cada ambiente e seguiram cronogramas que refletiam os padrões de ocupação
dos moradores. O ponto de temperatura ajustado foi definido em 22° C (72° F) quando o ambiente foi
considerado ocupado e 17° C (63° F) com a sala desocupada, levando em conta os níveis médios de
conforto dos moradores|.
Como linha de base para medição e comparação, uma temperatura de conforto (constante)
22° C (72° F) foi estabelecida como ponto de referência para todo o imóvel, na época em que o
aquecimento é necessário.
As tabelas a seguir representam os resultados da simulação de imóveis situados na Dinamarca
(Tabela 3) e na França (Tabelas 4, 5 e 6). Como parte dos dados apresentados nessas tabelas, são
aplicadas as seguintes descrições:
•
A categoria “Redução noturna” implica um período de 7 horas de redução de temperatura até
17° C (63° F) durante a noite,
•
“Redução dia e noite” implica 7 horas adicionais de redução durante o dia, quando não há
moradores em casa (com base no pressuposto de que os moradores saem de casa para
trabalhar).
•
“Controle por zona” implica o controle ambiente a ambiente, onde diferentes níveis de
temperatura são ajustados conforme a presença de moradores na zona específica (cada “zona”
equivalendo a um ambiente específico). Por exemplo, se a sala de estar for utilizada apenas à
noite e não pela manhã ou mais tarde, o nível de temperatura é mantido em 17° C (63° F) até
as 17:00 h, quando os moradores chegam em casa e tendem a ocupar a sala de estar. Nessa
ocasião, o ponto de ajuste da temperatura muda automaticamente para 22° C (72° F).
Os resultados nas Tabelas 3, 4, 5 e 6 estão em kWh/m2/ano e a economia percentual anual é
comparada à linha de base.
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o Consumo de Energia nas Residências
Observações
e resultados:
Dinamarca
Tabela 3
Consumo de
aquecimento com
diferentes estratégias
de controle, bem
como a economia em
diferentes categorias
de classe de
energia (exemplo de
Copenhagen).
Copenhagen, Dinamarca, Zona Climática Doméstica
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Cat A
Cat B
(2015)
Cat C
(2010)
Cat D
(1990)
Cat E
(1970)
Cat F
Cat G
44
64
109
259
0%
0%
0%
0%
44
63
106
223
1%
2%
3%
14 %
41
58
99
209
6%
9%
10 %
19 %
38
53
91
186
13 %
17 %
17 %
28 %
Linha de base
Economia
Redução
noturna
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
Redução dia
e noite
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
Controle por
zona
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
Observação em relação a residências de categorias diferentes
• Nos imóveis das categorias E, F, e G, mesmo os breves períodos de redução do termostato
demonstram potencial de economia significativo (p. ex., 14% somente nas 7 horas de redução
noturna).
Observações
e resultados:
França
•
Nos imóveis das categorias C e D com períodos de redução mais longos, o potencial de
economia aumenta para 17% de energia de aquecimento, se aplicado o controle por zona.
•
Nos imóveis das categorias A e B, com longos períodos de redução, a economia potencial
aumenta para 13% da energia de aquecimento, com o controle por zona.
•
A programação exerce uma influência maior nas casas caracterizadas por baixo isolamento e
sistemas de aquecimento de maior capacidade.
As Tabelas 4, 5 e 6 a seguir refletem os resultados dos testes em zonas climáticas da França (Nancy,
Nice e Bordeaux). O mesmo método e a mesma estratégia de controle utilizados nas simulações na
Dinamarca foram utilizados na França. Entretanto, os códigos prediais, as classificações de energia, as
zonas climáticas e as propriedades dos materiais de construção foram personalizados para atender às
condições de mercado na França.
As tabelas demonstram o consumo para aquecimento em diferentes tipos de edificações com índices
energéticos diversos na França (3 zonas climáticas). O consumo na linha de base, seguido das
diferentes estratégias de controle, como a redução noturna e o controle por zona, foram comparados.
Os resultados são descritos em kWh/m2/ano e economia percentual anual comparados à linha de base.
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o Consumo de Energia nas Residências
Nancy, França: residências em zonas de clima continental
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Cat A
Cat B
(2015)
Cat C
(2010)
Cat D
(1990)
Cat E
(1970)
Cat F
Cat G
44
70
97,5
261
0%
0%
0%
0%
43
69
95,3
246,4
2%
2%
2%
2%
39
60
81
194
11 %
14 %
17 %
26 %
Linha de base
Tabela 4
Economia
Exemplo de resultados
da simulação em Nancy,
França.
Redução
noturna
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
Controle por
zona
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
Bordeaux, França: residências em zonas de clima oceânico
Cat A
Cat B
(2015)
Cat C
(2010)
Cat D
(1990)
Cat E
(1970)
Cat F
Cat G
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
42,2
67,5
92,6
250
Economia
0%
0%
0%
0%
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
41,7
66,4
91,7
230
Economia
1%
2%
1%
8%
38
58,4
79
191
10 %
17 %
19 %
24 %
Linha de base
Tabela 5
Exemplo de resultados
da simulação em
Bordeaux, França.
Redução
noturna
Controle por
zona
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
Economia
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o Consumo de Energia nas Residências
Nice, França: residências em zonas de clima mediterrâneo
Cat A
Cat B
(2015)
Cat C
(2010)
Cat D
(1990)
Cat E
(1970)
Cat F
Cat G
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
26,7
40
55
152
Economia
0%
0%
0%
0%
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
26,5
39
54
137
Economia
1%
1%
2%
9%
Aquecimento consumido
[kWh/m2/ano]
25,4
36
47
108
Economia
5%
10 %
15 %
29 %
Linha de base
Tabela 6
Exemplo de resultados
da simulação em
Nice, França.
Redução
noturna
Controle por
zona
Os dados coletados nessas simulações em residências francesas sugerem que as maiores economias
obtidas nas três zonas climáticas ocorreram invariavelmente com a aplicação do controle por zona em
casas com classes de energia E, F, ou G.
Para as categorias de energia E, F e G, também houve ganho de eficiência obtido com períodos de
redução mais curtos (redução noturna) com economia potencial de 6% a 9% entre as zonas climáticas.
Os resultados também mostram a influência da zona climática na economia, com os climas mais frios
exigindo mais aquecimento. Uma residência típica em Nice, localizada na zona climática mediterrânea,
consumiu muito menos energia com aquecimento do que as residências em Bordeaux ou Nancy.
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Como as Novas Tecnologias “Inteligentes” de Controle de Temperatura Reduzem
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Uma economia significativa de energia nas residências é possível se forem adotados esquemas de
controle de temperatura programados. A economia total varia conforme a localização (clima) e as
propriedades do pacote de construção (classe de energia), bem como as características do sistema de
aquecimento. O comportamento do usuário, que varia de pessoa para pessoa, também tem um papel
importante.
A implantação de sistemas de gerenciamento de energia para administrar o aquecimento programado
parece ter maior impacto sobre a redução das contas de energia residenciais.
Sobre a autora
Eszter Körtvélyesi é engenheira de projetos de marketing no departamento de residências
conectadas da Schneider Electric. Tem mestrado pela universidade técnica da Dinamarca,
com especialização em serviços de construção e engenharia de energia. Ela é uma experiente
usuária de ferramentas de simulação de construção e muito familiarizada com projetos de
eficiência energética em sistemas de climatização. Sua especialização técnica abrange
aquecimento, ventilação, iluminação, tubulação e termodinâmica.
Schneider Electric. Todos os direitos reservados
A programação variável da temperatura deverá ser implementada e levar em conta as fontes de energia
e a eficiência, tanto dos sistemas de aquecimento, quando dos sistemas de resfriamento. Os benefícios
máximos são observados quando o controle ambiente a ambiente é utilizado (controle por zona). Além
disso, os imóveis caracterizados por constantes de curta duração (o tempo necessário para que o
material de construção específico se ajuste entre a temperatura inicial e a final) têm maior potencial de
economia do que uma edificação com constantes de longa duração (cujas variações de temperatura
são lentas). Uma constante de longa duração implica períodos de pré-aquecimento (desta forma
aumentando consumo de energia).
© 2015
Conclusão
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