eco-eficiência: conforto ambiental e energia na
arquitetura de menor impacto ambiental
CENPES II
o novo centro de pesquisas da Petrobras
Rio de Janeiro
LABAUT – Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética
Departamento de Tecnologia da Arquitetura
Faculdade Arquitetura de Urbanismo – Universidade de São Paulo
Rio de Janeiro / Baía de Guanabara
programa de usos
CENPES II:
1 Prédio Central
2 Laboratórios
3 Centro de
Convenções
4 Realidade Virtual
5 Empreiterópolis
6 Oficinas
7 Orquidário
8 Planta Piloto
9 Restaurante
10 CENPES I
o edital do concurso e o interesse por uma
arquitetura de menor impacto ambiental
premissas de projeto
1. orientação solar adequada
2. forma arquitetônica: adequada aos condicionantes climáticos locais e padrão
de uso para a minimização da carga térmica interna
3. material construtivo das superfícies opacas e transparentes: termicamente
eficiente
4. superfícies envidraçadas: taxa de WWR (window wall ratio) adequada às
condições de conforto térmico e luminoso internos
5. proteções solares externas: adequadas às fachadas
6. ventilação natural: aproveitamento adequado dos ventos para resfriamento e
renovação do ar interno
7. aproveitamento da luz natural
8. uso da vegetação
9. sistemas para uso racional de água e reuso
10. materiais de baixo impacto ambiental: dentro do conceito de
desenvolvimento sustentável
a busca pela certificação “verde”
LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
(Green Building Rating System), DOE, USA,1996
fases de desenvolvimento do projeto de eco-eficiência
fase 1 – concurso
integração das exigências de eco-eficiência ao partido arquitetônico:
implantação e arquitetura dos edifícios
fase 2 – consolidação das principais estratégias de projeto
definição das condições ambientais de exposição: clima, acústica e
insolação
estabelecimento dos critérios de desempenho
fase 3 – 1a avaliação do desempenho ambiental de edifícios e espaços abertos
edifícios: conforto térmico, luminoso, acústico e os impactos no
consumo de energia
espaços abertos: conforto térmico
fase 4 – otimização do desempenho ambiental dos edifícios
estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: distribuição dos
espaços internos, detalhamento e especificações
fase 1
integrando arquitetura
e estratégias para a eco-eficiência
diagnóstico climático preliminar e diretrizes de projeto
J
2
4
6
8
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
Zona de conforto
Ventilação
Massa térmica
Resfriamento ativo
10
12
14
16
18
20
22
24
1. proteção solar
2. ventilação natural
3. cores claras
4. baixa inércia térmica
5. alto isolamento térmico
orientação e forma
proteções solares, aberturas, materiais, tratamento dos espaços abertos
ensaios preliminares de insolação do conjunto e da unidade dos
laboratórios
ensaios preliminares de ventilação do conjunto
Wind Simulation
fase 2
consolidação das principais estratégias de projeto
condições ambientais de exposição: clima, acústica e insolação
critérios de desempenho
+
desenvolvimento metodológico
+
aplicação de ferramentas avançadas de simulação computacional
banco de dados climáticos
N
40, 0
50%
35, 0
Tem peratura d o ar (ºC )
NW
40%
NE
30, 0
30%
25, 0
20%
20, 0
10%
15, 0
W
E
0%
10, 0
5, 0
0, 0
8 7 6 0 h o ra s a o l o n g o d o a n o
SE
S
1 20 0
1 00 0
Radi ação G lobal (W / m 2)
SW
ano climático de referência
80 0
Dados da estação meteorológica
do Galeão 1998-2003
60 0
40 0
Laboratório Master, IAG/USP
20 0
0
87 6 0 h o r a s a o lo n g o d o a n o
estudos de insolação do conjunto
solstício de verão no período da manhã (9h)
projeção de sombras do Prédio Central sobre os laboratórios no solstício de verão
hierarquização de áreas para os painéis fotovoltaicos
estudos de ventilação do conjunto
simulação de vento a 10 metros de altura
simulação de vento no nível do pedestre
estudos de pressão e velocidade do vento nas envoltórias dos
edifícios
fase 3
1a avaliação de desempenho ambiental
edifícios
conforto térmico, luminoso, acústico e os impactos no consumo de
energia
espaços abertos
conforto térmico
+
desenvolvimento metodológico
+
aplicação de ferramentas avançadas de simulação computacional
Espaços externos com toda
radiação solar incidente e metade
da ventilação natural (rv*)
Espaços externos com
metade da radiação solar
incidente e metade da
ventilação natural (r*v*)
Espaços externos com toda
radiação solar incidente e sem
ventilação natural (r)
Centro de Convenções
Arq.Benedito Abbud - paisagismo
propostas, metas e critérios de desempenho térmico e
energético das edificações
modelo adaptativo de conforto para o Rio de Janeiro
zona de conforto nos ambientes ventilados naturalmente
avaliação preliminar do potencial de ventilação natural
e aplicação da estratégia de modo misto
laboratórios e ambientes de trabalho
análise comparativa de desempenho térmico e eficiência energética
ambiente de trabalho dos laboratórios – parâmetros de operação para a climatização artificial
ambiente de trabalho dos laboratórios
desempenho térmico com a introdução da ventilação natural
Porcentagem do ano em conforto
Porcentagem de
Período de
Abertura das Janelas
Ventilação
10%
24hs
50%
24hs
50%
17hs às 10hs
100%
24hs
com
ocupação
13,50%
24,30%
19,40%
30%
sem
ocupação
48,40%
desempenho luminoso
simulação da iluminação natural
simulação da iluminação natural – pavimento 4 do prédio central
distribuição de iluminâncias antes da definição do layout
norte
sul
laboratórios - otimização da penetração da iluminação natural
estudo com aletas refletoras na cobertura para a maximização da captação de luz sem o acesso solar direto
solstício de verão às 12h - papel da cobertura inferior na reflexão da luz natural para o interior por meio de
janelas altas
fase 4
otimização do desempenho ambiental dos edifícios
estudo de alternativas para o projeto arquitetônico: distribuição
dos espaços internos, detalhamento e especificações
aplicação de ferramentas avançadas de simulação
computacional
ambientes climatizados artificialmente
prédio central
modelo de simulação do desempenho térmico
Cargas térmicas máximas para o escritório leste no 2º pavimento
com o uso de vidro laminado verde e laminado incolor 7mm
Carga térmica máxima (kW)
Tipo de carga
Fevereiro
Anual
22°C / 50%
24°C / 50%
26°C / 65%
24°C / 50%
26°C / 65%
Resfriamento
31,86
29,02
26,22
27,49
24,69
Desumidificação
21,28
19,50
12,15
31,04
15,14
Total
49,23
41,80
31,83
43,00
30,02
Ganhos e perdas térmicos
35000
30000
25000
20000
Carga térmica (W)
15000
10000
5000
0
-5000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
-10000
-15000
-20000
-25000
-30000
-35000
Hora
Carga sensível
Ganhos solares
Ventilação
Condução transp
Trocas internas
Ganhos internos
Condução opaco
24°C e 50% UR - quadro de cargas do escritório leste no 2º pavimento, com
condicionamento misto e uso de vidro laminado verde e laminado incolor 7mm
centro de convenções
modelo de simulação do desempenho térmico
auditório
foyer
pav. sup
Área de
eventos
Sala 1
Lanchonete
Sala 2
Sala 3
Sala 6
Sala 5
Sala 4
laboratórios
modelo de simulação do desempenho térmico
ambientes com ventilação natural
empreiterópolis
modelo de simulação do desempenho térmico
considerações finais
A relevância dada às questões de conforto ambiental, energia e baixo impacto
ambiental na fase do projeto conceitual arquitetônico foi decisiva para o
desempenho dos edifícios e espaços abertos.
Softwares de simulação computacional avançados foram ferramentas
essenciais para as análises de desempenho e conseqüentes aprimoramentos da
arquitetura.
A experiência de projeto e da avaliação de desempenho ambiental desse
trabalho foi pautada em uma abordagem contemporânea do processo de projeto
na prática brasileira, com resultados bastante satisfatórios, tendo em vista o
rigor das condições ambientais locais.
LABAUT FAUUSP
Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética
Departamento de Tecnologia
http://www.usp.br/fau/labaut
Coordenadoras do projeto
Joana Gonçalves, Prof. Dr. – [email protected]
Denise Duarte, Prof. Dr. – [email protected]
equipe técnica
Alessandra Prata, Arq. Dra. FAUUSP
Andrea Bazarian, Arq. MSc. FAUUSP
Anna Christina Miana, Arq. Doutoranda FAUUSP
Cecília Muller, Arq. MSc. FAUUSP
Fernando Cremonesi, Prof. MSc. FAUUSP
Gisele De Benedetto, Arq. MSc. FAUUSP
José Ovídio Ramos, Arq. MSc. FAUUSP
Leonardo Monteiro, Arq. Dr. FAUUSP
Mônica Marcondes, Arq. Dra. FAUUSP
Rafael Brandão, Arq. Dr. FAUUSP
consultores
agradecimentos
Anésia Barros Frota, Prof. Dr. (FAUUSP)
Celso Shimomura, Economista
Fúlvio Vitorino, Eng. Dr. (IPT)
Márcia Alucci, Prof. Dr. (FAUUSP)
Norberto Moura, Prof. Dr. FAUUSP
Bruna Luz, Arq. Doutoranda FAUUSP
Luciana Ferreira, Arq. Mestranda FAUUSP
Rodrigo Cavalcante, Arq. MSc. FAUUSP
Paula Constante Santos, Arq. FAUUSP