Desempenho Térmico de edificações
Aula 10:
Eficiência energética em janelas
PROFESSORES
Roberto
Lamberts
Deivis Luis Marinoski
ECV 5161
Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín
UFSC
FLORIANÓPOLIS
estrutura
introdução
Tecnologias
disponíveis
Impacto
aumento
eficiência
Pesquisa e
desenvolvi
mento
Certificação
selagem
Seleção de
janelas
Situação no
Brasil
Conclusões
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Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Aula 10: Eficiência energética em janelas
introdução
Importância das janelas para a edificação
“Janelas são os olhos da casa”
Controle da entrada de luz e do
fluxo de ar;
+
Contato visual;
Proporcionam isolamento,
segurança e privacidade;
Atribuem estética e beleza
ao projeto;
Influenciam no consumo de
energia da edificação;
3
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
introdução
Um breve histórico
•As casas primitivas não tinham janelas;
•Um buraco para saída de fumaça pode ser considerado como sendo a
primeira forma de janela;
•A saída de fumaça melhorava a qualidade do ar interno;
•Este buraco proporciona entrada de luz, mas também a perda de
calor;
•Uma folha de fechamento - transformando a janela em uma espécie de
segunda porta;
4
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
introdução
Um breve histórico
•Uma abertura na parede - poderia tanto ser aberta para entrada de ar e
luz, ou fechada para segurança e proteção;
•A primeira janela de vidro transparente foi usada nos tempos
romanos;
•No século XVII a produção de chapas de vidro é tem um grande
desenvolvimento na França;
•A partir do século XIX muitas inovações foram vistas e
disponibilizadas para o público em geral (vidros maiores, mais resistentes,
de maior qualidade);
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Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Aula 10: Eficiência energética em janelas
introdução
Um breve histórico
•Edificações usavam essencialmente um tipo de vidro: o
vidro claro de pano único;
•Anos 50 – Inglaterra: técnica de produção
de vidro “float”;
•Nos anos de 1965 à 1990: um grande avanço tecnológico
com o aumento da qualidade das superfícies e melhora
da isolação.
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
introdução
Características energéticas das janelas
Pode-se considerar três tipos de fluxo de energia
através das janelas como sendo
principais:
• Perdas e ganhos de calor (não solar) na
forma de condução, convecção e radiação;
•Ganho de calor solar na forma de
radiação;
•Trocas de ar (ventilação e infiltração).
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
Tecnologias disponíveis
+
1.Vidros duplos;
2.Vidros e filmes múltiplos;
3.Vidros tingidos;
4.Vidros e filmes reflexivos;
5.Camadas de baixa emissividade e
espectralmente seletivas;
6.Gás de baixa condutividade;
7.Espaçadores termicamente
melhorados;
8.Materiais para esquadrias
e para vedação.
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tecnologias
Vidros duplos
Características:
•Aumento da resistência térmica
•Pequena redução da transmissão de luz
•Melhor desempenho térmico com espaço
igual a 12mm entre os panos quando preenchidos
por ar
Aplicações:
•Construções com necessidades de aquecimento ou
resfriamento (uso freqüente do ar-condicionado)
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tecnologias
Vidros e filmes múltiplos
Características:
•Aumento da resistência térmica (maior
que os vidros duplos)
•Menor condensação durante o inverno
•Visibilidade é reduzida com cada camada adicional
•Redução do Ganho de calor solar
•Problema: aumento da espessura da janela
Aplicações:
•Climas Frios (onde a redução da perda de calor é a
prioridade)
•Climas bastante quentes
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tecnologias
Vidros tingidos
Características:
•Absorvedores de calor
•Menor transmissão de luz,
(tradicionais – bronze e cinza)
•Vidros com cores alternativas podem manter a passagem de
luz (espectralmente seletivos – azul e verde)
Aplicações:
•Edificações comerciais
•Climas quentes (redução do
ganho de calor solar quando
associados a outras tecnologias)
•Situações onde a redução do brilho do ambiente externo é
desejável
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tecnologias
Vidros e filmes reflexivos
Características:
•Redução do ganho de calor solar
•Redução da passagem de luz
•Problema: podem produzir efeito exterior
de espelho
Aplicações:
•Edificações comerciais
•Climas quentes (redução do ganho de calor solar)
•Situações onde a redução da claridade é
desejável
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tecnologias
Camadas de baixa emissividade e
espectralmente seletivas
Características:
•Reflexão de radiação em onda longa
(redução da perda de calor no inverno)
•Redução da ocorrência de condensação
•Reflexão da radiação solar (redução do ganho
de calor no verão)
•Mantêm boa visibilidade
Aplicações:
•Climas frios: camadas de Baixa emissividade
•Climas quentes: camadas de seleção espectral
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tecnologias
Camadas de baixa emissividade e
espectralmente seletivas
Vidro claro
Alta
Transmissividade
Espectralmente
seletiva
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tecnologias
Gás de baixa condutividade (Argônio, Kriptônio, hexafluoreto de
enxofre e dióxido de carbono)
Características:
•Aumento da resistência (redução da
perda/ganho de calor por condução)
•Aumento Redução da ocorrência da
condensação
•Não afeta a transmissão da luz visível
Aplicações:
•Climas frios onde a redução da perda de
calor seja a prioridade
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
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tecnologias
Espaçadores termicamente melhorados
Características:
•Redução da perda de calor pela por condução
•Mantêm a temperatura mais elevada na borda
dos vidros reduzindo a condensação
Aplicações:
•Climas frios (onde a redução
da perda de calor é a prioridade)
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tecnologias
Novos materiais para esquadrias e vedação
Esquadrias:
•Alumínio (thermal break)
•Alumínio com madeira
•Madeira e vinil (PVC)
•Vinil
•Fibra de vidro
Vedações:
•Mais duráveis e com melhor desempenho
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
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Impacto do aumento da eficiência
+
O aumento da eficiência das janelas gera influências
a curto e longo prazo:
Custo Prazo:
• Melhoria do conforto;
•
Redução do valor da conta de energia.
Longo Prazo (a nível nacional e global):
•
Maior oferta de energia;
• Redução do custo da energia;
•
Redução da emissão de poluentes e aquecimento
global.
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Estação Fria
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1 Btu = 0,293 kWh
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Impacto do aumento da eficiência
Desempenho energético anual com diferentes tipos de
janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento)
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Estação quente
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Impacto do aumento da eficiência
Desempenho energético anual com diferentes tipos de
janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento)
Aula 10: Eficiência energética em janelas
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As janelas geram um custo adicional de energia de U$ 9,3 bilhões.
•
Estima-se que se todas as janelas compradas de 1996 à 2010 (15 anos)
incorporassem filmes de baixa emissividade, gás de baixa
condutividade ou outras tecnologias disponíveis, esta conta poderia
ser reduzida em 25% ou seja mais de U$ 2 bilhões até 2010
(LBNL).
De maneira geral percebe-se:
Impacto do aumento da eficiência
Para o EUA:
• Um grande potencial de conservação de energia
• Fonte de suprimento sem grandes investimentos e impactos
ambientais
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Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
Aula 10: Eficiência energética em janelas
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P & D de novos produtos
+
•Nos últimos anos tem ocorrido um grande progresso
na melhoria da eficiência energética de janelas;
•Na década de 70 o uso de camadas especiais e gás de baixa
condutividade ainda eram vistas como algo distante, no
entanto hoje são produtos comuns;
•Tempo de pesquisa e desenvolvimento tem
sido encurtado e a introdução do novos produtos no
mercado tem sido acelerada;
•É difícil dizer agora quais das muitas pesquisas de produtos
que estão sendo realizadas hoje, irão encontrar lugar no
mercado futuramente.
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
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P & D de novos produtos
“SUPERWINDOWS”: Janela com todos os elementos
disponíveis para aumentar o isolamento
Características:
•
Alta resistência térmica
•
Reduz a perda de calor no
inverno e ganhos no verão
•
Visibilidade é significativamente
diminuída com o adição do
maior número de camadas
Aplicações:
•
•
Climas frios (redução da perda de calor)
Grandes áreas envidraçadas
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
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rejeitam grande parte do calor solar da porção infra
vermelha.
AEROGEL: Material na forma de espuma, a base de sílica ( 4% sílica e
96% ar) com características de isolamento e transparência.
P & D de novos produtos
“COOL WINDOWS”: Janelas que admitem a passagem da luz visível enquanto
“SMART WINDOWS”: São janelas capazes de mudar dinamicamente suas
propriedades para controle da passagem de luz e fluxo de calor. Utilizam
camadas microscopicamente finas que mudam suas propriedades em
resposta a luz, calor e sinais elétricos.
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Aula 10: Eficiência energética em janelas
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Sistema de certificação e selagem
+
NFRC (National Fenestration Rating Council)
•
Organização sem fins lucrativos, de parceria
pública e privada, criada para a indústria de
janelas, portas e aberturas dos EUA.
•
Tem por objetivo principal fornecer
informações precisas de desempenho
energético de janelas, portas e aberturas.
•
Desde de seu início em 1989, o NFRC tem tido
sucesso na análise e certificação do
desempenho de aberturas residenciais.
Atualmente existem mais de 81 mil
produtos cadastrados.
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O NFRC estabeleceu um sistema nacional voluntário de
avaliação e selagem energética de aberturas. Este sistema
avalia as seguintes propriedades:
1.
2.
3.
4.
Transmitância térmica;
Coef. de ganho de calor solar (SHGC);
Transmissão de luz visível;
Infiltração de ar.
O NFRC não faz:
•
Separação entre boas janelas e más janelas;
•
Estabelecer padrões mínimos de desempenho.
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Certificação e selagem
Sistema de selagem
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26
O NFRC :
1.
desenvolve padrões (normas) para que as avaliações dos produtos
ocorram de maneira uniforme;
2.
3.
4.
revê e aprova ferramentas de simulação computacionais e
procedimento de testes para obtenção de avaliações térmicas precisas;
mantêm uma listagem de laboratórios qualificados para realizarem testes
e simulações a fim de determinar o desempenho térmico dos produtos;
Certificação e selagem
Como é realizada a certificação?
fornece os resultados para um agente independente avaliar e rever
a documentação, conduzir inspeções e aprovar a certificação e selagem;
5.
licencia fabricantes a utilizarem os selos de certificação em seus
produtos.
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•WINDOWS
Programa realiza o cálculo de índices de
desempenho térmico em janelas (Transmitância,
SGHC, SC,VT). Este programa atende aos padrões da
NFRC para realização de avaliação de produtos.
Certificação e selagem
Programas Computacionais para simulação
•RESFEN
Realiza o cálculo do consumo e o custo
anual de energia para aquecimento e resfriamento
devido ao sistema de aberturas. Também calcula a
contribuição das janelas para o pico de carga de
térmica.
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Certificação e selagem
Programas Computacionais para simulação
•THERM
Programa utilizado para análise
bidimensional da transferência de calor em
componentes de construção como: janelas, paredes,
fundações, portas, tetos, etc.
•OPTICS
Programa para análise da propriedades
óticas dos sistemas envidraçados.
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Benefícios:
•
Consumidor: economia de energia e dinheiro;
•
Projetista: especificação de produtos para minimizar a carga
térmica de resfriamento e aquecimento, aproveitamento da luz
natural;
•
Construtores: proporcionar conforto e eficiência energética.
Certificação e selagem
Quando um fabricante decide certificar seus produtos, ele os
submete a uma avaliação mais precisa em relação ao desempenho
energético. Isso ajuda tanto consumidores, projetistas,
construtores bem como o próprio fabricante.
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•
•
O selo NFRC tem a função de ajudar a determinar qual produto
apresenta melhor desempenho em relação ao aquecimento,
resfriamento, isolação ao vento, resistência à condensação, etc.
Com isso é possível compara os produtos e tomar a melhor decisão na hora
da compra.
Certificação e selagem
O selo NFRC
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Nome da agência
independente
Nome do
fabricante
Certificação e selagem
Marca da NFRC
Descrição do
produto
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Certificação e selagem
Transmitância:
(1 Btu/h/ft² °F = 5.678 W/m² °C)
Coef. Ganho de calor solar:
É a medida do calor solar que é
transmitida para o interior do
ambiente (valor entre 0 e 1)
Transmissão de luz:
É o percentual ou fração do
espectro visível, sensível ao olho,
que é transmitido pelo vidro (valor
entre 0 e 1)
Infiltração de ar:
(1 cfm/ft² = 0,305 m³min/m²)
Valores adicionais de desempenho: Resistência a
condensação (valor expresso entre 0 e 100)
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Considerações para seleção de janelas
+
PERFORMANCE ENERGÉTICA
• Propriedades energéticas básicas
• Desempenho durante os períodos
quentes e frios
• Impactos no o pico de carga
• Potencial de manter a desempenho
energético a longo prazo
APARÊNCIA
• Tamanho e forma
• Estilo
• Materiais da esquadrias
• Tipos de Vidros
?
FUNÇÃO
• Iluminação natural
• Controle de luminosidade
CUSTO
• Custo inicial da janela e instalação
• Custo de manutenção
• Conforto térmico
• Resistência a condensação
• Ventilação
• Controle sonoro
• Manutenção e durabilidade
• Freqüência de substituição
• Custo inicial do sistema de
aquecimento/resfriamento
• Custo anual de energia com
aquecimento/resfriamento
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Janelas no Brasil
+
De maneira geral, no Brasil, projetistas, proprietários e construtores
não tem uma grande preocupação com o a eficiência
energética das aberturas.
Normas técnicas a serem consideradas em projetos de caixilharia
NBR 10821 - Caixilhos para edificação - Janelas - Especificação
NBR 6485 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta
externa - Verificação da penetração de ar - Método de Ensaio
NBR 6486 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta
externa - Verificação da estanqueidade à água - Método de Ensaio
NBR 6487 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta
externa - Verificação do comportamento quando submetido a cargas
uniformemente distribuídas - Método de Ensaio
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•Dificuldade de levar a informação a milhares de pequenos fornecedores e
construtores.
Janelas no Brasil
Lentidão no cumprimento das normas:
•A mentalidade de muitos empresários que não investem em mudanças uma
vez que o mercado continua fiel.
Problema: Desconhecimento técnico dos fabricantes:
•O mercado brasileiro é compartilhado por milhares de pequenas empresas
espalhadas pelo país
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•O setores PVC e alumínio são os setores mais organizados.
Janelas no Brasil
•Esquadrias : Aço e madeira tem as linhas mais populares e preços
mais acessíveis.
Estima-se:
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Conclusões
+
1.Pesquisa, desenvolvimento, e uso de novas tecnologias estão
bastante avançados no exterior, associada à uma preocupação com
conservação de energia;
2.No Brasil o processo ainda está iniciando.
•Chegada de novas tecnologias (que precisam ser adaptadas
a nossa realidade)
•Desenvolvimentos de Normas e padronizações
•Organização dos setor
•Conscientização
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Referências
+
•CARMODY J.; SELKOWITZ S.; HESCHONG L. Residential
Windows – a guide to new tecnologies and energy
performance, 1996.
•DOE and LBNL. Selecting Windows for Energy Efficiency,
1997.
•National Fenestration Rating Council: http://www.nfrc.org
•Lawrence Berkeley National Laboratory:
http://windows.lbl.gov/
•Revista Projeto Desig: http://www.arcoweb.com.br
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