UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI PAULO ROGÉRIO PALO ESTUDO DA VIABILIDADE DA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS SÃO PAULO 2006 PAULO ROGÉRIO PALO ESTUDO DA VIABILIDADE DA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia civil da Universidade Anhembi Morumbi. Orientador: Prof. Dr. Sidney Lazaro Martins SÃO PAULO 2006 PAULO ROGÉRIO PALO ESTUDO DA VIABILIDADE DA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia civil da Universidade Anhembi Morumbi. Trabalho____________ em: ____ de _______________ de 2006. ______________________________________________ Prof. Dr. Sidney Lazaro Martins ______________________________________________ Profª. Dra. Adir Janete Godoy dos Santos Comentários: ________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Dedico este trabalho a todos os profissionais que trabalham para promover um meio ambiente saudável, limpo e puro exercendo o desenvolvimento sustentável e garantindo qualidade de vida para a presente e futuras gerações. AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Sidney Lazaro Martins pelo incentivo e orientação. Á amiga Patricia Policastro Nascimento, pois com sua ajuda, foi possível iniciar as pesquisas sobre o tema deste trabalho. Ao Eng. Roberto Godoy Fernandes da Indústria Schneider Electric Brasil Ltda, pela contribuição técnica e informações sem as quais não conseguiria a conclusão deste trabalho. A todos meus amigos e amigas que nos momentos difíceis sempre estiveram ao meu lado. RESUMO Neste trabalho, foram apresentadas formas de geração de energia a partir de fontes naturais renováveis, os itens que se deve atentar no projeto de um edifício inteligente e sustentável, as formas atuais de reuso dos recursos naturais e a importância da interdisciplinaridade no projeto da construção de um edifício. Isto por que dada a escassez de nossos recursos naturais, necessitamos definir projetos que possibilitam o uso racional destes recursos e a reciclagem dos produtos e dejetos gerados. Agindo dessa forma, diminuímos os impactos ambientais, e garantimos qualidade de vida para a presente e futuras gerações. No estudo da viabilidade mostramos a eficiência energética como prova irrefutável da viabilidade econômica da construção de edifícios inteligentes e sustentáveis. Palavras Chave: Sustentabilidade, Sustentável, Edifício Inteligente, Reuso de Recursos Naturais, Fontes Alternativas de Geração de Energia, Solar, Eólica, Geotérmica, Recursos Hídricos, Bioquímica, Automação Predial, Sistemas de Gerenciamento. ABSTRACT This work presents generation forms of energy from natural sources, items that you must attempt in the project of an intelligent and sustainable building, the current forms of the reuse of the natural resources and the importance of the interdisciplinary in the project of building construction. Because of the scarcity of our natural resources, we need to define projects that make possible the rational use of these resources and the generated products and dejections recycling. Acting on this way, we minimize environment impacts, and we guarantee quality of life for the present and future generations. The study of the viability shows the energy efficiency as irrefutable test of the economic viability of the construction of intelligent and sustainable buildings. Key Word: Sustainability, Sustainable, Intelligent Building, Reuse of Natural Resources, Alternative Sources of Generation of Energy, Solar, Aeolian, Geothermal, Hydrics Resources, Biochemist, Building Automation, Systems of Management. LISTA DE FIGURAS Figura 1-1 - Interdisciplinaridade no projeto. .............................................................15 Figura 1-2 - Benefícios do Edifício Inteligente Sustentável. ......................................15 Figura 5-1 - Funcionamento de uma célula fotovoltaica, CRESESB (2006) .............26 Figura 5-2 - Formação dos ventos, CRESESB (2006) ..............................................27 Figura 5-3 - Componentes de um gerador eólico, CRESESB (2006)........................28 Figura 5-4 - Consumo de água em unidade residencial, ROCHA et al. (1999) .........31 Figura 5-5 - Estruturação de um edifício inteligente, DIM – UEM (2006) ..................32 Figura 5-6 - Sistema de Gerenciamento e Controle, DIM – UEM (2006) ..................34 LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 - Itens Avaliados pelo USGBC para certificação. ....................................33 Tabela 6.1 - Economia com uso de Sistemas de Controle........................................36 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CIESP Confederação das Indústrias do Estado de São Paulo CRESESB Centro de Ref. p/ Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito DIM – UEM Depto de Informática da Universidade Estadual de Maringá FEM - UNICAMP Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp FIESP Federação das Indústrias do Estado de São Paulo UNICAMP Universidade Estadual de Campinas USGBC United States Green Buiding Concil WMO World Meteorological Organization LISTA DE SÍMBOLOS CO2 Dióxido de Carbono kWh Potência consumida em quilo watt por hora. MW Potência em Mega Watt W Potência em Watt W/m² Potência em watt por metro quadrado °C Temperatura em graus Celsius K Temperatura em Kelvin SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...................................................................................................14 2 OBJETIVOS.......................................................................................................17 2.1 Objetivo Geral ...............................................................................................17 2.2 Objetivo Específico ......................................................................................17 3 METODOLOGIA DO TRABALHO.....................................................................18 4 JUSTIFICATIVA ................................................................................................19 5 EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS..................................................20 5.1 O que é Sustentabilidade.............................................................................21 5.2 Edificações Convencionais. ........................................................................21 5.3 Edificações Inteligentes...............................................................................21 5.3.1 Integração com o meio ambiente. ...........................................................23 5.3.2 Conforto Ambiental..................................................................................24 5.3.3 Economia de energia...............................................................................25 5.3.3.1 Energia Solar .......................................................................................25 5.3.3.2 Energia Eólica......................................................................................27 5.3.3.3 Energia Geotérmica. ............................................................................29 5.3.3.4 Energia Bioquímica..............................................................................29 5.3.4 Uso racional dos recursos. ......................................................................30 5.3.4.1 Hídricos................................................................................................30 5.3.4.2 Materiais. .............................................................................................31 5.3.5 Sistema de Gerenciamento .....................................................................32 5.3.6 Instalações Prediais. ...............................................................................34 5.3.7 Estudo dos Custos e Benefícios Financeiros. .........................................35 6 ESTUDO DA VIABILIDADE DA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS............................................................................36 6.1 Distribuição Elétrica .....................................................................................37 6.2 Ar Condicionado...........................................................................................38 6.3 Iluminação.....................................................................................................39 7 CONCLUSÃO ....................................................................................................40 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................42 ANEXOS ...................................................................................................................44 14 1 INTRODUÇÃO Nunca foi tão importante quanto hoje a utilização dos recursos naturais renováveis como fonte de energia, o reuso da água, e a aplicação da tecnologia de ponta na construção civil. Isso se deve pelo fato dos nossos recursos naturais estarem se esgotando, a capacidade da natureza em reciclar os dejetos ser demasiada lenta para a quantidade produzida, o crescimento da demanda energética e de água potável, e pela conscientização da população de um futuro incerto caso nada seja feito. Acordos internacionais visando à melhoria da qualidade de vida da população e de controle do meio ambiente estão em pauta constantemente, como por exemplo, a ECO 92, Tratado de Kyoto, entre outros. Os governos começam a se manifestarem com a criação de legislações mais rígidas para o controle ambiental. Todas essas ações justificam a aplicação dos conhecimentos humanos na área da construção civil, para a elaboração de projetos de edificações cujas instalações prediais possibilitem maior qualidade de vida para seus ocupantes e menores impactos ambientais. Isso é possível graças a descobertas de métodos de captação, ou produção, e armazenamento de energias naturais renováveis, como a solar, eólica, geotérmica e biomassa, e o reuso da água servida e da água da chuva. Este trabalho foi elaborado analisando os benefícios que a aplicação dos conhecimentos humanos na construção civil. Cada qual contribui, na sua especialidade, para a elaboração de um projeto cuja funcionalidade proporciona qualidade de vida, economia de energia e sustentabilidade, Figura 1-1. Existe uma interdisciplinaridade na criação de obras quando temos a preocupação com a qualidade ambiental e de vida. Cada ramo do conhecimento pode contribuir para a melhoria do projeto, cada detalhe deve ser avaliado para garantir a eficiência ambiental. Yang (1999), diz que a interconectividade entre a biosfera e o ecossistema deve ser o ponto crucial no projeto de uma edificação ecologicamente correta, Figura 1-2. Isso agrega muito trabalho no projeto e garante resultados que compensam todo o esforço. 15 A viabilidade da construção de edifícios inteligentes e sustentáveis se dá na avaliação de itens de sua construção, operação e manutenção que permitem concluir que o acréscimo no investimento inicial retorna ao longo da vida útil da edificação. Engenharia Eficiência Qualidade De Vida Operacional Edifício Inteligente Sustentável Arquitetura Economia Informática De Energia Figura 1-1 - Interdisciplinaridade no projeto. Meio Ambiente Fontes Reciclagem Renováveis Edifício Inteligente Sustentável Redução do Conforto Sistema de Ambiental Gerenciamento Consumo de Energia Figura 1-2 - Benefícios do Edifício Inteligente Sustentável. 16 Os edifícios inteligentes e sustentáveis têm hoje um papel decisivo na manutenção da qualidade de vida nas cidades, em Pereira (2003), vemos no Estatuto da Cidade em seu Artigo 2°, inciso I, o que uma cidade sustentável deve garantir. “Art. 2° A política urbana tem por objetivo ordenar o pleno desenvolvimento das funções sociais da cidade e da propriedade urbana, mediante as seguintes diretrizes gerais: I – garantia as cidades sustentáveis, entendido como o direito a terras urbanas, à moradia, ao saneamento ambiental, à infra-estrutura urbana, ao lazer para as presentes e futuras gerações;” Todos os esforços no sentido de aprimorar as técnicas e aplica-las na construção civil são uma atitude de consciência ambiental e proporcionará a todos os ganhos futuros inestimáveis. 17 2 OBJETIVOS Este trabalho objetiva demonstrar a viabilidade da aplicação de novas tecnologias na construção de empreendimentos imobiliários tornando-os inteligentes e sustentáveis, utilizando novos sistemas de gerenciamento de energia elétrica e manutenção, métodos de geração alternativa de energia elétrica, a partir de fontes naturais renováveis, reuso da água, e o tratamento dos resíduos gerados, garantindo a sustentabilidade e reduzindo o impacto ambiental. 2.1 Objetivo Geral Apresentar as tecnologias existentes para geração de energia a partir de fontes naturais renováveis, e os resultados de estudos realizados para empreendimentos imobiliários residenciais e comerciais, no uso de sistemas integrados de gerenciamento de energia. 2.2 Objetivo Específico Com base em estudos e projetos realizados pela Indústria Schneider Electric Brasil Ltda que demonstram os benefícios financeiros gerados com a aplicação de sistemas de gerenciamento e controle energético em empreendimentos imobiliários, demonstrar como a adoção destes pode resultar em ganhos significativos na administração da edificação, e proporcionar sustentabilidade ambiental. 18 3 METODOLOGIA DO TRABALHO Comparar os empreendimentos imobiliários residenciais e comerciais tradicionais com as edificações inteligentes, através de: análise dos resultados da adoção ou implantação, de sistemas inteligentes de gestão energética e de recursos naturais renováveis; os benefícios gerados ao meio ambiente e seus ocupantes. Feita por meio de pesquisas bibliográficas, artigos, monografias, e páginas da “internet”, e estudos e projetos realizados pela Indústria Schneider Electric Brasil Ltda que demonstram os benefícios financeiros gerados com a implantação de sistemas de automação predial. 19 4 JUSTIFICATIVA As edificações auto-sustentáveis começam a ser um atrativo oferecido pelos empreendedores imobiliários, ao mercado consumidor, que quer imóveis operacionalmente mais econômicos, e que proporcionem benefícios e conforto ambiental para seus ocupantes. Esse diferencial, aliado também à imagem positiva gerada pela preocupação ambiental, faz o empreendimento ser aceito pelo mercado imobiliário, justificando o custo inicial mais elevado. Pelo fato de se manter atualizado por mais tempo e por utilizar tecnologia de ponta, garante um baixo custo de manutenção, que em longo prazo, contribui para o retorno do capital investido. Uma edificação inteligente conta com sistema de gerenciamento de energia elétrica, água potável e gás, com isso diminui seu consumo e proporciona redução das taxas condominiais. A poluição ambiental é reduzida por meio de coleta seletiva de lixo e tratamento dos resíduos gerados. O uso de fontes alternativas de energias renováveis como: solar, eólica e biomassa, possibilitam um incremento de energia, que utilizada racionalmente, garante diminuição dos consumos de energia da edificação. 20 5 EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS. A sustentabilidade é um termo recente, segundo Kats (2003), The Independence, uma publicação britânica, começou no início do ano de 1.990, a utilizá-lo para definir as atribuições de edifícios inteligentes que garantem melhor qualidade de vida aos seus habitantes e promovem baixos impactos ambientais. No Brasil, o termo começa a ser aplicado também com esse objetivo, conforme Tavares (2006). O mercado imobiliário que antes era indiferente para investir em empreendimentos sustentáveis, devido à idéia de que estes não seriam rentáveis, começa a ter uma visão dos atrativos, tanto comerciais quanto ambientais, que estes empreendimentos proporcionam, e que estão sendo procurados por clientes preocupados com melhor qualidade de vida e conforto ambiental. Numa visão de tempo maior, as cidades do futuro abrigarão muito mais pessoas do que hoje, segundo previsões do World Bank Group (2003), em 2.050, 75% da população mundial viverá em cidades, e com isso aumentará a produção de lixo e esgoto, e consumo de energia. Conforme Edwards (1999), os arquitetos e engenheiros, têm grande responsabilidade sobre o consumo de energia, combustíveis fósseis e na produção de CO2, do que qualquer outro grupo profissional seja na Inglaterra, ou no mundo, a metade de toda a energia produzida para aquecimento, refrigeração, iluminação e ventilação é utilizada em edificações. Com a conscientização dos empreendedores imobiliários de que os edifícios inteligentes e sustentáveis, são menos agressivos ao meio ambiente e o retorno financeiro é garantido, se tem a oportunidade de diminuir os efeitos da urbanização futura. Incentivar os empreendedores a investirem nos edifícios inteligentes é uma forma de garantir qualidade de vida, economia de energia, valorizar e minimizar os impactos ambientais no futuro. 21 5.1 O que é Sustentabilidade. Um empreendimento imobiliário sustentável é aquele que é projetado com a preocupação de se integrar ao meio ambiente, minimizar os impactos ambientais, e também proporcionar aos seus ocupantes conforto ambiental. (YANG, 1999). Para isso deve atender aos quesitos: • Integração ao meio ambiente; • Uso racional dos recursos; • Economia de energia e água; • Conforto ambiental para seus habitantes; • Durabilidade; • Viabilidade econômica. 5.2 Edificações Convencionais. Edificações convencionais são projetadas seguindo os padrões e técnicas atuais para construção, dimensionando estruturas e instalações para ter um funcionamento adequado, mas sem se preocupar com sustentabilidade do empreendimento. Os projetos são concebidos com o propósito de serem eficientes, de baixo custo e de fácil execução, não havendo a preocupação com a minoração de impactos ao meio ambiente. 5.3 Edificações Inteligentes. A partir da década de 1980, surge o conceito de Edifício Inteligente, como resposta à necessidade premente de redução de custos de construção e de manutenção. Aparecem então os chamados Sistemas de Gestão Técnica que dividem os edifícios em componentes elementares de controle e com equipamentos muito diversificados, 22 pertencentes a fabricantes também muito diferentes. Com isso surge a necessidade de gerenciamento das atividades e a Integração destas atividades. (NUNES; SERRO, 1999). Segundo Kats (2003), é demonstrado conclusivamente que edifícios sustentáveis são um investimento seguro e se devem encorajar os empreendedores a construílos. Com um acréscimo de 0 a 2% no custo de construção de um edifício sustentável, resulta numa economia de 20% do total do custo investido ao longo de sua vida útil, ou seja, com um acréscimo de US$100.000 de investimento na construção cujo valor total seja US$5 milhões resultará numa economia de US$1 milhão em valores de hoje ao longo da vida útil da obra. Somente a economia de energia já compensa o acréscimo no custo associado ao edifício sustentável. Na seqüência Kats (2003), diz que os benefícios do edifício sustentável possuem alguns elementos que são de fácil quantificação como consumo de energia e água, e outros mais difíceis como, uso de materiais recicláveis, melhorias no ambiente interno. Alguns estudos constataram a melhora no ambiente interno onde o uso da luz do dia, ventilação natural foram adotados, aumentando a produtividade de seus ocupantes, e reduzindo as faltas e doenças. O impacto na produtividade e na saúde dos ocupantes é refletida direta e indiretamente nos custos da empresa e é de longe maior que o custo da construção ou da energia consumida. O acréscimo no custo de um edifício sustentável está nos projetos de arquitetura e engenharia, pois demandam um tempo maior para incorporar ao projeto as práticas de sustentabilidade. Geralmente quanto antes o projeto incorporar os princípios de sustentabilidade menor será o seu custo. Podemos também avaliar a necessidade de investimentos em edifícios inteligentes e sustentáveis tendo em vista a abordagem feita por Yang (1999), onde um edifício inteligente e sustentável deve estar integrado ao meio ambiente que o cerca. Segundo Yang (1999), a maneira fundamental de projetar de modo ecologicamente correto consiste em dividir o edifício em seus componentes básicos: o que entra, o que sai, e suas relações interiores e exteriores, e então, estabelecer como elas 23 interagem uma com as outras. Deve-se procurar maximizar a utilização e a eficiência no projeto enquanto se procura reduzir os efeitos negativos causados ao meio ambiente, durante a construção e em funcionamento. Quando analisamos um efeito potencial no meio ambiente temos que olhar para toda a malha associada a ele e estabelecer quais são os outros efeitos dependentes. Um projeto ecológico é multidisciplinar, pois deve antecipar os possíveis efeitos sobre o ecossistema e prever a melhor solução para eliminar, minimizar ou compensar a depredação causada. A interdisciplinaridade é crucial num projeto ecológico, obviamente a arquitetura e ecologia, mas também a engenharia, química e ciências dos materiais, entre outras que estão relacionadas com a proteção do meio ambiente. Com base no exposto acima podemos dividir a concepção do projeto do edifício inteligente e sustentável em 7 etapas: • Integração com o meio ambiente; • Conforto ambiental; • Economia de energia; • Uso racional dos recursos; • Sistema de gerenciamento; • Instalações prediais; • Estudo dos Custos e Benefícios Financeiros. Veremos a seguir uma síntese de como são estas etapas, e de que forma elas se inter-relacionam. 5.3.1 Integração com o meio ambiente. Na concepção do projeto, devem ser avaliadas as características do meio ambiente no qual ele será construído. Segundo Edwards (1999), um estudo prévio é feito avaliando: • O clima: insolação, ventos, chuvas e temperaturas médias das estações do ano. • A vegetação: as espécies existentes nos arredores e na área do empreendimento. 24 • A topografia: levantamento planialtimétrico da região onde será construído o empreendimento, levando em consideração todas as interferências naturais e artificiais existentes, na busca de evitar mudanças drásticas na paisagem natural e escolha adequada do local da construção. • A hidrologia: os regimes dos cursos d’águas existentes, profundidade do lençol freático, área de várzea, definição do caminho de drenagem natural por escoamento superficial e vazões. • Urbanização: vias de acesso, corredores viários, densidade populacional, sistemas de drenagem urbana, de esgotos sanitários, de abastecimento de água, concessionárias de energia, de gás, de telefonia, de TV, áreas verdes (praças públicas, clubes, etc.), transportes coletivos, coleta de lixo, segurança, hospitais e postos de saúde, escolas, etc. • Legislação: Obediência à legislação municipal, estadual e federal, para a execução do empreendimento e regulamentação ambiental. De posse dos dados acima se inicia a análise das relações entre cada item e o empreendimento a ser construído, procurando tirar o melhor proveito das características naturais existentes, evitando ao máximo modificar o ambiente natural. 5.3.2 Conforto Ambiental. Do conhecimento adquirido com o estudo do meio ambiente, e das necessidades humanas é possível projetar objetivando dar aos ocupantes do empreendimento o máximo conforto ambiental. Isso pode ser conseguido utilizando os recursos naturais disponíveis (ventilação, luz natural, vista exterior, etc.) e materiais de construção e de acabamento atóxicos e antialérgicos. Com um sistema de gerenciamento, é possível controlar o sistema de ar condicionado para manter a temperatura agradável e a renovação de ar, comparando a temperatura interna com a externa e a qualidade do ar interno com o externo, o acendimento de luzes quando a quantidade de luz natural não for suficiente para a realização das atividades, etc. (EDWARDS, 1999). 25 5.3.3 Economia de energia O aproveitamento de energias naturais renováveis deve ser estudado, pois todo o acréscimo de energia promove economia nos sistema das concessionárias de energia revertendo em benefícios ao meio ambiente. Segundo Edwards (1999), a utilização de energias naturais e renováveis é uma alternativa viável e que garante uma redução no consumo de energia poupando recursos na construção de novas hidroelétricas ou termoelétricas. Para o meio ambiente, qualquer redução no consumo energético das unidades consumidoras que se faça, gera para a cidade uma grande economia em recursos, daí a necessidade de se incentivar a aplicação de fontes naturais de energia renováveis. A seguir temos uma breve explicação das fontes naturais renováveis mais conhecidas. 5.3.3.1 Energia Solar O aproveitamento da energia solar é hoje uma das alternativas energéticas promissoras. Segundo o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito (CRESESB) (2006), pelo seu uso a energia solar é dividida em: • Fototérmica: se apresenta sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente num corpo material. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e armazená-la. Os equipamentos mais difundidos com o objetivo específico de se utilizar a energia solar fototérmica são conhecidos como coletores solares. Os coletores solares são aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos) e são classificados em coletores concentradores e coletores planos em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. O fluido aquecido é mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida para banho, ar quente para secagem de grãos, gases para 26 acionamento de turbinas, etc.). • Bioclimática: Chama-se bioclimática o estudo que visa harmonizar as construções ao clima e características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, e tirando partido da energia solar, através de correntes convectivas naturais e de microclimas criados por vegetação apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar, utilizando, para isso, a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais. A arquitetura bioclimática não se restringe as características arquitetônicas adequadas. Preocupa-se, também, com o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que são necessários ao uso da edificação (aquecimento de água, circulação de ar e de água, iluminação, conservação de alimentos, etc.) e com o uso de materiais de conteúdo energético tão baixo quanto possível. • Fotovoltaica: A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico) ver Figura 5-1. As primeiras células foram produzidas com o custo de US$600 / W para o programa espacial. Com a ampliação dos mercados e várias empresas voltadas para a produção de células fotovoltaicas, o preço tem reduzido ao longo dos anos podendo ser encontrado hoje, para grandes escalas, o custo médio de US$ 8,00 / W. Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo utilizados em instalações remotas possibilitando vários projetos sociais, agro-pastoris, de irrigação e comunicações. As facilidades de um sistema fotovoltaico tais como: modularidade, baixos custos de manutenção e vida útil longa, fazem com que sejam de grande importância para instalações em lugares desprovidos da rede elétrica. Existem aplicações na Europa em edifícios públicos gerando economia de energia. Figura 5-1 - Funcionamento de uma célula fotovoltaica, CRESESB (2006) 27 5.3.3.2 Energia Eólica. No CRESESB, vemos que energia eólica provém da radiação solar uma vez que os ventos são gerados pelo aquecimento irregular da superfície terrestre ver Figura 5-2. Os ventos que sopram em escala global e aqueles que se manifestam em pequena escala são influenciados por diferentes aspectos entre os quais se destacam a altura, a rugosidade, os obstáculos e o relevo. Um sistema eólico é constituído por vários componentes que devem trabalhar em harmonia de forma a propiciar um maior rendimento final, a Figura 5-3 apresenta as diversas partes constituintes de um sistema eólico. Figura 5-2 - Formação dos ventos, CRESESB (2006) O rendimento global do sistema eólico relaciona a potência disponível do vento com a potência final que é entregue pelo sistema. Em condições ideais, o valor máximo da energia captada por um rotor eólico é limitado pela eficiência 59,3% da energia contida no fluxo de ar pode ser teoricamente extraída por uma turbina eólica. Na prática o rendimento aerodinâmico das pás reduz ainda mais. Além disso, o fato do rotor eólico funcionar em uma faixa limitada de velocidade de vento contribui para reduzir a energia por ele captada. O rendimento global de um sistema eólico simples 28 pode ser estimado em 20%. Um sistema eólico pode ser utilizado em três aplicações distintas: sistemas isolados, sistemas híbridos e sistemas interligados à rede. Os sistemas obedecem a uma configuração básica, necessitam de uma unidade de controle de potência e, em determinados casos, conforme a aplicação, de uma unidade de armazenamento. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. Cubo do rotor Pás do rotor Sistema hidráulico Sistema de posicionamento da nacele Engrenagem de posicionamento Caixa multiplicadora de rotação Disco de freio Acoplamento do gerador elétrico Gerador elétrico Sensor de vibração Anemômetro Sensor de direção Nacele, parte inferior Nacele, parte superior Rolamento do posicionamento Disco de freio do posicionamento Pastilhas de freio Suporte do cabo de força Torre Figura 5-3 - Componentes de um gerador eólico, CRESESB (2006) 29 5.3.3.3 Energia Geotérmica. Segundo a FEM – Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp (2006), a energia geotérmica são os recursos que acontecem naturalmente nas forma de vapor, água quente (aquifers) e pedras quentes e a sua utilização é ditada pela disponibilidade natural e o custo de extração. A temperatura da água quente pode ser maior que 200 °C. Todos os recursos geotérmicos são estritamente não renováveis porque o fluxo de calor comum do centro da terra é tão pequeno (0,04 a 0,06 W/m2) comparado com a taxa de extração requerida. Até mesmo em áreas excepcionais onde o fluxo de calor é centenas de vezes maior que este valor, a taxa de extração exigida para suportar a usina de algumas centenas de quilowatts levará a um gradual esgotamento do campo. O tempo de vida de um campo geotérmico é de algumas décadas enquanto que a recuperação pode levar séculos. Em geral, custos capitais são importantes e custos correntes são tão pequenos que a energia que é usada vai para aplicações de carga básicas. Estas últimas considerações são para a construção de usinas geradoras de energia elétrica em grande escala, o uso individual em empreendimentos imobiliários deve ser explorado onde houver condições para isso. 5.3.3.4 Energia Bioquímica. Segundo a Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (FIESP) (2001), e da Confederação das Indústrias do Estado de São Paulo (CIESP) (2001), a energia bioquímica caracteriza-se pelo uso de biomassa que é obtida de materiais de origem vegetal renovável ou obtida pela decomposição de dejetos. O Brasil tem desenvolvido tecnologia há vários anos para a utilização da biomassa como fonte geradora de energia, gerando empregos e com muito pouco recurso financeiro. Hoje são conhecidas diversas fontes renováveis de biomassa como: lenha, carvão vegetal, babaçu, óleos vegetais, resíduos vegetais, sisal, biogás, casca de arroz, 30 cana de açúcar (bagaço da cana, palha e álcool). 5.3.4 Uso racional dos recursos. O cuidado no manejo, utilização e conservação dos recursos naturais, artificiais e financeiros, deve estar sempre no foco do projeto. No projeto é o momento de definir os métodos, sistemas e materiais para a construção. É nessa etapa que surge o diferencial entre o edifício inteligente sustentável e o convencional. 5.3.4.1 Hídricos. Nas instalações hidráulicas providas de sistemas para reuso da água e tratamento de efluentes, são algumas das ações que melhoram a qualidade do meio ambiente e permitem economia tanto do recurso hídrico como financeiro. Nesse sentido, reuso, reciclagem, gestão da demanda, redução de perdas e minimização da geração de efluentes constitui, em associação às práticas conservacionistas no uso racional do recurso hídrico. A utilização da água de chuva, também é uma pratica que garante um bom resultado, é de fácil aplicação e de baixo custo de investimento. Outra prática é a medição individualizada em condomínios, cujos resultados apontam à possibilidade de redução de até 25% no consumo de água. A medição individualizada tem sido amplamente divulgada, devendo os poderes constituídos ampliarem essa prática, criando incentivos à sua implementação em todas as edificações. 31 A título de ilustração, a, apresenta a distribuição do consumo de água num apartamento de um conjunto habitacional de interesse social, localizado na cidade de São Paulo. Vale ressaltar que os valores de consumo apresentados são apenas ilustrativos e não representam, necessariamente, a realidade de toda e qualquer edificação habitacional. Figura 5-4 - Consumo de água em unidade residencial, ROCHA et al (1999) 5.3.4.2 Materiais. O uso de materiais com certificação de qualidade ambiental incentiva a indústria que preza a manutenção do meio ambiente, pois as empresas certificadas têm sua produção controlada para garantir o menor impacto ambiental e a sustentabilidade do ecossistema. A reciclagem do entulho gerado na obra também possibilita a redução da degradação ambiental. É possível ainda a utilização de produtos feitos a partir de resíduos reciclados o que incrementa ainda mais a diminuição da agressão ao meio ambiente. 32 5.3.5 Sistema de Gerenciamento Conforme o Departamento de Informática da Universidade Estadual de Maringá (DIM-UEM) (2006), um edifício inteligente é aquele que está dotado de um sistema de controle central que pretende otimizar certas funções inerentes à operação e administração de um edifício. As características fundamentais que se deve encontrar num sistema inteligente são: • Capacidade para integrar todos os sistemas; • Atue em condições variadas, ligadas entre si; • Tenha memória; • Tenha noção temporal; • Fácil interligação com o utilizador; • Facilmente reprogramável; • Disponha de capacidade de autocorreção. Mas o sistema de gerenciamento é um dos componentes da estruturação de uma edificação inteligente, Figura 5-5, e existem outros fatores que devem ser levados em conta na concepção de um empreendimento imobiliário sustentável. Figura 5-5 - Estruturação de um edifício inteligente, DIM – UEM (2006) 33 Pelo United States Green Building Council (USGBC) (2004), um empreendimento sustentável atende a todos os padrões e técnicas atuais e levam em conta a sustentabilidade do empreendimento, implantando soluções inovadoras para sua construção até o gerenciamento e controle de toda a edificação acabada. O USGBC criou uma metodologia de certificação na qual são avaliados 7 pré-requisitos compostos por 69 itens divididos em 6 grupos, pelos quais é possível classificar os empreendimentos, conforme o nível de sustentabilidade apresentada, e é possível a partir destes itens aferir o custo que incidente na execução do empreendimento. Na Tabela 5.1 estão alguns dos itens avaliados pelo USGBC (2004) para a certificação de edifícios inteligentes e sustentáveis. Tabela 5.1 - Itens Avaliados pelo USGBC para certificação. Item Descrição Item Descrição 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. Sustentabilidade Ambiental Localização; Densidade urbana; Áreas livres; Sistemas urbanos; Condições atuais do Meio Ambiente; Controle de erosão e sedimentação; Drenagem; Escavação e movimento de terra; Aproveitamento da água de chuva; Áreas cobertas; Cobertas sem tratamento térmico; Cobertas com tratamento térmico; Quantidade de Iluminação artificial; Uso racional da água; Consumo humano; Irrigação e limpeza da edificação; Controle de perdas; Redução de consumo; Reuso da água; Energia e Atmosfera; Controle para otimização e performance; Uso de energia renovável; Regulagens e manutenção dos equipamentos; Sistemas de gerenciamento; 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 7. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10. 8. 8.1. 8.2. 8.3. Materiais e Recursos Naturais; Reciclagem de construção existente; Contenção de desperdícios; Recursos renováveis; Materiais reciclados; Fornecedores locais; Produção local; Recurso de renovação rápida; Madeiras certificadas; Conforto Ambiental Interno; Monitoramento da quantidade de CO2; Ventilação natural; Qualidade do ar; Temperatura ambiente; Materiais atóxicos; Madeiras compensadas; Iluminação natural e visão do ambiente externo; Controle de emissão de poluentes; Janelas reguláveis; Sistemas de climatização com controles individuais; Inovação e Design; Novas aplicações para redução do consumo de energia e água; Inovações tecnológicas para garantir sustentabilidade; Integração e harmonia com a paisagem natural. Fonte: O autor (2006). Assim, se vê que a preocupação com a sustentabilidade, começa na concepção do projeto e se prolonga por toda a vida útil do empreendimento. Isso deve ser levado em consideração, pois uma vez que concluída a construção do edifício, torna-se difícil e por vezes inviável sua atualização com aplicação de sistemas inteligentes, tendo em vista a falta de locais para a passagem de cabeamento e tubulações, além de locais adequados para a instalação de painéis ou depósitos adequados para materiais recicláveis. 34 5.3.6 Instalações Prediais. Um dos pontos fortes dos edifícios inteligentes é a aplicação de sistemas de gerenciamento e controle da edificação, ver Figura 5-6. Este sistema auxilia as atividades dos funcionários, o controle dos consumos de energia e água, faz o diagnóstico de problemas nas instalações, entre outras. Existem no mercado diversas empresas que projetam, fornecem e instalam sistemas de gerenciamento e controle de edificações, que vai desde a automação de um portão até o controle dos eletrodomésticos. Edifícios Inteligentes Elementos Facilidade Sistema Sistema de Arquitetura Vídeo De Gestão DDC Iluminação Flexível Conferência Gestão de Sistemas de Sistema de Estrutura de Sistema Segurança Comb. Incêndio Energia Acesso Exterior CABD Gestão de Sistema Sistema de Sistemas Intel. PABX Energia HVAC Segurança por pisos. Gestão da Sistema de Sistema de Estruturação Comunicação Cablagem Elevadores Telecomunicação Por divisão Por satélite ESTRUTURAS SERVIÇOS Sistema LAN GESTÃO SISTEMAS Figura 5-6 - Sistema de Gerenciamento e Controle, DIM – UEM (2006) As instalações prediais de água, energia, telefônica, cabeamento lógico, e de coleta de esgotos, devem ter uma atenção especial, pois proporcionam quando bem estudadas facilidades de manutenção, redução de perdas, seu projeto deve ser detalhado e garantir a total integração com o sistema de gerenciamento. Esta 35 preocupação com as instalações prediais se justifica por ser ela o sistema de condução de energia, água e coleta de esgoto. Numa analogia com um organismo vivo as instalações prediais são responsáveis pela condução dos nutrientes e a coleta dos resíduos, assim quanto mais integrada ao sistema de gerenciamento melhor será seu desempenho e aproveitamento dos recursos. 5.3.7 Estudo dos Custos e Benefícios Financeiros. Segundo Kats (2003), o custo de um edifício inteligente sustentável pode ser calculado pelo estudo dos custos diretos e indiretos envolvidos durante o ciclo de vida útil da obra, de cada atividade na construção, na operação e manutenção, desde sua concepção. Como já dito anteriormente, alguns itens são de fácil quantificação, como consumo de energia, e outros mais difíceis como reciclagem de materiais e conforto ambiental interno. Todavia neste trabalho analisou-se os dados reunidos por estudos e projetos realizados pela Indústria Schneider Electric Brasil Ltda que demonstram os benefícios financeiros gerados pela aplicação de sistemas de automação predial nos sistemas elétricos. Os dados foram agrupados em: • Hidráulica; • Distribuição elétrica; • Iluminação; • Ar condicionado; • Controle de terceiros; Dá-se, neste trabalho, uma explicação geral das aplicações de sistemas de gerenciamento para demonstrar como a adoção destes pode resultar em ganhos significativos na administração da edificação, e proporcionar sustentabilidade ambiental. 36 6 ESTUDO DA VIABILIDADE DA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS INTELIGENTES SUSTENTÁVEIS. A viabilidade da construção de edifícios inteligentes sustentáveis é constatada quando se avalia as despesas com a manutenção e conservação entre edifícios inteligentes sustentáveis e edifícios convencionais, pois vemos que os primeiros têm despesas menores durante sua vida útil, e os benefícios ao meio ambiente e aos seus ocupantes agregam o valor social. Um edifício convencional tem seu custo de construção menor, porém com o passar do tempo os gastos com a manutenção e conservação até o final de sua vida útil fazem o custo deste muito maior. Um edifício inteligente sustentável tem custa de 0 a 2% a mais do que um convencional, pois agrega várias equipes voltadas para obtenção da melhor solução técnica. Essa dedicação demanda um tempo maior de estudo das alternativas para a escolha da mais adequada para cada tipo de edificação e do impacto que ela causará no meio ambiente no qual será inserida. Estudos e projetos realizados pela Indústria Schneider Electric Brasil Ltda demonstram que os benefícios financeiros gerados quando são aplicadas as novas tecnologias em sistemas de gerenciamento de energia elétrica em novos edifícios, são em geral da ordem de 30% em comparação a um edifício convencional, Tabela 6.1. Nos anexos A, B e C, são apresentados alguns casos como exemplo. Tabela 6.1 - Economia com uso de Sistemas de Controle. Item Distribuição Eletrica Ar Condicionado Iluminação Controle de terceiros Total Economia % 25 15 30 30 100 Fonte: Schneider Electric Brasil Ltda (2006) A Schneider Electric é especialista mundial em produtos e serviços para distribuição elétrica, controle e automação industrial. Com faturamento de 11,7 bilhões de euros 37 em 2005, a Schneider Electric está presente em 130 países, com mais de 200 fábricas, mais de 92 mil funcionários, proporcionando os mais elevados níveis tecnológicos, de acordo com as principais normas de qualidade e segurança nacionais e internacionais. Conta com três grandes marcas internacionais: Merlin Gerin, Square D e Telemecanique. No Brasil, possui a marca Prime, com produtos de baixa tensão para uso residencial e predial. Presente há quase 60 anos no Brasil, a Schneider Electric possui 4 fábricas, 11 filiais comerciais, mais de 1500 pontos de venda e 150 representantes comerciais em todos os estados do país, garantindo ao mercado soluções completas e inovadoras. Os itens que mais contribuem para o ganho em economia são: • Distribuição elétrica, onde compreende todo o cabeamento, sistema de proteção, sistema de gerenciamento de demanda e pontos de consumo; • Ar Condicionado; • Iluminação, sendo considerada apenas a interna. Os demais itens como a otimização do uso de elevadores, estacionamento, iluminação externa e áreas comuns, proporciona por volta de 30% de economia. Somente com a preocupação em gerenciar bem a energia elétrica, veremos que a aplicação dos conhecimentos humanos e novas tecnologias garantem um retorno financeiro considerável e, sobretudo alivia a demanda de energia nas concessionárias. 6.1 Distribuição Elétrica Para uma perfeita instalação elétrica deve-se atentar para todos os detalhes desde seu dimensionamento até a instalação dos pontos de consumo. O dimensionamento 38 adequado dos condutores garante a eficiência na condução da energia sem perdas por aquecimento e proporciona segurança. Os eletrodutos bem dimensionados proporcionam facilidade na instalação dos condutores evitando o esmagamento, corte das isolações e até rompimento dos mesmos pela tração no ato da instalação. Nos pontos de consumo a preocupação é com a definição do melhor aclopamento, para evitar aquecimento entre os conectores, com isso a perda de energia e possibilidade de incêndio. O estudo da disposição mais adequada da distribuição elétrica é essencial para um bom desempenho dos sistemas de gerenciamento, pois facilita a conectividade e a separação em grupos funcionais. Com uma distribuição elétrica bem dimensionada e a aplicação de sistema de gerenciamento de demanda consegue-se uma economia de até 25% no consumo total do edifício. 6.2 Ar Condicionado Na Arquitetura Bioclimática, sempre se optará pela ventilação natural ao uso de sistemas de Ar Condicionado, porém onde este seja inevitável deverá ser dimensionado com muita atenção, pois o sistema consome energia elétrica e água, assim seu dimensionamento bem como sua operação adequada, garante um rendimento maior e a utilização racional dos recursos. Existem no mercado diversos sistemas de Ar Condicionado que vão desde equipamentos isolados a grandes centrais de refrigeração. É necessário, portanto definir bem o uso que se dará ao ambiente e todas as variáveis ambientais, para a escolha adequada do sistema. Um sistema inteligente de Ar Condicionado tem por objetivo otimizar o seu uso e garantir seu funcionamento dentro de faixas de trabalho definidas, proporcionando conforto no ambiente interno do edifício. Com um sistema de Ar Condicionado inteligente consegue-se uma economia de até 15% no consumo total do edifício. 39 6.3 Iluminação O uso de iluminação artificial deve ser evitado durante os períodos do dia onde a luminosidade solar possa ser utilizada para iluminar o ambiente, pois além de garantir economia de energia elétrica, melhora o conforto ambiental. Nos casos onde é impossível o uso da iluminação natural, os sistemas de gerenciamento de iluminação (controle de ocupação) devem ser instalados, pois promovem o uso racional da iluminação evitando o desperdício de energia. Com um sistema de controle de ocupação e um dimensionamento adequado da potência luminosa necessária ao ambiente, consegue-se uma economia de até 30% no consumo total do edifício. Anexos estão alguns casos de sucesso na aplicação de sistemas de gerenciamento de energia elétrica instalados pela Schneider Electric Brasil Ltda. 40 7 CONCLUSÃO Após a pesquisa desse trabalho e dos estudos efetuados pela Indústria Schneider Electric Brasil Ltda, conclui-se que a iniciativa de se construir edifícios inteligentes sustentáveis é viável economicamente, e ao meio ambiente no qual foi inserida proporciona o menor impacto ambiental possível. Os Anexos A, B e C, são exemplos dos trabalhos e estudos efetuados. Isto resulta diretamente em dois benefícios, a saber: • Na redução da taxa condominial, pois aplicando sistemas de gerenciamento de energia, medição individualizada de água, gás, e energia, reduzem os gastos com as concessionárias, permitindo um valor na taxa de condomínio bem abaixo dos aplicados em edifícios convencionais, situados na mesma área. O aluguel em edifícios inteligentes sustentáveis tem seu valor 30% maior que em edifícios convencionais (TAVARES, 2006), o que os torna um atrativo para investidores em imóveis. • No meio ambiente, pois reutilizando recursos naturais renováveis garantimos a sustentabilidade e baixos impactos ambientais. A aplicação de fontes alternativas para geração de energia limpa, o tratamento de efluentes, entre outras ações garantem também retorno financeiro e melhoria no meio ambiente, pois evitam a degradação do mesmo. Podemos enfatizar também que o uso racional dos recursos naturais permite que sejam postergados grandes investimentos em obras de geração de energia e captação de água, pois gera sobra nos atuais sistemas, pela economia alcançada. Embora exista um custo inicial maior do que um edifício convencional, da ordem de 30%, devido aos estudos, projetos, profissionais envolvidos e equipamentos. Todo investimento feito na construção de edifícios inteligentes sustentáveis, retorna na forma de economia de energia e de recursos naturais. E se paga com o passar do tempo durante sua vida útil com a economia gerada. Assim além dos empreendedores, toda a população ganha com esse investimento, tornando-o assim de grande valor econômico e social. 41 Por estarmos iniciando a aplicação desta nova maneira de projetar e construir, os benefícios econômicos recebem mais valor do que os benefícios ao meio ambiente. Vemos ainda hoje, que a falta de informações quanto a maneira de projetar um edifício inteligente sustentável gera uma dificuldade para sua construção em larga escala, pois apenas algumas construtoras possuem profissionais com conhecimento adequado para projetar um edifício deste tipo. Um edifício inteligente sustentável necessita “nascer inteligente e sustentável”, pois após sua construção é praticamente inviável sua adaptação. Vemos que em paises da Europa e nos Estados Unidos, a construção deste porte já está incorporada no meio da construção civil e existe certificação para os edifícios, o que agrega mais um valor a construção e incentiva novas construções. Com a conscientização da população esclarecida e um incentivo a aplicação dos conhecimentos humanos na construção civil, poderemos ter num futuro próximo um meio ambiente saudável e conforto ambiental para todos. 42 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Energia Solar e Eólica. Disponível em: http://www.cresesb.cepel.br/abertura.htm>. Acesso em: 02 abr. 2006. DIM - UEM – Departamento de Informática da Universidade Estadual de Maringá. Introdução a Domótica. Disponível em: <http://www.din.uem.br/ia/intelige/domotica/int.htm>. Acesso em: 05 mar. 2006. Edwards, Brian. “Sustainable Architecture – European Directives & Building Design 2° Edition”. Oxford: Architetural Press, 1999. FEM - UNICAMP – Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp. Energia Geotérmica. Disponível em: http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/geoter/geoter.html>. Acesso em: 02 abr. 2006. KATS, Greg – Parte do texto final do relatório: “The Costs and Financial Benefits of Green Buildings” (2003). Disponível em: <http://www.usgbc.org>. Acesso em: 05 mar. 2006. NUNES, Renato, e SERRO, Carlos: Edifícios Inteligentes – Conceitos e Serviços. Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) do Instituto Superior Técnico (IST) – Lisboa. Disponível em: <http://www.deec.ist.utl.pt>. Acesso em: 10 dez. 2005. PEREIRA, Luis Portella. “A Função Social da Propriedade Urbana”. São Paulo: Sintese, 2003. ROCHA, A. L.; BARRETO, D.; IOSHIMOTO, E. Caracterização e monitoramento do consumo predial de água. São Paulo, janeiro, 1999. Programa Nacional de 43 Combate ao Desperdício de Água. (DTA – Documento Técnico de Apoio nº E1). Schneider Electric Brasil Ltda – “Estudos e Projetos de Automação Predial”, São Paulo, 2006. TAVARES, Cláudio. “Negócio Sustentável”. Revista Construção Mercado Nº. 55 Fevereiro 2006, São Paulo: PINI, 2006. World Bank Group. The World Bank. Disponível em: <http://siteresources.worldbank.org/NEWS/Resources/pr082102-sar.pdf>. Acesso em: 02 abr. 2006. YANG, Ken. “The Green Skyscraper – The Basic for Designing Sustaineble Intensive Buildings”. Londres: Prestel, 1999. 44 ANEXOS A- Gerenciamento Energético na Coca-Cola em Várzea Grande/MT B- Aplicação Petrobrás Guamaré/RN C- ULTRAFÉRTIL usando Sistema HXnet da Engecomp 45 Anexo A – Gerenciamento Energético na Coca-Cola em Várzea Grande/MT 46 47 48 49 Anexo B – Aplicação Petrobrás Guamaré/RN 50 51 Anexo C – Ultrafertil usando sistema HXnet da Engecomp.