02 VOLUME EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: GUIA PARA ETIQUETAGEM DE EDIFÍCIOS - PDF
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Tiago Custódio Olivares
1 02 VOLUME EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: GUIA PARA ETIQUETAGEM DE EDIFÍCIOS
2 República Federativa do Brasil Presidente: Dilma Vana Rousseff Vice-presidente: Michel Temer Ministério do Meio Ambiente Ministra: Izabella Mônica Vieira Teixeira Secretário-executivo: Francisco Gaetani Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental Secretário: Carlos Augusto Klink
3 Ministério do Meio Ambiente Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental Departamento de Mudanças Climáticas EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: GUIA PARA ETIQUETAGEM DE EDIFÍCIOS Volume 2 1ª edição Brasília 2015
4 Catalogação na Fonte Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis B823e Brasil. Ministério do Meio Ambiente Eficiência energética: guia para etiquetagem de edifícios: volume 2 / Ministério do Meio Ambiente. Brasília: MMA, p. ISBN Eficiência energética. 2. Eletricidade 3. Energia - Edificações urbanas. I. Ministério do Meio Ambiente. II. Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental. III. Departamento de Mudanças Climáticas. VI. Título. CDU(2.ed.)620.91(036) Referência para citação: MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Eficiência energética: guia para etiquetagem de edifícios: volume 2. Brasília: MMA, p.
6 Edição Ministério do Meio Ambiente Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental Departamento de Mudanças Climáticas Diretor Adriano Santhiago de Oliveira Equipe Técnica Alessandra Silva Rocha Alexandra Albuquerque Maciel (revisão técnica) Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento - PNUD Coordenadora da Unidade de Desenvolvimento Sustentável Rosenely Diegues Coordenadora Técnica Ludmilla Andréia de Oliveira Diniz Empoderando vidas. Fortalecendo nações. Esse trabalho foi elaborado no âmbito do Projeto Transformação do Mercado de Eficiência Energética no Brasil - BRA/09/G31, cuja agência executora é o Ministério do Meio Ambiente, com o apoio do PNUD, para implementação e recursos doados pelo GEF ao governo brasileiro.
7 Consórcio Synergia Consultoria Socioambiental EcoSapiens Comunicação Supervisão Lilian Veltman Jussara Couto Coordenação Daniela Vianna Florence Rodrigues Coordenação Técnica Arthur Cursino Coordenação Editorial Eduardo Nunomura Textos Arthur Cursino (revisão técnica) Eduardo Nunomura Marcelo de Trói Projeto Gráfico Débora Alberti Diagramação Débora Alberti Melanie Mosquera Infográficos Melanie Mosquera Desenhos Técnicos CB3E Simulação Energética Arthur Cursino Ilustrações Luciano Dutra Fotografias Deposit Photos Herminio Nunes Milton Michida ProjetEEE Sebastião Jacinto Júnior Sergio Linke Wander Lima Consultores Anette Kaminski Breno Zylbersztajn Cristina Bighetti Agradecimentos Roberto Lamberts Elisa Beck Mirella Lenoir Improta Raphaela Walger da Fonseca
8 ENCONTRE NO VOLUME 01 I. INTRODUÇAO - AÇOES LOCAIS, EFEITOS GLOBAIS II. PBE EDIFICA III. CASOS DE SUCESSO
9 SUMÁRIO VOLUME / 50/ I. RTQ-C II. Caso Exemplar
10 Apresentação O Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C) reúne o conjunto de procedimentos necessários para a obtenção da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) do Programa Brasileiro de Etiquetagem para Edificações (PBE Edifica) parceria do INMETRO e Procel. A classificação das edificações do nível A (mais eficiente) até o E (menos eficiente) é feita com base nesse regulamento. A eficiência energética, para ser realmente eficiente, deve estar presente desde o início do projeto de uma edificação ou do planejamento de um retrofit. E esse caminho passa por contemplar o maior número de requisitos que o RTQ-C prevê para uma obra. Cada um dos três grupos principais de requisitos (envoltória, sistema de iluminação e sistema de condicionamento de ar) é avaliado separadamente. Ao longo deste volume, ensinamos o passo a passo para a obtenção da etiquetagem junto aos órgãos oficiais e modelos de ENCEs possíveis. Serão ainda apresentados os principais pontos do RTQ-C que arquitetos, engenheiros e projetistas devem levar em conta no momento do planejamento da obra. Apresentados dessa forma, eles servem para mostrar que a eficiência energética está mais próxima do que se imaginava até agora. Além da ENCE, em 2014, foi lançado o Selo Procel Eletrobras, que é voluntário e reconhece um edifício como tendo o maior nível de eficiência em todos os requisitos avaliados. Um caso exemplar servirá de guia para explicar como os requisitos e as bonificações podem ser atendidos com o objetivo de obter a classificação nível A de uma edificação. BOA LEITURA E BONS PROJETOS!
13 I. RTQ-C Como obter a etiqueta Decifrando o RTQ-C / / 14 18
14 EDIFÍCIOS CLASSE E Construções que não se preocupam com o consumo energético eficiente CORTINAS DE VIDRO Formalismo clean valoriza a lógica do edifício estufa, que exige sofisticados sistemas de ar condicionado e megaestruturas de aço e concreto EDIFÍCIO CLASSE A Exemplos do que pode ser feito para obter a etiquetagem máxima PRÉ-REQUISITO GERAL Circuitos elétricos separados por uso final Aquecimento de água eficiente para grandes consumidores BONIFICAÇAO Redutores de consumo de água em torneiras e vaso sanitário Reuso de água Uso de elevadores eficientes e inteligentes 14
15 Uso correto das cores para refletir e absorver a luz e o calor Cobertura com proteção para não absorver calor Aproveitamento da luz natural ILUMINAÇAO Acionamento independente e por setores das luzes internas Sensores de presença Densidade de Potência de Iluminação (DPI) limite de 9,70W/m 2 para escritórios CONDICIONAMENTO DE AR Sistemas adequados a cada ambiente Equipamento de resfriamento com Coeficiente de Performance (COP) maior (6,18 W/W) Painéis solares integrados aos vidros para geração de eletricidade ENVOLTÓRIA Vidros de baixa emissividade térmica (filtra parte da radiação) Aberturas bem distribuídas Construção planejada segundo zona bioclimática Uso de proteções solares adequadas a cada orientação de fachada 15
16 16 Como obter a etiqueta A etiqueta do PBE Edifica é emitida por um Organismo de Inspeção Acreditado (OIA), uma empresa pública ou privada autorizada e reconhecida pelo Inmetro. No link é possível consultar a relação dos OIAs no país. Para obter a etiqueta do PBE Edifica, é preciso entrar em contato com um OIA, que fará a análise de toda a documentação exigida e classificará os projetos ou edificações construídas. Essas duas etapas podem ser realizadas por OIAs diferentes, com orçamentos separados. A lista completa de documentos será solicitada pelo OIA, mas pode ser acessada no link: rtac/pdf/rtac pdf. Centro Sebrae de Sustentabilidade, em Cuiabá (MT), possui ENCE geral A. Antes de submeter a documentação ao OIA, o interessado pela obtenção da etiqueta de conformidade deve escolher entre dois métodos de avaliação da eficiência energética: o prescritivo ou o de simulação. O prescritivo é um método simplificado, que avalia as edificações por meio de equações e tabelas. Ele observa os requisitos e parâmetros estipulados pelo RTQ- -C ou RTQ-R (regulamento para edifícios residenciais), avaliando os indicadores de consumo de energia e conforto térmico projetados para a edificação. Já o método da simulação compara os parâmetros da edificação proposta (nova ou retrofit) com um modelo de referência em eficiência energética. Essa simulação avalia o consumo de energia anual em função das variações climáticas e dos hábitos de uso. É mais flexível e permite a incorporação de novas tecnologias. Também dá mais liberdade ao projeto e aceita soluções não-previstas nos regulamentos técnicos.
17 Gráfico 1 Método prescritivo Envoltória Coleta de dados Iluminação Condicionamento de ar Aplicação de equações analíticas ÍNDICE DE CLASSIFICAÇAO Gráfico. 2 Método de simulação Modelo da edificação Modelo de referência para o nível de eficiência Simulação de consumo de ENERGIA Consumo real é MENOR do que o de referência? Consumo real é MAIOR do que o de referência? APROVADO NO NÍVEL REPROVADO NO NÍVEL Fonte: LabEEE 17
18 De acordo com o método escolhido pelo solicitante (prescritivo ou simulação), o OIA realizará a inspeção. Ao final do processo, serão emitidos a ENCE de projeto e o relatório de inspeção. Quando a edificação estiver concluída, o OIA realiza uma inspeção in loco e por amostragem dos ambientes e componentes para verificar se as características que constam do projeto etiquetado foram corretamente atendidas. São, então, emitidos uma ENCE da edificação e o relatório de inspeção. Os fatores que afetam o preço de uma etiquetagem incluem o tamanho e a complexidade da edificação; o escopo pretendido; e o método escolhido (prescritivo ou simulação). Deve-se somar também o valor dos custos de logística durante as inspeções do edifício construído. Depois de obtidos os selos, eles devem ser expostos em locais visíveis na obra ou na edificação, também segundo orientações do regulamento técnico. Decifrando o RTQ-C Uma equação matemática A classificação geral do nível de eficiência da edificação leva em conta os dados fornecidos pelo construtor/ incorporador e os gerados durante a inspeção do OIA, sempre em função do regulamento técnico (RTQ-C). Uma pontuação total (PT), calculada a partir de dados da construção, permite definir o nível da etiqueta: Pontuação Total (PT) O cálculo da PT é realizado por meio de uma equação que atribui pesos aos sistemas de envoltória, iluminação e condicionamento do ar. Se o projeto ou a edificação construída possuir itens de bonificação, como um sistema de geração de energia solar fotovoltaica, a pontuação pode ser acrescida em até 1 ponto. A soma ponderada desses grupos de requisitos e mais eventuais bonificações são combinadas pela fórmula ao lado. A B C D E 4,5 a 5 3,5 a < 4,5 2,5 a < 3,5 1,5 a < 2,5 < 1,5 18
19 AC APT ANC AC APT ANC PT = 0,30 EqNumEnv.5+ AU.EqNumV +0,30 (EqNumDPI) EqNumCA..5+ AU AU +0,40.EqNumV {( )+( {( AU)+( AU AU )} )} + b 1 0 Peso Equivalente Fração não Peso Peso Fração Fração não Bonificações numérico para condicionada nível A do edifício condicionada - longa permanência condicionada - curta permanência Legenda EqNumEnv EqNumDPI EqNumCA EqNumV APT ANC AC AU b Equivalente numérico da envoltória Equivalente numérico do sistema de iluminação, identificado pela sigla DPI, de Densidade de Potência de Iluminação Equivalente numérico de ambientes condicionados artificialmente Equivalente numérico de ambientes não condicionados e/ou ventilados naturalmente Área útil dos ambientes de permanência transitória, desde que não condicionados Área útil dos ambientes não condicionados de permanência prolongada, com comprovação de percentual de horas ocupadas de conforto por ventilação natural (POC) Área útil dos ambientes condicionados Área útil Pontuação obtida pelas bonificações 19
20 Nota-se que a fórmula matemática trata de ponderar cada um dos requisitos em função das características das áreas úteis totais, dos ambientes condicionados e dos locais de passagem e de permanência. Um exemplo ajuda a compreender melhor como os cálculos são feitos. Imagine um edifício empresarial que possui metade da sua área útil com sistema de condicionamento de ar; outros 45% do seu espaço com ventilação natural e condições de conforto comprovadas em 75% do tempo; e os 5% de área restantes sendo de ambientes de permanência transitória. Ele foi classificado da seguinte maneira: etiquetas parciais de envoltória A (pontuação 5); iluminação B (4,32); e condicionamento de ar A (4,75). O edifício não apresenta nenhum sistema ou inovação que gere pontos de bonificação. Aplicando a equação acima, obtém-se a classificação B. Toda vez que uma edificação obtém uma ENCE parcial de envoltória, torna-se possível obter etiquetas parciais para os demais requisitos ou mesmo uma etiqueta geral. Se um construtor/ incorporador vende os pavimentos em planta livre já com uma ENCE parcial de envoltória, e a empresa proprietária de um andar inteiro submete os sistemas de iluminação e de condicionamento de ar, ela obterá a classificação geral do seu pavimento. Se neste mesmo edifício o administrador do condomínio decide submeter apenas o sistema de iluminação das áreas comuns, será obtida uma ENCE com duas etiquetas parciais para este ambiente: a da envoltória (já obtida pelo construtor/ incorporador) e a da iluminação PT = 0,30 x {(5 X 0,50) + (0,05 X 5) + (0,45 X 4)} (0,30 X 4,32) 0,40 X {(4,75 X 0,50) + (0,05 X 5) + (0,45 X 4)} 0 =4,43 ENVOLTÓRIA ILUMINAÇÃO CONDICIONAMENTO DE AR 3,5 < 4,43 < 4,5 CLASSIFICAÇÃO B 20
21 Pré-requisitos gerais Edifícios de comprovada eficiência devem ser capazes de, a qualquer momento, indicar padrões de consumo, como, onde e em que horas se consome mais energia elétrica. E isso só é possível com a presença de circuitos elétricos separados por uso final (iluminação, ar condicionado etc), primeiro pré-requisito para a etiquetagem geral. Há exceções, como no caso dos hotéis que possuem circuitos integrados por quarto que se desligam quando estão desocupados ou em edificações construídas antes de junho de Um dos grandes vilões do consumo de energia elétrica no setor residencial é o gasto com o aquecimento de água. Se para uma família o chuveiro elétrico representa cerca de um quinto do consumo energético, o uso desse aparelho em edifícios comerciais com grande consumo de água quente, como shoppings, academias, hospitais e restaurantes, inviabiliza a etiquetagem com padrões elevados de eficiência. Quando a demanda por água quente de uma edificação for igual ou superior a 10% do consumo energético, o RTQ-C estabelece que se deve utilizar aquecimento solar, a gás, bombas de calor ou aquecimento solar, a gás ou bombas de calor. Para obter o nível A da ENCE, toda a água quente da edificação deve ser gerada por essas fontes de energia e deve atender às especificações contidas no regulamento, que incluem o isolamento das tubulações e a existência de reservatórios para preservar o calor. Edifícios com sistema de aquecimento solar e a gás que atendam menos de 70% da demanda de água e que sejam complementados por sistemas elétricos, atingirão no máximo nível C. Se o aquecimento solar corresponder a 70% ou mais do consumo de energia elétrica, ele será considerado bonificação. Importante: os pré-requisitos devem ser cumpridos para a etiquetagem geral da edificação. Caso não sejam, as classificações parciais podem ser obtidas, mas as etiquetas não atingirão os níveis A, B ou C. E a obtenção de uma etiqueta geral de classe A para a edificação pode ser prejudicada. 21
22 Envoltória A envoltória pode ser comparada à pele da edificação. Trata-se do conjunto de elementos construídos que compõem os fechamentos dos ambientes internos em relação ao ambiente externo. Todos os elementos que estão acima do nível do solo e com contato com o exterior ou com outro edifício pertencem à envoltória. Exemplos: cobertura, paredes, fachada e aberturas. A classificação da envoltória é realizada por um conjunto de índices referentes às características físicas da edificação. A existência de componentes opacos e de outros elementos de sombreamento, de planos envidraçados, de iluminação zenital e de aberturas verticais são levados em consideração. E variáveis como volume, área de piso da edificação e orientação das fachadas, entre outras, entram no cálculo da envoltória. Para obter uma etiqueta parcial de envoltória, item necessário para outras etiquetagens, deve-se levar em conta pré-requisitos específicos e conhecer o procedimento de determinação de eficiência, que serão detalhados a seguir. Figura 1 O teto, as paredes e até o piso, se estiver em contato com o meio exterior, são considerados parte da envoltória 22
23 Pré-requisitos específicos 1 Transmitância térmica da cobertura e de paredes exteriores Para obter a etiqueta de níveis A e B, é preciso atender aos três pré-requisitos 2 Cores e 3 Iluminação A B absortância zenital Para obtenção das etiquetas C e D, deve-se de superfícies considerar o pré-requisito 1 1 C D 1 Em uma edificação, há constantes trocas de energia (luz ou calor) entre os meios exterior e interior. Inúmeros fatores (naturais ou artificiais) podem interferir nesse fenômeno. Materiais de construção se comportam de forma distinta para a radiação solar, por exemplo. A existência de paredes externas e de fachadas, e a maneira Pórtico como foram construídas, também afetam esse pré-requisito. É possível mensurar essa troca de energia, mais conhecida como transmitância térmica. Ela é uma medida do calor que passa em um intervalo de tempo, por uma área, de acordo com a diferença de temperatura (W/m 2 K). Alguns detalhes para o cálculo da transmitância térmica devem ser considerados. Nos dois primeiros prédios abaixo, os planos de vidro externos, por apresentarem superfícies opacas que geram sombreamento, não entram no cálculo da transmitância térmica. Já no terceiro, embora haja uma proteção interna, esse pré-requisito deve ser atendido. Proteção Solar Figura 2 Pórticos, proteção solar e outras superfícies opacas, mesmo que atrás dos vidros, ajudam a reduzir a entrada de calor 23
24 Outras duas variáveis afetam diretamente o estudo da transmitância térmica: as zonas bioclimáticas e se os ambientes são condicionados artificialmente ou não-condicionados. A primeira delas será discutida mais adiante, mas por ora basta lembrar que, dependendo da região brasileira onde a obra é construída, as trocas de energia são bastante distintas. Para a segunda variável, um exemplo pode ser útil. Uma edificação comercial será avaliada para a obtenção da ENCE parcial relacionada à envoltória, mas ela possui sistema de condicionamento de ar e não irá comprovar a situação de conforto para ventilação natural. A edificação poderá obter o nível A se atender aos pré-requisitos específicos da envoltória e também se apresentar, nos ambientes de permanência prolongada, os limites de transmitância térmica mais restritivos para ambientes condicionados artificialmente. E nas áreas de permanência transitória deverá atender aos limites para ambientes não-condicionados. 2 As cores são outro pré-requisito específico para o estudo da envoltória porque interferem diretamente na parcela da radiação absorvida (absortância) pela edificação. De forma simplificada, quanto maior a absortância, maior o calor interno. Diferentes cores e tipos de tintas utilizadas em superfícies opacas mudam esse índice. Cores claras também refletem melhor a luz para dentro do edifício. Telhados claros podem aumentar a luz que as aberturas zenitais transmitem. Paredes exteriores e fachadas escuras não irão refletir bem a luz para o interior. O ideal é obter a especificação da absortância solar com os fabricantes de tintas ou de revestimentos. Outra forma é obter esse índice a partir de resultados de medições já realizadas. Para garantir envoltórias Figura 3 Iluminação zenital favorece a entrada de luz natural e conta pontos na etiquetagem 24
25 mais eficientes, o RTQ-C determina uma absortância máxima de 0,50 para os materiais de revestimento externo das paredes para as zonas bioclimáticas de 2 a 8. A zona bioclimática 1, que inclui as cidades de Curitiba, Caxias do Sul, Lages, São Joaquim e Campos do Jordão, é excluída deste limite para permitir absortâncias elevadas. A justificativa é que nessas localidades devem ser privilegiados projetos que aqueçam os edifícios por radiação durante os meses frios do inverno, reduzindo a necessidade do uso de aquecedores. Para coberturas das edificações, que compõem a envoltória, a absortância solar máxima também é de 0,50, exceto para aquelas de teto-jardim ou de telhas cerâmicas não-esmaltadas. Um teto-jardim apresenta bom desempenho térmico, o mesmo ocorrendo com o segundo material, que possui elevada porosidade. 3 A definição de iluminação zenital indica que se trata da porção de luz natural que entra através dos fechamentos superiores dos espaços internos. Um telhado com uma claraboia ou um domo de vidro servem de exemplos. Ela permite uma iluminação muito mais uniforme que a obtida com janelas, reduzindo o consumo de eleticidade e recebendo muito mais luz natural ao longo do dia. Porém, ao permitir maior entrada de luz, permite também maior entrada de radiação solar gerando calor, por isso, o RTQ-C obriga que o projeto crie estratégias para proteger essas aberturas da radiação solar excessiva. Um projeto de iluminação, com aberturas bem distribuídas e com especificações de vidros adequados, tem condições de alcançar um bom percentual de horas de aproveitamento da luz natural ao longo do ano, proporcionando uma significativa economia de energia elétrica. Teto com painéis móveis controla iluminação natural. 25
26 Procedimentos de cálculo A transmitância térmica a ser considerada para a avaliação do pré-requisito específico de envoltória é a média das transmitâncias de cada parcela das paredes, ou cobertura, ponderadas pela área que ocupam. Coberturas de garagens, casas de máquinas e reservatórios de água não são considerados para o cálculo da transmitância térmica da cobertura. Já cores e absortância de superfícies é a média das absortâncias de cada parcela das paredes, ou cobertura, ponderadas pela área que ocupam. A forma como foi construída interfere no cálculo. Uma fachada envidraçada na qual há uma parede em contato direto com o vidro, por exemplo, tem um índice de absortância duas vezes maior do que em outra onde houve uma preocupação em se criar uma camada de ar entre a parede e o vidro. É preciso ainda ter ciência do Fator Solar (FS) dos vidros, entendido como a razão entre o ganho de calor que entra num ambiente por meio de uma abertura e a radiação solar incidente nesta mesma abertura. No cálculo do nível de eficiência energética da envoltória, o RTQ-C solicita o FS dos vidros utilizados para fechamento das aberturas. A forma mais comum é obter esses valores com os fabricantes. Figura 4 Paredes e coberturas em contato com painéis solares e isolamento térmico adequado garantem melhor transmitância térmica 26
27 Vidro Câmara de ar Parede Figura 5 Paredes e coberturas em contato com painéis solares e isolamento térmico adequado garantem menor transmitância térmica Isolamento térmico em telhado reduz o calor no ambiente interno. 27
28 A figura abaixo ajuda a esclarecer, de forma prática, como se deve proceder para calcular o Percentual de área de Abertura na Fachada total (PAFt)*, que será utilizado para se chegar ao Indicador de Consumo da envoltória (ICenv) (ver na pagina 32). Mesmo em uma edificação geminada, todas as fachadas devem ser consideradas para compor o volume. Apenas para o cálculo da transmitância térmica, não se considera a absortância térmica da fachada geminada, uma vez que ela não recebe luz solar. PAF O = 60% Fachada Norte Fachada Sul Fachada Leste Fachada Oeste PAF = 30% PAF = 30% PAF = 60% PAF = 60% Caso o PAF O seja 20% maior que o PAFT, deve ser adotado o PAF O como variável da equação de cálculo da eficiência da envoltória. PAF T = 45% *Antes se deve realizar o cálculo do PAF para a fachada Oeste (PAF O ) e em seguida o PAF T. A fachada Oeste é a superfície que está voltada para a direção de 270º em sentido horário a partir do Norte geográfico. Se o PAF O for pelo menos 20% maior que o PAF T, a equação leva em conta o valor do PAF O. 28
29 Figura 6 Na imagem ao lado, o edifício é composto por duas torres. Cada uma delas deve obter uma ENCE, mesmo sendo ambas conectadas pela cobertura metálica e por uma passarela. Esse é um exemplo de como levar em conta as características dos prédios das edificações para os cálculos dos sistemas. 29
30 Há outras características do projeto que, se levadas em conta, ajudam ou prejudicam o bom desempenho da envoltória. Conforme o desenho das varandas, internas ou externas, o cálculo é considerado no PAFt ou no chamado Ângulo Vertical de Sombreamento (AVS), por causa da diferença na incidência de raios solares. Proteções solares, por exemplo, devem ser projetadas para evitar o sobreaquecimento dos ambientes internos considerando as necessidades de sombreamento específicas do edifício, as condições sazonais do clima local (trajetória solar e temperatura) e a orientação de cada fachada. Igualmente importante é o Ângulo Horizontal de Sombreamento (AHS), que é a média do ângulo das duas proteções solares em uma abertura. Eles também proporcionam menor incidência solar na edificação. O RTQ-C permite que a autossombra seja levada em conta, mas não a de prédios vizinhos ou acidentes geográficos (um morro, por exemplo). No exemplo ao lado, o AHS é a média de dois ângulos da edificação em formato de U. O sombreamento de uma lateral será de 90º e da outra, de 0º, perfazendo uma média de 45º. Antes de se indicar como o procedimento de determinação de eficiência é obtido, é preciso ter em mãos o número de pavimentos da edificação, que irá indicar o Fator Altura (FA), e a razão entre a área da envoltória e o volume total da edificação, que indica o Fator de Forma (FF). 30 Figura 7 Varandas interna e externa garantem sombreamento e menor incidência de raios solares, mas têm cálculos diferentes
31 Figura 8 Prédio em formato U exige cálculos separados para a área de sombreamento Figura 9 Exemplos de Fator Altura e Fator de Forma 31
32 Procedimentos de determinação de eficiência O Indicador de Consumo da envoltória (ICenv) é calculado com as variáveis AVS, AHS, FF, FA, FS e PAFT*, e mais o volume total e as áreas construídas, da envoltória e de projeção do edifício e da cobertura. São dados, portanto, do projeto do edifício. A partir da localização da edificação, que interfere nos pesos das variáveis, obtêm-se os parâmetros mínimo e máximo do indicador de consumo, chegando-se a uma tabela com os cinco níveis de eficiência energética, de A a E. A edificação ficará numa dessas classificações. A envoltória protege o interior da edificação. Portanto, quanto mais exposto o seu interior, maior a troca térmica permitida entre a edificação e o ambiente externo. Envoltórias com maiores trocas térmicas implicam em elevados ganhos de calor em climas mais quentes (radiação solar, temperatura etc) ou maiores perdas de calor em climas frios (infiltração, diferenças de temperatura etc). Edifícios ineficientes são excessivamente quentes no verão e gelados no inverno, por exemplo. Dada a extensão territorial do Brasil, com diferentes realidades climáticas, estratégias distintas devem ser adotadas para alcançar condições de conforto térmico e de eficiência energética das edificações ao longo das estações. É por essa razão que foram elaboradas diferentes equações para o cálculo do Indicador de Consumo e, logo, do nível de eficiência energética, em função das oito zonas bioclimáticas do país. Para cada uma delas, existem duas equações diferentes: para edificações cujas áreas de projeção da edificação (que não é a área útil) sejam menores que 500 metros quadrados, e para maiores. Há, ainda, limitações para a proporção de área de envoltória pelo volume total (FF). *Ângulo Vertical de Sombreamento (AVS); Ângulo Horizontal de Sombreamento (AHS); Fator de Forma (FF); Fator Altura (FA); Fator Solar (FS); Percentual de Área de Abertura na Fachada total (PAFT) 32
33 Zoneamento bioclimático brasileiro Legenda: Figura 10 O zoneamento bioclimático foi estabelecido pela NBR (Desempenho térmico de edificações) 33
34 Este guia, como já afirmado, não tem a intenção de se tornar um roteiro completo para a obtenção de uma ENCE. Os pontos aqui apresentados, e os seguintes, servem para ajudar profissionais da construção civil a terem uma visão geral dos passos a serem seguidos para a etiquetagem. Os cálculos anteriores, mais complexos e com mais detalhes na vida real, podem ser facilmente realizados por meio de programas de auxílio, como o Webprescritivo*. Os arquitetos, engenheiros e projetistas só precisam levantar os dados apontados nos checklists de aplicação do RTQ-C, em função de sua zona bioclimática, e o nível de eficiência energética é estimado pelo computador. Tela inicial do Webprescritivo, onde são inseridos os dados da edificação, e etiqueta obtida (ao lado) para uma simulação genérica. * projetos/s3e/webprescritivo 34
36 Iluminação A luz natural está disponível na maior parte das horas do dia, mas não vem sendo explorada adequadamente pela maioria dos projetos. O seu uso correto e eficiente deveria ser estimulado de forma combinada com a iluminação artificial, essencial para permitir o trabalho em locais distantes da fachada e em horários em que a luz natural não atinge os níveis de iluminação mínimos adequados. Como a opção recorrente dos projetos de edificações comerciais, de serviços e públicas tem sido a iluminação artificial, é vital contemplar níveis corretos de luminosidade. Eles devem, portanto, ser capazes de reduzir o consumo de energia e o de carga térmica. Escritórios superaquecidos pela presença de muitas pessoas ou de uma iluminação acima do necessário obriga o uso excessivo do sistema de condicionamento de ar. Vários métodos de iluminação podem ser utilizados para conseguir projetar edifícios de elevada eficiência energética. Tal como a avaliação da envoltória exposta anteriormente, esta seção apresenta os pré-requisitos avaliados e os cálculos envolvendo a eficiência do sistema de iluminação (pelo método prescritivo). 36 Edificações com amplas janelas de vidro favorecem a iluminação, mas podem aumentar o calor do ambiente.
37 Pré-requisitos específicos 1 Divisão dos circuitos Para obter a etiqueta de nível A, é preciso atender aos três pré-requisitos 2 Contribuição 3 Desligamento A da luz natural automático O de nível B os dois primeiros e de nível do sistema de C apenas o primeiro. iluminação 1 2 B 1 C 1 Cada ambiente fechado por paredes ou divisórias até o teto deve possuir pelo menos um dispositivo de controle manual, de fácil acesso, para o acionamento independente da iluminação interna. Ambientes com área inferior a 250 metros quadrados podem ter apenas um controle. Acima dessa área, devem possuir dispositivos proporcionais a parcelas de 250 metros quadrados. Se o ambiente for superior a metros quadrados, o sistema deve ser dividido em parcelas proporcionais a essa área. Figura 11 Como dividir as zonas de controle de iluminação em ambientes maiores que 250 m 2 37
38 38 2 O projeto tem um sistema que considera a contribuição da luz natural na iluminação do ambiente? Luminárias próximas das janelas possuem um dispositivo de desligamento independente do restante do sistema? Essas questões são importantes para a obtenção de um elevado nível de eficiência energética. 3 Além dos dispositivos de controle manual e que levem em conta a luz natural, a edificação deve possuir um sistema que seja capaz de evitar a iluminação artificial em ambientes desocupados. Sensores de presença e aparelhos de desligamento automático também são considerados pré-requisitos da iluminação. Procedimentos de determinação de eficiência A avaliação do sistema de iluminação é realizada pelos métodos (I) da área do edifício (para edifícios com até três atividades principais ou para atividades que ocupem mais de 30% da área da do edifício) ou (II) das atividades do edifício (cada ambiente e seu uso é avaliado de forma individual e também para etiquetagens parciais). O sistema de iluminação também avalia ambientes abertos e cobertos. (I) O objetivo desse cálculo é verificar se a potência total instalada de uma edificação é inferior aos limites de potência instalada de cada ambiente, que variam conforme as etiquetas de eficiência energética. Para fazer essa conta, é preciso considerar a tabela da página seguinte. Os números da coluna indicam as densidades de potência de iluminação (DPI), segundo os níveis de etiquetagem. Os valores de DPI estão diretamente relacionados a potência das lâmpadas e reatores e ao nível de iluminância necessária nos planos de trabalho. Por essa razão, é preciso identificar qual a atividade a ser executada em cada ambiente ou edifício (escritórios, banheiros, área de refeição de restaurantes, cozinhas de restaurantes etc). Iluminação zenital permite que as lâmpadas fiquem apagadas durante o dia.
39 Tabela 1 Exemplos de densidade de potência de iluminação (DPI) Edificação A B C D Armazém 7,1 8,2 9,2 10,3 Centro de Convenções 11,6 13,3 15,1 16,8 Correios 9,4 10,8 12,2 13,6 Escola/Universidade 10,7 12,3 13,9 15,5 Hospital ,9 18,9 Museu 11,4 13,1 14,8 16,5 Penitenciária 10, ,5 15,1 Posto de Saúde 9,4 10,8 12,2 13,6 Posto Policial 10,3 11,8 13,4 14,9 Instituição de governo 9,9 11,4 12,9 14,4 Tribunal 11, ,7 16,4 *Limite em W/m 2 por tipo de edificação Fonte: RTQ-C 39
40 Tome como exemplo uma agência de Correios com área de 600 metros quadrados. Ela possui um sistema de iluminação com potência de W. Para esse tipo de atividade, a DPIL é de 9,4 W/m2 para o nível A, o que significa que a potência limite poderia ser de até 5640 W (600 x 9,4). Portanto, essa agência tem nível de eficiência máximo. Mas e se esse mesmo edifício for dividido em três setores, cada qual com atividades diferentes (administração, correio e garagem) e distintas potências instaladas? POTÊNCIA DO PRÉDIO = W 4960 (nível A) < 5110 < 5709 (nível B) Nível de eficiência B A B C D E ADMINISTRAÇAO 190 m W CORREIO 300 m W GARAGEM 110 m W * Áreas de circulação, copa, banheiros e depósitos são computadas junto ao setor onde se encontram. 40
41 (II) O método das atividades da edificação avalia separadamente os ambientes da edificação. O cálculo é feito segundo as atividades desempenhadas e por meio dos limites de densidade de potência em iluminação de cada local. Atividades comuns devem ser agregadas no cômputo geral. Se uma edificação possui três escritórios, a potência e a área é a somatória desses valores para essas três unidades. Atenção: a tabela para esse método é diferente da utilizada no da área do edifício Caso o ambiente possua o recurso de limite do ambiente, que são índices que medem efeitos causados pelas diferenças de áreas dos planos iluminantes e de trabalho, é importante saber que haverá acréscimos na densidade de potência de iluminação (DPIL). Nos dois casos, recomenda-se verificar no RTQ-C as especificações para esse método. Escola estadual Ilha da Juventude, em São Paulo, obteve etiquetas A de projeto e de edificação construída. 41
42 Condicionamento de ar Os sistemas artificiais para resfriamento ou aquecimento servem para promover o conforto térmico dos usuários e são fundamentais nos casos em que os recursos naturais não sejam capazes de gerar a climatização do ambiente. Em função do clima local e da própria função a que se destina a edificação, muitas vezes é inevitável o uso de ventiladores, aquecedores e ar condicionado. A questão é como tornar o seu uso eficiente. Em lojas e áreas fechadas de grande circulação, a ausência dos climatizadores artificiais pode significar perda de clientes ou baixa produtividade. Em edificações públicas e comerciais, o ar condicionado é o sistema mais empregado. Mas os aparelhos são um dos grandes vilões no consumo de energia de uma edificação. Quanto mais bem planejada a sua instalação, menores os riscos de haver surpresas desagradáveis na conta de luz após a ocupação do ambiente. A recomendação é que os profissionais de construção já prevejam o uso do ar condicionado e insiram-no no início do projeto arquitetônico. Isso pode evitar modificações no desenho original e custos adicionais para a execução da obra ou mesmo de um retrofit. A determinação do nível de eficiência de um sistema de condicionamento de ar depende do nível de eficiência do equipamento e do cumprimento de pré-requisitos específicos, que são avaliados em cada ambiente separadamente. Caso os pré-requisitos não sejam atendidos, o nível de eficiência do sistema de ar condicionado não poderá obter a ENCE de nível A. 42 Áreas comuns grandes devem contar com central de condicionamento de ar.
43 Pré-requisitos específicos 1 Isolamento térmico para dutos de ar 2 Condicionamento por aquecimento artificial Os sistemas de condicionamento de ar possuem prérequisitos apenas para nível de eficiência A. Caso não sejam atendidos, a edificação não poderá ser A 1 2 A 1 O isolamento de tubulações para sistemas de aquecimento e de refrigeração do ar condicionado devem possuir espessuras mínimas, cujas especificações devem ser consultadas no RTQ-C. A mesma recomendação deve ser dada para os projetos de edificações nos quais é necessário adotar um sistema de aquecimento artificial. 2 Há indicadores mínimos de eficiência energética que medem a proporção entre o calor fornecido ao ambiente e a energia consumida para sistemas com bombas de calor, aquecedores de acumulação a gás e sistemas unitários de condicionamento de ar com ciclo reverso. O RTQ-C aponta as especificações permitidas e deve ser consultado. A exigência serve para os projetos de edificações nos quais é necessário adotar um sistema de aquecimento artificial. Procedimentos de determinação de eficiência A classificação do sistema de condicionamento de ar permite a obtenção de ENCEs parciais. Isso significa que se pode certificar somente uma sala, um conjunto de escritórios, um piso ou parte de um edifício. Caso a carga térmica de pico da edificação seja superior a 350 kw (100TR), a edificação deverá contar com um sistema de ar condicionado central, exceto se comprovado que os sistemas individuais apresentam menor consumo (um memorial do cálculo será cobrado no processo de etiquetagem). Os sistemas de condicionamento de ar são tratados de dois modos no RTQ-C: se os condicionadores são avaliados pelo PBE/Inmetro ou não. Os sistemas compostos por condicionadores de ar de janela e split, avaliados pelo PBE/ Inmetro, são classificados por meio do nível de eficiência que o instituto atribui a cada modelo. 43
44 Exemplo de cálculo Um ambiente possui três condicionadores de ar do tipo split regulamentados pelo Inmetro. Eles possuem as seguintes especificações: Equivalentes numéricos de distintos sistemas: Unidade Potência (Btu/h] Eficiência da unidade Equivalente numérico B C C Para se chegar à etiquetagem do ambiente, é preciso antes ponderar as eficiências de cada unidade. Isso é obtido pela potência de cada unidade dividida pela somatória da potência dos três aparelhos: Ponderação por potência: Unidade Potência (Btu/h] Coeficiente de ponderação , , ,42 TOTAL ,00 Multiplicando-se o coeficiente de ponderação de cada unidade pelo equivalente numérico (dados do Inmetro), chega-se ao resultado final: Determinação de eficiência por meio da ponderação por potência Ambiente Equivalente numérico Coeficiente de ponderação Resultado ponderado TOTAL 4 0,26 1,04 3 0,32 0,96 3 0,42 1,26 3,26 44 Os níveis de eficiência para estes tipos de unidades podem ser consultados na página do Inmetro:
45 Já os sistemas compostos por condicionadores principalmente os de grande porte - que não estão abrangidos por nenhuma norma de eficiência do Inmetro, são avaliados por meio do seu desempenho em relação a certos níveis estipulados pelo RTQ-C. Estão incluídos nessa lista equipamentos tradicionais como condicionadores de ar, mas também resfriadores de líquido e condensadores e torres de arrefecimento. A seguir, são apresentados os principais critérios avaliados para os casos de sistema central de condicionamento de ar: Cada zona térmica deve ser controlada individualmente por termostatos; Os termostatos de controle devem possuir uma faixa de temperatura de 3 o C de deadband para que não haja sobreposição das cargas de resfriamento sobre a demanda de aquecimento, e vice-versa; A capacidade de aquecimento de uma bomba de calor diminui à medida que a temperatura externa cai. O sistema deve operar com uma resistência elétrica auxiliar que dispare quando necessário; Em ambientes muito grandes e climatizados por mais de um aparelho, termostatos devem impedir que esses equipamentos aqueçam e esfriem o ar ao mesmo tempo; Controles programáveis, sensores de ocupação, temporizadores ou outro dispositivo devem evitar o funcionamento do sistema quando o edifício está desocupado; Em grandes áreas, o ar condicionado deve operar conforme a ocupação de pessoas do momento; Sistemas de condicionamento de ar com potência total de ventilação superior a 4,4 kw devem atender aos requisitos de eficiência estabelecidos pelo RTQ-C; Em espaços com densidade de ocupação maior que 100 pessoas por 100 metros quadrados, deve haver mecanismos para reduzir a tomada de ar externo pelo sistema de insuflamento em caso de estarem parcialmente ocupados; Se houver mais de um equipamento de resfriamento líquido, o sistema precisa prever o controle automático para redução da vazão quando um resfriador for desligado; Condensadores a ar, torres de resfriamento abertas, torres de resfriamento com circuito fechado e condensadores evaporativos devem possuir equipamentos de rejeição de calor com controles que mudem automaticamente a velocidade do ventilador. 45
46 Bonificações A pontuação total de uma edificação pode ser acrescida em até um ponto quando iniciativas extras que aumentem a eficiência da edificação gerem uma economia no consumo de energia. Essas iniciativas devem ser comprovadas por meio de memoriais de cálculo, entregues com o resto da documentação para a obtenção da ENCE. É permitido utilizar mais de uma das estratégias ao lado para que a soma atinja um ponto de bonificação: SISTEMA EXEMPLOS CONDICIONANTE Uso racional de água Aquecimento solar de água Fontes renováveis de energia Sistemas inovadores Torneiras com arejadores e/ou temporarizadores, sanitários com sensores, reuso de água pluvial Edificações de alto consumo, como academias, clubes e hospitais, não podem depender de chuveiros elétricos Energia eólica ou painéis fotovoltaicos Iluminação natural de comprovada eficiência Economia mínima de 40% no consumo anual de água do edifício Sistema deve corresponder a no mínimo 70% da demanda Geração de eletricidade que garanta uma redução mínima de 10% no consumo anual de eletricidade Precisa reduzir em 30% ou mais do consumo de energia elétrica Elevadores inteligentes - Devem possuir nível A pela norma VDI
47 O passo-a-passo para a etiquetagem Contatar um OIA (Organismo de Inspeção Acreditado) Certi ( Fundação Vanzolini ( Universidade Federal de Pelotas ( OIA realiza inspeção dos projetos Encaminhar para o OIA os seguintes documentos* Formulário de solicitação de etiquetagem. Termos de compromisso e de ciência do entorno. Cópia do contrato ou estatuto social da empresa. Definir entre os métodos de avaliação prescritivo ou por simulação, se for na etapa de projeto Se reprovado, o solicitante é informado Se aprovado, é emitido o ENCE de projeto (válido até a conclusão da obra ou por 5 anos a partir da emissão) Inspeção de edificações construídas pelo OIA A inspeção deve ocorrer antes da entrega das chaves (prédios novos), da obtenção do alvará de conclusão da obra ou se comprovadas as ligações definitivas de energia elétrica e gás. Inmetro divulga etiquetas obtidas** * ** 47
49 II. CASO EXEMPLAR 50/ De E a A 49
50 50 Caso Exemplar: de E a A Como obter uma etiqueta de eficiência energética nível A para uma edificação? De várias formas, mas nessa seção segue um caso exemplar que ajuda a esclarecer como isso é possível. O mais interessante é que ele parte de um edifício cujas configurações iniciais lhe confeririam apenas uma ENCE de nível E (menos eficiente). Depois, sugere alterações a serem realizadas, separadamente, para os quesitos de envoltória, iluminação e condicionamento de ar, melhorando progressivamente sua performance. Ao final, chega-se a um modelo com ENCE de nível A (mais eficiente). Uma ressalva importante é que para alcançar o nível A de eficiência geral do edifício não é necessário obter o nível A de eficiência para cada um dos sistemas avaliados (envoltória, iluminação e ar condicionado). No entanto, o caso modelo busca o máximo de eficiência, inclusive para a obtenção do Selo Procel Redução anual de: R$ na conta de luz MWh de energia economizada litros de água usados pelo ar condicionado. Menos 250,9 toneladas de CO 2 emitidas. Equivale a: A distribuir a cada um dos 20 andares R$ mensais. A abastecer no mesmo período residências com energia elétrica. Ao consumo de água para 107 pessoas na Grande São Paulo. Plantar, como compensação, árvores. de Edificações. Assim, foi necessário propor medidas de eficiência para alterar aspectos arquitetônicos do projeto, como tamanho das aberturas e utilização de proteções solares. Foram avaliados, inicialmente, os consumos de eletricidade e água pelo ar condicionado, o consumo de eletricidade pelo sistema de iluminação, as emissões de CO 2 e os custos operacionais do edifício com nível E de eficiência. A partir desse modelo ineficiente energeticamente, foram introduzidas mudanças na edificação que implicavam em níveis maiores de eficiência. Dados padrão da edificação O caso exemplar escolhido é um edifício comercial de escritórios em torre com 21 andares com área útil de laje por pavimento de m 2 e área útil total de m 2 (incluindo área útil de laje e áreas comuns). O edifício tem pé direito total de 4,50 m (incluindo forro e piso elevado) nos pavimentos e pé direito duplo no térreo.
51 A edificação tem estrutura de concreto armado com fechamento em bloco de concreto e vidro, lajes internas de concreto e laje da cobertura de concreto com isolamento térmico (isopor). Para avaliar o nível de eficiência foi utilizado o método prescritivo do RTQ-C. Para avaliar os consumos de eletricidade e de água foi utilizado o software de simulação DesignBuilder. Para considerar os aspectos climáticos foi escolhida a zona bioclimática 3, onde está localizada a cidade de São Paulo. Em relação à tarifa elétrica, foram adotados os valores cobrados pela Eletropaulo em bandeira amarela para o contrato A4 Azul com impostos (ICMS, PIS e Cofins). Para o fator de emissões de CO 2 pela eletricidade gerada no país, foi adotado o valor de 0,1355 tco 2 /MWh, valor médio para o ano de 2014, de acordo com dados do Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação - MCTI. Premissas adotadas: Todos os pré-requisitos (gerais, da envoltória, do sistema de iluminação e do sistema de ar condicionado) foram atendidos. Não foram usadas bonificações. Medidas de eficiência para se chegar a uma eficiência energética máxima: Envoltória Pintura das paredes externas com cores mais claras (absortância de no máximo 0,5) Pintura da laje externa da cobertura com cor clara (absortância de no máximo 0,5) Instalação de proteções solares com orientação adequada a cada fachada Utilização de vidro com controle solar nas janelas externas (fator solar de 0,31) Redução do percentual de abertura da fachada de 80% para 55% Iluminação Método de avaliação pela área do edifício Densidade de Potência de Iluminação (DPI) limite de 9,70 W/m 2 Ar Condicionado Ar condicionado centrífugo central com refrigeração a água Coeficiente de Performance (COP) do equipamento de 6,18 W/W 51
52 Edifício com nível E de eficiência X Edifício com nível A Edifício Nível E Características Cores escuras nas paredes externas e cobertura Ausência de proteções solares (brise-soleil) Grande percentual de aberturas nas fachadas Vidro laminado comum Ar condicionado central de baixa eficiência Iluminação de baixa eficiência 52
53 Edifício Nível A Características Cores claras nas paredes externas e cobertura Proteções solares (brise-soleil) Menor percentual de aberturas nas fachadas Vidro com baixa emissividade térmica Ar condicionado central de alta eficiência Iluminação de alta eficiência Em cidades mais quentes, como as localizadas nas zonas bioclimáticas 7 e 8, a redução no consumo de energia e nas emissões pode ser ainda maior. Em Fortaleza, localizada na zona bioclimática 8, o mesmo edifício com nível A apresentaria um consumo de eletricidade e emissões de CO 2 38,2% menores, e um consumo de água pelo ar condicionado 52,3% menor que o mesmo edifício, na mesma cidade, com nível E. Essa economia de consumo equivale a R$ por ano em custos operacionais com eletricidade (de acordo com a tarifa de eletricidade com impostos da Coelce para o contrato A4 azul fora de ponta). Redução de: 34,6% Consumo de eletricidade e emissões de CO2 59,2% Consumo de água 53
54 Rumo DO E PARA a uma O edificação A - UMA de ECONOMIA nível A DE R$ ,00 Prédio de baixa eficiência energética Edificação construída sem nenhuma preocupação com a eficiência implica em elevados gastos com a conta de eletricidade e com o consumo de água Melhorando a envoltória O QUE MUDOU: paredes e cobertura com cores claras, proteções solares nas janelas, vidros com controle solar e menor abertura da fachada Um ambiente mais claro O QUE MUDOU: substituição para lâmpadas de menor potência, porém com mesmo nível de luminosidade (Nível A) E D D PONTUAÇÃO: 1.00 PONTUAÇÃO: 2.20 PONTUAÇÃO: 2.20 E E E A E E E A E Consumo de eletricidade por ano: MWh MWh MWh Conta de eletricidade por ano: R$ R$ R$ Veja o detalhamento nas próximas páginas 54
55 Maior conforto térmico O QUE MUDOU: equipamento de resfriamento (chiller) com coeficiente de performance (COP) passando de 5,19 (Nível E) para 6,18 (Nível A) A edificação exemplar O QUE MUDOU: todas as medidas de eficiência para envoltória, iluminação e ar condicionado apontadas anteriormente Energia Edifício Completo Pontuação: 5.00 Mais eficiente A B A C C A Menos eficiente D E PONTUAÇÃO: 2.60 PONTUAÇÃO: 5.00 E E A A A A MWh MWh R$ R$ Como a edificação atingiu Nível A na envoltória, na iluminação e no ar condicionado, ela pode ainda receber o Selo Procel Edificações, que reconhece aquelas de melhor desempenho. 55