Eficiência Energética de Edifícios: Método Prescritivo e Simulação no Regulamento BR, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Mecânica

Baixe Eficiência Energética de Edifícios: Método Prescritivo e Simulação no Regulamento BR e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 10, n. 2, p. 7-26, abr./jun. 2010. ISSN 1678-8621 © 2005, Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Todos os direitos reservados. 7 Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo Parameters and methods adopted in the energy eficiency regulation for buildings –part 1: prescriptive method Joyce Correna Carlo Roberto Lamberts Resumo Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos foi publicado no Brasil em fevereiro de 2009 como parte do Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO. Contém dois métodos de avaliação: o método prescritivo e o método de simulação. Neste artigo, o método prescritivo é rapidamente descrito para que seus fundamentos sejam discutidos, indicando especificidades e aplicações do método. É apresentada a aplicação deste método em um edifício existente, considerando 13 alternativas para a determinação dos níveis de eficiência da envoltória, sistema de iluminação e sistema de condicionamento de ar. Mostrou-se os casos nos quais o método de simulação é mais indicado que o prescritivo, por limitações deste último - os resultados variaram de níveis de eficiência A, mais elevados, a E, de baixa eficiência. Dessa forma, mostrou-se o potencial de avaliação do método prescritivo. Palavras-chave: Eficiência energética. Etiquetagem. Prescritivo. Abstract The Technical Regulations for Energy Efficiency Labelling of Commercial Buildings (RTQ-C) was published in Brazil in February 2009 as part of INMETRO Brazilian Labeling Program. It contains two evaluation methods: the prescriptive method and the simulation method. This paper describes the prescriptive method, and discusses its foundation, pointing out specific features and applications of this method. This method was applied in an existing building, considering 13 alternatives to access the energy efficient labels of the envelope, lighting system and air conditioning system. The paper points out cases in which the simulation method is more appropriated than the prescriptive method, due to limitations of the later - the results ranged from A, more efficient, to E, less efficient. Then, this analysis indicates the evaluation potential of the prescriptive method. Keywords: Energy efficiency. Labelling. Prescriptive method. O Joyce Correna Carlo Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade Federal de Viçosa Avenida Peter Henry Rolfs, s/n Viçosa – MG - Brasil CEP 36570-000 Tel.: (31) 3899-1982 Email: joycecarlo@ufv.br Roberto Lamberts Laboratório de Eficiência Energética em Edificações Departamento de Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Catarina Cx. Postal 476 Florianópolis – SC - Brasil CEP 88040-900 Tel.: (48) 3721-5184 E-mail: lamberts@labeee.ufsc.br Recebido em 06/01/2010 Aceito em 14/05/2010 Carlo, J. C.; Lamberts, R. 8 Introdução A certificação energética de edifícios é uma tendência mundial, já adotada por diversos países e em desenvolvimento por outros. Em Portugal, o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE) indicam os níveis de desempenho de edifícios e edifícios climatizados respectivamente (DIRECÇÃO GERAL DE ENERGIA, 2002; PORTUGAL, 2006). A Austrália avalia seus edifícios com parâmetros diferenciados por região ou cidade, mas todos referenciam o Building Code of Australia (ABCB, 2004). Nos EUA, as normas de eficiência são usadas há cerca de 30 anos e já houve adaptação progressiva da indústria construtiva aos padrões de eficiência. A Norma 90.1 (ASHRAE, 2007), norma dos EUA para edificações eficientes envolvendo todas as atividades não industriais exceto as residenciais unifamiliares, é um exemplo de uma norma cujos protótipos para simulação foram baseados em um levantamento nacional de edificações que possui atualização quinquenal (CBECS, 2003). O Brasil junta-se a esse grupo com a participação do Inmetro e do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), que lançou o Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C) (BRASIL, 2009a) em fevereiro de 2009, estabelecendo os parâmetros para a definição do nível de eficiência de um edifício e posterior fornecimento da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE). Essa iniciativa vem atender à Lei nº 10.295, a primeira lei de eficiência energética no Brasil, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia (BRASIL, 2001b) e que foi regulamentada pelo Decreto nº 4.059, de 19 de outubro de 2001 (BRASIL, 2001a). Esse decreto estabeleceu a criação de “níveis máximos de consumo de energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de energia fabricados ou comercializados no país, bem como as edificações construídas”, assim como a necessidade de “indicadores técnicos e regulamentação específica”, para estabelecer a obrigatoriedade dos níveis de eficiência no país. O Decreto criou o “Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética – CGIEE” e, especificamente para edificações, o “Grupo Técnico para Eficientização de Energia nas Edificações no País”, para propor uma forma de regulamentar as edificações construídas no Brasil, visando ao uso racional da energia elétrica (BRASIL, 2001a). O desempenho do edifício e sua necessidade de normalização foram inicialmente discutidos em 1991, em um encontro nacional (CHICHIERCHIO; FROTA, 1991; LAMBERTS, 1991), o que resultou nas normas da ABNT atualmente vigentes: NBR 15220 (ABNT, 2005) e NBR 15575 (ABNT, 2008). A primeira norma apresenta requisitos referentes ao desempenho térmico como métodos de cálculo e de medição de propriedades térmicas de componentes, enquanto a segunda abrange outros tópicos além do desempenho térmico, como estruturas e sistemas hidrossanitários. Entretanto, nenhuma apresenta parâmetros ou requisitos visando diretamente à eficiência energética da edificação, além de referenciarem somente edificações residenciais. 1 Assim, a resposta direta à demanda nacional reconhecida pela Lei nº 10.295 (BRASIL, 2001b) em gerar mecanismos de avaliação da eficiência energética de equipamentos e edificações foi a inclusão dos edifícios comerciais, de serviços e públicos no Programa Brasileiro de Etiquetagem do Inmetro, e a futura inclusão das edificações residenciais. O RTQ-C (BRASIL, 2009a) foi publicado em 2009 em sua primeira versão para aplicação voluntária. Por ser novo no país, o mercado construtivo ainda terá de se adaptar ao conceito de eficiência de um edifício: os arquitetos, com os parâmetros de projeto; os profissionais envolvidos, com a construção civil com o registro de informações e documentos ao longo da obra; os fornecedores de materiais, com a uniformização da linguagem e parâmetros de especificação técnica de seus produtos; as agências financiadoras da construção, com os próprios conceitos de eficiência; e o público em geral, com a etiqueta de eficiência e seu significado (Etiqueta Nacional de Conservação de Energia – ENCE). Essa necessidade de adaptação exige simplificações e generalizações na primeira versão do regulamento, sendo alterações nos métodos de aplicação e nas restrições gradativas reservadas para as próximas versões. Isso não significa que o RTQ-C é brando, mas que não abrange todos os temas que participam da eficiência energética de um edifício. Diversos sistemas foram incluídos como bonificações, o que os tornam opcionais; orientação do edifício não foi considerada (mas o foram as fachadas), as proteções solares não são diferenciadas por fachada, condicionamento 1 Embora a NBR 15220 apresente métodos de cálculo e medição referentes a materiais e propriedades térmicas para aplicação em qualquer tipo de edificação, indica características de edificações (paredes, janelas e coberturas) apenas para edificações residenciais de baixa renda. Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo 11 Figura 1 – Modelo da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (Ence) Figura 2 – Modelo da Ence parcial da envoltória e do sistema de iluminação Além desses sistemas, deve-se citar a ventilação natural e as bonificações presentes na equação 1.                    EqNumV AU ANC AU APT AU AC EqNumEnv.0,30.PT .5.   0,40.EqNumDPI0,30.  1 0 .. b                   EqNumV AU ANC 5 AU APT AU AC EqNumCA. Onde: PT é a pontuação final que irá indicar o nível de eficiência do edifício; EqNumEnv é o equivalente numérico da envoltória; EqNumDPI é o equivalente numérico do sistema de iluminação, identificado pela sigla DPI, de densidade de potência de iluminação; EqNumCA é o equivalente numérico do sistema de condicionamento de ar; EqNumV é o equivalente numérico de ambientes não condicionados e/ou ventilados naturalmente; APT é a área de piso dos ambientes de permanência transitória, desde que não condicionados; ANC é a área de piso dos ambientes não condicionados de permanência prolongada; (1) Carlo, J. C.; Lamberts, R. 12 AC é a área de piso dos ambientes condicionados; AU é a área útil; e b é a pontuação obtida pelas bonificações, que varia de 0 a 1. A ventilação natural é um parâmetro de correção do nível de eficiência energética para edifícios que oferecem condições adequadas de conforto sem precisar de condicionamento artificial. Ela está presente nas parcelas de condicionamento de ar e da envoltória sob a forma de um equivalente numérico (EqNumV). Quanto maior a área de ambientes naturalmente ventilados com conforto, menor é a participação do nível de eficiência do condicionamento de ar no equacionamento geral da eficiência do edifício, embora a eficiência desta última já tenha sido “transmitida” ao EqNumV (quanto melhor a envoltória, melhores são as condições de conforto no edifício). Mas o EqNumV só é obtido por meio de simulação. A complexidade da ventilação não permitiu o desenvolvimento de regras gerais para caracterizar os níveis de conforto e exigiu, assim, que a simulação se tornasse parte de uma equação do método prescritivo para esse caso específico. Já as bonificações consistem em um máximo de 1 ponto adicional ao nível de eficiência do edifício, que pode ser obtido através de economias comprovadas por cálculo ou simulação. Essas economias podem ser no consumo de água ou eletricidade, sendo este último dividido em energias renováveis, cogeração ou qualquer tipo de inovação que promova a eficiência energética. Há percentuais anuais mínimos de economias que devem ser alcançados (20% para água, 10% para energias renováveis, 30% para cogeração e inovações), mas a pontuação é proporcional ao percentual obtido. Assim, se o aproveitamento da luz natural for simulado e se for alcançada uma economia de 15% no consumo anual do edifício devido ao sistema de iluminação artificial, a bonificação será de 0,5 ponto. Se o mesmo edifício apresentar projeto hidráulico cuja memória de cálculo comprove uma economia no consumo anual de água de 10%, a bonificação será de 1 ponto. Essa bonificação máxima terá sido obtida por meio de dois sistemas (iluminação e água) e de dois métodos de comprovação (simulação e memória de cálculo). A simulação é aplicável para qualquer tipo de edifício, sendo ou não passível de avaliação pelo método prescritivo. No entanto, o método prescritivo é menos oneroso, e recomenda-se a simulação quando a simplicidade do método prescritivo não descreve apropriadamente as características do edifício que participam da eficiência energética. Assim, além da ventilação natural, são casos indicados para simulação: proteções solares projetadas para algum caso específico, como proteções com aletas que reflitam a luz para dentro do ambiente, grandes áreas envidraçadas com vidros de elevado desempenho térmico e luminoso, sistemas de condicionamento não previstos como pisos radiantes e especificidades do projeto de condicionamento de ar, como opções de automação ou resfriamento evaporativo. Método prescritivo: envoltória O item envoltória é composto de pré-requisitos para as aberturas zenitais e componentes opacos. As equações da envoltória referem-se às aberturas verticais envidraçadas e estão relacionadas à volumetria do edifício. A equação 2 é um exemplo de uma das equações para análise da envoltória. Esta, especificamente, refere-se a edifícios cuja área de projeção é maior que 500 m² e que estejam localizados na Zona Bioclimática 2 ou 3 (CARLO, 2008; CARLO; LAMBERTS, 2008). ICenv = – 14,14.FA – 113,94.FF + 50,82.PAFT + 4,86.FS – 0,32.AVS + 0,26.AHS – 35,75/FF – 0,54.PAFT.AHS + 277,98 Onde: 2 IC é o indicador de consumo (adimensional); Ape é a área de projeção do edifício (m²); Apcob é a Área de projeção da cobertura (m²); Atot é a área total de piso (m²); Aenv é a área da envoltória (m²); AVS é o ângulo vertical de sombreamento, entre 0 e 45º (graus); AHS é o ângulo horizontal de sombreamento, entre 0 e 45º (graus); FF (Aenv/ Vtot) é o fator de forma; FA (Apcob/ Atot) é o fator altura; FS é o fator solar; PAFT é o percentual de abertura na fachada total (adimensional, para uso na equação); e Vtot é o volume total da edificação (m³). Deve-se destacar ainda o PAFO, referente ao percentual de abertura na fachada oeste. Caso o PAFO seja maior que o PAFT + 0,20. PAFT, deve- se adotar PAFO na equação 2 em todos os campos onde se lê PAFT. Através dessa equação, calculam-se três indicadores de consumo: 2 As definições com exemplos de cálculo e ilustrações das variáveis das equações de cálculo do IC estão presentes no RTQ-C (BRASIL, 2009a) e em seu manual (PROCEL, 2009). (2) Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo 13 (a) ICenv: indicador de consumo de envoltória do edifício em avaliação; (b) ICmin: indicador de consumo mínimo, referente a características tabeladas no RTQ-C que são consideradas de uma envoltória eficiente, elaboradas a partir de um levantamento de campo (CARLO, 2008); e (c) ICmaxD: indicador de consumo máximo do nível de eficiência D, referente a características tabeladas no RTQ-C que são consideradas típicas de uma envoltória de grande ocorrência nos edifícios comerciais, públicos e de serviços, identificadas a partir de um levantamento de campo (CARLO, 2008). Todos os três indicadores acima apresentam o mesmo fator de forma e fator altura. ICmin e ICmaxD são subtraídos e divididos em quatro intervalos, a fim de identificar os limites do IC que definem os níveis de eficiência energética para aquela volumetria. Em seguida, deve-se verificar onde o ICenv está localizado nesses intervalos: o nível de eficiência da envoltória é dado pela localização do IC da envoltória. A Figura 3 apresenta a posição dos indicadores de consumo na escala que define os demais limites. Deve-se notar que os níveis A e E não apresentam limites finais: o ICmin é descartado após encontrados os intervalos, pois há outros edifícios mais eficientes que esse limite, cujo fim será apenas o edifício de energia zero (zero energy buildings) enquanto qualquer edifício cujo indicador de consumo for superior a ICmaxD será considerado nível E, não cabendo ao RTQ-C estipular o limite máximo existente, ou possível, de um indicador de consumo. Neste ponto, pode-se responder a mais um item identificado por Pérez-Lombard et al. (2009) no desenvolvimento de normas e regulamentos de eficiência energética de edifícios: como estabelecer os limites para os níveis de eficiência. Para o RTQ-C, o limite do nível máximo D foi baseado na prática construtiva brasileira e, a partir deste e de um edifício considerado eficiente, os demais limites foram determinados proporcionalmente ao intervalo obtido. Método prescritivo: sistema de iluminação artificial Os critérios do sistema de iluminação foram baseados na Norma 90.1 da ASHRAE (2007), porém com adaptações para a realidade brasileira. A ASHRAE apresenta limites de densidade de potência de iluminação interna para o edifício completo e para os ambientes separadamente, de acordo com as atividades exercidas em ambos. Os limites usados na ASHRAE são definidos pelo Commercial Building Energy Consumption Survey, CBECS (CBECS, 2003), um levantamento periódico do uso da energia em edifícios comerciais dos EUA. Ele coleta dados de área, atividade, materiais construtivos, fontes energéticas e uso para uma amostra de cerca de 5.000 edifícios por todo o território americano, o que representa estatisticamente os edifícios construídos no país. Desde 1992 O CBECS é a base de dados de edifícios não residenciais naquele país, com dados registrados desde 1986 (CBECS, 2003). O Brasil teve seu primeiro levantamento nacional de uso da energia em edifícios comerciais iniciado em 2005 e publicado parcialmente em 2007 como uma pesquisa de mercado com o apoio do Procel (PROCEL, 2008a, 2008b). Na ausência de base de dados como a pesquisa de mercado ou o CBECS americano, os parâmetros para a definição dos níveis de eficiência do sistema de iluminação não podiam basear-se somente na densidade de potência de acordo com a atividade exercida no ambiente. Um estudo de custo do ciclo de vida da iluminação artificial somou-se aos limites de iluminância de acordo com sua atividade presentes na NBR 5413 – Iluminância de Interiores (ABNT, 1992), para a definição dos critérios-limite dos níveis de eficiência do sistema de iluminação. A densidade de potência de iluminação interna relativa à iluminância, com unidade em W/m²/100 lx, tornou-se o parâmetro para limitar os níveis de eficiência. Essa unidade uniformiza o nível para qualquer ambiente, independentemente de sua iluminância, permitindo também que se comparem as eficiências de cada sistema. Assim, a Tabela 1 apresenta três diferentes ambientes com as características de seu sistema de iluminação. Tendo áreas, número de luminárias e potências por luminária distintos, esses parâmetros são normalizados na densidade de potência de iluminação. Sabe-se, através desse parâmetro, qual sistema consome menos (ambiente 2), mas não é possível identificar qual sistema é mais eficiente. Usando a iluminância, tem-se o “trabalho” exercido pelo sistema, obtido por parâmetros como o fluxo luminoso da lâmpada. Ao dividir o quanto o sistema consome para cada 100 lux que ele “produz”, a densidade de potência de iluminação relativa permite que diferentes sistemas em diferentes ambientes apresentem eficiências comparáveis. Vê-se, portanto, que o ambiente 2, que consome menos (9 W/m²), não é o mais eficiente, mas sim o menos eficiente, pois consome 2,25 W/m² para cada 100 lux de iluminância que proporciona. Já o ambiente 3 consome 2,22 W/m² para os mesmos 100 lux. Carlo, J. C.; Lamberts, R. 16 Atividade comercial Múltiplos escritórios Localização Florianópolis, SC Comprimento 40 Largura 17,5 Pé-direito 2,8 Pavimentos 10 Escritórios 10/pavimento Circulação 1/pavimento Ano Década de 90 Vidros Fumê PAF Norte 16% PAF Leste 35% PAF Sul 16% PAF Oeste 35% Área esc. tipo 1 78,75 m² Área esc. tipo 2 56,83 m² Quadro 1 – Características gerais do edifício selecionado por Santana (2006) Parâmetro Base Alt1a Alt1b Alt2 Alt3 Alt4 Alt5 Dimensões (m) 17,5 x 40 40 x 40 40 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 Número pav. 10 10 10 10 10 10 10 Pé-direito (m) 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 Orientação maiores fachadas leste- oeste leste- oeste leste- oeste norte- sul leste- oeste leste- oeste leste- oeste PAFt 29% 29% 29% 29% 60% 29% 29% PAFO 35% 35% 35% 16% 72% 35% 35% FS vidro 0,87 0,87 0,87 0,87 0,87 0,20 0,87 Proteção solar: AVS e AHS (graus) - - - - - - 35 e 30 Upar (W/m²K) 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 Ucob (W/m²K) 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 αpar 0,6 0,6 0,6 0,6 0,60 0,6 0,6 αcob 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Iluminação média escrit. (W/m²) 12,36 12,36 12,01 12,36 12,36 12,36 12,36 Iluminação média (W/m²) 12,53 12,53 12,21 12,53 12,53 12,53 12,53 Ambientes condicionados 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% Tipo de condicio- namento de ar split split split split split split split CEE (W/W) 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 Nota: Em negrito, a medida modificada Tabela 2 – Características do caso-base e alternativas analisadas, de 1 a 3 Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo 17 Parâmetro Alt6 Alt7 Alt8 Alt9 Alt10 Alt11 Alt12 Dimensões (m) 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 17,5 x 40 Número pav. 10 10 10 10 10 10 10 Pé-direito (m) 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 Orientação maiores fachadas leste- oeste leste- oeste leste- oeste leste- oeste leste- oeste leste- oeste a definir PAFt 60% 60% 60% 29% 29% 29% a definir PAFO 72% 72% 72% 35% 35% 35% a definir FS vidro 0,20 0,87 0,87 0,87 0,87 0,87 a definir Proteção solar: AVS e AHS (graus) - 35 e 0 35 e 30 - - a definir Upar (W/m²K) 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 2,01 Ucob (W/m²K) 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 0,51 αpar 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 αcob 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Iluminação média escrit. (W/m²) 12,36 12,36 12,36 11,23 12,36 12,36 a definir Iluminação média (W/m²) 12,53 12,53 12,53 11,50 12,53 12,53 a definir Ambientes condicionados 100% 100% 100% 100% 100% 24% 100% Tipo de condicionamento de ar split split split split split split split CEE (W/W) 2,7 2,7 2,7 2,7 3,02 3,02 a definir Tabela 3 – Características das alternativas 4 a 9 (a) a alteração das dimensões do edifício reflete- se na iluminação dos ambientes internos, pois, ao alterar a forma, alteram-se o tamanho dos ambientes e, portanto, o projeto luminotécnico. Para fins de comparação, essas mudanças não foram consideradas na alternativa Alt1a, enquanto a alternativa Alt1b apresenta as consequências totais da mudança nas dimensões do edifício. Já as características da envoltória são idênticas entre essas alternativas, pois o PAFt e ângulos de sombreamento (AVS e AHS) são proporcionais ao caso-base; (b) o aumento na área de abertura envidraçada foi proporcional às áreas de cada fachada do caso- base. Assim, PAFt de 60% refere-se a percentuais de 33% e 72% de abertura envidraçada nas fachadas; (c) as proteções solares foram projetadas atendendo às condições de insolação, de acordo com a orientação solar de cada fachada. Os ângulos apresentados na alternativa 5 da Tabela 2 e nas alternativas 7 e 8 da Tabela 3 são o resultados da média ponderada dos ângulos de cada proteção pela área de abertura envidraçada (janela) atendida pela proteção solar; (d) o sistema de iluminação refere-se à iluminação média dos ambientes de escritório e em conjunto com a circulação, cuja densidade de potência permaneceu constante em 14,2 W/m² para qualquer caso. Nos escritórios, o caso-base obteve densidades de 12 W/m² e 13 W/m², usando lâmpadas T8 com luminárias com aletas para evitar o ofuscamento; (e) o percentual de ambientes condicionados refere-se à área de ambientes de permanência prolongada com condicionamento de ar em relação ao total da área de ambientes de permanência prolongada, ou seja, aos escritórios. Na Tabela 3, 24% dos ambientes não condicionados configuram-se como dois ambientes, por pavimento, sem condicionamento artificial; (f) a alternativa 12 não apresenta parâmetros, pois será formada das medidas que resultaram em um mais alto nível de eficiência energética composto das etiquetas parciais. Embora o objetivo deste artigo não seja alcançar elevados níveis de eficiência, é interessante apresentar um caso final de resultados positivos. Por fim, o método apresentado que pode indicar os melhores parâmetros para a alternativa 12 Carlo, J. C.; Lamberts, R. 18 possibilita a aplicação da penúltima questão levantada por Pérez-Lombard et al. (2009) sobre que melhoramentos recomendar. A própria avaliação de diferentes medidas de conservação de energia indicará onde realizar e quais as melhores intervenções no edifício, respeitadas as limitações do método, que também são discutidas ao longo deste artigo. Determinação dos níveis de eficiência Os níveis de eficiência da envoltória foram obtidos a partir da equação 2 apresentada neste artigo, aplicável a edifícios da zona bioclimática 3 – Florianópolis – com área de projeção superior a 500 m². Os níveis de eficiência de interesse são os obtidos com o indicador de consumo e foram utilizados na etapa final, considerando que os pré- requisitos são atendidos. Para fins de comparação, também se avaliaram os níveis de eficiência considerando-se as transmitâncias térmicas e absortância solar do edifício real somente para a etiqueta parcial da envoltória. Para o sistema de iluminação, encontrou-se o índice de ambiente para cada escritório e para a circulação sem a necessidade de dividir os ambientes em zonas de iluminação. Adotou-se uma iluminância média de 500 lux, a partir da qual foram realizados os cálculos do projeto luminotécnico. Já o sistema de condicionamento de ar teve avaliação simplificada, pois o nível de eficiência de cada aparelho foi obtido comparando-se o CEE do aparelho com os limites tabelados pelo Inmetro. Considerou-se que todas as unidades condensadoras são sombreadas e, portanto, os pré- requisitos são atendidos. Para finalizar, considerou-se que os pré-requisitos gerais foram atendidos e que não há bonificações a contabilizar. Os equivalentes numéricos foram inseridos na equação 1 com as respectivas áreas calculadas. No edifício em análise, essas são: área útil (AU), área condicionada (AC) e área de ambientes de permanência transitória (APT). Os 24% de área de ambientes não condicionados da alternativa 8 não podem ser contabilizados como ANC, visto não terem comprovação de condições de conforto térmico pela simulação. Assim, não há ambientes não condicionados simulados para a avaliação da ventilação natural, sendo ANC=0. Resultados ENCE parcial da envoltória A Figura 4 apresenta a escala do indicador de consumo para o caso-base, que é válida para as envoltórias das demais alternativas, exceto para as alternativas 1a e 1b. O indicador de consumo de envoltória do caso-base foi de 97, nível de eficiência E. Os pré-requisitos estão de acordo com o nível encontrado pelo indicador de consumo. Deve-se salientar que foi inserido o PAFO de 35% na equação 2, visto que este é maior que o PAF + 20%PAFt (34,8%). A Tabela 4 apresenta os indicadores de consumo para as demais alternativas, cujo IC foi calculado com o PAFt de 29% somente na alternativa 2, onde a orientação solar é alterada. A Figura 5 apresenta a escala do indicador de consumo das alternativas 1a e 1b, que apresentam envoltórias idênticas. O fator de forma obtido para as dimensões de 40 m x 40 m e 10 pavimentos foi de 0,14. Esse valor é menor que o FF mínimo da equação 2 e, portanto, foi utilizado o FF limite de 0,15. O ICenv foi de 43,16, indicando ser uma envoltória de nível de eficiência C. Esse resultado mostra-se condizente com o caso-base, visto ambos apresentarem a mesma envoltória na mesma zona bioclimática. Figura 4 – Escala do indicador de consumo para a envoltória do caso-base Figura 5 – Escala do indicador de consumo para a envoltória das alternativas 1a e 1b Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo 21 Discussão: requisitos da envoltória A análise acima ainda exige comentários acerca das variáveis envolvidas na equação 2. A seguir, são discutidas algumas questões envolvendo as equações em si, a forma do edifício e as aberturas que compõem a envoltória. Limites impostos ao fator de forma As equações são derivadas de regressão linear multivariada. Sendo assim, baseiam-se em um universo amostrado. Como uma regressão matemática, ela permite que qualquer número seja inserido; como uma equação estatística que descreve uma realidade, ela possui limitações. As equações foram obtidas a partir da simulação do desempenho termoenergético no programa EnergyPlus (CRAWLEY, 2001) de protótipos de edifícios definidos através de um levantamento. Esse levantamento baseou-se em amostras fotográficas colhidas em cinco capitais brasileiras. Obtiveram-se fotografias de 1.103 edificações comerciais, públicas e de serviços que, tratadas estatisticamente, geraram dados para as sete atividades comerciais. As características amostradas foram: dimensões, número de pavimentos, área de vidro, tipo de vidro e existência e dimensão das proteções solares (CARLO; GHISI; LAMBERTS, 2003). Essas características permitiram gerar tipologias específicas que subsidiaram a escolha de um edifício real para coletar dados das características de uso, como cargas internas de iluminação e tipo de condicionamento de ar. Ao final, foram obtidas dez tipologias de edifícios (algumas divididas em subcategorias) representativos da realidade construtiva brasileira. Esses edifícios, juntamente com alternativas contendo alterações em suas características de acordo com os resultados do levantamento, foram então modelados e simulados para gerar dados de consumo usados na elaboração das equações de regressão (CARLO; LAMBERTS, 2008). Vê-se, portanto, que as equações são baseadas em modelos que representam o que mais se constrói no país. São generalistas e descrevem com mais exatidão o desempenho das volumetrias mais comuns existentes na paisagem urbana (Figura 6). Assim, a volumetria tornou-se um fator limitante no uso das equações. Edificações com volumes pouco comuns, ou muito pequenas ou muito grandes, não são apropriadamente descritas pelas equações, e deve-se, portanto, adotar os limites máximo ou mínimo do fator de forma, indicador da volumetria da edificação. Foi o que ocorreu nas alternativas 1a e 1b, onde o fator de forma chegou a 0,14, sendo o limite mínimo a ser inserido na equação 0,15. Esse aspecto, no entanto, não prejudica a avaliação da envoltória, visto que ela é comparativa a outros modelos de mesma volumetria. Vale salientar ainda que o levantamento respondeu à primeira pergunta identificada por Pérez- Lombard et al. (2009): o que deve ser avaliado. Para tanto, foi necessário conhecer as edificações existentes. Igualmente, a pergunta “A que o edifício deve ser comparado?” é também respondida: qualquer envoltória avaliada pelo método prescritivo é comparada a um caso dentre as 1.103 amostras obtidas no levantamento. Cálculo do fator de forma A regressão também justifica outros procedimentos de cálculo adotados no regulamento. A área da envoltória (Aenv) é composta de área de fachadas e área de cobertura e faz parte do cálculo do fator de forma (Aenv/volume). Como é um indicador da volumetria do edifício, deve-se considerar a área de cobertura do edifício mesmo se ela for inclinada e, como o regulamento refere-se a ambientes externos, beirais e marquises devem ser desconsiderados da área de cobertura que participa da área da envoltória. Carlo, J. C.; Lamberts, R. 22 Acob/Atot (pavimentos) A e n v /V to t (v o lu m e tria ) 20x20m, 10pav, PD=3m 15x30m, 15pav, PD=3m 15x30m, 8pav, PD=3m30x30m, 10pav, PD=3m 50x100m, 10pav, PD=3m 70x70m, 2pav, PD=5m 100x100m, 5pav, PD=5m 150x150m, 1pav, PD=7m 7x10m, 15pav, PD=3m 7x10m, 7pav, PD=3m 15x30m, 2pav, PD=3m 30x30m, 1pav, PD=3m 70x70m, 3pav, PD=3m A< 500m² Inexistente Mezaninos e pavimentos desalinhados da projeção do edifício 8x30m, 5pav, PD=3m 8x30m, 15pav, PD=3m 10x20m, 3pav, PD=3m 70x100m, 1pav, PD=5m 50x100m, 1pav, PD=3m 8x63m, 1pav, PD=3m 52x17m, 5pav, PD=2,7m 16x10m, 15pav, PD=3m 16x10m, 1pav, PD=3m 44x67m, 1pav, PD=5m Nota: Os pontos em preto referem-se ao fator de forma e ao fator altura dos protótipos simulados, enquanto os pontos em cinza são outras volumetrias investigadas nas etapas iniciais da pesquisa, descrita em Carlo e Lamberts (2007) Figura 6 – Fatores de forma investigados no desenvolvimento das equações Devem ser consideradas como parte da envoltória todas as superfícies em contato com o ambiente externo que compõem o fechamento do edifício. Mas há exceções: edifícios com pilotis apresentam um piso em contato com o ambiente externo, assim como projeções de partes do edifício sobre os pavimentos inferiores. Estes não são computados no cálculo da envoltória, pois a relação de Aenv estabelecida para cálculo do fator de forma seria descaracterizada ao incluir uma área de superfície que não descrevesse a composição do volume. Durante o desenvolvimento da equação, os pisos dos edifícios representativos não foram incluídos no cálculo da área da envoltória quando o FF foi inserido como variável independente da regressão. Dessa forma, a inclusão de uma área “extra” na área da envoltória resultaria numa descrição incorreta da volumetria do edifício e, portanto, no fator de forma inserido na equação. Fator altura O fator altura é composto da razão entre a área de projeção da cobertura (Apcob) e a área total de piso do edifício (Atot). Indica o número de pavimentos e, junto com o fator de forma, descreve a geometria do edifício. Deve-se sempre considerar a área de piso do edifício excluindo os subsolos, exceto se estes forem parcialmente expostos (uma de suas fachadas estiver em contato com o ambiente exterior). Já a área de projeção da cobertura 4 deve também excluir os beirais e as marquises, conforme mostrado na Figura 7. Nessa figura, o fator altura do edifício 1 foi calculado excluindo-se as projeções da cobertura para além do alinhamento do edifício. Já o fator altura do edifício 2 foi calculado considerando-se a área total da cobertura. A relação entre a área de projeção da cobertura e a área total também descreve os mezaninos. Um edifício hipotético de 100 m² e 1 pavimento tem fator altura de 1, pois tanto Apcob quanto Atot são 100 m². Mas se ele possui pé-direito de 5 m contendo um mezanino de 50 m², sua área total é de 150 m² e, portanto, o fator altura passa a ser 4 Não confundir com área de cobertura para cálculo da envoltória, que também exclui beirais e marquises. Enquanto a primeira é a área completa medida na superfície, seja ela inclinada ou até curva, a segunda é uma área de projeção horizontal dessa cobertura. Parâmetros e métodos adotados no regulamento de etiquetagem da eficiência energética de edifícios – parte 1: método prescritivo 23 0,75 (na Figura 6, é a área delimitada como “mezaninos e pavimentos desalinhados da projeção do edifício”). Com dois pavimentos, tendo assim Atot de 200 m², seu FA já seria 0,5. Vê-se a redução gradual do FA em função do aumento da área de piso sem alterar a projeção da cobertura. Esse fator, juntamente com o fator de forma, apresenta participação essencial na equação. Orientação do edifício e das proteções solares A orientação do edifício não é incluída no RTQ-C como parâmetro determinante da eficiência, embora seja participante. Sabe-se que é um parâmetro de grande influência no desempenho de um edifício, seja nas regiões de clima frio ou nas regiões de clima quente. Dois motivos levaram a não incluir a orientação do edifício como parâmetro determinante da eficiência: (a) a impossibilidade de se optar pela orientação do edifício em função da forma e das dimensões do terreno, o que é muito comum nos centros urbanos. Pode-se afirmar que os edifícios deveriam ter sua eficiência classificada em função do terreno, pois a escolha do terreno é parte inicial de um projeto; e (b) uma classificação que envolva o potencial de eficiência do terreno ou a eficiência do edifício em função da orientação é um avanço que pode ser integrado a versões futuras, não cabendo à primeira versão de um regulamento inédito no país. Essa é uma questão que terá tempo para discussão pela sociedade científica e mercadológica, a fim de se estabelecerem os critérios mais apropriados para a avaliação da eficiência em função da orientação, de acordo com as necessidades ante a realidade brasileira. Assim como a orientação do edifício, as proteções solares não são diferenciadas por fachadas nas equações. No entanto, na determinação dos parâmetros que descrevem as proteções, AVS e AHS, deve-se calcular os ângulos apropriados para cada janela e orientação e, posteriormente, ponderá-los para um AVS e/ou AHS final do edifício completo para inserção na equação (PROCEL, 2009). Esse procedimento foi realizado nas alternativas 5, 7 e 8. A qualidade de projeto foi considerada na definição dessas alternativas como recomendado pelo regulamento, sendo ainda atribuição do arquiteto, que deve adotar máscaras e outros recursos no projeto das proteções. Brises e outros tipos de proteção mais complexos não têm participação complementar na avaliação pelo método prescritivo, mas podem ser avaliados pelo método da simulação. FA1 = Acob/Atot = 100/500=0,20 A A A A A A A A A A A FA2= Acob/Atot = 100/1000=0,10 A A A A A A A = 100 m² A = 100 m² Figura 7 – Desenho esquemático representando as áreas de piso e de projeção da cobertura de dois edifícios, um com 5 pavimentos e outro com 10 pavimentos Deve-se alertar que o método prescritivo considera a condição desfavorável da fachada oeste, avaliada em relação à área de aberturas envidraçadas. Caso o percentual de área de aberturas da fachada oeste (PAFO) seja maior que o percentual de área de aberturas do edifício (PAFt) mais 20% deste, deve- se adotar o PAFO na equação. Dessa forma, grandes aberturas envidraçadas na fachada oeste têm maior impacto na eficiência do edifício que as áreas envidraçadas das demais fachadas, reduzindo o indicador de consumo. Esse exemplo ocorreu na alternativa 2, a única em que o PAFO não substituiu o PAFt na equação de obtenção do indicador de consumo (equação 2). Esse fator foi determinante na obtenção do nível B da envoltória dessa alternativa. Aberturas envidraçadas A equação não descreve apropriadamente vidros de elevado desempenho. É uma limitação mostrada em seu desenvolvimento e se origina da ausência do fator solar como dado de entrada direto na simulação no programa EnergyPlus. Ele foi adotado na equação por ser o parâmetro que melhor descreve o desempenho do vidro, mas as