Essa é uma questão muito comum entre os arquitetos, engenheiros e profissionais que queiram trabalhar ou trabalham com projetos sustentáveis, saber dimensionar e analisar todos os parâmetros correlacionados ao tema eficiência energética.

Neste post descrevo de forma objetiva, todas as informações necessárias para um bom entendimento sobre eficiência energética, baseado-se na minha experiência e vivência de projeto sustentável e dos materiais e informações fornecidas como parâmetros pelo USGBC e GBC Brasil.

A eficiência energética pode ser entendida como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia. (Lamberts et al., 1997, p.14)

Através de um uso racional da energia no edifício busca-se então, uma diminuição no consumo dos usos finais de iluminação, equipamentos, e aquecimento de água, junto à incorporação de fontes renováveis de energia.

Edificações energeticamente mais eficientes, somente são possíveis através de projetos que desde a sua concepção incluam critérios de eficiência energética.

Em condições climáticas onde a temperatura do exterior não ultrapassa os 10,5°C, o aquecimento artificial é aconselhável.

É importante o bom isolamento térmico dos fechamentos, evitando a ventilação da cobertura, adotando aberturas com vidro duplo e também construindo paredes com materiais de baixa condutividade térmica. Também nesse caso é necessário evitar a infiltração do ar externo.

Em edifícios comerciais e públicos geralmente o uso do ar condicionado é necessário, pois o desconforto pode significar perda de clientes e baixa produtividade. Entretanto, muito pode ser feito pelo arquiteto ou engenheiro para reduzir a demanda de condicionamento artificial e o conseqüente consumo de eletricidade.

É aconselhável seguir os critérios abaixo no projeto ou reforma de edifícios, objetivando sua menor dependência da climatização e iluminação artificial (fonte: Papst et al, 2005):

a) Uso da vegetação como sombreamento;

b) Uso de cores claras;

c) Emprego da ventilação cruzada sempre que possível;

d) Evitar o uso de vidros tipo “fumê”;

e) Redução da transmitância térmica das paredes, janelas e coberturas;

f) Uso racional da iluminação;

g) Utilização correta dos sistemas propostos;

h) Uso de dispositivos de proteção solar.

 

a) Uso da vegetação como sombreamento

 

É possível que uma proteção solar não seja suficiente para sombrear adequadamente uma abertura.

Na fachada oeste, por exemplo, um brise adequado às necessidades de sombreamento no verão deveria, em alguns casos, bloquear completamente a radiação solar.

Em algumas horas da tarde o sol estará quase perpendicular à fachada, o que traria como consequência uma proteção praticamente total a abertura.

Do ponto de vista da iluminação isto significa um sério problema para o ambiente interno, que necessitará de luz artificial mesmo durante o dia.

O uso de árvores com folhas caducas pode ser uma solução para o problema. Além de sombrear a janela sem bloquear a luz natural, permite a incidência do sol desejável no inverno, quando então as folhas tendem a cair.

 

b) Uso da cor

 

Embora de grande importância plástica na edificação, a utilidade das cores não se restringe à aparência, mas adentra os conceitos físicos de conforto térmico e visual.

Cores escuras aplicadas nas superfícies exteriores podem incrementar os ganhos de calor solar, absorvendo maior quantidade de radiação. Isto pode ser útil em locais onde há necessidade de aquecimento.

De forma complementar, a pintura de cores claras nas superfícies externas de uma edificação aumenta sua reflexão à radiação solar, reduzindo os ganhos de calor pelos fechamentos opacos.

No interior, cores claras refletem mais luz, podendo ser empregadas em conjunto com sistemas de iluminação natural ou artificial.

 

c) Ventilação

 

O sistema de aberturas pode representar um verdadeiro elenco de funções na edificação.

Sua utilidade para o conforto é inquestionável e se compõe por fatores como:

  • a ventilação,
  • o ganho de calor solar,
  • a iluminação natural,
  • o contato visual com o exterior.

Aberturas bem posicionadas podem garantir a circulação de ar nos ambientes internos, aconselhando-se sua localização de forma cruzada sempre que a ventilação for necessária.

As janelas com bandeiras basculantes são bastante úteis em períodos frios, por permitirem a ventilação seletiva necessária para higiene do ar interno.

Conhecendo-se a direção e a velocidade dos ventos predominantes de um determinado local, é possível projetar os ambientes, área de aberturas e posicionamento, para que haja uma distribuição no fluxo de ar interno.

A velocidade média do fluxo ar interno é uma função da velocidade do ar externo, da rugosidade do ambiente externo, do ângulo de incidência e das dimensões e localização das aberturas.

Um exemplo (Brown e Dekay, 2004), em um ambiente com uma abertura de 2/3 da largura da parede, a velocidade média interna do ar será entre 13% e 17% da velocidade do ar externo, mas se esta área for dividida em duas aberturas na mesma parede, a velocidade do ar passa para 22% da velocidade do ar exterior. Para aberturas localizadas em duas paredes, a velocidade média do ar interno passa a ser de 35% a 65% da velocidade do vento externo.

Duas aberturas em paredes opostas permitem o movimento rápido do ar, enquanto aberturas em paredes adjacentes permitem uma melhor distribuição da velocidade do vento e do efeito de resfriamento através do recinto.

Quando a ventilação é usada para resfriamento, é importante localizar as aberturas para que o fluxo de ar passe pelos usuários.

A ventilação tem duas funções principais dentro de um ambiente: renovação do ar quente e/ou poluído, e resfriamento dos usuários.

Para velocidades do ar acima de 0,2 m/s, o fluxo de ar em contato com a pele transfere o calor do corpo humano para o ar, quando este tem temperatura inferior à temperatura da pele.

A ventilação é necessária para evitar problemas da transpiração em locais que tenham o clima com umidades elevadas.

 

d) Tipo de Vidro

 

Quanto ao tipo de vidro a ser empregado, dependerá das necessidades de luz natural e de desempenho térmico do sistema de abertura.

Na edificação residencial, normalmente se quer permitir o ingresso de luz pelas janelas, evitando ou explorando o calor solar, conforme o período do ano for respectivamente mais quente ou mais frio.

Hoje existem vários tipos de vidro disponíveis para controlar as perdas ou os ganhos de calor.

Existem vidros e películas absorventes e reflexivos, vidros duplos ou triplos com tratamento de baixa emissividade, vidros espectralmente seletivos e combinações destes tipos entre si.

Em climas quentes se deve evitar o uso de vidros e películas absorventes (“fumê”), pois são escuros, absorvendo mais luz do que calor.

De forma semelhante, os vidros e películas reflexivas permitem a redução da carga térmica que, entretanto, pode ser suplantada pela necessidade adicional de luz artificial.

Em climas frios o ideal seria permitir a entrada do calor solar (onda curta) evitando as perdas de calor do interior.

Vidros de múltiplas camadas são indicados, pois permitem isolamento entre as placas (normalmente é utilizado o ar ou algum tipo de gás).

 

e) Redução da transmitância térmica das paredes, janelas e coberturas

 

É através dos fechamentos das edificações que ocorrem as trocas térmicas entre o ambiente interno e externo.

Dependendo do local, é preciso que os fechamentos de uma edificação protejam o ambiente interno dos fatores negativos do clima.

Num clima frio, não se quer que ocorram perdas de calor do ambiente interno para o ambiente externo, com isto, os fechamentos têm de ter boa vedação e evitar a passagem do calor através dos mesmos.

Nos climas quentes e secos, os fechamentos têm de evitar que o calor

externo diurno passe rapidamente para dentro da edificação, mas este calor deve ser armazenado para aquecer o ambiente interno no período noturno, quando as temperaturas externas vão abaixo da zona de conforto.

Neste clima, os fechamentos precisam transmitir pouco o calor e retê-lo ou armazená-lo.  

Nos climas quentes, em ambientes condicionados artificialmente, deve-se evitar que o calor externo seja transmitido para o interior, pois aumentaria a carga térmica interna.

Em ambientes naturalmente ventilados localizados em climas quentes e úmidos, a carga térmica advinda da cobertura deve ser amenizada.

O uso de cores claras reduz a absortividade da radiação solar, mas deve-se evitar que o calor absorvido seja transmitido para dentro do ambiente.

A transmitância é uma característica térmica dos elementos e componentes construtivos, e é conhecida como “coeficiente global de transferência de calor”.

É a transmitância térmica que permite comparar o comportamento térmico dos fechamentos das edificações.

Quanto menor o valor da transmitância térmica, menor serão as trocas térmicas dos ambientes internos e externos.

 

f) Uso Racional da Iluminação

 

O uso da luz natural pode representar uma grande economia de energia na edificação residencial. Além dos sistemas de aberturas verticais, a iluminação zenital é bastante útil, podendo iluminar ambientes sem contato com paredes externas além de valorizarem ambientes arquitetônicos mais nobres.

Alguns conceitos para se adotar no projeto e obter racionalização na iluminação de ambientes:

  1. Integração da luz artificial com luz natural;
  2. Sistemas de controle da luz artificial;
  3. Iluminação de tarefa;
  4. Sistemas de iluminação artificial eficientes;
  5. Aquecimento de água.

 

  1. Integração da luz artificial com luz natural

 

A luz natural pode ser utilizada para reduzir o consumo de energia com iluminação. Para que isso seja possível, deve-se buscar explorá-la de forma integrada com os sistemas de iluminação artificial.

Isto pode ser feito de diversas maneiras, devendo o projetista conhecer o comportamento dos dispositivos utilizados para iluminação natural e dos componentes do sistema de iluminação artificial, integrando-os em um único sistema.

Dentro dessa idéia, sempre que a luz natural for adequada às necessidades de iluminação do ambiente, a iluminação artificial deve ser desativada ou reduzida.

Alguns sistemas de controle (como os sensores fotoelétricos) podem ser empregados com essa finalidade.

Não se deve esquecer de balancear os ganhos de calor que podem estar embutidos no ingresso de luz natural, pois isto poderia incrementar o consumo de energia para condicionamento térmico.

A integração da luz artificial com a luz natural pode fornecer melhores resultados em termos de redução no consumo de energia.

 

  1. Sistemas de controle da luz artificial

 

A função de um sistema de controle de luz é fornecer a quantidade necessária de iluminação onde e quando ela é necessária, enquanto minimiza o consumo de energia elétrica.

Os sistemas de controle são basicamente de três tipos: sistemas com controle fotoelétrico; sensores de ocupação e sistemas de programação do tempo.

 

  1. Iluminação de tarefa

 

Esta técnica permite a previsão de níveis de iluminação mais altos para as tarefas visuais, enquanto se mantém o restante da iluminação a níveis mais baixos.

As áreas circundantes da tarefa visual necessitam de menos iluminação que o local da tarefa propriamente dita.

Recomenda-se que a iluminação ambiental seja pelo menos 33% da iluminação da tarefa, para conforto e adaptação ao transiente.

Por exemplo, se uma tarefa requer 750 lux, a iluminação ambiental deve ser mantida em pelo menos 250 lux. Isto significa que boa parte da área interna de um edifício pode ter seu nível de iluminação diminuído, reduzindo também o consumo de energia.

 

  1. Sistemas de iluminação artificial eficientes

 

Pode-se reduzir consideravelmente a energia gasta com iluminação artificial substituindo lâmpadas incandescentes por fluorescentes comuns ou compactas.

A utilização de luminárias mais eficientes e de reatores eletrônicos também é aconselhável.

Em edifícios residenciais, a energia consumida à noite pelas lâmpadas que permanecem acesas nas escadas e circulações pode ser reduzida com a adoção de minuterias ou sensores de presença.

Assim, o tempo que as lâmpadas permanecem acesas é apenas o necessário para que os usuários alcancem a saída ou o seu apartamento, desligando-se automaticamente o circuito em alguns minutos.

A melhoria do sistema de iluminação pode representar uma economia de energia de até 40%.

Economizar energia elétrica é 102 vezes mais barato que gerá-la.

 

  1. Aquecimento de água

 

Uma parcela significativa de energia elétrica é consumida para aquecimento de água no setor residencial, 25% aproximadamente.

O arquiteto ou engenheiro deve prever tubulação de água quente isolada termicamente em seus projetos, propiciando a instalação de sistemas de aquecimento a gás ou solar – mais econômicos.

Além de evitarem o consumo de energia elétrica, outra vantagem destes sistemas é o maior grau de conforto e sua capacidade para atender diversos pontos de água quente além do chuveiro (torneiras em banheiros, cozinhas e lavanderias, por exemplo).

 

g) Utilização correta dos sistemas propostos

 

As estratégias de projeto para assegurar a conservação de energia depende das condições climáticas, localização e forma do edifício, mas também do tipo, função e padrão de uso.

Edifícios de escritórios, escolas e lojas são principalmente usadas durante o dia, residências podem tanto ser ocupadas constantemente ou de forma intermitente, enquanto hospitais, aeroportos e algumas indústrias podem ser de uso constante.

O comportamento dos ocupantes tem um efeito significante sobre o consumo energético de uma edificação.

Uma edificação que foi projetada para ser energeticamente eficiente pode falhar no seu objetivo se os ocupantes tiverem um comportamento de desperdício energético. De outra forma, um comportamento energético consciente pode conseguir economizar e até baixar o valor das contas de energia.

O ideal seria que o arquiteto e ou engenheiro, após definido um projeto bioclimático, passasse ao proprietário da edificação instruções de como usar a edificação.

Estas instruções poderiam ser passadas aos proprietários através de comunicação verbal ou através de manual.

 

h) Uso de dispositivos de proteção solar

 

Em certas épocas do ano (e em alguns lugares do Brasil, em todo o ano), os ganhos de calor pelas aberturas em vidro podem ser excessivos, causando desconforto térmico dentro dos ambientes.

Este problema pode ser controlado evitando que os raios de sol penetrem no interior das edificações.

A localização da edificação, a forma da edificação, a orientação solar adequada dos ambientes, proteções solares externas e vidros especiais, podem ser usados para reduzir o desconforto térmico.

O projeto da parte externa da edificação deve ser pensado para as condições de verão e de inverno.

O sol excessivo do verão pode ser barrado, enquanto a iluminação natural deve ser garantida durante todo o ano.

Ao projetar proteções solares deve-se pensar também na sua influência sobre a luz natural e a visibilidade para o exterior.

A adoção de proteções solares do tipo prateleiras de luz é aconselhável principalmente para a orientação norte, pois permite sombrear completamente a abertura enquanto favorece a entrada de luz para o interior.

Os ganhos de calor pelo sol ocorrem tanto pelos elementos opacos (paredes, cobertura) quanto pelos elementos transparentes (janelas, clarabóias, etc).

Os ganhos de calor pelos elementos da edificação podem ser desejáveis quando as temperaturas estão baixas, e indesejáveis com temperaturas mais elevadas. Proteções solares quando bem projetadas podem garantir que os raios solares passem pelas aberturas transparentes apenas nos períodos necessários.

Dependendo da latitude do local e do período do ano, também se pode conceber proteções solares constituídas de uma parte fixa e outra móvel.

A versatilidade deste sistema permite sombrear o sol indesejável através da parte fixa, reservando à parte móvel a função de controlar a entrada do sol quando desejável.

Ao especificar proteções solares com partes móveis se deve considerar a necessidade de manutenção regular e a possibilidade de operação errônea por parte do usuário.

O ideal é promover esclarecimentos sobre as vantagens e o funcionamento do sistema.

Nos projetos de edificações é importante considerar a posição do sol durante todo o ano, e o projetista deve visualizar os efeitos das suas soluções construtivas para poder tomar decisões.

Repetir o cálculo da posição do sol várias vezes pode ser um trabalho árduo, por isso, o uso de representações gráficas da geometria solar (cartas solares) são uma solução para definir proteções solares para as edificações.

 

Conclusão

 

A eficiência energética está diretamente relacionada a todos esses parâmetros e fatores relatados acima e para obter uma solução eficiente, depende dos profissionais envolvidos na concepção dos projetos estarem alinhados e determinados a ter como resultado final, um projeto bem planejado considerando todas essa informações como roteiro a ser seguido.

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Elton Lira

Arquiteto e empreendedor apaixonado por arquitetura sustentável aliada à tecnologia. Entusiasta lutando por uma classe de arquitetos mais unidos.

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