LINHA DE PESQUISA: Ambiente Construído e Sustentabilidade
SANTOS, Adriana Fatima Dussel dos1
DIAS, Maíra Vieira2 PALAVRAS-CHAVE: Eficiência Energética, Energia Zero, Retrofit
KEY-WORDS: Energy Efficiency, Zero Energy, Retrofit.
INTRODUÇÃO
Com a previsão de grandes aumentos do consumo de energia elétrica nas próximas décadas, devido tanto ao aumento populacional quanto ao surgimento de novos elementos consumidores como o carro elétrico, o desafio será ampliar a demanda com fontes de energia elétrica de baixo impacto ambiental. Quando há aumento da demanda e a eficiência energética3 não é priorizada passamos a superdimensionar o sistema elétrico de geração (previsões de placas solares desnecessárias), transmissão e distribuição, gerando impactos ambientais desnecessários.
Baseados em dados do Ministério de Minas e Energia, Munguba et al. (2020) afirmam que nos próximos dez anos a demanda energética deve crescer em torno de 87% no Brasil, catalisada pelo crescimento do consumo em edifícios novos e existentes, que juntos já somam 50% da energia consumida no país. Essa escalada interfere no comportamento da matriz energética, implicando em aumento da emissão de poluentes se não aliada ao uso de fontes renováveis.
1 Mestranda em Arquitetura e Urbanismo, UNIVAG, [email protected]
2 Professora Doutora do Programa de Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo, UNIVAG, [email protected].
3 Um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia elétrica (LAMBERTS et al., 2004).
A energia solar é uma fonte alternativa de energia elétrica de impacto ambiental reduzido na sua construção, quando comparado com as usinas hidrelétricas, que necessitam de reservatórios de água (grandes áreas alagadas). Além disso, Fernandes (2015) destaca que a aplicação de técnicas passivas de condicionamento apresenta benefícios térmicos e energéticos comprovados por pesquisas e experiências empíricas. Essas técnicas podem ser estimadas através de simulação computacional como ferramenta de retrofit.
Estudos relacionados à viabilidade de retrofits de edificações já comprovaram que o consumo de energia elétrica pôde ser mitigado de forma substancial. Krasnhak e Junior (2019) desenvolveram experimento onde houve uma redução de 39.53% no consumo energético do sistema de iluminação em uma universidade em Curitiba/PR. Tal fato foi possível através da substituição das lâmpadas fluorescentes tubulares de 69W por tubulares de LED de 40W. Rudnicki e Schmidt (2020) demonstraram a economia de energia elétrica e o tempo de retorno financeiro através de retrofit na iluminação de um prédio público no centro de Cascavel/PR, que consistiu na substituição das lâmpadas instaladas (fluorescente, halógena palito e incandescente) por lâmpadas de tecnologia LED e obtiveram uma economia mensal de 434,26 kWh, o que corresponde a 58% do consumo de iluminação atual. Além disso, o aumento da vida útil das lâmpadas foi de 32%.
Chepp e Gasparin (2019) realizaram simulações em uma edificação em Porto Alegre/RS e como implicação obtiveram, com a adição de isolante térmico no forro, uma redução de 60,7% no consumo anual de climatização e o payback (tempo de retorno do investimento) foi de 7 anos. Já Abrantes e Maia (2020) demonstraram a viabilidade de implantação do sistema fotovoltaico analisando orçamentos e dados técnicos de equipamentos existentes no mercado de energia solar. Em seu estudo os pesquisadores concluíram que o investimento feito para adquirir o sistema fotovoltaico vai retornar em aproximadamente 2 anos e 3 meses sendo este considerado um ótimo payback.
O Centro SEBRAE de Sustentabilidade em Cuiabá/MT foi inaugurado em maio de 2011 e atualmente é referência brasileira de Edificações de Energia Zero (EEZ)4. A instalação de duas micro usinas de geração solar fotovoltaica (45kW e 75kW) no Centro proporcionou uma economia de energia de 98,5% (SEBRAE, [201-]).
4 “Um edifício de energia zero (EEZ) é um edifício residencial ou comercial com necessidades de consumo de energia consideravelmente reduzidas por meio de ganhos de eficiência energética de tal forma que o consumo anual de energia possa ser coberto com a geração de energia renovável (TORCELLINI et al., 2006).
A certificação que confirma que um edifício possui energia zero é o GBC Brasil Zero Energy, que foi lançada em agosto de 2017 na 8ª Greenbuilding Brasil Conferência Internacional e Expo. Um dos seus requisitos é a eficiência energética mínima comprovada através de uma certificação ambiental como PBE Edifica (Programa Brasileiro de Etiquetagem) nível A. Porém, se 100% da energia elétrica necessária for gerada por energia renovável no local, o edifício não precisará comprovar eficiência energética mínima para receber a Certificação. Para tanto, bastará o edifício relatar as ações existentes de eficiência energética (GBC BRASIL, 2020).
Os tipos de edifícios comerciais com os maiores potenciais de se tornarem EEZs são armazéns não refrigerados, escolas e lojas de varejo, enquanto os com os menores potenciais são hospitais, hotéis, restaurantes e laboratórios (LIMA, 2012). Mesmo alguns edifícios apresentando maior potencial para se tornarem EEZ, Pacheco et al. (2013) apontam a necessidade de adaptar ou criar modelos de maior eficiência energética para climas quentes. A cidade de Cuiabá apresenta clima quente e com céu predominantemente ensolarado durante todo o ano e, segundo Leão (2007), a temperatura máxima média é de 42⁰, sem ventilação e com um grande desconforto térmico.
Apesar da rigorosidade do clima de Cuiabá, é possível torná-lo mais ameno em até 71.6% das horas de desconforto existentes no clima, com o uso de sistemas passivos, ou seja, sem o consumo de energia elétrica, mas se utilizando a energia disponível ao meio e dos sistemas naturais de troca de calor. Uso da vegetação e da água em projetos de sistemas de resfriamento evaporativo é essencial” (LEÃO, 2007. p. 141).
Diante do exposto, a presente pesquisa objetiva analisar o desempenho energético de um edifício destinado à educação privada de ensino infantil e fundamental no município de Cuiabá, visando propor alternativas ambientalmente sustentáveis e incluir o conceito de energia zero.
O objeto de estudo escolhido é a Escola Presbiteriana de Cuiabá fundada em 1992 e localizada no centro da cidade. A escolha foi motivada pelo desconforto térmico apontado pelos seus ocupantes e pela facilidade de acesso aos dados necessários a este trabalho. Além disso, o desmatamento urbano causado pela retirada de cerca de 1.330 indivíduos arbóreos dos canteiros centrais das avenidas onde está localizada a escola (NETTO; JUNIOR, 2020) fez com que a escola enfrentasse problemas relacionados ao conforto térmico e tivesse que substituir 70% dos ares condicionados.
DESENVOLVIMENTO
Para este trabalho, ainda em fase inicial, foi analisado o consumo mensal de energia elétrica da escola nos últimos quatro anos e o próximo passo será a instalação de um analisador de energia na saída do quadro de distribuição. Serão feitas coletas in loco para aferição de temperatura, iluminância e qualidade da energia. Através de entrevistas com os professores, alunos e corpo técnico da escola será possível verificar os hábitos dos usuários em relação ao consumo consciente de energia elétrica.
Com esses dados será possível realizar a simulação computacional através do software Energyplus plug-in OpenStudio para o SketchUp usando dois modelos tridimensionais, um representativo que irá refletir a condição atual de consumo da escola, e outro de referência que será alimentado com dados extraídos do RTQ-C do Procel.
A calibração do modelo representativo será realizada através da comparação entre os erros dos valores medidos in loco e os simulados. Após esse processo serão realizadas simulações de sistemas passivos para o condicionamento ambiental no modelo de referência. Será calculado ainda o tempo de retorno (payback) demandado para alcançar a energia zero através da implementação de energia fotovoltaica.
DISCUSSÃO
A previsão do aumento da demanda de energia elétrica no país e a não priorização da eficiência energética no Plano Nacional de energia 2030, somadas ao alto consumo de energia elétrica para manter o conforto ambiental em um local de clima quente e sem ventilação natural, nortearam as reflexões acerca da implantação do conceito de energia zero para a Escola Presbiteriana de Cuiabá.
Considerando o aumento gradativo do consumo de energia elétrica na busca pelo conforto do ambiente construído e do anseio por suprir o mesmo por fontes de energia elétrica limpa e favorável ao meio ambiente, este estudo tem como foco aplicar conceitos de eficiência energética através de retrofits. Busca-se ainda simular a geração de energia elétrica através de fontes renováveis, como a energia fotovoltaica.
Ao analisar o consumo mensal de energia da escola no período de abril de 2016 a abril de 20205, observa-se que a média do consumo para os quatro anos consecutivos foi de 20.095
kWh (Tabela 1). Porém, quando excluímos os meses de janeiro, fevereiro e agosto que correspondem às férias escolares, a média anual ajustada fica em torno de 22.087 kWh6.
Tabela 1: Consumo mensal de abril de 2016 a abril de 2020. Fonte: Autora, 2020
Como esperado, no período do verão houve um maior consumo de energia elétrica. Os dados da planilha, elaborada nesta fase inicial, irão compor o modelo representativo e servirão para comparar com os valores do modelo de referência que será alimentado com dados extraídos do RTQ-C do Procel.
CONCLUSÃO
Com os dados coletados até a presente data pode-se concluir que os maiores consumos registrados correspondem aos meses de setembro de 2017, outubro e novembro de 2018, setembro, outubro e novembro de 2019. Nesse cenário é prudente destacar a possibilidade de desperdício de energia elétrica proveniente do fato de condicionadores de ar operarem com as portas e janelas abertas como relatado por Fernandes (2015).
Desta forma, é necessário propor soluções passivas que mitiguem o consumo de energia elétrica diminuindo a carga térmica da escola na estação mais quente do ano. Acredita-se que através de soluções passivas e com geração de energia elétrica renovável é possível alcançar um ambiente com maior conforto térmico e luminoso, bem como reduzir o consumo de energia
ampliação de carga com a construção de um anexo na escola destinado ao ensino infantil. 6 Para o presente trabalho define-se alto consumo aquele com valores acima da média ajustada.
elétrica e propor ações contra o desperdício de energia elétrica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABRANTES, A. C. T. G; MAIA, F. A. Análise de viabilidade técnico-econômica de implantação de sistema fotovoltaico no centro integrado de educação profissional de Itaparica. Revista Técnico-Científica, n.23, 2020.
CHEPP, E. D.; GASPARIN, F. P. Análise de medidas de eficiência térmica no consumo energético e conforto térmico de uma edificação. Revista Eletrônica Científica da UERGS, v.5, n.3, p.236-249, 2019. FERNANDES, L. O. Procedimento para retrofit do desempenho termoenergético de edifícios de ensino através da aplicação de estratégias passivas de condicionamento. 2015. Tese (Doutorado) - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2015.
GREEN BUILDING CONCIL BRASIL. GBC Brasil Zero Energy. Disponível em:<
https://www.gbcbrasil.org.br/certificacao/zero-energy/> Acesso em: 04 abr. 2020.
KRASNHAK, L. B.; JUNIOR, J. U. Proposta de retrofit no sistema de iluminação e estudo de geração fotovoltaica em um dos blocos da UTFPR. Atena Editora, v.1, p.213-228, 2019.
LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: Pro-Livros, 2004.
LEÃO, E. F. T. B. Carta bioclimática de Cuiabá-Mato Grosso. 2007. Dissertação (Mestrado) – Pós-graduação em Física e Meio Ambiente, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, 2007.
LIMA, B. W. F. Geração distribuída aplicada a edificações: edifícios de energia zero e o caso do laboratório de ensino da FEC-Unicamp. 2012. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2012.
MUNGUBA, C. F. D. L.; GÓMEZ, M. L. A.; OCHOA, A. A. V.; LEITE, G. D. N. P. Integração entre geradores fotovoltaicos e retrofit energético em edifícios. Revista de Engenharia e Pesquisa Aplicada, v.5, n.3, p.28-39, 2020.
NETTO, A. L.; JÚNIOR, J. C. U. O contexto ambiental e político da implantação do veículo leve sobre trilhos (VLT) na Cuiabá cidade verde: A retirada da vegetação do trecho para o projeto do VLT em Cuiabá, MT (2.014). Revista Contexto Geográfico, v.4, n.8, p.27-44, 2020.
PACHECO, M. T. G.; GHISI, E.; LAMBERTS, R. Proposição de estratégias para obtenção de Edifícios de Energia Zero. Florianópolis: CB3E, 2013.
financeira de Retrofit na iluminação de um prédio público. Revista Competitividade e Sustentabilidade, v.7, n.1, p.50-57, 2019.
SEBRAE. Centro Sebrae de Sustentabilidade. Energia Solar. Cuiabá: SEBRAE, [201-]. Disponível em:<http://sustentabilidade.sebrae.com.br/sites/Sustentabilidade/Institucional/O%E2%80%93Predio/E nergia-solar> Acesso em: 20 jun. 2020.
TORCELLINI, P. A.; PLESS, S.; DERU, M. Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition. In: ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, California, 2006. Proceedings... California: ACEEE Summer Study, 2006.