Performance energética no contexto do sistema LEED

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Performance energética no contexto do sistema LEED

Simone Da Costa Teixeira

Dissertação de Mestrado

Orientador na FEUP: Professor Clito Afonso Orientador na empresa: Engenheiro João Begonha

Mestrado integrado em Engenharia Mecânica

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Performance energética no contexto do sistema LEED

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iii

Agradecimentos

Em primeiro lugar quero agradecer aos meus pais pelo apoio incondicional que me dedicaram, pela compreensão e pelo suporte que me concederam nas minhas decisões.

Ao meu orientador na faculdade, Professor Clito Afonso pelo apoio e os meios que permitiram a realização da dissertação em ambiente empresarial.

Ao Engenheiro Ricardo Sá por ter aceite o desafio de me integrar na sua equipa de trabalho e permitir realizar o estágio curricular na Edifícios Saudáveis Consultores, S.A.

Ao meu orientador na empresa, engenheiro João Begonha pela orientação, disponibilidade e atenção prestada durante a realização da dissertação.

Agradeço também aos engenheiros Luís Vale e Luís Andrade por todo o apoio prestado, e aos restantes membros da empresa pela disponibilidade e bom ambiente criado.

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Resumo

O desenvolvimento sustentável é um dos maiores desafios que o mundo atual e futuro enfrentam para manter a sobrevivência do ser humano. Em Portugal, os edifícios são responsáveis por cerca de 30% do consumo de energia e 30% das emissões de CO2, tornando-se essencial que se

desenvolvam politicas, normas e metodologias para controlar e reduzir estes fatores neste setor. Curiosamente, do mesmo modo que os edifícios representam parte destes problemas, também podem representar parte da sua resolução.

A nova atualização do sistema de certificação energética do LEED v3 para o LEED v4 tornou as estratégias de sustentabilidade mais exigentes. O processo integrativo é um dos novos créditos presentes no LEED v4, que visa utilizar estratégias de sustentabilidade numa fase inicial do projeto de modo a alcançar os objetivos de sustentabilidade.

O sistema LEED avalia o desempenho energético dos edifícios, sendo este o parâmetro com maior peso na certificação LEED. Um dos problemas práticos que o processo de certificação tem de ultrapassar é a necessidade de estimar o desempenho do edifício real em fases de projeto em que ainda se desconhecem grande parte dos detalhes.

A presente dissertação pretende avaliar qual o impacto da utilização da simulação energética na fase de concessão de um edifício de escritórios, aplicando estratégias que visam obter um edifício de escritórios sustentável com uma alta classificação de desempenho energético. O estudo incide em avaliar as características de envolvente e os níveis de iluminação do edifício, recorrendo ao programa de simulação energética IES-VE.

A dissertação finaliza com uma análise dos consumos energéticos a um edifício real situado na zona do Porto utilizando o edifício em estudo com efeito de sombreamento que melhor se aproxima as características do edifício real.

Palavras-chave

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v

Abstract

Sustainable development is one of the biggest challenges facing the world today and the future to maintain the survival of the human being. In Portugal, the buildings account for about 30% of energy consumption and 30% of

CO

2 emissions, making it essential to develop policies, standards and methodologies to control and reduce these instances in this industry. In fact, on the same way that buildings account for all these problems, they may also represent part of its solution.

With the new update of energy certification LEED v3 to LEED v4 arose more demanding sustainability parameters. One of those credits is the integrative process, that aims to apply strategies at an early stage of the project to achieve the sustainability goals.

The LEED system evaluates the energy performance by comparing the real building performance with a reference building, where the relevant characteristics are defined by the LEED system. The energy performance is the parameter with greater weight on LEED. One of the practical problems that the certification process should overcome is the need to estimate the performance of the real building in phases of project that still don't know all the details. This thesis intending to evaluate the impact of the use of energy simulation in an office building at an early stage of design, applying strategies that aim to achieve a sustainable office building with a high-energy performance rating. The study focuses on evaluating the strategies of the basic envelope attributes and lighting levels, using the energy simulation program IES-VE.

Keywords

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Performance energética no contexto do sistema LEED Simone Da Costa Teixeira vii

Índice

1 INTRODUÇÃO ... 1 1.1 MOTIVAÇÃO ... 1 1.2 AEMPRESA ... 1 1.3 OBJETIVO ... 2 1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ... 3 2 ENQUADRAMENTO TEÓRICO ... 4 2.1 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ... 4

2.2 SUSTENTABILIDADE DOS EDIFÍCIOS ... 7

2.2.1 Quadro Europeu ... 7 2.2.2 Quadro Nacional ... 7 2.3 SISTEMAS DE CERTIFICAÇÃO ... 10 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 12 3.1 SISTEMA LEED ... 12 3.2 PROCEDIMENTO DE AVALIAÇÃO ... 16

3.3 PROCESSO INTEGRATIVO (INTEGRATIVE PROCESS) ... 20

3.3.1 Sistemas – Energia ... 21

3.3.2 Sistemas – Água ... 21

3.3.3 Processo Integrativo em comparação com o processo convencional. ... 22

3.4 SIMULAÇÃO ENERGÉTICA ... 23

3.4.1 Desenvolvimento da simulação energética ... 23

3.4.2 Ferramentas de simulação ... 24

3.4.3 Integrated Environmental Solution – Virtual Environment (IES-VE) ... 25

4 CASO DE ESTUDO ... 26

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO PADRÃO ... 26

4.2 CARACTERIZAÇÃO DA ENVOLVENTE ... 29

4.2.1 Envolvente opaca... 29

4.2.2 Envidraçados ... 29

4.2.3 Atributos básicos de envolvente ... 30

4.3 DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS - GANHOS INTERNOS ... 31

4.3.1 Sistema de iluminação ... 31

4.3.2 Sistemas de equipamentos ... 34

4.3.3 Sistema de AVAC ... 35

5 DISCUSSÃO DE RESULTADOS ... 37

5.1 ANÁLISE DAS ESTRATÉGIAS DO PROCESSO INTEGRATIVO ... 38

5.1.1 Atributos básicos de envolvente ... 38

5.1.2 Níveis de iluminação ... 45

5.2 ANÁLISE DO EDIFÍCIO DE ESTUDO ... 47

5.2.1 Edifício em estudo – Efeito de sombreamento ... 48

5.2.2 Análise de diferentes cenários do edifício em estudo ... 53

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6 CONCLUSÕES ... 57

6.1 CONCLUSÃO ... 57

6.2 TRABALHOS FUTUROS ... 58

7 REFERÊNCIAS ... 59

ANEXO A: MODELAÇÃO DO EDIFÍCIO PADRÃO ... 61

ANEXO B: ÁREAS DOS ESPAÇOS ... 62

ANEXO C: PERFIS DE FUNCIONAMENTO SEGUNDO O RSECE ... 63

ANEXO D: SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS ... 65

ANEXO E: VALORES DOS COEFICIENTES DE REFLEXÃO ... 66

ANEXO F: GANHOS INTERNOS ... 67

ANEXO G: MODELAÇÃO DO EDIFÍCIO DE ESTUDO ... 70

ANEXO H: CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO ... 72

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Índice de Figuras

Figura 1 – Triângulo sustentável ... 5

Figura 2 – Reduções de emissões de CO2 nos vários sectores para 2030 ... 6

Figura 3 – Impactos globais do PNAEE na poupança de energia primaria (tep) até 2013 ... 8

Figura 4 – Impacto estimado com a introdução de medidas de eficiência energética. ... 9

Figura 5 – Sistema de certificação LEED. ... 12

Figura 6 – Sistemas de avaliação no âmbito de aplicação LEED (USGBC, 2016). ... 13

Figura 7 – Categorias segundo o Building Design and Construction, e respetivos créditos. .. 14

Figura 8 – Nível de certificação consoante a pontuação LEED v4. ... 19

Figura 9 – Processo integrativo ... 20

Figura 10 - Processo de organização dos membros de equipa ... 22

Figura 11 - Módulos representativos do software de simulação IES. ... 25

Figura 12 – Representação do edifício padrão no software de simulação IES... 26

Figura 13 – Tipologia utilizada nos pisos 0 e 1. ... 27

Figura 14 – Tipologia utilizada nos pisos 2, 3, 4 e 5. ... 27

Figura 15 – Gráfico dimming utilizado no software IES. ... 32

Figura 16 – Sistema de AVAC utilizado no software IES ... 35

Figura 17 – Circuito de arrefecimento utilizado no software IES. ... 36

Figura 18 - Circuito de aquecimento utilizado no software IES... 36

Figura 19 – Custos totais de acordo com os valores de coeficiente de transmissão térmica.... 38

Figura 20 – Necessidades térmicas para diferentes valores de g. ... 39

Figura 21 – Custos para diferentes valores de g. ... 40

Figura 22 – Custos necessidades térmicas para diferentes valores de U - 20% envidraçados. 41 Figura 23 - Custos necessidades térmicas para diferentes valores de U - 50% envidraçados. . 42

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Figura 24 - Custos necessidades térmicas para diferentes valores de U - 90% envidraçados. . 43

Figura 25 - Custos necessidades térmicas para diferentes valores de U na cobertura... 44

Figura 26 – Custos associados aos diferentes coeficientes de reflexão. ... 45

Figura 27 – Custos associados aos diferentes níveis de iluminação ... 46

Figura 28 – Edifício em estudo no software de simulação IES. ... 47

Figura 29 – Necessidades térmicas para um valor de g=0,2. ... 48

Figura 30- Custos associados a utilização de um vidro com um g=0,2. ... 49

Figura 31 – Necessidades térmicas para um valor de g=0,6. ... 50

Figura 32 – Custos associados a utilização de um vidro com um valor de g=0,6. ... 51

Figura 33 – Custos associados edifício com sombreamento para diferentes valores de g. ... 52

Figura 34 – Necessidades térmicas do edifício do caso de estudo ... 53

Figura 35 – Custos para diferentes cenários de envolvente... 54

Figura 36 – Comparação dos consumos de edifícios de escritórios. ... 56

Figura 37 – Modelação do edifício padrão no programa de simulação IES... 61

Figura 38 - Modelação do edifício padrão no programa de simulação IES. ... 61

Figura 39 - Modelação do edifício de estudo no programa de simulação IES. ... 70

Figura 42 – Perfis de funcionamento Open Space ... 63

Figura 43 - Perfis de funcionamento gabinetes. ... 63

Figura 44 - Perfis de funcionamento lobby. ... 64

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Índice de Tabelas

Tabela 1 - Critérios dos pré-requisitos avaliados pelo LEED v4 para BD+C. ... 16

Tabela 2 – Critérios avaliados pelo LEED v4 para BD+C. ... 17

Tabela 3 – Continuação da tabela 2 dos critérios avaliados pelo LEED v4. ... 18

Tabela 4 – Diferenças entre programas de simulação energética. ... 24

Tabela 5 –Áreas de envidraçados e respetivos pisos. ... 28

Tabela 6 – Valores da envolvente opaca segundo o RECS. ... 29

Tabela 7 – Valores dos envidraçados segundo o RECS. ... 29

Tabela 8 – Intervalo de valores de coeficiente de reflexão (EN 12464-1, 2003). ... 33

Tabela 9 - Áreas dos espaços ... 62

Tabela 10 - Soluções construtivas envolvente. ... 65

Tabela 11 - Percentagens dos coeficientes de reflexão. ... 66

Tabela 12 - Densidades iluminação ... 67

Tabela 13 - Densidades de ocupação. ... 67

Tabela 14 - Densidades de equipamentos... 68

Tabela 15 - Dimensionamento sistema de AVAC. ... 72

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Abreviaturas

AEDG Advanced Energy Design Guide

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers AVAC Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado

BREEAM Building Research Establish Environmental Assessment Methodology

CIBSE Chartered Institution of Building Services Engineers

CNUMAD Conferencia das nações Unidas para o meio ambiente e o Desenvolvimento COP Coefficient of performance

CRT Cathode ray tube monitor

DL Decreto-Lei

DOE Department of Energy EER Energy Efficiency Ratio

EN Norma europeia

EUA Estados Unidos da América

IES-VE Integrated Environmental Solution - Virtual Environment

iiSBE International Initiative for a Sustainable Built Environment

LCD Liquid crystal display

LEED Leadership in Energy and Environment Design

OP Open Space

PNAC Plano Nacional para as Alterações Climáticas

PNAEE Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética RCM Resolução do Conselho de Ministros

RECS Regulamento de desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços REH Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação

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RSECE Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios SCE Sistema de Certificação Energético dos Edifícios

SR Sala de reuniões

UNFCCC United Nation Framework Convention on Climate Change

USGBC U.S Green Building Council UTAN Unidade de Tratamento de Ar Novo VC Ventilo convetor

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Introdução

Performance energética no contexto do sistema LEED Simone Da Costa Teixeira 1

1 Introdução

1.1 Motivação

Os sistemas de certificação têm-se tornado essenciais na sustentabilidade em edifícios, muito devido ao crescente aumento das necessidades da sociedade e do crescente consumo energético, sendo fundamental para esta situação implementar estratégias de desenvolvimento sustentável. As preocupações ambientais e a gestão de recursos são alguns dos parâmetros essenciais para que se possa obedecer às necessidades atuais sem sacrificar as necessidades futuras. A motivação e o interesse por este tema surgiram com a possibilidade de realizar um estágio curricular na empresa Edifícios Saudáveis Consultores, S.A., pretendendo um projeto de alta performance ambiental e atendendo às exigências deste tema. Esta dissertação foca-se em analisar de que forma a utilização da simulação energética numa fase inicial de projeto pode influenciar os consumos de um edifício de comercio e escritórios.

1.2 A Empresa

A dissertação de mestrado foi realizada e desenvolvida de acordo com um estagio curricular realizado na empresa Edifícios Saudáveis Consultores – Ambiente e Energia em Edifícios, S.A. A empresa foi fundada em 1996 e os seus serviços são vocacionados para a consultadoria na área de sustentabilidade ambiental em edifícios, tendo foco na eficiência energética e qualidade do ar interior. Os serviços da empresa passam pela certificação do mérito ambiental, a nível nacional e internacional, tendo sido pioneira nas certificações Leadership in Energy and

Environment Design (LEED) e Building Research Estabilish Environmental Assessment Methodology (BREEAM), e responsável pela primeira certificação LEED Gold na península

Ibérica e LEED Platinium de supermercados na Europa. A empresa fornece de igual forma serviços no âmbito da certificação energética desde da fase inicial do projeto, com o apoio ao promotor na definição dos objetivos ambientais, até à gestão global das instalações, tendo como intuito fundamental à redução de custos energéticos (Edifícios Saudáveis, 2016).

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Introdução

1.3 Objetivo

O objetivo da presente dissertação surgiu com a integração de um novo crédito no sistema de certificação Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), o Integrative Process. Este novo crédito pretende analisar de que forma uma análise de estratégias numa fase inicial de projeto de edifícios pode afetar os seus consumos. Foi necessário utilizar um software de simulação energética, sendo que, normalmente a aplicação destes softwares é um processo habitualmente utilizado numa fase final de projeto de edifícios, não usufruindo de toda a capacidade que uma simulação energética pode oferecer. Por este motivo surgiu o tema da presente dissertação, analisando de que modo a correta utilização destes softwares em fases de concessão de projeto pode fornecer indicações com a finalidade de melhorar a construção e reduzir os seus consumos e custos associados. Neste caso de estudo em concreto foi analisada a componente dos atributos básicos de envolvente de um edifício de escritórios e os níveis de iluminação, de modo a obter resultados que possam traduzir que impacto provocam estas estratégias num edifício de comercio e serviços.

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Introdução

1.4 Estrutura da dissertação

A presente dissertação está dividida em 6 capítulos e estão organizados de forma lógica e coerente, apresentados da seguinte forma:

1º Capítulo - Introdução ao tema da dissertação e breve discussão dos objetivos que a mesma pretende atingir. Motivação e apresentação da empresa onde foi realizado o estagio curricular.

2º Capítulo - Enquadramento teórico sobre o desenvolvimento sustentável, sustentabilidade dos edifícios e certificações energéticas;

3º Capítulo - Revisão bibliográfica, onde se apresenta a certificação energética utilizada e o respetivo software de simulação.

4º Capítulo - Caso de estudo, apresentam-se as variáveis que definem o Edifício de escritórios padrão para análise de desempenho, assim como as características de envolvente, iluminação, equipamentos e sistemas de climatização.

5º Capítulo - Discussão de resultados, onde é realizada uma análise as estratégias aplicadas ao edifício padrão e ao edifício de estudo de acordo com a metodologia utilizada no Edifício padrão.

6º Capítulo - Conclusões, onde se pertente esclarecer se os objetivos da dissertação foram ou não alcançados.

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Enquadramento Teórico

2 Enquadramento Teórico

Cada vez mais o planeta enfrenta mudanças climáticas, tornando a emissão de gases de efeito de estufa produzido pela atividade humana uma das principais causas que provocam essas alterações climáticas.

Entender os padrões de consumo de energia dos utilizadores finais torna-se um fator importante para desenvolver as projeções do uso de energia global. Sendo o sector dos transportes dominado pelos combustíveis, no sector dos edifícios as várias energias usadas variam amplamente, dependendo de uma combinação de fatores regionais, tais como: a disponibilidade dos recursos de energia, níveis de desenvolvimento económico, político, social e fatores demográficos. De uma forma geral, a energia nos edifícios é usada para colmatar as necessidades de aquecimento, arrefecimento, iluminação, equipamentos e muitas mais aplicações.

2.1 Desenvolvimento sustentável

A presente dissertação surge da crescente importância que tem merecido a sustentabilidade por parte de governos e empresas, permitindo que questões de carácter ambiental, financeiro e gestão de recursos naturais se relacionem com o tema.

As preocupações ambientais começaram a ganhar importância a partir da década de 80, as quais começaram a ocupar espaço que rapidamente se propagou e contagiou todas as áreas da sociedade, desde da economia até a industria ao nível regional, nacional e mundial. Inicialmente o tema da sustentabilidade surgiu com uma necessidade de preservação ambiental, mas com o tempo revelou-se associado a vantagens económicas e financeiras.

O conceito oficial de desenvolvimento sustentável surge pela primeira vez e é expresso formalmente, em 1987, no relatório de Brundtland ou mais conhecido como “Nosso Futuro Comum” (BRUNDTLAND, 1987).

Este conceito ganha força com a consciência de que os danos no equilíbrio do planeta são maioritariamente da responsabilidade dos países desenvolvidos. Assim, surge a “Conferencia das nações Unidas para o meio Ambiente e o Desenvolvimento” (CNUMAD), também denominada de “Cimeira da Terra”, realizada no Rio de Janeiro em 1992, onde pretendeu unir o desenvolvimento socioeconómico com a conservação dos ecossistemas da terra. A comissão de Brundtland define o desenvolvimento sustentável como “o desenvolvimento que responde as necessidades presentes sem comprometer a habilidade das gerações futuras de responder as suas próprias necessidades” (BRUNDTLAND, 1987).

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De acordo com o triângulo sustentável, ilustrado na Figura 1, este conceito apoia-se em três fatores: o fator social, que reclama uma sociedade mais justa e que proporcione as oportunidades de desenvolvimento humano e um nível de qualidade de vida satisfatório; o fator ambiental, que solicita o equilíbrio entre a proteção do ambiente físico e o consumo dos recursos naturais; e o fator económico, que requer um sistema económico que facilite o acesso aos recursos e oportunidades sem prejudicar os limites ecológicos e os direitos humanos (CIB/UNEP-IETC, 2002).

Um dos documentos que mais contribuiu para o desenvolvimento sustentável, foi o protocolo de Quioto, em 1987, da United Nation Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). O grande objetivo desde documento foi o combate às alterações climáticas, onde os países que assinaram este protocolo assumiram o compromisso de, no seu conjunto, reduzirem as suas emissões de gases de efeito de estufa até 2012 em cerca de 20% (IEA, 2008).

O potencial que a eficiência energética representa a nível mundial no combate às alterações climáticas é comparável ao da transição de fontes de energia fóssil para fontes de energia renovável, sendo que, ao passo que o processo de desenvolvimento e amadurecimento de muitas das tecnologias de energias renováveis se encontrem ainda numa fase inicial, já existem tecnologias e meios que possibilitam seguir o caminho da eficiência energética. (IEA, 2008).

De acordo com a Agência Internacional de Energia, a União Europeia antevê que o consumo no sector dos edifícios aumente moderadamente no período até 2030, prevê-se ainda que as tendências atuais na procura de energia para edifícios serão responsáveis por aproximadamente metade dos investimentos previsto no sector produtivo de energia até 2030 (IEA, 2008).

Deste modo, a construção de edifícios eficientes é um dos comportamentos económicos que ajudará a combater as alterações climáticas, além de reduzir os custos da infraestrutura também fornece um excelente custo-benefício para reduzir a emissão de gases com efeito de estufa.

Ambiental Social

Económico

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A figura 2 apresenta as reduções de emissões de CO2 nos respetivos sectores para 2030,

representado as reduções de emissões com alto, intermedio e baixo custo (IPCC, 2007).

Figura 2 – Reduções de emissões de CO2 nos vários sectores para 2030 (IPCC, 2007).

A figura demonstra que o sector dos edifícios apresenta uma diferença significativa em relação aos outros sectores, sendo grande parte das suas reduções alcançáveis com baixos custos. Entre outros, os sectores da agricultura e industria também apresentam reduções significativas apresentando reduções de CO2 maioritariamente com alto custo e intermedio custo,

respetivamente. 0 1 2 3 4 5 6 7

EDIFÍCIOS AGRICULTURA INDUSTRIA FORNECIMENTO DE ENERGIA

FLORESTA TRANSPORTE RESÍDUOS

Re d u ções [ G tCO2 -eq /an o ]

Redução de emissões com alto custo

Redução de emissões com custo intermédio Redução de emissões com baixo custo

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2.2 Sustentabilidade dos Edifícios

Os critérios de sustentabilidade dos edifícios têm sofrido várias mudanças ao longo do tempo, sendo a gestão de recursos, de resíduos e o impacto ambiental ao longo da vida alguns dos parâmetros essenciais para que esse objetivo seja alcançado. O sector da construção de edifícios é um dos grandes responsáveis pelo impacto negativo no planeta, sendo que, o ciclo de vida de um edifício abrange várias fases desde a construção, passando a utilização e terminando na demolição. Durante estas fases de vida de um edifício são consumidos recursos naturais, energia e produzidos gases de estufa e resíduos, tendo esta tendência vindo a aumentar para satisfazer as necessidades humanas. A atividade humana provoca o aquecimento do planeta e os edifícios são responsáveis por aproximadamente metade das emissões de gases com efeito de estufa que contribuem para esse aquecimento. As reabilitações dos edifícios tornam-se cada vez mais importantes no sentido de responsabilidade social e no desenvolvimento de forma sustentável, reduzindo a procura de matérias primas, consumo de energia e recursos naturais mantendo em simultâneo os objetivos de eficiência.

2.2.1 Quadro Europeu

A Diretiva n.º 2006/32/CE, de abril de 2006, do Parlamento Europeu e do Conselho relativa à eficiência na utilização final de energia e aos serviços energéticos, determinou que os Estados-Membros deveriam procurar atingir um objetivo global nacional indicativo de economizar 9% de energia através da promoção de serviços energéticos e da utilização de novas medidas de melhoria da eficiência energética. Os Estados-Membros comprometeram-se ainda a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em 20% até 2020, e a aumentar em igual percentagem a proporção de fontes de energia renováveis, cumprindo assim a meta de 20% estabelecida para a eficiência energética.

2.2.2 Quadro Nacional

Em Portugal, segundo o Decreto-Lei n.º 78/2006, que aprovou o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior no Edifícios, do Decreto-Lei nº 79/2006 que aprovou o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios e do Decreto-Lei n.º 80/2006 que aprovou Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, o Estado promoveu um forte dinamismo a eficiência energética dos edifícios, que se traduziu não só na eficácia do sistema de certificação energética, mas também no diagnostico dos aspetos cuja aplicação prática se revelou passível de melhoria. A publicação da diretiva nº 2010/31/UE do Parlamento Europeu e do Conselho veio reformular o regime estabelecido pela Diretiva n.º 2002/91/CE, de maio de 2010, clarificando assim alguns dos princípios do texto inicial e introduzindo novas disposições que visam o reforço do quadro de promoção do desempenho energético nos edifícios, à luz das metas e dos desafios acordados pelos Estados-Membros para 2020.

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A adaptação para o direito nacional da Diretiva n.º 2010/31/UE, de maio de 2010, do Parlamento Europeu e do Conselho gerou a oportunidade de melhorar a sistematização e o âmbito de aplicação do sistema de certificação energética e os respetivos regulamentos, bem como de alinhar os requisitos nacionais às suas imposições. Desta forma, o Decreto-lei n. º118/2013 foi aprovado segundo a adoção desta Diretiva mais exigente, que inclui o Sistema de Certificação Energético dos Edifícios (SCE), o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e o Regulamento de desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS) num único diploma, assegurando não só a transposição da diretiva em referência, mas também uma revisão na legislação nacional (Portaria349-D/2013, 2013).

A eficiência energética a nível global assume um comportamento determinante no caminho para a sustentabilidade energética. Em Portugal, o Plano Nacional para as Alterações Climáticas (PNAC) e o Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética (PNAEE) constituem um papel importante no alcance das metas de eficiência energética dos edifícios de serviços. Em 2013, o PNAEE 2016 foi aprovado pela Resolução do Conselho de Ministros n.º 20/2013, projetando novas ações e metas para dar resposta às preocupações relativas à redução de energia primaria para o horizonte 2020. Os contributos na redução dos consumos energéticos estão repartidos por sectores como os transportes, edifícios residenciais e de serviços, indústria, Estado e agricultura, sendo que estas áreas incluem programas que integram medidas de melhoria da eficiência energética. O PNAEE 2016 defende algumas medidas regulamentares como penalizações sobre equipamentos ineficientes, requisitos mínimos de classe de desempenho energético, obrigatoriedade de etiquetagem energética e obrigatoriedade de realização de auditorias energéticas (RCM, 2013).

A figura 3 representa a síntese global dos impactos do PNAEE 2016 que se pretenderam atingir até 2016 e os que se pretendem atingir até 2020.

Figura 3 – Impactos globais do PNAEE na poupança de energia primaria (tep) até 2013 para as metas de 2016 e 2020. (RCM 2013) 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

Agricultura Comportamentos Estado Indústria Residencial e Serviços Transportes Pou p an ça e n e rg ia p ri m ar ia [ te p ] Meta 2016 Meta 2020

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A figura 3 demonstra que o sector dos edifícios residenciais e de serviços é o que apresenta o maior potencial de energia primaria tanto para a meta de 2016 como para a meta de 2020, ultrapassando mesmo os sectores da indústria e dos transportes.

A partir da figura 4 é possível visualizar o impacto estimado com as poupanças conseguidas com a introdução de medidas de eficiência energética em edifícios de serviços (ADENE, 2010).

Figura 4 – Impacto estimado com a introdução de medidas de eficiência energética.

A figura permite observar que a iluminação representa grande parte dos impactos estimados com as medidas de eficiência energética, representando cerca de 20 % dos impactos estimados na energia final. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Consumo corrente Iluminação Isolamento paredes Isolamento pontes térmicas

Envidraçados Sombreamento Energias renováveis AVAC Ener gia fin al [ G Wh /a no ]

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2.3 Sistemas de Certificação

A necessidade de avaliar o desempenho ambiental dos edifícios surgiu com a constatação de que, os países que dominavam os conceitos sustentáveis, não possuíam meios para avaliar o quão sustentáveis seriam de facto os edifícios. A classificação de desempenho associado aos sistemas de certificação foi uma das iniciativas que complementou o acordo entre pesquisadores e agências governamentais como sendo um dos métodos mais eficientes para elevar o nível de desempenho ambiental (SILVA, 2007).

A sustentabilidade no quotidiano é um portador de desenvolvimento e é nesta lógica que os sistemas de certificação de edifícios se integram. As vantagens económicas e de rentabilidade incentivaram a necessidade de criação de vários modelos distinguíveis à partida como obrigatórios ou não obrigatórios, embora ocasionalmente possam ser associados simultaneamente. Os sistemas obrigatórios representam as diretivas e regulamentação que cada país adota, por outro lado os sistemas não obrigatórios, e por isso denominados de privados, pretendem entender as vantagens, oportunidades, âmbitos e limitações (Edifícios&Energia, 2016).

São vários os sistemas internacionais com vista à promoção e propagação de práticas de construção sustentável, assentes em sistemas ou ferramentas criadas para a implementação de modelos, requisitos e avaliação de projetos ou tecnologias. Estas focam-se essencialmente nos mesmo objetivos e são comuns a cada um dos sistemas: criar bases de atuação, orientar e identificar a relevância ambiental dos edifícios por meio de categorias e classificação com base em selos de qualidade ligados às performances que estimulem a procura de edifícios amigos do ambiente e também sustentáveis do ponto de vista económico. A sustentabilidade obtém-se quando o ciclo de vida de um edifício é analisado como um todo - energia, materiais, água e resíduos.

Existem vários sistemas de certificação, no entanto os mais reconhecidos a nível internacional são o canadiano SBTooL do iiSBE (International Initiative for a Sustainable Built

Environment), o americano LEED do USGBC (U.S Green Building Council) e o BREEAM do

BRE (Building Research Establishment) o mais antigo e mais utilizado na Europa.

O iiSBE, criado no Canadá, é um sistema de certificação que conta com a participação de 16 países na “promoção de práticas sustentáveis na industria da construção e promove a investigação e alteração de politicas, com especial enfâse no desempenho dos edifícios e na sua avaliação”. Em Portugal, o sistema é denominado de SPToolPT®, e permite avaliar e certificar de uma forma rigorosa e isenta através de uma metodologia adaptada ao contexto português.

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O BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method) foi o primeiro esquema de certificação ambiental para edifícios, este sistema foi desenvolvido para ser aplicado no Reino Unido, no entanto de acordo com a sua evolução foram surgindo versões que possibilitaram a sua utilização a nível internacional favorecendo para isso a capacidade de adaptação a condições locais. A principal meta do BREEAM é minimizar os efeitos negativos dos edifícios nos ambientes locais e globais, promovendo desta forma o conforto e a saúde nos espaços interiores.

O sistema LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) é considerado o sistema de certificação com maior escala e divulgação e é basicamente sujeito as normas da ASHRAE. O LEED classifica os edifícios de acordo com a capacidade de obter pontos a partir das suas subcategorias, sendo que o principal objetivo é estabelecer um padrão comum de avaliação dos edifícios e servir de exemplo para a construção sustentável (Edifícios&Energia).

Os sistemas de certificação de edifícios são ferramentas importantes, que permitem incentivar e auxiliar a implementação de green buildings. Estes sistemas são frequentemente compostos por um preciso conjunto de indicadores e critérios geralmente fundamentados na avaliação do desempenho ambiental do ciclo de vida de um edifício ou dos seus subsistemas, sendo os próprios indicadores de desempenho que atribuem uma pontuação técnica em função do grau de atendimento a requisitos específicos em cada sistema. Os vários sistemas de certificação são naturalmente diferentes, mas construídos sobre uma base comum.

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Revisão bibliográfica

3 Revisão bibliográfica

3.1 Sistema LEED

A U.S Green Building Council (USGBC) foi fundada em 1998, o inicio das suas atividades coincidiu com a origem do LEED que oficializou o incio da sua atividade em novembro de 1999 na Califórnia, com a participação de oito países: Estados Unidos, Canadá, Austrália, Japão, Rússia, Espanha, Emirados Árabes Unidos e Reino unido. A primeira versão do sistema LEED pretendia avaliar o desempenho ambiental do edifício de forma global, por todo o seu ciclo de vida, sendo que a avaliação teria de corresponder a uma lista de pré-requisitos obrigatórios. Em 2000, o sistema melhorou para a versão 2.0, e mais recentemente, em 2009, foi lançada a versão 3. Atualmente, a versão mais atualizada e a que vai ser utilizada na presente dissertação é a versão 4. A grande mudança que ocorreu com a atualização do LEED v3 para o LEED v4 foi a adoção da ASHRAE 90.1-2010 em detrimento da ASHRAE 90.1-2007, com a finalidade de reduzir ainda mais os custos totais de energia (Bueno & Rossignolo, 2010).

O sistema LEED é uma certificação verde reconhecida internacionalmente e dispõe de parâmetros de sustentabilidade que proporcionam a avaliação de edifícios, analisando os projetos desde uma fase inicial até a fase de construção, aplicando estratégias que garantam o melhor desempenho dos recursos naturais, nomeadamente eficiência energética, eficiência hídrica, redução de emissões de CO2, controlo de qualidade do ar interior, gestão de recursos e

seus impactos.

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Apoiado na tecnologia existente, o sistema avalia a performance ambiental a partir de uma perspetiva do ciclo de vida do edifício, demonstrando o que representa um green building nas áreas de projeto, construção e operação. A escolha dos sistemas de avaliação a empregar no edifício baseia-se no projeto, no momento do ciclo de vida do edifício em que se aplica o LEED e na percentagem da área das respetivas categorias onde se desenvolvem as diferentes atividades.

Desde hospitais, centros de dados, edifícios históricos a àqueles ainda na fase do projeto, o LEED foi desenvolvido para abordar todos os tipos de edifícios em todos os lugares, independentemente da fase em que se apresentam no seu ciclo de vida. A Figura 6 indica os vários sistemas de avaliação que o LEED apresenta para cada edifício (USGBC, 2016).

 BD+C – Aplica-se a edifícios recém-construídos ou que passam por uma grande renovação; Inclui Novas Construções, Core & Shell, Escolas, Hotelaria, Centros de Dados, Retalho, Armazéns e Centros Saúde;

 ID+C – Aplica-se a projetos que são um completo ajuste de interiores; Inclui Interiores Comerciais, Retalho e Hotelaria;

 O+M – Aplica-se a edifícios existentes que estão a ser submetidos a trabalhos de melhoramento ou a pouca ou nenhuma construção; Inclui Edifícios Existentes, Escolas, Retalho, Hotelaria, Centros de Dados e Armazéns e Centros de Distribuição;

 ND – Aplica-se a novos projetos de desenvolvimento de terrenos ou projetos de reabilitação que contenham usos residenciais, usos não residenciais ou uma mistura. Os projetos podem estar em qualquer fase do processo de desenvolvimento, desde o planeamento conceitual até a construção; Inclui Plano e Projeto;

 HOMES - Aplica-se a casas unifamiliares e multifamiliares de baixa altura (um a três andares), ou multifamiliares de altura média (quatro a seis andares).

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Para a presente dissertação, o edifício em estudo é um edifício de escritórios (identificado no caso de estudo) integrado no sistema de avaliação Building Design and Construction - New

Construction and Major Renovations (BD+C). A designação deste sistema de avaliação para o

edifício em estudo é fundamentada pelo facto de abranger todos os novos edifícios comerciais (escritórios, bibliotecas, residências com menos de 4 andares), bem como edifícios existentes sujeitos a grandes renovações (USGBC, 2016).

A versão lançada em 2014 pelo USGBC (LEED v4), em relação à versão anterior (LEED v3), possui requisitos de sustentabilidade mais rigorosos, provocando menores impactos ambientais e sociais associados as construções. Esta atualização também introduziu duas novas categorias, sendo elas o processo integrativo e o local e transporte. O processo integrativo dispõe de especial atenção, visto ser a categoria analisada na presente dissertação, pretendo avaliar a redução do consumo numa fase inicial do projeto (USGBC, 2016).

Para entender melhor como funciona o LEED v4 é importante saber que os requisitos de sustentabilidade são organizados em 9 categorias. A Figura 7 exibe as respetivas categorias do LEED v4, assim como os respetivos pontos máximos que se podem obter em cada categoria (USGBC, 2016).

Figura 7 – Categorias segundo o Building Design and Construction, e respetivos créditos.

LEED

v4

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Assim sendo, o sistema de avaliação BD+C é constituído pela seguinte combinação de categorias:

 INTEGRATIVE PROCESS (Processo Integrativo) – Incentiva que o projeto seja desenvolvido por uma equipa multidisciplinar de profissionais, desde da conceção da ideia do projeto.

 LOCATION AND TRASNPORTATION (Localização e Transporte) – Incentiva a escolha de terrenos localizados em áreas urbanas já bem desenvolvidas, oferecendo variedade de comercio e transportes alternativos aos carros, como autocarros.

 SUSTAINABLE SITES (Espaço Sustentável) – Encoraja estratégias que minimizam o impacto no ecossistema durante a implantação do edifício e aborda questões fundamentais de grandes centros urbanos, como permeabilidade do solo.

 WATER EFFICIENCY (Eficiência do uso da água) – Promove inovações para o uso racional da água, com foco na redução do consumo de água potável e alternativas de tratamento e reuso dos recursos.

 ENERGY & ATMOSPHERE (Energia e Atmosfera) – Promove eficiência energética nos edifícios por meio de estratégias simples e inovadoras, como por exemplo simulações energéticas, medições, comissionamento de sistemas e utilização de equipamentos e sistemas eficientes.

 MATERIALS & RESOURCES (Materiais e Recursos) – Encoraja o uso de materiais de baixo impacto ambiental (reciclados, regionais, de reuso, etc.) e reduz a geração de resíduos, desviando o volume de resíduos gerados dos aterros sanitários.

 INDOOR ENVIRONMENTAL QUALITY (Qualidade ambiental interna) – Promove a qualidade interna do ar, essencial para ambientes com alta permanência de pessoas, com foco na escolha de materiais com baixa emissão de compostos orgânicos voláteis, conforto térmico e favorece espaços com vista externa e luz natural.

 INNOVATION (Inovação e Processos) – Incentiva a busca de conhecimento sobre

Green Buildings, assim como, a criação de medidas de projeto não descritas nas

categorias do LEED. Pontos de desempenho exemplar estão inseridos nesta categoria.

 REGIONAL PRIORITY (Créditos de Prioridade Regional) – Incentiva os créditos definidos como prioridade regional para cada país, de acordo com as diferenças ambientais, sociais e econômicas existentes em cada local.

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3.2 Procedimento de avaliação

Para um projeto ser elegível para a certificação LEED, deve atender aos pré-requisitos, que são as características mínimas que um projeto obedece para poder obter o processo de certificação. Esses pré́-requisitos são obrigatórios, não valem pontos e em conjunto servem para dar orientações claras aos clientes tais como proteger a integridade do programa LEED e reduzir as complicações que ocorrem durante o processo de certificação. A

Tabela 1 indica os critérios que fazem parte dos pré-requisitos (obrigatórios) (USGBC, 2016).

Tabela 1 - Critérios dos pré-requisitos avaliados pelo LEED v4 para BD+C.

Existem categorias que possuem pré-requisitos (obrigatórios) e créditos, estes são referências que quando alcançadas garantem pontos. A atribuição de pontos entre os créditos é baseada nos potenciais impactos ambientais e benefícios para o Homem que resulta de cada crédito no que diz respeito a um conjunto de categorias. Os impactos são definidos como os efeitos para o meio ambiente ou para o ser humano na conceção, construção, operação e manutenção do edifício, e são analisados durante o ciclo de vida do edifício (USGBC, 2016).

Categorias BD+C

LEED v4 Critérios - pré-requisitos mínimos Requisito

Espaço Sustentável Prevenção da poluição na construção Requisito

Uso eficiente de água

Redução do uso de água exterior Requisito Redução do uso de água interior Requisito Medição de água do edifício Requisito

Energia e atmosfera

Verificações dos equipamentos e sistemas essências Requisito Desempenho energético mínimo Requisito Medição de energia do edifício Requisito Gestão de refrigeração essencial Requisito

Materiais e Recursos

Armazenamento e recolha dos materiais recicláveis Requisito Planeamento da gestão de resíduos da construção e

da demolição Requisito

Qualidade ambiental interior

Desempenho mínimo da qualidade do ar interior Requisito Controlo ambiental do fumo de tabaco Requisito

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Na Tabela 2 estão representadas as categorias do LEED v4, assim como os respetivos créditos e pontos atribuídos para o sistema de avaliação (BD+C) Building Design and Construction -

New Construction and Major Renovations (USGBC, 2016).

Tabela 2 – Critérios avaliados pelo LEED v4 para BD+C.

Categorias BD+C

LEED v4 Critérios Pontos

Processo Integrativo 1

Localização e

Transporte (16 Pontos)

Sensibilidade para a proteção da Terra 1

Local de alta prioridade 2

Densidade circundante e usos diversos 5

Acesso a infraestruturas de transporte e circulação de

qualidade 5

Instalações de ciclovias 1

Reduzir a área de estacionamento 1

Veículos ecológicos 1

Espaço Sustentável (10 Pontos)

Avaliação do local 1

Desenvolvimento do local - proteger ou restaurar o Habitat 2

Espaço aberto 1

Gestão de águas pluviais 3

Redução da ilha de calor 2

Redução da poluição luminosa 1

Uso eficiente de água (11 Pontos)

Redução do uso de água exterior 2

Redução do uso de água interior 6

Refrigeração através de água 2

Medição do consumo de água 1

Energia e atmosfera (33

Pontos)

Verificações dos equipamentos e sistemas 6

Otimizar o desempenho energético 18

Medição do consumo de energia 1

Resposta a procura 2

Produção de energia renovável 3

Gestão de refrigeração 1

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Tabela 3 – Continuação da tabela 2 dos critérios avaliados pelo LEED v4.

Categorias BD+C

LEED v4 Critérios Pontos

Materiais e Recursos (13 Pontos)

Redução do ciclo de vida da construção 5 Otimização e divulgação de produtos de construção -

Declarações ambientais do produto 2

Otimização e divulgação de produtos de construção -

Abastecimento de matérias primas 2

Otimização e divulgação de produtos de construção -

Componentes das matérias 2

Gestão de resíduos da construção e demolição 2

Qualidade ambiental

interior (16 Pontos)

Reforço estratégico da qualidade do ar interior 2

Interiores de baixa emissão 3

plano de gestão de qualidade do ar interior na construção 1 Avaliação da qualidade do ar interior 2

Conforto térmico 1 Iluminação interior 2 Iluminação natural 3 Qualidades visíveis 1 Desempenho Acústico 1

Inovação (6 Pontos) Inovação 5

Creditação profissional do LEED 1

Prioridade Regional (4 Pontos)

Prioridade regional: Crédito específico 1 Prioridade regional: Crédito específico 1 Prioridade regional: Crédito específico 1 Prioridade regional: Crédito específico 1

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Seguidamente a alcançar os requisitos mínimos, o LEED possui um sistema de pontuação cumulativa especificada nas tabelas 2 e 3, que permite aos edifícios obter diferentes classificações, conforme demonstrado na Figura 8 (USGBC, 2016).

Figura 8 – Nível de certificação consoante a pontuação LEED v4.

Um edifício atinge a certificação LEED quando alcança 40 pontos, após alcançar os 40 pontos existem diferentes níveis de acordo com os pontos alcançados, podendo atingir um máximo de 110 pontos. A obtenção entre 40-49 pontos permite obter o certificado LEED, entre 50-59 obtém-se o certificado LEED Silver, entre 60-79 obtém-se o certificado LEED Gold e a partir do momento que se atingem 80 ou mais pontos obtém-se o certificado LEED Platinam que é a melhor classificação que a certificação LEED pode alcançar.

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3.3 Processo Integrativo (Integrative Process)

O caso de estudo vai ser aplicado com base no novo crédito do LEED v4, com intuito de analisar de que modo algumas das estratégias impostas numa fase inicial de projeto afetam os consumos de um edifício. Com este crédito pode-se alcançar um máximo de um ponto para todos os tipos de edifícios, exceto, centros de saúde e hotelaria que podem alcançar até 5 pontos.

O processo integrativo tem como objetivo obter resultados de alta performance, construindo projetos custo-benefício através de uma análise inicial do projeto. O trabalho conjunto para um objetivo final, pretende alcançar altos níveis de performance de edifícios, humana e benefícios ambientais, sendo que, este processo inicia na fase de inicial do projeto e continua até as fases finais projeto (USGBC, 2016).

Com o firme aumento da procura de edifícios verdes e sustentáveis, e o crescimento do LEED®

Green building Rating System, existe uma elevada consciência que o processo de projeto

determina o sucesso e os custos de eficiência da implementação de edifícios sustentáveis usando sistemas de classificação. Os praticantes reconhecem que o Processo Integrativo pode fazer avançar ou parar um projeto, mas pode ser difícil de alcançar e depende de cada membro da equipa que participe e se comprometa com o mesmo. A dificuldade deste processo permite desafiar a habilidade das pessoas saindo da sua zona de conforto, fazendo as coisas de maneira diferente e redefinindo as suas habilidades pessoais perante as adversidades.

Para conhecer quando se deve praticar um Projeto Integrativo, deve-se respeitar alguns critérios qualitativos e quantitativos que avaliem se realmente existe um ambiente de colaboração numa configuração de equipa.

Numa primeira etapa de estudos preliminares deve-se implementar um processo integrativo para avaliar as interfaces entre as diferentes medidas de projeto e todos os sistemas que compõem o edifício. O objetivo é obter soluções para a redução de consumo de energia e água no projeto, pretendendo assim um projeto de alta desempenho ambiental (USGBC, 2016).

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3.3.1 Sistemas – Energia

O sistema de energia inicia com a realização de um modelo de análise de energia preliminar, chamado de “simple box", isto numa fase preliminar à conclusão do projeto esquemático que explora como reduzir as cargas de energia no edifício, de forma a alcançar os objetivos de sustentabilidade. Assim sendo, e para cumprir com o crédito, ter-se-á de avaliar pelo menos duas potenciais estratégias associadas aos seguintes:

 Condições locais – Avaliar sombreamento, iluminação exterior, paisagens e condições locais adjacentes;

 Construção e Orientação – Avaliar como a construção e orientação afeta o dimensionamento de AVAC, consumo de energia, iluminação e oportunidades de energias renováveis;

 Atributos básicos de envolvente – Avaliar os valores de isolamento, o rácio entre envidraçados e paredes (WWR), características dos envidraçados, sombreamento e operacionalidade dos envidraçados;

 Níveis de iluminação – Avaliar os valores de coeficiente de reflexão das superfícies interiores e níveis de iluminação em espaços ocupados;

 Intervalos de conforto – Avaliar os intervalos de conforto;

 Processo de cargas necessárias – Avaliar a redução de cargas de tomadas através de soluções programáticas (Ex: política de compra de equipamentos);

 Parâmetros operacionais e programáticos – Avaliar espaços multifuncionais, horários, loteamento de espaço por pessoa, redução da área do edifício e antecipar operações e manutenção.

3.3.2 Sistemas – Água

O sistema de água inicia com um orçamento de análise do custo preliminar antes da conclusão do projeto esquemático, procurando reduzir as cargas de água potável no edifício, de forma a alcançar os objetivos de sustentabilidade. Para cumprir com este tema deve-se avaliar as seguintes estratégias:

 Procura de água interior – Avaliar o fluxo de acordo com o crédito “Uso eficiente de água”;

 Procura de água exterior – Avaliar a procura do projeto de irrigação calculado de acordo com o crédito “Uso eficiente de água”;

 Processo de procura de água – Avaliar cozinhas, lavandarias, torres de arrefecimento e outros equipamentos;

 Fontes de fornecimento – Avaliar todas a fontes de água não potável, como as águas das chuvas e os condensados de equipamentos de AVAC;

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3.3.3 Processo Integrativo em comparação com o processo convencional.

O Processo Integrativo pretende alcançar a melhor eficiência no custo e nos requisitos de desempenho ambiental que cada questão e cada membro de equipa possa trazer para o ponto inicial de cada projeto. A figura 10 representa a estrutura para organizar este fluxo de pessoas, informações e análises. Este processo de pesquisa, análise e encontros é realizado num ciclo repetitivo que se aproxima progressivamente e define a solução do projeto.

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3.4 Simulação energética

As atuais restrições de origem ambiental e económico na utilização de energia tem realçado a importância inicial dos consumos energéticos nos projetos de edifícios, sendo que, uma correta decisão numa fase importante como a fase de projeto, pode significar importantes poupanças de energia. A adequada utilização de uma ferramenta de simulação energética permite prever os impactos possíveis das várias estratégias energéticas.

Será feita uma análise geral ao desenvolvimento das ferramentas de simulação, bem como uma descrição da ferramenta Integrated Environmental Solution-Virtual Environment (IES-VE), utilizada na componente prática desta dissertação.

3.4.1 Desenvolvimento da simulação energética

Primeiro que a simulação energética surgisse, os arquitetos e engenheiros baseavam-se em cálculos feitos manualmente para a previsão de cargas térmicas, utilizando condições de projeto pré-definidas e estudadas. Este tipo de metodologia conduzia frequentemente a instalações de climatização sobredimensionadas e com fraca prestação energética.

Os primeiros programas de modelação surgiram financiados pelo Departamento de Energia dos EUA, programas como o DOE-2, ESP e o TRNSYS. Contudo, a utilização destes programas continuou a fazer-se maioritariamente em ambiente de investigação, devido ao tempo empregue e aos custos associados (Clarke, J. 2001).

A partir do ano de 1990 as preocupações ambientais aumentaram, muito devido a utilização desmedida dos combustíveis fosseis. Isto provocou um súbito interesse e uma aceitação generalizada da simulação como ferramenta de análise e projeto de edifícios por parte de engenheiros e arquitetos que constataram que só uma melhoria nestes sistemas poderia originar edifícios confortáveis com baixos impactos ambientais, económicos (Clarke, J. 2001).

O progressivo desenvolvimento tecnológico contribuiu para a constante evolução dos programas de simulação, em termos de qualidade, competitividade e eficiência na avaliação da performance de edifícios.

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3.4.2 Ferramentas de simulação

De acordo com a norma ASHRAE 90.1-2010 Appendix G, para a validação dos programas de simulação, estes devem cumprir com os requisitos mínimos e fornecer informação dos resultados atuais das simulações. Os requisitos mínimos impostos por esta norma devem ter a capacidade de cumprir com propriedades especificas do Appendix G, sendo as seguintes:

 Simular 8760 horas por ano;

 Variação horária das cargas internas, diferenciadas em ocupação, iluminação e equipamentos;

 Set-points dos termóstatos das zonas térmicas e de operação dos sistemas de

climatização, permitindo a respetiva parametrização, de forma independente, para dias da semana e fins de semana;

 Efeitos de inércia térmica do edifício;

 Permitir a simulação de 10 ou mais zonas térmicas;  Cargas térmicas de base horária;

 Permitir modelar todos os sistemas energéticos de referência no apêndice G da ASHRAE 90.1;

O programa de simulação deve ser reconhecido pela entidade responsável pela certificação, no caso da certificação LEED, o U.S. Green Building Council (USGBC). A Tabela 4 representa as principais diferenças entre o programa de simulação energética utilizado na presente dissertação e alguns dos programas mais utilizados para simulação energética de acordo com os requisitos mínimos impostos pela ASHRAE 90.1, 2010. A partir da tabela 4 é possível visualizar quais os programas que cumprem com os requisitos mínimos impostos pela ASHRAE 90.1-2010, sendo o software IES-VE o que cumpre com todos os requisitos impostos.

Tabela 4 – Diferenças entre programas de simulação energética.

ASHRAE (90.1, 2010) DOE 2.2 EnergyPlus eQuest HAP IES-VE Trace

8760 h/year Yes Yes Yes Yes Yes Yes

ASHRAE 90.1 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

> 10 Zones Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Hourly Loads Yes Yes Yes Yes Yes Yes

CAD Input No Yes Yes Yes Yes Yes

Graphical Input eQuest Yes Yes No Yes No

Graphical Reports No No Yes Yes Yes Yes

LEED Baseline No No No No Yes No

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3.4.3 Integrated Environmental Solution – Virtual Environment (IES-VE)

O Integrated Environmental Solution – Virtual Environment (IES-VE), é um software líder na análise energética e na aplicação de modelos de sustentabilidade. Este software contribui na redução de emissões de CO2 e na otimização do uso de energia e outras valências dos edifícios,

avaliando a performance energética dos edifícios.

Considerado como uma ferramenta bastante intuitiva, permite ao utilizador efetuar uma avançada análise térmica e respetivas capacidades de simulação energética. O programa opera através de vários módulos, sendo a conjugação desses módulos que origina um sistema único que permite efetuar uma simulação térmica dinâmica do edifício. Os ganhos internos, a inércia térmica, as estratégias de iluminação, os equipamentos de AVAC e a ventilação natural são representativos de alguns dos módulos utilizados pelo programa (IES, 2016).

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Caso de estudo

4 Caso de estudo

Normalmente os programas de simulação energética são utilizados numa fase final de projeto, não aproveitando todas as indicações que um programa de simulação pode transmitir numa fase inicial do projeto.

4.1 Caracterização do Edifício Padrão

A caracterização do edifício consiste na análise de um edifício padrão com propriedades de referência segundo o RECS (Portaria 349-D), sendo o edifício um típico edifício de comércio e serviços situado na zona do Porto, localizado na zona climática de aquecimento I1 e na zona climática de arrefecimento V2. As tipologias dos edifícios de escritórios apresentam habitualmente um fator de forma slim ou fat, sendo que os edifícios slim apresentam uma forma mais delgada enquanto que os edifícios fat são mais compactos e apresentam diferenças reduzidas entre os valores de comprimento e largura das fachadas exteriores do edifício. O edifício em análise é um edifício do tipo slim, constituído por 7 pisos, sendo um deles subterrâneo, e é caraterizado por apresentar duas tipologias diferentes e áreas de envidraçados diferentes de acordo com o piso. A geometria do edifício tem grande impacto nos consumos energéticos, sendo que edifícios que apresentem uma relação superior de comprimento/largura favorecem a eficiência de iluminação natural, mas provocam grandes perdas de calor pela envolvente.

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Caso de estudo

O edifício é constituído por Gabinetes, Open Spaces, Lobbys, Salas de Reuniões, corredores e instalações sanitárias, sendo caraterizado por dispor de duas tipologias distintas. De acordo com a norma AEDG, para maximizar as poupanças de energia de um edifício de comércio e serviços os Open Spaces devem ser posicionados nas fachadas norte ou a sul do edifício, as Salas de reuniões/Gabinetes devem ser posicionados nas fachadas este e oeste, visto serem as fachadas que obtém menor iluminação natural. As figuras 13 e 14 representam as tipologias adotadas para o Edifício referência, de acordo com os respetivos pisos.

Tipologia 1 – Piso 0 e 1

Figura 13 – Tipologia utilizada nos pisos 0 e 1.

Tipologia 2 – Piso 2, 3, 4 e 5.

Figura 14 – Tipologia utilizada nos pisos 2, 3, 4 e 5.

As tipologias do edifício tiveram em conta as recomendações do AEDG sobre as orientações dos espaços, com intuito de maximizar as poupanças de energia. Cada piso tem uma área de 675 m2 e um pé-direito de 3 metros, as respetivas áreas dos espaços estão descritas no anexo B.

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Caso de estudo

Foi adaptado para cada piso uma diferente área de envidraçados de forma a analisar os diversos modelos de edifícios de escritórios que possam existir, sendo analisado posteriormente qual o impacto das diferentes áreas e de que forma afetam as necessidades térmicas do edifício. A tabela 5 indica as áreas de envidraçados sobre as áreas de parede de cada piso (Window Wall

Ratio - WWR).

Tabela 5 –Áreas de envidraçados e respetivos pisos.

Piso Área de envidraçados [%] Tipologia Piso - -1 - 1 0 (Térreo) 50% 1 1 0% 2 2 20% 2 3 50% 2 4 90% 2 5 (Cobertura) 50%

 Piso -1 – Piso com um só espaço, correspondente ao parque de estacionamento;  Piso 0 – Piso térreo, que segue a tipologia 1 e com 50% de área de envidraçados;  Piso 1 – Piso que segue a tipologia 1 sem iluminação natural, 0% de envidraçados;  Piso 2, 3, 4 – Piso típico, que segue a tipologia 2, com 20%, 50% e 90% de área de

envidraçados, respetivamente;

 Piso 5 –Piso da cobertura, que segue a tipologia 2 e tem 50% de área de envidraçados. O piso 5 apresenta a mesma tipologia e mesma área de envidraçados que o piso 3, tendo como finalidade avaliar posteriormente de que forma a cobertura afeta as necessidades térmicas do edifício.

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Caso de estudo

4.2 Caracterização da envolvente

4.2.1 Envolvente opaca

As soluções construtivas que constituem a envolvente opaca do edifício são as utilizadas pelos valores de referência disponibilizados pela Portaria nº349-D/2010 do RECS para edifícios de comércio e serviços. Os elementos opacos horizontais e verticais são igualmente sujeitos a respeitar os valores máximos admissíveis fornecidos pela Portaria, sendo que, valores acima dos máximos admissíveis podem ser aceites caso seja demonstrado por simulação energética que esses valores conduzam a uma redução dos consumos de energia. A Tabela 6 fornece os valores referência dos coeficientes de transmissão térmica utilizados segundo a Portaria nº349-D/2010 do RECS, assim como os valores máximos admissíveis de acordo com a zona climática do edifício. No anexo D encontram-se as soluções construtivas e respetivos coeficientes de transmissão térmica da envolvente opaca utilizados no edifício de referência.

4.2.2 Envidraçados

Os envidraçados utilizados foram vidros duplos, estando de acordo com os valores de referência disponibilizados pelo RECS, Portaria nº349-D/2013, para edifícios de comércio e serviços. Os principais fatores considerados nesta análise foram o fator solar (SHGC), o valor de transmissão luminosa (VLT) e o coeficiente de transmissão térmica (U). A Tabela 7 representa os valores utilizados para o edifício de referência assim como os valore máximos admitidos pelo RECS de acordo com a zona climática do edifício.

Tabela 7 – Valores dos envidraçados segundo o RECS.

Zona corrente da envolvente UREF [W/(m2.ºC)] UMAX [W/(m2.ºC)]

Envolvente opaca horizontal 0,5 1,25

Envolvente opaca vertical 0,7 1,75

Tabela 6 – Valores da envolvente opaca segundo o RECS.

Zona corrente da envolvente UREF [W/(m2. ºC)] UMAX [W/(m2. ºC)]

Vãos envidraçados exteriores 4,3 -

gREF gMAX

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Caso de estudo

4.2.3 Atributos básicos de envolvente

Nesta secção serão avaliadas as propriedades que fazem parte de paredes, coberturas e envidraçados e que posteriormente serão avaliados através do software de simulação IES, a partir do qual se pretende entender de que forma a aplicação do software numa fase inicial de projeto pode dar indicações na procura da redução de consumos do edifício. A avaliação dos valores de isolamento, o rácio entre envidraçados e paredes (WWR) e as características dos envidraçados são alguns dos parâmetros analisados.

Um dos parâmetros analisados é o coeficiente de transmissão térmica (U) das paredes e da cobertura. A resistência térmica determinada para cada material que constitui as diferentes envolventes, determina-se como sendo o quociente entre a espessura da camada (e) e a condutibilidade térmica do material (

λ

), como representado na equação 1.

R =

e_λ (1)

Devido à diferença de temperaturas entre os ambientes que o elemento separa, o coeficiente de transmissão térmica (U) da envolvente é a quantidade de calor que atravessa uma superfície por área unitária desse elemento. A equação 2 representa a equação que determina o coeficiente de transmissão térmica.

U =

_R 1

int+ΣRj+Rext (2)

Relativamente aos envidraçados, foram analisados os principais parâmetros do mesmo. O fator solar (SHGC) de um vidro, é a razão entre a energia total que entra num local através do envidraçado e a energia solar incidente. Um elevado fator solar (g) pode ser benéfico no inverno, reduzindo as necessidades de aquecimento, mas prejudicial no verão originando um sobreaquecimento. Por outro lado, a transmissão luminosa (VLT) representa toda a luz visível que passa por um envidraçado, quanto maior for a percentagem de transmissão luminosa maior será a iluminação natural no espaço, sendo que, os parâmetros de g e VLT são parâmetros que se ajustam mutuamente (SAINT-GOBAIN GLASS, 2000).