Edifícios de balanço energético nulo (ZEBs) em comunidades isoladas

(1)

Dilas Osório Duarte

Fortes

Edifí ios de Balanço Energéti o Nulo (ZEBs) em

(2)

(3)

Dilas Osório Duarte

Fortes

Edifí ios de Balanço Energéti o Nulo (ZEBs) em

Comunidades Isoladas

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para umprimento dos

requisitos ne essários à obtençãodo graude Mestrado emEngenharia

Me- âni a, realizada soborientação ientí a de Nelson Amadeu DiasMartins,

Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Me âni a da

(4)

ProfessorAuxiliarConvidadodaUniversidadede Aveiro

Vogais Prof.ª Doutora Maria Fernanda daSilva Rodrigues

Professora AuxiliardaUniversidadede Aveiro(arguente)

Prof. Doutor Nelson Amadeu Dias Martins

(5)

(6)

Ao professor Nelson Martins, pela ex elente orientação ienti a, por

todamotivação,apoios,ensinamentosté ni os,sugestõesedisponibilidade.

A todos os professores do departamento da engenharia me âni a da

Universidade de Aveiro pelos onhe imentos transmitidos durante estes

anos. Um agrade imento muito espe ialà professora Móni aOliveira, pelo

apoio e onselhosque foram muitoúteisao longodesteper urso.

Ao Eng. Bruno Lamas, Eng. Edmilson Cardoso e ao Arq. Albertino,

pelas tro asde onhe imentos.

Ao Serviços de Ação So ial da Universidade de Aveiro pela ajuda e

pelo auxílioofere ido duranteestes anos.

À minha mãe, Gra inda Duarte, pelo voto de onança e apoio dado

ao longo de todo o per urso a adémi o e não só. Hoje estou aqui, graças

ao seuempenho.

Aosmeus irmãosIvanílson Fortese ElvisFortes.

Aos meus dois grandes amigos Eng.ª Ana Matos e Eng. Pedro

Pi-nheiro, pela amizade, por terem estado sempre omigo em todo o meu

per urso e em todos os momentos. Nun a vos esque erei, todo esse

per urso tornou-se maisfá ilgraçasà vossaeternaamizade.

À todos os amigos, familiares que me apoiaram direta ou

indireta-mente neste per urso. Um agrade imento espe ialíssimo à Neusa Foios,

Eng. Emanuel Lopes, Prof. Luís Fernandes, Ulisses Gomes, Natalí io

Martins.

Por m, mas não menos importantes, à todos que não men ionei

(7)

(8)

Resumo Esta dissertação tem omo prin ipal objetivo analisar a implementação de

ZEB em omunidadesisoladas, mais on retamente em Cabo Verde. Este

país é onstituído por ilhas om onstrangimentos adversos (geográ os,

falta de re ursos energéti os onven ionais, et )e om grandes

poten iali-dades de aproveitamento de energias renováveis.

De uma forma geral, um edifí iode balanço energéti o nulo é denido por

ter um desempenho energéti o muito elevado, onde as ne essidades

ener-géti as deverão ser supridasporenergiaprovenientes de fontesrenováveis.

No desenvolvimento do trabalho foram utilizadas ferramentas de

si-mulação dinâmi a (DesignBuilder) e de dimensionamento de sistemas

energéti os (HOMER e RETS reen). Considerou-se, os edifí ios

tradi- ionais da zona urbana e rural de Cabo Verde, sobre os quais foram

efetuadassimulaçõesdinâmi as,utilizandoparaoefeitoosdados limáti os

de Dakar, uma vez que o lima deste país é aproximado àquele que

se faz sentir no arquipélago de Cabo Verde. A utilização destes dados

justi a-se devidoàinexistên ia dedados limáti osrelativosaCaboVerde

na base dados do DesignBuilder. Para o dimensionamento do sistema

deproduçãodeenergiarenovávelforamutilizadosdadosdailhadoSantiago.

Para este estudo, apli ou-se medidas de e iên ia para a redução do

onsumo energéti o nos edifí ios típi os. Dimensionou-se sistemas de

energias renováveis (PV, solar térmi o e eóli o) tanto para os edifí ios

típi os omo para os om medidas de e iên ia, de forma a permitir uma

omparação do usto-bene ioantes e após as intervenções.

Em Termos on lusivos, a arquitetura tradi ional tem bom

omporta-mento térmi o, o que garante um bom nível de onforto. A aposta em

medidas de e iên ia energéti a, a ompanhadas das devidas politi as de

in entivo a utilização de energias renováveis, serão um dos aminhos a

seguir para a implementação do ZEB e que também poderão ajudar na

(9)

(10)

Abstra t The main obje tive of this thesis is to analyze the implementation of

the ZEB (Zero Energy Buildings) in isolated ommunities, parti ularly in

Cape Verde. This ountry onsists in a set of islands with some adverse

onstraints(geographi al andla k of onventional energeti resour es)and

with ahuge potential forusing renewableenergies.

In general, a ZEB is dened as having a high energy performan e,

where its energeti needs should be suppressed by energy provided by

renewable sour es.

During the development of this work, some dynami simulation tools

were used (DesignBuilder) as well as software for dimensioning energeti

systems (HOMER and RETS reen). The onsidered buildings were the

traditional Cape Verde buildings, both rural and urban. The limati

data from Dakar was used. This approa h was due to the la k of su h

informationrespe tingCapeVerde(takingadvantage ofthefa tthatDakar

has a similar limate to the one of Cape Verde), and be ause only data

about Dakar was availableon the DesignBuilderdata. For the solar energy

produ tion systemdimensioning, datafromthe SantiagoIsland was used.

During this study, e ien y measures were taken to redu e the energy

onsumption in the typi albuildings. Renewable energy systems wereused

(PV, thermi solar and Eoli ), both for the typi al buildings and for those

already under a program of e ien y measures, to allow the omparison

ost/benet before andafterthe intervention.

It is also on luded that the traditional ar hite ture shows a good

thermal behavior, whi h guarantees a good level of omfort. The use of

new measures to a hieve energy e ien y, along with adequate renewable

energy poli ies, are needed to a hieve the implementation of the ZEBs,

(11)

(12)

1 Introdução 1 1.1 Enquadramento doProblema . . . 1 1.2 ObjetivosdoTrabalho . . . 2 1.2.1 Objetivo Geral . . . 2 1.2.2 Objetivo Espe í o . . . 2 1.3 RevisãoBibliográ a . . . 2

1.3.1 Con eitosde Edifí ios de BalançosEnergéti os Nulos (ZEBs) . . . 3

1.3.2 Algumas Políti ase Metas Traçadas paraoAl an e ZEB . . . 10

1.3.3 Cara terização deTé ni as de Construção ZEB . . . 13

1.3.4 Exemplos de Caso Estudo . . . 14

1.4 Contribuição da Dissertação . . . 17

1.5 Estrutura daDissertação . . . 18

1.6 Síntese do Capítulo . . . 18

2 Caraterização do Contexto Lo al 19 2.1 Contexto. . . 19

2.2 Contexto Geográ o/Climáti o . . . 19

2.3 Caraterização Só ioe onómi a . . . 20

2.4 Caraterísti asArquitetóni a . . . 21

2.5 Cenário Energéti oem CaboVerde . . . 23

2.5.1 Re ursosEndógenos . . . 25

2.6 Síntese do Capítulo . . . 27

3 Soluções e Te nologia de Apli ação no Contexto Lo al 29 3.1 Contexto. . . 29

3.2 SoluçõesPassivas . . . 29

3.2.1 Estratégia de Lo alizaçãoe Orientação . . . 30

3.3 Estratégia de Sombreamento. . . 31

3.4 Revestimento Reexivo daEnvolvente . . . 32

3.5 Dimensionamento dasÁreas Envidraçadas . . . 32

3.6 VentilaçãoNatural . . . 32

3.7 Estratégia do Isolamento do Edifí io . . . 34

3.8 Inér ia Térmi a . . . 34

3.9 Arrefe imento Evaporativo. . . 36

3.10 SoluçõesAtivas . . . 36

3.10.1 Te nologia de Conversão Solar . . . 37

(13)

4 Metodologia de Análise 43 4.1 Contexto. . . 43 4.2 Estratégia de Análise . . . 43 4.3 Softwares Utilizados . . . 44 4.3.1 HOMER/RETS reen . . . 44 4.3.2 DesignBuilder . . . 47 4.4 Resultados Esperados . . . 48 4.5 Síntese do Capítulo . . . 48

5 Deniçãode Caso Estudo 49 5.1 Considerações Gerais . . . 49 5.1.1 Radiação Solar . . . 51 5.1.2 Velo idade do Vento . . . 51 5.2 Edifí io Urbano . . . 52 5.2.1 Arquitetura . . . 52 5.2.2 Consumo Energéti o . . . 54

5.2.3 Sistema deProdução deEnergia . . . 56

5.3 Edifí io Rural . . . 57

5.3.1 Arquitetura . . . 57

5.3.2 Consumo Energéti o . . . 59

5.3.3 Sistema deProdução deEnergia . . . 60

5.4 Modelação deNíveis deIntervenção. . . 61

5.4.1 NívelI-MedidasPassivas . . . 61

5.4.2 NívelII-MedidasAtivas . . . 65

6 Resultados e Dis ussão 67 6.1 Edifí io Urbano . . . 67

6.1.1 Orientação Ótima . . . 67

6.1.2 NívelI- Medidas Passivas . . . 68

6.1.3 NívelII-Medidas Ativas . . . 70

6.1.4 Mi roprodução . . . 71

6.2 Edifí io Rural . . . 76

6.2.1 Orientação Ótima . . . 76

6.2.2 NívelI MedidasPassivas . . . 77

6.2.3 NívelII-MedidasAtivas . . . 78

6.2.4 Mi roprodução . . . 79

6.3 Análise daSensibilidade Paramétri a . . . 83

6.3.1 ÁreaEnvidraçada . . . 83

(14)

A.2 SimulaçãoHOMER . . . 99

A.2.1 Custodo Sistemade Mi roprodução . . . 99

A.2.2 Edifí io Urbanode Refêren ia . . . 100

A.2.3 Edifí io Ruralde Refêren ia . . . 102

(15)

(16)

1.1 Síntese dasvantagens e desvantagensdasdeniçõesde ZEB . . . 4

1.2 Opçõeshierárqui as de ofertade energia renovávelparaZEB . . . 5

1.3 Critério paraavaliaçãode umaredeZEB . . . 7

1.4 Planos ein iativaspara al ançarZEB . . . 11

3.1 Te nologia fotovoltai a ee iên ia asso iada. . . 38

3.2 Coletores solartérmi os ea suaapli abilidade . . . 40

3.3 Classi ação dasturbinaseóli as oma posição dorotor . . . 41

5.1 Consumo enérgeti odosequipamentos . . . 54

5.2 Consumo enérgeti odosequipamentos . . . 59

5.3 Solução onstrutivada fa hada exterior . . . 61

5.4 Solução onstrutivaa níveldafa hada exterior . . . 64

6.1 Síntese da mi roproduçao . . . 71

6.2 Síntese da mi roproduçao . . . 80

A.1 Consumo energéti odosequipamentos habitação urbana . . . 97

A.2 Consumo energéti odosequipamentos habitação rural . . . 98

A.3 Consumo energéti o om equipamentos nívelIIurbana . . . 98

A.4 Consumo energéti onívelIIrural . . . 99

(17)

(18)

1.1 Interaçãoentre oedifí io eà redede energia . . . 6

1.2 Abordagem paraoal an e ZEB . . . 9

1.3 Algumasestratégias paraa reduçãoda pro uranosedifí ios . . . 10

1.4 Casa passiva Darmstadt . . . 15

1.5 Edifí io SolarXXI . . . 15

1.6 Fun ionamento daparede detrombe . . . 16

1.7 Casa da Ciên ia. . . 16

1.8 Edifí io SolarARK . . . 17

1.9 Edifí io OberlinCollege LewisCenter . . . 17

2.1 Lo alizaçãoda Repúbli ade Cabo Verde . . . 20

2.2 Casasverna ulares om obertura detelha erâmi a,CidadeVelha . . . . 22

2.3 Consumo deenergia por se toremCabo Verde, 2010 . . . 24

2.4 Intensidadeelétri a dae onomia de Cabo Verde eEuropa . . . 25

2.5 Mapeamento do re ursosolar emCaboVerde . . . 26

2.6 Mapeamento da velo idade média dovento emCaboVerde . . . 27

3.1 Solução possívelde lo alização emregiõesmontanhosas. . . 30

3.2 Otimização dosdispositivosxos de sombreamento . . . 31

3.3 Fluxode ar pelaaçãode efeito haminé . . . 33

3.4 Resultadoda pressãooriginadapelaaçãodo vento . . . 33

3.5 Ventilaçãounilateral . . . 34

3.6 Edifí io residen ial onstruída nailha de SãoVi ente . . . 35

3.7 Pousadaprojetada por ÁlvaroSiza, ilha do Santiago . . . 35

3.8 Arrefe imento evaporativo re orrendo avegetação, ilhado Sal . . . 36

3.9 Painéisfotovoltai os . . . 37

3.10 Alguns sistemasfotovoltai os . . . 37

3.11 Previsõesdo usto do sistemaPV . . . 39

3.12 Orientação ataque dovento nasturbinasupwind e downwind . . . 42

4.1 Ambientedetrabalho HOMER . . . 45

4.2 Relação entre astarefasrealizadas peloHOMER . . . 46

4.3 Exemplo dointerfa e RETS reen [RETS reen ℄. . . 47

4.4 Interfa egrá a do programa[DesignBuilder℄ . . . 48

5.1 Distan ia idade daPraiaDakar [google earth℄ . . . 49

5.2 Es olha do dado limáti o no programa [DesignBuilder℄ . . . 50

(19)

5.6 Habitaçãourbanaunifamiliar [HOMER℄ . . . 52

5.7 Planta da habitação urbana . . . 53

5.8 Estratégia de simulação urbana[DesignBuilder℄ . . . 54

5.9 Diagrama de argaedifí io urbano [HOMER℄ . . . 55

5.10 Conguração desistemade produção elétri a [HOMER℄ . . . 56

5.11 Habitaçãorural unifamiliar [HOMER℄ . . . 57

5.12 Planta da habitação rural . . . 58

5.13 Estratégia de simulação rural[DesignBuilder℄ . . . 58

5.14 Diagrama de argaedifí io rural[HOMER℄ . . . 59

5.15 Conguração desistemade produção elétri a [HOMER℄ . . . 60

5.16 Curvade potên ia daturbina eóli a[HOMER℄ . . . 60

5.17 Apli ação do apoto . . . 62

5.18 Lajetatérmi a . . . 62

5.19 Cartasolar . . . 63

5.20 Sistema deisolamento do telhado [DesignBuilder℄ . . . 64

5.21 Lo alde apli açãolãde ro ha[DesignBuilder℄. . . 64

6.1 Impa to daorientação sobre onsumo de energia na limatização . . . 67

6.2 Orientação ótima(adaptado de[DesignBuilder℄) . . . 68

6.3 Ventilaçãonatural diária[DesignBuilder℄. . . 68

6.4 Exemplo do omportamento de ventilação duranteumdia[DesignBuilder℄ 69 6.5 Reduçãode onsumo energéti o nível I . . . 69

6.6 Sistema desombreamento da áreaenvidraçada[DesignBuilder℄ . . . 70

6.7 Es olha de sombreamento e tipo de vidro[DesignBuilder℄ . . . 70

6.8 Reduçãode onsumo energéti o nível II . . . 70

6.9 Produção média mensalda eletri idade [HOMER℄. . . 71

6.10 Produção PV [HOMER℄ . . . 72

6.11 Horaprodução diáriado PV [HOMER℄. . . 72

6.12 Estado de arga dasbaterias[HOMER℄ . . . 73

6.13 Estado de arga dasbateriasdurante umdia [HOMER℄ . . . 73

6.14 VALpor tiposde equipamento [HOMER℄ . . . 74

6.15 Custoinvestimento total porequipamento [HOMER℄ . . . 74

6.16 Retorno deInvestimento produção AQS[RETS reen℄ . . . 75

6.17 Impa to orientação sobre onsumo deenergia por limatização. . . 76

6.18 Orientação ótima(adaptado de[DesignBuilder℄) . . . 76

6.19 Ventilaçãonatural diária[DesignBuilder℄. . . 77

6.20 Exemplo do omportamento de ventilação duranteumdia[DesignBuilder℄ 77 6.21 Reduçãode onsumo energéti o nível I . . . 78

6.22 Reduçãode onsumo energéti o nível II . . . 78

6.23 Otimização do sistemadeprodução de energia [HOMER℄ . . . 79

(20)

6.31 Temperatura operativa anualda salado edifí iorural [DesignBuilder℄. . . 84

A.1 Temperatura água darededistribuição emCaboVerde[DesignBuilder℄. . 99

A.2 Produção média mensalda eletri idade [DesignBuilder℄. . . 100

A.3 Produção PV [DesignBuilder℄ . . . 100

A.4 Ne essidadeenergéti a suprida [DesignBuilder℄ . . . 101

A.5 Estado de arga dasbaterias[DesignBuilder℄ . . . 101

A.6 VALpor tipode equipamento [DesignBuilder℄ . . . 102

A.7 Produção média mensalda eletri idade [DesignBuilder℄. . . 102

A.8 Produção PV . . . 102

A.9 VALpor tipode equipamento . . . 103

A.10O upação diade semana . . . 103

(21)

(22)

(23)

Introdução

1.1 Enquadramento do Problema

O preço e es assez dos re ursos energéti os onven ionais, assim omo o on eito de

soberania energéti a, têm tido um papel preponderante para a promoção de linhas

ori-entadoras das políti as energéti as. A produção des entralizada e a mi roprodução de

energia sãoumadaslinhasorientadoras dodesenvolvimento dosistemaenergéti oetêm

apresentadouma entuado res imento naúltima dé ada.

Ami roprodução temum papelimportante ao permitir apenetraçãode energia em

regiõesouáreasisoladase/ou dedifí ila esso,situaçõesemque,emtermose onómi os,

não se justi aa aposta em sistemas de transmissão e distribuição de energia, desde o

lo al deprodução atéao ponto de onsumo.

Aprodução des entralizada ea mi roprodução têm omoprin ipal alvoo se tordos

edifí ios. Estetemapresentadoumgrande res imento anívelglobalnoque on erneao

onsumo de energia, aproximadamente 40%. No se tor dosedifí ios, a promoção desta

produção é feitaatravésde políti as quepriorizam aste nologiasrenováveis.

A onstruçãode edifí ios e ientes de baixo onsumo energéti o, aliadosa umaboa

abordagem dasestratégias de onstruções, adequadaao ontexto limáti o deum

deter-minado país éindispensávelno ontexto energéti o ede mudanças limáti as.

Nesta lógi a, os Estados Unidos e a Europa têm sido dos grandes impulsionadores

para a onstrução destes tipos de edifí ios, através de riação de metas e políti as que

in entivamintervençõesarquitetóni aseautilizaçãode energiasrenováveis. Umedifí io

que ombinaestasduasabordagens,redução de onsumoenergéti o atravésde

interven-çãoarquite tóni a esatisfaçãodasne essidadesenergéti asapartirdefontesrenováveis,

é designado por umZero Energy Building ou edifí iosdebalanço energéti o quasenulo.

A onjugaçãodastendên iasa ima referidas omas ondiçõesatuais depaíses omo

CaboVerde(ilhasemdesenvolvimento)pare eserbastanteinteressante,permitindo

on- eberossistemas energéti osà luzde umnovo paradigma. A onstruçãode edifí iosde

balanço energéti o nulo (ZEBs) poderia ser umasolução interessante paradar

simulta-neamenterespostaaosproblemasdaes assezenergéti aedainexistên iadeumaredede

(24)

desaos e futuros aminhos a seguirpara aresolução do dé eenergéti o dopaís.

1.2 Objetivos do Trabalho

1.2.1 Objetivo Geral

O projeto apresentado visa analisar a implementação dos ZEBs (edifí ios de balanço

energéti o nulo) assim omo o seu impa tetanto a nível e onómi o omo ambiental em

Cabo Verde, ou outras omunidades isoladas, pro urando adaptar o on eito base às

ondiçõeslo ais.

1.2.2 Objetivo Espe í o

Paraal ançarosobjetivosgeraisfoitraçadoum onjuntodeobjetivosespe í os,

desta ando-se:

Determinação daorientação ótimaparaosedifí iosemCabo Verde;

Analisaro oe ientedetransferên iade alor(U)dereferên iaparaashabitações;

Análise do impa to da utilização de equipamentos e iluminação e ientes sobre a

redução do onsumo energéti o;

Dimensionamento de sistemas solares térmi os para a produção de água quente

sanitária (AQS);

Dimensionamentodesistemassolaresfotovoltai oseeóli osparaaproduçãoenergia

elétri a;

Avaliaçãoda ombinação ótimade sistemasde produção energia renovável.

1.3 Revisão Bibliográ a

O onsumo energéti o de um edifí io torna-se bastante signi ativo se onsiderarmos o

seu i lo de vida. No ontexto atual de mudança limáti a, es assez de re ursos

ener-géti os onven ionaise da ne essidade deredução da pro ura energéti a,é fundamental

onsiderar o desempenhoenergéti o na faseini ial do projetode umedifí io.

Um edifí io bem projetado, de forma a reduzir a sua ne essidade energéti a e que

utiliza fontes de energias renováveis, pode ser designado por um edifí io de balanço

energéti o nulo(ZEB).Este on eitoévisto omoumadassoluçõesquepoderãomudar

oquadrode onsumodeenergianose tordosedifí iose onsequentereduçãode onsumo

global e seusefeitos nomeio ambiente.

No entanto, antes de ser implementado no ontexto lo al de qualquer país e num

plano maisalargado (rede ZEB), o on eito ZEB requeruma ompreensão lara e uma

deniçãouniforme. Nasse çõesquesesegueméfeitaumaanálisedasváriasmetodologias

(25)

1.3.1 Con eitos de Edifí ios de Balanços Energéti os Nulos (ZEBs)

De a ordo om Tor ellini et al., que optaram pela denição geral de ZEB on edida

pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) para um programa de te nologias de

edifí ios, deniramuma net zero energy building omo sendo um edifí io residen ial ou

omer ial omne essidadesenergéti asmuitoreduzidas,que onsegue,atravésdeganhos

de e iên ia, atingir o equilíbrio das ne essidades energéti as om re urso a energias

renováveis [2℄.

Sendo estaumadenição muito geral,surge ane essidade de umadenição de ZEB

ommaiorrigor,poisestapodesus itarvariadasinterpretaçõesouatémesmo

ompreen-são erradapor parte dosproprietários, arquitetos eoutros intervenientes de projeto [3℄.

Deforma aes lare erestaquestão, Tor ellini etal. identi aram asseguintesdenições

alternativasaqui apresentadas [2℄:

Net zero site energy: produz pelo menos tanta energia de origem renovável

quanto à que onsomeao longo deumano,sendo esta ontabilizada no lo al;

Netzerosour e energy: produzpelomenostanta energiaquantoàque onsome

aolongodeumano,sendoesta ontabilizadanafonte. Umafontedeenergia

refere-seà energia primária ne essária para produção de energia útil parao lo al, oma

multipli açãodosdevidosfatoresde onversãodeenergia primáriaemenergiaútil;

Net zero energy ost: o usto asso iado à aquisiçãode energia ne essária para

a utilizaçãodo edifí io ao longode umano é ompensadopelaprodução, e

onse-quente venda deenergia produzida;

Net zero energy emissions: produção de energia sem emissões, de origem

re-novável, emquantidade su iente para ompensar a energia adquirida a partir de

ombustíveis onven ionais aolongo deumano.

Nãoexiste,portanto,umadenição absoluta,sendoquetodasapresentam vantagens

e desvantagens. Um projetista deverá ter em onta tanto osobjetivos dosproprietários

omo asdeniçõesde umZEB.Na tabela1.1 é apresentado umsumário das vantagens

(26)

Tabela 1.1: Síntese das vantagens e desvantagens das deniçõesde ZEB, (adaptado de

[2;3℄)

Des rição Vantagens Desvantagens

ZEBLo al Fá il de implementar;

Veri á-vel através de medição lo al;

Abordagem onservadora para

al ançar ZEB; Fatores

exterio-res não afetam o desempenho

(ex: preço ombustível); Fá il

de entender e omuni ar;

En o-raja o projeto de edifí ios

e i-entes do ponto de vista

energé-ti o.

Ne essitademaismódulos

fotovol-tai ospara ompensarautilização

de gás natural; Não onsidera os

ustos de todos os serviços; Não

temem onsideração osdiferentes

tipos de ombustíveis; Não onta

om as diferenças não energéti as

dosdiferentes ombustíveis

(polui-ção,disponibilidade).

ZEB fonte Equa iona os ustos dos

diver-sos tipos de energia existentes

no lo al; ZEB fá il de

al an-çar; Maior impa to no sistema

de energia.

Não onta om as diferenças não

energéti asdosdiferentes

ombus-tíveis (poluição, disponibilidade);

Conversão em energia primária

muitogeneralizada;Não onsidera

todosos ustosdeenergia(fatorde

onversão pode ser muito baixo);

Ne essita de denir um fator de

onversãofonte-lo al,oquerequer

um número signi ativo de

infor-mação.

Custo

ZEB

Fá il de implementar e medir;

Mer adoexigeresultados

equili-brados entretiposde

ombustí-veisdiferentes; Permiteum

on-trolo mais e iente; Veri ado

atravésdas ontasenergéti as.

Podenãosereetirnaredeelétri a

na ional,poismaispainéis

fotovol-tai os podem ser mais

importan-tes na redução dos onsumos

lo- ais do que a venda de energia à

rede; Tipo de energia muito

volá-til, tornando-se difí il de

ontro-lar ao longo do tempo; Ne essita

dea ordosparaqueaenergia

pro-duzida ompense aenergia

onsu-midae os ustosnão energéti os.

ZEB

Emissões

Melhormodelodeenergiaverde;

Conta om as diferenças não

energéti as dos diferentes

om-bustíveis (poluição, greenhouse

gases); ZEB fá il deal ançar.

Ne essita de fatores de emissões

apropriados

Segundoosautoresdasdeniçõesapresentadas,aligaçãoàredeéa essível,noentanto

(27)

apresentamumaanalogiaparaadistinçãodalo alizaçãodaofertadeenergiaaosedifí ios,

designando-a poroferta fora do lo ale oferta no lo al [2℄.

Oferta fora do lo al (osite): produção de energia om re urso à fonte de

energia renovávelqueseen ontra lo alizada forada fronteira lo al doedifí io;

Oferta no lo al (onsite): produção de energia om re urso àfontede energia

renovávelquese en ontra lo alizadana áreaútil do edifí io.

Para a ompreensão das denições anteriormente expostas são apresentadas opções

deofertadeenergiarenovávelporordemdepreferên ia,dea ordo omaminimizaçãodo

impa teglobalnoambienteeporin entivosdeprojetosemedifí iosdeelevadae iên ia,

reduzindo assimo transporte e asperdasprovo adas pela onversão. Também é levada

em onta a disponibilidade das opçõesdurantea vidaútil do edifí io.

Tabela 1.2: Opçõeshierárqui as de oferta deenergia renovávelpara ZEB,(adaptado de

[2 ; 4℄)

Ordem de opção Opções para ZEB do lado da

oferta

Exemplos

0 Reduzir o onsumo de energia

lo- al atravésde te nologiasde

edifí- ios de baixo onsumo deenergia.

Iluminação natural,

equipa-mentos de limatização de

elevada e iên ia,

ventila-ção natural, arrefe imento

evaporativo,et .

Opções de oferta no lo al

1 Utilização de fontes de energia

re-nováveis disponíveis na área útil

edifí io.

PV, água quente solar,

vento lo alizadano edifí io.

2 Usodefontesdeenergiarenováveis

disponíveisno lo al.

PV, água quente solar,

hí-dri a de baixo impa to,

eó-li a lo alizado no lo al mas

não noedifí io.

Opçõesdeofertaforadelo al

3 Utilização de fontes de energia

re-nováveis disponíveis fora do lo al

para agerar energia nolo al.

Biomassa, etanol ou

biodie-selque possaser importado

de outro lo al ou uxos de

resíduosdospro essoslo ais

quepossamserusadasno

lo- alparagerar eletri idadee

alor.

4 Aquisição de fontes de energia

re-nováveis forado lo al.

Baseado no vento, PV,

(28)

Segundo S.Kilkis, paraal ançar o equilíbrio Zero tanto a quantidade omo a

qua-lidade (exergia) de energia devem ser levadas em onsideração. Uma vez que apenas

re orrendo ao balanço exergéti o é possívelavaliar o impa te total dos edifí iossobre o

meio ambiente, é feita assim uma abordagem um pou o diferente da exposta por T

or- ellini etal. Oautor propsumadenição diferentepara umZEB one tado à redede

energia, denominando-o de Net-Zero Exergy Building e deneo omo sendo um

edifí- io que tem um balanço exergéti o anual nulo entre a fronteira do edifí io e uma rede

energéti a (ex: umarededistrital) [5 ℄. Enquanto que, paraIgor Sartoriet al.,uma rede

ZEB deve ser on ebida de modo a fun ionar em sinergia om a rede e que não ponha

pressão sobreo seufun ionamento. Considerando a interação entreos edifí iose a rede

de energia, também deve ser ponderado que ada país ou região têm desaos diferentes

no que on erne à infraestrutura, ao lima e às ara terísti as onstrutivas. Cada país

tem, assim, a sua ne essidade de adaptação da denição de uma Net ZEB de a ordo

omassuas ondiçõesespe í as, omoenergia primáriaautilizar,emissõesde arbono,

fator de onversão e estabele imento de requisitos de e iên ia energéti a ou

prioriza-ção de determinadaste nologias paraa produção deenergia. Na Figura1.1en ontra-se

ilustrado umexemplo deumsistemadeinteração entre oedifí ioeà rededeenergia [6℄.

Figura1.1: Interação entreo edifí io eà redede energia,(adaptado de [6℄)

Este também apresentou uma metodologia para avaliar um ZEB e a sua interação

(29)

Tabela1.3: Critérioparaavaliaçãode umaredeZEB [6℄

Numeração

do Critério

Designação Deniçãodo ritério

1.Fronteira SistemaEdifí io

1.1 Fronteira

físi a

Umlimitepara ompararaentradaesaídadeenergia

dosistemapodeser onstituídoporumedifí iooupor

umgrupo de edifí ios e om issodene seuma fonte

deenergia renovávelé lo al ouforado lo al.

1.2 Balanço da

fronteira

Determina o tipo de energia que é utilizado (para

aque imento, arrefe imento, ventilação, água quente,

iluminação,et .) e quesãoin luídas no balanço.

1.3 Condições de

fronteira

Determina as ondições de operação do edifí io. Por

exemplo: a sua fun ionalidade, e iên ia do espaço,

limae onforto,et .

2.Ponderação dosistema

2.1 Métri as Servem paraanalisar asvantagens e desvantagens de

ada opção tomada para o projeto relativamente às

te nologiasautilizar,fontesdeenergia,et . Comotal,

onsideram-se quatro métri as: lo al de produção de

energia, fontede energia, usto de energia e emissões

de arbono.

2.2 Simetria Deneofatordeponderação médiopara ada tipode

sistemadeproduçãodeenergia. Porexemplodois

for-ne edoresdeeletri idadepodemterumfatorde

pon-deraçãosimétri apelaenergiaexportadaeimportada,

masseafontefordiferentepodeterumaponderação

assimétri a.

2.3 Contabilização

dependente

dotempo

Contabiliza e atualiza osfatoresde ponderação,uma

vez queestesvariam no tempo e de a ordo om a

re-gião. A eletri idade pode ser avaliada para grandes

regiões enquanto que a área de aque imento /

arre-fe imento ou de biomassa pode ser avaliada em

es- alalo al, onformearealdisponibilidadedere ursos

nessa área. Isto mostra que o fator de ponderação

deve seratualizado regularmente.

3.Balanço da rede ZEB

3.1 Período do

balanço

Período de tempo quese fazo balanço, normalmente

é onsiderado umano.

3.2 Tipo de

ba-lanço

Dene o tipo de balanço realizado. Para um

edifí- io em interação om à rede, onsidera-se a energia

(30)

Tabela 1.3 Continuação da Tabela

Numeração

do Critério

Designação Deniçãodo ritério

3.3 E iên ia

energéti a

Podeestabele errequisitosmínimosobrigatóriospara

a e iên ia energéti a, omo por exemplo, denir as

ara terísti as do envolvente, omo os valores de U

para a parede e janelas, et ., ara terísti as de

sis-temas de AVAC omo potên ia de ventilação, COP

dabombade alor erequisitosdedesempenho

apli á-veisàsne essidadesenergéti as, omoarrefe imentoe

aque imento, ou estabele era pro ura total da

ener-giaprimária.

3.4 Forne imento

de energia

Expli a a estratégia para o forne imento de energia,

omopor exemplo,lo alou forade lo al.

4.Cara terísti as temporais dos resultados da energia

4.1 Resultado de

arga

Avaliaoresultadoentrea argaeageraçãonoedifí io,

deformaa orrela ionarmelhoraproduçãodeenergia

no edifí io paraque este não que muito dependente

darede.

4.2 Interação

oma rede

Estima o valor da tro a de energia entre o edifí io

e a rede, de forma a onseguir des rever o perl da

importação e exportação doedifí io.

5 Mediçãoe

ve-ri ação

Deniçãodeumametodologiade ál ulo,quepermita

analisar e medir a e á ia e a robustez de uma

solu-ção,da on eçãoapli adaenalmente,darealpolíti a

energéti a.

ParaatingirosobjetivosdeumZEB éimpres indívelumapolíti a bemdenidae

estru-turada. SegundoSartoriIgoretal.,umaboaavaliaçãodos ritériosreferidosnatabela1.3

pode tornar-se numa metodologia sistematizada, abrangente e onsistente para a

de-nição de uma rede ZEB. Com base nisto, pode ser riada legislação e planos de ações

on retos eadequados omvistaaatingir asmetase políti asdeumedifí io debalanço

energéti o nulo[6 ℄.

No on eitoZEB éne essário abordar tanto a oferta omo apro ura energéti a nos

edifí ios. A redução da pro ura de energia, re orrendo a ganhos de e iên ia, é uma

estratégia defendida pela omunidade ientí a. De a ordo om Tor ellini et al., uma

denição onsistentede umedifí io de balançoenergéti o nulodeve in entivar, à priori,

e iên iaenergéti a,bem omoousodefontesdeenergiasrenováveisdisponíveisnolo al.

Um edifí io que ompra toda a sua energia a umparque eóli o, ou a outra lo alização

entral, tem pou a margem de redução da sua arga. O aque imento solar passivo e a

iluminação natural sãopro uraslo ais, sendo onsideradas medidasde e iên ia [2℄.

Odesempenho energéti o de umZEB depende essen ialmente de dois pressupostos

fundamentais: a redução das ne essidades energéti as do edifí io através da

(31)

de energia renováveis [3℄. No grá o da gura 1.2 estão presentes algumas medidasque

podem sertomadasnesta perspetiva.

Figura1.2: Abordagempara oal an e ZEB,(adaptado de [7℄)

Daanálisedagura1.2 , poderia on luir-se queosZEB teriamde seredifí ios

obri-gatoriamente autónomos e isolados. No entanto tal não é obrigatório, visto que estes

poderão, e terão interesse,em ontinuar ligadosa umarede energéti ade forma a

auxi-liarasfontesdeenergiarenováveis asoestassemostreminsu ientesfa eàsne essidades

energéti as, sejam elas de energia elétri a,sistemas de distribuiçãode alor e frio, redes

degás, biomassaoubio ombustíveis [3℄. Asestratégiasdee iên iaenergéti aimpli am

algumas intervenções no se tor. Na gura 1.3 podem observar-se algumas estratégias

(32)

Figura1.3: Algumasestratégiasparaareduçãodapro uranosedifí ios,(adaptadode[8℄)

1.3.2 Algumas Políti as e Metas Traçadas para o Al an e ZEB

OsgovernosdosEstadosUnidosedaEuropasãodosgrandesimpulsionadoresdeedifí ios

debalançoenergéti onuloouquasenulo. Estefa todeve-seàelevadapro uradeenergia

no se tor dos edifí ios ao longo dos anos. Comprometeram-se a al ançar rede zero ou

edifí ios de balanço energéti o quase zero, através de intervenções na arquitetura dos

edifí ios, om projetos inovadores e in entivos à utilização de energia renovável para

suprirasne essidades energéti as.

Nos EUA, através do atual programa de te nologia de onstrução on ebida pelo

Departamento de Energia (DOE), estabele eramse metas para riação de te nologia e

abordagemdeprojetosquelevarãoà omer ializaçãodehabitaçõesdebalançoenergéti o

zero até2020 eparaedifí ios omer iais de balanço energéti onuloem2025 [2; 9℄.

Na Europa, através da reformulação da diretiva de desempenho energéti o dos

edi-fí ios, onstituiu-se que após 31 de Dezembro de 2018, os edifí ios novos o upados e

perten entesàsautoridadespúbli asdevemseredifí ios omne essidadesquasenulasde

energia equeomaistardar apartirde 31de Dezembrode 2020,todososedifí iosnovos

devemseredifí ios omne essidadesquase nulas deenergia. Essasne essidadesdeverão

ser supridas, em grande parte, por energia proveniente de fontes renováveis, in luindo

energia produzida nolo al ounasimediaçõesdo mesmo[10 ℄.

Com o apare imento destas medidas, alguns países da Europa traçaram algumas

metaspara amelhoria de onsumo de energia nosedifí ios. Na tabela1.4 en ontram-se

m

2

/ano (energia primá-ria) -25% -44% Zero Car-bono

Nestaperspetiva,Portugal tambémtem riadoereformulado, aolongodosanos,

de- retosleiparamelhoriado onfortotérmi onosedifí ios,medidasdee iên iaenergéti a,

orreção de situações anómalas (patologia onstrutiva e ambiental), et . São exemplos

destas regulamentações o RCCTE,SCE, RSCEE e Certi ação dodesempenho

energé-ti a e daqualidade do arInteriordosEdifí ios [12℄.

Mesmo om estas diretivas, segundo alguns autores, ainda am alguns pontos por

es lare er omo: Qual éaper entagem paraobalançoquasezero?; Energiarenováveldo

lo al oudasproximidades?; Queaspetodeenergia são in luídas?;Qualé a asapassiva

standards 0,10,15ou50 kWh/

m

2

(35)

1.3.3 Cara terização de Té ni as de Construção ZEB

As té ni as de onstrução do ZEB variam onsoante se tratem de edifí ios existentes

(reabilitação)ouedifí iosnovos. Estasabordagenspodemenvolvermaispessoas,demorar

mais tempo e ustar mais, sendo expressivo a avaliação do usto benefí io do projeto.

Geralmente este tipo de onstrução está asso iado a um onjunto de soluções passivas

om oobjetivo de forne er luz,aque imento, arrefe imento e ventilação.

Paraal ançarumdesempenho energéti oelevadonumedifí io,éne essário onhe er

emdetalhe o limalo al, aenvolventedosedifí iose apli arinúmerassoluçõespassivas.

Nosedifí iosnovospodem-seapli armedidas, tais omo[14; 3 ℄:

Melhor aproveitamento doespaço;

Otimização térmi a daenvolvente (isolamento adequado);

Fator deforma ompa to(a arretando de menor ne essidadede aque imento);

Otimizaçãodosganhossolares(boaorientaçãoesombreamento dosenvidraçados);

Utilização dejanelas e ientes;

Iluminação natural (reduzindoa utilizaçãodailuminação arti ial);

Otimizaçãodosganhossolares(boaorientaçãoesombreamento dosenvidraçados);

Ventilaçãonatural(apli açãode HVACadequadoao limalo alparaas

ne essida-desrestantes);

Iluminação e iente;

Equipamentos e ientes.

Relativamente aosedifí iosexistentespodemserabordadasestratégias omoa

reabi-litaçãodaenvolvente(isolamento,sombreamento), promoção dautilizaçãoequipamentos

(36)

1.3.4 Exemplos de Caso Estudo

Em Portugal,GuilhermeCarrilhodaGraçaetal.,estudaramaviabilidadeda

implemen-taçãodeumnZEB noSuldaEuropa,utilizandoosol omofontedeenergia. Paraanálise

do asodeestudoutilizaramosoftware desimulaçãodinâmi aEnergyPlus. Asimulação

teve omo input as ondições limáti as da idade de Lisboa, bem omo os padrões de

onstrução apli ados em Portugal. O trabalho teve omo objeto de estudo dois tipos

de edifí ios: om onstrução passiva ( om assombreamento, et .) e edifí io onstituído

por grande per entagem de áreas envidraçadas na envolvente. Os prin ipais objetivos

do estudo foram, analisar a viabilidade e onómi a da utilização de energia solar, bem

omo o impa to que a orientação, o perl de o upação e a utilização de equipamentos

e ientestêmsobreo onsumodeenergianessesedifí ios. Con luíramque,para umprir

a metanZEB, apotên iafotovoltai a instalada variasigni ativamente om ae iên ia

dosequipamentos. Otempo de retorno paraumsistemanZEB éaltamente dependente

dos ustosda energia e dosin entivosà mi roprodução. Omelhor enário é obtido om

umin entivoàmi roprodução eapresentaumtempoderetornodeinvestimento de er a

de 810 anos[15 ℄.

NaDinamar a,AnnaJoannaMarszaletal., on eberamumametodologia para

ana-lisaro ustodo i lodevidadeumarededeedifí iodebalançoenergéti onulo. Oestudo

teve omoobjetivoaotimizaçãodo usto ombasena ombinaçãodemedidasde

e iên- ia energéti a egeração de energia renovável. Para aprodução no lo al, foi onsiderada

a ogeração eaprodução deeletri idadeapartirdepainéisfotovoltai os. Enquanto que,

paraa produção forado lo al, onsideraramumparque de energia eóli ae a ompra de

100% de energia renovável a umarede elétri a. Daanálise feita, on luíram que é mais

rentável investir em medidas de e iên ia energéti a para a opção de forne imento de

energia renovável no lo al. Relativamente a opção de forne imento forade lo alé mais

vantajosoinvestir emte nologiasde energiaslimpas [16℄.

No trabalho de S.Deng etal., investigaram o on eito de forne imento de energia a

umarededeedifí iosresiden iaisdebalançosenergéti osnulosem limahúmido(Xangai)

e limase o(Madrid). Osobjetosdeestudoforamosedifí iostípi osde adaumadestas

idades. Do estudo realizado, on luiu-se que as ne essidades energéti as dos edifí ios

emambasas idadespodemsersupridas omre ursoapainéisfotovoltai os. EmMadrid

oinvestimento teráoretorno em10,1anoseumareduçãode74,4toneladasequivalentes

de

CO

2

ao longodo i lo devida do edifí io[17℄.

NosEstados Unidos, Melissa R. Elkinton et al.,estudaram a viabilidade e onómi a

de umsistemaeóli oparaoforne imento deenergia a ZEBs. Con luíram queo sistema

de turbina eóli a emgrande es ala seriamaisvantajosaa nívele onómi o do que osde

pequenoe médio porte[18℄.

No Japão, BarisBag i, estudou estratégias para al ançar umailha de balanço

ener-géti o nulo (Peng Chau, Hong Kong). No estudo, onsiderou a energia solar, a eóli a,

das ondas e dos resíduos sólidos urbanos. Con luiu que as alternativas mais razoáveis

são: aenergia eóli a, asolar edasondas. Eque, nenhuma daste nologiasatuais,porsi

sóé su iente paraatender àpro uratotal de energia da ilha[19 ℄.

Dealguns exemplos demonstrados, podese observar que o estudo do on eito ZEB

temdemostrado umritmode res imentosatisfatório, eviden iando-sea importân iada

aposta em medidas de e iên ia energéti a. Existem também alguns asos de estudos

(37)

re ursos endógenos épromissor paraumaimplementaçãodo ZEB.

Construída em1990,a asapassivaDarmstadt, naAlemanha, foiumadaspioneiras

na utilização de arquitetura passiva. Este edifí io foi onstruído de forma a aproveitar

os ganhossolares (pelas janelas) de modo a ajudar na reduçãoda ne essidade de

aque- imento. Conseguiu-se al ançar uma diminuição de er a de 90% das ne essidades de

aque imento, bem omo a redução no onsumo de gás, devido ao bom isolamento, aos

ganhosde alor pelasjanelas eàutilizaçãode oletores solarestérmi os(gura1.4) [20℄.

Figura1.4: CasapassivaDarmstadt [20 ℄

Em Portugal, o edifí io do INETI, Solar XXI, tem dado prova de que re orrendo

a uma boa abordagem das ondições lo ais, é possível al ançar um ZEB. Este edifí io

é omposto por um onjunto de sistemas e soluções para aproveitamento de energias

renováveis,e para melhoria dee iên ia energéti a. Ailuminação natural,a reduçãodo

arrefe imento e aque imento tiveram uma atenção espe ial. O onjunto de sistema de

painéis fotovoltai os que ompõemo edifí io produz emmédia er ade 70% da energia

elétri a onsumida. O arrefe imento é garantido através dos tubos enterrados no solo

queinjetamar fres o paradentrodo edifí iopodendo ada utilizador ontrolaro audal

do ar apartirdo seu ompartimento [21℄.

(38)

Ospainéisfotovoltai osqueseen ontramnafa hadasulfun ionam omoumaparede

de trombe, ou seja, a energia a umulada no ar entre o painel e a parede serve para

aque era salaatravés deaberturasexistentesnaparede. Nagura1.6pode observar-se

o fun ionamento desse sistema.

Figura 1.6: Fun ionamento daparede de trombe [21℄

NosEstados Unidos,na idadedeSaintPaul,estadodeMinnesota, a asada iên ia

foiprojetadapara serum edifí iode balanço energéti o nulo. A eletri idade utilizada é

forne ida por um sistema de painel fotovoltai o om 8,8 kW de potên ia. A produção

anual de eletri idade é 30% superior às ne essidades elétri as do edifí io devido à sua

arquitetura passiva. A asa da iên ia pode ser onsiderada um ZEB lo al, fonte e

emissão (gura 1.7)[22℄.

Figura1.7: Casa da Ciên ia [22℄

Oedifí io SolarARK, noJapão, temumaalturade 31,6

m

e umalargurade 315

m

, é umexemplode abordagem deprodução energia no lo al. Oedifí io tem er ade 5046

painéis solares fotovoltai os queproduzem er a de 530

M W h

por ano,o que ontribui paraumaredução de 167 toneladasequivalente de

CO

2

por ano(gura 1.8)[23℄.

(39)

Figura1.8: Edifí ioSolar ARK[23 ℄

O Centro de Estudos Ambientais Oberlin College Lewis Center en ontra-se situado

na idade norte-ameri anade Oberlin,Ohio. Àne essidade elétri adoedifí io ésuprida

pormeio deumtelhado fotovoltai ode60

kW

eporumsistemadepainéisfotovoltai os de 100

kW

instalados sobre o esta ionamento. O ex edente da produção é exportado para a rede elétri a lo al. Para suprir as ne essidades de arrefe imento e aque imento

do edifí io utiliza-se o sistema de limatização por geotermia. Oaproveitamento daluz

natural permitiu reduzir em 74% a energia gasta om a iluminação, o que ontribuiu

paraumaredução signi ativa da argado edifí io(gura 1.9 )[24℄.

Figura1.9: Edifí io OberlinCollege Lewis Center [24℄

1.4 Contribuição da Dissertação

Este trabalho pretende ontribuir em duasvertentes. Por um ladoapoiar osarquitetos

a tomar de isões relativamente aos espetos onstrutivos que devem ser abordados em

CaboVerde,deformaagarantirummelhor onfortoaoso upantes omummenorgasto

(40)

1.5 Estrutura da Dissertação

A presentedissertaçãoen ontra-se organizada em7 apítulos.

O apítulo 1 institui-se a introdução da dissertação. Neste são dis utidas algumas

onsiderações preliminares, de forma a enquadrar e justi ar o trabalho, bem omo os

respetivosobjetivos. Pro ede-se tambémàrevisão bibliográ a.

No apítulo 2 araterizam-se as ondições lo ais de Cabo Verde, de forma a dar a

onhe er osre ursos endógenos ealguns problemas doarquipélago.

O apítulo3 omeça pelaanálise dassoluçõespassivasque podemser abordadas no

lima de Cabo Verde e também são apresentadas as te nologias mais prováveis de se

adaptarem as ondiçõesdo arquipélago.

No apítulo 4é exposta ametodologia utilizada nesta dissertação.

NoCapítulo 5,apresenta-se o asode estudo eas ondiçõesgeraisdo trabalho.

No apítulo 6é feita aapresentação edis ussão dosresultados.

Por m, no apítulo 7 sãoapresentadas as prin ipais on lusões de orrentes do

tra-balho bem omo algumassugestõesde trabalhos futuros.

1.6 Síntese do Capítulo

Do apítulo, on lui-seque o on eito ZEB,paraser bemsu edido, depende dapolíti a

energéti a que ada país pretenda implementar, dada a existên ia de um lequevariado

depontosdevista. Darevisãodaliteratura, on lui-sequeamaioriadosautoresdefende

queumedifí iodebalançoenergéti onuloéaquelequeapresentaumapro uradeenergia

reduzida e estadeveser suprida através daenergia provenientede fontes renováveis.

Paraumadenição onsistente deZEB faltaaindaespe i aralguns detalhes, omo

requisitosmínimosdedesempenho energéti odoedifí io,exigên iasde interaçãoentreo

edifí io ea rede, operíodode equilíbrio eo on eitode asapassivastandard.

Em suma, para al ançar um edifí io de balanço energéti o nulo é lara a

ne essi-dade de aposta em estratégias de onstrução lo al (medidas passivas) para promover a

redução de onsumo de energia bem omo a exploração dos re ursos endógenos. Para

issoé impres indívelo onhe imento do ontexto lo aldopaís paraaes olhadamelhor

(41)

Caraterização do Contexto Lo al

2.1 Contexto

Para a onstrução de um edifí io de balanço energéti o nulo (ZEB) é importante o

onhe imentodo ontextolo aldopaís. Anoçãodarealidadelo alajudanadeniçãode

estratégiasquepodemservir omoauxílioaqualquer políti aenergéti a quesepretenda

implementar.

Cabo Verde tem es assez de re ursos energéti os onven ionais, dependendo quase

na suatotalidade daimportaçãodesses re ursos,oquetem tidoumgrande pesona sua

e onomia. Uma das soluções redíveis para a resolução desse problema é a exploração

dosre ursosendógenos. Aidenti açãodospoten iaisre ursosendógenosdoarquipélago

paraa produção de energia renovável é,portanto,indispensável.

No presente apítulo é araterizada a realidade abo verdiana de forma a permitir

umaanálise de omo umZEB poderáen aixarsenas ondiçõesdo arquipélago.

2.2 Contexto Geográ o/Climáti o

ARepúbli adeCaboVerdeestásituadonoO eanoAtlânti o,a450kmdaCosta

O iden-tal Afri ana. O arquipélagolo aliza-seentreosparalelos de 17°12 e 14°48de latitude

Norte e os meridianos 22°44 e 25°23 de longitude Oeste. Constituída por dez ilhas e

oitoilhéus,opaís obreumasuperfí ietotalde4.033

km

2

[25;26℄. ÉnaIlhadoSantiago,

a maior ilha om aproximadamente 1000

km

2

,que se en ontra situada a apital, Praia,

(42)

Figura 2.1: Lo alizaçãoda Repúbli ade Cabo Verde[28 ℄

O limadoarquipélagodeCaboVerdeédotipotropi alse o ominuên iao eâni a,

araterizado pela existên ia de duas estações, uma longa estação se a, de novembro a

junho,e uma urtaestação de huvas,de junhoa outubro. As ondiçõesmeteorológi as

deCaboVerdesãoinuen iadaspeloAnti i lonedosAçoresprati amentedurantetodoo

ano,estando por issoquase ontinuamente nouxodosventosalísiosprovenientes desse

nú leodealtaspressões. Osalísiossãoventosregularesdeorigemnor-nordeste,húmidos

e fres os se o per urso marítimo for onsiderável, ou se os e quentes quando provêm

do Continente Afri ano. A distribuição lo al dos ventos alísiosdivide o arquipélago de

Cabo Verde em duasregiões geográ as, barlavento (do lado de onde sopra o vento),

onstituídopelas6ilhasmaisanorte,esotavento, onstituídopelas4ilhassituadasmais

a sul[25; 29 ℄.

C

. As temperaturas mínimas são registadas nos meses de janeiro e/ou fevereiro [29℄. A humidade relativa anual média é de 75% na baixa árida e mais de

80%emzona de altitude, sendoqueosvaloresmínimossãoregistadosduranteo mêsde

março [26 ℄.

2.3 Caraterização Só ioe onómi a

CaboVerdeperten e aogrupo depaísesde desenvolvimento médio. Uma dasprin ipais

ara terísti as da situação so ial do arquipélago é a pobreza, de natureza

fundamen-talmente estrutural e que se arti ula om a fragilidade da base produtiva e aspróprias

ondiçõese onómi as do país[64 ℄.

SegundodadosdoINE- InstitutoNa ionalde Estatísti a(2010), CaboVerdeabriga

um total de 491.575 habitantes, sendo 50,5% mulheres e 49,5% homens. A grande

per- entagem da população de Cabo Verde (61,8%) mora hoje nas idades, revelando uma

tendên ia omum nos países de rendimento médio, que onsiste na migração das áreas

ruraisparaasáreasurbanas. Como as idades nãoforam preparadaspara suportareste

novo uxopopula ional, surge umnovo desao para o país: o res imento desordenado

daszonas periurbanas edosbairros landestinos [65 ℄. Normalmenteaszonasruraistêm

uma tendên ia de ter mais pessoas por fo o (em média seis indivíduos por asa),e nas

(43)

Deentreosprin ipaisre ursosnaturaisdo paísdistinguem-seosale opeixe. A

e o-nomia do paísé ondi ionadasobretudo pelos onstrangimentos espe í osde pequenos

países insulares, omo por exemplo, a ausên ia de e onomias de es ala fomentada pela

des ontinuidade territorial e pequenez do mer ado interno, que obrigam à proliferação

da infraestrutura(aeroportos,portos,estradas, es olas,energia, saúde, et .)[26 ℄.

No que to a ao res imento e onómi o do país, nos últimos anos veri ou-se uma

evoluçãonotável. Entre 2004 e 2007 o PIB do arquipélago teve uma rés imo de 7%ao

ano. Com a risede 2008 registou-se umde línio de 4,5 e 5%em 2009 [30; 29 ℄. Para o

ano de2010,asprojeçõesapontaram para um res imento doPIB nointervalo[4%5%℄

relativamente aoano anterior.

Quanto ao res imento veri ado naúltima dé ada,nota-seaindaumafra a

apa i-dade produtiva e ompetitiva do país,umadébil apa idade deexportação e umatraso

te nológi o, omo onsequên ia da falta de um te ido empresarial forte, moderno e

di-nâmi o. Comefeito,a e onomia abo-verdiana arateriza-se por di uldadesestruturais

ligadas à fra a apa idade de produção (fragilidade do se tor agrí ola, insipiên ia da

indústria) e à exiguidade domer ado [63℄.

Ae onomiaédominadapelose tordosserviços,queéaprin ipalfontederendimento

na ional. Nosúltimos 12 anos,a sua ontribuição noPIB tem estadosempre a ima dos

60%. Em 2008 foiresponsávelpor 75,5% do PIB na ional,seguido pelaindústria (16%)

e agri ultura (8,5%) [30;29℄.

Oturismo temsidoumdosgrandes motoresdodesenvolvimento e onómi o deCabo

Verde. Desde 2006o upaumafatiademaisde50%da ontribuiçãodose tordoserviço

paraoPIBna ional. Asua ontribuiçãonoPIBaumentou paramaisdodobro,passando

de 9,4% em2001 para22,0% em2008 [29℄.

2.4 Caraterísti as Arquitetóni a

A evolução arquitetóni a em Cabo Verde é araterizada prin ipalmente pela adaptação

da arquitetura proveniente dasterras ontinentais (tanto da Europa omo da Áfri a) á

insularidade vul âni a. A utilização das ro has vul âni as omo prin ipal material na

onstrução das paredes onsolidou-se nos nais do sé ulo XIX. A obertura era,

geral-mente, telha debarro oude madeira [31 ℄.

O onsumo de imento passou ao domínio popular om a difusão de blo os de

i-mento e de as alho na onstrução das paredes, em substituição da pedra. Em menos

de dez anos, as asas de pedra tornaram-seraras e passaram a onstruir-se em todasas

ilhas, tanto no meio rural omo no meio urbano, habitações à base de blo os feitos de

jorra (piro lastos) [32; 31 ℄. As mudanças o orridas tiveram reexos tanto nos

materi-ais de onstrução utilizados, omo na arquitetura popular. Ouso dobetão armado nos

elementos onstrutivospermitiram aextensão das asas nomeio rural. Neste sentido as

novas té ni as de onstrução zeram aumentar onsideravelmente o onsumo de areia,

deixando-sede ladoa utilizaçãodaspedras[33 ; 31 ℄.

(44)

tradi io-de aproximadamente 40 m. Geralmente, asparedes interiores sãorebo adase aiadas,

ou9 x4

m

2

e sãodivididas emdois ompartimentos:

o quarto dospais que serve também para arrumo de roupas e objetos valiosos, e a sala

omum / de visita, refeições e dormitórios. A grande maioria da atividade domésti a

desenvolve-se noexterior, omousemquintal(quesurge numquadrodedisponibilidade

nan eira) desde a lavagem da roupa, ao banho e ao ozinhar [31 ℄. Atualmente estas

sofreram alterações em relação ao revestimento utilizado na obertura, nomeadamente

a ana sa arina e folhas de arrapato. Estes materiais foram sendo substituídos pelas

telhas erâmi asou de bro imento. Note-se ainda que, de um modo geral, estas asas

foram ampliadas, introduzindo novos ompartimentos (quartos), lo alizados no quintal

dasmesmas. Oblo o de imento é omaterial preferen ialna onstrução destes

ompar-timentos anexos(gura2.2[31 ℄).

Figura 2.2: Casasverna ulares om obertura de telha erâmi a,Cidade Velha [31℄

No meio urbano as asas normalmente têm entre 2 a 4 divisões. A maioria dos

edifí iosé onstituídapor1ou2pisos( orrespondendoa74,1%e18%). Omaterial mais

utilizado na onstruçãoda paredeexterior é blo o de imento rebo ado. As oberturas

mais utilizadas são do tipo terraço de betão armado (68,4%) ou in linado om telhado

(27,4%) episonormalmentefeito de imento oumosai o [27℄. Nomeio rural tambémos

edifí iostêmentre2a4divisões,emboraestesapresentem ummaior número depessoas

por divisão. Também são onstituídospor 1 ou 2 pisos(respetivamente 89,4% e 9,4%).

Asparedes exteriores sãonormalmente onstruídas empedrase argamassa rebo ada ou

blo osde imentorebo ado. As oberturasmaisfrequentessãodotipo terraçodebetão

armado (55,1%) e do tipo in linado om telhado (40,9%) e o pavimento mais frequente

(45)

2.5 Cenário Energéti o em Cabo Verde

Ose tor energéti o deCaboVerdeen ontra-se soba tutela de Ministérioda E onomia,

Competitividade e Cres imento, responsável pela indústria e e onomia. Na dé ada de

90 o se tor energéti o do arquipélago pade eu de uma reforma estrutural que vai ao

en ontro da liberalização e privatização do se tor. Nesta mesma data, foram lançados

diversos programas e projetos om o apoio interna ional (Comissão Europeia, Ban o

Mundial) surgindo o Programa Energia, Águae Saneamento (PEAS)[34℄.

A Shell de Cabo Verde, lial da multina ional Royal Dut h Shell e a ENACOL,

empresa privada om parti ipação do Estado, da ompanhia Angolana Sonangol e da

Portuguesa GALP são asduas ompanhias petrolíferas que operam no mer ado de

im-portação,armazenamento e distribuição de ombustíveis fósseisno país[25 ℄.

A ELECTRA é a empresa responsável pela produção e distribuição de energia por

todo o arquipélago. Em algumas zonas isoladas, os muni ípios gerem pequenas redes

elétri as alimentadas por geradores diesel, em muitos asos antiquada. A produção de

energia é garantida por entrais a diesel de médio porte, nos prin ipais entros

urba-nos[25 ℄.

A regulação do preço dos produtos petrolíferos em Cabo Verde é assegurada pela

Agên ia Reguladora E onómi a (ARE). Em Cabo Verde o ritmo de desenvolvimento

energéti o é fra o perante o res imento do país. Cabo Verde tem uma es assez de

re ursos energéti os onven ionais, tendo assim fortes dependên ias externas, visto que

a totalidade de ombustível fóssil onsumida é importada, ando o país exposto às

os ilações dosprodutos petrolíferos no mer ado interna ional. Opaís ainda não dispõe

de um sistema de armazenamento de ombustíveis que onsiga suprir os efeitos dessas

os ilações[29 ; 35 ℄.

Aimportação de ombustívelfóssil tematingido umataxade quase 90%,o quetem

grande peso no res imento e onómi o do país. Devido à vulnerabilidade ambiental do

país, o sistema energéti o Cabo-verdiano enfrenta dois problemas om elevado impa to

ambiental: primeiro,o aumento da poluiçãolo aleglobal do mer ado interno, devido à

elevadapro urados ombustíveisfósseis,prin ipalmentenosetor detransporte, sistema

de geração elétri a e produção de água; segundo, o aumento da pro ura da madeira,

ontribuindo para deserti ação a entuada pela es assez de re ursos naturais omo a

oresta [79 ; 29℄.

Osprin ipaisre ursosenergéti osutilizadosemCaboVerdesão ombustíveis fósseis,

biomassa(madeira)eenergiasrenováveis. Os ombustíveisfósseissãoasprin ipaisfontes

de energia primária utilizada e são onstituídos pelos seguintes derivados do petróleo

(diesel): agasolina, o gasóleo, ofueloil, oJet A1,o gásbutano e lubri antes[36 ℄. Em

2009, a importação de ombustíveis fosseis representou 77,5% do onsumo da energia

primária. O onsumo da biomassa é basi amente onstituído por lenha, utilizada nas

zonasruraiseperiféri asda idadeparaa onfe çãodealimentos. Em2009, orrespondeu

a 22,2% do total de energia primária utilizada. A energia renovável, eóli a e solar, é

utilizada prin ipalmente na produção da eletri idade, que no período de 2009 a 2010

(46)

A insularidade do país é umadas barreiras para o seudesenvolvimento em diversas

áreas, onstituindo tambémumdesaoa res idopara aáreadaenergia, poiso

arquipé-lagonãoestáintegrado nasredes ontinentais. Devidotambémàs ondiçõesgeográ as,

é exigidaumaextensãoda redeoua riaçãode mi ro- entrais, oquemuitas vezes nãoé

favorávelpara oarquipélago [34℄.

Afra adisponibilidadede águaemCaboVerdefaz omestatenhadeserproduzida

atravésdaeletri idade,medianteautilizaçãodete nologiasdedessalinização daáguado

o eano. Esta produção temumgrande impa tona produção daeletri idade,representa

er a de umdé imodaprodução total da energia elétri a doarquipélago [34℄.

Em Cabo Verde os edifí ios residen iais dominam no que on erne a onsumo de

energia elétri a. Em 2010 o upou uma fatia de 30,1% da eletri idade produzida

(-gura2.3 ) [29℄.

Figura2.3: Consumode energia por se torem Cabo Verde, 2010 [29℄

CaboVerdetemregistadoum res imento signi ativo do onsumo energéti onas

habi-tações, emparte, devido ao aumento da aquisição de equipamentos pelos onsumidores

de energia. Maispessoaspassaramtambém atereletri idade em asa. Aine iên ia de

equipamentosutilizados ontribuitambémparao referidoaumento.

O res imento anual médio da geração de energia elétri a no país foi er a de 7,6%

porano,entre2001e2010,enquantoo res imentoe onómi ofoideapenas6,5%aoano.

No entanto, pode veri ar-se na gura 2.4 que a intensidade energéti a do arquipélago

en ontra-seabaixodamédiaeuropeia(EU27), omumatendên iadeevolução res ente.

A baixa intensidade energéti a do país deve-se a um fra o desenvolvimento elétri o do

(47)

Figura 2.4: Intensidadeelétri a da e onomiade Cabo Verdee Europa [29℄

Oarquipélago, omvistaaresolverosproblemasanívelenergéti o,temaindagrandes

desaos a ven er. Ogoverno temtraçado metaspara a penetração de energia renovável

de 25%em2011,50%até2020, epossuirpelomenosumailha a100%renovável[36 ℄. É

igualmente importantetraçar estratégias para ose tor dosedifí iosa nívelde e iên ia

energéti a e deforne imento de energia.

2.5.1 Re ursos Endógenos

Como já foi referido anteriormente, Cabo Verde tem duasgrandes poten iais fontes de

energia renováveis: o sol e o vento. Ambas envolvem te nologias simples de utilizar, e

sem grandes exigên ias a nívelde manutenção. O movimento dasondas e asdiferenças

térmi as do o eano são exemplos de outras fontes que podem ser exploradas, mas

es-tas ainda exigem um estudo maisaprofundado, uma vez que são nan eiramente mais

exigentes.

O re urso solar é uma fonte de energia prati amente inesgotável, emite

onstante-mente energia para a superfí ie terrestre, sob forma radiação. A radiação que in ide

sobre uma superfí ie perpendi ular ao eixo TerraSol, situada no topo de atmosfera,é,

emmédia 1.373W/

m

2

. Depoisdeatravessaraatmosfera,numdiade éurelativamente

limpo,aradiaçãosolarqueasuperfí ieterrestrere ebeé er ade30%inferioraregistada

no topo da mesma, ou seja, aproximadamente 1000 W/

m

2

.Essa radiação é onstituída

por três omponentes[37 ℄:

Radiação direta: atinge diretamentea superfí ieterrestre;

Radiação difusa: desviada emdiferentes direções pelos omponentes da

atmos-fera;

(48)

A energia solar tem duasformas de utilização, passiva e ativa. A utilização passiva

onsta noaproveitamento daenergia para aque imento de edifí ios,atravésda on eção

uidada deté ni as de onstrução. A formaativaapresenta duasformasde

transforma-ção, por onversão elétri a e por onversão térmi a.

O arquipélago de Cabo Verde apresenta bom poten ial para o aproveitamento de

energia solar, o que pode ser onrmado no mapeamento de re ursos solares do país

(gura 2.5 ).

Figura2.5: Mapeamento dore ursosolar em CaboVerde[38 ℄

Grande parte do território apresenta uma homogeneidade anual de radiação solar

entreos1.800 e os2.000kWh/

m

2

/ano,para ain linação natural do terreno. Resultado

dealgumassimulaçõesrealizadas,maisde50%doterritóriodeCaboVerdeexpõedeum

poten ialde maisde 3750 horasde solpor ano [38℄.

Relativamente ao vento, as ondições limáti as de Cabo Verde fazem omque este

país tenha boas poten ialidades para a penetração de energia eóli a. Desde de 1980 o

paístemapresentadoalgumasapostasnessetipodeproduçãodeenergia,prin ipalmente

para a dessalinização e produção de eletri idade. Atualmente o governo tem traçado

planos para implementação de energia eóli a, aumentando assim o número de parques

eóli os nopaís.

O vento predominante no arquipélago pode ser araterizado por dois períodos, nos

mesesde janeiro a julhoregistam-sevelo idades médias dovento elevadas, eno período

de julhoa dezembro regista-se umde rés imoda velo idade do vento.

Aavaliaçãopre isadopoten ialdeventonumadadaregiãoéumpassoessen ialpara

a gestão do aproveitamento do re ursoeóli o omo fonte de energia [39℄. Nessesentido,

a realização do mapeamento do poten ial eóli o que permite ilustrar as ara terísti as,

a intensidadedovento eaestimativade produção eóli anasilhasdeCaboVerde

torna-se numa ferramenta importantíssima. Na gura 2.6 pode veri ar-se a avaliação do

(49)

Figura 2.6: Mapeamento da velo idademédia do vento em Cabo Verde[38℄

O vento sopra de forma onstante no arquipélago, nos quadrantes Nordeste e Este.

Domapeamento podese on luirde avelo idade médiado ventovariaentre2,7

m

s

e os 9

m

s

[38℄. 2.6 Síntese do Capítulo

Relativamente a este apítulo, pode on luir-se que o se tor domésti o é atualmente o

maior onsumidor de energia elétri a em Cabo Verde, orrespondendo a uma fatia de

er a de 30,1%.

Cabo Verdetem problemas de distribuição e produção de energia, maioritariamente

riados por obstá ulos geográ as. Existe um grande número de omunidades isoladas,

oqueobrigamà riaçãodemi ro- entraisouàextensãodarededeenergia,oquemuitas

vezes não sãoviáveis.

Osre ursos endógenos ommaiorpoten ialidades e probabilidade de serem

(50)

(51)

Soluções e Te nologia de Apli ação

no Contexto Lo al

3.1 Contexto

A onstruçãoqueassentano ontexto limáti odopaís( onstruçãobio limáti a)é

indis-pensávelpara garantir o onfortonosedifí iossem queexistamgrandes gastos

energéti- os. Estasmelhoriaspodemtornarmaisvantajosaaimplementaçãodeenergia renovável

neste se tora médio elongo prazo.

Derivadaàrelevân iadestasduasvertentes(te nologiae onstruçãobio limáti a)no

on eito ZEB,o apítulo quesesegue visaanalisar aste nologias eassoluções

onstru-tivasmaisinteressantes de serempromovidas emCabo Verde.

3.2 Soluções Passivas

Assoluçõespassivastêm omoobjetivoprin ipalpropor ionarambientes onfortáveisno

interiordosedifí ioseaomesmotemporeduziro onsumoenergéti o. Entreasestratégias

passivas, desta am-se duas medidas: a otimização do uso da iluminação natural para

redução do onsumo de energia om iluminação arti ial e a promoção da ventilação

natural paraevitar ousode aparelhosde ar ondi ionado [34℄.

Uma das preo upações das té ni as passivas para limas quentes, omo o de Cabo

Verde, é a questão de refrigeração dosedifí ios, que é indispensável parao onforto dos

o upantes. O arrefe imento passivo tem omo objetivo evitar a a umulação de ganhos

internos, e promover assim a refrigeração natural. Os prin ipais ausadores dosganhos

internos numedifí io são: oso upantes, a iluminaçãoarti ial e osequipamentos. Para

evitar estesganhos podem serutilizadas algumas estratégias, omo por exemplo,evitar

o uso ex essivo de iluminação arti ial, otimização da iluminação natural (iluminação

natural bemdistribuídapelasdiferentes divisõesdoedifí io).