Vidros e eficiência energética em edifícios no Brasil

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Vidros e eficiência energética

em edifícios no Brasil

Prof. Dr. Fernando Simon Westphal

Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental

fernando.sw@ufsc.br

IEA SHC Task 50: 6° Workshop com a Indústria

“Soluções Avançadas de Iluminação para Retrofit de Edifícios” Brasília, 28 de setembro de 2015

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Topics



Energy end-use: commercial buildings



Trends in the façades design in Brazil



Selective glazing systems in use



Barrier to increase daylith integration



Case studies

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Introduction

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Certificação LEED

Eldorado Business

Tower

São Paulo Gafisa & São Carlos

128 000 m²

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Pátio Victor Malzoni

São Paulo Victor Malzoni | Brookfield 175.000 m²

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Infinity Tower

São Paulo Método 75.700 m² LEED-GOLD 6

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Edifício Jatobá

São Paulo Engeform / Bratke & Collet 18.000 m²

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Torre Santander

São Paulo WTorre 67.397 m² LEED-SILVER 8

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Morumbi Corporate Towers

São Paulo Multiplan 142.500 m²

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Centro Empresarial Senado

Rio de JaneiroWTorre 185.463 m²

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Ventura Corporate

Towers

Rio de Janeiro Tishman Speyers 170.000 m² LEED-GOLD

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Energy end-use

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

Business needs:



Aesthetical requirements (transparent façades)



Increase the construction speed



O&M costs



Design and product especification are essential



Building simulation is the key

Challenges:

to assure high performance buildings and attend business needs

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Glazed façades in Brazil

 Walls: steel framing

 Window-to-wall ratio between

40% to 60%

 Laminated glass with SHGC between

25% to 40%

 Visible transmittance between

25% to 45%

Commercial buildings

14

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Non-operable Windows (noise issues)

HVAC

Views to exterior

High performance glazing system

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FONTE: http://www.revistainfra.com.br

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Ed. Paulista 1100 (Antigo Elijass Gliksmanis) | São Paulo

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Energy End-Use: Office Buildings

18 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Ed.1 Ed.2 Ed.3 Ed.4 Ed.5 Ed.6 Ed.7 Ed.8 Ed.9 Ed.10 Ed.11 Ed.12 Ed.13 Ed.14 Ed.15

U so F in al (% ) Edifício Equip. Escrit. Iluminação Ar-condicionado 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Ed.1 Ed.2 Ed.3 Ed.4 Ed.5

U so Fi na l (% ) Edifício Equip. Escrit. Iluminação Ar-condicionado Plug Loads Lighting HVAC Plug Loads Lighting HVAC São Paulo Rio de Janeiro

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Windows 22% Walls 3% Doors 3% Lights 12% People 15% Plug Loads 27% O.A. 13% Fans 5%

Typical termal loads composition

Software Trace 700 Fonte: TEKNIKA Projetos

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Energy End-Use: Office Buildings

54% Cooling load: HVAC 25% Lights + Plug Loads + People Outdoor air + Fans 18% 28% Building Envelope

28% of the cooling load is affected by the façade 25% of the annual electricity correspond to HVAC

HVAC 26% Lights 25% Plug Loads 33% Misc. 16%

Energy End-Use in São Paulo:

20

6,25%

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Selctive glazing systems

Opção transmittanceVisible reflectance – extVisible reflectance - intVisibel SHGC Litght to HeatGain Index

#1 0,16 0,34 0,31 0,27 0,59

#2 0,19 0,32 0,25 0,29 0,66

#3 0,33 0,26 0,19 0,27 1,22

#4 0,35 0,25 0,19 0,35 1,00

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22

Project ECO Berrini São Paulo SHGC 40% VT 42% VRe 20%

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Project ECO Berrini São Paulo SHGC 40% VT 42% VRe 20%

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Simulação – Luz natural

 Very deep office spaces (11 m)

 Limited potential to harvest daylighting  Sensors are in the tenant scope

200 lux

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Simulação – Luz natural

 Very deep office spaces (11 m)

 Limited potential to harvest daylighting  Sensors are in the tenant scope

200 lux

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Simulação – Luz natural

1022 662 458 289 228 181 146 ₁₂₇ 118 ₉₇ ₉₃ 84 80 77 ₆₁ ₆₀ 0 200 400 600 800 1000 1200 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 7,8 8,4 9,0 9,6 Il lumi nance (l ux )

Distance from window (m)

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Simulação – Luz natural

1022 662 458 289 228 181 146 ₁₂₇ 118 ₉₇ ₉₃ 84 80 77 ₆₁ ₆₀ 0 200 400 600 800 1000 1200 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,2 7,8 8,4 9,0 9,6 Il lumi nance (l ux )

Distance from window (m)

Daylight levels profile

3,00 m

Depth with regular potential to take advantage of daylight

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Building energy consumption database

for parametric analysis

Office building

20 floors

48.000 m² total area

16.000 m² façade area Fully glazed façade

No shading

Software EnergyPlus 7 Brazilian cities

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Estudos de caso por simulação:

Vidros utilizados

Propriedade Clear Glass Green

Solar control glazing system Insulated glass unit SHGC 0.84 0.62 0.33 0.28 U-value (W/m².K) 5.60 5.60 5.60 1.88 Visible transmittance 0.88 0.75 0.30 0.39 Light to heat gain index 1.05 1.21 0.90 1.45

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4800 5000 5200 5400 5600 5800

Incolor Verde Contr. Solar Duplo

C on sum o anu al de e ne rg ia (M W h) PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% FS=84% TL=88% FS=62%TL=75% FS=33%TL=30% FS=28%TL=39%

Estudo de caso por simulação

Clima: São Paulo

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4800 5000 5200 5400 5600 5800

C on sum o anu al de e ne rg ia (M W h) PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60%

WWR 50% and Solar Control

same performance of

WWR 30% and Clear

FS=84%

TL=88% FS=62%TL=75% FS=33%TL=30% FS=28%TL=39%

Estudo de caso por simulação

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4800 5000 5200 5400 5600 5800

C o n su m o a n u al d e e n e rg ia (M W h ) PAF=30% PAF=40% PAF=50% PAF=60% FS=84% TL=88% FS=62%TL=75% FS=33%TL=30% FS=28%TL=39%

Estudo de caso por simulação

Clima: São Paulo

WWR 60% and IGU

same performance as

WWR 30% and green

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Comparativo: WWR 40%

São Paulo Vidro Verde Vidro Controle Solar Vidro Duplo Ar Condicionado: 1084 TR Consumo: 5400 MWh Ar Condicionado: 995 TR Consumo: 5239 MWh Ar Condicionado: 875 TR Consumo: 5137 MWh

Economia no A.C. R$ 534 mil Economia de energia R$ 56 mil

Economia/m² de vidro R$ 83 + R$ 9/ano

Economia no A.C. R$ 1.254 mil Economia de energia R$ 92 mil

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Daylight integration

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Daylight integration

Estratégia de desligamento automático das luminárias próximas à fachada

Radiação difusa luz natural

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Comparativo: Aproveitamento

da Luz Natural

São

Paulo

Green glass with interior shading

Green glass with interior shading+ daylight

Solar control with interior shading+ daylight 5207 MWh 5071 MWh -2,6% - R$ 47 mil 4964 MWh -4,7% - R$ 85 mil Annual electricity 40

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Web tool: Parametric analysis

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Case study: office building

44 Parâmetro Descrição

Área total construída 11.942 m²

Área condicionada 9.038 m² (76% do total)

Número de pavimentos 20

Altura de laje a laje 3,45 m

Área de janela nas fachadas 3.008 m²

(50% das paredes dos ambientes climatizados)

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Simulation software: EnergyPlus

20° pavimento

19° pavimento

2° ao 18° pavimentos (x17)

1° pavimento

 Economic analysis for different types of glass  Focus on energy savings for cooling

 Building located in São Paulo

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Energy tariff

46

Year 2010 Year 2015

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Results: economic analysis

48

Dark glass is less expensive Payback is shorter

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Results: economic analysis

Benefits with insulated glass are significant for hot climates. (Fortaleza and Rio de Janeiro)

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Prédio dos Diários Associados | Rio de Janeiro

Oscar Niemeyer

Oscar Niemeyer 1949

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Remoção de caixilhos e vidros para substituição

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Glass Visible transmittance SHGC Clear 88% 82% Green 75% 62% SHGC 36 VT 54 54% 36% SHGC 23 VT 14 14% 23% Glazing systems

Prédio dos Diários Associados | Rio de Janeiro

 Daylight simulation (Ecotect)  Energy simulation (EnergyPlus)

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Pavimento tipo

Planta geral

44,35 m 2 6 ,8 6 m 5 0 ,9 6 m 22,73 m 22,00 m 2 4 ,0 5 m

4 m

Pavimento tipo Com colunas

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Vidros de controle solar Distribuição da luz natural Geometrias Avaliadas Pavimento tipo Sem colunas 4 m

4 m

4 m 50,96 m 44,35 m 26,86 m 22,73 m 24,05 m 26,86 m 22,73 m Iluminação Bilateral (TL = 88%) Iluminação Unilateral Módulo Leste (TL=14%)

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Ed. na Rua Livramento | Rio de Janeiro

Vidros de controle solar Abertura Bilateral Distribuição da luz natural

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Vidros de controle solar Abertura Bilateral Distribuição da luz natural

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Vidros de controle solar Abertura Unilateral Distribuição da luz natural

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Vidros de controle solar Abertura Unilateral Distribuição da luz natural

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Energy analysis: no daylight integration

(62)

HVAC energy analysis: no daylight integration

62

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Innovation in

Design

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Fritted glass: for glare control

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Fritted glass: patterns

66

Simulation on-site for retrofit purposes

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PV cells variation

o

Tipo

o

Transparência

o

Cor

o Caixa de conexão o Tipo o Posição

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Final remarks

Necessitamos capacitar o mercado: Arquitetos

Consultores

Projetistas de instalações de AC

Processadoras e distribuidoras de vidro Especificadores

E o consumidor final

A indústria brasileira oferece produtos de alto desempenho

Cada projeto e clima exigirá uma solução diferente

Talvez o consumidor final ainda não tenha percebido a evolução tecnológica

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