Eficiência energética em uma escola pública: estudo de caso

ALEXANDRE SILVEIRA BUSS EVANDRO MARTINS

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA ESCOLA PÚBLICA: ESTUDO DE CASO

Tubarão, SC 2018

ALEXANDRE SILVEIRA BUSS EVANDRO MARTINS

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA ESCOLA PÚBLICA: ESTUDO DE CASO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.

Prof. Norma Beatriz Camisão Schwinden, Esp.

Tubarão, SC 2018

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus que nos acompanhou durante nossa rotina acadêmica.

A toda direção da Escola de Educação Básica Lino Pessoa, que contribuíram para a elaboração deste trabalho.

Agradecemos ainda nossa orientadora Norma Beatriz Camisão Schwinden, pela dedicação, compreensão e por dividir seus conhecimentos durante o trabalho.

Eu Alexandre, agradeço a todos meus amigos e familiares, em especial aos meus pais Hegon e Jacy, ao meu avô Anselmo e minha noiva Claiane por todo apoio, ensinamento, paciência durante todas etapas na minha vida acadêmica.

Eu Evandro agradeço aos meus pais Arlei e Rosangela, minha namorada Sabrina e meus irmão, por me apoiarem em todos os momentos nessa jornada.

Enfim, a todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste estudo.

RESUMO

Este projeto apresenta um estudo de caso em uma escola pública localizada na cidade de Tubarão, estado de Santa Catarina, seguindo as determinações das normas NBR ISO 8995-1 e NBR 15220. Verificou-se a condição da edificação perante as normas e foram propostas soluções para torna-la energeticamente eficiente. Para a iluminação, um projeto luminotécnico foi proposto e avaliado através de simulações realizadas no software Dialux. A utilização da ferramenta WebPrecristivo também foi considerada interessante para esta avaliação, no qual foi possível obter de forma fácil e clara a classificação e possível etiqueta para a edificação. A forma encontrada para tornar a edificação eficiente foi através de um projeto luminotécnico que utilizou luminárias com alta eficiência, sendo possível uma redução de aproximadamente 72% no consumo de energia. Também foram propostas a implementação de isolamento na cobertura da edificação e a substituição do equipamento de climatização.

ABSTRACT

This Project featured a study of case in a public school that is localized on Tubarão, state of Santa Catarina, following the norms determinations NBR ISO 8995-1 and NBR 15220. It was verified the condition of edification towards the norms and were proposed solutions for make it energetically efficient. For lighting, one Project lighting technician was featured and evaluated through of simulations realized on software Dialux. The use of the tool WebPrescitivo was considered interesting for this avaliation, in wich was possible to get a simple and easy form of the classification of edification tag. The process found to make an efficient building was through the Technical Light Project that uses the high efficiency, being possible a reduction of about 75% in energy consumption. Also highlighted were the implementation of insulation in a roof construction and air conditioning support..

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Etiquetas para edificações residenciais PBE Edifica ... 25

Figura 2 - Etiqueta para edificações Públicas PBE Edifica ... 26

Figura 3 - Prédio Setor de Manutenção da Eletrosul, Campos Novos/SC ... 32

Figura 4 - Localização da E. E. B. Lino Pessoa ... 35

Figura 5 - Zonas Bioclimáticas no Brasil ... 39

Figura 6 - Simulação da envoltória atual- WebPrescritivo... 41

Figura 7 - Simulação da envoltória proposta - WebPrescritivo... 42

Figura 8 - Simulação da iluminação atual- WebPrescritivo ... 42

Figura 9 – Sistema de iluminação atual e modelo da lâmpada – FL40T10-6 ... 44

Figura 10 - Sistema de iluminação atual das salas de aula - Simulação Dialux ... 45

Figura 11 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação norte) - Simulação Dialux ... 46

Figura 12 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação sul) - Simulação Dialux ... 47

Figura 13 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula atendendo a norma - Simulação Dialux ... 48

Figura 14 - Luminárias proposta ... 49

Figura 15 - Sistema de iluminação proposto para as salas de aula - Simulação Dialux ... 50

Figura 16 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para salas de aula (orientação norte) - Simulação Dialux ... 51

Figura 17 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para as salas de aula (orientação sul) - Simulação Dialux ... 51

Figura 18 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto com circuito próximo a janela desligado - Simulação Dialux ... 53

Figura 19 - Sistema de iluminação atual para as salas dos professores - Simulação Dialux.... 54

Figura 20 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual da sala dos professores - Simulação Dialux ... 54

Figura 21 - Sistema de iluminação proposto para as salas dos professores - Simulação Dialux ... 55

Figura 22 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para a sala dos professores - Simulação Dialux ... 56

Figura 23 - Sistema de iluminação atual e distribuição de iluminância a sala da direção -

Simulação Dialux ... 57

Figura 24 - Sistema de iluminação atual atendendo a norma e distribuição de iluminância a sala da direção - Simulação Dialux ... 58

Figura 25 - Sistema de iluminação proposto e distribuição de iluminância a sala da direção - Simulação Dialux ... 58

Figura 26 - Sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux ... 59

Figura 27 - Distribuição de iluminância do sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux ... 60

Figura 28 - Sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux ... 61

Figura 29 - Distribuição de iluminância do sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux ... 62

Figura 30 - Simulação da iluminação proposto- WebPrescritivo ... 64

Figura 31 - Ar condicionado utilizado atualmente ... 65

Figura 32 - Simulação da iluminação atual - WebPrescritivo ... 66

Figura 33 - Ar condicionado proposto ... 67

Figura 34 - Simulação da iluminação proposto - WebPrescritivo ... 68

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Ilustração de geração elétrica por fonte no Brasil ... 23

Tabela 2 - Perfil de consumo elétrico anual da E. E. B. Lino Pessoa. ... 36

Tabela 3 - Dados de lâmpadas e ares-condicionados ... 37

Tabela 4 - Característica térmica e dimensional dos materiais da envoltória ... 40

Tabela 5 - Resistência térmica superficial interna e externa ... 40

Tabela 6 - Dados de absortância e áreas superficiais ... 40

Tabela 7 - Índices de iluminância média e IRC - NBR ISO 8995-1 ... 43

Tabela 8 - Índices de iluminância média - Medições ... 43

Tabela 9 - Iluminância média das mesas, quadro negro e ambiente para o sistema de iluminação atual - Simulação Dialux... 47

Tabela 10- Dados dos modelos de luminárias propostas ... 49

Tabela 11 - Iluminância média das mesas, quadro negro e ambiente para o sistema de iluminação proposto - Simulação Dialux ... 52

Tabela 12 - Iluminância média das mesas e ambiente para o sistema de iluminação atual das salas dos professores - Simulação Dialux... 55

Tabela 13 - Iluminância média das mesas e ambiente para o sistema de iluminação proposto das salas dos professores - Simulação Dialux ... 56

Tabela 14- Iluminância média do ambiente para o sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux ... 60

Tabela 15 - Iluminância média do ambiente para o sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux ... 62

LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica CELESC – Centrais Elétricas de Santa Catarina

ENCE – Etiquetas Nacionais de Conservação de Energia IRC – Índice de Reprodução de cor

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial LabEEE – Laboratório de Eficiência Energética em Edificações

MME – Ministério de Minas e Energia PNUMA – Programa das Nações Unidas

PROCEL – Programa Nacional De Conservação De Energia Elétrica PBE – Programa Brasileiro de Etiquetagem

PBE EDIFICA - Programa Brasileiro de Etiquetagem de Edificações PENOA – Programa Estadual de Novas Oportunidades de Aprendizagem

RTQ-C – Requisitos Técnicos de Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comercias, de Serviços d Públicos

LISTA DE SÍMBOLOS

Atot Área Total Construída

Apcob Área Total de Projeção de Cobertura Aenv Área da Envoltória

AVS Ângulos Verticais

AVH Ângulos Horizontais de Sombreamento 𝜑 Atraso térmico

𝐴 , 𝐴 , … , 𝐴 Áreas de cada seção 𝛼 Absortâncias

𝜆 Condutividade térmica 𝑒 Espessura

FS0 Fator solar PAFO Fachada Oeste

U Índices de transmitância térmica

PAFT Percentual de Área de Abertura na Fachada Total 𝑅 Resistência térmica total

𝑅 , 𝑅 , … , 𝑅 Resistências térmica de superfície 𝑈 Transmitância térmica

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1...34

Equação 2...34

Equação 3...35

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 16 1.1 JUSTIFICATIVA ... 16 1.2 OBJETIVOS ... 18 1.2.1 Objetivo geral ... 18 1.2.2 Objetivos específicos ... 18 1.2.3 Estrutura do trabalho ... 18

1.2.4 Relevância social e acadêmica da pesquisa ... 19

2 REVISÃO DE LITERATURA ... 20

2.1 EFICIENCIA ENERGETICA ... 20

2.2 EFICIENCIA ENERGETICA NO BRASIL ... 21

2.3 CONSUMO ENERGETICO EM EDIFICAÇÕES ... 23

2.4 PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM ... 24

2.4.1 Sistema de iluminação ... 26

2.4.2 Condicionamento de ar ... 27

2.4.3 Envoltória ... 27

2.5 AVALIAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENEGÉTICA – PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM ... 28 2.5.1 Envoltória ... 28 2.5.2 Iluminação... 30 2.5.3 Condicionamento do ar ... 31 2.6 EDIFICAÇÕES PUBLICAS ... 31 3 METODOLOGIA ... 34

3.1 DETERMINAÇÃO DO LOCAL A SER ANALISADO – ESTUDO DE CASO ... 34

3.1.1 Histórico da escola ... 34

3.1.2 Localização e estrutura da escola ... 35

3.1.3 Consumo de Energia Elétrica... 35

3.2 PROPOSTAS DE MELHORIA NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA EDIFICAÇÃO 37 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 39

4.1 ENVOLTÓRIA ... 39

4.2 ANÁLISE LUMINOTÉCNICA ... 42

4.4 AVALIAÇÃO GERAL ... 68 5 CONCLUSÃO ... 70 REFERÊNCIAS ... 71

1 INTRODUÇÃO

No decorrer dos anos a necessidade de energia dos grandes centros urbanos e indústrias impulsionaram o avanço de novos processos de geração e distribuição. Para suprir esse consumo elétrico investe-se em geração de energia. Observando-se a relação entre geração e demanda, nota-se que há um grande desperdício e uso ineficiente de energia elétrica.

A energia elétrica não está disponível diretamente no planeta, geralmente é obtida através de transformações de recursos naturais, deste modo, em um modelo sustentável, seu uso deve ser cauteloso e adequado. Conforme avanço tecnológico a demanda por energia é cada vez maior, sendo assim, as edificações consomem cerca de 30% do dispêndio da carga energética mundial.

Para um consumo inteligente e econômico as edificações devem ser projetadas de forma a garantir um maior conforto com menor consumo e custo energético. Assim uma edificação eficiente faz com que seus usuários não sintam desconforto por qualquer motivo. Deste modo o edifício projetado energeticamente tem condições de melhorar seu conforto térmico, visual e acústico com baixo consumo de energia. (LAMBERTS; DUTRA; PEIREIRA, 2014)

Os fundamentos da política energética, como a redução do consumo de energia, diminuição da poluição do ar e os gases do efeito estufa, são realizados com maior eficácia quando utilizado uma política de eficiência energética eficiente. Juntamente com a transição para a energia limpa a eficiência energética mostra uma economia rápida e benéfica nos setores econômicos. (IEA, 2016)

Considerando este contexto, foi realizado um estudo em uma escola pública localizada na cidade de Tubarão, estado de Santa Catarina, tendo como objetivo verificar e propor as melhorias necessárias tornando a edificação energeticamente eficiente. Para a análise da edificação foram calculados os índices de desempenho térmico, índice de iluminância e envoltória da edificação através do sistema WebPrescritivo, enquanto as alterações no sistema de iluminação foram simuladas no software Dialux.

1.1 JUSTIFICATIVA

No decorrer dos anos a necessidade de energia dos grandes centros urbanos e indústrias impulsionaram o avanço de novos processos de geração e distribuição. Os métodos

mais empregados para a geração de energia são os que utilizam combustíveis fosseis, por exemplo, termelétricas, um dos métodos mais poluentes e agressivos ao meio ambiente. Para suprir esse consumo elétrico investe-se em geração de energia. Observando-se a relação entre geração e demanda, nota-se que há um grande desperdício e uso ineficiente de energia elétrica.

A energia está presente em toda área do planeta e em todas as atividades humanas. A mesma não está disponível diretamente no planeta, geralmente só pode ser obtida através de transformações de recursos naturais, deste modo, em um modelo sustentável, seu uso deve ser cauteloso e adequado. Conforme avanço tecnológico a demanda por energia é cada vez maior, sendo assim, as edificações consomem cerca de 30% do dispêndio da carga energética mundial. Em breve, no Brasil, representarão mais de 30% da demanda total de energia, na medida em que acelera o processo de urbanização, crescimento da classe média e modernização das edificações.

Em nosso país, a geração energética baseia-se em fontes renováveis, representadas pelas usinas hidroelétricas, cujo potencial é estimado em 260 GW, entretanto, até o momento a capacidade instalada é de 97 GW, correspondente a 15% da Matriz Energética brasileira. Apesar de a capacidade instalada representar somente 37% do potencial estimado, a maior parte do potencial economicamente viável já foi utilizada devido às dificuldades em obter financiamento para obras de grandes hidroelétricas e devido às resistências provenientes de impactos ambientais (ABESCO, 2017).

O grande consumo de energia será um dos problemas futuros da sociedade, sempre existirá um aumento da produção para atender a demanda, porém, esta solução não se tornará suficiente para sanar tal dificuldade e ainda favorecerá os problemas ambientais. A preocupação com a preservação dos recursos naturais, geração de poluentes e aquecimento global, nos induz a melhorar os métodos atuais de produção e aperfeiçoar o uso, utilizando técnicas de geração mais limpas e reduzindo ao máximo o desperdício. Levando os profissionais a elaborarem novas ideias, que visam aprimorar este sistema, no sentido de garantir qualidade, conforto e disponibilidade de energia para todos, levando em consideração as preocupações com o meio ambiente.

Buscando atingir as proposições descritas, determinou-se como questão maior desta pesquisa: é possível aperfeiçoar os métodos e utilização da energia, em edificações públicas e privadas, sem afetar suas características e qualidade adotando a eficiência energética como resposta, em pesquisa realizada no decorrer do primeiro semestre de 2018 no curso de Engenharia civil da cidade de Tubarão, Santa Catarina.

1.2 OBJETIVOS

Nos dias atuais o uso da energia elétrica na sociedade está cada vez mais necessário, consequentemente aumentando sua demanda. No entanto, a solução para este problema não está ligada diretamente a produção do mesmo e sim, no seu uso com responsabilidade e sem desperdício. Para que isto possa ser atingido, o uso de equipamentos eficientes e a mudança de hábitos devem estar alinhados.

De uma maneira geral, o uso adequado de energia não resultará apenas em combater o seu desperdício, mas será uma grande ajuda ao meio ambiente e também uma redução dos gastos financeiros do edifício.

A eficiência energética e a redução da intensidade de consumo é a maneira mais eficiente para preservação do meio ambiente, na luta contra o aumento da poluição, portanto, evitando a destruição de nossos bens naturais.

1.2.1 Objetivo geral

Analisar o uso de energia em edificações e demais áreas públicas/privadas para que haja um adequado aproveitamento, visando gerar uma utilização cada vez mais eficiente.

1.2.2 Objetivos específicos

a) Caracterizar os principais causadores do mau uso e desperdícios; b) Determinar a ineficiência e consumo exagerado por aparelho; c) Apresentar alternativas para melhorar o desempenho e consumo; d) Analisar as mudanças realizadas;

e) Identificar a economia com as mudanças implantadas.

1.2.3 Estrutura do trabalho

Iniciou-se o presente estudo com o capitulo de introdução, que aborda os objetivos e a justificativa para a pesquisa, bem como a estrutura adotada. Sendo este trabalho é composto por mais seis capítulos, os quais foram descritos, brevemente a seguir.

O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica referente à eficiência energética em nível mundial e nacional, bem como o consumo energético em edificações.

Neste capítulo ainda, o trabalho aponta os principais programas de conservação de energia no Brasil, os tipos de certificados que abordam as edificações brasileiras e o método de avaliação ao nível de eficiência energética em edifícios públicos.

O terceiro capítulo descreve a metodologia da pesquisa utilizada neste trabalho. Neste mesmo capitulo, refere-se ao estudo de caso feito em uma escola pública, no município de Tubarão/SC.

O quarto capítulo, por sua vez, expõe a análise geral do estudo de caso e a discussão dos resultados obtidos.

O quinto capítulo aborda as considerações finais do trabalho, as conclusões do estudo de caso. Seguido pelas referências bibliográficas e anexos para consultas mais detalhadas das informações utilizadas no trabalho.

1.2.4 Relevância social e acadêmica da pesquisa

Com este trabalho espera-se contribuir com a análise de eficiência energética em uma edificação pública, apontado os erros nos equipamentos de iluminação, nos ares condicionados e na envoltória da edificação.

Conforme necessário, propôs-se mudanças e adequações nos equipamentos e na edificação, buscando sempre alcançar o objetivo inicial deste trabalho, sendo melhorar a eficiência energética do local, levando está a uma economia de energia e conforto visual e térmico para os usuários.

2 REVISÃO DE LITERATURA

A fim de alcançar os objetivos apresentados, no presente capítulo serão expostos conceitos da eficiência energética, assim como um estudo sucinto das adequações possíveis a se fazer nas edificações, para que estas se tornem mais eficientes e aptas a atingir uma classificação melhor referente ao nível energético.

2.1 EFICIENCIA ENERGETICA

Entende-se que eficiência energética é a utilização de forma racional para um determinado fim da energia elétrica. A mesma consiste da relação entre a energia empregada e disponibilizada para uma atividade específica. (BRASIL, 2018).

O conceito de eficiência energética pode ser definido como a otimização dos consumos de energia através da implementação de estratégias e medidas para reduzir o desperdício de energia, na produção, transporte e utilização final. Para atingir este fim é necessário recorrer a materiais e métodos de construção inovadores e com elevados desempenhos térmicos, equipamentos mais eficientes, sistemas de gestão centralizada de energia, utilização de sistemas de produção de energia elétrica centralizada e/ou descentralizada com base em energias renováveis, bem como novos e melhores métodos de conversão, transporte e armazenamento de energia. (CORREIA, 2015, p. 9)

Os fundamentos da política energética, como a redução do consumo de energia, diminuição da poluição do ar e os gases do efeito estufa, são realizados com maior eficácia quando utilizado uma política de eficiência energética eficiente. Juntamente com a transição para a energia limpa a eficiência energética mostra uma economia rápida e benéfica nos setores econômicos. (IEA, 2016)

Para um consumo inteligente e econômico as edificações devem ser projetadas de forma a garantir um maior conforto com menor consumo e custo energético. Assim uma edificação eficiente faz com que seus usuários não sintam desconforto por qualquer motivo. Deste modo o edifício projetado energeticamente tem condições de melhorar seu conforto térmico, visual e acústico com baixo consumo de energia. (LAMBERTS; DUTRA; PEIREIRA, 2014)

Uma edificação residencial tem potencialidade de adequar com maior facilidade seus recursos de energia. Utilizando soluções naturais conseguimos facilmente melhorar a

iluminação e conforto térmico em uma residência. Já em edifícios públicos e comerciais essa adequação é mais complexa, levando em consideração o grande fluxo de pessoas, equipamentos e lâmpadas estes aumentam o aquecimento do ambiente interno, mesmo em dias agradáveis termicamente em ambientes externos. Entretanto através de estudos pode-se apontar quais estratégias devem ser tomadas para obter um maior aproveitamento das condições bioclimáticas do local. (BERALDO, 2006)

Nos últimos anos vem-se observando um grande avanço tecnológico em equipamento de aquecimento, ventilações, sistemas de condicionamento de ar e iluminação em edificações. Levando os projetistas a não considerarem as necessidades climáticas de cada local, padronizando assim a arquitetura em escala global. (KRYGIEL & KIES (2008)

A maior parte do aquecimento e resfriamento de nossas edificações são mecânicos, nossa iluminação é artificial e nossos materiais construtivos vem de qualquer parte do globo. (KRYGIEL & KIES (2008).

Tais padronizações permitiram que falhas em projetos fossem resolvidas utilizando os equipamentos de climatização e iluminação artificial. O resultado dessa ineficiência fez com que sobrecarregasse todo o sistema de eletricidade em vários países. Em virtude desta padronização, a crescente urbanização na década de 80 e a crise do petróleo 1973 a sobrecarga elétrica foi ainda maior. (LAMBERTS; DUTRA; PEIREIRA, 2014)

Com o intuito de diminuir a sobrecarga elétrica, vários países iniciaram estudos em fontes alternativas, disponibilizando assim um investimento financeiro para a construção de novas usinas elétricas. Entretanto diversos problemas ambientais e sociais apareceram, entre eles a migração da população, aumento da poluição e problemas ambientais. Tais problemas proporcionaram a conscientização da população em relação ao impacto do ser humano na natureza. (KRYGIEL & KIES, 2008)

2.2 EFICIENCIA ENERGETICA NO BRASIL

No Brasil o consumo de energia elétrica vem apresentando um crescimento nos últimos anos. Conforme mostra os dados da EPE (2015) dos anos de 1995 a 2014 o consumo de energia elétrica aumentou mais de 40% nas edificações.

Um dos grandes problemas em consumo de energia são as edificações com seus métodos construtivos nada eficientes e obsoletos. Os materiais utilizados são de baixa

qualidade e tecnologias antiquadas. Precariedade na capacidade da mão de obra e incapacitação técnica, sendo assim, impossibilitando melhorias na área. (DORIGO, PINTO E SANTOS, 2010 APUD BASSO ET AL. 2015)

Para que estes problemas sejam sanados medidas devem ser tomadas em todos os processos de construção e uso das edificações, apenas assim será possível a regularização na utilização da energia. (MAURO E MOTTA, 2013; APUD BASSO ET AL. 2015)

Eficiência energética é definida como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia. Não se trata da redução do serviço, mas do uso eficiente e racional da energia e da redução do consumo (propiciando, por consequência, a redução dos níveis de emissões de gases na atmosfera). No âmbito da arquitetura e da construção civil, um edifício é considerado mais eficiente do que outro se “oferece as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia” (MAURO E MOTTA, 2013; APUD BASSO ET AL. 2015)

No setor industrial do País, lâmpadas e eletrodomésticos em geral são responsáveis por grande parte do desperdício de energia. Cerca de R$ 61,7 bilhões foram desperdiçados, isto poderia ser solucionado com programas elaborados pelo governo para modernização dos maquinários e incentivo de uso de produtos com utilização mais eficiente de energia. (ABESCO, 2017)

Contudo, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente, PNUMA (ONU BRASIL, 2016) destaca que o país é um dos maiores investidores em produção de energia limpa, e vem ganhando ênfase neste meio mundialmente. O investimento mundial em energia solar voltou a bater em 2017 um novo recorde, com US$ 160,8 bilhões, 18% mais que em qualquer outra energia (renovável, fóssil ou nuclear), e com a China à frente nesse terreno. (ONU Brasil, 2018)

No País o meio de produção responsável por cerca de 380,9 TWh foram as hidroelétricas somando um total de 578,9 TWh com as demais formas de produção de energia, destacando um aumento de 5,9% em relação ao ano de 2015. (BRASIL, 2017). A Figura 1 seguinte demonstra os meios de produção de energia elétrica no Brasil e suas variações de produção dos últimos cinco anos.

Tabela 1 - Ilustração de geração elétrica por fonte no Brasil

Fonte: Balanço Energético Nacional 2017. i) Inclui autoprodução

ii) Derivados de petróleo: óleo diesel e óleo combustível iii) Biomassa: lenha, bagaço de cana lixívia

Outras: gás de coqueria, outras secundarias, outras não renováveis, outras renováveis e solar

2.3 CONSUMO ENERGETICO EM EDIFICAÇÕES

Em relação às edificações o maior desafio é a fonte energética visto que essa é a responsável pelo maior consumo energético do mundo. Com o aumento da economia e as mudanças de hábitos da população, melhoria de qualidade de vida, ocorreu um aumento da demanda energética, apresentando aspectos negativos, como o aumento de poluentes, afetando assim diretamente o meio ambiente. (OLIVEIRA, 2015)

Para a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) uma maneira de conter o consumo excessivo de energia, sem que ocorra a diminuição da qualidade de vida e o desenvolvimento da economia é a conscientização da importância de implementar o uso da eficiência energética. (BRASIL, 2016a)

Na mesma linha o Plano Nacional de Eficiência Energética do Ministério de Minas e Energia (MME) menciona que vários países já adotaram medidas de política energética principalmente em prédios públicos, visando a redução de impactos ambientais e econômico. Os mesmos utilizam diversas atividades estratégicas com o intuito de melhorar o atual do consumo de energia e os níveis de poluentes do efeito estufa. (BRASIL, 2011)

Assim é que o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO) em conjunto com o Ministério de Minas e Energia e da Indústria e Comércio, criou em 1985 o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) com o intuito de diminuir o desperdício e racionalizar o uso de energia no Brasil. Foi implementado por decreto, em 1993, o Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) com o intuído de conscientizar os consumidores na escolha de produtos e incentivar empresas a fabricarem e comercializarem aparelhos energeticamente eficientes. Segundo INMETRO, desde a sua implementação até 2015, o PROCEL já influenciou na economia com mais de 80 bilhões de kWh de energia elétrica. (BRASIL, 2016b)

Deste modo a Lei 10.295 (Lei da Eficiência Energética), que trata da Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia destaca a eficácia dos recursos energéticos e a preservação do meio ambiente. A mesma estabelece os níveis máximos do consumo de energia e os níveis mínimos de eficiência energética dos produtos fabricados e comercializados no país, determina ainda que o Poder Executivo é responsável pelo desenvolvimento de mecanismos que promovam política energética. (BRASIL, 2001)

O PROCEL é efetivado pela Eletrobrás e gerido pelo MME (Ministério de Minas e Energia). Esta instituição é designada a providenciar o uso consciente e eficiente da energia, também conter o desperdício. Com estes objetivos a PROCEL possibilita uma melhora na eficiência e uso da energia, portanto, reduzindo o consumo e diminuindo a demanda por energia. Diminuindo a procura por energia elétrica a produção será menor e não será tão necessário o uso de meios de produção rápidos e agressivos ao meio ambiente. (RESULTADOS PROCEL 2017)

2.4 PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM

O Programa Brasileiro de Etiquetagem (Eletrobrás e INMETRO) em conjunto com o Procel Edifica elaborou a avaliação em forma de etiqueta da classificação do nível de eficiência energética das edificações, conhecido como Programa Brasileiro de Etiquetagem de Edificações (PBE Edifica). As edificações que apresentam a etiqueta PBE Edifica tornam-se a escolha principal entre os consumidores na hora da aquisição de um imóvel. (BRASIL, 2016b)

Os benefícios do Programa Brasileiro de Etiquetagem de Edificações (PBE Edifica) segundo Ludvich (2015) são: Conscientização e controle do consumo de energia; Classificação mais alta de níveis de eficiência energética das edificações; Economia nos custos com energia elétrica; Conforto térmico aos ocupantes; Valorização do empreendimento; Incentivos financeiros como redução da taxa de juros e prazo de pagamento diferenciado financiado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES).

Destaque para o Plano Nacional de Eficiência Energética do Ministério de Minas e Energia que determina a obrigatoriedade da etiquetagem de edificações públicas ser efetuada até 2020, comerciais e serviços 2025 e residências 2030. Estudos apontam que o PBE Edifica apresenta uma diminuição no consumo de energia de até 50%, em novas edificações e 30% em edificações existentes quando reformadas. (BRASIL, 2016b)

As etiquetas PBE Edifica (figura 1) fazem parte do PBE e foram desenvolvidas em parceria entre o INMETRO e a Eletrobrás/PROCEL, podendo ser obtidas para edificações residenciais ou edificações comerciais, de serviços ou públicas:

Figura 1 - Etiquetas para edificações residenciais PBE Edifica

Fonte: PBE Edifica

Para edificações residenciais as etiquetas de eficiência apresentadas na figura 1 anterior são subdivididas em três grupos: Habitacional Autônoma, Multifamiliar e Uso Comum.

A semelhança, a etiqueta para edificações publica apresenta-se como segue na figura 2:

Figura 2 - Etiqueta para edificações Públicas PBE Edifica

Fonte: PBE Edifica

Em edificações públicas existem algumas particularidades, assim de acordo com a PBE Edifica, imóveis públicos são aquelas edificações construídas ou reformadas com dinheiro público; neste campo de etiquetagem há três pré-requisitos que devem ser atendidos para alcançar um nível de etiqueta; Sistema de iluminação, Condicionamento de ar e envoltória.

2.4.1 Sistema de iluminação

O uso da iluminação natural não está sendo aproveitado na maioria dos projetos. O uso desta origem de luminosidade deveria ser usado em conjunto com a luz artificial para que haja eficiência e economia, sem afetar a qualidade de utilização do espaço. Existem diversos modos para conciliar os dois tipos de iluminação, sendo assim, para se adequar as especificações necessita-se atender todos os pré-requisitos. (BRASIL, 2015)

Na classificação do sistema de iluminação o nível de qualidade de eficiência e separado pelas letras A até D, iniciando pela letra “A” os mais eficientes, para que um edifício possa receber letra “A” de eficiência em iluminação deve atender três requisitos, divisão dos

circuitos, contribuição da luz natural e desligamento automático do sistema artificial de iluminação. (BRASIL, 2015)

Além disto, para que a iluminação de uma edificação possa ser considerada eficiente esta necessita primeiramente obedecer aos critérios estabelecidos pela NBR ISO 8995-1. A norma é responsável por especificar os requisitos de iluminação para locais de trabalho internos, de forma que as pessoas possam desempenhar tarefas visuais de maneira eficiente, com conforto e segurança durante todo o período de trabalho/atividade (ABNT, 2013). Nela são determinados os valores mínimos de iluminância de acordo com o local e a atividade, a iluminância do entorno imediato, os níveis mínimos do Índice de Reprodução de Cor (IRC) das lâmpadas, além de indicações para temperatura de cor e condições gerais de instalação.

2.4.2 Condicionamento de ar

O condicionamento do ar promove conforto térmico para os ocupantes em um determinado ambiente quando as condições naturais não favorecem, em função do clima local e a finalidade da edificação. (BRASIL, 2015)

Em edificações públicas e comerciais o uso de condicionadores de ar é adotado devido a qualidade do ambiente, implicando no aumento de clientes ou produtividade. Estes aparelhos geram um dos maiores consumos da edificação. Na classificação de consumo os edifícios serão dispostos apenas da letra “A”, caso não atenda aos requisitos o edifício não poderá receber “A”. (BRASIL, 2015)

Um edifício será aceito na classe “A” de economia se atender dois pré-requisitos; isolamento térmico para dutos de ar, as tubulações devem ter isolamentos com espessura mínima sugerida no RTQ-C; Condicionamento por aquecimento artificial, avaliar os indicadores mínimos de eficiência dos aparelhos, ou seja, fazer uma relação entre o calor gerado e a energia consumida. (BRASIL, 2015)

2.4.3 Envoltória

A envoltória é um conjunto de elementos que se encarregam do fechamento de ambientes internos em relação ao externo do edifício, todo e qualquer elemento acima do solo que estiver em contato com o exterior pertencerão à envoltória. (BRASIL, 2015)

A classificação da envoltória é realizada através de três requisitos, onde, cada edifício se enquadrara em um nível de eficiência de A a D, sendo “A” o mais eficiente. (BRASIL, 2015)

Para que um edifício receba letra “A” deverá atender a transmitância térmica da cobertura e de paredes exteriores, troca de calor do ambiente externo com o interno, cores e absorbância de superfícies, relação das cores do edifício e calor absorvido, e iluminação zenital, iluminação natural que entra através de espaços superiores internos. (BRASIL, 2015)

A norma NBR 15220 determina as diretrizes construtivas de acordo com a zona bioclimática da edificação. Estas diretrizes estão relacionadas com as aberturas para a ventilação e as vedações externas da estrutura (paredes e cobertura). A avaliação das aberturas para ventilação é determinada pela relação percentual entre a área de abertura e a área de piso, enquanto a avaliação das vedações externas é dada através da análise dos índices de transmitância térmica (U), atraso térmico (𝜑) e fator solar (FS0) (ABNT, 2003).

2.5 AVALIAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENEGÉTICA – PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM

A avaliação da eficiência energética da edificação foi realizada utilizando a ferramenta online Webpescritivo, que foi desenvolvida pelo Laboratório de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE), no qual baseia-se no método prescritivo dos Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C).

Seguindo os critérios estabelecidos pelo PBE, a ferramenta efetua o cálculo da eficiência de forma separada para envoltória, iluminação e condicionamento de ar, e por fim fornece uma classificação geral para a edificação.

As subseções a seguir descrevem os dados de entrada requeridos pela ferramenta, bem como os métodos utilizados para estimar os índices necessários.

2.5.1 Envoltória

Para a avaliação da envoltória da edificação, é necessário selecionar a zona bioclimática do município, que é classificada de um a oito no Brasil e está relacionada à

região geográfica homogênea quanto aos elementos climáticos que interferem nas relações entre ambiente construído e conforto humano (NBR 15220).

Para a análise referente às trocas de calor do ambiente interno com o externo são necessários os cálculos das transmitâncias térmicas da cobertura e paredes, e também os valores de absortâncias das superfícies. O método para se estimar os índices de transmitância térmica (𝑈) teve como base o mesmo apresentado pela NBR 15220-2, sendo está definida como o inverso da resistência térmica total (𝑅 ) como demonstra a Equação 1:

𝑈 =

(1)

O valor de 𝑅 é calculado através da soma da resistência térmica de superfície a superfície (𝑅 ) e as resistências superficiais interna e externa (𝑅 e 𝑅 ), estão relacionadas com a direção do fluxo de calor. A Eq. (2) descreve o cálculo de 𝑅 , que se aplica para planos constituídos por camadas homogêneas e não homogêneas:

𝑅 = ⋯

⋯ (2)

Onde 𝐴 , 𝐴 , … , 𝐴 correspondem as áreas de cada seção e 𝑅 , 𝑅 , … , 𝑅 são as resistências térmica de superfície a superfície, perpendiculares ao fluxo de calor, de cada seção.

Para cada seção não homogênea, a resistência térmica de superfície a superfície é dada através da soma das resistências térmicas individuais de cada material e estas dependem da espessura (𝑒) e da condutividade térmica (𝜆) do material, como apresentado pela relação da Equação 3:

𝑅 =

(3)

Para se estimar o valor das absortâncias, segundo o Manual para Aplicação do RTQ-C (2017), deve-se calcular uma média das absortâncias das paredes e cobertura e ponderar pela área que ocupam, como descrito pela Eq. (4):

𝛼 =𝐴𝐴𝛼𝐴+𝐴𝐵𝛼𝐵+⋯+𝐴𝑁𝛼𝑁

Onde 𝐴 , 𝐴 , … , 𝐴 corresponde as áreas das superfícies externas e 𝛼 + 𝛼 + ⋯ + 𝛼 são as representam as absortâncias individuais.

Dados referentes às características das dimensões e aberturas da edificação também são solicitadas pela ferramenta, no qual são solicitados dados de Área Total Construída (Atot), Área Total de Projeção de Cobertura (Apcob), Volume Total da Edificação (Vtot), área da Envoltória (Aenv), Fator Solar, Percentual de Área de Abertura na Fachada Total (PAFT) e Fachada Oeste (PAFO) e Ângulos Verticais e Horizontais de Sombreamento (AVS e AVH).

2.5.2 Iluminação

Referente à iluminação, o software WebPrescritivo requer o fornecimento de informações como a divisão de circuitos, presença de iluminação natural e se há o desligamento automático das luminárias.

De maneira geral, por áreas ou atividade do edifício, também são solicitados os valores potência instalada e área total. Com base nestas informações o programa calcula a eficiência da edificação e retorna de acordo com a classificação de A a E.

Posterior a esta etapa e dependendo de seus resultados, é proposto um novo sistema de iluminação e o mesmo é novamente simulado no WebPrescritivo.

Para realização de uma proposta de melhoria nos sistemas de iluminação de algumas salas da escola foi levado em consideração os índices mínimos de iluminância, IRC e temperatura de cor, de acordo com atividade e ambiente, estabelecidos pela norma NBR ISO 8995-1. Tais indicações servem para garantir a qualidade da iluminação nos ambientes evitando que as atividades sejam realizadas sem demasiado esforço visual, ofuscamentos e distorção de cores sejam evitadas, dentre outros problemas que surgem com sistemas de iluminação ineficientes.

Para verificação das condições de iluminação atual das salas de aula, foi realizado o levantamento do tipo de lâmpada utilizada atualmente e a partir deste dado obtidos os valores de IRC e temperatura de cor.

A metodologia empregada para avaliar a proposta de melhoria no sistema de iluminação foi através de simulações no software Dialux. O software apresenta como resultado a média e a distribuição de iluminância no ambiente, na altura de trabalho pré-definida, utilizando como dados de entrada arquivos.ies de luminárias, que podem ser distribuídas em diferentes arranjos. Além disso, o software também considera a iluminação

natural do ambiente e desta forma, considerando o período de aula diurno, foram simulados quatro cenários diferentes, no qual se variou o nível de radiação solar incidente no dia, classificando o dia com céu claro ou céu encoberto, e também o horário de simulação, onde se optou por 09h00min e 16h00min horas.

As sugestões de novas alternativas para o projeto luminotécnico seguiram o critério de classificação de luminárias que apresentem maiores níveis de eficiência. A eficiência de uma lâmpada/luminária é definida como a razão entre o fluxo luminoso, dado em lumens, e a potência total, dado em Watts.

Para métodos de comparação da potência instalada, o sistema de iluminação atual também foi simulado no software com o número de lâmpadas que fazem com que este esteja de acordo com a norma NBR ISO 8995-1.

2.5.3 Condicionamento do ar

Para a etapa de condicionamento de ar foram inseridos na ferramenta o número de ares condicionado por sala, onde devem ser preenchidos de forma separada aqueles que são etiquetados e os que não são.

No caso da escola estudada todos os ares-condicionados possuem etiqueta e desta forma é necessário apenas indicar o tipo, que pode ser Split ou janela, sua capacidade de refrigeração e sua eficiência, e o programa retorna de forma automática a classificação concedida pelo INMETRO. Outro dado que deve ser incluído no software é a área útil do ambiente, que corresponde às áreas disponíveis para ocupação, e a área total condicionada do edifício.

Novamente para o caso dos ares-condicionados é avaliada, de acordo com os resultados, a viabilidade de alteração do sistema e, sendo necessária, é realizada uma proposta de melhoria e a mesma simulada no programa.

2.6 EDIFICAÇÕES PUBLICAS

Segundo Rocha (2012), as edificações publicas apresentam condições favoráveis para a redução do consumo de energia, após adotarem práticas de gerenciamento das instalações. Como a utilização de aparelhos eficientes, mudanças arquitetônicas e principalmente a mudança nos hábitos dos usuários. Uma vez adotado os princípios da

eficiência energética nas edificações, a variação na quantidade de energia utilizada e a economia, deverão ser imediatas.

Como exemplo das mudanças citadas a cima, em Campos Novos/SC encontra-se o prédio do Setor de Manutenção da Eletrosul. Como observado na figura 3 que segue.

Figura 3 - Prédio Setor de Manutenção da Eletrosul, Campos Novos/SC

Fonte: Eletrobrás, 2013.

Este é o primeiro a receber as Etiquetas Nacionais de Conservação de Energia (ENCE) com classificação A de eficiência energética pelo PBE, esta classificação foi abordada para as três categorias avaliadas para edificações de prédios comerciais: Climatização, Iluminação e Envoltória. (BRASIL, 2013)

Após a avaliação pelo Organismo de Inspeção em Eficiência Energética em Edificações, destaca-se: a utilização de luminárias eficientes e o uso de aparelhos de ar condicionado (split inverter) etiquetados com nível A pelo PBE; a adequação arquitetônica do prédio, utilizando ao máximo da luz natural, levando-se em consideração a posição geográfica, estratégias de sombreamento, utilização de blocos de concreto autoclavado, janelas de vidros duplos e telhas especificas. Ainda é utilizado como estratégia uma “Torre Sustentável” onde dispõem três reservatórios com: agua potável, agua de chuva e agua quente, cujo aquecimento é feito através de placas solares. Os efluentes são tratados através de fossas sépticas e filtragem por tanque de zoNa de raízes. (BRASIL, 2013)

Outro ponto importante a ser destacado, são os telhados, cuja parte voltada para o norte, possui uma inclinação propícia para o melhor aproveitamento dos raios solares. (BRASIL, 2013)

O modelo utilizado para implementação do prédio do setor de manutenção da Eletrosul, apresentou uma redução de 60% no consumo de energia, mostrando assim os benefícios da eficiência energética aplicada na construção civil. (Brasil,2013)

3 METODOLOGIA

Como base do presente trabalho foi desenvolvido inicialmente uma pesquisa bibliográfica embasada no tema, tendo como enfoque adquirir a fundamentação teórica necessária para uma pesquisa descritiva, cujo objetivo é otimizar os problemas relacionados a eficiência energética em edificações públicas, sendo por meio de observação, analise dos dados e descrições objetivas.

Sendo utilizada para a realização do trabalho uma investigação de abordagem qualitativa. Sendo assim, este trabalho denomina-se um estudo de caso, aplicado à uma edificação publica com objetivo de melhoria em eficiência energética.

Segundo Perovano (2014), a pesquisa descritiva tem por objetivo à identificação, registro e análise das características, fatores ou variáveis que se interligam com o fenômeno ou processo. Já o estudo de caso pode ser classificado quando, após a coleta de dados, é realizada uma análise das relações entre as variáveis para uma posterior determinação dos efeitos resultantes em uma empresa, sistema de produção ou produto. (PEROVANO, 2014).

Para o desenvolvimento do estudo as referências bibliográficas foram de livros, artigos e materiais na rede mundial de computadores.

3.1 DETERMINAÇÃO DO LOCAL A SER ANALISADO – ESTUDO DE CASO

O local a ser estudado é a Escola de Educação Básica Lino Pessoa, possui atualmente, uma unidade, localizada em Tubarão. Neste item, será especificado e detalhado sobre a unidade de ensino.

3.1.1 Histórico da escola

Há cerca de 80 anos atrás a E. E. B. Lino Pessoa foi fundada pela prefeitura municipal de Tubarão. A escola, que está localizada no antigo bairro “Ilhota”, atual “Monte Castelo”, realizava suas atividades em uma casa de madeira cedida pelo Sr. Urbano Parise e tinha como professora Nagib Cardoso Bernardini. Em 1936 as atividades passaram a ser efetuadas em uma casa de alvenaria, cedida pelo Sr. Martinho Bressan. No decorrer dos anos a escola recebeu visita do Inspetor Estadual Adriano Mosmann, que constatou que a professora atendia um número elevado de alunos e mostrou a necessidade de alteração do órgão responsável, de Municipal para Estadual, sendo este realizado em 12 de maio de 1937.

3.1.2 Localização e estrutura da escola

Como ilustrado na Figura 4, a E. E. B. Lino Pessoa está localizada na Rua

Geremias Bristot, 361, Monte Castelo, município de Tubarão/SC:

Figura 4 - Localização da E. E. B. Lino Pessoa

Fonte: Google maps, 2018.

Atualmente, a escola possui um terreno de 1.451 m² com uma edificação de dois pisos. No pavimento piso encontra-se a sala dos professores, as salas relacionadas a administração, laboratório de Informática e de Ciências, sala para o SAEDE (Serviço de Atendimento Educacional) e para o PENOA (Programa Estadual Novas Oportunidades de Aprendizagem), Biblioteca, sala de Arte e de Educação Física, banheiros para alunos e professores, cozinha, refeitório, cantina e depósitos. Já o piso superior é constituído por oito salas de aula, uma sala de Recursos Didáticos e Brinquedoteca, banheiros para alunos e um auditório.

3.1.3 Consumo de Energia Elétrica

A distribuidora de energia responsável pelo fornecimento para a E. E. B. Lino Pessoa é uma das unidades das Centrais Elétricas de Santa Catarina S.A. (CELESC), que está situada no munícipio de Tubarão.

Tabela 2 - Perfil de consumo elétrico anual da E. E. B. Lino Pessoa. Mês Consumo kWh Novembro 2017 4.672 kWh Dezembro 2017 4.358 kWh Janeiro 2018 1.518 kWh Fevereiro 2018 1.379 kWh Março 2018 5.812 kWh Abril 2018 5.641 kWh Maio 2018 5.222 kWh Junho 2018 2.645 kWh Julho 2018 1.468 kWh Agosto 2018 2.325 kWh Setembro 2018 2.435 kWh Outubro 2018 3.615 kWh Fonte – Do autor (2018)

Conforme observa-se na tabela acima, a mesma apresenta uma variação significativa entre os meses do ano.

Nos meses de Janeiro, Fevereiro e Julho apresentam um consumo menor, visto que estes meses são o período de férias escolar. Já nos meses de Março, Abril, Novembro e Dezembro, observa-se um consumo elevado de energia, os meses respectivos são o período de temperaturas elevadas, sendo assim os ares condicionados ficam ligados durante todo o período de aula.

Na tabela observa também os meses onde o consumo é intermediário, visto que são meses letivos, porem apresentam temperaturas amenas. São eles: Junho, Agosto, Setembro. Já no mês de Outubro encontramos um pequeno aumento no consumo, no respectivo mês as temperaturas já começam a elevar-se, e iniciando assim o uso dos ares condicionados.

Considerando que os principais gastos de energia na escola são referentes ao consumo relacionado à iluminação e climatização, este trabalho possui foco na eficiência energética destes sistemas. Sendo assim, de forma a apresentar tal relevância, é descrito na Tabela 3 o número de lâmpadas e aparelhos de ar condicionado presentes nos ambientes internos da escola, bem como a potência total instalada referente aos dois sistemas.

Tabela 3 - Dados de lâmpadas e ares-condicionados Ambiente Área [m2_] Iluminação Climatização 𝑷_{𝒊𝒏𝒔𝒕} Total [W] Nº de lâmpadas 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 [W] _{condicionados} Nº de ar 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 [W] Sala 1 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 2 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 3 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 4 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 5 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 6 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 7 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 8 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 9 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 Sala 10 46,6 12 480 1 1951,85 2431,85 BWC 1 19,58 2 80 - - - BWC 2 23,55 2 80 - - - BWC 3 14,63 2 80 - - - BWC 4 14,63 2 80 - - - BWC 5 4,55 1 40 - - - BWC 6 4,55 1 40 - - - Corredor 1 120,82 12 480 - - - Corredor 2 134,18 16 640 - - - Auditório 138,71 20 800 3 5855,55 6655,55 Sala da direção 15,89 4 160 1 1951,85 2111,85

Sala dos professores 28,91 6 240 1 1951,85 2191,85

Secretaria 1 18,85 4 160 1 1951,85 2111,85 Secretaria 2 11,15 4 160 1 1951,85 2111,85 Cozinha 35,78 4 160 - - - Refeitório 1 144,26 18 720 - - - Refeitório 2 8 2 80 - - - Biblioteca 46,6 8 320 1 1951,85 2271,85 Hall 8 2 80 - - - Escadaria 1 29,5 4 160 - - - Escadaria 2 27,82 4 160 - - - Elevador 2,71 2 80 - - - Depósito 12,46 2 80 - - - Sala de informática 46,6 12 480 - - - Sala de ciências 46,6 12 480 - - - Fonte – Do autor (2018)

3.2 PROPOSTAS DE MELHORIA NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA EDIFICAÇÃO

As propostas de alterações na edificação basearam-se em uma seleção de acordo com o desempenho esperado, viabilidade e de fácil implementação.

Considerando a dificuldade de se fazer alterações na estrutura de uma escola por se tratar de edificação pronta e vinculada ao sistema estadual de ensino, a sugestão de modificação na envoltória se focou no isolamento da cobertura, que pode ser efetuada por meio da implementação de um material isolante, que tem como característica a baixa condutividade térmica, e que sob telhados são de fácil colocação. Sugere-se como exemplos que podem ser utilizados, os isolantes como lã de rocha, lã de vidro, poliestireno ou mantas térmicas.

Para os sistemas de iluminação e climatização foram sugeridos a troca das luminárias e ares-condicionados usando como principal critério a escolha por produtos com maiores níveis de eficiência.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com base nos métodos de avaliação de eficiência energética da envoltória, iluminação e condicionamento de ar descritos na pesquisa, são apresentados nas subseções a seguir os resultados referentes a cada análise.

4.1 ENVOLTÓRIA

A Figura 5 ilustra a divisão das zonas bioclimáticas no Brasil, no qual se observa, Tubarão está localizada na zona 2.

Figura 5 - Zonas Bioclimáticas no Brasil

Fonte – NBR 15220-3

Para o cálculo da transmitância térmica das paredes e cobertura, foram consideradas as características térmicas e dimensionais do tijolo, argamassa, reboco, telha de fibrocimento e concreto comum, existentes na edificação, como apresentado na Tabela 4:

Tabela 4 - Característica térmica e dimensional dos materiais da envoltória Material 𝜆 [W/mK] 𝑒 [m] Tijolo 0,9 0,115 Argamassa 1,15 0,115 Reboco 1,15 0,02 Fibrocimento 0,65 0,008 Concreto normal 1,75 0,3

Fonte - Tabela B.3 da NBR 15220 e do autor (2018).

Além destes, também foi considerada a resistência térmica da câmara de ar presente nos tijolos e entre a estrutura de concreto e a telha, que de acordo com a Tabela B.1 da NBR 15220 para espessura entre 2 e 5 cm com direção do fluxo de calor horizontal é de 0,16 m2_{K/W e para espessura superior a 5 cm com direção do fluxo de calor descendente é de} 0,21 m2_K/W.

Os dados de resistência térmica superficial interna e externa utilizados são apresentados na Tabela 5:

Tabela 5 - Resistência térmica superficial interna e externa

Direção do Fluxo de calor 𝑅 [m2_{K/W] 𝑅 [m}2_K/W]

Horizontal 0,13 0,04

Ascendente 0,10 0,04

Descendente 0,17 0,04

Fonte - adaptado da Tabela A.1 da NBR 15220

Com base nos valores descritos, os resultados da transmitância térmica para as paredes e cobertura foram 2,338 W/m2_{K e 1,656 W/m}2_{K, respectivamente.}

Para o cálculo da absortância das paredes e cobertura foram necessários os dados absortância da superfície e a área total correspondente, como apresentado na Tabela 6:

Tabela 6 - Dados de absortância e áreas superficiais

Tipo de superfície 𝛼 𝐴 [m2] Marfim 0,406 691,61 Vidro incolor 0,20 198,00 Chapas de fibrocimento 0,95 794,76

Utilizando os dados de absorbância e áreas descritos, os valores de absortância total para as paredes e cobertura foram respectivamente, 36,01% e 95%.

Outra informação requerida pela WebPrescritivo que depende de propriedades do material empregado é o índice FS das aberturas, no qual o valor utilizado neste trabalho correspondeu ao material mais próximo ao encontrado fornecido pelo Catálogo de Propriedades Térmicas e Óticas de Vidros Comercializados no Brasil (2015).

A Figura 6 apresenta a simulação realizada considerando os índices descritos e o restante dos dados requeridos pela ferramenta:

Figura 6 - Simulação da envoltória atual- WebPrescritivo

Fonte - Do autor (2018)

De acordo com a simulação o nível de eficiência foi limitado pela transmitância térmica da cobertura. Desta forma, como sugestão de adequação, foi avaliada a envoltória da edificação com a implementação de isolamento utilizando lã de rocha.

O dado de condutividade térmica utilizado para se estimar a transmitância térmica da cobertura foi obtido pela Tabela B.3 da NBR 15220, no qual foi considerado o valor de 0,045 W/mK.

Figura 7 - Simulação da envoltória proposta - WebPrescritivo

Fonte - Do autor (2018)

A partir da simulação verificou-se que apenas esta alteração não é suficiente para aumentar a classificação da envoltória, contudo a redução da transmitância térmica melhora consideravelmente o conforto térmico no interior da edificação, de 1,65 w/m²K paa 0,67 w/m²K.

4.2 ANÁLISE LUMINOTÉCNICA

Os dados de iluminação preenchidos na ferramenta WebDescritivo e o resultados da performance é apresentado na Figura 8, onde verifica-se que a edificação não possui um bom sistema de iluminação, atingindo a classificação D.

Figura 8 - Simulação da iluminação atual- WebPrescritivo

Fonte - Do autor (2018)

Diante disto, foi realizada concomitantemente uma análise perante a norma de iluminação e propostas de melhoria são sugeridas para a adequação da mesma.

A Tabela 7 apresenta os índices mínimos estabelecidos pela norma NRB ISO 8995-1 para ambientes de sala de aula, área onde situa-se o quadro negro, sala dos professores, auditório (teatros e salas de concerto) e direção que tem como atividade escrever, teclar, ler e processar dados:

Tabela 7 - Índices de iluminância média e IRC - NBR ISO 8995-1

Tipo de ambiente, tarefa ou atividade 𝑬𝒎 [lux] IRC

Sala de aula 300 80

Quadro negro 500 80

Sala dos professores 300 80

Teatros e salas de concerto 200 80

Escrever, teclar, ler, processar dados 500 80

Fonte – NBR ISO 8995-1 (2013).

Os resultados de iluminância média das salas obtidas através de medições realizadas pelos autores são os apresentados na Tabela 8:

Tabela 8 - Índices de iluminância média - Medições

Tipo de ambiente, tarefa ou atividade 𝑬𝒎 [lux]

Sala de aula 752

Quadro negro 489

Sala dos professores 320

Auditório 457

Direção 363

Fonte – Do autor (2018)

De acordo com os índices medidos conclui-se que a maioria dos ambientes da escola estão dentro do padrão estabelecido, ainda que estando na maioria das vezes como níveis muito acima, indicando um sobre dimensionamento. Contudo, observaram-se na sala de Direção e próximo ao quadro negro índices abaixo do determinado pela norma, sendo inadequados para as atividades realizadas nestes locais.

Para que possam ser efetuadas as sugestões de melhoria, além das medições, o atual padrão do sistema de iluminação das salas de aula foi simulado no software Dialux, para isto realizou-se previamente um levantamento das luminárias nos ambientes avaliados.

A verificação das luminárias instaladas no edifício constatou um padrão no qual se observaram luminárias simples, sem espelhamento ou refletores, com capacidade de duas lâmpadas cada uma. As lâmpadas utilizadas nos ambientes da unidade escolar são todas de tecnologia fluorescente tubular, onde se destacou o modelo FL40T10-6 60 HZ da marca NSK, devido a sua grande abundancia e prevalência perante as outras.

A Figura 9 ilustra em a) o tipo de luminária e sua distribuição em uma sala de aula e em b) o modelo de lâmpada utilizada.

Figura 9 – Sistema de iluminação atual e modelo da lâmpada – FL40T10-6

Fonte – Do autor (2018).

A lâmpada que é empregada no local possui potência total de 40 W e fluxo luminoso de 2.700 lm e com base no modelo verifica-se que os índices de IRC e temperatura de cor, apresentam valores respectivos de 70-79% e 6500 K, estando o primeiro abaixo do nível estabelecido pela norma.

Utilizando o arquivo de uma luminária com as mesmas características descritas, foram simulados no DiaLux o sistema de iluminação de algumas salas da escola. A Figura 10 ilustra os objetos e luminárias no ambiente simulado para o caso atual das salas de aula:

Figura 10 - Sistema de iluminação atual das salas de aula - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018).

Na análise realizada as salas de aula foram divididas em dois tipos, sendo classificadas de acordo com a orientação das janelas, onde metade está direcionada para o Norte e o restante está direcionada para o Sul.

A Figura 11 apresenta a distribuição de iluminância atual de uma sala de aula com as janelas direcionadas para o Norte, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.

Figura 11 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação norte) - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018).

A mesma simulação foi realizada para as salas de aula com orientação das janelas para o Sul, no qual a) representa um dia com céu claro as 9h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.

Figura 12 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação sul) - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018)

A Tabela 9 apresenta de forma complementar os índices de iluminância observados nas mesas e no quadro negro, além da média de todo o ambiente fornecido pelo software, para as duas categorias de sala:

Tabela 9 - Iluminância média das mesas, quadro negro e ambiente para o sistema de iluminação atual - Simulação Dialux

Orientação janelas

Dia

característico Horário [hr]

𝑬_𝒎 [lx]

Mesas Quadro negro Ambiente

Norte

Céu claro 9h00min 500-1500 400 873

16h00min 500-1500 500 800

Céu encoberto _16h00min 9h00min 400-1500 _400-1000 400 ₃₀₀ 556 ₅₀₂

Sul

Céu claro _16h00min 9h00min 500-1000 _500-1000 400 ₅₀₀ 743 ₇₃₀ Céu encoberto _16h00min 9h00min 300-1500 _400-1000 400 ₃₀₀ 624 ₅₈₉

Analisando os resultados obtidos, confirmam-se que em todos os casos a sala de aula obedece aos níveis estabelecidos pela norma nas mesas, apresentando inclusive índices bastante elevados principalmente para as mesas próximas as janelas. Nestes casos seria recomendável, para um consumo eficiente, o desligamento das luminárias próximas a elas. Contudo, verificou-se que tal comportamento não se torna possível, pois as salas de aula possuem circuitos perpendiculares às janelas e não paralelas, que seria o ideal.

Outro problema identificado é que quadro negro não alcançou o índice mínimo estabelecido em diversos cenários, necessitando de mais uma luminária próxima ao mesmo para ficar de acordo com a norma e assim poder ser comparado à nova tecnologia de iluminação proposta. A Figura 13 ilustra as simulações em que a iluminância é atendida, no qual foi considerado o pior cenário, dia com céu encoberto as 16h00min horas, paras as salas orientadas para o norte (a) e para o sul (b):

Figura 13 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula atendendo a norma - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018)

Para a melhoria do sistema de iluminação foi proposta a substituição das luminárias nas salas de aula, sugerindo também a troca da tecnologia de fluorescente para diodo emissor de luz (LED, do inglês Light Emitting Diode). Para todas as salas foram sugeridos dois modelos de luminárias que são selecionadas e distribuídas de acordo com a necessidade. A Tabela 10 destaca os principais dados dos modelos propostos:

Tabela 10- Dados dos modelos de luminárias propostas Marca/ Modelo Potência [W] Fluxo luminoso [lm] IRC Temperatura de cor [K] Eficiência [lm/W] Lumicenter / EAA03 – S3500840 37 3.400 >80 4000 92 Itaim / Dorah-S-PQ 9 806 >80 4000 89 Fonte – ITAIM (2018)

Analisando os dados apresentados, observa-se que foram selecionadas luminárias que atendem o valor mínimo de IRC e apesar de a norma não estabelecer nada referente à temperatura de cor, optou-se por manter uma padronização e com isso minimizar o desconforto visual nas salas. Vale destacar que o principal critério para a escolha das luminárias foram os valores de eficiência, que neste caso se mostraram superiores ao da lâmpada empregada atualmente na escola, que é de 67,5 lm/W. A Figura 14 apresenta os modelos de luminárias descritos:

Figura 14 - Luminárias proposta

Fonte – LUMICENTER; ITAIM (2018).

Para as salas de aula, considerando o maior nível de iluminância requerido próximo ao quadro negro, foram propostas três luminárias do modelo Lumicenter / EAA03 – S3500840 na parte da frente da sala e seis luminárias do modelo Dorah-S-PQ no meio e final da sala, como ilustrado na Figura 15.

Figura 15 - Sistema de iluminação proposto para as salas de aula - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018).

Os resultados de iluminância considerando o novo sistema de iluminação para as salas com orientação das janelas para o norte e sul são apresentados, respectivamente, nas Figuras 16 e 17. Onde a) representa um dia com céu claro as 9h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.

Figura 16 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para salas de aula (orientação norte) - Simulação Dialux

Fonte – Do autor (2018)

Figura 17 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para as salas de aula (orientação sul) - Simulação Dialux