UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo
Dissertação
Relação custo-benefício de medidas de conservação de energia em retrofit de edifício de escritórios na zona bioclimática 02
Isabel Piúma Gonçalves Pelotas, RS, 2017
Isabel Piúma Gonçalves
Relação custo-benefício de medidas de conservação de energia em retrofit de edifício de escritórios na zona bioclimática 02
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Arquitetura e Urbanismo.
Linha de Pesquisa: Conforto e Sustentabilidade do Ambiente Construído
Orientador: Prof. Eduardo Grala da Cunha (UFPEL) Co-Orientador: Prof. Paulo Afonso Rheingantz
Isabel Piúma Gonçalves
Relação custo-benefício de medidas de conservação de energia em retrofit de edifício de escritórios na zona bioclimática 02
Dissertação aprovada, como requisito parcial, para obtenção do grau de Mestre em Arquitetura e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Pelotas.
Data da Defesa: 23 de maio de 2017 Banca examinadora:
Prof. Dr. Eduardo Grala da Cunha (Orientador)
Doutor em Arquitetura pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Dr. Paulo Afonso Rheingantz (Co-Orientador)
Doutor em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Rio de Janeiro
Prof.ª Dr.ª Celina Maria Britto Correa
Doutora em Arquitetura pela Universidade Politécnica de Madrid
Prof.ª Dr.ª Isabel Tourinho Salamoni
Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina
Prof. Dr. Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos
Agradecimentos
Aos meus pais, Carlos Eduardo e Maria Iva, por me proporcionarem condições de continuar estudando, por acreditarem em mim e sempre incentivarem o meu crescimento profissional.
Às minhas avós Olinda (in memorian) e Therezinha (in memorian) que sempre foram grandes exemplos de vida.
Às minhas irmãs, Débora e Helena, pela presença e apoio de sempre.
Aos meus sobrinhos, Manuela, Laura e Henrique, pela expressão mais pura e sincera de amor que conheço.
Ao meu namorado Diego, pelo companheirismo, paciência e apoio imensurável em todos os momentos.
A toda a minha família e amigos, por entenderem a minha ausência e incentivarem a realização deste propósito de vida.
Ao meu orientador Eduardo, por todos os conhecimentos transmitidos e por acreditar no meu trabalho.
Ao meu co-orientador Paulo Afonso, pelos seus ensinamentos, incentivo e por sua importante contribuição ao trabalho.
Aos professores do PROGRAU e da FAURB, por todos os conhecimentos transmitidos ao longo desses anos.
A todos os colegas do LABCEE, pelo agradável convívio e troca de experiências. Em especial ao Rodrigo, Raquel, Carolina B., Renata, Oberdan e Jaqueline por me auxiliarem tão solicitamente durante a realização do trabalho.
À equipe do LINSE, em especial à Juliana Pouey, pelo fornecimento das plantas da edificação e empréstimo de equipamento.
À CAPES, pela concessão da bolsa de estudos.
A todos que contribuíram para a realização do presente trabalho. Muito obrigada!
As pessoas mais felizes e realizadas são as que sabem aonde querem chegar e têm metas. Podemos alcançar nossos objetivos de forma mais ou menos eficaz, mas o fato de termos vivido em função de algo acrescenta um valor inestimável à nossa existência.
Resumo
GONÇALVES, Isabel Piúma. Relação custo-benefício de medidas de conservação de energia em retrofit de edifício de escritórios na zona bioclimática 02. 2017. 144 f. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2017.
O projeto de edificações adequadas ao clima é imprescindível, devido, principalmente, à necessidade de diminuição do consumo de energia nos edifícios. No caso de edificações existentes e ineficientes energeticamente, é indicado o retrofit para elevar o nível de eficiência energética e melhorar o conforto térmico. De acordo com a Norma de Desempenho de Edificações, o retrofit é definido como a ―Remodelação ou atualização do edifício ou de sistemas, através da incorporação de novas tecnologias e conceitos, normalmente visando valorização do imóvel, mudança de uso, aumento da vida útil, eficiência operacional e energética‖ (NBR 15575-1, 2013, p. 07). Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é produzir sugestões de possíveis medidas de conservação de energia (MCE) em retrofit para um edifício de escritórios na zona bioclimática 02, relacionando o nível de eficiência energética e sua análise econômica, verificando a relação custo-benefício das possíveis MCEs. O método é composto pelas seguintes etapas: revisão de literatura, análise tipológica dos edifícios em altura com uso comercial na zona central de Pelotas, escolha do estudo de caso, análise das condições de uso e ocupação do edifício escolhido, modelagem e configuração do edifício existente, verificação do nível de eficiência energética do edifício existente (RTQ-C), diagnóstico energético e verificação das possíveis MCEs aplicáveis no retrofit, implantação das MCEs com a análise do nível de eficiência energética (RTQ-C) e análise da viabilidade econômica de cada MCE. Os resultados do trabalho demonstram quais as medidas que proporcionaram maior economia de energia e melhor custo-benefício, no âmbito da envoltória, do sistema de iluminação, climatização, equipamentos e sistemas. As medidas que se apresentaram mais vantajosas com ganhos expressivos e que compensaram o investimento, foram: o uso do isolante térmico XPS na cobertura, a instalação do sistema de dimerização e a implantação de painéis fotovoltaicos na cobertura da edificação.
Palavras-chave: Retrofit; Simulação computacional; Desempenho termoenergético; Análise econômica.
Abstract
GONÇALVES, Isabel Piúma. Cost-effectiveness of energy conservation measures in office building retrofit in bioclimatic zone 02. 2017. 144 f. Dissertation (Master Degree em Arquitetura e Urbanismo) – Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2017.
The design of buildings adapted to the climate is essential, mainly due to the need to reduce energy consumption in buildings. In the case of existing and energy-inefficient buildings, retrofit is indicated to raise the level of energy efficiency and improve thermal comfort. According to the Building Performance Standard, retrofit is defined as the "Remodeling or upgrading of the building or systems, through the incorporation of new technologies and concepts, usually aimed at valuing the property, change of use, increase of the useful life, Operational efficiency and energy "(NBR 15575-1, 2013, page 07). In this context, the objective of this work is to produce suggestions of possible energy conservation measures (MCE) in retrofit for an office building in the bioclimatic zone 02, relating the level of energy efficiency and its economic analysis, verifying the cost-benefit ratio of possible MCEs. The method is composed of the following steps: literature review, typological analysis of buildings in height with commercial use in the central area of Pelotas, choice of case study, analysis of the conditions of use and occupation of the chosen building, modeling and configuration of the existing building , Verification of the energy efficiency of the existing building (RTQ-C), energy diagnosis and verification of the possible MCEs applicable to retrofit, implementation of MCEs with analysis of the energy efficiency level (RTQ-C) and analysis of the economic feasibility of each MCE. The results of the work demonstrate the measures that provided greater energy savings and better cost-benefit, within the envelope, of the lighting system, air conditioning, equipment, and systems. The measures that were most advantageous with significant gains and that offset the investment were: the use of the XPS thermal insulation in the roof, the installation of the dimerization system and the implantation of photovoltaic panels in the roof of the building.
Keywords: Retrofit; Computer simulation; Thermoenergetic performance; Economic analyses.
Lista de Figuras
Figura 1: Fases-chave em um programa de retrofit de construção sustentável ... 31
Figura 2: Elementos-chave que influenciam o retrofit de edificações ... 32
Figura 3: Reabilitação energética de edificações na Europa ... 33
Figura 4: Escritórios Centrais da Alberici - Saint Louis ... 41
Figura 5: Etapas de uma simulação computacional de eficiência energética ... 52
Figura 6: Mapa conceitual do método ... 53
Figura 7: Definição do nível de eficiência energética pelo método de simulação... 59
Figura 8: Espectrômetro ALTA II ... 62
Figura 9: Levantamento das edificações em altura na microrregião CE. 3.3 ... 70
Figura 10: Edifício Banco do Brasil ... 72
Figura 11: Edifício Panoramic Center ... 72
Fig.12: Ed. Panoramic Center ... 74
Fig.13: Fachada Noroeste ... 74
Fig.14: Fachada Sudoeste ... 74
Figura 15: Planta baixa do pavimento térreo ... 75
Figura 16: Planta baixa do pavimento tipo ... 76
Figura 17: Edifício modelado no Sketchup 2015 ... 80
Figura 18: Conforto Adapt. 501 (ed. real) ... 88
Figura 19: Conforto Adapt. 702 (ed. real) ... 88
Figura 20: Conforto Adapt. 501 (Alta DCI) ... 90
Figura 21: Conforto Adapt. 702 (Alta DCI) ... 90
Figura 22: Trocas térmicas pelos vãos envidraçados no solstício de inverno ... 91
Figura 23: Trocas térmicas pelos vãos envidraçados no solstício de verão ... 91
Figura 24: Trocas térmicas pelas superfícies opacas no solstício de inverno ... 92
Figura 25: Trocas térmicas pelas superfícies opacas no solstício de verão ... 92
Figura 26: Medidas de conservação de energia para o retrofit ... 94
Figura 27: Fachada NE-21/12-08h ... 98
Figura 28: Fachada NE-21/12-12h ... 98
Figura 29: Fachada NO–21/12–14 h ... 98
Figura 30: Fachada NO–21/12–19 h ... 98
Figura 31: Fachada SO-21/12-16 h ... 98
Fig.33:Fachada Nordeste ... 99 Fig.34:Fachada Noroeste ... 99 Fig.35:Fachada Sudoeste ... 99 Fig.36:Fachada Nordeste ... 99 Fig.37:Fachada Noroeste ... 99 Fig.38:Fachada Sudoeste ... 99
Figura 39: Brise Nordeste... 100
Figura 40: Brise Noroeste... 100
Figura 41: Brise Sudoeste ... 100
Figura 42: Brise otimizado fachada NE - solstício de inverno às 08h (A) e às 12h (B) ... 102
Figura 43: Brise otimizado fachada NE - solstício de verão às 08h (A) e às 12h (B) ... 102
Figura 44: Geometria dos brises otimizados para a fachada nordeste ... 103
Figura 45: Brise otimizado fachada NO - solstício de inverno às 14h (A) e às 19h (B) ... 104
Figura 46: Brise otimizado fachada NO - solstício de verão às 14h (A) e às 19h (B) ... 104
Figura 47: Geometria dos brises otimizados para a fachada noroeste ... 104
Figura 48: Brise otimizado fachada SO - solstício de inverno às 16h (A) e às 19h (B) ... 106
Figura 49: Brise otimizado fachada SO - solstício de verão às 16h (A) e às 19h (B) ... 106
Figura 50: Geometria dos brises otimizados para a fachada sudoeste ... 106
Figura 51: Conforto Adapt. 501 (c/ brises) ... 108
Figura 52: Conforto Adapt. 702 (c/ brises) ... 108
Figura 53: Identificação dos revestimentos existentes ... 109
Figura 54: Composição do vidro duplo insulado ... 112
Figura 55: Composição do vidro verde ... 112
Figura 56: Composição do vidro reflexivo ... 113
Figura 57: Gráfico da radiação inclinada incidente sobre a cobertura ... 117
Figura 58: Disposição dos painéis fotovoltaicos na cobertura ... 117
Figura 59: Gráfico da radiação inclinada incidente sobre a fachada nordeste ... 119
Figura 61: Disposição dos painéis nas fachadas noroeste (A) e nordeste (B) ... 120
Figura 62: Gráfico da economia obtida com cada MCE ... 123
Lista de Quadros Quadro 1: Benefícios da modernização do sistema de iluminação ... 34
Quadro 2: Sistemas de avaliação de desempenho energético das edificações ... 45
Quadro 3: Ficha Técnica do edifício Panoramic Center ... 74
Quadro 4: Síntese das entrevistas realizadas ... 74
Quadro 5: Parâmetros para a simulação do edifício existente ... 81
Quadro 6: Parâmetros para a simulação dos modelos de referência ... 83
Quadro 7: Análise do EqNumV – Classificação final ... 89
Lista de Tabelas Tabela 1: Funcionamento do dimmer e potência da lâmpada ... 38
Tabela 2: Análise estatística das entrevistas... 77
Tabela 3: Propriedades térmicas dos materiais ... 82
Tabela 4: Variáveis de Cálculo ... 84
Tabela 5: Área envidraçada por fachada para cada nível de eficiência ... 87
Tabela 6: Síntese do consumo energético anual para cada hipótese ... 87
Tabela 7: Análise dos coeficientes de sombreamento–brise otimizado nordeste ... 103
Tabela 8: Análise dos coeficientes de sombreamento–brise otimizado noroeste ... 105
Tabela 9: Análise dos coeficientes de sombreamento–brise otimizado sudoeste ... 107
Tabela 10: Análise do consumo do edifício com brises em relação ao caso base .. 107
Tabela 11: Informações adicionais para simulação dos vidros ... 126
Tabela 12: Verificação da economia de energia obtida ... 122
Tabela 13: Cálculo do Payback simples ... 123
Tabela 14: Cálculo do Payback descontado ... 125
Lista de Abreviaturas e Siglas
Abreviaturas Gerais
AHS Ângulo Horizontal de Sombreamento
AQUA Alta Qualidade Ambiental
AVS Ângulo Vertical de Sombreamento
BIM Building Information Modeling
CEC Custo de Energia Conservada
COP Coeficiente de Performance
DCI Densidade de Carga Interna
DPI Densidade de Potência de Iluminação
EMS Energy Management System
ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia EPBD Energy Performance of Buildings Directive ETICS External Thermal Insulation Composite System
FA Fator Altura
FF Fator de Forma
FS Fator Solar
IC Indicador de Consumo da Envoltória
Ic Índice de Compacidade
LEED Leadership in Energy and Environmental Design
MCE Medida de Conservação de Energia
NBR Norma Brasileira Regulamentadora
PAFT Percentual de Área de Abertura na Fachada Total PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem
RTQ-C Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
RTQ-R Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais
SCE Sistema de Certificação Energética dos Edifícios
SIG Sistema de Informação Geográfica
VRF Fluxo Refrigerante Variável
ZPPC Zona de Preservação do Patrimônio Cultural
Entidades e Instituições
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
APEMIP Associação dos Profissionais e Empresas de Mediação Imobiliária de Portugal
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
CB3E Centro Brasileiro de Eficiência Energética em Edificações FAURB Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
GT-Edificações Grupo Técnico para Melhoria da Eficiência Energética nas Edificações no País
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INEE Instituto Nacional de Eficiência Energética
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
ISO International Standard Organization
LABCEE Laboratório de Conforto e Eficiência Energética
LabUrb Laboratório de Urbanismo
LINSE Laboratório de Inspeção de Eficiência Energética em Edificações
PROGRAU Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo SINDUSCON-RS Sindicato das Indústrias da Construção Civil no Estado do
Rio Grande do Sul
UFPEL Universidade Federal de Pelotas USGBC U.S. Green Building Council
Sumário 1. INTRODUÇÃO ... 18 1.1. Apresentação do Tema ... 18 1.2. Motivação e Justificativa ... 21 1.3. Delimitação do problema ... 21 1.4. Objetivos da pesquisa ... 22 1.4.1. Objetivo geral ... 22 1.4.2. Objetivos específicos ... 22 1.5. Contribuições esperadas ... 22 2. REVISÃO DA LITERATURA ... 23
2.1. O projeto arquitetônico e a interface com a eficiência energética ... 23
2.2. O projeto eficiente energeticamente... 25
2.3. Os edifícios comerciais e a eficiência energética ... 28
2.4. O processo de Retrofit ... 30
2.5. Estratégias e possibilidades para o retrofit ... 36
2.6. Os custos do edifício eficiente energeticamente ... 39
2.7. Avaliação de desempenho energético de edificações ... 43
2.8. Auditoria Energética ... 47
2.9. Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C) ... 48
2.10. Simulação computacional para análise de eficiência energética de edificações ... 50
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 53
3.1. Etapas da pesquisa ... 54
3.2. Análise das edificações em altura com uso comercial em Pelotas – seleção da amostra e escolha do estudo de caso ... 55
3.4. Modelagem e configuração do edifício existente ... 58
3.5. Verificação do nível de eficiência energética do edifício existente ... 59
3.5.1. Modelagem e configuração dos edifícios de referência ... 60
3.6. Diagnóstico energético e verificação das medidas de conservação de energia aplicáveis no retrofit... 61
3.6.1. Diagnóstico energético com ênfase na envoltória ... 61
3.6.2. Diagnóstico energético com ênfase em equipamentos e sistemas ... 66
3.7. Implantação das medidas de conservação de energia e análise do nível de eficiência energética de acordo com o RTQ-C ... 66
3.8. Análise da viabilidade econômica de cada uma das medidas de conservação de energia propostas ... 67
4. ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 69
4.1. Análise dos edifícios em altura – delimitação da amostra total ... 69
4.2. Escolha do estudo de caso ... 71
4.2.1. Caracterização da edificação escolhida ... 73
4.3. Análise das condições de uso e ocupação do edifício escolhido ... 77
4.4. Modelagem e configuração do edifício existente ... 80
4.5. Verificação do nível de eficiência energética do edifício existente ... 82
4.5.1. Cálculo do novo PAFT ... 84
4.5.2. Criação da Envoltória de Referência ... 86
4.5.3. Simulação e definição dos níveis de eficiência energética ... 87
4.5.4. Interferência da densidade de carga interna no percentual de horas ocupadas em conforto ... 89
4.6. Diagnóstico energético e definição das MCEs utilizadas no retrofit .... 90
4.6.1. Intervenções na envoltória ... 94
4.6.1.1. Utilização de brise-soleil ... 94
4.6.1.2. Composição dos fechamentos opacos ... 95
4.6.1.2.2. Isolamento da cobertura ... 95
4.6.1.2.3. Isolamento das paredes (capoto) ... 95
4.6.1.3. Composição dos fechamentos transparentes ... 96
4.6.2. Intervenções nos equipamentos (elevadores) ... 96
4.6.3. Intervenções no sistema de iluminação ... 96
4.6.4. Intervenções nos mecanismos de climatização ... 96
4.6.5. Intervenções nos sistemas ... 97
4.7. Implantação das medidas de conservação de energia e análise do nível de eficiência energética ... 97
4.7.1. Utilização de sistema de proteção solar ... 97
4.7.1.1. Otimização dos brises: Análise com a ferramenta Solar Tool ... 101
4.7.1.2. Análise de conforto adaptativo: contribuição do brise-soleil ... 108
4.7.2. Absortância da envoltória ... 109
4.7.2.1. Definição dos níveis de absortância existentes ... 109
4.7.2.2. Utilização de cores claras na envoltória ... 110
4.7.3. Isolamento da cobertura ... 110
4.7.4. Isolamento das paredes externas – o uso do capoto ... 110
4.7.5. Substituição dos vidros existentes ... 111
4.7.6. Intervenções nos equipamentos (elevadores) ... 114
4.7.7. Intervenções no sistema de iluminação (dimerização) ... 114
4.7.8. Utilização de equipamentos de climatização com ―nível A‖ ... 115
4.7.9. Implantação do sistema VRF ... 115
4.7.10. Instalação de painéis fotovoltaicos na cobertura ... 116
4.7.11. Instalação de painéis fotovoltaicos nas fachadas ... 118
4.7.12. Uso de dispositivos móveis de sombreamento – ferramenta EMS ... 121
4.8. Análise Econômica ... 121
5.1. Sugestões para trabalhos futuros ... 131 Referências ... 132 APÊNDICES ... 139 APÊNDICE A ... 140 APÊNDICE B ... 141 ANEXOS ... 143 ANEXO A ... 144
1. INTRODUÇÃO
1.1. Apresentação do Tema
A construção civil é um dos setores mais relevantes da economia brasileira, que passou recentemente por uma fase de grande crescimento. Segundo o Boletim Econômico de 2013 do SINDUSCON-RS, entre os anos de 2007 e 2012, o setor vinha crescendo em média mais de 4% ao ano, porém em 2013 a construção civil apresentou crescimento de apenas 2,5%. Após o período de crescimento demasiado desse setor, o ano de 2015 ficou marcado pelo desaquecimento da economia brasileira e pelo consequente impacto na construção civil. De acordo com dados do IBGE (2016), de janeiro a setembro de 2015, a construção civil apresentou uma queda de 8,4% em relação ao mesmo período do ano anterior.
A respeito do impacto dessa atividade sobre o meio ambiente, Ürge-Vorsatz et al. (2012) atestaram que as edificações são responsáveis por aproximadamente um terço (1/3) de todo o CO2 propagado mundialmente pela geração de energia elétrica. Thuberc (2007 apud Dubois, 2016) explica que o consumo de energia anual em edifícios públicos e comerciais, tais como escritórios, hotéis, varejos, hospitais e escolas, é de 70 a 300 kWh/m², o que corresponde de 5 a 15 vezes o consumo dos prédios residenciais.
A US Energy Information - WBCSD (2007) apresentou um estudo detalhado sobre as edificações em diversas localidades como China, Índia, Brasil, Estados Unidos, Europa e Japão. Nos resultados da pesquisa foi possível verificar que embora o setor residencial fosse dominante em muitos locais, o comercial apresentava, na época, um potencial de crescimento mais elevado para as décadas seguintes.
De acordo com o Guia de Sustentabilidade na Construção Civil no Rio Grande do Sul (SINDUSCON-RS, 2013), a construção civil corresponde a 40% do consumo energético mundial e 16% do consumo de água. Por esse motivo, é imprescindível a inserção da construção civil nas metas de desenvolvimento sustentável. Assim sendo, é fundamental o domínio de alguns parâmetros para uma construção mais sustentável e eficiente, os quais influenciam diretamente a tomada de decisões durante o projeto arquitetônico.
A busca por construir edificações para cidades mais sustentáveis demanda um trabalho coletivo que precisa e deve ser aperfeiçoado continuamente. O planejamento e o projeto para a produção e o uso dos espaços construídos tornaram-se, assim, ferramentas vitais para a redução dos impactos ambientais antes, durante e muito depois do fim das obras. É um esforço que começa na fabricação de materiais de construção, passa pela concepção e implementação do projeto arquitetônico e vai até a ocupação da edificação (MMA, 2015a, p. 17).
A preocupação com a eficiência energética nas edificações surge a partir da crise do petróleo, em 1973. Esse fato desencadeou a necessidade de racionalização do consumo de energia elétrica e melhoria da eficiência energética das edificações. Conforme descrito por Crawley (2011), a União Europeia, em 2001, estabeleceu a Diretiva de Eficiência Energética de Edificações, mais tarde atualizada em 2010. Tal Diretiva requisita aos países membros a criação de métodos de cálculo para avaliar a eficiência energética de edificações acima de 1000 (mil) m². Consequentemente, desde a implantação desta iniciativa, a Europa tem incentivado vigorosamente a simulação termoenergética de edificações.
No Brasil, a eficiência energética passou a ser discutida de forma mais efetiva após o Apagão em 2001, que caracterizou o Marco Zero da conservação de energia no país.
Em 2001, o Brasil apresentou déficit entre geração e consumo de energia elétrica tendo culminado no maior racionamento de energia elétrica da história do país, em termos de abrangência e redução de consumo, tendo duração de junho de 2001 a fevereiro de 2002, resultou em uma acentuada queda no consumo de energia elétrica, influenciando direta ou indiretamente em todos os setores da economia brasileira (BARDELIN, 2004, p. 15).
Posteriormente surgiu a Lei nº 10.295, promulgada em outubro de 2001, que dispõe sobre a política de conservação e uso racional de energia, conhecida como Lei da Eficiência Energética. Essa Lei foi regulamentada pelo Decreto 4.059 de dezembro de 2001, que elucidou os níveis mínimos de eficiência energética que deveriam ser definidos pelo Grupo Técnico para Melhoria da Eficiência Energética nas Edificações no País (GT Edificações).
Carlo (2008) descreveu as políticas de eficiência energética marcadas pelas leis obrigatórias e programas de certificações. Leis obrigatórias em geral estabelecem uma eficiência mínima acima da qual qualquer edificação pode ser aprovada, desde que atenda às exigências do seu caráter prescritivo. A certificação é um mecanismo de mercado, que visa promover a eficiência energética de uma edificação usando como parâmetro níveis mínimos obrigatórios de desempenho.
Nesse contexto, surgiram os regulamentos de eficiência energética. Nos últimos anos destaca-se o Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais (RTQ-R), aprovado em 2010 e revisado em 2012, e os Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C), aprovado em 2009 e complementado por portarias em 2012, 2013 e 2014. Esses regulamentos induzem à elaboração de projetos energeticamente mais eficientes. Recentemente foi aprovada a Instrução Normativa MPOG/SLTI nº 2, de 4 de junho de 2014, que exige a Etiqueta Nível A para os prédios públicos federais. A partir de 04 de agosto de 2014, a eficiência energética passou a ser item obrigatório nos novos projetos ou reformas de prédios públicos federais.
Além de um edifício adequado ao contexto climático do sítio, o RTQ-C preconiza eficiência de equipamentos e sistemas. Os regulamentos aliados ao programa de etiquetagem de edificações e também às normas de eficiência energética e desempenho, certamente irão influenciar o modo de projetar a arquitetura nos próximos anos.
O projeto eficiente energeticamente, fruto da aplicação das normas e regulamentos de eficiência energética, muitas vezes é visto como um projeto pouco viável financeiramente. Esse pensamento é ressaltado por Kats (2003), que constatou a percepção generalizada de que ―edifícios verdes‖ embora sejam mais
atrativos do ponto de vista ambiental, são considerados substancialmente mais caros, o que caracteriza um grande obstáculo para a adoção generalizada de uma arquitetura sustentável. Nesse sentido, existe uma carência de estudos que demonstrem quanto custa um edifício eficiente energeticamente, quanto ele consome de energia e em quanto tempo se paga o investimento inicial para obter uma construção mais adequada ao contexto climático, preconizando também a eficiência de equipamentos e sistemas.
Conjuntamente a isto, as informações referentes aos investimentos em reabilitação energética de edificações existentes ainda configuram um tema de pouca abordagem na academia e no mercado da construção civil. Não obstante, a paisagem urbana tem sido marcada por construções existentes que carecem de retrofit e modernizações de seus sistemas, que poderiam diminuir o consumo energético, ampliar a vida útil das edificações e aumentar o conforto dos usuários.
1.2. Motivação e Justificativa
A diminuição do consumo energético no âmbito da construção civil é uma necessidade crescente e imponderável. Nesse sentido, o cenário urbano edificado deve ser reavaliado pela ótica da eficiência energética, respeitando sempre o patrimônio arquitetônico existente. Assim sendo, o estudo do retrofit tem um importante papel na construção de cidades mais sustentáveis, com edificações marcadas pelo baixo consumo energético e alto nível de conforto para os usuários.
1.3. Delimitação do problema
O problema de pesquisa diz respeito à necessidade de entender e verificar quais são as medidas de conservação de energia mais eficientes para o processo de retrofit e sua relação custo-benefício, tomando como referência uma edificação em altura de uso comercial na cidade de Pelotas-RS.
1.4. Objetivos da pesquisa 1.4.1. Objetivo geral
Produzir sugestões de possíveis medidas de conservação de energia (MCE) em retrofit para um edifício de escritórios na zona bioclimática 02, relacionando o nível de eficiência energética e sua análise econômica (tempo de retorno), verificando a relação custo-benefício das possíveis MCEs.
1.4.2. Objetivos específicos
A partir do objetivo geral, foram definidos os objetivos específicos a seguir:
I – Definir a tipologia base para o estudo;
II - Verificar o nível de eficiência energética de um edifício comercial em altura localizado na cidade de Pelotas, ZB 02;
III – Diagnosticar o desempenho energético identificando quais são as intervenções recomendáveis para a melhoria do nível de eficiência energética do edifício existente;
IV - Analisar a relação custo-benefício e estimar o tempo de retorno para intervir na envoltória, no sistema de iluminação, no sistema de condicionamento de ar e demais sistemas da edificação;
1.5. Contribuições esperadas
O principal produto esperado deste trabalho será a relação custo-benefício de medidas de conservação de energia aplicáves na zona bioclimática 02 em edifício de escritórios. Ademais, espera-se que este trabalho possa incentivar os profissionais a utilizarem soluções energeticamente mais eficientes em projetos de edifícios de escritórios, de modo a diminuir o consumo de energia das edificações, maximizar o conforto dos usuários e evitar a necessidade de intervenções futuras que são mais difíceis e onerosas.
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1. O projeto arquitetônico e a interface com a eficiência energética Historicamente, os fundamentos da arquitetura estão intrinsicamente relacionados com a obra de Vitruvius e sua tríade: firmitas, utilitas e venustas. Firmitas relaciona-se à estrutura da edificação, utilitas refere-se à funcionalidade da obra arquitetônica e venustas à questão estética. Lamberts et al. (2011) propuseram a retomada do clássico triângulo vitruviano com a inclusão do conceito da eficiência energética em seus três vértices. Dessa forma, a eficiência energética passa a ser vista como um elemento indissociável da arquitetura, devendo ser pensada e proposta desde as fases iniciais de projeto. Com isso, além da economia de energia, as edificações passam a ser contempladas com ambientes de elevado nível de conforto ambiental.
A respeito da questão projetual, Ornstein (1996a apud Rheingantz, 2000) relatou que produzir ambientes com qualidade deve passar a ser prioridade em relação à simplesmente projetar e construir corretamente. Oliveira (1992) caracterizou o projeto como resultado de um processo de invenção em que a representação é o componente insubstituível como fonte de informação sobre a solução proposta, permitindo que seja conhecida e até repetida em outros processos de invenção. Christakou (2004, p. 13) afirmou que:
As decisões tomadas pelo arquiteto, no início da elaboração do projeto, têm impacto decisivo no desempenho ambiental do edifício. O projeto de arquitetura é o processo de sequência de tomadas de decisões. A decisão das propriedades e comportamento do edifício que for estabelecida nos estágios iniciais certamente influencia as decisões posteriores e assim por diante.
Em relação às atribuições do arquiteto, Mahfuz (2004) apresentou alguns aspectos ligados diretamente aos desafios da prática projetual: o programa, o lugar e a técnica. Esses aspectos de concepção devem estar comprometidos com a resolução do projeto, a fim de obter um produto arquitetônico de qualidade, com identidade formal, marcado pela relação entre as partes do projeto que compõem o todo compositivo (produto final). O autor associou o programa com as relações interespaciais interiores e exteriores, exigências de desempenho, funcionalidade e necessidades do usuário.
A resolução de um programa em termos formais é a essência da arquitetura. O programa é o maior vínculo que um projeto mantém com a realidade. Sendo a realidade o seu horizonte, o sentido de um projeto é articulá-la. Mais do que uma fria lista de espaços e áreas mínimas, um programa arquitetônico deve ser visto como uma relação de ações humanas. Estas sugerem situações elementares que podem ser a base da estruturação formal (MAHFUZ, 2004).
O lugar se refere às relações que a edificação estabelece com o sítio de intervenção, retratando as particularidades de cada local, como a linguagem das pré-existências, altura, escala, topografia local, o entorno imediato, visuais e orientação solar. É fundamental a relação da arquitetura com o lugar, pois ―arquitetura pode ser entendida como a produção de lugares‖ (FIORI, 2005).
A relação com o lugar é fundamental para a arquitetura; nenhum projeto de qualidade pode ser indiferente ao seu entorno. Projetar é estabelecer relações entre partes de um todo; isso vale tanto para as relações internas a um projeto quanto para as que cada edifício estabelece com seu entorno, do qual é uma parte. A inserção de um artefato arquitetônico – edifício, conjunto de edifícios ou espaço aberto planejado – em um sítio qualquer nunca se dá sem consequências importantes. Se, por um lado, a arquitetura é sempre construída em um lugar, por outro lado, ela constrói esse lugar, isto é, modifica a situação existente em maior ou menor grau (MAHFUZ, 2004).
A técnica possui um papel funcional relativo à materialização e uso do edifício, ou seja, deve ser o parâmetro que gerencia o processo de concepção e desenvolvimento do projeto arquitetônico. Ela está diretamente relacionada com as normas técnicas e regulamentos que disciplinam a atividade do arquiteto e urbanista. Nesse contexto, os regulamentos de eficiência energética RTQ-C (2009) e
RTQ-R (2010) demandam novas posturas na forma de projetar e na especificação de sistemas e equipamentos – que, influenciam diretamente a eficiência energética da edificação durante sua utilização pelos usuários. Vale ressaltar que para que um projeto seja eficiente energeticamente, é fundamental a integração entre programa, lugar, tecnologia e estrutura formal.
2.2. O projeto eficiente energeticamente
O conceito de eficiência energética de edificações está associado à redução do consumo de energia elétrica, priorizando o conforto térmico, lumínico e acústico dos usuários. Assim basicamente, um projeto eficiente energeticamente implica na concepção de uma edificação com o maior nível de conforto e menor consumo de energia possível.
A eficiência energética associa arquitetura bioclimática com eficiência de equipamentos e sistemas. Wang et al. (2012) esclareceram os principais fatores responsáveis pelo desempenho energético dos edifícios, sendo eles: o clima, a envoltória da edificação, os serviços de construção, os sistemas de energia, a operação e manutenção do edifício, as atividades e o comportamento dos usuários, além da qualidade do ambiente interno.
No âmbito da arquitetura bioclimática, Lamberts et al. (2014) relataram que ao conhecer os conceitos que envolvem o clima e o conforto, compreende-se a importância da bioclimatologia aplicada à arquitetura. Segundo os mesmos autores, na década de 1960-1970 os irmãos Olgyay aplicaram a bioclimatologia na arquitetura, originando o termo ―projeto bioclimático‖. Victor Olgyay (1963) desenvolveu a carta bioclimática que estabeleceu estratégias para o projeto de edificações adequadas ao contexto climático. Esse gráfico possui a zona de conforto indicada no centro e os elementos climáticos indicados em curvas ao redor, que fornecem as medidas necessárias de correção para que se restabeleça a sensação de conforto em qualquer ponto fora da área de conforto.
Posteriormente, Givoni (1969) elaborou a carta bioclimática que propõe estratégias passivas para edificações em diferentes zonas de acordo com as suas características climáticas. As estratégias apresentadas por Givoni relacionam-se
com nove zonas: de conforto, de ventilação, de resfriamento evaporativo, de massa térmica para resfriamento, de massa térmica para aquecimento, de ar condicionado, de umidificação, de aquecimento solar passivo e de aquecimento artificial.
Assim, a aplicação de conceitos bioclimáticos no projeto arquitetônico, tais como ventilação natural, resfriamento evaporativo e umidificação, utilização da inércia térmica, aquecimento solar passivo, integração da iluminação natural com a artificial, entre outros, passa a ser fundamental. Sua inserção é mais simples em edificações de pequeno porte, como as de uso residencial unifamiliar, onde existem menos variáveis envolvidas e maior possibilidade de explorar a iluminação e o condicionamento natural. Nas edificações públicas e comerciais, a implantação desses conceitos é mais difícil, pois a iluminação e o conforto térmico geralmente são dependentes dos sistemas artificiais, devido à questão do maior número de pessoas demandar maior consumo de energia. Lamberts et al. (2014) observaram que o mais importante é a integração dos sistemas de condicionamento e iluminação naturais com os artificiais, uma vez que a utilização desses sistemas artificiais é necessária para o bom rendimento das atividades realizadas nesses ambientes.
Existem variáveis relacionadas ao projeto arquitetônico que repercutem diretamente no desempenho termoenergético que a edificação apresentará posteriormente, como a forma da edificação, orientação solar, cores das superfícies, quantidade e dimensão das aberturas, propriedades térmicas dos fechamentos opacos e transparentes, entre outras. Além de poder influenciar na orientação solar dos ambientes, na incidência de radiação solar e na ação dos ventos, a forma da edificação determina a compacidade do edifício.
A forma arquitetônica pode ter grande influência no conforto ambiental em uma edificação e no seu consumo de energia, visto que interfere diretamente sobre os fluxos de ar no interior e no exterior e, também, na quantidade de luz e calor solar recebidos pelo edifício (LAMBERTS et al., 2014, p. 263).
Assim, o RTQ-C analisa essas condições a partir das equações do Fator Forma (FF) e do Fator Altura (FA). O Fator Forma corresponde à razão entre a área da envoltória e o volume total da edificação. O Fator Altura corresponde à razão entre a área de projeção da cobertura e a área total construída (com exceção dos
subsolos). Com a determinação do FF e do FA, é possível determinar o Indicador de Consumo da envoltória (IC), que repercute diretamente sobre o nível de eficiência da edificação.
Outra importante questão a ser ressaltada é a relação entre fechamentos opacos e transparentes. Nesse âmbito, Rheingantz (2000) observou que a disseminação do uso do vidro nas vedações externas, o aumento da área das aberturas e a eliminação dos dispositivos externos de proteção contra radiação direta, aliados à utilização de novos processos de trabalho e leiautes de escritórios, praticamente determinam a necessidade de equipar os novos edifícios de uso comercial com sofisticados e dispendiosos sistemas de climatização artificial. Nesse caso, torna-se ainda mais necessária a integração dos sistemas de iluminação natural e artificial com o uso de equipamentos mais eficientes. Nesse contexto, a simulação computacional passa a ser uma grande aliada ao processo de projeto, analisando o consumo energético e os níveis de conforto térmico, podendo até mesmo estabelecer o percentual de aberturas mais adequado para a edificação.
[...] mais do que nunca, a arquitetura deve evitar o desperdício, mas sem aceitar restrições indevidas. Não se trata de deduzir diretamente a forma das novas edificações a partir de modelos abstratos de grandes vantagens energéticas, mas de desenvolver técnicas de composição para elaborar um projeto arquitetônico energeticamente compatível com a realidade nacional e regional (MASCARÓ, 1985, p. 17).
Piccoli (2009) apresentou um estudo que destacou os possíveis obstáculos para a implantação de estratégias sustentáveis na construção civil no contexto brasileiro. A pesquisa foi realizada com vinte e cinco engenheiros civis e arquitetos das cidades de São Leopoldo e Novo Hamburgo - RS. Os resultados mostraram que o principal desafio para a implantação de práticas sustentáveis consiste no maior custo inicial (23%), seguido pelo desinteresse por parte do mercado (19%), distância entre estudos acadêmicos e práticas profissionais (19%), desinformação dos profissionais (19%), falta de parâmetros de sustentabilidade (13%) e falhas na legislação (7%).
2.3. Os edifícios comerciais e a eficiência energética
A formação de um mercado mais verde na construção civil é um desejo crescente de seus profissionais e também de seus contratantes. A sustentabilidade tem sido vista cada vez menos como um conceito e mais como uma necessidade para os ciclos de vida, desempenho e solidez das empresas. A busca pela eficiência energética das edificações é um dos melhores atalhos para se chegar a esse objetivo (MMA, 2015a, p.10).
Romero (1997, apud Faria e Romero, 2002) afirmou que o setor comercial é caracterizado por apresentar as maiores possibilidades de intervenção por parte do arquiteto no que se refere à redução do consumo energético, apenas com a adequação do projeto ao clima local. Nesse sentido, Corcuera (1998) ressaltou que ―é tempo de se criar uma arquitetura mais econômica, bem como mais coerente e humana‖.
Willis (1995) considerou que a insistência na ligação entre o lucro e o programa é fundamental para a arquitetura comercial, onde a função do edifício é a produção de rendas, e considerações de ordem econômica definem as decisões de projeto. Cappozzi (1996, apud Rheingantz, 2000) estabeleceu relações entre a área útil do pavimento tipo e a área de carpete (área efetivamente ocupada) de edifícios comerciais, verificando que esta relação em muitos casos é extremamente problemática do ponto de vista econômico. Segundo o autor, em alguns prédios essa relação é inferior a 80% enquanto o mínimo aceitável para obtenção de uma boa viabilidade econômica seria 92%.
A respeito do consumo energético dessas edificações, Crawley et al. (2013, apud Dubois, 2016) relataram que 30 a 50% do consumo de energia elétrica é despendido para iluminação em edifícios de escritórios típicos. Boyano et al. (2013) apresentaram as principais fontes de consumo de energia e exploraram o potencial de economia de energia em edifícios de escritórios em toda a Europa, simulando diversos cenários através do Energy Plus. Em metade das instalações de escritórios, o uso de controle parcial da iluminação artificial ligada durante o dia resultou em um potencial de economia de energia de 9 a 37% da energia total consumida. Por sua vez, o uso do controle total da iluminação apresentou um potencial de economia na ordem de 18 a 37%.
Dubois e Blomsterberg (2011) apresentaram os valores de consumo de energia e investigaram o potencial de iluminação em prédios de escritórios, baseado em uma revisão bibliográfica no contexto da Europa do Norte. Esta revisão esboçou cálculos teóricos, medições em salas comerciais de grande escala e simulações demonstrando que é possível obter um consumo de energia com iluminação de aproximadamente 10 kWh/m² ano. Os autores consideram este um valor realista para iluminação elétrica em futuros edifícios de escritórios de baixa energia. O valor obtido representa uma redução significativa de energia de 50% em relação ao uso de energia para iluminação de 21kWh/m² ano em média para escritórios na Suécia. Nesse contexto, Simpson (2003 apud Dubois, 2016) considerou que os edifícios de escritórios representam provavelmente o uso mais importante dos sistemas de controle de iluminação.
Pesquisas desenvolvidas pelo Department of Real Estate and Housing da Holanda (2007) investigaram a relação entre decisões de projeto e as consequências financeiras. Ferramentas diferentes vêm sendo desenvolvidas para fornecer informações sobre os custos de diferentes decisões projetuais em fase inicial de desenvolvimento. O intuito era de que essa pesquisa de gestão de custo-qualidade proposta em 2007 evoluísse contribuindo para o desenvolvimento imobiliário sustentável.
Com esse propósito, o Department of Real Estate e Housing (2007) desenvolveu o modelo de custo PARAP. Essa ferramenta integra um conjunto de modelos de custo para edifícios de escritórios. O modelo para estimar os custos de investimento está disponível como programa de computador, sendo adequado a uma grande gama de dados peculiares do projeto. É possível adaptar com certa facilidade o modelo para um projeto particular de escritórios. Com base nas informações sobre a organização administrativa, o edifício e o local de construção, o modelo matemático calcula um ―edifício de referência‖, utilizando informações padrões de um grande banco de dados. Com auxílio do ―edifício de referência‖ é possível encontrar um ideal entre forma, função, qualidade e custos arquitetônicos. Até o momento da divulgação da pesquisa, o modelo havia sido implementado no Microsoft Excel e programado em Visual Basic for Applications. O projeto foi realizado com o apoio da Dutch Government Building Agency. A meta futura era que
o PARAP fosse ampliado para um modelo de benefício do custo do ciclo de vida, sendo reestruturado para adequá-lo também às reformas e ampliações de edifícios.
2.4. O processo de Retrofit
É possível considerar que o cenário urbano seja marcado por edificações datadas de diferentes períodos históricos, muitas delas de valor imensurável para a história e patrimônio das cidades. A preservação do patrimônio histórico edificado é fundamental, assim como a implantação de novos usos quando necessário e a maximização da vida útil das edificações. Nesse contexto surge a necessidade da reabilitação das edificações existentes, reciclagem, restauro e retrofit, visto que as áreas edificadas predominam em relação às não edificadas na maioria das cidades. Bonanni e Serra (2000) esclareceram que o conceito de reciclagem de edifícios complementa as ações de sustentabilidade urbana, sendo parte dela.
A expressão retrofit é originária do latim retro, que significa movimentar-se para trás e fit do inglês, que é sinônimo de adaptação e ajuste. Segundo Dixon e Eames (2013) o termo retrofit originou-se nos Estados Unidos no final da década de 40 e início dos anos 50, como uma fusão das palavras, retroactive (aplicando ou referindo-se ao passado) e fit (equipar).
De acordo com a Norma de Desempenho de Edificações, o retrofit é definido como a ―Remodelação ou atualização do edifício ou de sistemas, através da incorporação de novas tecnologias e conceitos, normalmente visando valorização do imóvel, mudança de uso, aumento da vida útil, eficiência operacional e energética‖ (NBR 15575-1, 2013, p. 07). Assim sendo, o retrofit consiste em uma oportunidade de modernização das instalações, diminuição dos custos operacionais da edificação, maior economia de energia com possibilidade de melhorias nas condições de conforto para os usuários, maximização da vida útil, além da valorização imobiliária.
A reabilitação energética de edificações é uma medida de inestimável importância no enfoque da eficiência energética, diminuição do consumo de energia e na construção de comunidades mais sustentáveis. Mourão et al. (2002) afirmaram que a reabilitação deve ser compreendida como uma oportunidade de promover a sustentabilidade ambiental, uma vez que possibilita a conciliação da preservação do
patrimônio com a renovação das condições de funcionamento e conforto do edifício, além da melhoria do desempenho ambiental. Segundo um estudo do Centro Brasileiro de Eficiência Energética em Edificações (CB3E apud MMA, 2015a), uma edificação pública que tenha passado por retrofit, atingindo o nível A de eficiência, pode ter o seu consumo de energia reduzido em até 30% ao ano.
Sobre as principais fases de um processo de retrofit, Zhenjun et al. (2012) apresentaram um esquema para facilitar o entendimento de cada umas das cinco etapas principais desse processo (Figura 1):
Figura 1: Fases-chave em um programa de retrofit de construção sustentável
Fonte: Adaptado de ZHENJUN et al., 2012
Zhenjun et al. (2012) também sugeriram que o êxito de um retrofit depende de vários ―elementos-chave‖ (Figura 2):
Figura 2: Elementos-chave que influenciam o retrofit de edificações Fonte: Adaptado de ZHENJUN et al., 2012
Erhorn-Kluttig et al. (2005) afirmaram que na Europa, os edifícios eficientes energeticamente, construídos após 1980, representam cerca de 20% do parque edificado, mas apenas 5% do consumo de energia. Logo, a fim de cumprir os objetivos da diretiva Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) relativa ao desempenho energético dos edifícios, além de outras diretivas, normas e conformidades, a busca da eficiência energética das edificações existentes passa a ser fundamental.
Ainda no contexto europeu, alguns países se destacam pelos investimentos em reabilitação energética de edificações, como a Itália, Dinamarca e Suécia (Figura 3). Outros países como República Tcheca, Irlanda e República Eslovaca são caracterizados pelo baixo investimento na reabilitação de edificações existentes (Figura 3). Parada (2014) ainda destacou que os edifícios existentes nos países europeus representam mais de 40% do consumo de energia da União Europeia.
Figura 3: Reabilitação energética de edificações na Europa Fonte: Adaptado de PARADA, 2014
No caso de Portugal, mesmo sendo um país marcado pelo baixo investimento em reabilitação energética no contexto europeu, ainda assim apresenta um considerável número de edificações certificadas ao ser comparado com o Brasil. Segundo um estudo de mercado desenvolvido pela Associação dos Profissionais e Empresas de Mediação Imobiliária de Portugal (APEMIP, 2015), foi constatado que no período entre junho de 2007 a março de 2015, o Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE) registrou aproximadamente 858 mil certificados emitidos. Essa certificação utilizada na Europa possui o objetivo de melhorar o desempenho energético e ambiental do meio edificado, servindo como um instrumento para incentivar a redução do consumo energético e identificar as possibilidades de melhorias nos edifícios existentes.
Um projeto de pesquisa desenvolvido por Hestnes & Kofoed (2002) avaliou estratégias de retrofit energético concebidas para dez edifícios de escritórios em diversos países da Europa (Dinamarca, Inglaterra, França, Alemanha, Grécia, Itália, Noruega, Suécia e Suíça). Nesse projeto foram consideradas combinações de medidas de conservação de energia (MCE), melhorias na envoltória e no sistema de condicionamento de ar, utilização de tecnologias de arrefecimento passivo e
melhorias no sistema de iluminação. Os resultados demonstraram que a escolha das MCEs deve ser embasada nas características energéticas específicas de cada edifício. Chidiac et al. (2011) destaca que as reduções de energia obtidas não são necessariamente uma adição linear das economias das medidas de conservação de energia (MCEs) individuais. De um modo geral, a diminuição do consumo de energia total é inferior à adição linear dos MCEs.
Dubois et al. (2016) observaram que o potencial de economia de energia depende significativamente do tipo de edifício, ou seja, edifícios com formas mais compactas exigem maior gasto energético para a iluminação artificial, apresentando maior potencial de economia de energia do que outros tipos de edifícios. Enkvist et al. (2007) apontaram que os investimentos em iluminação eficiente são uma das formas mais rentáveis de melhorar a eficiência energética nos edifícios e reduzir as emissões de CO2. Nesse sentido, Fontoynont (2016a) descreveu uma série de benefícios da modernização do sistema de iluminação de acordo com as características climáticas e econômicas de diversos países asiáticos (Quadro 1):
Quadro 1: Benefícios da modernização do sistema de iluminação Benefícios financeiros Benefícios da
economia de energia
Benefícios das alterações climáticas
Indonésia
Economias de mais de US$ 1,4 bilhão por ano
se ocorrer uma mudança completa
para obter uma iluminação eficiente - 9,3 TWh consumo anual economizado com eletricidade - Equivalente à potência de saída de 3 grandes centrais eléctricas (500 MW) - Reduzir as emissões de CO2 em 5,5 milhões de
toneladas por ano -Equivalente a tirar 1,4 milhão de carros de porte médio da estrada China Economia de mais de US$ 21,6 bilhões por ano se houver uma mudança completa para a iluminação com
eficiência energética - 184,8 TWh de consumo anual economizado com eletricidade -Equivalente à potência de 50 grandes centrais (500 MW) - Reduzir as emissões de CO2 em 133,8 milhões de
toneladas por ano - Equivalente a tirar
33,5 milhões de carros de médio porte da estrada
Continuação Quadro 1: Benefícios da modernização do sistema de iluminação Benefícios financeiros Benefícios da
economia de energia
Benefícios das alterações climáticas
Índia
Economia de mais de US$ 2,6 bilhões por ano se ocorrer uma mudança completa
para obter uma iluminação eficiente - 41,3 TWh de consumo anual economizado com eletricidade - Equivalente à potência de 11 grandes centrais (500 MW) - Reduzir as emissões de CO2 em 39,9 milhões de
toneladas por ano - Equivalente a tirar 10 milhões de carros de médio porte da estrada Malásia Economia de mais de US$ 554,9 milhões por
ano se ocorrer uma mudança completa
para obter uma iluminação eficiente - 5,7 TWh de consumo anual economizado com eletricidade - Equivalente à potência de 2 grandes centrais (500 MW) - Reduzir as emissões de CO2 em 3,8 milhões de
toneladas por ano - Equivalente a tirar
1 milhão de carros de médio porte da
estrada Fonte: Adaptado de FONTOYNONT, 2016a
No contexto americano, DB Climate Change Advisors (DBCAA)/Rockefeller Foundation (2012) afirmou que nos Estados Unidos estima-se que o retrofit em larga escala poderia gerar uma economia de energia na ordem US$ 1 trilhão de dólares ao longo de dez anos. Contraditoriamente, Ardente et al. (2011) apresentaram um levantamento das referências da literatura científica indicando uma considerável ausência de estudos especificamente sobre ações de retrofit.
Lowe e Oreszczyn (2008) apontaram que há uma significativa falta de informações sobre o desempenho energético real de construções existentes. Na Austrália, Zhenjun et al. (2012) também enfatizaram que é fundamental que sejam feitas mais pesquisas e trabalhos com estudos de caso práticos de retrofit de edifícios de escritórios, o que poderia ajudar a elevar o nível de confiança dos proprietários para realizar o retrofit de seus edifícios como forma de melhorar o desempenho.
2.5. Estratégias e possibilidades para o retrofit
No que diz respeito à envoltória, existem diversas medidas e possibilidades de intervenções em um processo de retrofit. A redução dos níveis de absortância configura uma destas possibilidades, sendo caracterizada como a propriedade térmica relacionada à cor, que define a quantidade de radiação absorvida pelas superfícies. De acordo com a NBR 15220-1 (2005), a absortância à radiação solar pode ser definida como ―quociente da taxa de radiação solar absorvida por uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície‖.
Mascaró (1985) estudou o efeito do uso da cor em edifícios na cidade de Porto Alegre-RS. Segundo a autora, as superfícies externas pintadas de branco (especialmente a cobertura) de edifícios climatizados naturalmente, apresentaram redução de um terço na quantidade de calor que entra no ambiente. No caso do edifício climatizado artificialmente, as superfícies pintadas de branco obtiveram uma redução de dois terços na quantidade de calor que entra no local.
No que se refere ao isolamento do envelope construtivo, reconhecidamente a cobertura é responsável por grandes trocas térmicas entre o interior da edificação e o exterior, conforme já consagrado pela literatura. Dessa forma, é fundamental que haja cautela na especificação dos materiais e no projeto desses elementos. Assim, o uso de isolamentos térmicos como poliestireno, lã de rocha, lã de vidro, entre outros, é extremamente indicado. Além disso, outras estratégias podem ser agregadas, como a utilização de câmara de ar como forma de diminuir a transmitância térmica e maximizar o conforto térmico da edificação.
Ao se tratar de uma edificação existente, é importante considerar as limitações técnico-construtivas inerentes a qualquer retrofit. Logo, o isolamento térmico das paredes pode ser empregado no exterior da edificação, tornando a situação menos inconveniente para os usuários e seguindo uma tecnologia amplamente utilizada na Europa e ainda incipiente no Brasil: o sistema denominado de External Thermal Insulation Composite System (ETICS), popularmente conhecido como capoto.
O sistema cappotto é constituído por placas de poliestireno expandido (EPS) revestidas com um reboco delgado, aplicado em várias camadas, armado com uma ou várias redes de fibra de vidro com tratamento anti-alcalino de 160g/m². Como acabamento pode
utilizar-se um revestimento plástico fino (RP) (RODRIGUES, 2011, p. 7).
Os vidros também são responsáveis por grandes trocas térmicas na envoltória. As propriedades dos vidros interferem diretamente na parcela de radiação solar que será absorvida, refletida ou transmitida para o interior da edificação. Essa parcela corresponde ao fator solar do vidro. De acordo com a NBR 15220-1 (2005), o fator solar pode ser definido como:
Quociente da taxa de radiação solar diretamente transmitida através de um componente transparente ou translúcido, sob determinado ângulo de incidência, mais a parcela absorvida e posteriormente retransmitida para o interior, pela taxa da radiação solar total incidente sobre a superfície externa do mesmo (NBR 15220-1, 2005, p. 3).
Em relação aos equipamentos e sistemas, é válido salientar que os elevadores são importantes mecanismos de transporte vertical, muito utilizados em edificações em altura. Esses sistemas apresentam elevado custo inicial, além da onerosa manutenção dos equipamentos e o consumo de energia elétrica despendido para o seu funcionamento. Segundo o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL (2015), em um ―edifício típico‖ no contexto brasileiro, o gasto com energia elétrica proveniente dos elevadores pode alcançar até 6% do custo total da edificação.
Ao longo dos anos muitos elevadores antigos foram sendo atualizados ou substituídos por modelos mais eficientes, contudo ainda preservam uma característica em comum com os primeiros modelos: têm motores elétricos como fonte de tração mecânica e em geral representam uma importante parcela do consumo de energia
das edificações (CEPEL, 2015, p. 104). Assim sendo, é extremamente indicado o processo de modernização desses
equipamentos em edifícios existentes, a fim de diminuir o consumo energético das edificações.
Em uma edificação eficiente energeticamente, é fundamental que o sistema de iluminação artificial seja projetado em conjunto com a iluminação natural. Dessa forma, é indicado o uso de dimmers e sensores de presença como forma de proporcionar conforto visual e minimizar o consumo energético.
Além de a iluminação corresponder a um dos itens analisados para a obtenção da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE), ela também é um item de grande relevância para as certificações ambientais como o LEED e a Certificação Alta Qualidade Ambiental (AQUA) da Fundação Vanzolini. Por esse motivo, é imprescindível a sua inserção nas medidas de conservação de energia de novas edificações e nos processos de retrofit.
Uma das alternativas de conservação de energia aplicadas ao sistema de iluminação é a dimerização. Essa forma de controle de iluminação é extremamente aconselhável, pois adapta a luz ao nível de luminosidade adequada, evitando consumo de energia desnecessário. Para cada tipo de lâmpada é utilizada uma forma diferente de dimerização. O processo de dimerização é feito através do controle da potência transmitida para a lâmpada, podendo sofrer variação de 0 a 100%. A potência consumida na lâmpada aumenta proporcionalmente à medida que é elevada a potência do dimmer (Tabela 1).
Tabela 1: Funcionamento do dimmer e potência da lâmpada Potência regulada pelo
dimmer
Potência consumida pela lâmpada Potência economizada pela lâmpada 90% 90% 10% 75% 75% 25% 50% 50% 50% 25% 25% 75%
Fonte: O Setor Elétrico (2011)
Sobre os sistemas de climatização, estes são reconhecidos pelo elevado consumo energético, o que os tornam, eventualmente, barreiras para a melhoria do nível de eficiência energética dos edifícios. Segundo o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL, 2015), em um estudo de retrofit realizado para o Ministério de Minas e Energia, foram analisadas diversas alternativas de condicionamento de ar como: utilização de equipamentos tipo Split nível C (modelo base), Split nível A, Split nível C com renovação de ar, sistema inverter nível A, VAV chiller a água, VAV chiller a água com ciclo economizador, VAV chiller a ar e VRF. Os resultados dessa
pesquisa mostraram que de todos os sistemas analisados, o VRF foi o que apresentou maior economia de energia no contexto em questão. O Sistema de Fluxo Refrigerante Variável (VRF) é composto de pelo menos uma unidade condensadora que fornece gás refrigerante para as unidades evaporadoras. O climatizador recebe o ar previamente refrigerado através de um trocador de calor, dispensando dutos de distribuição de ar.
Outra importante alternativa a ser considerada em um retrofit é a implantação de sistemas fotovoltaicos. Os painéis fotovoltaicos permitem ao edifício gerar a energia que consome, em alguns casos, possibilitando aos condôminos o abatimento da conta de luz proveniente das áreas de uso comum. Ademais, o uso e a geração de energia por fontes limpas e renováveis, como a solar, tornam-se cada vez mais imprescindíveis no contexto ambiental e socioeconômico mundial.
2.6. Os custos do edifício eficiente energeticamente
Sobre os custos, em especial os relacionados ao projeto e à edificação eficiente energeticamente, faltam análises que demonstrem a relação custo-benefício a médio e longo prazo de determinadas decisões arquitetônicas. Em uma análise superficial, o enfoque é dado aos custos iniciais, ignorando muitas vezes, os custos referentes à fase de utilização do edifício.
Enquanto a escolha dos produtos, geralmente, é realizada após a análise dos resultados de testes comparativos de qualidade e performance de produtos similares — especialmente quanto a custo, durabilidade, manutenção e economia —, a escolha de edifícios/ambientes construídos é determinada, fundamentalmente, pela sua aparência, custo inicial e novidade da tecnologia embarcada, dissociados de qualquer relação com as consequências custo-benefício — lógica de curto prazo (RHEINGANTZ, 1995, p. 222).
Pardini (2009) afirmou que as construções que possuem metas de sustentabilidade não apresentam necessariamente um maior custo em relação às construções tradicionais, podendo inclusive, caso as metas sejam integradas ao processo de entrega do empreendimento, chegar à redução de custos.
A grande maioria das edificações desperdiça relevantes
