vidros de controle solar: conforto térmico e eficiência...
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Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental
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Conteúdo da palestra
Atividades de Pesquisa & Desenvolvimento realizadas nos
últimos 6 anos, consolidando o uso do vidro de controle
solar como estratégia de eficiência energética em
edificações no Brasil
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Morumbi Corporate Multiplan, São Paulo
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CEO Cyrela, São Paulo
Office Green Cid. Pedra Branca, Palhoça
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5
Thera Cyrela, São Paulo
Torre Matarazzo Cyrela+CCDI, São Paulo
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Edifício Vera Cruz II Jaguar Capital, São Paulo
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JK 1455 Cyrela, São Paulo
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“Apesar de, ao menos no campo acadêmico, ter-se a certeza que as
fachadas seladas de vidro não serem uma solução cabível para
edifícios de escritórios, há uma forte tendência de proliferação desse tipo de edificação na cidade.”
(Sampaio e Borges, 2007 – FAUUSP)
Será que o “campo acadêmico” está acompanhando a evolução da indústria? O que é uma “solução cabível”? Seria aquela que se prolifera facilmente?
Visão acadêmica
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Eficiência Energética Racionamento
Reduzir o consumo de energia sem abrir mão do
conforto
Reduzir horas de conforto, desligando sistemas e diminuindo o consumo de
energia
Não confundir...
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Quer economizar? Compre um carro 1.0
Quer economizar mesmo? Não ande de carro
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Numa edificação
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Eficiência Energética
Estética
Manu- tenção
Contato Visual
Luz natural
Sol
Conforto
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Vidros de controle solar
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O coating funciona como um filtro à radiação solar
As possibilidades de especificação são variadas
(temperado, laminado, insulado, serigrafado, curvo)
Matéria prima
Forno
Coating
Recozimento Corte
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Fator Solar de vidros
Radiação transmitida diretamente
Radiação absorvida e reemitida
Fator Solar (ganho de calor)
Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor
Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm
Vidro de controle solar
87% 62%
<40%
É um valor de referência medido em condição padrão.
Ganho de calor varia ao longo do dia e do ano
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Caixa de madeira
Amostras de vidro
Papel preto
Vidro de controle solar na prática
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A caixa foi exposta ao sol
O papel preto é naturalmente aquecido
Vidro de controle solar na prática
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Vidro incolor Vidro de Controle Solar
Foto comum Foto por termografia (infavermelho)
Vidro de controle solar na prática
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40,6°C 27,9°C
Vidro de controle solar na prática
Vidro incolor Vidro de Controle Solar
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Vidros de Controle Solar
Vidro com baixo Fator Solar não necessariamente é um vidro escuro ou refletivo
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Processo coating
Opção Transmissão
Luminosa Reflexão Externa
Reflexão Interna Fator Solar
#1 0,16 0,34 0,31 0,27
#2 0,19 0,32 0,25 0,29
#3 0,33 0,26 0,19 0,27
#4 0,35 0,25 0,19 0,35
#5 0,58 0,09 0,07 0,49
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Propriedades ópticas para a escolha do vidro
Calor Fator Solar
Luz
Transmissão luminosa
Reflexão luminosa (frente)
Reflexão luminosa (verso)
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Custo/benefício
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Aplicações diferentes Soluções diferentes
Mesmo desempenho
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Estudos de caso por simulação: Modelo utilizado
Edifício de escritórios 20 pavimentos 48.000 m² de área construída 16.000 m² de área de fachada Paredes em alvenaria e revestimento em vidro Sem obstruções no entorno Software de simulação: EnergyPlus
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Estudos de caso por simulação: Vidros utilizados
Propriedade
Vidro
Incolor
Vidro
Verde
Vidro de
Controle
solar
Vidro Duplo
(câmara de ar
12mm)
Fator Solar (%) 84 62 33 28
U-value (W/m².K) 5,60 5,60 5,60 1,88
Transmissão Luminosa 88 75 30 39
Índice de seletividade 1,05 1,21 0,90 1,45
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Percentual de Abertura de Fachada (PAF)
Área de vidro na fachada que permite a passagem de luz.
PAF = Área aberturas envidraçadas Área fachada
PAF
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4800
5000
5200
5400
5600
5800
Incolor Verde Contr. Solar Duplo
Co
nsu
mo
an
ual
de
en
erg
ia (
MW
h)
PAF=30%
PAF=40%
PAF=50%
PAF=60%
FS=84% TL=88%
FS=62% TL=75%
FS=33% TL=30%
FS=28% TL=39%
Estudo de caso por simulação
Clima: São Paulo
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1,00
1,33
1,67
2,00
1,00 1,02 1,03 1,05
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
PAF = 30% PAF = 40% PAF = 50% PAF = 60%
Área de janela (m²)
Consumo de energia (kWh)
Aumento na área de janela X Aumento no consumo de energia
Ar-condicionado de alta eficiência
Vidros de alto desempenho
Possibilidade de fachadas mais transparentes
200% de aumento na área de janela
5% de aumento no consumo de energia
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Comparativo: PAF 40%
São
Paulo
Vidro
Verde
Vidro
Controle
Solar
Vidro
Duplo
Ar Condicionado: 1084 TR Consumo: 5400 MWh
Ar Condicionado: 995 TR Consumo: 5239 MWh
Ar Condicionado: 875 TR Consumo: 5137 MWh
Economia no A.C. R$ 534 mil
Economia de energia R$ 56 mil
Economia/m² de vidro R$ 83 + R$ 9/ano
Economia no A.C. R$ 1.254 mil
Economia de energia R$ 92 mil
Economia/m² de vidro R$ 195 + R$ 14/ano
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Estudo de caso por simulação Simulação computacional - Energyplus
Zona 1
Zona 2
Zona 3
Não condicionada
NG Área Total: 11.942 m² Área Climatizada: 9.038 m² Área de Janelas: 3.008 m² PAF: 50% Ocupação: 7m²/pessoa. Carga de equipamentos: 21 W/m² Carga Iluminação: 15 W/m²
Modelo: Pavimento-tipo de uma Edificação Comercial
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Metodologia
Fortaleza
Rio de Janeiro
Belo Horizonte
São Paulo
Curitiba
Cidades Analisadas
Vidros 36 tipos de vidros: Monolíticos Laminados Insulados
Fator Solar: 18% a 85% Transmissão Luminosa: 13% a 90%
Tarifas de energia elétrica reais (comercial BT) Brasília: R$ 0,34 Fortaleza: R$ 0,53
Análise econômica:
Payback simples Payback corrigido (i = 12% a.a.) Taxa Interna de Retorno (TIR)
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Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico
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Resultados: Período de retorno do investimento
Cidade Vidro
Payback Simples (anos)
Payback Corrigido
(anos)
TIR (%)
Belo Horizonte
FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7%
FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9%
FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9%
FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2%
Brasília
FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0%
FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9%
FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0%
FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1%
Curitiba
FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1%
FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2%
FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A
FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4%
Fortaleza
FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3%
FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2%
FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9%
FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4%
Rio de Janeiro
FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3%
FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9%
FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3%
FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7%
São Paulo
FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1%
FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2%
FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A
FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8%
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Resultados: Período de retorno do investimento
Cidade Vidro
Payback Simples (anos)
Payback Corrigido
(anos)
TIR (%)
Belo Horizonte
FS18/TL13/INS 3,6 5,0 24,7%
FS30/TL16/LAM 1,8 2,1 55,9%
FS33/TL29/INS 6,4 13,1 8,9%
FS43/TL33/LAM 4,3 6,4 19,2%
Brasília
FS18/TL13/INS 5,0 8,1 15,0%
FS30/TL16/LAM 2,4 3,0 39,9%
FS33/TL29/INS 9,0 N/A 2,0%
FS43/TL33/LAM 5,9 10,7 11,1%
Curitiba
FS18/TL13/INS 7,0 16,1 7,1%
FS30/TL16/LAM 2,8 3,6 34,2%
FS33/TL29/INS 12,5 N/A N/A
FS43/TL33/LAM 6,6 13,8 8,4%
Fortaleza
FS18/TL13/INS 2,6 3,3 36,3%
FS30/TL16/LAM 1,5 1,8 66,2%
FS33/TL29/INS 4,7 7,3 16,9%
FS43/TL33/LAM 3,6 5,1 24,4%
Rio de Janeiro
FS18/TL13/INS 3,9 5,6 22,3%
FS30/TL16/LAM 2,0 2,4 48,9%
FS33/TL29/INS 6,9 15,6 7,3%
FS43/TL33/LAM 4,9 7,8 15,7%
São Paulo
FS18/TL13/INS 5,6 9,9 12,1%
FS30/TL16/LAM 2,5 3,1 39,2%
FS33/TL29/INS 10,0 N/A N/A
FS43/TL33/LAM 5,9 11,0 10,8%
Maiores benefícios em climas quentes
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Resultados: Economia anual com energia elétrica em relação ao vidro incolor monolítico
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OBJETIVO E METODOLOGIA
Comprovar o uso do vidro de controle solar como uma estratégia de condicionamento passivo, promovendo redução do ganho de calor, aproveitamento da luz natural e integração visual.
Simulação computacional
Redução de consumo de energia em ar-condicionado
Aumentar horas de uso das venezianas abertas
Comparar a economia com paineis fotovoltaicos
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APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL)
Modelo base Edifício multifamiliar 4 aptos por andar 7 andares 72,6 m² por unidade
Cobertura
Intermediário
Térreo
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Cidade: Florianópolis Estratégia de sombreamento: persianas integradas Ajustadas para fechar quando houver radiação na janela Ar-condicionado liga quando ventilação natural é insuficiente
APARTAMENTO DO RTQ-R (Etiquetagem PROCEL)
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APARTAMENTO DO RTQ-R (PROCEL)
Contestando a rotina de operação da veneziana segundo o PROCEL Residencial: PROCEL considera a veneziana fechada das 8h às 18h: Zonas Bioclimáticas 1 a 4: primavera e verão
Zonas Bioclimáticas 6 a 8: o ano inteiro
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APARTAMENTO DO RTQ-R
Economia = 26%
Investimento Payback
Vidro R$ 742 14,3 anos
PV R$ 406 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 1,83
Economia = 31%
Investimento Payback
Vidro R$ 774 11,6 anos
PV R$ 522 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 1,48
Economia = 37%
Investimento Payback
Vidro R$ 1.456 12,0 anos
PV R$ 1.476 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 1,53
Norte
Dormitório Norte
Dormitório Oeste
Sala
Persiana fechada no verão/prim.
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APARTAMENTO DO RTQ-R
Economia = 33%
Investimento Payback
Vidro R$ 742 10,7 anos
PV R$ 627 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 1,18
Economia = 38%
Investimento Payback
Vidro R$ 774 8,7 anos
PV R$ 803 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 0,96
Economia = 38%
Investimento Payback
Vidro R$ 1.456 8,3 anos
PV R$ 1.597 9,0 anos
Custo Vidro/Custo PV = 0,91
Norte
Dormitório Norte
Dormitório Oeste
Sala
Persiana fechada a 300 W/m²
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Neste caso, investir em vidro de controle solar tem o mesmo retorno da geração de energia fotovoltaica
Economia de energia proporcionada por vidros de
controle solar
14 m² de paineis fotovoltaicos por apartamento
Além disso, proporciona mais horas de sol, com persianas e venezianas abertas, e mesmo conforto
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ANÁLISE: % de horas de veneziana fechada
Janela sempre fechada
Persiana fechada a 250 W/m²
Segundo metodologia do RTQ-R (PROCEL)
Noite Noite
Noite Noite
Veneziana fechada
Veneziana fechada
Muito mais horas de sol com o vidro de controle solar, e ainda há economia de energia.
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Investimento
Área de vidro total analisada:
12 m² por unidade.
Estimando um custo exagerado de
R$ 200/m², o investimento é de
R$ 2.400 por apartamento.
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OPORTUNIDADES E APLICAÇÕES
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Florianópolis, SC Beira Mar Norte
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Florianópolis, SC Beira Mar Norte
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Considerações Finais
Necessidade de capacitação do mercado
A indústria brasileira oferece produtos de alto desempenho
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Vidros de controle solar permitem soluções arrojadas, com elevado desempenho térmico e energético
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Vidros de Controle Solar: Conforto Térmico e Eficiência Energética Prof. Dr. Fernando Simon Westphal Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Arquitetura e Urbanismo Laboratório de Conforto Ambiental
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