CSS – Centro Sebrae de Sustentabilidade

O conceito de edificações energia zero exige edifícios eficientes energeticamente. Não se trata simplesmente de adicionar painéis fotovoltaicos ou outra forma de energia renovável. Primeiro há que reduzir o consumo elétrico lançando mão de um mix de ações como o tratamento da envoltória, posicionamento em relação a insolação e sombreamento, adequado dimensionamento das janelas etc. E, obviamente, um sistema eficiente de iluminação, climatização e ventilação.

Segundo Alberto Hernandez Neto, Prof. Dr. da POLI/USP, é fundamental preparar previamente o edifício. Ou seja: não basta instalar alguns painéis solares em edifícios convencionalmente construídos para se obter edifícios energia zero. “Esse binômio eficiência energética e energia zero precisam andar juntos. Dificilmente viabiliza-se um projeto de edifício zero energia sem que a edificação seja eficiente, seja por meio do sistema de ar condicionado, fachada, envidraçamento etc. Normalmente o caminho é reduzir a energia através de sistemas e materiais eficientes, e com essa redução é possível diminuir o investimento com geração de energia. No caso do Centro de Sustentabilidade Sebrae, por exemplo, foram adotadas medidas sustentáveis por meio de tecnologias simples que permitem conforto térmico e cuidado ao ambiente. Iluminação 100% natural com brises e luminárias solares, espaços abertos para ventilação pura, aproveitamento de água pluvial e preservação da vegetação nativa, entre os processos que tornaram o prédio totalmente sustentável. Além de mini usinas de geração de energia fotovoltaica, implantadas esse ano. Boa parte da edificação possui ventilação natural, com mínima utilização do sistema de climatização. O Centro Sebrae hoje é referência em edificações zero energia no Brasil. É crescente a tendência no Brasil de edifícios energia zero. Desde o ano passado já temos a certificação LEED para edifícios energia zero de acordo com as características brasileiras. A exigência é a monitoração durante 12 meses de acordo com a comprovação do quanto se produz e o quanto se consome de energia, se esse número ficar zerado ou se a produção é maior, considera-se a edificação energia zero, ou até mesmo se o usuário comprou energia verde. A produção pode ser no local, com placas fotovoltaica ou eólica, como também a compra de energia verde através de algumas concessionárias por contrato mediante a solicitação. Por exemplo, o edifício do City Bank, localizado na Av. Faria Lima, em São Paulo, utiliza esse método de compra de energia verde, vinda das eólicas. A evolução de edificações zero energia começa a aparecer mais no Brasil. Embora os primeiros passos foram dados há 15 anos com as primeiras certificações LEED e Procel. Hoje quem lidera em edificações com energia zero são os Estados Unidos, seguidos pela França, Alemanha e Austrália. O próprio mercado aponta o crescimento de edificações zero energia através do custo de placas fotovoltaica, por exemplo, que diminuiu significativamente comparado há cinco anos. Acredito que nos próximos anos isso aumentará muito mais. A única limitação é em prédios comerciais, tipo Triple A, por falta de espaço; a utilização de energias renováveis como placas fotovoltaicas se dará em residências, galpões, shoppings e fazendas de eólicas, gerando energia verde para compra e consumo.  Outro fato aponta para a tendência de emissão de carbono zero, que envolve tipos de materiais usados nas edificações e ciclo de vida, além da eficiência energética. Hoje já existe incentivos por parte do governo. Em junho deste ano, o BNDES abriu uma linha de crédito para financiamento de placas fotovoltaicas em residências e área rural, e o investimento se paga entre dois a três anos”, informa Hernandez.

Prover que a produção seja totalmente obtida a partir de fontes de energia renovável e que a energia efetiva anual produzida seja superior ao consumo anual da edificação, é um dos conceitos descritos por Francisco Dantas, diretor da Interplan – Planejamento Térmico Integrado. Ou seja, edifícios dotados de processos que produzem no próprio site energia oriunda de fontes renováveis, em quantidade superior à necessária para atender à demanda efetiva anual da edificação. “O balanço energético considera o consumo da edificação durante o período de um ano, sendo admitida a importação de energia, oriunda ou não de fontes renováveis, e a consequente exportação, em valor superior à energia importada, porém, necessariamente oriunda de fontes de energia renovável. A edificação pode consumir energia não necessariamente oriunda, na totalidade, de fontes renováveis, mas deverá produzi-la em magnitude superior ao consumo efetivo anual, porém, totalmente oriunda de fontes de energia renovável. Independentemente de ser, ou não, uma edificação NZEB, a edificação deve ser  energeticamente eficiente, ou seja, deverá adotar critérios de arquitetura bioclimática na concepção e no tratamento isotérmico da envoltória da edificação, bem como, o usufruto das potencialidades climáticas para obtenção da climatização por processos naturais, conforme a estação climática, além do emprego de iluminação natural, compatível com condições de conforto térmico interno. A eficiência energética da edificação deve ser praticada sempre, independentemente do conceito e da origem da energia de suprimento. O condicionante obrigatório do lado do consumo é de que o balanço anual efetivo seja inferior à capacidade efetiva anual de produção do site da edificação”, explica Dantas.

Edison Tito Guimarães, diretor da Datum Engenharia, acrescenta que os ZEBs (Zero Energy Building), segundo o DOE americano, usam todos os custos efetivos e medidas para reduzir o uso de energia através da eficiência energética e incluem sistemas de produção de energia renovável que geram energia suficiente para atender às necessidades de energia remanescentes: “Ou seja, promover a diminuição do consumo de energia do prédio por meio da eficiência energética, e empregando sistemas de energia renovável; produzir ou comprar energia renovável suficiente para atender às necessidades de energia remanescentes, podendo esta ser produzida no “site” ou comprada de fontes que possuam RECs (Renewable Energy Certificates), como por exemplo, se um determinado produtor de energia elétrica gera esta energia de forma renovável ela pode ser empregada para compensar o consumo da edificação. Para que o edifício alcance o balanço energético zero é preciso zerar este consumo por meio de produção própria (no prédio) de energia renovável. Entretanto, a energia pode ser também comprada de fontes externas renováveis e/ou compensada com a exportação de energia equivalente produzida por fontes renováveis no prédio (por exemplo, veículos elétricos carregados com energia renovável no prédio e que sejam usados fora do prédio são considerados como energia exportada) e desta forma usar estas energias como credito no balanço energético do prédio. Vale lembrar que se considerarmos que praticamente metade do consumo de uma edificação fica com o ar condicionado é também um dos pontos de maior potencial para redução do consumo de energia. De particular importância, é reciclar a energia térmica do ar condicionado, de modo a reduzir as cargas energéticas internas do prédio, através de uma boa analise dos consumos de energia, preferivelmente com programas de simulação energética. Outro ponto importante é a concepção dos sistemas, seleção de equipamentos de elevada eficiência, visando a redução expressiva do consumo de energia, facilitando com isto o balanço voltado para energia zero, além da firme determinação de investir neste tipo de tecnologia e uma equipe capacitada para realizar uma análise técnica – econômica de retorno dos investimentos adicionais a serem realizados”, explica.

Estratégias de projeto e engenharia

Segundo João Carlos Antoniolli, coordenador de aplicação de produtos HVAC da Johnson Controls-Hitachi, para se chegar a zero consumo de energia em uma edificação devem-se buscar alternativas, geralmente com alto investimento inicial como painéis fotovoltaicos, energia eólica etc. “Não é tão simples justificar o retorno sobre o investimento.  É necessário entender profundamente os interesses das equipes de projeto e proprietários para compreender as suas razões em busca da conquista de uma solução NZEB. Muitos buscam o equilíbrio entre a conservação de energia e a utilização de pouca energia e já se sabe que uma das chaves do sucesso é a conservação de energia para obter um projeto NZEB. É necessário começar pelo básico como a correta orientação da edificação, que seja uma construção sólida e sem vazamentos, isolação adequada para as condições climáticas, janelas robustas e adequadas para a luz do dia e sistemas mecânicos de alta eficiência, antes de buscar energias renováveis como a solar, geotérmica, vento ou biomassa. No âmbito acadêmico já se fala em buscar alternativas sem a utilização de equipamentos mecânicos para conforto térmico. Alguns projetos estão sendo desenhados para aproveitar a ventilação por efeito de vento e a utilização de prateleiras de luz (light shelves). É importante montar a equação de consumo e de balanço energético. Hoje se busca a eficiência energética nos equipamentos de AVAC por meio de tecnologias do tipo inverter ou velocidade variável com muita eletrônica para tirar o máximo proveito, por exemplo, das condições climáticas externas ao longo das 8.760 horas do ano. Existe um conceito que deveria ser mais aproveitado, o free cooling, que permite obter as condições de conforto sem acionar os equipamentos mecânicos de maior consumo e, desta forma, contribuir para um projeto NZEB. Acredito que a melhor estratégia é juntar especialistas de vários segmentos como iluminação, eólico, geotérmico, automação, paisagismo etc. O especialista em AVAC vai identificar se entra com ventilação, resfriamento e aquecimento nas mais diversas formas que conhecemos, na busca do sucesso do projeto NZEB. Em muitas situações poderá também fazer uma combinação híbrida adotando soluções diferentes em determinadas zonas da edificação”, revela Antoniolli.

“A termodinâmica, na sua segunda lei, nos ensina como praticar a eficiência exergética, ou seja, não resfriar além do estritamente necessário; não aquecer além do estritamente necessário. Isso maximiza a eficiência dos processos artificiais e majora as oportunidades de usufruir dos processos naturais, quer sejam de resfriamento (free cooling), quer sejam de aquecimento (free heating). Uma vez empregados no projeto os processos de conservação e eficientização energéticas, optar pelos equipamentos de melhor eficiência, abdicando dos regimes operacionais tradicionais, e adotando os regimes energeticamente favoráveis conforme o clima especifico de cada local e optando pelos avanços tecnológicos da indústria para usufruir tanto da racionalidade energética dos processos, como da racionalidade energética dos componentes dos sistemas. Investir em tecnologia, valorizar os processos de inovação e praticar a boa técnica na conservação dos sistemas e na efetividade da eficácia do ‘Objetivo-Fim’ da instalação, seja o conforto do usuário, seja a contribuição à saúde dos ocupantes propiciados pela qualidade do ar interior. Certamente uma instalação com tal nível de complexidade e sofisticação não dispensaria um adequado sistema de automação integrado e sob o conceito de lógica fuzzy, a qual se constitui numa das 15 tecnologias relacionadas por DOE/Ashrae/Iesna, como as mais atrativas para exercer economia de energia e eficácia operacional. Entretanto, não faria sentido aplicá-la num processo desprovido dessas características tecnológicas”, comenta o diretor da Interplan.

“De acordo com o tipo de aplicação e região onde se localiza a obra, o sistema de climatização pode representar até 54% do consumo de energia da edificação. Então, é de extrema importância focar no sistema de climatização quando se almeja uma edificação NZE”, diz Fernando Pozza, Application Engineer – Região Sul da Daikin McQuay Ar Condicionado Brasil. Neste caso, segundo ele, deve-se priorizar equipamentos de alto desempenho para compor o sistema de climatização, como também no projeto, no conceito e na escolha do sistema, pois não adianta ter equipamentos de alto desempenho se o conceito do sistema não foi bem avaliado e não for o que proporciona o menor consumo de energia. “Dependendo do conceito de projeto adotado e da tecnologia adquirida para o sistema de climatização pode se ter um consumo de energia em base anual de até 50% inferior para a mesma edificação. Quando se fala em conceito de projeto se refere em avaliar processos que reduzem a carga térmica e soluções que termodinamicamente são mais eficientes sem considerar o desempenho do equipamento propriamente. O projeto de ar condicionado para um NZE deve partir de uma edificação com uma envoltória eficiente de modo a reduzir a carga térmica e o uso de iluminação artificial. Para isso, o projetista ou consultor de climatização deve participar desde o início da concepção do projeto arquitetônico, orientando a equipe multidisciplinar de forma a avaliarem diferentes formas construtivas, especificação de materiais opacos, vidros, isolamentos, posicionamento solar etc. Para a concepção e desenvolvimento do projeto arquitetônico de um empreendimento que tem como objetivo o NZE é essencial a adoção do processo de projeto integrado, porque abrange todo o ciclo de desenvolvimento desde sua concepção de maneira integrada entre uma equipe multidisciplinar. No projeto devem ser avaliados diferentes conceitos e sistemas de climatização de modo a esgotar as possibilidades até chegar ao sistema que proporcione o menor consumo de energia para tal uso, local e aplicação da edificação. Posterior à definição do conceito do sistema de climatização, o projetista deverá elaborar uma especificação adequada ao tipo de projeto NZE sendo bem detalhada e especificando os desempenhos mínimos em carga plena e em cargas parciais dos equipamentos que compõem o sistema de forma atender plenamente os requisitos de projetos e para alcance dos objetivos do empreendimento”, recomenda o especialista da Daikin.

David Rodrigues, engenheiro de aplicação da Midea Carrier, reitera que o ar condicionado costuma ser um dos maiores consumidores de energia elétrica do edifício para alcançar o conforto térmico dos ambientes internos. Dessa forma, sistemas de ar condicionado de alta eficiência são importantes para manter a necessidade de potência elétrica ao menor valor possível, já que quanto maior for a necessidade de potência elétrica, maior será o custo da instalação de energia com fonte renovável, podendo até inviabilizar o projeto como um todo. “As premissas de projeto devem estar voltadas para equipamentos de alta eficiência. Além disso, devem ser projetados sistemas que reaproveitem a energia que seria desperdiçada nos sistemas térmicos, elétricos, hidráulicos etc. Sistemas de ar condicionado podem contribuir tanto na produção como no consumo energético do edifício. Na produção, sistemas com cogeração podem ser utilizados aproveitando rejeitos de energia e reaproveitando para outras funções. Por exemplo, a elevada temperatura da água na saída do condensador pode ser usada para pré-aquecimento de uma caldeira. Na parte do consumo, a eficiência energética dos equipamentos de ar condicionado está alcançando níveis nunca vistos nas indústrias, próximo do limite de engenharia para a tecnologia atual, possibilitando que sua demanda seja sustentável por uma geração própria. Dois pontos são importantes e estão sob responsabilidade do usuário para que o projeto tenha êxito. Primeiro, os responsáveis pela manutenção e operação dos sistemas precisam tomar os cuidados necessários para manter o sistema trabalhando em sua eficiência máxima, promovendo manutenções periódicas nos sistemas de ar condicionado e usando os equipamentos na faixa ótima de operação, evitando condições de operação onde a eficiência tenha que ser sacrificada em favor do conforto térmico dos usuários. Além disso, é necessária uma mudança no comportamento do próprio usuário para a conscientização do consumo consciente de energia. Somente com automação será possível integrar todos os sistemas e operá-los de maneira que tenham uma sinergia e possam se manter em grau de eficiência energética elevada. A integração é necessária devido à necessidade de operar os sistemas com o conceito de reaproveitamento energético entre si e a complexidade envolvida nessa tarefa. Sem a automação, somente com ação humana, é impossível manter esse sistema com o conceito do net zero energy”, informa Rodrigues.

Lógicas eficientes

“A automação tem um papel fundamental para obtenção e controle do consumo energético eficiente, pois, por meio de um sistema de automação criamos lógicas mais eficientes para o sistema de ar condicionado (AVAC), em que conseguimos garantir uma redução de 15% a 60% do consumo da energia, além de garantir um ambiente confortável para os usuários. A automação também auxilia na medição de CO2 do ambiente, garantindo automaticamente a renovação do ar. Monitora e controla também a iluminação garantindo que não haja desperdício de energia, sendo possível controlar a iluminação medindo parâmetros de luminosidade para ligar as luzes somente quando necessário, de acordo com os níveis de luz do ambiente interno ou externo”, revela Adriana Teixeira, gerente de contas corporativas da Johnson Controls. Ela é enfática ao lembrar que uma das principais ações deve ser a conscientização de todos para manter o edifício utilizando sempre os recursos de forma eficiente e evitando desperdícios. Outro fator importante é contar com o suporte de empresas e fornecedores que mantenham e proponham melhorias aos sistemas de consumo e produção de energia em sua manutenção e operação diária. “Um edifício que alcança o balanço energético zero é aquele que, além de produzir a energia que consome, é altamente eficiente, ou seja, deverá ter um consumo energético o mais eficiente possível – cerca de 50% a 70% mais eficiente que a média dos edifícios. Algumas ações macro que podem ser feitas para reduzir o consumo são a diminuição do consumo de energia do sistema de ar condicionado e a iluminação. De acordo com a Ashrae (American Society for Heating, Refrigeration & Air Conditioning Engineers), 50% do custo de um edifício acontece durante sua operação e, desses 50%, 38% são referentes ao ar condicionado (AVAC) e 26% referentes a iluminação, diz a gerente de contas corporativas da Johnson Controls.

Igor Nakamura, diretor da Viridi Technologies, acrescenta que no consumo, assim como qualquer outra edificação mesmo que não chancelada como NZEB, “devemos nos atentar e focar os esforços principalmente nos usuários/ ocupantes; afinal, qualquer edificação somente existe para atender às pessoas. Porém, elencamos alguns aspectos e técnicas para alcançarmos o balanço energético:

– Controladores de vazão de água nas tubulações de água de consumo, assim como arejadores em torneiras evitam o desperdício nas instalações;

– Medidores de insumos (água, energia elétrica e gás) com apurações on-line. Permite que o usuário tenha ciência a todo momento de como está sua performance e consequentemente o uso racional em caso de deslizes;

– Treinamento e palestras informativas quanto ao conceito da edificação habitada, assim como reciclagem periódica com os participantes. Note que os mesmos deverão operar equipamentos com tecnologias que em muitos casos são desconhecidos por eles, como: bacias sanitárias com duplo acionamento, automação predial, geradores térmicos que em muitas vezes pode haver inercia térmica, entre outros.

“Um dos principais elementos para o sucesso do projeto NZEB, é primordial que se faça um estudo e projeto minucioso contemplando todos os aspectos climáticos, assim como a escolha do melhor sistema que atenda a usabilidade dos ocupantes com o menor desprendimento de energia elétrica. O uso de máquinas eficientes associado à arquitetura pensada em maior aproveitamento de ventos, sombreamento e geotermia, faz com que o projeto seja viável. Para que o projeto tenha sucesso, a automação deverá ser analisada criteriosamente e é fator imprescindível, uma vez que diversos sistemas e instalações deverão trabalhar simultaneamente e de forma automática, como persianas motorizadas que abre/fecha conforme luminosidade; ar condicionado variável levando em consideração quantidade de ocupantes, máquinas etc.; iluminação conforme luminosidade do local, interligados a sensores de presença; medição instantânea dos insumos; integração automática das energias renováveis; uso de conceito PoE para equipamentos/sistemas. Quando falamos num projeto de automação NZEB, estimamos um custo adicional de aproximadamente 30% a 40% em comparação a um projeto de automação convencional uma vez que deveremos dispor de uma quantidade maior de sensores e controladores, assim como haverá o uso de uma maior quantidade de engenharia e programação. Porém, prevemos um retorno financeiro de até 2 anos para o pagamento dos investimentos, frente às reduções operacionais e energéticas, assim como o atendimento completo à eficiência cognitiva dos usuários. Ressalto a importância da análise crítica ao PoE (Power Over Ethernet) que permite a transmissão da energia elétrica de potência com os dados de comunicação e controle através de um único cabo de rede – ‘par trançado’. Desta forma há uma economia considerável de infraestrutura, estima-se em até 40% de um conceito convencional apartado. Atualmente existem novas tecnologias que permitem expandir ainda mais o uso do PoE, como iluminação, controle de persianas, CFTV, entre outros”, orienta Nakamura.

Rodrigo Miranda, diretor executivo da Mercato Automação, esclarece que a lógica eficiente permite colocar em prática o que foi projetado de forma eficiente e eficaz, visto que existe uma demanda variável a ser atendida durante a operação do prédio. “Em um empreendimento comercial temos que atender as demandas de ocupação, bem como as demandas que surgem em virtudes das variações externas, como dia ou noite, dia com sol ou sem sol, calor ou frio, dentre outras variáveis. Nestes pontos, a automação entra como uma excelente aliada de toda tecnologia construtiva e arquitetônica aplicada na construção, para realizar as tarefas de forma racional, conforme projetado, e atender as demandas variáveis do empreendimento durante sua utilização. Controlar persianas, iluminação, renovação e tratamento do ar, climatização dos ambientes são algumas das funções que um sistema de automação contribuí na busca da melhor eficiência de utilização dos recursos. Outro ponto que ressalto é a necessidade de medir para poder controlar, e somente controlando os insumos e as variáveis poderemos gerenciar de forma sustentável os recursos que se fazem necessários. Muito ainda se pensa que a automação reduz o consumo de um equipamento, quando na verdade o que ela faz é tornar a utilização do mesmo o mais eficiente possível. Podemos exemplificar utilizando um circuito elétrico de 50 W de iluminação, que quando ligado a 100% consome os 50 W/h em um período, mas então onde entra a automação para reduzir o consumo de energia? A automação entra na melhor utilização deste circuito, ou seja, ligando-o somente quando necessário devido ao horário ou a ocupação do ambiente, monitorando o nível de luminosidade do local, analisando a necessidade de ligar o circuito ou até mesmo de variar a sua potência. Desta forma, a automação se soma à tecnologia já empregada no circuito de iluminação e torna a sua utilização mais eficiente, pois atende à demanda necessária utilizando menos recursos de energia. A automação contribui diretamente para que as novas tecnologias de materiais de construção e acabamentos, os novos projetos arquitetônicos e a geração de energia em um empreendimento possam ser utilizados de forma mais eficiente, através da medição, controle e gerenciamento dos recursos envolvidos”, finaliza Miranda.

  Ana Paula Basile Pinheiro – anapaula@nteditorial.com.br