Contribuição do INESC Coimbra para o Estudo Prévio do Futuro

Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores de Coimbra
Institute of Systems Engineering and Computers
INESC Coimbra
Contribuição do INESC Coimbra para o
Estudo Prévio do Futuro Edifício
da Câmara Municipal da Mealhada
Technical Report
Documento Técnico
Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores de Coimbra
Institute of Systems Engineering and Computers
INESC Coimbra
António Almeida, Paulo Gata Amaral,
Paulo Tavares, Pedro Passão
Contribuição do INESC Coimbra para o
Estudo Prévio do Futuro Edifício
da Câmara Municipal da Mealhada
No. 1/2005
Maio, 2005
ISSN: 1645-4847
Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores de Coimbra
INESC Coimbra
Rua Antero de Quental, 199; 3000-033 Coimbra; Portugal
http://www.inescc.pt
Estudo Prévio do Novo Edifício da
Câmara Municipal da Mealhada
Instituto de Engenharia de
Sistemas e Computadores de Coimbra
ÍNDICE
Pág.
1 – INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------
4
2 – ALGUMAS SOLUÇÕES PASSIVAS A INCORPORAR NO EDIFÍCIO -
4
2.1 - Fachada Sul -----------------------------------------------------------------------------------------
4
2.2 - Fachada Norte --------------------------------------------------------------------------------------
4
2.3 - Fachada Poente ------------------------------------------------------------------------------------
4
2.4 - Fachada Nascente --------------------------------------------------------------------------------
6
3 – OUTRAS SOLUÇÕES --------------------------------------------------------------
7
3.1 - Conforto térmico -----------------------------------------------------------------------------------
7
3.2 - Conforto visual --------------------------------------------------------------------------------------
7
3.3 - Sistemas activos de apoio e integração de energias alternativas ---------------------
8
3.4 - Impacto ambiental ---------------------------------------------------------------------------------
10
4 – TRABALHO FUTURO --------------------------------------------------------------
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Estudo Prévio do Novo Edifício da
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1 - INTRODUÇÃO
No âmbito do protocolo celebrado entre a Câmara Municipal da Mealhada, a
Espaço Objecto, o INESC Coimbra e a ContaWatt, para a elaboração do
projecto de construção do novo edifício da Câmara Municipal, serve o presente
documento como uma proposta de algumas soluções a incorporar no referido
edifício que serão alvo de análise e especificação posterior.
O objectivo principal deste documento é sintetizar algumas recomendações
do grupo de trabalho do INESC Coimbra, resultantes duma análise preliminar e
de reuniões internas entre os constituintes do consórcio.
2 - ALGUMAS SOLUÇÕES PASSIVAS A INCORPORAR NO EDIFÍCIO
2.1 - Fachada Sul
A fachada Sul deverá ser protegida com uma dupla camada de vidro,
afastada da parede, que contém no seu interior tubagens por onde circula
água. De Inverno essa água, aquecida pelo Sol, será aproveitada para
aquecimento ambiente e para as águas quentes sanitárias (AQS) – quando
necessárias; de Verão essa superfície funcionará como elemento sombreador
e fornecerá água quente para as AQS. Está também a ser desenvolvido um
estudo de viabilidade técnica e económica para avaliar a possibilidade de
utilizar um chiller de absorção, que utilize a referida água, pré-aquecida, para
produção de frio – arrefecimento ambiente.
2.2 - Fachada Norte
Recomenda-se a não colocação de fenestração nesta fachada e, que haja,
um especial cuidado no isolamento da envolvente exterior.
2.3 - Fachada Poente
Para protecção dos vãos envidraçados desta fachada, sugere-se a
instalação de uma rede metálica, com uma adequada inclinação da malha
(inclinação essa a estudar no futuro), que permita maximizar os ganhos
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térmicos e a contribuição da iluminação natural no Inverno e evite
encandeamentos e sobreaquecimentos no Verão.
Como não é possível tirar partido do “efeito chaminé” deverão existir
registos nas partes superiores e inferiores desta fachada de modo a que, no
Verão, quando abertos, contribuam para o arrefecimento natural da fachada.
Por outro lado, no Inverno, quando fechados contribuirão para que parte do
calor acumulado seja transmitida para o interior do edifício, contribuindo, assim,
para a diminuição da carga necessária para aquecimento do edifício.
Ainda nesta fachada irão existir, ao nível do piso 0, 4 clarabóias com
cúpulas envidraçadas. Como essas cúpulas terão orientações Sul, Poente e
Norte deverá assegurar-se que:
1. Deverão ser protegidas no lado Sul, sugerindo-se a colocação de células
fotovoltaicas segundo essa orientação. Com esta solução pretende-se
alcançar dois objectivos: proteger do Sol de Verão e produzir energia
eléctrica ao longo de todo o ano;
2. De Inverno funcionem como estufas, devendo o calor produzido no seu
interior ser aproveitado para aquecer o edifício através da sua utilização
nas unidades de tratamento de ar (UTAs) para pré-aquecimento do ar
novo admitido ou, pela utilização directa do mesmo pelo sistema de
climatização;
3. As estufas referidas no ponto anterior deverão ter aberturas reguláveis
na parte superior de modo a que, no Verão, se possam criar correntes
de ar que ajudem a retirar o calor das mesmas. Como estas clarabóias
têm jardins no seu interior, sugere-se que, no Verão, esses jardins
tenham excesso de humidade de modo a arrefecer naturalmente estes
espaços – arrefecimento
evaporativo
(arrefecimento
passivo).
Em
alternativa, ou como complemento, poderá também ser utilizado um
sistema de vaporização de água que produzirá o mesmo efeito –
provocar o arrefecimento natural destes espaços.
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2.4 - Fachada Nascente
Como para esta fachada está previsto um pátio exterior com vegetação
natural recomenda-se que, no Verão, a admissão de ar novo (mais fresco) para
o interior do edifico seja feito junto a este pátio através de tubagens enterradas
no solo (que o arrefecerão ainda mais). Esta solução contribuirá para a
diminuição da carga do sistema de climatização durante o dia e criará a
possibilidade de se arrefecer naturalmente o edifício (free cooling) durante a
noite, diminuindo, assim, a carga necessária para arrefecimento do edifício e
aumentado a eficiência das UTAs. No Inverno, a passagem do ar novo
admitido por estas tubagens contribuirá para o seu pré-aquecimento, ajudando
a diminuir a carga de aquecimento tirando-se, assim, partido da temperatura
praticamente constante do solo, ao longo de todo o ano.
Propõe-se, também, a instalação de uma cisterna enterrada no pátio
exterior para recolha das águas da chuva. Estas águas serão, posteriormente,
utilizadas para rega dos jardins, limpeza do edifício e dos espaços adjacentes
e, ainda, nos autoclismos das casas de banho. De modo a evitar possíveis
contaminações da água desta cisterna, esta deve ser alvo de um pequeno
tratamento e deve ser objecto de manutenção regular.
Deverá ainda ser considerada a passagem da tubagem de admissão de ar
novo pelo interior da cisterna. Esta solução permitirá diminuir/aumentar ainda
mais a temperatura do ar admitido no Verão/Inverno, respectivamente.
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3 - OUTRAS SOLUÇÕES
3.1 - Conforto térmico
Deverá ser assegurado(a):
1. Uma elevada inércia das paredes (envolvente e paredes interiores);
2. Um adequado isolamento térmico:
•
Isolamento exterior da envolvente opaca;
•
Isolamento das coberturas;
•
Isolamento dos pisos térreos;
•
Caixilharia com baixo coeficiente de transmissão térmica;
3. Utilização de vidro duplo.
3.2 - Conforto visual
1. Deverá utilizar-se luz zenital;
2. Em espaços como salas de reunião e afins deverá assegurar-se a
possibilidade de se poder fazer oclusão da luz natural pelo interior;
3. Os acabamentos interiores deverão ter:
•
Cores claras;
•
Textura suave.
NOTA: Na distribuição dos espaços interiores deverá ter-se em consideração a
orientação do edifício, o tipo de tarefas a desenvolver e os requisitos de
conforto.
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3.3 - Sistemas activos de apoio e integração de energias alternativas
Sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC)
Algumas propostas de soluções alternativas de instalação, a serem alvo de
um estudo de viabilidade técnica de económica, podem ser referenciadas:
1. Sistema de co-geração: geração de energia térmica para aquecimento
acompanhada de geração de energia eléctrica;
2. Sistema de tri-geração: se o sistema anterior for acompanhado de
geração de energia térmica para arrefecimento (integração do chiller de
absorção com um sistema de co-geração de forma a rentabilizar o
calor);
3. Colectores solares para pré-aquecimento de água por aproveitamento
da Energia Solar. Sendo a cobertura do edifício em terraço recomenda-se a instalação de colectores solares para produção de água quente
que poderá ser utilizada para aquecimento ambiente (no Inverno), para
as AQS e para accionar um chiller de absorção (em conjunto com o
calor produzido nas tubagens da fachada Sul) – solução a estudar
cuidadosamente – diminuindo,
assim
a
potência
do
sistema
de
climatização a instalar no edifício;
4. Armazenamento térmico de calor e/ou frio, podendo, no primeiro caso,
ser reforçado com os ganhos térmicos provenientes da Energia Solar;
5. Painéis fotovoltaicos para a conversão da Energia Solar em energia
eléctrica;
6. Sistema de climatização a 4 tubos, utilizando ventilo-convectores com
permutadores água / ar, cujo fluído de circulação será água tratada;
7. Sistema
de
controlo
da
qualidade
do
ar
por
unidades
de
reaproveitamento e tratamento do ar;
8. Sistema de recuperação de calor do ar ambiente a ser extraído;
9. Sistema VAV (Volume de Ar Variável) - de insuflação / extracção;
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10. Sistema de climatização com recurso a bomba(s) de calor, opção
justificada pelo seu elevado rendimento;
11. Permutadores de calor de elevada eficiência;
12. Sistema de free cooling, para arrefecimento natural (consiste em
aproveitar o ar mais frio exterior em períodos nocturnos para
arrefecimento).
13. Sistemas de controlo - óptimo para climatização.
As possibilidades apresentadas não são, em alguns casos, mutuamente
exclusivas, podendo ser consideradas viáveis quando em funcionamento
conjunto.
Sistemas de iluminação
Uma parte substancial dos consumos energéticos num edifício com estas
características dever-se-á à obrigatoriedade de obtenção de níveis de
iluminância concordantes com os padrões de conforto necessários e desejados
pelos ocupantes. Assim, devem ter-se em conta os princípios da utilização
racional de energia em iluminação, essencialmente na limitação da potência
eléctrica instalada por unidade de área e a utilização de fontes de luz com
adequadas temperaturas de cor e índices de restituição de cor.
De entre o vasto leque de opções existente ao nível dos equipamentos, das
estratégias de controlo e das características da instalação, propõe-se a
instalação e utilização de:
1. Lâmpadas de alta eficiência, com diminuição do razão Watt/lumen;
2. Balastros electrónicos, com diminuição da potência instalada, aumento
do factor de potência e eficiência, entre outras vantagens;
3. Luminárias
de
elevado
rendimento,
incluindo,
quando
possível,
reflectores e grelhas com elevado factor de reflexão e ainda difusores de
elevada transmitância luminosa;
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4. Armaduras ventiladas, com dissipação de calor junto às fontes de luz e
possibilidade de recuperação do mesmo para climatização;
5. Iluminação dedicada utilizando lâmpadas de baixa potência, por
exemplo, lâmpadas fluorescentes compactas de alto rendimento;
6. Diferentes níveis de iluminação de acordo com a funcionalidade dos
espaços;
7. Fazer uma adequada segregação dos circuitos de iluminação que
contemple a forma do espaço e a disponibilidade da luz natural;
8. Sempre que possível utilizar estratégias de controlo por regulação
contínua do fluxo luminoso gerado ou, em alternativa, um controlo de
ligação / deslastre de cargas qualificado.
3.4 - Impacto ambiental
O edifício deverá:
1. Permitir fazer a reutilização de águas:
2. Re-aproveitar a água dos lavatórios e dos banhos que, após passagem
por um tanque de decantação (para retirar o detergente) e a adição de
um corante, será utilizada nos autoclismos;
3. Recolher e armazenar a água das chuvas para futura utilização nos
autoclismos e/ou na rega dos jardins;
4. Integrar na arquitectura locais destinados à recolha selectiva de resíduos
(por exemplo, papel, plásticos, vidros);
5. Utilizar, na construção, materiais com possibilidade de serem reciclados;
6. Fazer uma análise de ciclo de vida de todo o edifício.
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4 - TRABALHO FUTURO
Como trabalho futuro, o grupo de trabalho do INESC Coimbra propõe-se
fazer uma análise detalhada que permita antever o comportamento futuro do
novo edifício da Câmara Municipal da Mealhada, e colaborar na definição e
selecção das soluções finais a implementar.
Ao nível da simulação, será realizada, em VisualDOE, e documentada a
análise do comportamento das várias soluções arquitectónicas e construtivas e
dos vários sistemas activos de apoio, passíveis de serem instalados.
Far-se-á ainda a verificação da aplicação dos regulamentos nacionais:
- RCCTE - Regulamento
das
Características
de
Comportamento
Térmico dos Edifícios;
- RSECE - Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em
Edifícios.
Será avaliada a viabilidade técnica e económica da possível integração no
edifício de sistemas de produção local de energia através de elementos de
captação do tipo térmico e/ou fotovoltaico, sendo equacionada a sua utilização
como
elemento
construtivo
e
quantificada
a
respectiva
atractividade
económica.
A introdução de um sistema de gestão técnica no edifício permitirá
efectuar a coordenação do funcionamento dos elementos construtivos mais
vocacionados para o aproveitamento passivo da Energia Solar (nas vertentes
térmica, incluindo ventilação, e de iluminação natural), dos sistemas activos de
apoio (iluminação artificial, ventilação e climatização) e de outros sistemas
auxiliares (monitorização, segurança, rega, registo de consumos, etc.). As
vantagens de um sistema deste tipo assentam, principalmente, na possibilidade
de manter as condições de operação do edifício num ponto óptimo de
funcionamento, ao nível do conforto proporcionado aos utentes e dos
consumos de energia, a possibilidade de utilizar eficazmente as informações
adquiridas para implementar estratégias de controlo e manutenção óptimos do
ponto de vista económico e, ainda, a possibilidade de corrigir alguns efeitos
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resultantes da negligência natural dos utilizadores na utilização dos recursos e
sistemas. É propósito do grupo de trabalho, após a estabilização do projecto de
arquitectura, a especificação de um sistema de gestão técnica para o edifício.
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