Energia e Arquitectura

ENERGIA E ARQUITECTURA
(Energia Solar Passiva-2ª Edição)
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Energia e Arquitectura
Francisco Moita
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! A América do Norte (AN: EUA, ca. 315Mh + C, ca. 35
Mh) c/ cerca de 350 milhões habitantes (Mh) tem um
consumo de energia per capita (p.c.) de ca. 9.0TEP
(Toneladas Equivalentes de Petróleo/ano).
! A Europa Ocidental (ca. 460Mh) consome 3.7TEP, ou
seja cerca de 2,5 vezes menos (Alemanha c/. 82Mh,
consome ca. 4,5TEP p.c.; Portugal c/ 10,5Mh, consome ca.
2,6TEP p.c.), mas ca. 30 vezes mais do que de certos
países da Ásia (4.000Mh), que por sua vez consome 100
vezes mais do que certas regiões de África (ca. 890Mh)...
! Contas feitas: há regiões do globo que consomem ca. de
10.000 vezes mais energia do que outras!
! Se os 7.000Mh actuais do planeta quisessem ter o
consumo dos 350Mh-AN, não podiam por
insuficiência de recursos energéticos!
Energia:
- Consumos
per Capita
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! América do Norte (350Mh) + China (1.350M) +
Rússia (143M), ! 26% da população mundial (p.m.),
consomem mais de 51% da energia mundial.
! Só a América do Norte c/ ! 5% da p.m., consome ca.
de 30% da energia mundial.
! A China consume (ainda só!) 50% da energia de
Portugal p.c., mas triplica o consumo a cada 15 anos!
! Quando a China-1.350Mh, a Índia-1.210Mh e o
Brasil-195Mh (apr. 39,5% da p.m.), atingirem níveis de
desenvolvimento próximos dos nossos (10-20 anos?)
chegar-se-á, ao actual ritmo de consumo, à
insustentabilidade do planeta! Acresce ainda:
População mundial nas cidades (urbanizada)
• 1800: ca. 3%
• 1970: ca. 33%
• 2007: > 50%
• desde 2007 até 2030: cada 10 dias + 1,6Mh! (ONU)
• 2012: ! 50% + 310 milhões!...
População:
- Energia
e... Arquitectura
Explosão demográfica mundial:
• -5000a.: > ca. 10 Milhões h.
• 1900: > 2.000 Milhões h.
• 2010: > 6.300 Hilhões h. (ONU)
• 2012: > 7.000 Milhões h. (ONU)
• 2025: > 8.500 Milhões h. (ONU)
• 2100: >10.200 Milhões h. (ONU)
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Duração média:
80-100 anos!
! O sector da construção é das actividades económicas de
maiores impactos negativos no meio ambiente:
• Consome cerca de 50% dos recursos naturais
• Produz ca. de 40% dos resíduos totais do planeta...
• Os edifícios produzem ca. de 35 % das emissões de CO2
• Gasta ca. de 30-40% da energia primária disponível
(EUA> 40%; Europa> 30%; Portugal< 30%), incluindo
a energia incorporada nos materiais!
! Ex.: Alumínio ...
• 1 Tonelada de Alumínio (1,57 GWh!), produz 3
toneladas de resíduos altamente tóxicos (vd. o maior
desastre ambiental da Hungria, 6-10-2012!)...
• ...ferro, betão, vidro, tintas, vernizes...
• ...transporte, processamento, montagem...
• ...exploração, manutenção...
- Daí que os movimentos ecológicos mais conscientes sejam contra
a construção em altura!
Construção:
- Actividade
predadora!...
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Custo dos
combustíveis
desde a
década de 70!
Energia
nos edifícios
! Os edifícios consomem grandes quantidades de energia, fundamentalmente nos
quatro seguintes campos:
1. Equipamentos
2. Aquecimento águas sanitárias
3. Iluminação
4. Conforto ambiente
4.1 Aquecimento
4.2 Arrefecimento
4.3 Qualidade do Ar (ventilação)
Observações:
! Selecção dos equipamentos visando:
" melhor eficiência energética
" sua substituição, ... abolição!
! Utilização de colectores solares é imperiosa!
" (sempre que possível)!
! Utilização de sistemas passivos é sempre possível:
" + iluminação natural; - iluminação artificial
" selecção de lâmpadas e equipamentos!
! Utilização de sistemas passivos é sempre possível:
" menores custos de, aquecimento,
" arrefecimento e
" ventilação!
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Casa
solar passiva
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! A Casa do Meco
(F. Moita)
(Sesimbra-PT, 1995), usa
uma
excelente
estratégia
solar
passiva
reduzindo
substancialmente os consumos de energia e garantindo
o conforto termo-higrométrico durante todo o ano:
" Fenestração c/ bandeiras de ventilação;
" Ganhos solares directos - Aquecimento de Inverno
" Ventilação natural de Verão - Arrefecimento passivo
" Áreas dos vãos a
Sul: 42m2 ! 63%
Norte: 7m2 ! 10%
Poente: 11m2 ! 16%
Nascente: 7m2 ! 10%
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Pressupostos do projecto...
• Forma rectangular orientada a Sul
• Funções principais a Sul, sec. a Norte
• Criação de zonas-tampão
• Amplos ganhos directos (Sul) c/ 2 estufas
• Fenestração contida a N, O e E
• Ventilação natural em todo o edifício
• Aquecimento suplementar c/ biomassa
• Geometria solar (radiação/sombra-Inverno/Verão)
• Boa iluminação natural
• 2 Colectores solares: 100% água quente solar
(0% energia convencional)
• Arrefecimento passivo (nortada de Verão!)
• Sombreamento no Verão c/ vegetação
• Supera largamente o regulamento da época
(RCCTE de 1992)
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Vegetação:
# Sombreamento natural / Protecção das fachadas
# + Evapo-transpiração (Verão), + O, - CO2
# Ambiente e Micro-clima + ameno!
# Envolvente + saudável + aprazível...
# ... melhores condições psicotrópicas!
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Construção:
• Isolamento da envolvente exterior
• Isolamento das pontes térmicas
Contributo
• Construção c/ massa térmica
Solar de
(Exemplo do livro
Energia Solar Passiva -2ª Edição)
Aquecimento
- ca. de 70% !
!
70%
11.580 kWh/a
- 7.990 kWh/a
= 3.590 kWh/a
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A história
e a arquitectura
sem autor...
! A História e a Teoria da Arquitectura (séc. XX), preocupam-se fundamentalmente
com o estudo dos monumentos e dos grandes edifícios:
" Enfatizam tradicionalmente, o pouco comum, o “génio humano”, as grandes obras e os
grandes mestres. É a chamada arquitectura de autor ...
! Mas a arquitectura de autor é sobretudo valorizada pelo ambiente envolvente
construído, que é o resultado da arquitectura vernacular (dita popular), geralmente
realizada à margem dos grandes mestres (projectista, arquitecto, engenheiro), mas
directamente pelo povo, pelo artesão: - o pedreiro, o carpinteiro, o mestre de obras!...
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2 preconceitos...
! A valorização exclusiva das grandes obras e dos grandes mestres conduziu à
formação de 2 equívocos:
" 1º - Ao desprezo pelo conteúdo do ambiente construído (...à tendência para se verem
insignificantes casebres onde de facto existem edifícios de grande qualidade...), ao
esquecimento da arquitectura popular, sempre rica em ensinamentos de vária ordem:
• - melhoria das condições de vida (habitabilidade),
• - integração climática (conforto), etc..
É uma arquitectura sempre baseada em ensinamentos transmitidos de geração em geração
ao longo de (milhares de) anos. Constitui um património cultural riquíssimo (desprezado)!
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2º equívoco ...
" 2º - À criação no imaginário do público, leigo em geral (mas também no imaginário de
muitos “mestres”), da existência de dois padrões de arquitectura:
• os edifícios importantes, monumentais, especialmente do passado (...mas tb. do
presente, sobretudo aqueles que são publicáveis!...)
• ... e os outros, os pequenos, os que formam o ambiente construído anónimo, sem
autor... - os construídos pelo povo ou artesão, e por isso “sem importância...”
...nada de mais errado!...
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A diferença...
! Qual a origem da tradição do grande projecto (arquitectura monumental)?
! Qual a origem da tradição do projecto popular (arquitectura vernacular) ?
" Os grandes projectos (muito mais do que pela necessidade) foram (e são) sempre
feitos para impressionar, como prova de poder: económico, político, religioso, militar,
tecnológico!...
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Vernacular
puro /
“primitivo”
" O projecto popular, ao contrário, é fundamentalmente, baseado nas necessidades do
povo (seus desejos e paixões). É o imaginário da vida melhorada, sob a forma do
construído. Por isso a casa familiar como habitação/lar, é o seu principal objecto.
! O povo é simultaneamente o projectista, o construtor e o cliente!
Casas trogloditas, Irão
(4.000 anos!)
(tV: 40ºC; tI: -15ºC!)
Casa, Cabo Verde
(td: 30ºC; tn:18ºC)
Casa Malaia (td: 32ºC; tn: 24ºC)
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“Projectista
cliente e
construtor...”
!
A tradição popular usa plenamente e de forma optimizada todos os recursos (3
tipos) ao seu alcance (apesar de, evidentemente ter as suas limitações):
" económicos - o povo é por natureza pobre, não gasta demasiados recursos
económicos nas suas construções, porque não os tem!
" materiais de construção - são os que encontra no seu sítio, no seu caminho, na
sua região ou zona; não importa materiais de outra regiões!
" saber - são os conhecimentos de “saber fazer” herdados de gerações; é um saber
empirista e pragmático, não cientificamente verbalizável!
! A sua principal característica - comum às diferentes culturas - é a preocupação em
adaptar as construções aos microclimas, muitas vezes de características extremamente
severas, na busca do conforto.
Casa Rural, N. Alemanha (tV: 28ºC; tI: -25ºC)
Casa Igloo, P.Norte (tn: -50º; td: 5º)
(Genial optimização dos recursos!...)
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Vernacular
pré-industrial
!
As estratégias solar passivas são sempre praticadas neste tipo de arquitectura (têm
aqui a sua origem!) independentemente da escassez de recursos económicos ou
materiais:
• massa de acumulação térmica / construções leves
• exposição solar / sombreamento solar (fenestração!)
• aquecimento solar / arrefecimento passivo
• isolamento / ventilação natural
• vegetação... - elemento natural integrador!
Arquitectura N Europa (tV: 28º; tI: -30º!)
Arquitectura Marroquina (tV: 45º; tI: -5º)
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Os grandes
edifícios e os
grandes mestres...
! Pelo contrário, a tradição dos grandes edifícios, de avultados recursos (económicos,
materiais, e conhecimentos técnico-científicos) só raramente os utiliza plena, total e
racionalmente:
• É a arquitectura feita p/ impressionar, “inovar”, provocar impacto!
• Não prevê estratégias passivas de integração da construção no clima local!
• Contraria mesmo essas estratégias e princípios de integração climática, originando
edifícios desconfortáveis, dependentes 100% de energia auxiliar, inabitáveis sem energia!
• ... e, “naturalmente só confortáveis”, com recurso a dispendiosos equipamentos
mecânicos e elevados consumos de energia (como se isso fosse inevitável!)...
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!... construções leves, s/ capacidade de acumulação térmica ou inércia
higroscópica, baseadas em amplas fachadas de vidro,...
!... enormes “estufas” a Sul c/ total desconforto térmico (ti " 26°-40°)
mesmo c/ ar condicionado em plena carga,...
!... sem estratégia de sombreamento, ... com elevados custos de
exploração, ... baixos padrões de conforto... ...
(aumento do consumo de energia de
ca.6,5% / ano !)
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1º
(Mike Pearce)
! São raros os grandes edifícios que incorporam estratégias
O novo
paradigma:
Sustentabilidade!
passivas p/ climatização interior, não porque isso seja
inevitável ou impossível, como tantos defendem... 3 Exemplos:
! Eastgate Center: (Harare-Zimbabwe, 1996)
• Excelente arrefecimento segundo o princípio das termiteiras
• Ventilação nocturna (t.ext.n.!14ºC) arrefece a massa térmica
(td: 30ºC; tn: 14ºC)
(paredes pesadas + lajes) p/ 18º/20°C;
• Paredes e Lajes absorvem as cargas térmicas internas e temperaturas elevadas
diurnas (t.ext.d.! 30ºC), mantendo a temperatura de contorno dentro dos parâmetros do
conforto.
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! A Vegetação na fachada origina:
• Sombreamento dos vãos; melhor qualidade de ar (+ O e - CO2)
• Vãos recolhidos do plano da fachada, evitam a radiação
directa nas janelas e aquecimentos indesejáveis.
! A temperatura interior diurna não ultrapassa os 24 °C.
! O espaço comercial também é arrefecido durante a noite por
efeito de chaminé!
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2º
(Sir
Norman
Foster)
! O Commerzbank Tower (Frankfurt-RFA, 1997):
! É o “1º arranha-céus bioclimático” do mundo:
• Tem uma excelente estratégia de iluminação e ventilação
natural, que poupa ca. 65% da energia convencional.
! Em 1990 a administração local (coligação SPD+Verdes)
desafia à construção de um “arranha-céus ecológico”.
! Objectivo: Criar um edifico Inovador com, o máximo
conforto e mínimo consumo de energia!
! Estratégia: “jardins no céu” + tecnologia ambiental:
• De 4 em 4 pisos um jardim de 365m2 (9 no total!) abre-se p/
cada lado (planta triangular c/ atrium central aberto no interior
até 160m de altura.)
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! Um jardim (a cada 9º piso), c/ pé direito de 15m origina luz e
ventilação natural, temperaturas mais amenas (Inverno: tmi >+5ºC;
Meia estação ti é 3º a 5ºC >te; Verão ti < 3-4ºC te);
! Total: 3.300m2 de área ajardinada dentro do edifício c/ um
volume de 49.275m3, de ar puro (+O, -CO2!) pré - aquecido / ou
arrefecido, para climatização interior!
• Escritórios interiores nos outros 2 lados têm sempre vista para um
jardim e recebem luz natural.
! Os jardins, têm espécies de todo o mundo (jardim asiático,
americano, mediterrânico...) e orientação solar segundo necessidades
de cada espécie. Constituem aprazíveis zonas de descanso e convívio
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! As bandeiras de ventilação dos jardins são reguladas automaticamente (temp./
ventil.) conduzindo ± ar purificado p/ os escritórios (Inverno e Verão).
• Janelas (basculantes) e sombreadores manobráveis individualmente!
• Vidros: + transparentes nos jardins e + reflectivos nos escritórios.
• 56 pisos (259m altura) c/ 121.000m2 de escritórios!
• Cada conjunto de 8 andares tem a designação de aldeia e
representa um núcleo c/ vida própria
• A opinião generalizada dos ocupantes e visitas é de
um edifício com um excelente nível de conforto!
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3º
Reabilitação
passiva!...
! O Deutsche Bank Towers (Frankfurt-RFA, 1984-2011)
! Maior edifício reabilitado (de 2007 a 24/2/2011!) ,
e mais ecológico da Europa! (38+40 andares c/ 60.000m2)
• Edifício dos anos 70 com a eficiência energética da época...
• 200 Mi # p/ conversão no edifício mais ecológico!
• Das 30.500t. materiais foram recicladas 29.400t. (só 2%!n) ...
...os novos materiais são provenientes de distâncias < 800Km!
• Nova fachada isoglas (vidro triplo: < perdas, < ganhos);
• Ventilação natural: < aquecimento / arrefecimento;
/ + ventilação! (arrefecimento passivo nocturno);
• Co+Trigeração, c/ sistema de climatização a água no
tecto (em vez de ar);
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(W. Hanig,
H. Scheid &
J. Schmidt)
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! Serviço informático centralizado ($300W%90W/post/tr.:2000u!);
• Iluminação automática alto rendimento post/tr. (sensores);
• Ascensores automáticos (produzem energia, percurso
seleccionado c/ informática, etc.);
• Água quente solar (cantinas, serv. sociais, sanitários, etc.);
• Sistema de redução de água sanitária (ca. de 2,5l/sanitário!);
• Captação e armazen. da água da chuva (rega, sanitários, e.o.)
• ETAR p/: regeneração de água p/ regas e limpeza sanitários
• ... Resultados Finais:
Consumo de electricidade
Energia aquec./arrefecimento
Redução: 55%
Redução: 67%
Consumo de água
Materiais reciclados:
Redução: 74%
98%
Emissões de CO2
Redução: 89%
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A Critica ...
! A arquitectura do séc. XX, fascinada pelas novas formas, técnicas e materiais da era
industrial, foi completamente autista quanto à exaustão dos recursos naturais e impactos
negativos no planeta!
Originou:
• A ruptura com antigos cânones construtivos, aperfeiçoados ao longo de séculos, na
melhoria do conforto e bem estar!...
• A utilização em massa de equipamentos mecânicos e recurso à energia auxiliar, sob a
ilusão do Homem dominar a natureza (em vez de se integrar!), como se isso não
tivesse custos para o ambiente ou para o seu bem estar!...
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! A arquitectura do séc. XXI tem de responder aos desafios e necessidades da civilização
(ambientais, económicas, sociais...), muito mais do que aos meros impulsos estéticoformais dos arquitectos ou das “elites do poder”...
! ... o impacto da forma já se prepara para se transformar no impacto do movimento!...
! A arquitectura terá de “servir” um planeta mais sustentável, com menores impactos,
maior autonomia energética, melhor integração do Homem na natureza, e ...
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• ...
sobretudo
com mais conforto
e segurança !
fim