Artigo_SBDS0089_

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Artigo_SBDS0089_

Eficiência Energética em um Escritório Modelo Sustentável: O Caso do
Escritório Verde da UTFPR
Energy Efficiency in a Model of a Sustainable Office: The Case of the Green Office
of UTFPR
Eloy Fassi CASAGRANDE JR1
João Almeida de GÓIS2
Palavras chave: Eficiência Energética, Escritório Verde, Prédio Verde
Este artigo apresenta soluções de eficiência energética adotadas em um escritório modelo sustentável
que está sendo construído na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Campus Curitiba.
Trata-se do primeiro Escritório Verde (EV) de uma universidade brasileira, sendo que sua criação tem
como base o modelo adotado em diversas universidades do exterior, para tornar os campi universitários
mais sustentáveis. O objetivo do EV é desenvolver a política de sustentabilidade do Campus Curitiba
tendo sua própria sede como exemplo físico deste comprometimento. O projeto prevê instalação de
3290W de energia solar, uma parte conectada diretamente à rede da concessionária e a outra a baterias.
Uma das inovações no modelo é a instalação de um sistema de resfriamento dos módulos fotovoltaicos
usando o calor para aquecimento de água. A iluminação se dará por lâmpadas LED associado ao uso de
iluminação natural. O sistema de climatização é composto por painéis de energia termodinâmica (bombas
de calor) para também aquecimento da água usada na calefação, integrado de forma inovadora a
equipamento para controle de umidade e resfriamento do ar. O uso de telhados verdes, paredes duplas
com mantas em PET e pneu reciclado e janelas de vidros duplos, compõe o conjunto para maior
eficiência.
Keywords: Energy Efficiency, Green Office, Green Building
This article provides energy efficiency solutions adopted in a model of sustainable office being built at
the Federal University of Technology of Paraná (UTFPR), Campus Curitiba. This is the first Green Office
(EV) of a Brazilian university, and its creation is based on the model adopted in many universities abroad,
to make Campi more sustainable. The goal of EV is to develop the sustainable policy of the Campus
Curitiba with its own headquarters as a physical example of this commitment. The project includes the
installation of approximately 3290W of solar energy, part of it directly connected to the utility grid (grid tie)
and part in batteries. One of the innovations in the model is to install a cooling system for photovoltaic
modules using heat to heat water. The lighting will be LED bulbs associated with the use of natural lighting.
The HVAC system consists of panels of thermodynamic energy (heat pumps) to also heat the water used
in heating, integrated in an innovative way to equipment for humidity control and air cooling. The use of
green roofs, double walls with layers of recycled PET and recycled tire and double glazing, comprises the
set for greater efficiency.
Introdução
Muitos são os impactos do setor da construção civil convencional adotado no Brasil, baseada
principalmente no uso de materiais com alta emissão de carbono na construção em alvenaria.
Sendo que também se adota pouco os princípios da arquitetura bio-climática durante a fase de
projeto e que impacta diretamente no consumo de energia durante o uso de uma edificação.
Soma-se a isto o aumento anual de demanda de energia elétrica no Brasil e a necessidade
de construção de mais hidrelétricas, termelétricas e usinas nucleares, que geram também
grande impacto ambiental. De acordo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o consumo
Anais do
3° Simpósio Brasileiro de Design Sustentável
(III SBDS)
Proceedings of the
3rd International Symposium on Sustainable
Design (III ISSD)
Leonardo Castillo; Manoel Guedes& Aguinaldo dos
Santos (orgs.)
Rede Brasil de Design Sustentável – RBDS
Recife | Brasil | 2011
ISBN
Leonardo Castillo; Manoel Guedes& Aguinaldo dos
Santos (orgs.)
Brazil Network on Sustainable Design - RBDS
Recife | Brazil | 2011
ISBN
brasileiro cresceu 4,8% nos três primeiros meses de 2011 em relação ao primeiro trimestre de
2010, tendo atingido, de janeiro a março, demanda de 107.231 gigawatts-hora (GWh), sendo
que o maior crescimento percentual ficou com os consumidores comerciais e de serviços, com
expansão de 6,1% entre um trimestre e outro, acumulando demanda de 18.961 GWh.
(OLIVEIRA, 2011).
O projeto do Escritório Verde (EV) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
estabeleceu parcerias com empresas para construir sua sede dentro dos princípios de
sustentabilidade, da eficiência energética e do conforto ambiental. Assim foram aplicadas
tecnologias ainda pouco utilizadas no Brasil, como o sistema de construção a seco (woodframe) que permite o uso de mantas para isolamento térmico acústico, janelas de vidros
duplos, telhados verdes, iluminação natural, lâmpadas LEDs, uso de placas fotovoltaicas para
fornecer energia elétrica, uso de placas termodinâmicas (bomba de calor) para aquecimento da
água e equipamentos para controlar umidade do ar.
Um dos importantes fatores a ser considerado em uma edificação é o controle de sua
temperatura interna, sendo que medidas adotadas neste sentido também têm uma relação
direta com a eficiência energética do ambiente construído. Segundo a ASHRAE (1977),
conforto térmico é um “estado de espírito”, reflete a satisfação com o ambiente térmico que
envolve a pessoa. Em linhas gerais há conforto térmico quando o balanço de todas as trocas
de calor a que está submetido o corpo for nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro
de certos limites. Retirando preferências pessoais subjetivas, as características climáticas
chaves para o conforto térmico são a temperatura do ar, o movimento do ar, a radiação e a
umidade do ar.
Soluções construtivas sustentáveis - impacto em eficiência e conforto térmico
Segundo a ASHRAE (1977), Conforto Térmico é um “estado de espírito”, reflete a satisfação
com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Em linhas gerais há conforto térmico quando o
balanço de todas as trocas de calor a que está submetido o corpo for nulo e a temperatura da
pele e suor estiverem dentro de certos limites. Retirando preferências pessoais subjetivas,
características climáticas chave para o conforto térmico são a temperatura do ar, o movimento
do ar, a radiação e a umidade do ar.
O EV da UTFPR buscou e celebrou parcerias para trazer conforto térmico da forma mais
adequada aos princípios de sustentabilidade, e eficiência energética. Foram aplicadas
tecnologias recentes e ainda pouco utilizadas no Brasil, como janelas de vidros duplos,
telhados verdes, paredes duplas recheadas com mantas feitas de lã de garrafas plásticas PET
e mantas de um composto com base em pneu reciclado.
Sistema construtivo Wood-frame
Diversos autores, entre os quais Giglio (2005), e Bogo (2003) citam o baixo desempenho
térmico das habitações em madeira mais utilizadas no sul do país, de fechamentos verticais
com apenas 2,2 cm de espessura, considerado inadequado na maioria dos locais. No entanto,
um estudo de painéis de vedação em madeira estilo wood-frame, (conhecido como painéis de
parede dupla), em Londrina - PR, concluindo que alguns tipos de painéis tem conforto térmico
equiparável às paredes tradicionais de tijolos. (GIGLIO, 2005).
A madeira de reflorestamento utilizada é material renovável, com baixo consumo energético
e boa possibilidade de aproveitamento dos resíduos, além de contribuir positivamente na
renovação do ar (BARBOSA E INO, 2001). Segundo Navarro e Ino (1998), a montagem dos
painéis em fábrica acelera, facilita e otimiza o processo, após fabricados e transportados, em
alguns poucos dias é possível montar a estrutura de uma casa simples de 100m2 com um
guindaste.
A madeira apresenta um bom isolamento térmico, principalmente o pinus (SSP), madeira
porosa, de baixa densidade térmica, condutividade térmica da ordem de 0,15 W/(m.K),
(UCHÔA, 1989) (NBR 15220-2 de 04/2005), enquanto que a cerâmica apresenta valor de 0,90
W/(m.K). O pinus tem preferência também por sua elevada permeabilidade ao tratamento em
autoclave, fundamental para evitar o ataque de organismos xilófagos.
Anais do 3º Simpósio Brasileiro de Design Sustentável (III SBDS)
Proceedings of the 3rd International Symposium on Sustainable Design (III ISSD)
Molina e Calil Junior (2010) citam que nos Estados Unidos da América a tecnologia woodframe é utilizada em 95% das casas construídas, e que o controle de gastos é facilitado ainda
no projeto já que é industrializável. Apresentam como exemplo a Alemanha, onde a
industrialização dos painéis de parede, de piso e cobertura, com alto controle de qualidade,
possibilita a construção de casas com mais de 200 m2 em apenas 60 dias, sendo necessário
apenas um único dia para montagem da casa.
Um assunto recorrente, a segurança da edificação em wood-frame contra incêndio, também
é abordada por Molina e Calil Junior (2010), que informam ter a madeira um excelente
comportamento em situação de incêndio. Citando Pinto (2001), elementos estruturais de
madeira, quando expostos ao fogo, carbonizam primeiramente seu perímetro externo, ficando o
interior da madeira praticamente intacto.
De uma maneira geral, a principal preocupação dos órgãos normativos com a ocorrência de
incêndio não está ligada ao interesse de preservar o patrimônio, mas sim de garantir que a
edificação permaneça com sua capacidade resistente preservada por um período de tempo
suficiente para garantir a total evacuação das pessoas. A principal preocupação, neste caso, é
a de preservar a integridade física do ser humano. A questão da perda como patrimônio pode
ser facilmente garantida por meio de contratos e seguros.
Finalmente, apresentam o wood-frame como:
“Um sistema leve, estruturado em perfis de madeira reflorestada tratada, que permite a utilização
em conjunto com diversos materiais, além de permitir rapidez na montagem e total controle dos gastos
já na fase de projeto por ser industrializado. Seu comportamento estrutural é superior ao da alvenaria
estrutural em resistência, conforto térmico e acústico.” (MOLINA E CALIL JUNIOR, 2010, p. 1).
O uso de soluções Wood frame no Escritório Verde da UTFPR
O EV da UTFPR foi concebido para ser um escritório comercial modelo dentro dos princípios
da construção sustentável. Assim, a estrutura adotada foi a de wood-frame usando painéis
estruturais de OSB (Oriented Strand Board), ou painéis de fibras de orientadas, que formam um
“sanduiche”, onde internamente se pode colocar mantas de isolamento térmico-acústico. No
caso do EV, foi utilizado a manta de PET reciclado de 75mm para o isolamento térmico e a
manta de pneu reciclado de 5mm para o isolamento acústico. Como revestimento interno foram
usados painéis de OSB com um lâmina de acabamento em pinus (DecoWall) e placas
cimentícias. No caso do revestimento externo se usou lâminas de PVC (Siding Vinilico) e
tábuas de OSB, tendo uma resina isolante um uma das faces (SmartSide). (LP Brasil, 2011).
Para colocar a estrutura do EV em pé foram necessários apenas cinco dias, com um
operador de guindaste e cinco pessoas (figura 1), sendo que as paredes foram executadas na
fábrica em doze dias e com resíduo praticamente zero.
Figura 1 – fotos com momentos da obra.
Fonte: Escritório Verde (2011)
O isolamento térmico-acústico está diretamente ligado ao conceito de edifícios sustentáveis
quando se considera a economia de energia e a eficiência térmica, fatores que são analisados
quando se busca uma “certificação verde” para a obra. O custo inicial um pouco mais alto é
compensado pela redução nos custos financeiros de uso e manutenção do edifício, além de
ter-se um ganho ambiental por reduzir a demanda de energia necessária para o seu bom
funcionamento.
Menor uso de energia, redução de custos, menor emissão de gás carbônico, maior
produtividade acadêmica e maior satisfação com o ambiente de trabalho são todos os pontos
positivos da construção sustentável que Universidade Tecnológica passará a conhecer a partir
do Escritório Verde.
Um dos estudos a serem conduzidos através de uma pesquisa de mestrado do Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil – PPGEC, orientado pelo Prof. Casagrande Jr., será o
cálculo de estoque de carbono fixado em todo o sistema. Sendo a madeira o único material
renovável utilizado na construção civil, ao contrário dos demais, como o tijolo, cimento, aço, cal,
areia e pedra brita, todos não renováveis e grandes emissores de dióxido de carbono para a
atmosfera, este estudo se constitui de grande importância para a ciência, principalmente
quando se discute medidas para reduções na emissão dos gases do Efeito Estufa e maneiras
de se enfrentar as mudanças climáticas.
Telhados verdes
O uso internacional dos telhados verdes já é bem conhecido. Segundo Araújo (2007), países
como Alemanha, Áustria e Noruega já utilizam amplamente o conceito de telhado verde,
inclusive devido ao forte interesse em reverter a degradação ambiental e a eliminação dos
espaços verdes.
Telhado Verde é uma cobertura ou telhado com uma camada de solo ou substrato com
vegetação. Os modelos intensivos usam plantas com maior consumo de água, adubo e
manutenção, nos extensivos as plantas utilizadas têm alta resistência às variações pluviais e
climáticas, minimizando manutenção e estrutura (LAAR et al, 2001). A figura 2 apresenta dois
cortes básicos.
Figura 2 – diversas camadas de dois exemplos de cobertura verde.
Fonte: Vecchia (2005) e Araújo (2007).
A alta temperatura da superfície da maioria dos telhados e coberturas quando exposto ao
sol é um dos problemas da construção convencional. No Brasil é comum as lajes apresentarem
rachaduras e infiltrações com o passar dos anos, as altas variações de temperatura com verão,
inverno, sol, chuva acabam deteriorando os materiais utilizados, notadamente concreto
armado. Onmura et al (2000) mostrou que uma laje exposta ao sol a uma temperatura
ambiente de 38°C durante o verão no Japão apresenta uma diferença de 30°C a menos
quando coberta por telhado verde. Vecchia (2005) registrou que as temperaturas nas
superfícies dos telhados são muito mais amenas no telhado verde. O gráfico da figura 3
apresenta medição mostrando que em um telhado cerâmico num dia a 34°C a temperatura da
superfície do telhado ensolarado chegou a mais de 50°C, enquanto a cobertura verde leve
(CVL) foi no máximo a 30°C.
Quanto à temperatura interna, Vecchia (2005) registrou internamente a uma edificação com
telhado verde uma amplitude térmica média de 9,2°C, frente à externa de 21,4°C, ver figura 4,
portanto mais conforto térmico, além de um atraso térmico de cerca de 4 horas, tempo que a
mudança interna leva para acompanhar a externa.
Figura 3 - Temperaturas superficiais internas de cinco protótipos: 1) aço galvanizado; 2) fibrocimento ondulada; 3) laje
pré-moldada cerâmica inclinada (sem telhas) e com impermeabilização, de cor branca, com resina de óleo vegetal
(Ricinus communis); 4) cobertura verde leve e, finalmente; 5) telha cerâmica.
Fonte: Vecchia (2005).
O conforto térmico com menor amplitude de variação da temperatura interna se traduz em
economia. Mello (et al, 2010) calculam uma redução de 40% no consumo de energia do ar
condicionado na Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP com a implantação de
telhados verdes.
Outro fator importante, estudos apontam que telhados verdes provêm isolamento acústico,
um substrato de 12 cm de profundidade pode reduzir o som decibéis (OLIVEIRA & RIBAS,
1995).
Figura 4 - Gráfico do dia para o dia 9 de outubro de 2004 contendo os valores da temperatura interna do ar (tbs) com
altura tomada a 1.0 m do piso; da temperatura superficial do forro pré-moldado de laje cerâmica (tsicer) e da
temperatura externa do ar (temp. ar exterior).
Fonte: Vecchia (2005).
As coberturas verdes do Escritório Verde da UTFPR
No EV da UTFPR foram planejadas duas coberturas verdes, conforme ilustra a figura 5, que
apresenta fotos e ilustração tridimensional do projeto. Neste sistema usou-se o sistema de
módulos composto de resíduos de EVA (polímero usado em sola de calçados) que já vem com
substrato para a vegetação (ECOTELHADO, 2011). Estes módulos são colocados sobre a laje
impermeabilizada com um tinta conhecida como “borracha líquida” desenvolvida através de
nanotecnologia (HM RUBBER, 2011). Sobre eles, leivas de gramas foram acomodadas, como
no caso da cobertura da área do café do EV e que poderá ser acessado pelo mezanino. Já na
parte frontal da edificação, a área da coordenação também receberá o ecotelhado com plantas
que necessitam de menos água para se manterem. Está será a primeira obra da UTFPR a
empregar cobertura verde e sua avaliação será um dos importantes temas pesquisa ligados a
escritório modelo sustentável. stá será a primeira obra da UTFPR a empregar cobertura verde
e sua avaliação será um dos importantes temas pesquisa ligados a escritório modelo
sustentável.
Figura 5 – Instalação do telhado verde do EV da UTFPR e ilustração do projeto.
Iluminação natural e janelas de vidros duplos
O projeto do EV privilegiou a entrada a luz natural através de um conjunto de janelas amplas,
estrategicamente posicionadas. Estudos também demonstram a maior eficiência das janelas se
estas forem de vidros duplos, ainda de alto custo e pouco difundidas no Brasil.
Silva e Almeida (2003), com métodos de análise baseados na regulamentação portuguesa,
avaliaram as necessidades energéticas anuais (NEA) e o custo anual da energia (CAE). As
NEA (kWh/m2.ano), figura 6, foram obtidas pela soma das necessidades energéticas de
aquecimento (NEAq) com as necessidades energéticas de arrefecimento (NEArr). O CAE
(€/ano), foi calculado tendo por base a área útil de pavimento dos edifícios estudados e o custo
da energia, considerando que é utilizada energia elétrica (0.093 €/kWh), neste estudo
concluíram que o maior investimento em vidros duplos, comparando ao simples, se paga em 9
anos.
Figura 6 - necessidades energéticas anuais (NEA) baseadas na regulamentação portuguesa.
Fonte: Silva e Almeida (2003).
Baltar (2006) mostra um estudo em hospitais onde diversos tipos de vidro são testados em
relação aos gastos com ar-condicionado, concluindo nos ensaios uma redução de 7% ao longo
de 12 meses nos gastos com energia de climatização (refrigeração e aquecimento).
O EV UTFPR tem todas as janelas em madeira de reflorestamento Lyptus com ferragem
alemã e com vidro duplo (MADO, 2011). As janelas têm abertura maximoar e seguem o design
europeu, conforme mostra a figura 7.
Figura 7 – Janelas de vidros duplos.
Aquecimento de água e climatização
O sistema de aquecimento de água e climatização do Escritório Verde da UTFPR é composto
por sistema termodinâmico (bombas de calor) de aquecimento com painéis solares que captam
o calor (do sol e do ambiente) para aquecimento da água usada na calefação, integrado de
forma inovadora a equipamento desumidificador dessecante, para controle de umidade e
resfriamento do ar.
Aquecedor temodinâmico
Sistemas termodinâmicos são baseados fundamentalmente na compressão e expansão de
algum gás, o princípio “bomba de calor” do físico francês Nicolas Carnot. Os equipamentos
básicos são um compressor, que consome energia elétrica, um condensador que troca calor
com um acumulador de água quente, uma válvula de expansão, um painel evaporador. No
caso do aquecimento de água, o compressor comprime o gás tornando-o fluído e
conseqüentemente aumentando sua temperatura no condensador, este está mergulhado
(serpentina) dentro do acumulador com a água a ser aquecida. A seguir o fluido vai para a
válvula de expansão e, sendo expandido, torna-se gasoso novamente no evaporador, sugando
calor do ambiente (o painel “solar” exposto ao ambiente externo fica frio), este gás quente volta
ao compressor e o ciclo se repete. Portanto, a expansão do gás absorve calor de fora,
resfriando a placa externa, e sua compressão entrega calor dentro do acumulador, aquecendo
a água.
Com equipamento adequado é possível inverter este ciclo e “bombear” calor para fora,
assim teríamos a refrigeração da água, este princípio é utilizado em alguns modelos de
condicionadores de ar.
Estes dispositivos não devem ser chamados simplesmente de “aquecedores de água com
painéis solares”, uma vez que o sistema termodinâmico não necessita sol, pois “bombeia” /
transfere calor de um lado para outro, o painel externo (evaporador) fica mais frio a medida que
a água do acumulador fica mais quente. Por outro lado um melhor desempenho é obtido com
temperatura externa alta, portanto a iluminação solar auxilia o sistema, é possível aproveitar o
calor solar, mas se não houver sol o calor do ambiente, mesmo a baixas temperaturas, é
aproveitado. Um nome que define melhor é sistema termodinâmico de aquecimento com
painéis solares. A figura 8 mostra, à esquerda, uma ilustração do princípio de funcionamento de
um produto comercial da SOLAR FLEX (2011), mostrando a posição da placa evaporadora
(acima), e do reservatório, tendo acima o compressor e internamente a “serpentina” onde
circula o gás que aquece a água. Na mesma figura, à direita, exemplo de painel externo de um
sistema termodinâmico de aquecimento, mostrando condensação e congelamento do ar
exterior, mesmo em temperaturas frias e sem sol o gás se aquece ao expandir, o sistema
termodinâmico consegue bombear energia térmica de fora para dentro, resfriando o painel e
aquecendo o gás.
Figura 8 – Á esquerda: ilustração do princípio de funcionamento de um sistema termodinâmico de aquecimento com
painéis solares; à direita, painel externo de um sistema termodinâmico de aquecimento, mostrando condensação e
congelamento do ar exterior.
Fonte: Fonte: SOLAR FLEX (2011) e SOLARIS (2011).
Outra distinção importante é que sistemas termodinâmicos de aquecimento com painéis
solares exigem compressor que consome energia elétrica, diferentemente dos tradicionais
“aquecedores de água com painéis solares” que aquecem água diretamente a partir da luz
solar, e usam o princípio “termosifão”, onde a água aquecida no painel circula para o
acumulador impulsionada pelo calor captado, portanto não consome energia elétrica. Ainda
assim este consumo é menor que se a água fosse aquecida por resistência elétrica, existe um
coeficiente, denominado COP, coeficiente de desempenho, que para este tipo de aquecedores
está entre 3 e 4, o que significa que aquecer água com resistência elétrica gastaria 3 a 4 vezes
mais energia elétrica que o sistema termodinâmico de aquecimento com painéis solares. Com
1000W é possível aquecer o mesmo que uma resistência elétrica de 3000 a 4000W aqueceria.
Isso é explicado devido à captação da energia do calor externo pelo gás.
O quadro 1 compara sistemas termodinâmicos de aquecimento com painéis solares, com os
“aquecedores de água com painéis solares”.
Quadro 1 - comparação entre sistemas termodinâmicos de aquecimento com painéis solares e os tradicionais
“aquecedores de água com painéis solares”.
CARACTERÍSTICA
DURABILIDADE
PESO
GEOMETRIA
ESTÉTICA
INSTALAÇAO
LUZ SOLAR
SISTEMA DUPLO
sistemas termodinâmicos de
aquecimento com painéis solares
Semelhante aos painéis de troca de calor
das geladeiras, os painéis termodinâmicos
apresentam durabilidade superior
Mais leve, normalmente fabricado em
alumínio.
Pode ser instalado na vertical, horizontal
sem ângulos ou desníveis específicos,
sem grande prejuízo de eficiência. Facilita
acomodamento estético.
Funciona sem sol, capta calor do ambiente
mesmo a baixas temperaturas
Não precisa sistema elétrico de apoio
aquecedores de água com
painéis solares
Tem durabilidade menor.
Mais pesado.
Exige posicionamento geográfico /
geométrico em função do sol e do
funcionamento do termosifão,
dificultando a instalação e
prejudicando estética.
Exige luz solar.
Precisa aquecedor elétrico de
apoio para períodos muito longos
sem sol.
MANUTENÇÃO
CUSTO OPERAÇÃO
MANUTENÇÃO
CUSTO
INSTALAÇÃO
Menor
Custo de operação menor, levando em
conta falta de sol e manutenção (ver ao
lado)
Custo de instalação maior
Sem vidros
VIDROS
DANO POR
CONGELAMENTO
FLUÍDO
Não ocorre com o gás
Fluído refrigerante ecológico R 410ª.
Maior
Custo de operação maior, levando
em conta a falta de sol
(acionamento do sistema elétrico) e
freqüência de manutenção
Custo de instalação menor
Vidros ou materiais transparentes
exigem limpeza freqüente e se
danificam mais fácilmente com
granizo e outros agentes
Pode ocorrer em locais muito frios
com a água.
Água (aquecimento direto).
Fonte: elaborado pelos autores a partir dos fornecedores pesquisados.
Climatização com Desumidificador Dessecante
Conforme já mencionado, segundo a ASHRAE (1977), conforto térmico é um “estado de
espírito”, reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa, e está relacionado
principalmente à temperatura do ar, o movimento do ar, à radiação e à umidade do ar.
O Escritório Verde da UTFPR instalará um sistema desumidificador dessecante, capaz de
reduzir a umidade do ar a níveis mais baixos que usando refrigeração mecânica. Este sistema
utiliza um cilindro tipo colméia (honeycomb) como mostrado na Figura 9 (CAMARGO, 2003).
Figura 9 - Desumidificador tipo cilindro rotativo
Fonte: Camargo (2003)
O equipamento da Munters, denominado DryCool™ HD Desumidificador Dessecante
(DryCool™ HD Dessiccant Dehumidifier) é apresentado da figura 10. Usa-se aqui o mesmo
princípio termodinâmico já comentado acima para bombear calor com compressão e expansão
de um gás. O gás é comprimido, liquefeito e aquece no condensador, a seguir expande e esfria
no evaporador. São aproveitados os dois lados do bombeamento de calor do sistema
termodinâmico. O DryCool™ HD usa fluido refrigerante ecológico - R 410a. Trata-se de
equipamento de alta eficiência energética, diferentemente de uma geladeira, por exemplo, que
transfere o calor de dentro para fora sem aproveitá-lo, este equipamento transfere calor e
aproveita o lado frio e o lado quente. O ar a ser tratado entra pelo evaporador (frio) e é
resfriado, umidade e partículas são retirados neste processo, tornando o ar mais limpo e frio. A
seguir passa pelo desumidificador tipo cilindro rotativo com material dessecante, que absorve a
umidade, e volta ao ambiente. O cilindro dessecante precisa ser “reativado”, pois vai saturando
com a umidade absorvida, isso é feito com uma segunda circulação de ar, do meio externo, que
passa pelo condensador (quente) e reativa o dessecador.
Figura 10 – ilustração do sistema de refrigeração DryCool™ HD Desumidificador Dessecante.
Fonte: Adaptado de DRYCOOL HD (2010)
O Sistema Termodinâmico do Escritório Verde da UTFPR e interligação com o
DryCool™ HD Desumidificador Dessecante
De acordo com a empresa ASTROREI (2011) o consumo de energia mensal de um sistema
termodinâmico de aquecimento com painéis solares é inferior aos tradicionais “aquecedores de
água com painéis solares” que necessitam de um aquecedor elétrico auxiliar, conforme mostra
a figura 11.
Figura 11 - quadro comparativo entre sistemas de aquecimento de água.
Fonte: ASTROREI (2011)
Interligando os sistemas
Nos dias muito quentes há necessidade de refrigeração e aquecimento extra no DryCool™,
causando gasto de energia adicional, está em estudo o uso do sistema termodinâmico da Astro
Rei para fornecer calor para o sistema DryCool™. Inicialmente uma serpentina será instalada
no acumulador térmico de água para uso do fluxo de ar.
Painéis solares híbridos, lâmpadas LEDs e aquecimento de água
O EV da UTFPR pretende ser a primeira edificação autônoma solar do Paraná, com cerca de
3290 Watts instalados e conectados uma parte a rede pública de energia (2050W) e outra parte
acumular em baterias (1240W), sendo que para redução no consumo de energia, serão
empregadas lâmpadas LEDs (Light Emitting Diodes). Elas são diferentes de lâmpadas
incandescentes comuns, pois não têm filamentos que se queimam e não ficam muito quentes.
Além disso, são iluminados somente pelo movimento de elétrons em um material semicondutor
(o diodo é o tipo mais simples de semicondutor) e duram tanto quanto um transistor padrão.
O termo “célula fotoelétrica” é usado por qualquer dispositivo que converta luz em
eletricidade, mais utilizado para sensores de luz, como os utilizados em máquinas fotográficas.
Para o caso de produção de energia elétrica para consumo, o termo mais utilizado é “célula
fotovoltaica”, ao conjunto de células fotovoltaicas podemos designar de módulo, placa ou painel
fotovoltaico. Como sua fonte de energia é a luz solar, designamos painéis solares fotovoltaicos.
Os painéis solares fotovoltaicos podem ser conectados diretamente na rede elétrica (modelo
grid tie) ou armazenar a energia em baterias, podendo ser usada quando não há luz solar. Os
painéis solares fotovoltaicos necessitam de equipamentos adicionais para funcionar: Baterias,
que armazenam a energia para uso quando não há luz solar; controlador de carga, responsável
por manter baterias carregadas corretamente; inversores, responsáveis por converter a energia
em corrente contínua, gerada pelos painéis e armazenada pelas baterias, em corrente
alternada, adequada ao consumo da rede pública de energia elétrica de baixa tensão.
Pretende-se acoplar os painéis fotovoltaicos em estruturas com circulação de água por
serpentinas, resfriando os painéis com conseqüente aumento da vida útil e eficiência,
comprovadamente reduzidas quando trabalhando nas altas temperaturas provocadas pela
incidência solar. Como subproduto será gerado água quente que poderá ser utilizada. A figura
12 mostra uma ilustração dos painéis fotovoltaicos a 30º C e tubos de entrada (20º C) e saída
(26º C) de água para refrigeração.
As medições de eficiência energética e sobre o funcionamento do sistema serão conduzidas
com o apoio dos professores e alunos do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT).
Figura 12 - sistema de resfriamento dos painéis fotovoltaicos
Fonte: CPF (2011)
Bicicleta a hidrogênio e veículo elétrico
Com a energia elétrica gerada durante o dia pelos painéis fotovoltaicos, o projeto também tem
como objetivo alimentar um veículo elétrico e uma bicicleta a hidrogênio.
Bicicleta a hidrogênio da NESHy
A bicicleta a hidrogênio usa este gás dentro de um inovador cilindro fabricado com materiais
compostos, incluindo garrafa pet e fibras de carbono, mais leve que os convencionais de aço.
O hidrogênio engarrafado é usado em uma célula combustível que gera eletricidade que aciona
um motor. A idéia dos empresários é gerar o hidrogênio em postos de recarga que coletam
água da chuva e serão cobertos de células fotovoltaicas, portanto terão certa autonomia. No
posto de recarga, a eletricidade das células será usada para fazer eletrólise da água coletada,
gerando hidrogênio.
A figura 14 traz alguns ensaios sobre o projeto. A bicicleta tem protótipo e está sendo
testada, sendo que uma empresa parceira fornecerá os hidrolisadores, dispositivos que com
uso de eletricidade convertem água em hidrogênio (H2Bike, 2011).
Figura 14 - Da esquerda acima em sentido horário: posto de recarga (concepção), bicicleta a hidrogênio (foto de
protótipo real), célula combustível, reservatório de hidrogênio.
Fonte: H2Bike (2011)
Veículo Pompeo
O veículo elétrico a ser avaliado é o Triciclo Pompeo (2011), figura 13, que utiliza baterias
recarregáveis. Trata-se de um carro elétrico que está sendo desenvolvido no Paraná, sendo o
primeiro carro elétrico genuinamente brasileiro e que promete ser acessível a todos, tanto pelo
baixo custo, quanto pela tecnologia simples. O POMPEO poderá ter uma autonomia de até 200
km, sendo que necessitará de apenas 1KW/h para rodar 10 km a um custo de R$0,40, ou seja
R$0,04/km. O projeto já vem sendo desenvolvido desde 2007 e conta com diversas parcerias
de empresas do setor automobilístico, sendo que os testes com seu protótipo será finalizado
até o final do ano de 2011. Havendo investimentos para sua produção, a estimativa de preço de
mercado para um veículo básico pode ficar na faixa dos R$30 mil Reais.
Figura 13 – Ilustração e protótipo do carro elétrico POMPEO
Fonte: Triciclo Pompeo (2011)
Considerações finais
O projeto do EV de conforto ambiental e eficiência energética reúne grande parte das
tecnologias disponíveis hoje no mercado e reconhecidas como eficientes. A promoção do baixo
consumo de energia elétrica em uma edificação está diretamente ligado a redução nas
emissões de Gases do Efeito Estufa (GEE) e também diminui a necessidade de se construir
usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares.
Sendo uma espécie de “laboratório vivo”, o EV permitirá que estudos sejam conduzidos
para provar sua eficiência, pois na sua concepção, o importante foi promover o encontro das
empresas, demonstrando que o conjunto integrado de suas tecnologias e produtos fazem mais
sentido do que as empregando isoladamente. Ao associar o projeto do carro elétrico e da
bicicleta a célula de hidrogênio, será possível também avaliar um modelo único de edificação
sustentável integrada a mobilidade sustentável. O desafio aqui é demonstrar que além do
ganho ambiental, o custo inicial na sua implantação será compensado como o custo benefício
ao longo do uso do escritório e dos meios de transportes menos poluentes.
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UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná – BRASIL, [email protected]
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