Apresentação na aula de 04/11/2008 (17Mb - PDF)

DESIGN AMBIENTAL
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | NOVEMBRO ’08
[email protected]
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | MARÇO ‘08
DESIGN AMBIENTAL
Panorama
Nacional
1
CO2 | Energia | Legislação Portuguesa
Recursos Naturais | Clima
2
Parque das Nações
Planeamento Urbano Sustentável
3
Torre Verde
1 Exemplo de Arquitectura Sustentável
4
Ecotect
Software de simulação ambiental em edifícios
A TERRA várias verdades inconvenientes
3 questões críticas
An Inconvenient Truth – Al Gore
A TERRA várias verdades inconvenientes
CO2 e o Efeito de Estufa – A perspectiva científica e a perspectiva política
An Inconvenient Truth – Al Gore
PORTUGAL contexto nacional
Edifícios – consomem 46% da energia primária
em Lisboa;
Grande pressão económica sobre o sector da
construção
Novas estratégias políticas para a redução das
necessidades energéticas nos edifícios
Lisboa E-Nova – Agência de Energia e
Ambiente de Lisboa
2006 – revisão dos regulamentos térmico e de
qualidade do ar interior (RCCTE e RSECE)
Novo RCCTE e RSECE impõem uma redução
de 50% nas necessidades de energia máximas
admissíveis
Introdução do sistema de certificação energética
Certificado Energético - ADENE
PORTUGAL um país rico
O País da UE com maiores níveis de
radiação solar
Grande potencial para energia renováveis
Grande dependência externa de energia
(95%, petróleo)
Crescimento contínuo do consumo de
energia primária
PVGIS © European Communities, 2001-2007
Passamos 90% do nosso tempo dentro de
edifícios
Qualidade do ar exterior é 2x a 20x melhor
que no interior
País do UE com maior mortalidade durante
o Inverno
9 meses de neutralidade térmica com o
exterior
WEATHER TOOL – Clima Lisboa
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | MARÇO ‘08
DESIGN AMBIENTAL
Parque das
Nações
1
Energia | Legislação Portuguesa
Recursos Naturais | Clima
2
3
Torre Verde
1 Exemplo de Arquitectura Sustentável
4
Ecotect
Software de simulação ambiental em edifícios
CASO DE ESTUDO Bed Zed (Londres)
Maior empreendimento sustentável no Reino Unido
Comunidade sustentável, com aplicação de boas práticas e estratégias energético-ambientais
Diversidade socio-económica
Diversidade de usos
CASO DE ESTUDO Parque das Nações
(Expo’98)
600m larg. X 5.000m comp. de frente de rio
Reconversão de uma área de depósito de
contentores
Palco da Exposição Mundial em 1998
Nova área urbana e cultural de Lisboa
Centro de transportes públicos
Estratégias sustentáveis na procura do
conforto e qualidade urbana
Procura de energias renováveis nos edifícios
e áreas urbanas
Infra-estuturas eficientes com uma única
galeria
ÁREA RESIDENCIAL NORTE
Planeamento Urbano Sustentável
Área Multifuncional (importantes
serviços a 10min a pé)
Variedade urbana
Desenho urbano favorece as vistas,
o contacto com o rio e o
aproveitamento solar
O Rio como parte importante
do desenvolvimento urbano
Orientação Sul dos edifícios e
dos espaços públicos
Altura dos edifícios decrescente em
direcção ao rio
ÁREA RESIDENCIAL NORTE
Planeamento Urbano Sustentável
Prioridade ao conforto urbano
Tráfego condicionado, prioridade ao peão
Aproveitamento da frente de rio
Áreas de lazer, parques e zonas de estar
Sombreamentos naturais promovendo o
uso do espaços exteriores
ÁREA RESIDENCIAL NORTE
Planeamento Urbano Sustentável
Áreas arborizadas para um melhor
conforto no espaço público
Barreiras ao vento melhorando o
conforto exterior
O rio como recurso natural para
arrefecimento dos espaços públicos
Influência directa no arrefecimento
dos edifícios
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | MARÇO ‘08
DESIGN AMBIENTAL
Torre Verde
1
Energia | Legislação Portuguesa
Recursos Naturais | Clima
2
Parque das Nações
Planeamento Urbano Sustentável
3
Torre Verde
1 Exemplo de Arquitectura Sustentável
4
Ecotect
Software de simulação ambiental em edifícios
© Google Earth
TORRE VERDE
Arquitectura Sustentável
41 apartamentos em 12 pisos
© Tirone Nunes
Arquitectura: Tirone Nunes
MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde
Edifício Sustentável
OPTIMIZAÇÃO DA ORIENTAÇÃO
Orientação das fachadas de modo a
recolher maiores ganhos solares de
Inverno
Configuração interior favorecendo
Sul, Nascente e Poente
Maiores envidraçados a Sul
Orientação
Sul
Poente
Nasce.
Norte
Radiação Solar em planos verticais em Lisboa
MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde
Edifício Sustentável
ISOLAMENTO EXTERIOR
Protege a estrutura do impacto
directo do clima
Minimiza pontes térmicas
Evita condensações internas
Maior aproveitamento da inércia
térmica das paredes
MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde
Edifício Sustentável
SOMBREAMENTOS EXTERIORES
Evita ganhos solares excessivos no Verão
Protege o envidraçado da radiação directa e do
consequente efeito de estufa
Sem sombreamentos
Melhor controlo e distribuição da iluminação natural
Com sombreamentos
MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde
Edifício Sustentável
PAREDES TROMBE
Radiadores gratuitos durante o Inverno
Efeito de estufa
20cm de betão com a superficie exterior preta e
orientação SUL
Noite
Dia
Efeito de condução térmica com time-leg de aprox.
6h
Acumulação de calor durante o dia e libertação para
o interior durante a noite
© Tirone Nunes
© Tirone Nunes
MEDIDAS PASSIVAS Torre Verde
Edifício Sustentável
COLECTORES SOLARES
Aquecimento gratuito para águas quentes sanitárias
(AQS)
24% da água consumida em Portugal é quente
Utilização de energia renovável em vez de gás ou
electricidade
Energia gratuita para o sistema de aquecimento
central
Obrigatoriedade de colectores solares no novo
RCCTE
MONITORIZAÇÃO Torre Verde - Inverno
Sem aquecimento central
Temperaturas exteriores: 5.7ºC – 15ºC
Temperaturas interiores: 18.5ºC – 20.1ºC
ECOTECT térmico | iluminação
INVERNO 17ºC – 20ºC
FACTOR LUZ DIA 2% - 10%
VERÃO 23ºC – 27ºC
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | MARÇO ‘08
DESIGN AMBIENTAL
Ecotect
1
Energia | Legislação Portuguesa
Recursos Naturais | Clima
2
Parque das Nações
Planeamento Urbano Sustentável
3
Torre Verde
1 Exemplo de Arquitectura Sustentável
4
Ecotect
Software de simulação ambiental em edifícios
1 - O QUE É O ECOTEC?
ECOTECT
- O ecotect é um software de análise de comportamento ambiental
em edifícios.
-  Desenvolvido pelo professor Andrew J. Marsh na Universidade de
Cardiff
- Integra o aspecto visual 3D com uma larga escala de análises e
simulações de ambientes.
-  O ecotect tem como feedback resultados tanto de cálculo como de
design.
- Possibilidade de projectar desde o inicio correctamente, tendo em
conta as características ambientais
INPUTS
-  Associação com software de desenho 2D e 3D (AutoCAD; 3DStudio
-  Importação de ficheiro .DWG, .DXF e .3DS (file -> import)
OUTPUTS
-  Gráficos e tabelas de análise e cálculos
-  Imagem de análise em 2D e 3D em formatos .BMP, .JPG e .TIFF
- Exportação de ficheiros .DXF (file -> export)
2 - IMPORTAÇÃO DE FICHEIROS DE CAD
FICHEIROS .DXF
-  Os ficheiros .DXF servem como linhas de orientação para a modelação
no ECOTECT.
- Só podem ser importadas linhas e NÃO POLYLINES
FICHEIROS .3DS
-  Os ficheiros .3DS servem somente para a imagem final da modelação
do ECOTECT.
-  A modelação feita no CAD não é reconhecida pelo ECOTECT, não
servindo de análise. É sempre necessária a modelação no ECOTECT.
- Feita a importação é necessário corrigir a triangulação (modify ->
merge coincident triangles)
3 – DEFINIÇÕES E PREFERÊNCIAS
IMPORTAÇÃO DE FICHEIROS
-  Definição da escala a que se vai trabalhar (a mesma para a
importação do .DXF e do 3DS.)
- Definir o .DXF como sendo só de linhas de construção (construction
lines)
PREFERÊNCIAS
-  Definir a altura da modelação ATENÇÃO À ESCALA UTILIZADA (file
-> user preferences -> modelling)
-  Definir o cursor snap, tal como no AutoCAD (file -> user
preferences -> cursor snap)
4 – MODEL SETTINGS
LOCALIZAÇÃO
-  Definir a localização geográfica do projecto Latitude e Longitude
(model -> model settings)
-  Definir o clima a considerar - por norma o clima correspondente à
localização .WEA (model -> model settings)
-  Definir a orientação face ao NORTE e o tipo de terreno – urbano,
suburbano, rural ou exposto (model -> model settings)
5 – MODELAÇÃO
MODELAÇÃO POR ZONAS
-  A modelação por zonas é mais simples. Define-se o volume todo e o
ECOTECT reconhece automaticamente o chão, tecto e paredes.
Temos também a garantia de um volume fechado correctamente e
pronto para ser analisado
MODELAÇÃO DE JANELAS E PORTAS
-  A modelação de janelas e portas faz-se através da criação de
planos no mesmo plano da fachada. Desenha-se o plano da janela,
define-se como sendo uma janela (material assignments). Associase depois à fachada correspondente (edit -> link objects)
-  Janelas e portas na mesma layer do volume em causa
- Basta definir as portas num dos volumes e não nos dois pois o
programa reconhece a adjacência
6 – DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS
CRIAÇÃO DE MATERIAIS
-  O ECOTECT possui uma lista de materiais pré-definidos, porém é
sempre possível criar novos materiais e alterar os pré-definidos.
Define-se todos as propriedades e características de cada material –
espessuras, transmissões térmicas, peso, absorção solar, etc. (model
-> material library)
- É necessário definir os materiais de cada plano de cada zona
DEFINIÇÃO DO MATERIAL PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO
- O ECOTECT define os materiais como primários e secundários. É
necessário definir sempre o material primário e o secundário. O
ECOTECT escolherá um dos dois. Aplica o primário sempre que o
plano não tenha adjacências e aplica o material secundário sempre
que o plano possui adjacências (exemplo da laje que contém varanda
enquanto laje possui adjacência, enquanto varanda não possui
adjacência)
7 – ZONE MANAGEMENT
DEFINIÇÃO DAS ZONAS
- Depois das zonas modeladas é necessário definir o esquema de
funcionamento da zona. Define-se: sistema de AVAC, o tempo de
operação, a banda de conforto térmico, o tipo e número de ocupantes,
os ganhos térmicos e as renovações de ar do espaço (model -> zone
management)
8 – CÁLCULOS E ANÁLISES
CÁLCULO DE ADJACÊNCIAS
-  O cálculo de adjacências serve para confirmar as correctas
adjacências entre os diversos volumes. Confirma não só a correcta
posição entre cada volume como também a correcta aplicação dos
materiais entre superfícies adjacentes.
-  O cálculo de adjacências poderá ser demorado consoante a
complexidade do projecto
- O ouput é uma confirmação de que tudo está correcto ou um aviso
de que algo está errado, com indicação do erro. O cálculo das
adjacências terá de ser realizado até que não se obtenham erros
prejudiciais para os cálculos (calculate -> inter-zonal adjacencies)
8 – CÁLCULOS E ANÁLISES
ANÁLISES TÉRMICAS
-  A análise térmica é feita para cada zona, podendo ser
mostradas todas as zonas num mesmo gráfico. Podem
ser feitas diversas análises. Análises de temperatura,
análises de ganhos e perdas de calor, análises de
consumos mensais, entre outras (calculate ->
Thermal Analysis)
-  Os outputs são:
-  gráfico com as condições térmicas ao longo das 24h
de um determinado dia. Apresenta-se também a
temperatura exterior e a banda de
conforto
térmico definido
-  tabela com as temperaturas ao longo do dia, com as
áreas e envidraçado, áreas de superfície, etc (a tabela
poderá ser copiada para o EXCEL)
8 – CÁLCULOS E ANÁLISES
CÁLCULO DE CONFORTO TÉRMICO
-  O cálculo de conforto térmico é feito para uma área definida pela
utilizador. A análise será feita ao nível do pavimento. O utilizador
seleciona o pavimento das zonas que quer realizar a análise e adapta
a grelha (calculate -> spatial confort)
-  O resultado será uma apresentação do valor em cada célula da
grelha
-  NOTA: o cálculo do conforto térmico implica o cálculo das
adjacências.
DEFINIÇÃO DA GRELHA DE ANÁLISE
- As dimensões das células da grelha de análise deverão ser
definidas. Quanto mais células, melhor a definição do resultado,
porém mais tempo demorará (analysis grid -> grid management)
8 – CÁLCULOS E ANÁLISES
CÁLCULO DE CONFORTO TÉRMICO
- O cálculo do conforto térmico poderá ser dado segundo várias
análises:
-TEMPERATURA RADIANTE (ºC):
- Temperatura ao nível do pavimento ou paredes (analysis grid ->
grid data & scale -> mean radiant temp)
-  PERCENTAGEM DE INSATISFAÇÃO (PPD - %):
-  Indica a percentagem de pessoas insatisfeitas nesse determinado
espaço (quanto maior a percentagem pior o conforto nesse espaço)
(analysis grid -> grid data & scale -> percent dissatisfaction )
8 – CÁLCULOS E ANÁLISES
CÁLCULO DE NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO
- O cálculo dos níveis de iluminação definide a quantidade de lux em
cada compartimento.
- O cálculo é definido da mesma maneira do cálculo de conforto
térmico, a grelha é a mesma (calculate -> lighting levels)
- O resultado será uma apresentação do valor em cada célula da
grelha
- O output será a imagem tridimensional do espaço com a análise
cromática em lux nos diversos espaços (ficheiros .BMP, .JPG ou .TIF)
- NOTA: o cálculo dos níveis de iluminação implica o cálculo das
adjacências.
9 - DISPLAY E OUTPUTS FINAIS
OPENGL (EXPERIMENTAL)
-  As imagens tridimensionais deverão ser
extraídas pelo
OpenGL (display -> OpenGL)
-  Com a nova janela é possível definir o que se quer que apareça na
imagem final. É possível definir cores tanto do modelo como do fundo.
Podemos incluir sombras, o percurso solar diário ou anual, seccionar o
modelo, etc.
- Tal como o 3DStudio é possivel criarmos
cameras
-  Os renders são simples, mas bastantes eficazes
- Os outputs serão imagens do tipo .BMP,
.JPG ou .TIF,
porém a qualidade varia com a qualidade gráfica do computador
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
MODELO
cozinha
sala
quarto
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
GRÁFICOS DE TEMPERATURAS HORÁRIAS E DE COMSUMOS
MENSAIS DE ENERGIA EM AQUECIMENTO E ARREFECIMENTO
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
IMAGENS DE TEMPERATURA RADIANTE NOS DOIS PISOS
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
IMAGENS DE PERCENTAGEM DE INSATISFAÇÃO NOS DOIS PISOS
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
IMAGENS DE NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
IMAGENS DE CORTES E SOMBREAMENTOS
10 – EXEMPLOS DE IMAGENS E GRÁFICOS
IMAGENS DE SOMBREAMENTOS
11 – EXEMPLO PRÁTICO
CASO ESTUDO
- Apartamento (Hotel) em Alcochete
-  Grande área de envidraçados a Sul e Norte
-  Envidraçados ocupando mais de 90% da área de parede
PROBLEMA
-  Grandes necessidade de Aquecimento no Inverno (área de envidraçado Norte)
- Grandes necessidade de Arrefecimento no Verão (área de envidraçado Sul
desprotegida)
- Dificuldade em manter o equilíbrio térmico do espaço
11 – EXEMPLO PRÁTICO
NECESSIDADES AQUECIMENTO
Área envidraçado superior a 90% área de
parede
NECESSIDADES AQUECIMENTO
-50% a área de envidraçado
11 – EXEMPLO PRÁTICO
CUSTOS DAS NECESSIDADES AQUECIMENTO
Necessidades de
Aquecimento
(kWh.ano)
Custo do
kWh.ano
Custo Total
Custo Total m²
Sala - com 17,0m² área
envidraçado a Norte
5539,40
0,101 €
559€
9,17€/m²
Sala - com 8,5m² área
envidraçado a Norte
4306,98
0,101 €
435€ (-124€)
7,13€/m²
11 – EXEMPLO PRÁTICO
NECESSIDADES ARREFECIMENTO
Espaço sem sombreamento exterior na
fachada Sul
NECESSIDADES ARREFECIMENTO
Com sombreamento exterior
11 – EXEMPLO PRÁTICO
CUSTOS DAS NECESSIDADES AQUECIMENTO
Necessidades de
Aquecimento
(kWh.ano)
Custo do
kWh.ano
Custo Total
Custo Total m²
Sala – sem
sombreamento a Sul
615,01
0,101 €
62€
1,01€/m²
Sala - com
sombreamento a Sul
411,49
0,101 €
42€ (-20€)
0,68€/m²
12 – ALGUMAS SOLUÇÕES A ADOPTAR
ISOLAMENTO TÉRMICO PELO EXTERIOR
Funciona como uma primeira camada de protecção, evitando a passagem não necessária de calor e frio para o interior das
paredes. Eliminação de todas as pontes térmicas e garantia de uma aplicação contínua. Aumento da inércia térmica
funcionando a favor do clima interior
ÁREA DE ENVIDRAÇADOS
A área de envidraçados deverá ser privilegiada para orientações a Sul e reduzida para orientações a Norte, de modo a
optimizar os ganhos solares (Sul) e a diminuir as perdas de calor (Norte).
ORIENTAÇÃO DOS ESPAÇOS
Os espaços de permanência deverão ser correctamente orientados para um maior aproveitamento dos ganhos solares
directos e indirectos. Privilegiar espaços de permanência virados a Sul e Nascente e orientar espaços como cozinhas e
casas de banho nas orientações Norte e Poente.
SOMBREAMENTOS
No Verão é possível evitar os ganhos excessivos protegendo os vãos com sombreamentos exteriores. Nos vãos orientados
a Sul, recomendam-se palas/varandas de modo a anular os ganhos excessivos
12 – ALGUMAS SOLUÇÕES A ADOPTAR
VENTILAÇÃO NATURAL CRUZADA
A ventilação natural cruzada é eficaz no controlo térmico dos espaços. Havendo fachadas opostas (piso superior do
apartamento), a ventilação cruzada acontece pela diferença de temperaturas entre as duas fachadas.
PAREDES TROMBE
As paredes Trombe funcionam como radiadores. Recebem os ganho solares durante o dia no Inverno (quando a incidência
solar tem um menor ângulo) e será transmitida por condução para o interior durante a noite. As paredes trombe implicam uma
orientação a Sul.
DESIGN AMBIENTAL
LUÍS CALIXTO | MESTRADO EM ARQUITECTURA | NOVEMBRO ’08
[email protected]
OBRIGADO…