Estratégias de aumento do potencial bioclimático de edifícios com recurso à automação : a opção pelos vidros eletrocrómicos

Abstract

A arquitetura bioclimática tem por objetivo retirar o maior proveito das características do clima, de forma a criar ambientes interiores confortáveis, minimizando o consumo de energia dos edifícios. Contudo, a eficiência das soluções associadas a este conceito é fortemente dependente dos cuidados de manuseamento e manutenção pelos utilizadores. Assim, a colocação das tecnologias atuais da automação ao serviço da bioclimatologia permitirá certamente aumentar a sua eficiência em muitos edifícios. Neste trabalho faz-se uma abordagem estruturada a dispositivos passíveis de serem controlados, tendo em atenção o tipo, a forma, a orientação e a localização do(s) edifício(s), e com particular enfoque na aplicação em fase de reabilitação. Tendo presente que o processo de reabilitação de edifícios tem normalmente restrições ao nível de alterações morfológicas, nomeadamente por serem edifícios históricos e/ou classificados, foi particularmente estudada, com recurso à simulação energética de edifícios, a aplicação e efeitos na eficiência energética e melhoria do conforto interior da tecnologia emergente de vidro eletrocrómico (EC). Para os dispositivos EC é descrito o fenómeno associado, o estado atual da tecnologia e as perspetivas de evolução num futuro próximo. A validação dos procedimentos de controlo dos vidros EC disponíveis comercialmente foi feita com recurso ao ESP-r. Numa primeira fase através do estudo de uma célula de teste e, seguidamente, com os conhecimentos adquiridos, foi analisado um estudo de caso de um edifício a reabilitar (Faculdade de Letras da Universidade de Coimbra). A metodologia de análise concebida para o estudo dos vidros EC consistiu em determinar, por simulação e para uma situação base com vidro simples, os ganhos solares e os ganhos internos de cada espaço para as estações de aquecimento e de arrefecimento e estimar as poupanças de energia resultantes da instalação de vidros EC. Dos resultados foi possível concluir que os vidros EC são uma solução efetiva para os problemas recorrentes associados ao controlo dos ganhos solares para os envidraçados das fachadas este e oeste, resultando a sua utilização num aumento do conforto térmico, com diminuição das necessidades anuais de energia para climatização. Os resultados mostram ainda que a utilização do vidro eletrocrómico controlável é claramente vantajosa na estação de arrefecimento. Conclui-se que a sua utilização para a fachada sul não é suficientemente justificada na perspetiva de comportamento energético. Genericamente concluiu-se que a utilização de vidros EC, e os critérios de controlo do vidro EC, devem ser diferenciados por tipo de edifício, nomeadamente em função do tipo de ocupação e restantes fontes de ganhos internos, das características e orientações das fachadas e da influência dos edifícios da vizinhança.

The main objective of the bioclimatic architecture is to take full advantage of the characteristics of the climate in order to create a comfortable indoor environment and minimize energy consumption in buildings. However, the efficiency of the solutions associated with the bioclimatic architecture is strongly dependent on maintenance and usage patterns. Thus, putting the current automation technologies at the service of bioclimatology will certainly increase overall efficiency in many buildings. In this work, a structured approach is used to devices that may be controlled, taking into account the type, shape, orientation and location(s) of building(s), focusing mainly on building refurbishment. Bearing in mind that the process of rehabilitation of buildings is usually strongly constrained regarding morphological changes, as in the cases of historic and / or classified buildings, the emerging technology of electrochromic (EC) windows was studied, using building energy simulation, in order to assess the effects on energy efficiency and on improved internal comfort. The phenomenon associated with the current state of technology of EC devices is described and their potential evolution trends are discussed. The validation of the control procedures for commercially available EC windows was carried out using the ESP-r simulator. Initially, a test cell was used as a target for a thorough analysis of the impact of EC technology, followed by the analysis of a case study building to be rehabilitated (Faculty of Arts and Humanities, University of Coimbra). The methodology designed to assess the use of EC windows begins with the calculation, through simulation for a base case with single glazing, of the solar gains and the internal gains of each space, for both heating and cooling stations, followed by the estimation of the energy savings that result of the introduction of EC windows. From the results it was concluded that the EC windows are an effective solution to the problems associated with the control of solar gain in the east and west facades. The use of EC windows will increase the thermal comfort and will reduce the annual energy needs. The results also show that the use of EC windows is clearly advantageous in the cooling season. It also became clear that the use of EC windows at the south facade is not sufficiently justified from the perspective of the energy behavior of the building. Generally, it is concluded that the use of EC windows, as well as the applicable control criteria, must be defined according to the type of building, particularly depending on the occupation and other sources of internal gains, on the facades characteristics and orientations and on the influence of neighboring buildings.