Como utilizar vidros para a eficiência energética

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Uma boa arquitetura possui uma relação de equilíbrio com o design, conforto e eficiência energética.

Se você chegou até aqui, sabe que os vidros são muito importantes para a eficiência energética, e gostaria de aplicá-los de forma mais assertiva em sua arquitetura, certo?

Afinal, desde que Mies Van der Rohe criou um dos primeiros conceitos da torre de cristal em 1921, a Freidrichstrasse Skyscraper, muita coisa mudou.

Hoje possuímos tecnologias muito mais avançadas de construção, como softwares em 3D, BIM e estratégias de simulação, só para citar algumas mudanças.

Mas…eu espero que você não esteja projetando como 1921, certo?

Então leia este artigo para entender sobre um dos principais aspectos primordiais do conforto e eficiência energética em edificações: as características principais dos vidros.

Os principais fatores em vidros para a eficiência energética

Quais são os principais fatores relacionados em vidros para a eficiência energética?

Na verdade existem diversos itens importantes que iremos abordar em outros artigos, tais como:

• As transmitâncias em paredes, pisos e tetos
• Edifícios vizinhos
• Elementos de sombreamento
• O uso da edificação
• A ventilação natural
• A caracterização das zonas térmicas
• A aplicação de placas fotovoltaicas no final do processo.

Outro índice muito importante – talvez primordial – é o WWR (Window to Wall Ratio) também chamado de PAF, que é a proporção entre as janelas em relação a cada fachada da edificação.

No entanto, o objetivo deste artigo é demonstrar como apenas 3 índices nos vidros de uma edificação podem mudar drasticamente os fatores de eficiência energética, por mais que visualmente uma edificação seja praticamente igual a outra.

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Portanto, possuímos 3 índices primordiais em vidros para a eficiência energética:

• O SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)
• Fator U (U Value)
• O VLT (Visible Light Transmittance).

Cada um deles terá um papel diferenciado na eficiência energética da sua edificação, e nenhum pode ser ignorado.

A compreensão por uma simulação

Para que você entenda da forma mais didática possível, realizamos a simulação de vidros para a eficiência energética em uma edificação de escritórios genérica, toda em vidro, de 30×30 metros, com 15 pavimentos de 3,60m de altura, posicionada 90° em relação ao norte.

Serão realizadas 2 análises por índice:

• A primeira será realizada comparando os índices em 5 cidades brasileiras.
• A segunda será realizada comparando mais profundamente 2 cidades brasileiras com as condições mais diferenciadas — Curitiba e Manaus.

Lembrando que os valores obtidos são apenas uma noção de grandeza, pois não foram considerados tratamentos de sombreamento, ajustes no uso da edificação, taxas de infiltração, nem transmitâncias precisas em elementos da edificação como paredes internas, pisos e cobertura. Sempre considere avaliar todos elementos de uma edificação para obter melhores índices de eficiência energética.

O SHGC – Solar Heat Gain Coefficient

É sobre o ganho solar na edificação. Quando menor o seu índice – que vai de forma genérica de 0 até 1 – menor será o ganho solar dentro de um ambiente, pois ele se torna mais capaz de resistir à radiação.

Este fator é importante em todas as regiões brasileiras, principalmente as mais quentes, que irão geralmente sugerir índices baixos de SHGC nos vidros para que possamos manter um índice de conforto aceitável.

É importante mencionar que na maioria dos folhetos de fabricantes de vidros índice mais comum utilizado é o FS (Fator Solar). No entanto, o SHGC é mais completo, pois considera ganhos solares diretos em indiretos dentro da edificação e é mais amigável para softwares de simulação.

Como é o SHGC na prática?

Simulação da Edificação pelo Brasil

Podemos perceber no gráfico abaixo resultante da simulação de todas as fachadas em vidro simultaneamente que o consumo de energia anual aumenta de forma drástica dependendo do SHGC utilizado.

Esse aumento acontece de padrão similar nas 5 cidades analisadas, com aumentos no consumo energético quanto mais quente o clima da região.

Utilizando vidros de controle solar com SHGC`s próximos ao Baseline da ASHRAE 90.1.2013 – o principal padrão internacional para Otimização do Desempenho Energético em edificações — possuímos uma redução energética média de 20-25% em relação ao vidro incolor em todos os 5 estados brasileiros analisados.

Uma Lupa em Curitiba: Simulação da Edificação por Fachadas Individuais

Avaliando uma cidade de clima mais frio, podemos reconhecer claramente as diferenças os aumentos no consumo de energia pela utilização do SHGC em cada fachada.

Se utilizamos, por exemplo, 3 fachadas com o SHGC dentro do baseline da ASHRAE 90.1 e apenas a fachada oeste com vidro incolor, o aumento do consumo é mais drástico do que realizar o mesmo com 3 fachadas e considerar um vidro sem controle solar na fachada sul.

Se utilizarmos vidros de controle solar próximos a 0,33 de SHGC, podemos manter um bom nível energético não necessitando de diferenciações em cada fachada.

Uma Lupa em Manaus: Simulação da Edificação por Fachada

O mesmo padrão de resultado apresentado em Curitiba acontece também em Manaus, com a diferença de que o consumo energético é maior em condições idênticas de análise.

As fachadas leste/oeste também se destacam no consumo energético, e utilizar vidros com SHGC perto de 0,30 possibilitaria o uso do mesmo tipo de vidro em todas as fachadas mantendo um bom nível de performance.

Fator U (U Value)

Este é o fator de condutividade térmica do vidro. Quanto menor o fator U – que vai de forma genérica de 0.1 até 6.9 – menos calor ou frio será transferido para os ambientes.

Este fator será imprescindível principalmente em regiões onde a diferença da temperatura externa é muito diferente da interna, afinal, quanto mais o vidro deixar passar a temperatura externa/interna, mais energia será necessária para manter a edificação dentro de níveis aceitáveis de conforto.

Como é o Fator U na prática?

Simulação da Edificação pelo Brasil

Analisando as 4 fachadas de uma edificação simultaneamente em 5 estados brasileiros, podemos perceber o mesmo padrão de comportamento na edificação, com o natural aumento do consumo energético em regiões mais quentes utilizando o mesmo padrão nos outros índices — transmitâncias, perfis de uso, etc — da simulação.

É importante perceber também que em regiões mais quentes conseguiríamos uma eficiência de 3-5% caso utilizássemos um vidro com um Fator U próximo ao baseline da ASHRAE 90.1.2013.

No entanto, é imprescindível uma análise mais detalhada desses índices para cada fachada, que é o que faremos logo para Curitiba e Manaus.

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Uma Lupa em Curitiba: Simulação da Edificação por Fachada

Analisando Curitiba, podemos perceber claramente que poderíamos obter ótimos benefícios utilizando índices próximos a 3,51 no Fator U, em todas as fachadas — com destaque novamente pra a fachada oeste — contrariando inclusive o baseline da ASHRAE 90.1.2013 que exige índices mais criteriosos.

As fachadas oeste e leste, mantendo o padrão do SHGC, são novamente as fachadas onde podemos extrair os maiores benefícios.

É importante ressaltar que a ordem de grandeza do Fator U é muito menor que a do SHGC, portanto é muito importante avaliar o custo dessa solução x a economia energética obtida, que tende a ser menor do que os resultados obtidos pelo SHGC logo acima.

Uma Lupa em Manaus: Simulação da Edificação por Fachada

Já um outro extremo, como Manaus, exigiria um Fator U próximo a 2,27 para obtermos uma otimização energética máxima considerando a fachada toda em vidro.

Outro fator importante é que, acima do Baseline da ASHRAE, ocorre um salto no consumo, novamente nas fachadas leste oeste. É importante mais uma vez notar que este avanço não representa tanto quando comparado ao SHGC na edificação.

VLT – Visible Light Transmittance

É sobre a Transmitância de Luz Visível. Quanto maior – que vai de forma genérica de 0 a 1 – mais luz visível este vidro permitirá passar.

É lógico que o valor do VLT vai se relacionar diretamente com o SHGC em vidros para a eficiência energética, pois quanto mais luz uma janela passar, a tendência é que o valor também passe.

Como é o VLT na prática?

Simulação da Edificação pelo Brasil

Para entender como este índice se comporta em vidros para a eficiência energética, utilizamos os critérios de iluminação natural da IES (LM) 83-12, que é o método mais recomendado pelo LEED e consiste em 2 fatores de análise:

• O Sda (Spatial Daylight Autonomy), que se refere a Automomia da Luz. São as áreas na altura do plano de trabalho em que conseguimos obter pelo menos 300 lux nos ambientes regularmente ocupados da edificação em um período entre as 8:00 até as 18:00 por 50% das horas do ano, ou 1825 horas.
• Já o Ase (Annual Sunlight Exposure), é sobre a exposição da luz do sol nos ambientes para 250 horas do ano. Obter mais que 1000 lux pontuais significa que a edificação possui áreas com ofuscamento excessivo pela luz do sol. Uma exposição maior do que 10% da área da edificação pode ser considerada excessiva para os ambientes e é punido em certificações como o LEED.

Avaliando por este critério, podemos observar que, utilizando um VLT médio de 0,42 em 4 cidades brasileiras em vidros para a eficiência energética, obtemos diferenças importantes por fachada, como por exemplo a inexistência de ASE nas fachadas sul de Curitiba e São Paulo.

Outro fator que é importante observar é que não possuímos áreas regularmente ocupadas com um baixo índice de iluminação natural (sDA), o que acontece por não consideramos partições internas na edificação.

É perceptível também que, embora os principais impactos estejam ao oeste da edificação, cidades como Curitiba e Rio de Janeiro apresentam índices de ASE são superiores à São Paulo e Manaus, o que exigiria mais performance dos sistemas de sombreamento na edificação, como persianas horizontais, verticais, ou mesmo venezianas internas ou externas.

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Uma Lupa em Curitiba

Avaliando Curitiba individualmente com vidros utilizando índices de VLT de 0,16, 0,42 e 0,69 respectivamente, podemos notar que o índice de 0,16 geram áreas com baixa iluminação natural. Este índice seria ainda pior caso utilizássemos partições internas na edificação.

Para solucionar a baixa iluminação mantendo o baixo VLT, algumas soluções seriam possíveis, como diminuir a profundidade da planta, ou a utilização de sistemas de sombreamento tipo light shelf, que permitiria uma penetração maior da luz.

Mas o mais recomendado para esta edificação seria o aumento nos índices de VLT entre 40-50%.

Uma Lupa em Manaus

Manaus de comporta de forma parecida com Curitiba, no entanto a intensidade da iluminação no oeste se intensifica drasticamente com o VLT de 0,69, tornando praticamente obrigatório o uso de sistemas de sombreamento caso esse índice seja mantido.

Conclusão

A conclusão básica que podemos tirar desse estudo é que não existem verdades absolutas quando falamos sobre vidros para a eficiência energética.

Edificações aparentemente idênticas podem apresentar padrões de consumo energético completamente diferentes dependendo da consideração dos vidros.

No entanto, os vidros são apenas um fator importante entre diversos outros, como as transmitâncias em paredes, pisos e tetos, elementos de sombreamento, o uso da edificação, a ventilação natural e a proporção de janela por fachada.

Considerar apenas a possibilidade de uma edificação vizinha existente ou futura poderia alterar drasticamente os índices apresentados neste estudo.

Outra conclusão simples é que precisamos entender que a análise energética não pode mais ser realizada como um diagnóstico tardio sobre “onde estamos”, e sim sobre “onde estamos e podemos ir”.

E para sabermos onde podemos ir, as simulações precisam ser realizadas logo no início do projeto, para que possamos realmente obter edificações de alta performance.