Eficiência energética e viabilidade econômica como diretrizes de projeto de fachadas de edifícios de escritórios de alto padrão em São Paulo

Melissa Marina Freitas Cacciatori
arquiteta e consultora na Tekton Brasil, mestra em Tecnologia da Habitação pelo IPT, especialista em Conforto Ambiental e Eficiência Energética de Edifícios, Professora na Fatec Tatuapé

Fulvio Vittorino
diretor do Centro de Tecnologia do Ambiente Construído do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo


O mercado imobiliário classifica o padrão de qualidade de edifícios de escritórios através de sistemas que refletem, em especial, a perenidade e a diversidade de atributos da edificação. A perenidade está associada à capacidade do edifício de acompanhar os avanços tecnológicos de sistemas construtivos, os conceitos arquitetônicos, as novas estruturas organizacionais de trabalho e os movimentos dos centros de negócios dentro da malha urbana (VERONEZI; LIMA JÚNIOR; ALENCAR, 2005, 11p.). Fazem parte dos atributos classificáveis os sistemas de fachadas e os sistemas de ar-condicionado. Tais atributos, representativos da estética e do nível de eficiência energética, configuram-se como premissas da qualidade, as quais são estrategicamente incorporadas como valores em empreendimentos de edifícios de escritórios de alto padrão. Dentre as principais capitais mundiais, a cidade de São Paulo se destacou como a terceira colocada em estoque de área disponível em edifícios de escritórios e previsões de inaugurações no período 2015-2016.

Em um cenário no qual investimentos de base imobiliária são orientados pela sua viabilidade econômica, considerando os valores qualitativos e premissas desse mercado, de modo a ampliar a atratividade do edifício e, consequentemente, as garantias do negócio, é colocado um desafio para o projeto e construção de edifícios de escritórios de alto padrão: integrar os atributos de estética do edifício, definida frequentemente por fachadas envidraçadas, e de eficiência energética, observando as restrições de viabilidade econômica.

Historicamente, muitas pesquisas, que avaliam o impacto de fachadas no consumo energético total de edifícios de escritório, indicam que a eficiência energética é prejudicada pela adoção da tipologia de fachada cortina de vidro, em determinados climas, como o de São Paulo, por exemplo.

Atualmente, o avanço na tecnologia de materiais e sistemas construtivos de fachadas e de sistemas de ar-condicionado, associados a novas formas de uso do espaço de escritórios, sugere a necessidade de uma nova avaliação do potencial de impacto de fachadas envidraçadas no consumo energético. Destacam-se nessas novas formas de uso os elevados níveis de cargas térmicas internas, devido ao incremento de equipamentos, e o aumento da densidade de ocupação em plantas abertas, com pouca compartimentação.

Frente aos diferentes objetivos em relação à eficiência energética de edifícios, tais como obter uma certificação ou reduzir custos operacionais, a equipe de projeto precisa identificar os limites de desempenho e econômico de cada empreendimento, para decidir a abordagem técnica mais adequada a cada caso, dado o contexto em que se desenvolve.

Uma abordagem integrada (AIA, 2007) é requerida, na qual seja possível a projetistas e empreendedores a compreensão sobre a inter-relação de subsistemas do edifício e sua integração em um sistema que considera eficiência energética, durabilidade, condições internas de conforto favoráveis (BOMBERG, 2012) e de viabilidade econômica.

Assim, vislumbra-se a sistematização de informações sobre tipologias arquitetônicas de fachadas e seus potenciais de eficiência energética e níveis de viabilidade econômica, que permita combinações diversas de diretrizes de projetos, de acordo com as premissas e restrições de cada cenário.

Figura 1. Esquema de integração multidisciplinar de equipe de projeto de fachadas e sistema de ar-condicionado com foco em eficiência energética de edifícios, orientada por banco de soluções referenciais, viáveis tecnicamente e economicamente.

 

Método e desenvolvimento

Figura 2. Planta esquemática ilustrativa – Pavimento-tipo referencial: Planta quadrada, com núcleo central não climatizado.

As ferramentas de simulação computacional possibilitam a verificação, preliminar à construção, das tendências de comportamento termo-energético anual de diversas alternativas de fachadas, e seus impactos em carga térmica e consumo energético de uma edificação. AdiAdicionalmente, agregando a dimensão custo às soluções de fachada, sistemas de ar-condicionado e consumo energético, é possível fornecer ao investidor uma visualização prévia dos impactos de cada alternativa na viabilidade econômica do empreendimento. Com os resultados de simulações e de estudos de viabilidade, é possível elaborar bancos de dados, com base em tipologias de fachadas referenciais, que podem ser consideradas no momento da definição conceitual do projeto ou mesmo em estágios avançados. Tais bancos de dados constituem ferramenta útil para embasar métodos expeditos de seleção de tipologias de fachadas, auxiliando o processo de integração multidisciplinar e o atendimento efetivo das premissas determinadas para o empreendimento (Figura 1). Um edifício referencial (Figuras 2 e 3) foi definido para a realização de simulações paramétricas utilizando-se o software Energy-Plus, considerando as premissas abaixo e variáveis, parâmetros e critérios indicados no Quadro 1 (página seguinte).
Características arquitetônicas e de eficiência energética típicas de edifícios de escritórios de alto padrão, referenciais de mercado;
Materiais e sistemas construtivos especificados com maior frequência em projetos de edifícios de escritórios do período de estudo (2012 à 2015), e consultas a fornecedores para coleta de custos referenciais que atendessem ao tipo e ao porte de empreendimento em avaliação;
Identificação de normas e leis que orientem e limitem determinados aspectos da forma e parâmetros arquitetônicos, e de especificação de materiais, que influenciem a carga térmica e o consumo energético.

 

A partir destas variáveis, foram definidas 72 composições de fachada que aplicadas à quatro diferentes áreas de pavimento-tipo e duas densidades de cargas térmicas internas, todas indicadas no Quadro 1, totalizaram 576 modelos simulados. Esses modelos são nomeados a partir de uma composição de identificadores (ID) para cada parâmetro, e o referencial estabelecido é o modelo “SB-W60-DW1-V142”, que representa a situação de menor proteção térmica do ambiente interno.

Os resultados obtidos foram enquadrados em um sistema de classificação de viabilidade econômica inspirado em escalas de níveis de eficiência energética, o qual foi definido com base em: (a) economia relativa em investimento inicial em sistemas de ar-condicionado; (b) investimento inicial adicional em sistema de fachada; e (c) redução de consumo anual de energia. Tomou-se como base o desempenho do modelo referencial. Tal sistema, com nove níveis de classificação (Nível I – “mais viável” até Nível VIII – “menos viável” e tendo, ainda, o nível não classificável, correspondente a “sem viabilidade”), possibilitou as análises integradas de todos os fatores discutidos à luz da viabilidade econômica conforme critérios apresentados no Quadro 2.

Diretrizes com base em eficiência energética
O estudo evidenciou que os impactos das diferentes composições de fachadas em redução de consumo não são diretamente proporcionais às reduções de carga térmica, mas seguem a mesma tendência, como ilustrado no Gráfico 1, construído para o edifício de 625 m2, com alta densidade de carga interna (DA).

Figura 3. Saída gráfica do EnergyPlus visualizada em Sketchup

Nesse caso, observaram-se diferenças entre 1 e 21 pontos percentuais (pp) entre as reduções de cargas térmicas e reduções em consumo energético. Essa é uma importante verificação a ser feita na prática de consultorias especializadas. O Gráfico 2 relaciona o percentual de redução de consumo de energia elétrica de cada composição em relação ao modelo referencial, para todas as áreas de pavimento-tipo estudadas. Toma-se este percentual como medida de eficiência energética da fachada uma vez que essa redução de consumo é produto da redução de carga térmica promovida pelas várias alternativas. Ainda dos Gráficos 1 e 2 podem ser extraídas as seguintes diretrizes para eficiência energética de fachadas:
BRISES: quanto maior o nível de sombreamento, maiores são as reduções de cargas térmicas e de consumo entre modelos com WWR e tipologia de vidros fixos;
WWR: ao se traçar uma linha de “iso-performance” no patamar de 10% de redução de consumo, como exemplo, identificam-se equivalências de desempenho entre os modelos W66-UN-V330-DW2, W30-SB-V330-DW2 e W30-NUNV330-DW1, todos para o grupo 625-DA, destacados com um círculo vermelho no gráfico. Ou seja, modelos com diferentes níveis de sombreamento e diferentes WWR podem ter o mesmo desempenho. A constatação dessa equivalência abre a possibilidade de adoção de outros critérios para a seleção da tipologia a ser adotada em um dado projeto;
VIDROS: como esperado, as reduções em carga térmica são maiores com vidros insulados e aumentam com a redução do fator solar. Já as reduções de consumo de energia, de modo geral, seguem a mesma tendência, exceto para o caso do vidro V532, que apresenta impactos variados conforme a área de pavimento tipo e o WWR (Gráfico 2 – destaques com círculos azuis):

a. 625-W30 e todas as demais áreas com WWR 66% e WWR 30%, DA: para esses casos, o vidro V532 apresenta queda no impacto em redução de consumo em relação ao vidro V433, cujo fator solar é maior. O vidro V532 tem transmitância menor, de 1,6 W/(m².K), por se tratar de um vidro low-e, enquanto o V433 tem 2,6 W/(m².K). Ou seja, com um fator solar ligeiramente menor, mas também com transmitância menor, o efeito de queda da redução do consumo energético se justifica fisicamente pelo fato de que uma resistência térmica maior à condução/convecção impede a perda de calor, quando a temperatura externa é menor do que a interna. Desse modo, a perda de calor noturna é prejudicada, demandando mais o sistema de ar-condicionado no início da operação diária;

b. 625-W66-DA: em relação ao vidro V433, o vidro V532 apresenta ligeira redução adicional do consumo, ou permanece no mesmo patamar. Verificou-se que esses modelos, possuem relação Atransparente/Apiso (WFR¹) até 0,44, enquanto os demais apresentam WFR de 0,10 2500-W30) até 0,34 (1000-W66). Para baixa densidade de cargas internas (DB), os efeitos de vidros insulados em redução de consumo variam quando associados a diferentes WWR, WFR e níveis de sombreamento externo. Os resultados apresentados no presente trabalho, em partes, corroboram resultados de pesquisas anteriores que estudaram modelos com WFR de 0,10 à 0,22, inseridos no clima de São Paulo, que atribuíram a vidros com fatores solares iguais, mas com diferentes transmitâncias, o consumo maior para aplicações de vidros com baixas transmitâncias.

c. Em suma, o efeito das características dos vidros não é generalizável, sendo dependente da situação analisada.

Diretrizes com base em nível de viabilidade econômica
Ao agregar a dimensão de custo a partir do sistema de classificação da viabilidade econômica (Quadros 3, 4 e 5), evidenciam-se novas relações e influências para o estabelecimento de diretrizes de projeto. O Quadro 3 apresenta as tipologias ordenadas segundo o padrão estabelecido para esta pesquisa (o mesmo do eixo das abscissas, Gráfico 1), classificadas segundo os níveis de viabilidade econômica.

Com este ordenamento, verifica-se que as tipologias com WWR 66% e sombreamento uniforme (UN) ao longo de toda a área transparente concentram os modelos com menor viabilidade econômica ou inviáveis segundo os critérios estabelecidos. Já os modelos com WWR 66% sem sombreamento apresentam alta viabilidade ao lado de modelos com WWR 30%, sem sombreamento ou com sombreamento não uniforme. Diminui o nível de viabilidade para modelos WWR 30% com sombreamento uniforme, apenas para os casos com vidros insulados. Esses resultados são altamente representativos do incremento em custo inicial a partir do uso de elementos de proteção solar externos quando o WWR é elevado, demandando maior quantidade de elementos e estruturas

Gráfico 1. Redução Percentual de Carga Térmica Total (CT) x Redução de Consumo Anual de Energia Elétrica, de diferentes composições de fachada, para a área de pavimento tipo de 625 m² e Densidade de Carga Interna alta

No entanto, destaca-se a relevância da avaliação integrada, possível a partir do ordenamento dos modelos pelo nível de redução de consumo, conforme apresentado nos Quadros 4 e 5. O Quadro 4 apresenta as classificações das tipologias quanto ao nível de viabilidade econômica, ordenadas pelo nível de redução de consumo de cada alternativa, conforme indicado no Quadro 5. Verifica-se que o modelo UN-W30-V621-DW2 é o mais eficiente em termos de redução de consumo, com reduções de 15% para 625-DA e 8% para 2500-DA, e apresenta o mais alto nível de viabilidade econômica, Nível I. Modelos com desempenhos equivalentes aparecem em sequência. Tomando como exemplo o modelo NUN-W30-V621-DW2, verifica-se que, com menor nível de sombreamento em relação ao modelo mais eficiente, é possível manter o nível de desempenho energético e de viabilidade. Já o modelo UN-W66-V621-DW2 mantém o desempenho energético, mas apresenta-se inviável. O modelo SB-W30-V621-DW2 apresenta desempenho energético muito próximo do modelo com brises sendo igualmente viável.

Gráfico 2. Percentual de Redução de Consumo Anual de Energia Elétrica para diferentes composições de fachadas, para diferentes áreas de pavimento-tipo e Densidade de Carga Interna Alta

Ao mesmo tempo que essas equivalências explicam por que fachadas tipo cortina de vidro são frequentemente certificadas por sistemas que classificam o nível de eficiência energética de edifícios, pesquisas anteriores já evidenciaram os benefícios em conforto térmico, lumínico e em aproveitamento de iluminação natural através da adoção de brises. Portanto, caracteriza-se a necessidade de se agregar tais benefícios potenciais como critérios adicionais para a seleção de alternativas de fachadas. Outras equivalências podem ser identificadas, mas não há uma relação padrão entre os níveis de redução de consumo e carga térmica de cada modelo com sua classe de viabilidade econômica. Mesmo entre os modelos com reduções de consumo significativas, identificam-se modelos inviáveis sob o ponto de vista econômico.

Evidenciam-se equivalências de desempenho termo-energético e de viabilidade entre modelos com alto WWR e sem sombreamento e modelos com baixo WWR e maior nível de sombreamento. Modelos com alto WWR e com maior nível de sombreamento estão entre os modelos inviáveis economicamente, embora alguns destes ainda apresentem alto desempenho termo-energético. É importante salientar que esses resultados estão limitados às tipologias estudadas e caracterizadas neste artigo. Para outras tipologias, novos estudos são necessários.

Quadro 3. Classificação geral de viabilidade econômica de todos os modelos, ordenados por tipologia de fachada Quadro 4. Classificação geral de viabilidade econômica de todos os modelos, ordenados pelo percentual de redução de consumo anual de energia elétrica, do maior percentual para o menor Quadro 5. Composições de fachadas, ordenadas pelo nível de redução percentual de consumo anual de energia elétrica de cada modelo Nota. Os quadros completos, com todas as áreas de pavimento-tipo e densidades de cargas internas estudadas, estão disponíveis no Portal de Dissertações do Mestrado do IPT.

Conclusões
A tipologia de fachada tipo cortina de vidro é identificada, na cidade de São Paulo, em 65% dos edifícios classificados como alto padrão pela JLL (JLL, 2015a; JLL, 2015b) e 77% dos edifícios classificados como alto padrão pelo NRE-Poli USP2. Ao variar composições de fachada sobre uma base determinada pelo mercado e demonstrar o impacto dessas variações em consumo anual de energia e viabilidade econômica, pretende-se, além de auxiliar processos de consultoria especializadas iniciadas em estágios avançados de projeto, promover a disseminação dos potenciais da arquitetura entre investidores e fornecedores de sistemas, equipamentos e materiais. Com o nivelamento desse conhecimento entre os diversos atores do mercado imobiliário, fornecedores, projetistas e consultores, os processos integrados de projeto deverão ser potencialmente mais efetivos no atendimento dos diferentes objetivos de negócio e operacionais de um edifício de escritório de alto padrão.

Este estudo permite concluir que, em uma abordagem integrada para definição de tipologias de fachadas, que atendam a requisitos estéticos, de eficiência energética e de viabilidade econômica, diretrizes de projeto não devem ser fixadas apenas pela eficiência das soluções do ponto de vista de redução de consumo, uma vez que não se identifica uma relação padronizada entre redução de consumo e nível de viabilidade econômica. Portanto, as diretrizes de projeto devem ser fixadas a cada caso, com base em um processo de definição de restrições e premissas do investidor. Além disso, como não se tem no Brasil níveis referenciais obrigatórios de eficiência energética para edifícios e considerando que os custos de energia, materiais e sistemas variam continuamente, as diretrizes de projeto devem ser periodicamente revisitadas a fim de se manterem atualizadas. Assim, os resultados desta pesquisa não têm caráter absoluto, no entanto, o conceito de avaliação proposto permanece.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16401-1: Instalações de ar-condicionado. Sistemas Centrais e Unitários – Parte 1: Requisitos Gerais. Rio de Janeiro: ABNT: 2008.

AMERICAN INSTITUTE OF ARCHITECTS, AIA. Integrated Project Delivery: A Guide, Versão 1, 2007.

AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATING AND AIRCONDITIONING ENGINEERS, I. ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007: Norma de energia para construções com exceção dos edifícios residenciais de baixa altura. Atlanta: Ashrae, 2007.

JONES LANG LASALLE, IP, Inc.,JLL. São Paulo Office Skyline – Berrini – Junho 2015. São Paulo Office Skyline, 2015a. Disponível em: . Acesso em 10 dez. 2015.

JONES LANG LASALLE, IP, Inc.,JLL. São Paulo Office Skyline, Vila Olímpia & Itaim – Novembro 2015. São Paulo Office Skyline, 2015b. Disponível em: . Acesso em 10 jan. 2015.

NÚCLEO DE REAL STATE POLI USP – NRE. Pesquisa em Edifícios Certificados pelo NRE : O sistema de classificação da qualidade. Disponível em: . Acesso em: 13 mai. 2015.

VERONEZI, A. B. P.; LIMA JUNIOR, J. D. R.; DE ALENCAR, C. T. Sistema de Classificação de Edifícios de Escritórios no Brasil. In: V SEMINÁRIO INTERNACIONAL DA LARES, 2005, São Paulo. São Paulo: LARES. 2005. p. 11p. Disponível em: . Acesso em: 09 mai. 2015.


¹ Window-to-floor ratio (WFR): sigla em inglês para a relação entre a área transparente da fachada e área de piso do ambiente que contem a abertura.

² NRE-Poli USP – Núcleo de Real Estate da Escola Politécnica da USP. Oferece ao mercado brasileiro desde 2004, um sistema de certificação e classificação da qualidade de edifícios de escritório com o objetivo de criar uma referência única nacional acerca da qualidade de edifícios de escritório, em que se possam apoiar processos de tomada de decisão em relação ao produto edifício de escritório. (VERONEZI; LIMA JÚNIOR; ALENCAR, 2005, 11p.)

Veja também: