Aquecimento solar residencial: diretrizes para implantação

De Tarsila Miyazato

As frequentes falhas e o baixo rendimento dos aquecedores solares instalados nas edificações residenciais são problemas decorrentes da falta de planejamento na fase inicial do processo de projeto. Pensando numa solução, a autora propõe diretrizes de projeto com base na abordagem do desempenho, tendo como referência de escopo a norma ABNT NBR 15.575:2013 e demais normativas, assim como o estudo das seguintes questões:

• Como garantir um bom rendimento desse sistema, reduzindo o consumo de energia e mantendo o mesmo nível de conforto?

• Como as soluções construtivas adotadas pelos arquitetos podem resultar no melhor aproveitamento da energia solar?

Esse conjunto de dados coletados e sistematizados auxilia na tomada de decisão pelos projetistas, principalmente na fase de planejamento, visando a uma integração do sistema de aquecimento de água com a residência para atendimento satisfatório das expectativas do usuário.

"Longe de ser apenas um manual para a seleção de sistemas termosolares ou manual para sua instalação, a autora faz um minucioso relato do desenvolvimento do aquecimento solar no Brasil nas últimas décadas, apresenta a fundamentação normativa relativa aos aquecedores solares e explica de maneira muito didática as diferentes escolhas de tipos, chegando aos detalhes dos materiais construtivos"

Prof. Dr. Adnei Melges de Andrade.

Instituto de Eletrotécnica e Ambiente – IEE/USP

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 1 de jan. de 2016
• ISBN: 9788547302597

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1ª Edição – Copyright© 2016 dos autores

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO SUSTENTABILIDADE, IMPACTO, DIREITO, GESTÃO E EDUCAÇÃO AMBIENTAL.

Dedico este trabalho a toda minha família, em especial

a meus pais e meus avós (in memoriam):

minha fonte de energia inesgotável.

AGRADECIMENTOS

À minha família, pela paciência, compreensão e total apoio nessa minha trajetória de vida.

À Profª Drª Claudia Terezinha de Andrade Oliveira, por acreditar no meu potencial e também por servir de exemplo pela competente e inestimável orientação.

Ao Prof. Dr. Adnei Melges de Andrade, por me ensinar a enfrentar os desafios com otimismo e responsabilidade. Agradeço também pelas contribuições em conjunto com a Profª Drª Helena A. Ayoub Silva.

Aos profissionais Márcio Takata, Marcelo Mesquita, Renato Martelli, Marcelo J. Cunha, Décio A. L. Jr., Marcos A. Luciano, César W. M. Prieb, Jean V. Tremura, Luciana Carvalho, Profª Elizabeth Pereira e Andreas Luque, que gentilmente cederam informações sobre projetos em sistema de aquecimento solar.

Aos amigos Mª Beatriz Pestana Barbosa e Dalmo Silveira, por me incentivarem a aprender e evoluir constantemente, além da preciosa contribuição no processo de revisão do texto.

Às minhas eternas orientadoras, Profª Emilia Falcão Pires e Profª Rosane Aparecida Battistelle, pelos ensinamentos durante a graduação e por acreditarem na realização dos meus sonhos.

Ao meu amigo Gustavo Rodrigues Secco, pela contribuição nas ilustrações que, de maneira didática, facilitaram a compreensão das informações apresentadas.

Ao pessoal da equipe brasileira do Solar Decathlon Europe, pelos momentos de aprendizado, descontração e por me ensinar o significado do trabalho coletivo.

A todos os meus queridos amigos e colegas de trabalho, pela amizade, pelo apoio e pela oportunidade de aprimorar-me profissionalmente.

APRESENTAÇÃO

Diversas pesquisas têm evidenciado que "a simples inserção do sistema de aquecimento solar (SAS)¹ de água não significa um bom aproveitamento desta fonte"² ou mesmo que

[...] muitos projetistas deixam o dimensionamento, instalação e assessoramento a cargo da indústria de aquecedores solares, postos de revenda ou até mesmo sob o julgamento do instalador³.

Como consequência, a elaboração de um projeto restringe-se à aplicação de tabelas contendo a indicação da quantidade de coletores recomendados pelo fabricante em função do número de usuários e da quantidade de pontos de consumo de água quente na residência. Tal prática costuma produzir, inicialmente, resultados satisfatórios, já que se fundamenta na experiência adquirida pelos próprios fabricantes. Entretanto, nos casos de uso que sejam diferentes dos indicados pelas empresas e pela ABNT NBR 15.569⁴, a falta de dimensionamento apropriado resulta em um índice de falhas elevado. Além disso, o super ou subdimensionamento de um SAS pode se transformar em investimento inútil, não rentável ou até mesmo dispendioso⁵.

Outro ponto crítico a ser compreendido é o fato de que a instalação de aquecedores solares interfere na concepção dos produtos imobiliários. No Brasil, algumas cidades já possuem legislação específica que estabelece a obrigatoriedade do uso de energia solar para determinadas edificações, dependendo de parâmetros específicos (tipologia da edificação, área mínima, categoria de uso). Contudo, face à inexistência de um repertório nacional consolidado e sistematizado sobre práticas projetuais desse tipo de sistema, os projetistas, sejam eles arquitetos ou engenheiros; os construtores e os fornecedores enfrentam dificuldades para atender essa nova exigência legal. Além disso, há o desafio de conciliar o espaço livre disponível na edificação com a área necessária para atender a demanda de água aquecida⁶.

Dentro desse contexto, busquei sistematizar um conjunto de informações que resultaram em diretrizes projetuais para implementação de um projeto adequado de SAS em edificações residenciais com base na abordagem do desempenho, tendo como referência de escopo a norma ABNT NBR 15.575:2013, bem como no atendimento satisfatório das expectativas do usuário a partir da definição de um detalhado programa de necessidades.

O conteúdo deste livro baseia-se na minha dissertação de mestrado, intitulada Integração do Sistema de Aquecimento Solar (SAS) ao projeto de edificações residenciais, defendida em 2012 pela Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, da Universidade de São Paulo (Fauusp), sob orientação da professora Cláudia Terezinha de Andrade Oliveira. Cabe esclarecer que o material foi revisado de acordo com as atualizações de normas e das legislações sobre o assunto de tecnologia termossolar, ocorridas entre o período de março de 2012 a março de 2016, sendo organizado em três partes distintas, a saber:

• Parte I – O sistema de aquecimento solar (SAS) no Brasil: aborda a relevância no contexto atual de aproveitamento do potencial energético brasileiro, bem como relata uma breve cronologia da evolução da tecnologia termossolar inserida no mercado brasileiro, destacando os programas de incentivo e de controle da qualidade para implantação dos aquecedores solares. Além disso, são apresentados os principais benefícios e impactos positivos para os setores envolvidos, bem como as barreiras e estratégias para implantação do SAS no Brasil.

• Parte II – As características dos componentes do SAS: são descritas as características técnicas e operacionais dos principais componentes desse sistema instalado em edificações residenciais, de modo a permitir que o projetista ou o arquiteto tenha um conhecimento prévio do funcionamento do sistema de aquecimento solar para realizar as compatibilizações necessárias.

• Parte III – As etapas de elaboração do projeto de SAS: consiste na sistematização e interpretação dos requisitos e critérios de desempenho de SAS, segundo a lógica do programa de necessidades, permitindo assim a reflexão sobre a hierarquização das expectativas dos usuários e a consequente identificação dos principais aspectos normativos, legais, técnicos e econômicos do projeto que determinam o desempenho desse sistema. A partir da compreensão desses fatores condicionantes, são apresentadas diretrizes projetuais relacionadas à integração arquitetônica entre os elementos construtivos e os componentes dessa tecnologia termossolar.

Por fim, espero que este livro possa fornecer elementos técnicos para adoção do SAS na fase inicial do projeto de uma edificação residencial, de modo a contribuir na tomada de decisões pelos profissionais envolvidos na compatibilização das soluções projetuais, visando ao melhor aproveitamento da energia solar para o aquecimento de água para fins de uso doméstico.

PREFÁCIO

Quando se fala em aquecimento solar, aos menos informados pode ocorrer que se trata de algo novo, decorrente do desenvolvimento de técnicas recentes para a redução dos crescentes custos com aquecimento, em particular com o aquecimento de água.

Na verdade, o aquecimento que utiliza a luz, ou energia luminosa do sol, vem de milênios.

Sabe-se que há mais de seis mil anos, cidades foram edificadas para maximizar os benefícios da energia solar. A história da antiga Grécia, de Roma e da China dá conta da aplicação de projetos que utilizavam energia solar passiva para o conforto e a redução do uso de combustíveis ocorriam ocasionalmente e em alguns casos de maneira bastante difundida. Os conceitos eram utilizados para aquecimento de residências, secagem de grãos, entre outras aplicações. Já no século XVII, mais precisamente em 1767, na região românica da Suíça, em Genebra, Horace de Saussure iniciou trabalhos para coletar a energia do sol. O vidro já era disponível, e de Saussure fez seus trabalhos pioneiros. Pouco mais tarde, no final do século XIX, Clarence Kemp já havia desenvolvido aquecedores solares muito próximos dos que são hoje utilizados.

Nesta segunda década do século XXI não só a energia necessária para o consumo da sociedade apresenta custos crescentes, como as questões ambientais conduzem ao uso racional da energia de origem hidráulica, sem mencionar o quase tabu para o consumo da energia de origem fóssil, responsabilizada que é pelo contínuo aumento dos problemas devidos à geração de gases de efeito estufa.

Nesse contexto, o aquecimento de água pela captação direta da energia solar aparece como um maná, que utiliza a energia gratuita, que chega com a radiação solar.

Longe de ser apenas um manual para a seleção de sistemas termossolares ou manual para sua instalação, a autora faz um minucioso relato do desenvolvimento do aquecimento solar no Brasil nas últimas décadas, apresenta a fundamentação normativa relativa aos aquecedores solares e explica de maneira muito didática as diferentes escolhas de tipos, chegando aos detalhes dos materiais construtivos. A autora não deixa de tecer comentários sobre os aspectos de sustentabilidade da alternativa solar para o aquecimento, não se limitando apenas aos aspectos econômicos da escolha da tecnologia em pauta.

No presente texto a autora apresenta de maneira bastante clara os sistemas de aquecimento de água para uso doméstico, as questões ligadas à segurança, tanto no que toca às estruturas como quanto à segurança no uso e na operação. Apresenta igualmente suas características de funcionalidade, de durabilidade e os temas ligados a sua manutenção. A autora expõe com propriedade os cuidados que devem ser tomados para o projeto de Sistemas de Aquecimento de Água (SAS) a serem instalados em edificações residenciais, seus requisitos de desempenho e critérios para a tomada de decisões e definição de materiais e modelos de equipamentos.

Trata-se de uma obra essencial para aqueles que queiram conhecer em profundidade todos os aspectos ligados ao uso da energia solar para aquecimento de água. É uma obra produzida com profundidade em cada aspecto, seja na concepção dos sistemas, seja na escolha dos materiais construtivos, seja na etapa de instalação, chegando aos cuidados necessários para a manutenção dos SAS em seus termos de desempenho apropriado e sua durabilidade.

Estou, como os leitores desta obra estarão, convencido de que