Aula 3 - Eficiência Energética - Solar

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Pontifícia Universidade Católica de CampinasPontifícia Universidade Católica de Campinas
Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de TecnologiasCentro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias
Aula 3Aula 3
EficiênciaEficiência EnergéticaEnergética e e EconomiaEconomia
nana ConstruçãoConstrução CivilCivilnana ConstruçãoConstrução CivilCivil
EnergiasEnergias AlternativasAlternativas
PrincipaisPrincipais IImpactos ambientais da mpactos ambientais da 
construção civilconstrução civil..
OO ConselhoConselho InternacionalInternacional dada ConstruçãoConstrução –– CIBCIB apontaaponta aa indústriaindústria dada
construçãoconstrução comocomo oo setorsetor dede atividadesatividades humanashumanas queque maismais consomeconsome
recursosrecursos naturaisnaturais (cerca(cerca dede 5050%%)) ee utilizautiliza energiaenergia dede formaforma intensiva,intensiva,
gerandogerando consideráveisconsideráveis impactosimpactos ambientaisambientais..
PrincipaisPrincipais IImpactos ambientais da mpactos ambientais da 
construção civilconstrução civil..
NoNo Brasil,Brasil, porpor exemplo,exemplo, aproximadamenteaproximadamente 3535%% dede todostodos osos materiaismateriais extraídosextraídos
dada naturezanatureza anualmenteanualmente (madeira(madeira,, metais,metais, areia,areia, pedras,pedras, etcetc……)) sãosão usadosusados pelapela
construçãoconstrução civilcivil..
PrincipaisPrincipais IImpactos ambientais da mpactos ambientais da 
construção civilconstrução civil..
AlémAlém dosdos impactosimpactos relacionadosrelacionados aoao consumoconsumo dede matériamatéria ee energia,energia, háhá aquelesaqueles
associadosassociados àà geraçãogeração dede resíduosresíduos sólidos,sólidos, líquidoslíquidos ee gasososgasosos.. EstimaEstima--sese queque maismais
dede 5050%% dosdos resíduosresíduos sólidossólidos geradosgerados pelopelo conjuntoconjunto dasdas atividadesatividades humanashumanas
sejamsejam provenientesprovenientes dada construçãoconstrução..
A AGENDA 21A AGENDA 21
�� AA “Agenda“Agenda 2121”” éé umum documentodocumento lançadolançado nana ECOECO9292 (ou(ou RioRio9292,, aa
ConferênciaConferência dasdas NaçõesNações UnidasUnidas sobresobre MeioMeio AmbienteAmbiente ee DesenvolvimentoDesenvolvimento
-- CNUMADCNUMAD –– realizadarealizada emem 19921992 nana cidadecidade dodo RioRio dede Janeiro),Janeiro), queque
sistematizasistematiza umum PLANOPLANO dede açõesações comcom oo objetivoobjetivo dede alcançaralcançar oo
desenvolvimentodesenvolvimento sustentávelsustentável..
�� DuranteDurante doisdois anosanos governosgovernos ee entidadesentidades dede diversosdiversos paísespaíses contribuíramcontribuíram
comcom propostaspropostas parapara aa criaçãocriação destedeste PLANOPLANO dede açõesações parapara concretizarconcretizar oocomcom propostaspropostas parapara aa criaçãocriação destedeste PLANOPLANO dede açõesações parapara concretizarconcretizar oo
idealideal dede desenvolverdesenvolver semsem agrediragredir aoao meiomeio ambienteambiente..
EngenhariaEngenharia civil e civil e desenvolvimentodesenvolvimento
sustentávelsustentável
��NoNo âmbitoâmbito dada AgendaAgenda 2121 parapara aa ConstruçãoConstrução SustentávelSustentável emem PaísesPaíses emem
Desenvolvimento,Desenvolvimento, aa construçãoconstrução sustentávelsustentável éé definidadefinida comocomo::
"um processo holístico que aspira a um processo holístico que aspira a restauração e manutenção da restauração e manutenção da 
harmonia entre os harmonia entre os ambientes natural e ambientes natural e construídoconstruído, e a criação de , e a criação de 
assentamentos que assentamentos que afirmem a dignidade humana e encorajem a afirmem a dignidade humana e encorajem a assentamentos que assentamentos que afirmem a dignidade humana e encorajem a afirmem a dignidade humana e encorajem a 
equidade econômicaequidade econômica".".
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
�A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção
sustentável:
- mudança dos conceitos da arquitetura convencional na direção dos
chamados projetos inteligentes, que, por exemplo, aproveitam
melhor as características do terreno e também da natureza tais
como iluminação solar natural para poupar o uso de lâmpadas
quando a construção ficar pronta;quando a construção ficar pronta;
- busca de soluções que potencializem o uso racional de energia ou
de energias renováveis;
- gestão ecológica da água;
- utilização dos chamadosmateriais ecológicos;
- redução do uso demateriais com alto impacto ambiental.
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
�A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
mudança dos conceitos da arquitetura convencional na direção dos 
chamados projetos inteligentes, que, por exemplo, aproveitam melhor 
as características do terreno e também da natureza tais como 
iluminação solar natural para poupar o uso de lâmpadas quando a 
construção ficar pronta.
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
�A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
mudança dos conceitos da arquitetura convencional na direção dos 
chamados projetos inteligentes, que, por exemplo, aproveitam melhor 
as características do terreno e também da natureza tais como 
iluminação solar natural para poupar o uso de lâmpadas quando a 
construção ficar pronta.
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
��A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
mudança dos conceitos da arquitetura convencional na direção dos 
chamados projetos inteligentes, que, por exemplo, criem possibilidade 
de readequação para futuras mudanças de uso e atendimento de 
novas necessidades, reduzindo as demolições;
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
� A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
busca de soluções que potencializem o uso racional de energia ou de 
energias renováveis;
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
� A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
busca de soluções que potencializem o uso racional de energia ou de 
energias renováveis;
Painéis coletores
�A Agenda 21 propõe 5 recomendações para a construção sustentável:
busca de soluções que potencializem o uso racional de energia ou de 
energias renováveis;
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
Painéis fotovoltáicos
��NoNo Brasil,Brasil, entreentre osos esforçosesforços maismais recentesrecentes ee efetivosefetivos dede
avaliaçãoavaliação dada disponibilidadedisponibilidade dede radiaçãoradiação solar,solar, destacadestaca--sese oo
AtlasAtlas SolarimétricoSolarimétrico dodo BrasilBrasil,, iniciativainiciativa dada UniversidadeUniversidade FederalFederal
dede PernambucoPernambuco (UFPE)(UFPE) ee dada CompanhiaCompanhia HidroelétricaHidroelétrica dodo SãoSão
FranciscoFrancisco (CHESF)(CHESF),, emem parceriaparceria comcom oo CentroCentro dede ReferênciaReferência
parapara EnergiaEnergia SolarSolar ee EólicaEólica SérgioSérgio dede SalvoSalvo BritoBrito (CRESESB(CRESESB))..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR
.��OO BrasilBrasil,, porpor suasua localizaçãolocalização ee extensãoextensão territorial,territorial, receberecebe energiaenergia solarsolar dada ordemordem dede 10131013
MWhMWh ((megamega WattWatt hora)hora) anuais,anuais, oo queque correspondecorresponde aa cercacerca dede 5050 milmil vezesvezes oo seuseu consumoconsumo
anualanual dede eletricidadeeletricidade..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR
.
��AA radiaçãoradiação solarsolar nono paíspaís variavaria dede 88 aa 2222 MJ/mMJ/m22 durantedurante oo dia,dia, sendosendo queque asas menoresmenores
variaçõesvariações ocorremocorrem nosnos mesesmeses dede MaioMaio aa JulhoJulho,, quandoquando aa radiaçãoradiação variavaria entreentre 88 ee 1818MJ/mMJ/m22..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR
.��AindaAinda dede acordoacordo comcom oo resultadoresultado dosdos estudos,estudos, oo NordesteNordeste brasileirobrasileiro éé aa regiãoregião dede maiormaior
radiaçãoradiação solar,solar, comcom médiamédia anualanual comparávelcomparável àsàs melhoresmelhores regiõesregiões dodo mundo,mundo, comocomo aa cidadecidade
dede DongolaDongola,, nono desertodeserto dodo Sudão,Sudão, ee aa regiãoregião dede DaggetDagget,, nono DesertoDeserto dede MojaveMojave,, Califórnia,Califórnia,
EUAEUA..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR
��AsAs aplicaçõesaplicações práticaspráticas dada energiaenergia solarsolar podempodem serser divididasdivididas emem doisdois gruposgrupos::
energiaenergia solarsolar fotovoltaicafotovoltaica,, processoprocesso dede aproveitamentoaproveitamento dada energiaenergia solarsolar parapara
conversãoconversão diretadireta emem energiaenergia elétrica,elétrica, utilizandoutilizando osos painéispainéis fotovoltaicosfotovoltaicos ee aa
energiaenergia térmicatérmica (coletores(coletores ee concentradoresconcentradores),), relacionadarelacionada basicamentebasicamente aosaos
sistemassistemas dede aquecimentoaquecimento dede águaágua..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR
.
�� ÉÉ evidenteevidente aa importânciaimportância queque aa energiaenergia solarsolar térmicatérmica poderiapoderia terter nono
sistemasistema elétricoelétrico brasileiro,brasileiro, principalmenteprincipalmente quandoquando sabemossabemos queque somentesomente
comcom aquecimentoaquecimento domésticodoméstico dede águaágua parapara banho,banho, viavia chuveirochuveiro elétrico,elétrico, sãosão
gastosgastos anualmenteanualmente bilhõesbilhões dede kWhkWh dede energiaenergia elétricaelétrica queque poderiampoderiam serser
supridossupridos comcom aquecedoresaquecedores solares,solares, comcom vantagensvantagens socioeconômicassocioeconômicas ee
ambientaisambientais..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR -- TÉRMICATÉRMICA
��AA energiaenergia solarsolar térmica,térmica, alémalém dede serser umauma "geração"geração distribuída"distribuída" -- ee porpor
issoisso nãonão provocarprovocar demandademanda porpor ""upgradeupgrade"" dede linhaslinhas dede transmissãotransmissão --,, nãonão
requerrequer investimentosinvestimentos governamentais,governamentais, aumentaaumenta aa "renda"renda média"média" dada
populaçãopopulação ((nana medidamedida emem queque reduzreduz aa contaconta dede energiaenergia elétrica)elétrica) ee reduzreduz aa
demandademanda porpor investimentosinvestimentos emem novasnovas usinasusinas geradorasgeradoras dede eletricidadeeletricidade..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR -- TÉRMICATÉRMICA
��AA energiaenergia solarsolar térmica,térmica, alémalém dede serser umauma "geração"geração distribuída"distribuída" -- ee porpor
issoisso nãonão provocarprovocar demandademanda porpor ""upgradeupgrade"" dede linhaslinhas dede transmissãotransmissão --,, nãonão
requerrequer investimentosinvestimentos governamentais,governamentais, aumentaaumenta aa "renda"renda média"média" dada
populaçãopopulação ((nana medidamedida emem queque reduzreduz aa contaconta dede energiaenergia elétrica)elétrica) ee reduzreduz aa
demandademanda porpor investimentosinvestimentos emem novasnovas usinasusinas geradorasgeradoras dede eletricidadeeletricidade..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR -- TÉRMICATÉRMICA
.
�� ÉÉ evidenteevidente aa importânciaimportância queque aa energiaenergia solarsolar térmicatérmica poderiapoderia terter nono
sistemasistema elétricoelétrico brasileiro,brasileiro, principalmenteprincipalmente quandoquando sabemossabemos queque somentesomente
comcom aquecimentoaquecimento domésticodoméstico dede águaágua parapara banho,banho, viavia chuveirochuveiro elétrico,elétrico, sãosão
gastosgastos anualmenteanualmente bilhõesbilhões dede kWhkWh dede energiaenergia elétricaelétrica queque poderiampoderiam serser
supridossupridos comcom aquecedoresaquecedores solares,solares, comcom vantagensvantagens socioeconômicassocioeconômicas ee
ambientaisambientais..
AA ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR -- TÉRMICATÉRMICA
��OsOs coletorescoletores solares,solares, sãosão usados,usados, principalmenteprincipalmente parapara aquecimentoaquecimento dede água,água,
aa temperaturastemperaturas relativamenterelativamente baixasbaixas (inferiores(inferiores aa 100100ºC)ºC).. AA suasua aplicaçãoaplicação
ocorreocorre emem váriosvários setores,setores, taistais comocomo:: residências,residências, edifíciosedifícios públicospúblicos ee
comerciais,comerciais, hospitais,hospitais, restaurantes,restaurantes, hotéishotéis ee similaressimilares..
COLETORES SOLARESCOLETORES SOLARES
��OO coletorcoletor fechadofechado éé constituídoconstituído dede::
��CoberturaCobertura transparentetransparente:: geralmentegeralmente dede vidro,vidro, policarbonatopolicarbonato ouou acrílicoacrílico queque
permitepermite aa passagempassagem dada radiaçãoradiação solarsolar ee minimizaminimiza aa perdaperda dede calorcalor porpor
convecçãoconvecção ee radiaçãoradiação parapara oo meiomeio ambienteambiente..
��VedaçãoVedação:: importanteimportante parapara isolarisolar oo sistemasistema dada umidadeumidade externaexterna..
COLETORES SOLARESCOLETORES SOLARES
��AA diferençadiferença dodo coletorcoletor abertoaberto parapara oo fechado,fechado, basicamentebasicamente éé aa
inexistênciainexistência dada caixa,caixa, isolamentoisolamento ee coberturacobertura..
COLETORES SOLARESCOLETORES SOLARES
RReservatório térmico do eservatório térmico do coletor solarcoletor solar
��O reservatório térmico é responsável por manter a água quente. Ele é constituído de:O reservatório térmico é responsável por manter a água quente. Ele é constituído de:
��Corpo Corpo interno: interno: fica em contato direto com a água, por isso deve ser feito de fica em contato direto com a água, por isso deve ser feito de 
materiais resistentes à corrosão, como cobre e aço inoxidável.materiais resistentes à corrosão, como cobre e aço inoxidável.
��OO reservatórioreservatório térmicotérmico éé responsávelresponsável porpor mantermanter aa águaágua quentequente.. EleEle éé constituídoconstituído dede::
��IsolamentoIsolamento térmicotérmico:: minimizaminimiza aa perdaperda dede calorcalor parapara oo meio,meio, ficafica instaladoinstalado entreentre
oo corpocorpo externoexterno ee internointerno.. NormalmenteNormalmente éé feitofeito dede lãlã dede vidrovidro ouou espumaespuma dede
poliuretanopoliuretano..
RReservatório térmico do coletor solareservatório térmico do coletor solar
��OO reservatórioreservatório térmicotérmico éé responsávelresponsável porpor mantermanter aa águaágua quentequente.. EleEle éé constituídoconstituído dede::
��CorpoCorpo externoexterno:: protegeprotege oo isolamentoisolamento térmicotérmico dasdas intempériesintempéries.. NormalmenteNormalmente éé
feitofeito dede alumínio,alumínio, açoaço galvanizadogalvanizado ouou açoaço--carbonocarbono pintadopintado..
RReservatório térmico do coletor solareservatório térmico do coletor solar
AA ENERGIA SOLAR:ENERGIA SOLAR: EENERGIA NERGIA SOLAR FOTOVOLTÁICASOLAR FOTOVOLTÁICA
.
��A radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por A radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por 
meio de efeitos da radiação meio de efeitos da radiação sobre sobre determinados materiais, particularmente determinados materiais, particularmente 
os os semicondutoressemicondutores. Entre esses efeitos destaca. Entre esses efeitos destaca--se o se o efeito efeito fotovoltáicofotovoltáico. . 
Em 1839, o cientista francês Edmund Becquerel
descobriu que certos materiais emitem uma 
faísca de eletricidade ao serem atingidos com a 
luz solar.
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
CConstrução sustentávelonstrução sustentável
��QuandoQuando aa luzluz solarsolar entraentra nana célula,célula,aa suasua energiaenergia “arranca”“arranca” osos elétronselétrons
ligadosligados fracamentefracamente emem ambasambas asas camadascamadas.. PorPor causacausa dasdas cargascargas opostasopostas
dasdas camadas,camadas, osos elétronselétrons tendemtendem aa fluirfluir dada camadacamada negativanegativa parapara aa
camadacamada positivapositiva,, masmas aa junçãojunção PNPN evitaevita queque istoisto aconteçaaconteça..
CÉLULAS FOTOVOLTÁICAS
�A presença de um circuito externo, no entanto, fornece o caminho necessário
para que os elétrons na camada negativa viajem para a camada positiva. Fios
extremamente finos que correm ao longo do topo da camada negativa alimentam
este circuito externo, e os elétrons que fluem através deste circuito geram energia
elétrica.
CÉLULAS FOTOVOLTÁICAS
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
OO InstitutoInstituto parapara oo DesenvolvimentoDesenvolvimento dede EnergiasEnergias AlternativasAlternativas nana AméricaAmérica LatinaLatina
(IDEAL)(IDEAL) éé umauma organizaçãoorganização semsem finsfins lucrativoslucrativos criadacriada emem 20072007 comcom oo propósitopropósito dede
fomentarfomentar asas energiasenergias renováveisrenováveis juntojunto aosaos governosgovernos.. OO sitesite dodo IDEALIDEAL possuipossui umum
simuladorsimulador queque calculacalcula aa potênciapotência necessárianecessária parapara umum coletorcoletor solarsolar dependendodependendo dada
necessidadenecessidade energéticaenergética dada residênciaresidência..
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
OO InstitutoInstituto parapara oo DesenvolvimentoDesenvolvimento dede EnergiasEnergias AlternativasAlternativas nana AméricaAmérica LatinaLatina
(IDEAL)(IDEAL) éé umauma organizaçãoorganização semsem finsfins lucrativoslucrativos criadacriada emem 20072007 comcom oo propósitopropósito dede
fomentarfomentar asas energiasenergias renováveisrenováveis juntojunto aosaos governosgovernos.. OO sitesite dodo IDEALIDEAL possuipossui umum
simuladorsimulador queque calculacalcula aa potênciapotência necessárianecessária parapara umum coletorcoletor solarsolar dependendodependendo dada
necessidadenecessidade energéticaenergética dada residênciaresidência..
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
OO InstitutoInstituto parapara oo DesenvolvimentoDesenvolvimento dede EnergiasEnergias AlternativasAlternativas nana AméricaAmérica LatinaLatina
(IDEAL)(IDEAL) éé umauma organizaçãoorganização semsem finsfins lucrativoslucrativos criadacriada emem 20072007 comcom oo propósitopropósito dede
fomentarfomentar asas energiasenergias renováveisrenováveis juntojunto aosaos governosgovernos.. OO sitesite dodo IDEALIDEAL possuipossui umum
simuladorsimulador queque calculacalcula aa potênciapotência necessárianecessária parapara umum coletorcoletor solarsolar dependendodependendo dada
necessidadenecessidade energéticaenergética dada residênciaresidência..
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
OO InstitutoInstituto parapara oo DesenvolvimentoDesenvolvimento dede EnergiasEnergias AlternativasAlternativas nana AméricaAmérica LatinaLatina
(IDEAL)(IDEAL) éé umauma organizaçãoorganização semsem finsfins lucrativoslucrativos criadacriada emem 20072007 comcom oo propósitopropósito dede
fomentarfomentar asas energiasenergias renováveisrenováveis juntojunto aosaos governosgovernos.. OO sitesite dodo IDEALIDEAL possuipossui umum
simuladorsimulador queque calculacalcula aa potênciapotência necessárianecessária parapara umum coletorcoletor solarsolar dependendodependendo dada
necessidadenecessidade energéticaenergética dada residênciaresidência..
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
NoNo segundosegundo semestresemestre dede 20132013,, aa instalaçãoinstalação dede sistemasistema fotovoltáicofotovoltáico nana AlemanhaAlemanha
estavaestava emem tornotorno dede 11,,6969 milmil euroseuros porpor quilowattquilowatt dede potênciapotência ((kWpkWp)) (veja(veja imagemimagem aoao
lado)lado).. NoNo Brasil,Brasil, oo custocusto variavaria dede 77 aa 1010 milmil reaisreais porpor kWpkWp..
AA ENERGIA SOLAR:ENERGIA SOLAR: EENERGIA NERGIA SOLAR FOTOVOLTÁICASOLAR FOTOVOLTÁICA
2011.
AA ENERGIA SOLAR:ENERGIA SOLAR: EENERGIA NERGIA SOLAR FOTOVOLTÁICASOLAR FOTOVOLTÁICA
Dados de 2011.
Sistema Fotovoltáico de 1,7 kW:
= 2,87 mil euros = 8,61 mil reais
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
No segundo semestre de 2013, a instalação de sistema fotovoltaico na Alemanha
estava em torno de 1,69 mil euros por quilowatt de potência (kWp) (veja imagem ao
lado). No Brasil, o custo varia de 7 a 10 mil reais por kWp.
Sistema Fotovoltáico de 1,7 kW:
= 11,9 mil reais à 17 mil reais.
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
Há uma queda histórica nos preços da energia solar fotovoltaica no mundo!!!
CCONSTRUÇÃO SUSTENTÁVELONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL