Você sabe o que é uma construção net-zero? Carl Sterner, da Sterner Design, desenhou em 2015 o Iowa Nest, uma casa unifamiliar com energia net-zero na zona rural de Iowa. O projeto combinou uma forma otimizada com estratégias de design passivas e ativas para atingir o status de energia net-zero e uma conta de serviço público anual excelente de menos de 50 dólares.
Onde a maioria dos designers simplesmente sonha, Sterner e seus clientes rastrearam e compararam rigorosamente o desempenho de seu projeto executado com suas propostas. Então vamos recapitular alguns movimentos de design de alto nível e compartilhar cinco aprendizados de sua avaliação pós-ocupação.
Dados de projeto
Tipo de projeto: meta de energia net-zero, residencial unifamiliar
Local: Iowa, EUA
Tipo de construção: residência unifamiliar
Área/ocupação: dois andares, área de estar de 223m² (além de depósito sem condicionamento e garagem)
Estágio do projeto e data de conclusão: concluído em 2019
Linha de base de desempenho: IECC 2012
Meta de desempenho: energia net-zero, boa iluminação natural
O processo de design
A empresa testou algumas interações de design diferentes para atingir suas metas de energia net-zero e iluminação natural. Assim, inicialmente seis formas foram modeladas no SketchUp e analisadas no Sefaira, com o objetivo de manter pelo menos 200 lux de iluminação natural por 60% do ano nas principais áreas de moradia.
O projeto final incorporou uma placa estreita, em formato compacto, janelas mais altas e um “poço de luz” interno. Dessa forma, uma vez que o projeto conceitual ideal foi encontrado, o desafio de manter uma temperatura estável e passiva em um clima misto com invernos muito frios e verões quentes e úmidos foi abordado. Dessa maneira, onze estratégias de projeto foram analisadas usando Sefaira, levando à decisão de especificar uma Forma de Concreto Isolada (ICF), e uma combinação de pequenas saliências fixas e telas de sombreamento operáveis sobre as janelas voltadas para o sul.
Estratégias passivas:
Todas as decisões de projeto acima, além de estratégias passivas (ventilação natural, um processo de construção otimizado, dispositivos de sombreamento) e sistemas mecânicos eficientes, resultaram em uma redução prevista de 79% no uso de energia a partir da linha de base do código. Portanto, os painéis solares fotovoltaicos voltados para o sul e montados no telhado foram projetados para atender à demanda de energia da família e moveram o projeto para o status net-zero.
Trabalho em conjunto:
Para testar o desempenho dessas estratégias de design ao longo do tempo, os ocupantes rastrearam de maneira muito atenciosa a temperatura e a umidade relativa da casa em três locais diferentes, e o consumo de energia medido por circuito. Dessa maneira, isso torna possível para os proprietários mapear o uso de energia para espaços específicos com precisão. Aqui estão cinco lições que podem ser extraídas dos números e do processo de design.
1. Não há problema em mudar de forma
Os designers estão muito familiarizados com o conceito de repetição nas ideias de design, e este projeto reforça o valor de testar e analisar várias formas de construção antes de bloquear uma seleção.
A proposta original acabou ficando duas vezes acima do orçamento. Assim, ao simplificar sua estrutura e reduzir um pouco a área do piso, a Sterner Design foi capaz de cortar os custos de construção pela metade, trazer o projeto para dentro do orçamento e obter uma redução de 30% nas cargas de aquecimento e resfriamento.
Refletindo sobre a jornada para a forma final construída, Sterner recomenda que “… realizando um estudo de forma que comparasse formas compactas e alongadas teria sido uma maneira mais eficiente de identificar a forma de construção ideal.”
O que aprendemos: modele e analise rapidamente várias formas para encontrar oportunidades de economia de energia e custos.
2. Quando possível, refine e simplifique
Uma das marcas da boa arquitetura é que a criatividade e a função se fundem para criar uma forma de construção refinada, quase inquestionável. Dessa maneira, os benefícios de “simplificar” para cristalizar seu projeto vão além de simplesmente fornecer uma excelente arquitetura e aumentar a facilidade de construção; também pode reduzir o uso de energia.
Ao reduzir o número de junções, cantos e conexões em sua proposta original, ao mesmo tempo em que atendia aos requisitos espaciais de seu cliente, a Sterner Design alcançou uma redução considerável de 10% no uso de energia. De acordo com Sterner, “Essa experiência me mostrou como o design e o desempenho estão intimamente ligados. Ao reconsiderar alguns dos movimentos básicos do desenho, entregamos um projeto mais eficiente em termos de energia com uma redução de 50% no custo de capital em comparação com o original. Assim, as demandas Net Zero ou Passive House não são algo que podem ser facilmente adicionadas a um projeto no final – todos os pontos precisam ser parte integrante do DNA do projeto.”
Dessa maneira:
Enfim, Analisar as opções de projeto antecipadamente e frequentemente criava a oportunidade para conversas mais significativas com o cliente: dados concretos davam aos clientes a confiança para aprovar mudanças que ainda cumpriam o briefing e, consequentemente economizavam capital e custos operacionais.
o que aprendemos: certamente vale a pena manter as coisas (relativamente) simples. Por isso, cristalize seu projeto para fornecer uma arquitetura excelente, aumentar a capacidade de construção e reduzir o uso de energia.
3. Escolha os sistemas AVAC corretos.
Muitos projetistas vão concordar que especificar o sistema de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (ou AVAC) correto pode elevar ou reduzir seus esforços passivos. Assim, não só pode levar à economia de espaço e um melhor ambiente interno, mas sua escolha de sistema de condicionamento também pode aumentar o capital e os custos operacionais para o seu cliente.
Mais uma vez, aproveitar a análise de AVAC do Sefaira em estágios menos avançados de projeto, e de maneira frequente. Dessa forma, pode-se testar possíveis combinações de sistema funcionais para seu local e projeto específicos pode ser o diferencial nos gastos ou economia do seu cliente.
O Iowa Nest acabou com sistemas AVAC mais baratos do que os convencionais, mas que proporcionaram melhor conforto e qualidade do ar interno, e contribuíram para que ele atingisse o net-zero. Como? Em primeiro lugar, eliminando o ar condicionado, o que não é uma tarefa fácil no clima misto de Iowa.
Resultado:
O projeto incorpora estratégias de design passivo, como aterros e platôs, sombreamento, ventilação natural e minimização de cargas internas. Em outras palavras, isso reduziu as cargas de resfriamento a tal ponto que o projetista poderia evitar totalmente o ar condicionado. Da mesma forma, alto isolamento, boa vedação ao ar e design solar passivo reduziram as cargas de aquecimento a tal ponto que ele poderia especificar um sistema de aquecimento radiante elétrico pequeno e barato.
Embora um aquecedor radiante elétrico seja tipicamente um ajuste ruim para uma casa net-zero. Nesse sentido, as cargas seriam tão pequenas que a penalidade de energia seria minúscula e poderia ser facilmente compensada por alguns painéis fotovoltaicos adicionais.
O que aprendemos: Sempre observe e combine sistemas AVAC com outras funcionalidades.
4. Desenhe os detalhes
Sterner aproveitou o SketchUp e o LayOut para desenhar e, assim produzir um conjunto abrangente de detalhes personalizados para alcançar a vedação do ar e um ambiente interno estável. Portanto ele especificou como os detalhes típicos da parede, junções de parede sob medida, janelas e portas precisavam ser vedadas e isoladas.
Este nível de rigorosidade resultou em um interior hermético. Em suma, Isso quer dizer que o ambiente não terá correntes de ar e pouca ou nenhuma flutuação de temperatura interna, apesar de um delta de temperatura anual registrado de 21ºC no local.
O que aprendemos: analise os detalhes e especificações para garantir uma construção excelente e conforto do ocupante.
5. Além do IUE: estratégias passivas e métricas
Embora a Intensidade de uso energético (IUE) seja ótima para referenciar e compreender quão bom é um projeto em geral, a mesma não é uma ótima métrica de design. Ela pode ocultar problemas potenciais, especialmente em torno do conforto térmico e problemas de alta carga. Assim, mais adiante no processo de design, um engenheiro observou que a proposta original, que custaria o dobro do orçamento, provavelmente teria quartos frios no inverno e um escritório abafado no verão. Dessa maneira, a distribuição desigual de calor também poderia ter exigido um sistema AVAC mais complexo, caro e/ou maior para compensar.
Ao realizar a análise de conforto térmico usando a métrica de temperatura operacional, a equipe pode eliminar a necessidade de ar condicionado. Além disso, também poderá especificar um sistema AVAC menor e mais barato e evitar cômodos desconfortáveis dentro da casa.
Concluindo:
Uma vez que uma linha de base IUE razoável é estabelecida, vale a pena avaliar outras métricas. Por exemplo, cargas de pico, temperatura operacional, autonomia térmica (a porcentagem de tempo que um espaço mantém o conforto passivamente). Consequentemente, isso irá fornecer uma visão mais granular e significativa durante o projeto.
Concluindo, o custo final do projeto, incluindo a valorização do tempo de autoconstrução do proprietário com taxas de trabalho padrão, a construção ainda custa 9% menos do que uma casa convencional.
Mais informações sobre o projeto, incluindo conforto térmico e dados de energia, estão disponíveis no site da casa, clique aqui!
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