Como o BIM pode melhorar a eficiência energética na arquitetura dos edifícios

A maior adoção da metodologia BIM (Building Information Modeling – Modelagem da informação na construção) na construção civil já tem diversos impactos positivos. Vários processos podem ser otimizados, utilizando suas ferramentas integradas para fazer simulações de cenários e melhorar a qualidade do serviço para os futuros ocupantes dos edifícios. Um bom exemplo disso é a maior eficiência energética em edifícios construídos utilizando a metodologia BIM.

Se você ainda não conhece bem o conceito de BIM, recomendamos que leia nosso texto explicando tudo que você precisa saber sobre o BIM. Será mais fácil entender este conceito depois que você se familiarizar um pouco mais com a ideia.

Se já está informado, então acompanhe e entenda melhor a relação entre o BIM e a eficiência energética em edificações.

O que é eficiência energética em edificações?

Eficiência é fazer mais com menos. Eficiência energética em edifícios é construir poupando insumos de obras e otimizando os nossos recursos naturais – luz solar, água, ventilação natural –, para então racionalizar a energia durante a operação do edifício.

Portanto, podemos basear a eficiência energética em dois pontos: a construção e a operação do edifício. O grande desafio dos engenheiros e arquitetos é encontrar o balanço ideal entre estes dois pilares. As simulações realizadas com a ajuda de ferramentas BIM aceleram o processo e aumentam a quantidade e a qualidade dos dados, para que sejam tomadas melhores decisões nas fases de projeto.

Papel do BIM na eficiência energética em edificações

O BIM é uma ferramenta que nos permite simular diferentes cenários, possibilitando a tomada de decisão baseada em evidências e dados.

Diante da importância de melhorar o consumo de energia nos edifícios, veja aqui algumas formas de usá-lo para criar construções com maior eficiência energética.

Simulação de tempo, custo e insumos durante a construção

O primeiro benefício do BIM é aperfeiçoar a compatibilização dos projetos, aumentando a qualidade para a sua execução. Melhorar a qualidade dos projetos, por si só, já gera economia de insumos e evita retrabalhos e desperdícios na obra.

Mas o principal benefício que as ferramentas BIM possibilitam são as simulações de custos e prazos do empreendimento. Por exemplo, na parte estrutural, podemos simular uma estrutura protendida contra uma estrutura convencional, e comparar se a redução do tempo de obra compensa o maior custo da protensão. Ou ainda simular diferentes tipos de acabamento e design na fachada, entendendo qual é o mais adequado em termo de eficiência e custo para o empreendimento.

Massas conceituais na simulação de energia

Em ferramentas BIM, como o Autodesk Revit, nos primeiros estágios do processo do projeto, você pode usar as massas conceituais para executar uma análise de energia, em vez da modelagem da arquitetura.

Isto possibilita poder tomar decisões informadas nos estágios iniciais do processo de projeto. Os resultados da análise podem fornecer uma percepção sobre a função de orientação, forma e materiais no uso potencial da energia na construção.

Após a execução das simulações de energia para os projetos propostos, é possível comparar os resultados e descartar as ideias que não atendem as normas mínimas de sustentabilidade, ou as menos eficientes energeticamente.

Simulação de cargas térmicas durante a operação

As ferramentas BIM permitem fazer simulações de cargas térmicas de aquecimento e resfriamento, que sofrem influências pelos ganhos de calor internos devido ao número de ocupantes e padrões de uso e operação da edificação e seus sistemas (iluminação e equipamentos). Estas variam em diferentes estações do ano, dependendo da orientação das fachadas, que podem ter insolação direta ou que não pegam muito sol.

Com essas informações é possível identificar os componentes críticos do projeto. Assim, chegamos na parte mais legal, que é simular uma simples troca dos vidros, a adoção de diferentes aberturas de janelas ou até a mudança do tipo de cobertura, e verificar a influência no gasto de energia durante a operação.

Em modelos mais complexos ainda é possível simular as ventilações naturais, e com isso evitar a utilização de condicionadores de ar na maior parte do ano – ou até eliminar a utilização deles em alguns edifícios, dependendo das características bioclimática que se encontram.

Simulação de iluminação

A qualidade da iluminação dos ambientes é mais um desafio na concepção dos edifícios. As ferramentas BIM permitem simular diferentes tipos de lâmpada, a altura e a disposição das mesmas, verificar diferentes cores e materiais de revestimentos, simular diferentes tamanhos e tipos de aberturas nos ambientes, analisando a quantidade de lux distribuída, e ainda a utilização de sombreamento – brizes ou cortinas.

Simulação de motores equipamentos diversos

O elevador pode ser o principal vilão no consumo de energia de um edifício, mas não podemos esquecer das bombas de água, sistemas de aquecimento da água dos chuveiros e torneiras, dos pisos que podem ser aquecidos, do controle de temperatura da piscina. Todos estes itens podem ser otimizados com simulações computacionais.

Deslocamento dentro do edifício

Em edifícios mais complexos, ainda é possível simular a disposição dos ambientes para analisar como a posição de um refeitório ou de uma área de recebimentos de materiais de um complexo comercial/industrial pode aumentar os deslocamentos e o gasto energético.

Ferramentas para simulação energética

Green Building Studio – Autodesk

O Green Building Studio (GBS) é um serviço de análise de energia baseado na Web, fornecido pela Autodesk. É um software que pode ser utilizado de duas formas: na Nuvem ou como uma extensão do Revit. O Software na Nuvem tem a vantagem de utilizar o poder computacional da Autodesk para processar todas as simulações, aumentando a velocidade de entrega dos dados. Já a versão em conjunto com o Revit, traz uma maior velocidade de comunicação entre dados quando os outros projetos utilizaram o Revit.

O GBS não suporta o formato IFC, mas oferece fácil interoperabilidade com ferramentas BIM e outros programas, como: Autodesk Revit, ArchiCad e EnergyPlus. Ainda que vários formatos de arquivo são suportados – gbXML, VRML, e alguns arquivos climáticos.

O GBS permite praticamente todos os tipos de simulação: carga e perda térmica, iluminação, ação dos ventos, influência da insolação e ainda consumo de energia.

Energy Plus

O EnergyPlus é um programa de análise energética e simulação de carga térmica de edificações que engenheiros, arquitetos e pesquisadores usam para modelar o consumo de energia – para aquecimento, refrigeração, ventilação e iluminação

Este programa se apresenta como a alternativa mais completa, confiável e que beneficia mais projetistas pela sua disponibilidade e popularidade.

O EnergyPlus é gratuito, de código aberto e multiplataforma. Ele roda nos sistemas operacionais Windows, Mac OS X e Linux, além de possuir troca de dados via IFC, gbXML e dxf.

Todos os programas CAD vinculados ao EnergyPlus através de um plug-in ou função de exportação (ArchiCAD, Google / Trimble SketchUp, MicroStation, Revit, Vectorworks) permitem o cálculo ativo do sistema solar.

O software não é BIM, como já comentado, existem plug-ins que permitem sua aplicação direto com ferramentas BIM. Para o Revit, por exemplo, existem os plug-ins: Insight 360 e Sefaira.

Insight 360

O Insight 360 capacita arquitetos e equipes integradas com acesso centralizado a dados de desempenho e mecanismos avançados de análise preliminar de projeto. Por meio de uma integração robusta com o Revit e FormIt 360, ambos da Autodesk, pelo acesso direto a orientações e recomendações de mecanismos de simulação confiáveis ​​e benchmarks do Architecture 2030 e ASHRAE 90.1, os arquitetos podem abordar o processo de design com a compreensão dos elementos que levam a melhores resultados de desempenho ao longo do ciclo de vida da construção.

Este plug-in integra muitos dos fluxos de trabalho disponíveis atualmente, como faixa de custo de energia, análise de iluminação, análise solar e EnergyPlus Cloud – simulação em Nuvem. Além disso, é capaz de expandir os recursos atuais dessas ferramentas para fornecer uma otimização ao desempenho da construção.

A maior vantagem do Insight 360 é a sua utilização estar inclusa na licença do Revit. O plug-in é uma excelente ferramenta para validar a certificação LEED, com configurações já pré-estabelecidas de avaliação. Porém a desvantagem é que seu uso é insuficiente para validação de normas brasileiras, tornando-se necessária adaptações ou a utilização de programas de simulação externo.

Sefaira

O Sefaira oferece plug-in para Revit e SketchUp. Assim, a análise de energia em ferramentas BIM é feita no ambiente de modelagem do Autodesk Revit.

O plug-in oferece análises de energia e iluminação natural – EnergyPlus e Radiance, respectivamente – em tempo real, diretamente no modelo do Revit.

O foco da Sefaira é no feedback imediato comparado aos objetivos do Desafio Architecture 2030 e outros padrões do setor, que permitem aos arquitetos incorporem a análise de desempenho em todas as decisões de projeto. A Sefaira oferece também análises mais abrangentes, múltiplas comparações de modelos e relatórios detalhados de desempenho por meio do serviço de análise baseado na Web da empresa.

Ao contrário do Insight 360, que seu pacote está incluso na licença do Revit, a licença do uso do plug-in Sefaira é pago “por fora”. Porém existe a mesma limitação na validação de normas brasileiras, visto que, assim como o Insight 360, é voltado às normas estrangeiras.

EcoDesigner

O EcoDesigner está associado ao ArchiCAD. Ele integra o mecanismo da Web VIP diretamente ao núcleo do programa do ArchiCAD, mas está configurado para atuar como um auxílio ao projeto, e não como uma ferramenta de simulação. Embora não seja tão abrangente, o EcoDesigner fornece aos usuários do ArchiCAD funções básicas de verificação de energia e carbono.

DesignBuilder

O DesignBuilder (DB) foi desenvolvido especificamente em torno do EnergyPlus, permitindo a entrada de todos os seus dados de materiais e vidros. Foi incorporado também o Radiance – para análise da luz do sol.

Portanto, ele cria modelos para simulação de energia e conforto, HVAC, iluminação natural, custo, emissão de CO2, otimização de projeto, créditos CFD. Além disso, facilita a validação de certificações BREEAM / LEED, e outros relatórios em conformidade com vários regulamentos da construção.

O DesignBuilder troca dados com dxf e oferece interoperabilidade com ferramentas BIM, a partir da importação de arquiteturas de modelos 3D criados no Revit e ArchiCAD e outros sistemas CAD 3D compatíveis com gbXML. No caso do Revit já ofertam um plug-in que cria e exporta automaticamente o arquivo gbXML para o DB.

A vantagem do uso desse software é a sua grande aplicabilidade em validação de normas brasileiras, sendo indicado pela própria Norma de Desempenho – ABNT NBR 15.575.

Certificações de Eficiência Energética em Edificações

Certificação LEED

A Leadership in Energy and Environmental Design – LEED é a certificação de edifícios desenvolvido pela Green Building Council (GBC). Hoje ele é o mais utilizado no Brasil e no mundo, presente em todos os continentes.

A certificação LEED é baseada em 3 escalas Silver, Gold ou Platinum. O Selo Silver exige o atendimento de pelo menos 50 pontos de eficiência energética e ambiental – na categoria Energia e Atmosfera. O selo Gold exige acima de 60 pontos, enquanto o Platinum precisa atender mais de 80 pontos.

Além disto, o GBC Brasil lançou uma nova certificação voltada a energia, ou melhor a zero energia – GBC Brasil Zero Energy –, visando o equilíbrio entre o consumo e geração de energia por fontes renováveis em edificações.

Em termos de simulação energética, o método apresentado pelo LEED é a demonstração da melhoria percentual no desempenho proposto da construção. Além do desempenho da baseline (modelo base) de acordo com a norma ANSI / ASHRAE / IESNA 90.1-2013, apêndice G.

O USGBC já declarou que seu objetivo para os próximos anos é que, para passar pelo processo de certificação, será necessário o compartilhamento e a integração do modelo BIM com a própria entidade. Por isso, os softwares já estão sendo adequados a esta certificação, como já visto pelos plug-ins Insight 360 e Sefaira para Autodesk Revit.

Certificação AQUA

A Certificação AQUA é promovida pela Fundação Vanzolini. Os pilares do AQUA são a qualidade de vida do seu usuário, a economia de água, a energia elétrica, a disposição de resíduos, a manutenção, desenvolvimento sócio econômico e o cuidado ambiental.

Nos últimos anos vem ganhando espaço e se destaca como o segundo certificado de eficiência energética e ambiental do país.

A parte de eficiência energética se apresenta na categoria de Conforto Higrotérmico. Nela apresenta os níveis: BP (Boas Práticas) – que deve atender a Norma de Desempenho da ABNT NBR 15.575; e MP (Melhores Práticas) – onde é indicado seguir a mesma metodologia da Etiquetagem PBE Edifica, inclusive para simulação energética.

Etiqueta PBE Edifica

A Etiqueta PBE Edifica faz parte do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) e foi desenvolvida em parceria entre o Inmetro e a Eletrobras/PROCEL Edifica.

As etiquetas podem ser obtidas para edificações comerciais, de serviços e públicas e edificações residenciais. Sua metodologia busca melhorar os sistemas de: envoltória, iluminação, condicionamento de ar e, para residenciais, o sistema de aquecimento de água. Quando sua avaliação é pelo método de simulação é necessário avaliar o PHOC (percentual de horas ocupadas em conforto térmico) – o programa de simulação energética em destaque, com interoperabilidade entre ferramentas BIM, é o DesignBuilder.

Sempre que a principal informação da etiqueta é a eficiência energética do produto ou da edificação, por exemplo, ela se chama Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE). Sua representação classifica em faixas coloridas, em geral de “A” (mais eficiente) a “E” (menos eficiente).

Norma Brasileira de Desempenho – ABNT NBR 15.575

A Norma de Desempenho de Edificações (ABNT NBR 15575:2013) é um documento normativo brasileiro, de cunho obrigatório. Ela determina os requisitos mínimos de segurança, conforto e resistência para casas e edifícios residenciais. Seu objetivo de garantir a qualidade de novas obras.

Esta Norma já está em revisão para a sua atualização – visto que o cenário construtivo teve muitas mudanças nos últimos sete anos. Segundo a CBIC (Câmara Brasileira da Indústria da Construção) a parte de desempenho térmico especificará “condições mais precisas para empreendimentos com grandes áreas envidraçadas nas fachadas”. Contudo outros aspectos devem ser melhorados. A parte da simulação computacional térmica possui limitações, devido a avaliação do projeto ser em relação a apenas dois dias do ano.

Neste sentido há especulações no uso da mesma metodologia para a Norma de Desempenho do desempenho térmico adotada para a etiquetagem (PBE Edifica), que também está sendo revisada.

Quem já está apostando em eficiência energética

Segundo a US Green Building Council, em um artigo publicado em fevereiro de 2019, o Brasil ocupa a quarta posição no ranking anual do USGBC dos 10 países que mais certificam edificações com selo LEED.

Na região Sul, várias construtoras já estão apostando em eficiência energética: a Construtora Laguna, de Curitiba, vem implantando esta prática em vários dos seus últimos lançamentos. Em Florianópolis, a construtora GND também está ciente desta preocupação com a sustentabilidade e vem investindo nesta prática para seus edifícios.

A título de curiosidade, no ano de 2016 o Edifício Jacarandá, localizado em São Paulo, foi o primeiro edifício comercial a receber o selo LEED Corel and Shell Platinum v3, a maior categoria deste selo.

Conclusão

O investimento em edifícios com uma boa eficiência energética, está virando tendência e pode ser uma boa oportunidade de mercado. Diversas empresas já estão exigindo selos de qualidade para alugar ou comprar salas em um edifício. A Etiquetagem de eficiência energética é requisito obrigatório para edifícios públicos federais desde 2014. Isto deve ser uma tendência nos próximos anos também na área residencial, principalmente com a atualização da Norma de Desempenho e Etiquetagem.

Quanto antes o processo de projeto for simulado e, assim, avaliado o desempenho da edificação, mais cedo é possível interferir em melhorias, consequentemente menores serão os custos após a construção.

Observando este panorama, a simulação energética ganhará cada vez mais espaço para alcançar elevados níveis de eficiência nas edificações. As ferramentas BIM tem um papel crucial nesse processo de integração e otimização de projetos.

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