Projeto de NZEBs:

Procura da eficiência económica

Vítor Leal

Maria Kaspalaki

LISBOA | 2012.06.26

2

Consturir NZEBs: (Quase) Fácil !

Case Study Location

Climate

HDD

(b18)

Solar

radiation

horizontal

(KWh/m2.yr)

Floor

Area

(m2)

Wall

U-value

(W/m2.K)

Roof

U-value

(W/m2.K)

Glazing

U-value

(W/m2.K)

Building

Ventilation

Heating

Needs

(KWh/m2.yr)

Electricity

Needs

(KWh/m2.yr)

PV

installed per

building

floor

area(W/m2)

Eco-Terra Quebec 4966 3 591 234 0.16 0.125 0.8 mech 37 33 12

Solar Harvest Colorado 3322 4 619 426 0.17 0.09 1.1 nat+mech 7 23 21

Tanno Weiz 3260 3 044 120 0.11 0.09 0.8 mech 15 39 5

Crossway Eco Kent 2866 2 757 285 0.12 0.12 0.7 mech 34 11 12

Solar Plus Haus Hessen 2865 2 575 212 0.11 - - mech 12.6 - 2

Mariolopoulos Athens 1112 4 565 1267 0.25 0.26 1.0 nat 4 - 29

PVRES Florida 534 4 590 225 0.57 0.19 - - - 31 18

Eficiência vs Eficácia !

Eficácia

Eficiência

Objetivos não atingidos

Uso de recursos excessivo

Uso comedido de recursos

Objetivos não atingidos

Objetivos atingidos

Uso de recursos excessivo

Objetivos atingidos

Uso comedido de recursos

Significado de “Eficiente”: Próximo do melhor possível; com pouco desperdício.

“Melhor” Económico – várias perspetivas:

O que custa menos a construir …

Menor custo de operação…

Menor custo de ciclo de vida…

“Estratégias para o projeto Eficiente ”

Grupos de factores:

A- Forma e

envolvente

• Shape factor (A/V)

• Orientation

• Walls

• Roof

• Windows

• Shadings

• (air leakage)

B- Equipamentos de

serviços

• Ligthing

• Domestic Hot Water

• Cooking

• Refrigeration

• Heating

• Cooling

• Multimedia

C- Equipamentos de

microgeração

• PV

• Wind turbines

• ..

ji CB

Projeto NZEB: as variáveis físicas

Processo de optimização

• Considerar “TODAS” as possíveis combinações de:

Envolvente Equip. de

Serviços

Equip. de

“geração” local X X

• Depois – analisada cada solução no respetivo contexto climático e económico -ordená-las por :

– Custo de ciclo de vida e/ou

– Custo inicial e/ou

– Densidade energética e/ou

– Etc…

Ferramenta de optimização – interface

Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa

Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa

• Menor custo de ciclo de vida não implica necessariamente

maior custo inicial: + Eficiência - Equipamentos

• Diferença entre “projetar bem” e “projetar mal”: ~ 3X CI e CCV

Tarifas energia: preço venda = preço compra

Caso de estudo: Moradia T4 | Clima Lisboa

Tarifas energia: preço venda = 230% preço compra

• Possibilidade de edifício “lucrativo” no ciclo de vida;

• Na zona ótima aparece um trade-off entre CI e CCV: Menor

CCV implica maior CI.

Impacto das tarifas de energia na densidade energética das

soluções ótimas

• Potencial efeito pernicioso das

tarifas subsidiadas: Balanço nulo

obtido por mais microgeraçao e

menos eficiência energética.

• Possível de evitar com regulação.

SP=230%BP

SP=BP |SP=50%BP

Impacto do nível de compensação (E/I) [cenário SP=BP]

Conclusões

• Há milhares de formas possíveis de tornar um edifício NZEB.

• A diferença entre “as boas” e “as más” pode ser maior que

3X quer em C. I. quer em CCV.

• Há agora ferramentas que podem ser usadas na fase inicial

de projeto para orientar para a zona ótima/boa.

• Sem tarifas subsidiadas para a microgeração, os ganhos de

eficiência energética refletem-se em menores necessidades

de equipamentos de compensação e < CI coincide com <

CCV.

• A zona economicamente ótima parece acontecer para

densidades energéticas próximas de 30 kWh/m2.ano.

• Maiores níveis de compensação implicam maior investimento

inicial mas com retorno em ciclo de vida (25 anos).

Notas finais

• Serão os NZEBs a forma mais eficiente de contribuir para a

descarbonização dos sistemas energéticos ?

• No lado da compensação, não haverá potenciais ganhos de

escala em fazê-lo a níveis geográficos superiores [quer em

investimento inicial quer manutenção…]

• Qual o potencial impacto dos NZEBs nas redes elétricas:

– Em necessidades de capacidade de geração, transporte e distribuição ?

– Em necessidade de [equipamentos de] inteligência de operação ?

• Sendo que os NZEBs requerem maior custo inicial, que

mecanismos de financiamento estarão disponíveis e como

ultrapassar a disparidade de interesses Construtor / Utilizador ?

Obrigado !

Extras

Edifício de Balanço Zero: a linha de NZE

“importação” anual (C)

“Export

ação

anual (P

)

EDIFÍCIO

EXCEDENTÁRIO

EDIFÍCIO

DEFICITÁRIO A

B

C

Balanço zero conseguido

essencialmente por via da

eficiência energética

Balanço zero

conseguido

essencialmente por

via das renováveis

O edifício: a escala certa ?

Compensação com

eólica menos

dispendiosa que com PV

Consideração de “escala bairro / cidade / município” abre possibilidades de

intervenção mais eficiente: Eólica, Cogeração, Solar termoelétrico…

O planeamento energético na cidade: um caso de SEAP

O papel das autarquias | PORQUÊ ?

• Responsabilidade social

• Conforto e bem-estar dos cidadãos

• Dinamização da economia local

• Directa: emprego

• Indirecta: gastos evitados / transferidos

• Melhoria da Resiliência

O papel das autarquias | O QUÊ ?

CONHECER &

CARACTERIZAR PLANEAR

INTERVIR MONITORIZAR

Universo de Intervenção:

• As infra-estruturas DA Cidade

vs.

• As infra-estruturas NA Cidade

O caso do Porto [Lista não exaustiva | AdePorto: 2007 ]

CONHECER & CARACTERIZAR

• Matriz Energética 2004

• …

• Inquérito ao uso da energia 2011

PLANEAR

• Estratégia para a Sustentabilidade da

Cidade do Porto;

• CESEA: Comissão de Promoção de

Edifícios Sustentáveis na Perspectiva

Energético-Ambiental

INTERVIR

• 5000 m2 Solar térmico na

Habitação Social

• Eficiência e Solar em Piscinas

• Upgrade iluminação pública

• Guia de Termos de Referência para

o Desempenho Energético-

Ambiental;

• Sensibilização e Educação

• …

MONITORIZAR

• Matriz Energética 2008

• Observa

• Matrizes Energéticas 2009

EVOLUTION 2004 – 2008

1473 1310

1817

1622

1849

1660

521

446

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

Matrix 2004 Matrix 2008

Prim

ary E

nerg

y

(G

Wh

)

Primary Energy consumption per Sector of Activity

Others

Transports

Service Buildings

Residential Buildings

26

Eduardo de Oliveira Fernandes President of AdEPorto

The Porto Sustainable Energy Action Plan In the frame of the Covenant of Mayors

Available from: http://helpdesk.eumayors.eu/docs/seap/301_258_1302551401.pdf

27

SEAP 2020 | CITY OF PORTO

Supply in the city

•Shift of Energy Vector

• Natural Gas vs Electricity

• Solar thermal vs electricity or NG

• Cogeneration e Trigeneration

• Solar Thermal

• Solar Hot Water & Indoor Comfort

• On Rehabilitations e New Constructions

• Local Electricity Production

• Solar Photovoltaic

• Urban Waste Valorization

National supply

• ‘Greener’ electricity

• Biodiesel introduction

Demand in the city

• Buildings

• Renovation (significant thermal upgrade)

• New constructions (Promote excellence)

• More efficient household appliances

• Mobility and Transports

•Collective Transport

•Individual and Commercial Transport

• Electric vehicle

• Cicleways

• Walkways

28

29

Porto and the Covenant of Mayors

– 45% reduction of CO2

• 21% - National electricity mix

• 24% - Local City Action

– 29% - Mobility & transport

– 55% - Building retrofit (incl. renewable)

– 16% - Other

Brussels, February 10, 2009

– Energy reduction local: 20%

– Renewable penetration: 35% (6% local + 29% national)

INTERVENTIONS 2004 – 2020

SEAP | CO2 REDUCTION

Actions

Results in the reduction of emissions by 2020

(tCO2/yr)

Energy

efficiency Biodiesel 10%

National

electric Mix

2020

Total

Lo

cal

Mu

nic

ipal

Municipal Buildings: New constructions, Large rehabilitations and others 4 750 5 270 10 020

Solar Hot Water in Social Housing 3 600 3 600

Public lighting + Traffic lights 6 380 5 160 11 540

Urban Thermal Energy distribution network 23 900 0 23 900

Cicleways and ‘Porto Gravítico’ 6 050 4 100 10 150

Sta

keh

old

ers

Private Buildings: New, Large Rehabilitations and others 94 800 222 900 317 700

Natural Gas penetration 13 200 13 200

Cogeneration and incineration 55 200 55 200

Smart Metering, household appliances and other 25 400 15 600 41 000

Renewable sources: solar hot water and PV 12 700 630 13 330

Collective Transports (NG in STCP and new Metro lines) 73 530 4 400 2 100 82 030

Individual transport (Private and commercial) 48 840 39 200 88 040

Estimated increase in energy consumption -21 960 -21 960

Total 346 390 43 600 255 760 645 750

30

SEAP | ENERGY and CO2 REDUCTION

2004 – 2020

168 400 23%

77 780 10%

502 300 67%

Energy reduction [MWh/yr]

Nacional

Local - Municipal

Local -Stakeholders

299 360 45%

59 350 9%

309 000 46%

CO2 emissions reduction [t CO2/yr]

LOCAL AND NATIONAL ACTIONS

31

Futuro Próximo (CESEA)

• O que se pode fazer a nível Municipal para incentivar uma melhoria expressiva dos actuais

níveis de desempenho energético do edificado?

• Acções possíveis: (*)

Redução de taxas e tempos de licenciamento

Reduções no IMI (com a necessário verificação de viabilidade na lógica

municipal)

Aumento de área bruta de construção (e.g. meio andar extra)

SIM-Porto (necessária a identificação de novas medidas a integrar, como por

exemplo, passar da lógica da letra para a lógica das necessidades

energéticas)

Criação de prémios de mérito ambiental a atribuir anualmente aos melhores

promotores e projectistas

Criação de ranking de eficiência de projecto

Organizar de modo diferente a entrega do processo de licenciamento

… (*) Lista não exaustiva

Advancing the Planning practices

• Measure the effect of a plan by comparing with “the future without a plan”, not with the present;

• It is not enough to develop “a plan” that achieves the targets: It is important to develop Many alternatives and to choose the “best” one;

• The targets themselves can be subjected to cost-benefit analysis instead of being chosen still before knowing what they require;

Area of R&D in MPP SES

Without plan

With plan

Pla

n

eff

ect

X

time

33

Desem

penho

Custo

36

Outline

O Conceito

O conceito de “projeto eficiente”

Desenvolvimentos metodológicos

O caso dos edifícios existentes

Net-zero: “fronteira local” vs “fronteira bairro”

O papel das autarquias