Em 2015, o blog da SketchUp escreveu sobre o Iowa Nest, uma residência unifamiliar com eficiência energética net-zero na zona rural de Iowa. Projetado por Carl Sterner da Sterner Design, agora com a Sol Design+Consulting, o projeto combinou uma forma otimizada com estratégias de arquitetura passivas e ativas para atingir o status de energia net-zero e uma conta de energia anual excelente, de apenas $24!
Onde a maioria dos projetistas apenas sonha, Sterner e seus clientes acompanharam e compararam rigorosamente o desempenho de seu projeto as-built com o que foi proposto . Vamos recapitular algumas escolhas de design de alto nível e compartilhar cinco aprendizados de sua avaliação pós-ocupação.
Estatísticas do projeto
- Tipo de projeto: residencial unifamiliar com meta de eficiência energética net-zero;
- Localização: Iowa, EUA;
- Tipo de edificação: residência unifamiliar;
- Área construída/ocupação: dois andares, área útil de 223 metros quadrados (mais depósito sem condicionamento e garagem);
- Estado do projeto e data de conclusão: concluído em 2019;
- Referência de desempenho: IECC 2012;
- Meta de desempenho: energia net-zero, boa iluminação natural
O processo de design
A empresa testou algumas iterações de design diferentes para atingir suas metas de energia net-zero e iluminação natural. Primeiro, seis formas foram modeladas no SketchUp e analisadas no Sefaira com o objetivo de manter pelo menos 200 lux de iluminação natural em 60% do ano nas principais áreas úteis.
O design final incorporou um tabuleiro estreito, formato compacto, janelas mais altas e um “poço de luz” interno. Assim que o design conceitual ideal foi encontrado, abordou-se o desafio de manter uma temperatura estável e passiva neste local de clima misto com invernos muito frios e verões quentes e úmidos. Onze estratégias de design foram analisadas com o Sefaira, levando à decisão de especificar uma Fôrma de Concreto Isolada (ICF) e uma combinação de pequenas marquises fixas e painéis de sombreamento operáveis sobre as janelas da face sul.
Todas as decisões de design mencionadas acima, junto de estratégias passivas (ventilação natural, materiais de construção externos otimizados, dispositivos de sombreamento) e sistemas mecânicos eficientes, resultaram em uma redução prevista de 79% no uso de energia a partir das normas de referência. Os painéis solares fotovoltaicos na face sul, instalados no telhado, foram projetados para atender à demanda de energia da família e levaram o projeto ao status de eficiência energética net-zero.
Para testar como essas estratégias de design se saíram ao longo do tempo, os ocupantes vêm acompanhando de forma diligente a temperatura e a umidade relativa em três locais da casa, e o consumo de energia medido por circuito. Isso possibilita aos proprietários mapear o uso de energia de espaços específicos com precisão. Aqui estão cinco lições que podem ser aprendidas a partir de números e do processo de design de arquitetura para garantir uma casa passiva.
1) Não faz mal mudar de forma
Os projetistas estão muito familiarizados com o conceito de iteração nas ideias de design, e este projeto reforça o valor de testar e analisar vários formatos da edificação antes de fazer uma seleção definitiva.
A proposta original acabou ficando duas vezes acima do orçamento. Ao simplificar sua estrutura e reduzir ligeiramente a área construída, a Sterner Design conseguiu cortar os custos de construção pela metade, deixar o projeto dentro do orçamento e alcançar uma redução de 30% nas cargas de aquecimento e resfriamento.
Refletindo sobre a jornada até a forma final construída, Sterner afirma que “… realizar um estudo comparando formas compactas e alongadas teria sido uma maneira mais eficiente de identificar o formato ideal da edificação”.
A lição: modele e analise várias formas rapidamente, a fim de encontrar oportunidades de economia de energia e custos.
2) Onde for possível, refinar e simplificar
Uma das particularidades da boa arquitetura é que a criatividade e a funcionalidade se fundem para criar uma forma de construção refinada, quase inquestionável. Os benefícios de “simplificar” para cristalizar seu design vão além de simplesmente entregar uma excelente arquitetura e aumentar a construtibilidade; eles também podem reduzir o uso de energia. Ao reduzir a quantidade de junções, quinas e conexões em sua proposta original e, ao mesmo tempo, entregar os requisitos espaciais de seu cliente, a Sterner Design obteve 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 interligados.
Ao reconsiderar alguns dos movimentos básicos do design, entregamos um projeto com mais eficiência energética e uma redução de 50% no custo de capital em comparação com o design original. A arquitetura passiva com eficiência energética Net-Zero ou Passive House não é algo que pode ser facilmente agregado a um projeto no final; ele precisa ser parte integrante do DNA do projeto”. A análise antecipada e frequente das opções de design permitiu ter conversas mais significativas com o cliente: os dados concretos deram aos clientes a confiança para aprovar alterações que ainda respeitavam a missão e economizavam no custo operacional e de capital.
A lição: com certeza vale a pena manter as coisas (relativamente) simples. Cristalize seu projeto para entregar uma arquitetura excelente, aumentar a construtibilidade e reduzir o uso de energia.
3) Escolha os sistemas de climatização ativos corretos
Os projetistas irão concordar que especificar o sistema de climatização (HVAC) correto pode aumentar ou diminuir seus esforços passivos. Essa escolha pode economizar espaço e proporcionar um melhor ambiente interno, ou pode aumentar o custo operacional e de capital para seu cliente.
Mais uma vez, a análise antecipada e frequente de HVAC no Sefaira para testar combinações de sistema que podem funcionar para seu local e projeto específicos pode ser a diferença entre seu cliente gastar ou economizar milhares de reais.
O Iowa Nest acabou tendo sistemas de HVAC mais baratos que os convencionais, mas que proporcionaram melhor conforto e qualidade do ar interno e contribuíram para que o projeto atingisse o valor net-zero. Como? Primeiro, eliminando o ar-condicionado, o que não é uma tarefa fácil no clima misto de Iowa.
O projeto incorpora estratégias de design passivo, como bermas de terra, sombreamento, ventilação natural e minimização de cargas internas. Isso reduziu as cargas de resfriamento, a tal ponto que o projetista conseguiu evitar o condicionamento de ar por completo. Da mesma forma, o alto nível de isolamento, boa estanqueidade do ar e design solar passivo reduziram as cargas de aquecimento, a tal ponto que foi possível especificar um sistema de aquecimento elétrico de radiação pequeno e barato.
Embora a ineficiência de um sistema elétrico de radiação seja normalmente uma solução ruim para uma casa net-zero, neste caso as cargas eram tão pequenas que o consumo de energia era marginal e poderia ser facilmente compensado por alguns painéis fotovoltaicos adicionais.
A lição: avaliar as estratégias de HVAC e da envoltória de forma combinada.
4) Desenhe os detalhes
Sterner aproveitou os recursos do SketchUp e do LayOut para desenhar e produzir um conjunto abrangente de detalhes típicos e personalizados para garantir a estanqueidade do ar e a estabilidade do ambiente interno. Ele especificou como detalhes típicos de paredes, junções de paredes personalizadas, janelas e portas tinham que ser vedados e isolados.
Este nível de rigor resultou em um interior hermeticamente fechado, sem correntes de ar e com pouca ou nenhuma oscilação de temperatura interna, apesar de uma amplitude térmica anual registrada de 20 °C no local.
A lição: aprofundar-se nos detalhes e especificações para garantir uma construção excelente e o conforto do usuário.
5) Além da EUI: estratégias passivas e métricas
Embora a EUI seja ótima para fins de referência e compreensão da qualidade geral de um design, ela não é uma grande métrica de design. Ela pode ocultar problemas potenciais, principalmente em relação a conforto térmico e cargas altas.
Mais adiante no processo de design, um engenheiro observou que a proposta original, que custaria o dobro do orçamento, provavelmente teria como consequência quartos frios no inverno e um escritório abafado no verão. Essa distribuição desigual de calor também poderia ter exigido um sistema HVAC mais complexo, caro e/ou maior.
Ao realizar a análise de conforto térmico usando a métrica de temperatura operacional, a equipe conseguiu eliminar a necessidade de ar-condicionado, especificar um sistema HVAC menor e mais barato e evitar cômodos desconfortáveis dentro da residência.
Após estabelecer uma linha de base de EUI razoável, compensa avaliar outras métricas, como cargas de pico, temperatura operacional e autonomia térmica (a porcentagem de tempo que um espaço mantém o conforto passivamente), proporcionando uma visão mais abrangente e significativa durante o design.
O poder das estratégias de design passivo: com o custo final do projeto, incluindo o valor do tempo do proprietário para construção, a um custo de mão de obra padrão, a construção ainda custou 9% menos do que uma residência convencional.
Mais informações sobre o projeto, incluindo dados de conforto térmico e energia, estão disponíveis no website da residência, www.iowanest.com.
Sobre Carl Sterner
Carl é o diretor de Design e Sustentabilidade da Sol Design+Consulting. Ele supervisiona o design e a entrega de projetos altamente sustentáveis, incluindo projetos de casas passivas com certificação Passive House, LEED Platinum e Living Building Challenge. Ele acredita no poder do design para ajudar a criar um mundo mais humanizado, justo e feliz.
