Potencial NZEB em edifícios de escritórios em climas brasileiros: impacto da obstrução urbana na proteção solar fotovoltaica

Abstract

A transição para edifícios de energia quase zero (nZEB) requer a integração simultânea entre estratégias de eficiência energética e a geração de energia renovável in loco. O sombreamento urbano, embora reduza a carga térmica interna, limita a disponibilidade de irradiação solar, afetando o aproveitamento da envoltória para geração fotovoltaica. Os dispositivos de sombreamento fotovoltaico (PVSDs) poderiam responder a esse paradoxo, ao bloquear a irradiação indesejada nas superfícies envidraçadas e, simultaneamente, captar energia solar para a produção de eletricidade. Nesse sentido, esta pesquisa investiga o potencial de edifícios de escritórios em atingir a condição nZEB, avaliando o impacto da obstrução urbana no consumo de eletricidade e na disponibilidade de irradiação incidente em PVSDs. O método baseia-se em uma abordagem paramétrica aplicada a modelos hipotéticos de edifícios inseridos em malha urbana regular, avaliados por simulações computacionais de irradiação solar, consumo energético e geração fotovoltaica, considerando três climas brasileiros: Belém, Brasília e Porto Alegre. Foram adotadas como variáveis a altura (3 a 18 pavimentos) e o afastamento entre edifícios do entorno (6 a 33 m), totalizando 60 configurações. Os PVSDs foram modelados como anteparos horizontais fixos, cuja inclinação ideal foi definida a partir da análise de irradiação solar. A análise compara cenários de referência e otimizados (com estratégias de eficiência aplicadas), fundamentada na Instrução Normativa Inmetro para Classificação de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais (INI-C). Os resultados demonstraram que a obstrução urbana influencia diretamente na viabilidade nZEB, afetando tanto a demanda energética quanto o potencial de geração em PVSDs. A análise do consumo energético confirmou a eficácia das estratégias de eficiência adotadas, com reduções médias de 35% em Belém, 42% em Brasília e 39% em Porto Alegre, alcançando a classificação de eficiência energética “A” em todos os cenários, exceto em Belém, cujo clima quente e úmido intensificou a demanda por refrigeração. Edifícios mais baixos exibiram os menores consumos de refrigeração em todas as cidades, embora a relação entre altura e consumo não tenha sido linear em Brasília e Porto Alegre. Quanto à disponibilidade de irradiação solar, as perdas associadas ao entorno urbano variaram conforme clima e orientação, com médias de 11% em Belém, 13% em Brasília e 12% em Porto Alegre, chegando até 26% na orientação norte em Brasília. A maioria das proteções solares recebeu irradiação solar superior a 800kWh/m².ano, apesar das perdas por obstrução urbana e autossombreamento entre anteparos, este último com perda média de 20%. Estes resultados confirmam a elevada aptidão das superfícies de proteção solar para integração fotovoltaica, com áreas potencialmente efetivas para geração de 86% em Belém e Brasília, e 75% em Porto Alegre. A geração em PVSDs superou a geração em cobertura em todos os cenários, representando, em média, 79% da geração total em Belém, 78% em Brasília e 76% em Porto Alegre. O potencial nZEB mostrou-se fortemente condicionado pela razão H/W, nas três cidades. Edifícios mais baixos com maiores afastamentos do entorno apresentaram maior probabilidade de atingir a meta nZEB, enquanto tipologias mais altas com afastamentos reduzidos concentraram cenários “Não nZEB”. Brasília apresentou a maior viabilidade atingindo a meta nZEB em 97% dos cenários, seguida por Porto Alegre (87%) e Belém (67%). Os resultados reforçam o papel estratégico da geração fotovoltaica integrada em proteções solares (PVSDs), contribuindo com diretrizes projetuais, normativas e de planejamento urbano orientadas à eficiência energética.