casasolar Relatario de Atividades vF6 - SEEDS - EVENTOSseeds.usp.br/portal/uploads/casasolar_Relatario de Atividades_vF6.pdf · Departamento de Energia dos Estados Unidos (US-DOE)

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GEPEA/EPUSP

FAU/USP FUPAM UFABC

Informe Técnico

Montagem, Operação e Desmontagem do Viés Energético da Ekó House

Coordenação: Miguel Edgar Morales Udaeta Claudia Andrade Oliveira

Equipe: Régis Davy Lindório de Faria

Rodrigo Antonio Carneiro Miguel Edgar Morales Udaeta

Claudia Andrade Oliveira

São Paulo, janeiro de 2013.

2

Sumário

1. Introdução ......................................................................................................................3

2. Pré-montagem do Protótipo .........................................................................................3

2.1. Projeto – Quadro elétrico.......................................................................................4

2.2. Orçamento de materiais elétricos ..........................................................................7

2.3. Instalação elétrica................................................................................................10

2.4. Construção e logística de desmontagem ............................................................12

2.5. Considerações sobre a Montagem do Protótipo..................................................13

3.1. Sistema elétrico ...................................................................................................14

3.1.1. Escolha dos equipamentos..............................................................................14

3.2. Iluminação ...........................................................................................................17

3.2.1. Interna..............................................................................................................17

3.2.2 Externa.............................................................................................................19

3.3. Instalação elétrica................................................................................................22

3.4. Sistema fotovoltaico ............................................................................................30

3.5. Projeto teórico .....................................................................................................31

3.6. Estrutura e instalação .........................................................................................32

3.7. Geração e funcionamento...................................................................................32

3. O Solar Decathlon Europe 2012 .................................................................................32

4.1. Introdução ...........................................................................................................32

4.2. Atividades realizadas...........................................................................................34

4.2.1. Montagem do protótipo ....................................................................................34

4.2.2. Exposição do projeto e competição .................................................................45

4.2.3. Desmontagem do protótipo..............................................................................46

5. Considerações Finais..................................................................................................46

6. Referências Bibliográficas..........................................................................................47

3

1. Introdução

O Solar Decathlon é uma competição de nível acadêmico promovida pelo

Departamento de Energia dos Estados Unidos (US-DOE). Surgiu com o objetivo de

incentivar trabalhos de pesquisa que viabilizem o uso da energia solar em residências

adaptadas ao aproveitamento da luz solar para geração de eletricidade e redução do

consumo de energia, além de priorizar os conceitos do aproveitamento dos recursos

naturais para a ventilação e a iluminação, a geração de energia solar fotovoltaica, o baixo

consumo energético e a viabilidade técnico-econômica da construção.

As equipes participantes dessa competição são universidades de diversos países.

O Brasil, após alguns anos de experiência e projeto, em 2012 (Solar Decathlon Europe –

Madrid), conseguiu a sua confirmação na competição com a casa, denominada Ekó

House.

Neste relatório são descritas as atividades desenvolvidas durante a pré-montagem

da casa brasileira em São Paulo, a participação efetiva da montagem em Madri, a

demonstração geral da Ekó House e uma análise dos dados obtidos na competição.

2. Pré-montagem do Protótipo

Toda a equipe responsável pela montagem e desmontagem do protótipo foi

capacitada e treinada em São Paulo ao longo do período de desenvolvimento do projeto

e, mais intensamente, durante o período de janeiro a julho de 2012, época em que foram

pré-fabricados todos os componentes e elementos da Ekó House e montado e

desmontado o protótipo.

A montagem em São Paulo ocorreu em condições controláveis: terreno

regularizado, disponibilidade de espaço no entorno, quando necessário, proteção contra

intemperismos e acesso facilitado às oficinas para consertos emergenciais em caso de

falhas e/ou acidentes.

Por se tratar de uma montagem inédita, nesse período de seis meses foram feitas

inúmeras correções e aperfeiçoamentos no protótipo com vistas a viabilizar a sua

montagem em Madri no menor tempo possível, respeitando as condições e regras do

concurso.

Em relação a essa etapa do projeto, seguem as atividades realizadas e suas

devidas características para o protótipo e para a capacitação da equipe elétrica:

4

2.1. Projeto – Quadro elétrico

Segundo a norma brasileira ABNT NBR 5410 – 2008, o quadro de distribuição (QD)

é o equipamento elétrico destinado a receber energia elétrica através de uma ou mais

alimentações e distribuí-la a um ou mais circuitos, podendo também desempenhar

funções de proteção, secionamento, controle e/ou medição. Depois de feita a previsão de

carga da instalação, é feito o cálculo do centro de carga para encontrar o local ideal para

a localização do quadro.

Para a elaboração do diagrama do quadro elétrico de distribuição da casa, foi

necessário o conhecimento de todos os equipamentos e sistemas elétricos que utilizam

eletricidade, detalhado mais adiante no item Ekó House – Equipamentos. Para tanto,

foram realizadas as seguintes atividades:

• Estimativa de carga dos equipamentos elétricos: incluem os motores das persianas

automatizadas, aquecedores hidráulicos e equipamentos do sistema de

condicionamento de ar e o sistema de iluminação por LEDS;

• Dimensionamento da bitola dos condutores elétricos dos circuitos terminais;

• Dimensionamento dos disjuntores de proteção dos circuitos terminais;

• Dimensionamento dos disjuntores diferenciais residuais (DR) dos circuitos

terminais de tomadas;

• Dimensionamento dos contadores para acionamento e proteção de motores

elétricos;

• Detalhamento do sistema de medição individual de circuitos com demanda

significativa de energia elétrica.

Além desses detalhes, o sistema fotovoltaico requer cuidados e dispositivos

especiais para o seu bom funcionamento e assim ser incluído no quadro elétrico externo

da Ekó House. A Figura 1 ilustra o quadro elétrico externo:

5

Figura 1: Quadro elétrico 1 (quadro externo da Ekó) Fonte: Ekó House, 2012.#6

A Figura 2 apresenta o quadro elétrico interno com suas características e

especificações adequadas:

6

Figura 2: Quadro elétrico 2 (quadro interno da Ekó) Fonte: Ekó House, 2012.#6

7

O planejamento do quadro elétrico foi a etapa inicial após o levantamento da

demanda de carga. A especificação de disjuntores, disjuntor residual (DR) para cada

equipamento e circuito, foi detalhada anteriormente, e a disposição no quadro elétrico foi

um fator importante a analisar. Essa experiência trouxe consigo um aspecto importante, o

de que em muitas ocasiões o planejamento deve ser feito e repensado inúmeras vezes, e

pontos de vista distintos também devem ser considerados até a instalação dos

dispositivos ser concretizada.

2.2. Orçamento de materiais elétricos

Os responsáveis pelas áreas de Elétrica, Automação e Sistema Fotovoltaico

elaboraram o pedido de material elétrico para finalização das instalações da Ekó House. A

tarefa foi efetuada com sucesso. O contato de empresas privadas e fundações públicas

foi um aprendizado relevante. O pedido realizado segue na Tabela 1:

Tabela 1: Pedido de materiais elétricos

EQUIPAMENTO UNID. QUANT.

Fio de 16 mm² multipolar de 3 cabos (isolamento 1kV); M 35

Fio de 2,5 mm² verde; M 100

Fio de 2,5 mm² azul M 100

Fio de 2,5 mm² preto M 100

Tomadas industrial de 2 fases e terra de 63A macho e fêmea; PC 2

Cabo preto de 6 mm² e 1kV; M 100

Cabo vermelho de 6 mm² e 1kV; M 100

Cabo verde de 6 mm² e 1kV; M 100

Conectores de 32A para 3 cabos (macho/fêmea); Pç 4

Cabo ethernet blindado cat. 5e rolo M 100

Anilhas identificadoras A a Z de 2,5mm²; pkt. 2

Anilhas identificadoras 0 a 9 de 2,5mm²; pkt. 2

Conduíte flexível - ¾ de pol. M 25 - 1 rolo

Conduíte flexível - 1 pol. M 25 - 1 rolo

Conector sindal plástico cabo 2,5 mm² PC 20

Conector sindal plástico cabo 6,0 mm² PC 20 Fonte: Própria, 2012

8

A Fundação de Apoio à Universidade de São Paulo – FUSP foi encarregada de

realizar a compra. O orçamento mais adequado às exigências da FUSP e com os

melhores preços no mercado é mostrado na Figura 3 – a empresa LDF Comercial Elétrica

LTDA™ foi a responsável.

Figura 3: Dados específicos do orçamento requisitados pela FUSP para a compra

9

Figura 4: Orçamento realizado pela empresa LDF Comercial Ltda.™

10

2.3. Instalação elétrica

Um dos desafios de flexibilidade na montagem da casa é, sem dúvida, o

cabeamento elétrico que deve ser instalado no interior e exterior da casa. A instalação

elétrica da Ekó House necessitou de cuidados específicos e de planejamento especial

devido ao seu transporte. Logo, a instalação foi planejada para ser flexível, confiável e

funcional.

A constituição da casa, composta de três módulos independentes e painéis

alocados separadamente, indicou como deveriam ser instalados os condutores elétricos

distribuídos pela casa. Partindo desse pressuposto, a solução da empresa Remaster, que

fabrica caixas de conexão de cabos elétricos para piso integrado, atendia às

necessidades devido à flexibilidade existente na conexão dos cabos com as caixas de

conexão. Os cabos da Remaster são constituídos de conectores Plug and Play, o que

facilita as conexões, sem a necessidade de realizar a terminação dos cabos manualmente

e reduzindo o tempo de instalação. Segue abaixo a Figura 5, que mostra os conectores

Remaster em piso elevado e os cabos com conectores integrados nas terminações dos

cabos. Adiante, a Figura 6 mostra com mais detalhes o sistema Plug and Play Remaster.

Figura 5: (a) caixas de conexão Remaster; (b) conectores de cabos Remaster

11

Figura 6: caixa de conexão Remaster™ e o conector específico para o circuito Fonte: Remaster (remaster.org), 2012

A atividade que foi desenvolvida nesta área em questão foi ‘bem incisiva e com o

projeto desenvolvido (Figura 7) a instalação do produto Remaster foi efetuada com

sucesso na área interna da Ekó com a supervisão de engenheiros qualificados

responsáveis pelo projeto da mesma e em seguida na Figura 8 a imagem da instalação

elétrica interna.

Figura 7: Projeto de Instalação elétrica Interna da Ekó House Fonte: Ekó House, 2012. Entrega#6

12

Figura 8: Visão da instalação elétrica interna da casa e, à direita, a visão dos quadros elétricos internos Fonte: foto cedida por Fernanda Antonio, 2012

2.4. Construção e logística de desmontagem

As atividades desenvolvidas na área de construção na etapa de pré-montagem e

desmontagem da Ekó House foram as seguintes:

• Desmontagem e montagem de quadros móveis de varandas constituídos de

bambus;

• Desmontagem e organização do suporte da Ekó (decks);

• Desmontagem e organização dos painéis fotovoltaicos para embalagem e

transporte.

A Figura 9 ilustra a Ekó House ao fundo das caixas para transporte dos painéis

fotovoltaicos:

13

Figura 9: Team Brasil e as caixas de painéis fotovoltaicos

Fonte: Própria, 2012

Essas atividades demonstram a interdisciplinaridade do projeto, em que

engenheiros aprendem com arquitetos e vice-versa, permitindo uma visão global do

projeto por todos os envolvidos.

A organização de materiais reservas, equipamentos, cabos elétricos é outra

atividade que despendeu grande esforço. Para os equipamentos elétricos foi destinada

uma caixa onde os materiais e equipamentos foram separados, nomeados e organizados

para melhor uso na competição.

2.5. Considerações sobre a Montagem do Protótipo

O sistema Plug and Play aplicado na instalação elétrica possibilita que todo o

cabeamento da casa permaneça no local pré-determinado conforme o projeto elétrico

define. Assim, para a desmontagem dos módulos, apenas é necessário remover as

conexões intermodulares e proteger os conectores contra intempéries e outros danos

ocasionados pelo transporte.

Esse sistema permitiu que toda a instalação elétrica fosse testada antes da

competição – com exceção da iluminação externa que não foi instalada previamente –,

14

possibilitando ajustes e mudanças necessárias ao projeto. Isso contribuiu para uma

enorme redução de tempo durante a montagem no Solar Decathlon Europe, sendo que,

em menos de seis horas, toda a instalação elétrica estava funcional e pronta para uso.

Ekó House

A Ekó House (“Ekó”, em tupi-guarani, significa “viver” ou “modo de viver”),

caracteriza-se por uma casa com alto desempenho no uso racional e eficiente de energia,

incorporando princípios de bioclimatologia em seu projeto, auxiliado por simulações

térmicas e energéticas em programas computacionais de última geração. Neste capítulo,

serão abordados o sistema elétrico e o sistema fotovoltaico.

3.1. Sistema elétrico

3.1.1. Escolha dos equipamentos

Segundo a entrega #7, os eletrodomésticos escolhidos:

Cooktop:

ELE GE 60 4B – cód. CTEGE060S412 – GE

SN: 11101015V00039.

Tensão/frequência: 220-240 V/50-60 Hz

Potência/corrente: 6300 W/28,6 A.

Oven: ELE GE-P 60 BEM (220 V – 60 Hz) – code HGP6070E

SN: 12020615R00057

Tensão/frequência: 220 V/60 Hz

Potência/Corrente: 3570 W/16 A

Refrigerator/freezer: GE 465 – cód. RFGE465EDA21N

SN: L11AAB211206121724287

Tensão/frequência: 115-127 ou 220 V/60 Hz

Potência/corrente: 143 W

Washing machine: 11 kg GE Intelligence machine – cód. LVGE1135IA2BR – GE

SN: L11AAB211206121724287

Tensão/frequência: 127-220 V/60 Hz

15


Dishwasher: GE 12S FRE – code LLGE012CQD3A2IN

SN: 11120729P00028


Potência/corrente: 1760 W/8,0 A

Clothesdrier: Secadora GE Eco Performance 15 kg – code SEGE1530IA2BR



DVD: DVD PHILIPS – cód. DVP3550KMX

Fonte de alimentação: 110 a 240 V, 50/60 Hz

Consumo de energia: < 10 W

TV: PHILIPS TV digital 81 cm (32’’) Full HD 1080p – cód. 32PFL5606D/78

Alimentação: AC 110 a 240 V, 50-60Hz

Consumo de energia: 75 W

PC: MACBOOK PRO 15’’ de 2,2GHz – cód. MC723LL/A

Voltagem: de 100 V a 240 V AC

Frequência: de 50 Hz a 60 Hz

Na Figura 10, as imagens dos eletrodomésticos escolhidos.

Figura 10: Eletrodomésticos e aparelhos escolhidos

Fonte: Própria (a partir dos manuais comerciais), 2012

16

O consumo estimado de energia por ano foi calculado através da situação ideal de

cada aparelho. Segue abaixo os dados na Tabela 2:

Tabela 2: Consumo de energia

Consumo estimado de energia (kWh/ano): 6297,88 kWh/ano)

Consumo elétrico limitado por m²: 113,23 kWh/ano por m² Fonte: Própria, 2012

Com medições realizadas em São Paulo, segue abaixo os dados da Tabela 3, que

caracteriza o uso da energia em porcentagem.

Tabela 3: Caracterização do uso da energia (%)

Aquecimento (Heating) 3,50%

Resfriamento (Cooling) 23,05%

Ventilação (Ventilation) 23,86%

Iluminação 10,88%

Eletrodomésticos e dispositivos 38,70% Fonte: Própria, 2012

Essa caracterização segue visualizada no Gráfico 1, no qual se pode perceber a

predominância de consumo dos eletrodomésticos e até mesmo do resfriamento, que é

algo incomum para as casas brasileiras.

Gráfico 1: Caracterização do Consumo de Energia (%)


17

3.2. Iluminação

3.2.1. Interna

O projeto de iluminação final foi elaborado para suprir as necessidades segundo o

método dos “Lúmens” para cada cômodo. Todas as lâmpadas da casa eram do tipo

“LED”. Segue, na Figura 11, o projeto de circuitos de iluminação interna:

Figura 11: Projeto de circuitos de iluminação interna da Ekó House Fonte: Ekó House, 2012.#7

A Tabela 4 ilustra a marca e o modelo de cada lâmpada escolhida para compor os

circuitos de iluminação da Ekó.

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Tabela 4: Marca e modelo de cada lâmpada

CÔMODO LEG. FABRICANTE/MODELO QUANT. DIM. NOTAS W (unid.) W (tot.)

Sala de Jantar - Estar

L1 PHILIPS eW Cove Powercore 12 inch - 2800k (305 mm) 43 SIM Montado

no teto 4,5 193,5

Sala de Estar L3

PHILIPS Roomstylers 12832/06/87 – lamp Master LE bulb A55 40w

1 Lâmpada de mesa 7,5 7,5

Cozinha L4 PHILIPS Master LED GU10 Dimmable Warm white 2700k 1 SIM Montado

no teto 7 7

Cozinha L1 PHILIPS eW Cove Powercore 12 inch - 2800k (305 mm) 4 Armário 4,5 18

Cozinha L1 PHILIPS eW Cove Powercore 12 inch - 2800k (305 mm) 7 Montado

no teto 4,5 31,5

Cozinha L4 PHILIPS Master LED GU10 Dimmable Warm white 2700k 3 Suspensa

no forro 7 21

Quarto L1 PHILIPS eW Cove Powercore 12 inch - 2800k (305 mm) 7 SIM Montado

no teto 4,5 31,5

Banheiro L1 PHILIPS eW Cove Powercore 12 inch - 2800k (305 mm) 5 SIM Montado

no teto 4,5 22,5

Sala de Jantar - Estar

L4 PHILIPS Master LED GU10 Dimmable Warm white 2700k 3 SIM Montado

no teto 7 21

Sala de Estar L2 PHILIPS Living Colors 1 Montado

no teto 7,5 7,5


O projeto de fiação da iluminação interna segue na Figura 12:

19

.

Figura 12: Projeto de fiação da iluminação interna da Ekó House Fonte: Ekó House, 2012.#7

Conforme a norma ABNT NBR 5410/2004, foi determinado para todos os circuitos

de iluminação um fio de bitola de 1,5mm².

3.2.2. Externa

O projeto de circuitos de iluminação externa é mostrado na Figura 13:

20

Figura 13: Projeto de Circuitos de Iluminação Externa da Ekó House Fonte: Ekó House, 2012.#7

As lâmpadas escolhidas estão detalhadas na Tabela 5:

Tabela 5: Detalhes das lâmpadas escolhidas na iluminação externa

CÔMODO LEG. FABRICANTE/MODELO QUANT. UNID. NOTAS W

(unid.) W

(tot.) Armário Técnico L5 PHILIPS LuxSpace Mini

square downlight 2 UNID. Montado no Teto 19 38

Varanda - Rampa L6

PHILIPS Affiniun Led String - low power - warm white

4600 cm Embutida 0,04 184

Vaso L7 PHILIPS Outerstyles 1727/06 /93 - Imap Master Led bulb A55 40w

3 UNID. Colocada em uma caixa

7 21

Jardim L8 PHILIPS Outerstyles 1727/06 /93 - Imap Master Led bulb A55 40w

8 UNID. Colocada em uma caixa

7 56

Varanda L9 PHILIPS Arandela Tamisa Grafite 1726/06 /93

6 UNID. Montado na parede

7 42

Varanda L10 PHILIPS eW Burst Powercore - Led - HB 3 UNID. Sobre o

piso 30 90


Assim como especificado na iluminação interna, o projeto de fiação da iluminação

externa é apresentado na Figura 14:

21

Figura 14: Projeto de fiação da iluminação externa da Ekó Fonte: Ekó House, 2012.#7

Na escolha da bitola dos circuitos de iluminação externa foi utilizada a mesma

norma de instalação e determinada uma bitola de 1,5mm² para todos os circuitos.

22

3.3. Instalação elétrica

a. Projeto

No projeto elétrico interno foi decidido que a divisão e a distribuição dos circuitos

elétricos seriam realizadas em um ponto central da casa, para que pudessem acessar

todos os cantos com facilidade e reduzir, assim, os custos de material. A alimentação foi

realizada a partir do quadro elétrico externo, com um cabo de alimentação de bitola de 16

mm² – esse diâmetro foi determinado após os cálculos básicos realizados de demanda. O

projeto de circuitos elétricos internos da Ekó House segue na Figura 15:

Figura 15: Projeto dos circuitos elétricos internos da Ekó House e a sua respectiva legenda

Legenda da Figura 15

Fonte: Ekó House, 2012.#7

23

O projeto elétrico interno foi dividido em 11 circuitos, mais detalhada na Tabela 6:

Tabela 6: Circuitos elétricos internos

CIRCUITO UTILIZAÇÃO CT1 Distribuidor - CT4 + CT5 CT2 2 TUGS (Banheiro) CT3 Distribuidor- CT6 + CT7 CT4 Geladeira + TUG (Cozinha) CT5 Forno + Lava-Louças + TUG (Cozinha) CT6 TUG (Quarto) CT7 TUG (Quarto) CT8 2 TUGS (Sala) + TUG (PC/TV/DVD) + Persiana CT9 1 TUG (Sala de Jantar) + 3 Persianas CT10 2 TUGS (Armário) + 2 Automação CT11 Cooktop


No projeto elétrico externo, a distribuição foi realizada diretamente do quadro

elétrico externo – segue na Figura 16:

Figura 16: Circuito elétrico externo Fonte: Ekó House, 2012.#7

24

A definição da diferença dos circuitos elétricos externos segue na Tabela 7.

Tabela 7: Circuitos elétricos externos

CIRCUITO UTILIZAÇÃO

CE1 TUG (Armário Técnico)

CE2 Máquina de Lavar

B1, B2, B3 Brises Externos Fonte: Própria, 2012

O quadro elétrico em um projeto de instalações elétricas é uma parte crucial, no

qual se realiza as divisões de circuitos, distribuição e, o mais importante, os componentes

responsáveis pela segurança da instalação como um todo.

25

Figura 17: Quadro elétrico externo Fonte: Ekó House, 2012.#7

26

O quadro elétrico externo da Ekó House, Figura 17, diferencia-se de outros projetos

por incluir a distribuição e proteção do sistema de módulos fotovoltaicos juntamente com o

inversor, lidando com corrente alternada e contínua no mesmo ambiente. Como a maior

parte da iluminação era controlada pelo quadro de automação, a preocupação dessa

parte do projeto foi apenas com o seu fornecimento de energia. No quadro elétrico

externo foi realizada a conexão de um cabo de maior bitola para o fornecimento de uma

corrente alta para o quadro interno, por esse motivo, cuidados necessários foram

tomados.

No quadro elétrico interno, que pode ser observado na Figura 18, apenas foi

realizada a distribuição dos circuitos internos com suas respectivas proteções.


27

Figura 18: Quadro elétrico interno e sua respectiva legenda


28

• Conexão com a Rede Elétrica Comercial

A conexão com a rede elétrica foi elaborada conforme as regras da competição

Solar Decathlon. A tensão de operação da rede elétrica da cidade de Madri é de 230 V e

frequência de 50 Hz. O projeto das instalações elétricas da casa Ekó segue as normas da

ABNT 5410, com tensão de operação da casa em 220 V e frequência de 60 Hz.

Assim, no caso específico do Solar Decathlon, a equipe brasileira realizou um

pedido para a comissão organizadora da competição para converter a tensão para 220 V

e frequência de 60 Hz. Este foi um fator decisivo e necessário, já que a maioria dos

equipamentos fabricados e operados no Brasil usam essa faixa de frequência (e, no caso

da tensão, deve-se incluir 110 V). A ligação com a rede elétrica espanhola é, portanto,

monofásica a 2 fios (Fase e Neutro), 220 V/60 Hz.

Em atenção à demanda geral de energia elétrica e à potência instalada do sistema

solar fotovoltaico, foram dimensionados os dispositivos de proteção geral. Foram

utilizados dois medidores de pulsos, modelo PM9P da Schneider Electric, para medição

da geração solar fotovoltaica e do consumo de energia elétrica da casa. Um medidor

adicional, modelo iME1Zr, da Schneider Electric, foi utilizado para medição da energia

injetada na rede elétrica. O esquema do projeto de conexão com o grid segue na Figura

19:


29

Figura 19: Esquema de conexão com o grid


• Materiais

Os materiais elétricos condizentes a fiação e tomadas obedecem a norma técnica

5410 sobre instalações elétricas de baixa tensão, porém, é importante destacar que,

devido à característica modular da casa e da necessidade de sua desmontagem, os

cabos elétricos utilizavam o sistema Plug and Play, o que possibilita uma grande

economia de tempo na remontagem da casa.

Todas as lâmpadas utilizadas são lâmpadas de LED, o que, em comparação com

as lâmpadas fluorescentes, por exemplo, possibilitam uma grande economia de energia.

• Instalação

Após a realização do projeto elétrico e da compra de materiais, toda a pré-

instalação elétrica interna da Ekó House levou cerca de dois meses. Em resumo, foi

necessário colocar eletrodutos condizentes com a espessura dos cabos, instalar pontos

30

de tomadas e iluminação, montar o quadro elétrico interno e externo e testar se tudo

estava funcionando corretamente.

3.4. Sistema fotovoltaico

Sistema fotovoltaico (SFV) é a denominação que recebe o conjunto de elementos

necessários para realizar a conversão direta da energia solar em energia elétrica, com

características adequadas para alimentar aparelhos elétricos e eletrônicos, tais como

lâmpadas, televisores, geladeiras e outros. Neste item, apresentam-se os componentes

do sistema fotovoltaico da Ekó House.

Os módulos fotovoltaicos são projetados e fabricados para acomodar as células e

as respectivas interligações elétricas, proporcionar suporte estrutural e proteção contra

danos mecânicos e agentes ambientais externos, tais como sol, chuva, ventos e outros

agentes climáticos, com expectativa de operar nessas condições por 30 anos ou mais

(RÜTHER, 2004).

O SFV tem o painel fotovoltaico como principal componente e pode incluir,

dependendo da aplicação, dispositivos para controle, supervisão, armazenamento e

condicionamento de energia elétrica. Fazem parte também de um SFV a fiação, a

estrutura de suporte e a fundação, quando necessária. Os sistemas fotovoltaicos são

classificados em sistemas isolados e sistemas conectados à rede (ABNT, 2008).

O sistema fotovoltaico da Ekó House é do tipo conectado à rede elétrica e

integrado à edificação. Pelo fato de ser conectado à rede elétrica, o sistema dispensa o

uso de baterias e, por ser integrado à cobertura da edificação, não ocupa área do terreno

exclusiva para instalação. Assim, desde o início de seu projeto, a casa Ekó aplicou

esforços na máxima geração de energia elétrica. Contudo, a casa foi conceituada para se

tornar uma habitação à “energia zero”, sob as condições de que a energia elétrica anual

exportada para a rede elétrica comercial seja no mínimo igual à energia elétrica anual

importada da rede.

A atividade desenvolvida nessa área do projeto se deve ao fato de conectar

devidamente os painéis e auxiliar a instalação dos inversores. Esse sistema deve ser

monitorado adequadamente por um técnico especializado, além disso, deve-se ressaltar

que a manutenção é outro fator importante a ser estudado e avaliado. Outra atividade que

foi realizada e também se enquadra nessa área é a retirada dos painéis fotovoltaicos do

telhado, trabalho que requer cuidados e atenção.

31

3.5. Projeto teórico

O sistema fotovoltaico consiste em seis strings com oito módulos cada um,

conectados em série, totalizando 48 módulos, como mostra a Figura 20.

Os módulos utilizados são de silício monocristalino, cada um tem 230 Watts de

potência e uma eficiência de 18,5%, o que faz com que a potência instalada total do

sistema seja de aproximadamente 11 KW. O projeto de sistema fotovoltaico pode ser

observado graficamente na Figura 20:

Figura 20: Projeto sistema fotovoltaico Fonte: Ekó House, 2012

32

3.6. Estrutura e instalação

Uma estrutura metálica com inclinação de 12º, orientada para o norte geográfico,

foi instalada no telhado da Ekó House para que os módulos fotovoltaicos sejam

devidamente colocados conforme o projeto

Para que os módulos fossem anexados à estrutura com facilidade, foi instalada

uma trava em cada um deles, na parte de baixo, que encaixava na estrutura metálica, o

que permitiu que a instalação ocorresse em poucas horas.

3.7. Geração e funcionamento

Durante o período em que a casa se encontrava no Brasil, o sistema fotovoltaico

não realizou nenhuma geração significativa, uma vez que todo o protótipo se encontrava

debaixo de uma lona que impedia a incidência solar nos módulos. Entretanto, uma string

e os inversores foram testados de forma independente; após isso todo o sistema foi

testado com sucesso.

3. O Solar Decathlon Europe 2012

4.1. Introdução

O Solar Decathlon foi lançado em 2002 pelo Departamento de Energia dos EUA e

ocorre a cada dois anos. Ele tem como objetivo desenvolver e disseminar o conhecimento

no campo da energia renovável e, particularmente, da energia solar. Universidades e

institutos de pesquisa aplicada de todo o mundo participam do desafio a fim de projetar e

construir uma unidade habitacional de, em média, 75 m², que dependa exclusivamente de

energia solar. Cada casa é avaliada em um conjunto de dez critérios que permitem ao júri

analisar a arquitetura do edifício, a eficiência energética e o conforto, bem como a

interação entre a equipe e o público durante as visitas. Nesse sentido, será considerado

vencedor o projeto que somar mais pontos.

Os governos da Espanha e dos Estados Unidos assinaram um acordo em 2007 de

modo a manter o Solar Decathlon Europe em Madri, em 2010 e 2012, entre as edições

norte-americanas.

Dentre as regras iniciais do torneio podem-se destacar itens como:

- O protótipo deve ser montado em 15 dias, em Madri;

- A terra não pode ser cavada para as fundações;

- A temperatura deve ser permanentemente mantida entre 23°C e 25 °C;

33

- A umidade relativa do ar será entre 40% e 55%;

- Altos níveis de desempenho são necessários para os quesitos: qualidade acústica e

luminosa e qualidade do ar.

Na edição de 2012, 47 equipes de todo o mundo se candidataram, e 20 foram

selecionadas. As equipes participantes, juntamente com o Team Brasil, estão descritas na

Tabela 8.

Tabela 8: Equipes participantes do Solar Decathlon Europe 2012

EQUIPE PAÍS CASA

RWTH Aachen University (http://solar.arch.rwth-aachen.de/) CounterEntropyHouse

ECOLAR (http://www.sde2012.htwg-konstanz.de/) Alemanha

Ecolar Home

Team Brasil (http://www.sdbrasil.org) Brasil Ekó House

Tongii Team (http://solardecathlon2012.tongji.edu.cn) China Para Eco-House

Team DTU (http://www.solardecathlon.dk) Dinamarca Fold

(e)co Team (http://www.solardecathlon.upc.edu/2012/) (e)co

Andalucía Team (http://www.andaluciateam.org) Patio 2.12

CEU Team Valencia (http://solardecathlon.uch.ceu.es/) SMLsystem

EHU TEAM (http://www.ekihouse.org) Ekihouse

UDZ Team (http://www.unizarcasapi.com/)

Espanha

Casa Pi Unizar

Aquitaine Bordeaux Campus (http://www.sumbiosi.com) Sumbiosi

Rhône Alpes (http://www.solardecathlon.fr) França

Canopea

STSC Team (http://www.astonyshine.com) França/Itália Astonyshine

Odooproject (http://www.odooproject.com) Hungria Odoo

Med in Italy (http://www.medinitaly.eu/) Itália Med in Italy

Chiba University (http://sde.chiba-u.jp/) Japão Omotenashi House

cem+nem (http://www.casasemmovimento) Portugal cem’ casas em movimiento

PRISPA (http://www.prispa.org) Romênia Prispa Fonte: Solar Decathlon Europe, 2012

A equipe brasileira – Team Brasil – participante do evento foi composta por 36

membros, tendo representantes da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo (FAU), da

Escola Politécnica (EP) e do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE), da Universidade de

São Paulo (USP); da Faculdade de Arquitetura da Universidade Federal de Santa

Catarina (UFSC), da Faculdade de Arquitetura da Universidade Estadual de Campinas

(UNICAMP) e do Curso de Engenharia de Energia da Universidade Federal do ABC

(UFABC).

Segundo o programa oficial do evento, a partir do dia 31/08/2012 as equipes

tiveram permissão de acesso ao local de montagem dos protótipos. O período da

montagem propriamente dita foi de 1º a 12/09/12. A cerimônia de abertura do evento foi

realizada em 13/09/12 O período de 14 a 16/09/12 foi usado pelas equipes que

34

precisassem realizar acabamentos e ajustes para o completo funcionamento das casas,

incluindo as condições de acessibilidade universal ao protótipo. O período de 17 a

30/09/12 foi dedicado à visitação pública dos protótipos e à realização das provas. A

desmontagem dos protótipos foi realizada entre os dias 1º e 06/10/12. O período

posterior, de 07 a 18/10, foi dedicado às atividades de embalagem dos componentes e

elementos da casa, estufagem dos contêineres, além do acompanhamento do despacho

destes ao Brasil.

4.2. Atividades realizadas

4.2.1. Montagem do protótipo

Essa atividade exigiu o empenho conjunto de toda a equipe de alunos e

colaboradores para a montagem da casa no prazo de 12 dias. A primeira etapa da

montagem foi a colocação da estrutura da casa.

a. Estrutura

A etapa da montagem da estrutura foi o passo inicial para a liberação da instalação

dos outros sistemas. Durante a pré-montagem dessa etapa em São Paulo, apenas parte

da equipe participou das atividades de transporte dos painéis, sendo assim, somente

alguns membros estavam habilitados para tal. A equipe elétrica foi responsável pelo

auxílio a esses membros habilitados, assim como tinha ocorrido anteriormente. A primeira

atividade realizada foi a colocação do piso do Módulo 1(M1), conforme a Figura 21.

35

Figura 21: Piso do M1

Fonte: Ekó House, 2012

Após a colocação do piso do M1, os painéis de parede puderam ser colocados sem

nenhum problema, como mostra a Figura 22:

Figura 22: Colocação dos painéis de parede do M1


36

Para efetuar os içamentos dos painéis, foram planejados locais para a colocação

de olhais, facilitando as amarras de cordas, como mostra a Figura 23.

Figura 23: Olhal para facilitar o içamento dos painéis


Os equipamentos alugados para o transporte dessas cargas são de uso geral, e o

conhecimento para esse tipo específico não é comum, o cuidado foi redobrado nessa

etapa do transporte. Mesmo assim, ocorreu um problema no manuseio do painel de

revestimento do banheiro, o qual teve o vidro quebrado. Os painéis foram fabricados no

Brasil durante a etapa de pré-montagem e, portanto, atitudes foram tomadas para a sua

reconstrução com uma empresa específica de manuseio de vidros.

37

Figura 24: Todos os painéis do M1 colocados e o piso do M2 já situado no local adequado Fonte: Ekó House, 2012

Após a colocação de todos os painéis de piso dos módulos (1, 2 e 3) e dos painéis

de revestimentos, os painéis de cobertura foram colocados, terminando assim a última

etapa da montagem da estrutura, como mostrada na Figura 25:

Figura 25: Montagem da cobertura do primeiro módulo (M1)


38

Na desmontagem, no Brasil, a equipe elétrica participou ativamente nesse tipo de

transporte, portanto teve o respaldo de todos para o auxílio aos técnicos especializados e

experientes nessa etapa. Ademais, para o funcionamento dos equipamentos elétricos foi

contratado um gerador, que somente a equipe técnica especializada elétrica era

responsável para o bom funcionamento. Dessa forma, a todo o momento algum membro

da equipe estava presente para qualquer emergência.

A estrutura da casa era a maior barreira para a sequência de atividades. Após a

sua conclusão, houve a liberação da montagem da cobertura e o trabalho dentro da casa

foi realizado pelas equipes especializadas (revestimento interno, elétrica e automação).

b. Cobertura

A montagem da cobertura começa com a colocação das peças que darão suporte

para as telhas. Após as peças serem instaladas, os módulos da cobertura que sustentam

e encaixam os módulos fotovoltaicos puderam ser preparados para o içamento, conforme

as figuras 26 e 27 demonstram.

Figura 26: Montagem da estrutura da cobertura e de telhas Fonte: Ekó House, 2012

39

Figura 27: Içamento da estrutura de cobertura Fonte: Ekó House, 2012

Após o içamento dos três módulos da cobertura, esta é presa ao telhado e a sua

altura ajustada conforme a latitude da região em que a casa está instalada, como mostra

a Figura 28, de forma a aumentar a incidência de raios solares nos painéis fotovoltaicos e,

de acordo com a tecnologia utilizada, gerar mais energia elétrica.

Com a cobertura fixada e a correta angulação, é possível fixar os módulos

fotovoltaicos assim como os coletores solares, conforme mostram as figuras 28 e 29:

40

Figura 28: Estrutura da cobertura de encaixe dos painéis fotovoltaicos


Figura 29: Colocação dos painéis fotovoltaicos e dos coletores solares


41

c. Instalação elétrica interna

O trabalho de instalação elétrica interno, como mencionado no item da pré-

montagem, já estava realizado. As atividades desenvolvidas na competição foram a

conexão dos cabos Plug and Play e apenas a instalação de uma conexão para o ar-

condicionado foi realizada durante a competição, como é especificado na Figura 30:

Figura 30: Ar-condicionado


42

Figura 31: Interior da casa e sistema elétrico e de automação à vista


Figura 32: Iluminação e aparelhos da cozinha funcionando adequadamente


43

Figura 33: Colocação das tabeiras do forro à esquerda; e, à direita, ajustes finais do quadro elétrico interno


d. Instalação elétrica externa

A instalação elétrica externa da Ekó foi realizada somente na competição Solar

Decathlon, como mencionado anteriormente. A instalação interna foi realizada na pré-

montagem em São Paulo e apenas a conexão dos circuitos foi feita em Madri. A

passagem dos cabos teve que ser efetuada somente depois da realização de todas as

etapas de construção, sendo assim, a instalação elétrica foi feita nos últimos dias de

montagem, liberando assim o trabalho dos responsáveis pela iluminação.

O maior problema nessa etapa do projeto foi a passagem dos cabos sob a casa

inteira. Como demonstrado na Figura 20, os circuitos teriam que atravessar a casa para a

iluminação da rampa.

Essa etapa foi realizada com sucesso, e a Figura 34 apresenta boa parte da

iluminação externa funcionando adequadamente:

44

Figura 34: Iluminação externa da Ekó


e. Sistema fotovoltaico

O sistema fotovoltaico é constituído de 48 módulos de silício monocristalino de 230

W e 18,5% de eficiência, agrupados em seis strings de oito módulos cada um, conectados

em série. Na Figura 35 é possível observar os módulos utilizados.

Cada inversor SMA SMC 5000A controlava três strings, conectadas em paralelo, e

era responsável por converter a corrente contínua da geração em corrente alternada e

controlar o montante de energia elétrica destinado à casa e à rede de distribuição

comercial (grid) de acordo com as necessidades. Apesar de cada inversor ser capaz de

converter até 5750 W, totalizando 11500 W, eles estavam limitados em 10 KW devido a

uma exigência da competição.

Os inversores são capazes de armazenar dados sobre a geração, o que

possibilitou registrar o total de energia gerado pelo sistema com a sua descrição por dia e

horário, informações necessárias para o monitoramento da competição.

A integração do sistema com a automação permite determinar o montante de

energia elétrica consumido pela residência e o enviado à rede.

45

Figura 35: Painéis fotovoltaicos da Ekó House Fonte: Ekó House, 2012

f. Construção

Durante a etapa da construção foram realizadas diversas tarefas, dentre elas, a

colocação dos forros internos para o acabamento e o suporte das lâmpadas de LED; das

calhas externas, cuja função é a captação de água da chuva e o correto direcionamento

para o seu local de armazenamento – o que permite a reutilização da água; e a

montagem dos decks, estruturas metálicas retangulares sobrepostas com madeira teca,

predispostas em toda a área externa da casa.

4.2.2. Exposição do projeto e competição

O período de 17 a 30/09/12 foi dedicado à visitação pública dos protótipos e à

realização das provas. Nesse período, o aprendizado mais importante foi o contato com

pessoas de todo o mundo interessadas no projeto. Todos os alunos participantes do

projeto expuseram tanto para grupos de pessoas leigas no assunto que visitaram a

competição quanto para grupos especializados em áreas de engenharia e arquitetura. O

46

contato com outras línguas, culturas e crenças foi uma etapa de muito crescimento

pessoal dos alunos.

4.2.3. Desmontagem do protótipo

A desmontagem dos protótipos foi realizada entre os dias 1º e 06/10/12. A

realização da desmontagem foi um sucesso e feita em poucos dias, assim como em São

Paulo. Conforme a construção foi realizada, em etapas, a desmontagem foi elaborada

seguindo as necessidades, logo, desmontar as varandas e os decks (últimos a serem

colocados) foi o princípio, juntamente com a cobertura da casa e por último o içamento

dos painéis externos e pisos.

5. Considerações Finais

Durante seis meses, de janeiro a julho de 2012, a Ekó House foi aperfeiçoada e

montada no Brasil. Nesse período, o projeto elétrico da residência foi melhorado, os

materiais foram adquiridos e a instalação executada, seguindo a norma técnica

correspondente. É importante salientar, dentre as particularidades desse processo, o

sistema Plug and Play, que possibilita que a instalação elétrica da casa esteja totalmente

funcional em poucas horas após a sua remontagem, a iluminação esteja dimerizada e os

sistemas elétricos totalmente interligados e controlados pelo sistema de automação

residencial.

No período que se sucedeu a competição, a escolha do sistema Plug and Play se

mostrou certeira, uma vez que em poucas horas todo o sistema elétrico estava funcional,

restando apenas a execução da instalação de iluminação externa e da correção de

eventuais problemas e necessidades.

O sistema fotovoltaico foi instalado em algumas horas em virtude do sistema de

encaixe desenvolvido. Durante toda a competição funcionou corretamente, conforme o

esperado.

A execução de tarefas relacionadas à construção e à montagem da casa

demonstrou a interdisciplinaridade da equipe e o aprendizado em diversas áreas.

47

6. Referências Bibliográficas

[1] RUTHER, R (2004). Edifícios Solares Fotovoltaicos: O Potencial da Geração Solar

Fotovoltaica Integrada a Edificações Urbanas e Interligada à Rede Elétrica Pública no

Brasil, UFSC/LABSOLAR.

[2] Ekó House. ekohouse.org. Acesso em 10/01/2013.

[3] ABNT NBR 5410 (2008). Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Link:

http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/normas%20e%20relat%F3rios/NRs/nbr_5410.pdf.

Acesso em 22/12/2012.

[4] SIMÕES, R. (2008). Estudo Sobre Elaboração de Projeto Elétrico Residencial Predial.

Centro Tecnológico da Universidade Federal Do Espírito Santo.

http://www2.ele.ufes.br/~projgrad/documentos/PG2008_1 /renatobertoldis imoes.pdf.

Acesso em 22/12/2012.

Documents

casasolar Relatario de Atividades vF6 - SEEDS - EVENTOSseeds.usp.br/portal/uploads/casasolar_Relatario de Atividades_vF6.pdf · Departamento de Energia dos Estados Unidos (US-DOE)