ORIGINALER ARTIKEL
CARVALHO, Fanny Islana de Lima [1], HALMEMAN, Maria Cristina Rodrigues [2], LERCO, Felipe Matos dos Santos [3]
CARVALHO, Fanny Islana de Lima. HALMEMAN, Maria Cristina Rodrigues. LERCO, Felipe Matos dos Santos. Analyse der Energieeffizienz der Stadtbibliothek Campo Mourão-PR: Parameter des nationalen Kennzeichnungsprogramms (RTQ-C). Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Jahr. 06, Hrsg. 10, Vol. 05, S. 43-62. Oktober 2021. ISSN: 2448-0959, Zugangslink: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/umwelttechnik-de/stadtbibliothek, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/umwelttechnik-de/stadtbibliothek
ZUSAMMENFASSUNG
Der Bausektor, der für Umweltauswirkungen wie Abfallaufkommen, Wasser- und Energieverbrauch verantwortlich ist, steht vor der aktuellen Herausforderung, Energieeffizienz in die Baustelle und die nachträglich gebaute Umwelt zu bringen. In Bezug auf den Energieverbrauch hat INMETRO daher ein Kennzeichnungsprogramm entwickelt, das darauf abzielt, die Energieeffizienz von elektrischen Geräten und auch Gebäuden zu klassifizieren. Es ist nachgewiesen, dass öffentliche Gebäude das Nationales Energiesparlabel (ENCE) erhalten müssen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie die Energieeffizienz öffentlicher Gebäude gemessen, energetisch angemessen und damit nutzergerecht, ökologisch behaglich und wirtschaftlich gestaltet werden kann. Ziel der Arbeit war es, die Erlangung des ENCE Geral Labels zu simulieren und das Niveau der Energieeffizienz der Stadtbibliothek von Campo Mourão-PR darzustellen. Es wurde die durch die Technische Qualitätsverordnung für das Energieeffizienzniveau von Gewerbe-, Dienstleistungs- und öffentlichen Gebäuden (RTQ-C) festgelegte Prescriptive Method verwendet. Drei Gebäudesysteme wurden analysiert: Gehäuse, Beleuchtungssystem und Klimaanlage.Als Ergebnis zeigte das untersuchte Gebäude eine Effizienzklasse C auf einer Skala von A – E, wobei A sehr effizient und E nicht sehr effizient ist. Es wird der Schluss gezogen, dass das Gebäude den Benutzern neben einem hohen Energieverbrauch keinen Komfort bietet. Es ist jedoch möglich, Maßnahmen zu ergreifen, die zur Optimierung der Energieeffizienz am Standort beitragen können.
Schlüsselwörter: Gehäuse, Beleuchtungssystem, Klimaanlage, präskriptive Methode, Gesamtklassifizierung.
1. EINLEITUNG
Die Sorge der Industrieländer um den Umweltschutz führte zu internationalen Konferenzen, die nach wirtschaftlichen Alternativen suchten. (DEBATES INTERDISCIPLINARES VII, 2016). Beispiele für diese Konferenzen sind das Kyoto-Protokoll und das Stockholmer Übereinkommen. Im nationalen Szenario wurden öffentliche Gebäude ab 2014 verpflichtet, das Energieeffizienzlabel (ENCE) vorzulegen, wie es im Amtsblatt des Sekretariats für Logistik und Technologie des normativen IN02/2014 (CONSELHO DE ARQUITETURA E URBANISMO/BR, 2014) veröffentlicht wurde. Vor diesem Gesichtsfeld stellte sich die Frage, wie es möglich ist, die Energieeffizienz eines öffentlichen Gebäudes zu messen und den Nutzern Komfort und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.
Das brasilianische Kennzeichnungsprogramm (PBE) ist zusammen mit der PBE Edifica aus Diskussionen hervorgegangen, die vom Nationalen Institut für Metrologie, Qualität und Technologie (INMETRO) initiiert wurden. Der Zweck dieses Programms besteht darin, das Bewusstsein der Verbraucher durch Informationen über den Betrieb von Geräten und deren Energieverbrauch zu schärfen (CONFERÊNCIA DE ESTUDOS EM ENERGIA ELECTRIC, 2019). In diesem Programm wurden die Technische Qualitätsverordnung für das Energieeffizienzniveau von Wohngebäuden (RTQ-R) und die Technischen Qualitätsanforderungen für das Energieeffizienzniveau von Gewerbe-, Dienstleistungs- und öffentlichen Gebäuden (RTQ-C) entwickelt. Das Kennzeichnungssystem misst die Energieeffizienz auf einer Skala von “A – E”, wobei “A” effizienter und “E” weniger effizient ist. Der RTQ-C bewertet Gebäude mit zwei Methoden: Simulationsmethode (durchgeführt durch Software) und präskriptive Methode (durch Gleichungen erstellt).
Es gibt vier Arten von Etiketten, die sind: ENCE Allgemein (berücksichtigt drei Gebäudesysteme – Gehäuse, Beleuchtung und Klimaanlage); ENCE Teilweise (bewertet unabhängig jedes System); ENCE Simulation (erhalten während der Projektphase); und ENCE Gebautes Gebäude (kann nach Erhalt der Genehmigung der Arbeiten oder nachgewiesenen Strom- und Gasanschlüssen durch die Konzessionäre angefordert werden).
Dieser Artikel zielte darauf ab, das Niveau der Energieeffizienz der Stadtbibliothek zu ermitteln und die Errungenschaft des ENCE Allgemein zu simulieren. Die Analyse wurde in Anlehnung an das Handbuch zur Anwendung des RTQ-C Version 4, 2017 entwickelt. Um das allgemeine Ziel zu erreichen, wurde diese Arbeit aus folgenden spezifischen Zielen entwickelt: Beachten Sie die Voraussetzungen des Handbuchs zur Anwendung des RTQ -C; Daten vor Ort sammeln und Informationen über das Architekturprojekt verarbeiten; Berechnung und Ermittlung des Energieeffizienzniveaus für die drei Gebäudesysteme.
2. MATERIALIEN UND METHODEN
2.1 MATERIALIEN
Die derzeitige Stadtbibliothek Lehrer Egydio Martello befindet sich im zentralen Bereich von Campo Mourão-PR. Die Stadt hat ca. 96.102 Einwohner (IBGE, 2020). Campo Mourão ist ein Zentrum der COMCAM (Gemeinschaft der Gemeinden der Region Campo Mourão), die fünfundzwanzig Gemeinden vertritt, auf diese Weise bietet die Stadt Unterstützung für ihre Mikroregion durch medizinische Versorgung, Bildung, Industrie und andere Bereiche.
Bild 01. Standort der Stadtbibliothek.
Das zu untersuchende Gebäude hat eine große historische Relevanz im Kontext der Entwicklung der Gemeinde, da es ursprünglich als Busbahnhof konzipiert wurde. Anschließend wurde das Gebäude für die Bibliothek angepasst, die am 30. Dezember 2004 eröffnet wurde.
Bild 02. Alter Busbahnhof von Campo Mourão (A), heutige Stadtbibliothek (B), Hauptfassade Stadtbibliothek (C).
Neben einer umfangreichen Sammlung, Räumen für künstlerische Ausstellungen, einer Spielzeugbibliothek und Studienräumen beherbergt die Bibliothek auch die Academia Mourãoense de Letras. Es ist ein lineares Gebäude mit zwei Etagen in Stahlbetonkonstruktion mit einer bebauten Gesamtfläche von 1772,92 m², gemäß dem Bibliotheksplan in Abbildung 03. Ein Großteil seiner Hülle besteht aus durchscheinenden Glasvorhängen, die begünstigt die ungewollte Erwärmung von Innenräumen. Es ist wichtig zu betonen, dass die Hauptfassade nach Nordosten ausgerichtet ist und daher im Sommer eine hohe Sonneneinstrahlung erhält.
Bild 03. Layout Bibliothek Erdgeschoss (A), Büros Erdgeschoss (B), Bibliothek im Obergeschoss (C).
2.2 METHODEN
Die für die vorliegende Studie gewählte Methode ist die präskriptive Methode, die nur für konditionierte Gebäude gilt und die Energieeffizienz durch Gleichungen gemäß der bioklimatischen Zone und der Gesamtfläche des Gebäudes bewertet. Um Bewertungen für das allgemeine ENCE-Geral zu erhalten, wurden drei Systeme analysiert: Gehäuse, Lichtsystem und Klimaanlage. Diese Methodik erfordert eine Bewertung allgemeiner und systemspezifischer Voraussetzungen, die im Folgenden erörtert werden.
2.2.1 ALLGEMEINE VORAUSSETZUNGEN
Für die Stufen A, B und C gibt es zwei allgemeine Voraussetzungen. Die Nichteinhaltung wirkt sich auf die endgültige Gebäudebewertung aus.
- Das Gebäude muss für jede Nutzung einen eigenen Stromkreis haben, sei es Klimaanlagen, Lampen oder andere. Das Handbuch für die Anwendung von RTQ-C (2017) stellt jedoch fest, dass dieser Punkt für Gebäude, die vor 2009 gebaut wurden, nicht obligatorisch ist, daher ist das untersuchte Gebäude davon ausgenommen.
- Warmwasserbereitung: Diese Voraussetzung gilt nur in Gewerbe- oder Dienstleistungsgebäuden, in denen der Warmwasserverbrauch mehr als 10% des gesamten Energiebedarfs beträgt. Im Falle des Untersuchungsgegenstandes gibt es keine Installation von Warmwasserbereitern, daher gilt dieser Punkt nicht.
2.2.2 GLEICHUNGEN FÜR DAS BERECHNUNGSVERFAHREN
Im Prozess der individuellen Klassifizierung der Systeme sowie für die allgemeine Klassifizierung der Effizienz wurden Gleichungen nach Tabelle 01 verwendet.
Tabelle 01. Allgemeine Tabelle der Gleichungen.
Quelle: Angepasst an das Anwendungshandbuch für RTQ-C (2017).2.2.3 GEHÄUSE
Um die spezifischen Voraussetzungen des Envelomycin-Systems zu erfüllen, sollten die Werte der in Abbildung 02 beschriebenen Variablen beachtet werden.
Tabelle 02. Besondere Anforderungen für Gehäuse – Zone 3.
ABNT NBR 15220-2 (2008) legt Parameter für die thermische Leistung von Gebäuden fest. Nach der Überprüfung der Einhaltung der oben genannten Werte gemäß der Norm ist es notwendig, die bioklimatische Zone zu beobachten, in die das Untersuchungsobjekt eingefügt wird. Gemäß Anhang 1 des Handbuchs für die Anwendung von RTQ-C (2017) befindet sich die Stadt Campo Mourão in der bioklimatischen Zone 3, wie in Abbildung 04 dargestellt.
Bild 04. Bioklimatische Zonierung von Brasilien.
Für das Berechnungsverfahren waren die aus dem Architekturprojekt extrahierten Informationen und die Variablen nach Tabelle 01 notwendig.
In Anbetracht der Berücksichtigung der Angabe des Handbuchs je nach Fläche des Untersuchungsobjekts für Flächen von mehr als 500 m² passt Gleichung 01 in das Gebäude.
Bald darauf wurden das minimale IC und das maximale IC mit der gleichen Gleichung bestimmt, jedoch mit den Eingabewerten gemäß Diagramm 03.
Tabelle 03. Maximale IC – und minimale IC -Parameter.
Daher wurde das Intervall (i) von maximalem IC und minimalem IC nach Gleichung 02 berechnet. Mit dem Wert von (i) wurde Tabelle 04 definiert:
Tabelle 04. Grenzen der Intervalle der Wirkungsgrade.
Schließlich wurde aus den Werten in Tabelle 04 die IC -Envelavel-Rate mit den maximalen IC – und Minimal- IC -Grenzwerten verglichen, um den Wirkungsgrad zu ermitteln.
2.2.4 BELEUCHTUNGSSYSTEM
Die Einhaltung der spezifischen Voraussetzungen für die Beleuchtungsanlage ist in Grafik 05 beschrieben.
Tabelle 05. Voraussetzungen für die Beleuchtung.
Quelle: Adaptiert aus dem RTQ-C Application Manual (2017).
Das zu untersuchende Gebäude ist von der Voraussetzung Nummer 1 ausgenommen und erfüllt die anderen Voraussetzungen nicht, so dass das Niveau der Beleuchtungsanlage automatisch nur als maximale Klassifizierung die Stufe C haben kann. Seine endgültige Klassifizierung unterliegt jedoch den Berechnungen der installierten Leistungsdichtegrenze.
Es gibt zwei Methoden zur Berechnung der Effizienz des Beleuchtungssystems:
- Flächenmethode: Bewertet gemeinsam Umgebungen (für Gebäude mit 3 Hauptaktivitäten oder Aktivitäten, die mehr als 30% der bebauten Fläche einnehmen).
- Aktivitätsmethode: Bewertet jede Aktivität individuell.
Da die Stadtbibliothek 3 Hauptaktivitäten beherbergt und mehr als 30% der Gesamtfläche einnimmt, haben wir uns für die Flächenmethode entschieden. Das Berechnungsverfahren erfolgte aus folgenden Schritten:
a) Die Hauptaktivitäten wurden gemäß der Tabelle der akzeptablen höchsten Grenze der Beleuchtungsleistungsdichte (DPIL) für das gewünschte Effizienzniveau – Methode des Gebäudebereichs, des Handbuchs für die Anwendung von RTQ-C (2017) identifiziert. Für nicht beschriebene Tätigkeiten wurde eine gleichwertige Tätigkeit gewählt.
b) Die Fläche jeder Aktivität wurde in Quadratmetern identifiziert.
c) Dann wurde die Grenzleistung für jede Aktivität definiert, wobei die Fläche multipliziert wurde, die von der DPIL beleuchtet wurde, die in derselben Tabelle des Handbuchs gemäß Gleichung 03 angegeben ist. Aus der Grenzleistung für jede Aktivität bestimmte die Summe der Kräfte die Grenzkraft des Gebäudes.
d) Schließlich wurde die im Gebäude installierte Gesamtleistung mit der Grenzleistung verglichen, um den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems unter Verwendung des in Tabelle 06 angegebenen numerischen Äquivalents zu bestimmen.
Tabelle 06. Numerisches Äquivalent (EqNum) für jede Effizienzstufe.
2.2.5 KLIMAANLAGE
Die in der Stadtbibliothek installierten Klimaanlagen sind von INMETRO zertifiziert, so dass die technischen Informationen des Instituts selbst und der Hersteller verwendet wurden. Das Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des Systems wurde in Stufen unterteilt:
a) Die Effizienz jedes Systems wurde durch das Etikett auf dem Gerät beobachtet.
b) Der Gewichtungskoeffizient wurde anhand des Verhältnisses zwischen der Leistung jeder Einheit und der Summe der Potenz aller Einheiten bestimmt.
c) Aus dem Gewichtungskoeffizienten multipliziert mit dem numerischen Äquivalent gemäß Tabelle 06 wurde das gewichtete Ergebnis erhalten.
d) Die Summe der gewichteten Ergebnisse jeder Einheit bestimmt den Gesamtwirkungsgrad, ausgedrückt in Gleichung 04.
Da es unterschiedliche Wirkungsgrade gibt, muss die Klimaanlage gemäß Tabelle 07 ihr numerisches Äquivalent haben:
Tabelle 07. Numerische Entsprechung für Klimaanlagen und Gesamtnote.
2.2.6 GESAMTPUNKTZAHL
Die Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades des Gebäudes wird durch Gleichung 05 ausgedrückt, die Gewichte für jedes System zuweist: 30% für Wickel, 30% für Beleuchtungssystem und 40% für Klimaanlage. Aus dem Ergebnis der Gleichung ist es notwendig, den für jede Ebene ermittelten numerischen Wert umzurechnen, wie in Tabelle 07 gezeigt.
3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION
3.1 GEHÄUSE
Zur Analyse des Gehäuses wurde zunächst die Einhaltung der spezifischen Voraussetzungen für dieses System beobachtet. Tabelle 08 zeigt die Punktzahl für jede Voraussetzung.
Tabelle 08. Einhaltung bestimmter Voraussetzungen.
Als nächstes wurde der Verbrauchsindikator (IC) nach Gleichung 01 bestimmt. Tabelle 09 gibt die Werte für jede Variable an, die aus dem Architekturprojekt stammen.
Tabelle 09. Projektvariablen.
* Nullwerte, da das Gebäude keine Traufen oder vertikale Elemente des Sonnenschutzes aufweist.
Zur Bestimmung des Solarfaktors wurde das handelsübliche Gebäudeglas Cool Lite 114 PN 8 mm verwendet, wie es im Katalog der thermischen und optischen Eigenschaften von in Brasilien vertriebenem Glas angegeben ist. Nach der Berechnung ergab sich der Gehäuse Verbrauchsanzeige (IC) von 159.373.
Dann wurden der maximale IC (ICmax) und der minimale IC (ICmin) berechnet, ebenfalls unter Verwendung von Gleichung 01, jedoch unter Ersetzen der in Tabelle 04 beschriebenen Werte. Als Ergebnis wurde geschlossen, dass ICmax gleich 173,852 und ICmin gleich ist bis 147.165.
Um das Intervall (i) ICmax und ICmin zu berechnen, wurde Gleichung 02 angewendet, wobei das erhaltene Ergebnis 6.671 war.
Aus dem Ergebnis von (i) wurden die Werte von (i) der Tabelle 05 durch 6.671 ersetzt, was zu Tabelle 10 führt, die die Mindest- und Höchstgrenzen für jede Effizienzstufe darstellt.
Tabelle 10. Maximale und minimale ICenv -Werte für jede Ebene.
* Tatsächlicher Wert des Bibliotheks-ICenv mit den gefundenen Grenzwerten, wobei das Hüllkurven-Effizienzniveau B ist (160,51 < 159.373 > 153,849).
3.2 BELEUCHTUNGSSYSTEM
Um den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems mit der Flächenmethode zu bestimmen, wurden die in jedem Raum der Bibliothek entwickelten Aktivitäten identifiziert. Die Einhaltung der Voraussetzungen wurde für jede Umgebung individuell beobachtet, schließlich wurde die Analyse des Systems als Ganzes durch die Summe der DPIL aller Umgebungen durchgeführt. Das Berechnungsverfahren basierte auf den in Tabelle 11 enthaltenen Informationen.
Tabelle 11. Klassifizierung des Beleuchtungssystems.
* Die gesamte beleuchtete Fläche des Gebäudes in Quadratmetern stellt nur die erweiterten Aufenthaltsbereiche dar, dh sie umfasst keine Nebenbereiche wie Badezimmer, Speisekammer, Verkehr und andere. Da die im Handbuch zur Anwendung des RTQ-C beschriebenen Gleichungen bereits eine Marge unter Berücksichtigung dieser Nebenbereiche vorhersagen.
Gemäß den DPIL-Berechnungen jeder Umgebung gemäß Gleichung 03 wird das Beleuchtungssystem als Stufe B klassifiziert. In Anbetracht der Überlegungen, dass das zu untersuchende Gebäude die Voraussetzungen nach Grafik 05 nicht erfüllt, sinkt die Endnote des Beleuchtungssystems auf Stufe C.
3.3 KLIMAANLAGE
Um die Effizienz der Klimaanlage zu bestimmen, wurden die Berechnungen nach der Methodik durchgeführt, und in Anbetracht der Berücksichtigung, dass alle Klimaanlagen der Bibliothek einen Geteiltdeckentyp haben, wurden die folgenden Ergebnisse erzielt, wie in Tabelle 12 gezeigt.
Tabelle 12. Klassifizierung von Klimaanlagen.
Quelle: Eigene Autorschaft. Aus der Anwendung der Gleichung 04 ergibt sich ein Ergebnis von 2,69, was nach Tabelle 07 dem Wirkungsgrad C entspricht.
3.4 GESAMTPUNKTZAHL (PT)
Um die Gesamtenergieeffizienz des Gebäudes zu definieren, wurden die Ergebnisse jedes einzelnen Systems in Gleichung 05 synthetisiert. Tabelle 13 zeigt die Werte für jede verwendete Variable.
Tabelle 13. Gleichungsvariablen 05.
* Variablen gelten nicht für konditionierte Umgebungen.
Das PT-Ergebnis betrug 3.111 und lag damit innerhalb der C-Stufe der Energieeffizienz.
4. ENDGÜLTIGE ÜBERLEGUNGEN
Es wird der Schluss gezogen, dass die Stadtbibliothek von Campo Mourão keine zufriedenstellenden Ergebnisse der Energieeffizienz vorliegt. Um seine Effizienz zu optimieren, wird empfohlen:
- Intervention in der Envelanamy mit Installation von Sonnenschutzelementen, wie horizontale und vertikale Traufen, Brise, Cobogos, unter anderem.
- In Bezug auf das Beleuchtungssystem wird empfohlen, die Stromkreise so zu unterteilen, dass die Lampen in der Nähe der Fenster für die Verwendung von natürlichem Licht abgeschaltet werden können.
- Was das Klimaanlagensystem betrifft, ist es wichtig, die aktuelle Ausrüstung zu ersetzen, die keinen Wirkungsgrad A hat, da 36% der Geräte eine D-Bewertung haben.
- Zusätzlich zu diesen Maßnahmen wird auch empfohlen, Faserzementfliesen durch thermoakustische Fliesen zu ersetzen.
- Um das Gebäude nachhaltiger zu gestalten, ist es ratsam, Photovoltaikplatten für die Solarstromerzeugung zu installieren, da die Anfangsinvestition kurzfristig kompensiert wird und Einsparungen, geringen Wartungsaufwand und Funktionalität bietet.
VERWEISE
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[1] Bachelor der Architektur and Urbanismus. ORCID: 0000-0002-1871-2618.
[2] Bachelor Bauingenieurwesen. ORCID: 0000-0002-2809-6601.
[3] Promotion in Agrarwissenschaften. ORCID: 0000-0001-6964-7572.
Eingereicht: August 2021.
Genehmigt: Oktober 2021.
