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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.
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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
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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:
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
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
Potência/corrente: 1143 W
Dishwasher: GE 12S FRE – code LLGE012CQD3A2IN
SN: 11120729P00028
Tensão/frequência: 220 V/60 Hz
Potência/corrente: 1760 W/8,0 A
Clothesdrier: Secadora GE Eco Performance 15 kg – code SEGE1530IA2BR
Tensão/frequência: 220 V/60 Hz
Potência/corrente: 4000 W
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 (%)
Fonte: Própria, 2012
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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
Fonte: Própria, 2012
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
Fonte: Própria, 2012
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.
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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
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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
Fonte: Própria, 2012
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.
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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.
Legenda da Figura 18
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:
Legenda da Figura 19
29
Figura 19: Esquema de conexão com o grid
Fonte: Ekó House, 2012.#7
• 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;
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- 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
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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
Fonte: Ekó House, 2012
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
Fonte: Ekó House, 2012
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)
Fonte: Ekó House, 2012
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
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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
Fonte: Ekó House, 2012
Figura 29: Colocação dos painéis fotovoltaicos e dos coletores solares
Fonte: Ekó House, 2012
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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
Fonte: Ekó House, 2012
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Figura 31: Interior da casa e sistema elétrico e de automação à vista
Fonte: Ekó House, 2012
Figura 32: Iluminação e aparelhos da cozinha funcionando adequadamente
Fonte: Ekó House, 2012
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Figura 33: Colocação das tabeiras do forro à esquerda; e, à direita, ajustes finais do quadro elétrico interno
Fonte: Ekó House, 2012
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:
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Figura 34: Iluminação externa da Ekó
Fonte: Ekó House, 2012
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.
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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.