SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DA CASA AUTÔNOMA

Mário Hermes S. Viggiano

Pós gradução em PAAC (Projeto de Arquitetura Assistido por Computador), UnB

Arquiteto Coordenador do Projeto Casa Autônoma

SEPS 707/907, bloco F, sala 101 – Brasília – DF – cep 70390-078

viggiano@casaautonoma.com.br

www.casaautonoma.com.br

Resumo

Este artigo apresenta os sistemas sustentáveis pesquisados e desenvolvidos para o Projeto Casa Autônoma que é um protótipo de residência em construção na cidade de Brasília, capital do Brasil e que reúne conceitos de arquitetura bioclimática, geração de energia, captação de águas pluviais, tratamento de esgotos e automação residencial. O desenvolvimento do artigo se inicia com a definição do Projeto Casa Autônoma e segue com os fundamentos teóricos que aborda a cadeia de insumos e produtos, as experiências anteriores, os conceitos e métodos de projeto ecológico, as definições de premissas e diretrizes e do impacto ambiental. Na seqüência temos a formulação de uma matriz de diretrizes e a formulação de um modelo para a Casa Autônoma. A seguir, são explicitados os sistemas e o dimensionamento destes sistemas. Por fim, são apresentados os resultados e viabilidades com a conclusão ressaltando todas as dificuldades do processo, os sucessos e pendências, bem como projetos e pesquisas futuras. Dentre os resultados destacamos a aplicação prática dos sistemas de tratamento de esgotos, captação de águas pluviais e geração solar e eólica e o conseqüente retorno do investimento no caso de aplicação em residências e a importância da utilização das diretrizes bioclimáticas nas diversas etapas do processo de projeto.

Palavras-chave: Sistemas sustentáveis, casa autônoma, projeto ecológico

Abstract

This article describes sustainable systems researched and developed for the Casa Autônoma (Autonomous Home) Project, which is a prototype of homes being built in Brasília, the capital of Brazil, based on concepts related to bioclimatic architecture, energy generation, impounding of rain water, sewage treatment and residential automation. The article begins by defining the Casa Autônoma Project and then it describes its theoretical foundation, including its chain of inputs and products, previous experiences, the concepts and methods of ecological projects, and definitions of assumptions, guidelines and environmental impact. Next, it formulates a matrix of guidelines and a model for an Autonomous Home. The systems involved and their sizing are then explained in detail. Finally, the results and feasibility of the project are presented, stressing the difficulties faced in the process, successes and shortcomings, and future projects and research work. Among these results, we make special mention of the practical application of sewage treatment systems, systems for impounding rain water, solar and eolic electricity generation systems, and the consequent return on the investment required to apply them in residential facilities and the importance of using bioclimatic guidelines in the different stages of the project.

Keywords: Sustainable systems, autonomous house, ecologic project

1 Introdução

Definir sustentabilidade tem sido uma tarefa quase obrigatória a todos os profissionais que lidam com o Projeto Ecológico. O clássico conceito de que o “desenvolvimento sustentável é aquele que atende às necessidades presentes sem comprometer a possibilidade de futuras gerações atenderem às suas próprias necessidades”, nos parece correto mas vago no sentido de que não conseguimos em absoluto, prever as necessidades plenas das gerações futuras. Se, por um lado conhecemos as necessidades básicas do ser humano nos dias atuais, tanto a nível pessoal quanto coletivo, temos consciência que tais necessidades flutuam entre limiares absolutamente díspares. Não só o futuro incerto pode estar comprometido mas também nosso presente, e é a ele que devemos dedicar nossos maiores esforços.

Temos tentado definir a sustentabilidade não só como um conjunto de ações presentes ou futuras mas também como um conjunto de atitudes.

Uma atitude digna de entrar na lista como sendo uma atitude sustentável é o compartilhar soluções, recursos e sabedoria. Compartilhar difere substancialmente de dividir. As nações que detém o poder de decisão sobre a distribuição de recursos financeiros sobre o planeta, sabem muito bem dividir e a proporção desta divisão é sempre injusta e desmedida. Compartilhar no entanto requer a sabedoria de admitir a necessidade recíproca de cooperação, é admitir com franqueza que não estamos sozinhos neste mundo e que nossa sobrevivência depende também da de nossos vizinhos. O arquiteto György Doczi sabiamente nos diz que “quando compartilhamos nossas limitações com as dos outros, como fazemos na relação áurea de vizinhos, complementamos nossas falhas e as dos outros, o que nos possibilita criar assim uma harmonia viva na arte da vida, comparável às harmonias criadas na música, na dança, no mármore, na madeira e na argila. É possível viver dessa maneira porque as proporções do compartilhar recíproco, as proporções de ouro da Natureza, estão integradas em nossa própria natureza, em nosso corpo e mente pois que eles também fazem parte dessa Natureza” (Doczi, 1990).

O compartilhar está presente na Ecologia Profunda na medida em que os “biólogos são forçados a reconhecer a importância vital da cooperação no processo evolutivo. Os Darwinistas sociais viam somente competição na natureza, mas agora, estamos começando a reconhecer a cooperação contínua e a dependência mútua entre todas as formas de vida como aspectos centrais da evolução” (Capra, 1996).

O compartilhar está presente na Teoria Sistêmica preconizada por Ludwig von Bertalanffy, biólogo austríaco que já nos anos 30 do passado século definiu os princípios de organização dos sistemas vivos e mais tarde, aprofundada pelo químico russo e prêmio Nobel, Ilya Prigogine no estudo dos sistemas auto-organizadores, pois que é do compartilhar através das conexões dos sistemas que podemos estabelecer um conceito real de Rede Associativa.

O compartilhar está presente na própria essência da criação simbiótica da vida na terra onde há alguns bilhões de anos “todos os espaços habitáveis do planeta eram ocupados por produtores esclarecidos, transformadores atarefados ou exploradores árticos. Os descendentes preservados pela seleção natural sobreviviam, mas apenas quando um membro da comunidade lhes emprestava um gene transportado por um plasmídio. As trocas de genes eram indispensáveis para quem quisesse livrar-se das toxinas ambientais: uma proteína a ser degradada, uma espuma venenosa de manganês, ou um brilho cúpreo ameaçador a ser oxidado ou reduzido” (Margulis, 2002).

Podemos definir então um sistema sustentável como sendo aquele que, dentre outros predicados, tem a capacidade de compartilhar.

Quando formulamos o conceito da nossa Casa Autônoma ainda não havíamos despertado para o compartilhar. Este conhecimento veio aos poucos a partir das necessidades conseqüentes da própria evolução do projeto. Na Casa Autônoma hoje compartilhamos com a natureza os recursos necessários à sua manutenção, com o cuidado rigoroso de não acumular os resíduos indesejáveis. Com o meio acadêmico compartilhamos todas as informações de pesquisa. Com os parceiros e empresários compartilhamos os sucessos e com a população compartilhamos as experiências práticas que permitem a modelagem de um presente mais sustentável.

Neste trabalho, não trataremos especificamente sobre o compartilhar mas tentaremos traçar os conceitos técnicos e as trajetórias metodológicas utilizadas nos sistemas sustentáveis da Casa Autônoma que foram inteiramente responsáveis pelo despertar desta consciência do compartilhar. Para tanto, serão analisados os precedentes sustentáveis do projeto, as soluções adotadas em conformidade com as premissas e diretrizes, os métodos de análise utilizados nos dimensionamentos e no planejamento global e por fim, as conclusões quanto aos resultados das soluções adotadas.

Duas importantes pesquisas paralelas são referenciadas neste trabalho. A primeira, trata da metodologia de projeto utilizando-se as Diretrizes Bioclimáticas e a segunda da formulação de Matrizes Sistêmicas de Análise Ambiental. As duas pesquisas encontram-se em andamento e serão apresentadas ainda no ano de 2003 em congressos nacionais.

O desenvolvimento do trabalho se inicia com a descrição geral do Projeto Casa Autônoma, os objetivos e finalidades do projeto e o estado atual das obras e da pesquisa. A seguir, são apresentados os fundamentos teóricos que abordam, dentre outros, a pesquisa dos insumos e produtos e as experiências anteriores com o trabalho de Robert e Brenda Valle na Autonomous House (Valle, 1975), mais tarde revisto e ampliado no livro The New Autonomous House (2000). Destaque também será dado aos conceitos de arquitetura ecológica formulados pelo arquiteto Ken Yeang no livro Proyectar com la Naturaleza (1999). A formulação de uma teoria sistêmica para a Casa Autônoma teve seu fundamento teórico no trabalho de Christofooletti (1999) sobre modelagem de sistemas ambientais. Uma atenção especial é dada aos fundamentos metodológicos do projeto e aos conceitos de premissas, diretrizes e impacto ambiental. A seqüência do trabalho apresenta a prática com a formulação de um conjunto de diretrizes bioclimáticas e também de um modelo a ser seguido no conseqüente desenvolvimento projetual. A análise criteriosa do modelo proposto, desencadeia então a formulação de um conjunto de sistemas que, no tópico seguinte, são dimensionados e avaliados quanto os seus resultados. As conclusões irão levantar as dificuldades enfrentadas pelo projeto nestes três anos de atividade, as descobertas e as incógnitas que permanecem a serem desvendadas.

2 O projeto Casa Autônoma

O Projeto Casa Autônoma é uma iniciativa não governamental de cunho social que conta com o apoio de instituições públicas, empresas e profissionais de diversas áreas. Surgiu após uma profunda reflexão em torno principalmente das questões de energia e abastecimento de água para os diversos setores de nossa sociedade.

A crise de energia que enfrentamos recentemente nos trouxe duas importantes constatações: primeiro, o grande desperdício de energia que ocorria nos diversos setores e segundo, o enorme interesse que o assunto despertou na população, além da disposição da sociedade brasileira na solução do problema.

Assim, a principal meta do Projeto Casa Autônoma é tentar reunir, em uma mesma unidade construída, soluções tecnológicas de ponta e soluções alternativas para problemas que hoje são latentes no cotidiano de nossas cidades, tais como a crise no abastecimento de água e o enorme custo social da produção e do desperdício da energia elétrica. Este mote ecológico do projeto é o mais importante e crucial, mas sem duvida não é o único. Soma-se a ele a preocupação com o presente e o futuro da arquitetura e a importância que ela representa para a sociedade, na medida em que cada vez mais se distancia de conceitos básicos e milenares, que são a busca do conforto e a adequação ao clima.

No que se refere às finalidades do projeto podemos afirmar que o Projeto Casa Autônoma é um projeto de pesquisa na medida em que desenvolve soluções e produtos, além de produzir farta documentação apresentada em seminários e congressos; É um gerador de soluções tecnológicas na medida em que propicia novas abordagens para problemas atuais e abre caminhos para o aperfeiçoamento destas soluções no futuro; É um laboratório pois reúne equipamentos, instrumentação e documentação de pesquisa e desenvolvimento de produtos; É uma matriz de empreendimentos pois reúne empresas em sadias parcerias, analisa e testa seus produtos junto às soluções efetivamente implantadas; É um showroom pois coloca a mostra produtos e soluções através de visitas orientadas à obra e a casa acabada; É um banco de dados pois reúne informações técnicas e cadastrais diversas; Finalmente é um projeto de apoio a população na medida em que dissemina informação técnica através de consultoria gratuita.

O projeto foi idealizado para abrigar uma pequena família com o máximo de conforto e o mínimo de impacto ambiental e está sendo construído em uma área residencial próximo ao Plano Piloto de Brasília, denominada Setor de Mansões Park Way, inserido na APA (Área de Proteção Ambiental) dos córregos do Gama e Cabeça de Veado, em lote de 3.125 m² (figuras 1 e 2). A área, apesar de ser protegida por lei, encontrava-se bastante influenciada pela ação antrópica. Assim, tomou-se como ação prioritária a preservação das poucas espécies nativas ainda presentes na área. Foram preservados alguns exemplares da Embaúba, um exemplar de Samambaiaçú e algumas espécies arbustivas (figura 3).

(inserir figura 1)

(inserir figura 2)

(inserir figura 3)

A implantação levou em consideração um rigoroso estudo das características climáticas ao nível do macro e do micro-clima. Este estudo resultou em um conjunto de Diretrizes Bioclimáticas que foram adotadas desde a concepção inicial. As diretrizes bioclimáticas, por sua vez, deram origem ao conjunto de soluções criadas em consonância com o partido formal e as soluções funcionais (figura 4).

(inserir figura 4)

As figuras 5 e 6 que se seguem, dão uma idéia do aspecto final pretendido através da maquete e do estágio atual da obra.

(inserir figura 5)

(inserir figura 6)

2. Fundamentos teóricos

2.1 Definição, insumos e produtos

Em linhas gerais, uma casa autônoma é uma unidade residencial capaz de gerar ou coletar do micro-ambiente seus insumos, reciclar seus produtose gerenciar de maneira eficiente suas funções cotidianas e o impacto diário no macro-ambiente. A figura 7 explicita a relação dos insumos, produtos e resíduos dos mecanismos de transação da Casa Autônoma.

(inserir figura 7)

Interessante ressaltar que na condição extrema de autonomia até os resíduos finais podem ser revertidos como insumos. Como exemplo citamos a estação de tratamento de esgoto domiciliar utilizada na Casa Autônoma que tem a capacidade de gerar 150 litros/ano/pessoa de resíduos sólidos minerais, que podem ser revertidos como fertilizantes para o jardim residencial.

Os Insumos (água, energia, gazes, materiais combustíveis, luz) são os elementos necessários à alimentação dos sistemas e os produtos (águas servidas, lixo, gazes) são os elementos que sobram dos processos e necessitam ser tratados para retornarem ao sistema ou eliminados de alguma maneira na forma de resíduos. O grau de autonomia de um sistema é determinado pelos insumos e pelos vínculos de interdependência de modo que:

IT = Iex + Iin + Ire [eq 1]

Onde:

IT = Quantidade total de insumos

Iex = insumos externos

Iin = Insumos internos

Ire = Insumos reciclados

Os Insumos externos são insumos gerados ou coletados externamente ao sistema e são transportados e introduzidos no sistema através dos vínculos. Exemplo: energia elétrica e água fornecidas pelas concessionárias (figura 8).

(inserir figura 8)

Os Insumos internos são insumos gerados ou coletados no ambiente interno ou externo do sistema mas que não carecem de longos transportes e não possuem vínculo. Exemplo: geração solar fotovoltaica domiciliar, aquecimento solar da água, aquecimento interno por trombe wall (figura 9).

(inserir figura 9)

Os Insumos reciclados são os insumos provenientes dos produtos e que sofreram tratamento para poderem ser reutilizados no próprio sistema. Exemplo: água proveniente do tratamento do esgoto domiciliar, gás natural do biodigestor (figura 10).

(inserir figura 10)

Um sistema autônomo pode ser definido como sendo um sistema em que não atuam insumos externos:

I = Iex + Iin + Ire Iex=0 [eq 1]

I = Iin + Ire

2.2 As experiências anteriores e o Projeto Ecológico

O termo casa autônoma (autonomous house) foi introduzido na década de 70 e o original “conceito da casa autônoma foi proposto por Alexander Pike, professor na Escola de Arquitetura da Universidade de Cambridge, como uma parte do preparo para a conferência sobre meio-ambiente das Nações Unidas em Estocolmo, 1972” (Vale, 2000). Na definição de Brenda e Robert Vale “a casa autônoma é definida como uma casa que opera independente de qualquer entrada com exceção daquelas do seu ambiente imediato. A casa não é ligada aos sistemas principais de gás, eletricidade ou esgotos, mas usa as energias de entrada como o sol, vento e chuva como serviços e para processar os seus próprios dejetos.” (Vale, 1975).

Muito antes das primeiras iniciativas de projetos de casas autônomas, surgiram inúmeras propostas que visavam exclusivamente a autonomia energética da edificação. Estas iniciativas foram chamadas de casas solares por se utilizarem da energia solar para a geração de energia elétrica através de processos fotovoltaicos e do potencial da energia solar passiva para o aquecimento. Um histórico da evolução destas casas solares é citado por Moore (1993) e uma relação extensa de exemplos por McPhilipps (1985).

Mais recentemente surgiram conceitos que agregam valor de venda aos insumos produzidos na edificação. Na Alemanha, a política de expansão das energias renováveis fez surgir o conceito de casas mais energia que são as residências que possuem um balanço energético positivo conseguido com a geração de energia solar. Neste contexto, o restante da energia não consumida é exportado para a rede elétrica gerando créditos financeiros ao proprietário (Deutschland, 2000)

O termo Projeto Ecológico, o qual utilizamos fartamente neste artigo, se reporta a “um processo em que o projetista trata de minimizar os efeitos globais adversos que previsivelmente vá exercer o produto deste processo sobre os ecossistemas e recursos da terra e, ao mesmo tempo, concede prioridade à eliminação e diminuição continuada de tais efeitos adversos” (Yeang, 1999).

2.3 Metodologia de projeto

Os estudos de caso e as abordagens teóricas nos permitem tentar esboçar uma metodologia de projeto para a Casa Autônoma que possa auxiliar na execução de projetos futuros de natureza semelhante. Uma primeira abordagem sobre este método de projetação é quanto a linearidade de ação e a pesquisa caminha no sentido de se transformar os métodos tradicionais, que são lineares, em uma metodologia cíclica.

O Método Linear é assim chamado porque parte de uma única via de informações encadeada em forma de uma seqüência de ações pré-estabelecidas, de forma que, cada etapa vencida é uma etapa finda que não admite reavaliação. De outra forma, o Método Cíclico parte de várias vias de informações que se interagem formando sistemas. É cíclico porque permite a formação dos laços de realimentação ou feed-back loops (Capra, 1982). No processo cíclico, modificações podem ser inseridas e as interações entre os sistemas são revistas de forma dinâmica.

Algumas premissas gerais podem ser colocadas no intuito de esboçar uma teoria geral para a metodologia cíclica:

1) Uma solução de projeto não se encerra no seu nível mas interage com outras soluções de outros níveis. “diferentes níveis sistêmicos representam níveis de diferente complexidade. Em cada nível, os fenômenos observados exibem propriedades que não existem em níveis inferiores. As propriedades sistêmicas de um determinado nível são denominadas propriedades ‘emergentes’, uma vez que emergem neste nível em particular.” (Capra, 1996)

2) A avaliação de uma solução é sempre uma avaliação conjunta com outras soluções. Esta avaliação é conseguida a partir da execução de uma matriz sistêmica em rede (vide tópico 4).

3) Os vínculos entre os sistemas são tão importantes quanto os próprios sistemas e elementos dos sistemas. “na visão sistêmica, compreendemos que os próprios objetos são redes de relações, embutidas em redes maiores. Para o pensador sistêmico, as relações são fundamentais e as fronteiras dos padrões discerníveis (objetos) são secundárias.” (Capra, 1996)

4) Os mecanismos de retro-alimentação são fundamentais a revalidação de uma solução avaliada negativamente. A retro-alimentação é um mecanismo causa/efeito em que as experiências dos elementos alimentam uma mudança cíclica no processo, visando uma correção de objetivos.

5) O processo de projeto não termina com a obra, mas permanece se renovando mesmo após a ocupação da habitação.

6) A representação do projeto prioriza a formulação de modelos em detrimento de representações simbólicas.

Podemos considerar o método de interações ambientais, proposto por Ken Yeang, como uma primeira forte tentativa de se chegar a um método cíclico de projeto ecológico. Este método considera quatro conjuntos de variantes que ocasionam interações binárias seguindo o modelo de cruz (figura 11). As interações se configuram, no sentido horário como sendo:

SS – Interações dentro do sistema - referem-se às transações entre todos os sistemas internos, tais como, por exemplo, o tratamento do esgoto e reaproveitamento da água tratada.

SM – Interações sistema/meio ambiente - – referem-se às transações que ocorrem dos sistemas internos para o ambiente externo (outputs), mais precisamente aos resíduos não reaproveitados que são necessariamente lançados ao meio circundante .

MM – Interações no meio ambiente referem-se às transações que ocorrem exclusivamente no ambiente externo, tais como as transformações climáticas globais e as alterações no microclima.

MS – Interações meio ambiente/sistema– referem-se às transações entre o ambiente externo e os sistemas internos (inputs), tais como a captação de energia solar e a captação de águas pluviais.

(inserir figura 11)

O caminho natural para a utilização prática de um método como este é a formulação de modelos. Um modelo de sistema é uma representação simplificada que inclui elementos importantes e exclui elementos pouco significativos e que procura, ao invés de imitar a realidade, representar de maneira esquemática ou simbólica as interações entre os elementos.

2.4 Premissas e Diretrizes

Contextualmente, os conceitos de Premissa e Diretriz são distintos mas complementares e a perfeita compreensão da natureza intrínseca a cada um é fundamental na assimilação dos conceitos de Projeto Ecológico.

Uma premissa, é uma proposição inicial fundamental na qual as soluções de projeto devem se enquadrar. A premissa tem caráter programático e é sempre limitante e excludente.

As diretrizes por outro lado, são proposições genéricas que norteiam as decisões de projeto e geram as soluções bioclimáticas que são recursos arquitetônicos criados para suprir estas diretrizes.

2.4.1 Premissas

As premissas adotadas para o Projeto Casa Autônoma foram resumidas ao número de cinco:

1) Baixo impacto ambiental na construção, utilização dos materiais e na destinação dos produtos;

2) Geração de energia com o objetivo de se alcançar uma autonomia energética;

3) Manutenção de um ambiente confortável;

4) Reciclagem dos produtos;

5) Monitoramento dos sistemas.

Cabe ressaltar que estas diretrizes são diretamente responsáveis pela conceituação dos quatro sistemas básicos da Casa Autônoma que serão detalhados em tópico mais adiante.

2.4.2 Diretrizes

A formulação das diretrizes surge da análise criteriosa dos fatores e elementos climáticos e também de pesquisa em torno de modelos de edificações já construídas.

Um método bastante eficaz para a formulação de diretrizes é, além do estudo do clima e de outros modelos, checar suas propriedades:

Propriedade 1 - Uma diretriz deve ser orientativa no sentido de fornecer o máximo de informação pertinente sem excluir possibilidades de soluções. Por exemplo, a diretriz sombrear é uma diretriz válida porém muito vaga. Sombrear fachadas, já é mais específica e portanto mais orientativa. Sombrear fachada noroeste é bastante específica porém corre o risco de ser excludente se outras fachadas necessitarem de sombreamento e forem esquecidas.

Propriedade 2 – Não excludente no sentido de restringir os materiais e soluções a serem aplicados. Por exemplo a diretriz Sombrear fachada com pérgolas é excludente pois restringe a solução de sombreamento somente ao elemento pérgola, enquanto outras tantas soluções poderiam ser colocadas tais como a vegetação, fartos beirais ou até mesmo volumes construídos.

Propriedade 3 – Não condicionante no sentido de não limitar uma qualidade da diretriz a um fator passível de acontecer ou não. Tal situação requer uma mobilidade que, na maior parte das situações, a arquitetura não comporta. A tendência de diretrizes condicionantes é serem bastante óbvias e não agregarem importância às sentenças. A diretriz Ventilar quando estiver quente não é uma boa diretriz por que é condicionante e óbvia. Implica necessariamente na utilização de um equipamento controlador que avalie a temperatura e seja capaz de ligar um equipamento climatizador ou então a presença humana para controlar aberturas ou ligar equipamentos.

Uma característica fundamental no estudo das diretrizes é a sua aplicabilidade em uma grande variedade de projetos. Uma vez formulada uma matriz de diretrizes, esta poderá servir, com pequenas adaptações, a projetos variados dentro do mesmo clima.

Uma matriz é uma representação gráfica bidimensional em que são relacionadas ações e componentes em separado ou em conjunto.

A tabela 1 exemplifica uma matriz de diretrizes utilizada no projeto Casa Autônoma para o clima quente e seco. Nesta matriz completa, a diretriz é citada e avaliada a partir de dois critérios. O primeiro é a importância da diretriz em relação ao clima como um todo. O segundo critério avalia a importância da diretriz em relação ao projeto específico. São atribuídos valores a estes dois critérios da seguinte forma:

Fundamental = 3

Importante = 2

Esporádico = 1

(Inserir Tabela 1)

O somatório dos valores apurados coloca a diretriz em uma relação orientativa do seu grau de importância em relação às outras, possibilitando uma ferramenta decisória adicional na etapa de projeto.

2.5 Análise e impacto ambiental

A construção de qualquer edificação implica em impactos ambientais que se processam em diversos níveis de análise. Ao nível da ocupação espacial processa-se a eliminação imediata da vegetação nativa existente e a conseqüente desestruturação dos ecossistemas. Ao nível dos materiais de construção processa-se uma extensa cadeia de extração e produção que opera com inúmeras outras variantes de consumo de energia e impactos secundários. Ao nível dos insumos (água e energia) para a alimentação futura da edificação, também se processam cadeias de impactos que se iniciam na fonte de produção dos insumos. (exemplo: construção de uma barragem). Finalmente, ao nível dos produtos (esgoto e lixo) temos o impacto direto e também os impactos decorrentes do tratamento e eliminação destes produtos.

Segundo o Worldwatch Institute “a construção de edifícios consome 40% das rochas cruas, pedriscos e areia usada globalmente a cada ano, além de 25% da madeira virgem. Edifícios são responsáveis pelo consumo de 40 % de energia e 16% da água usada anualmente e o ar insalubre é encontrado em 30% dos edifícios novos e restaurados ao redor do mundo” (Lippiatt, 2000)

Para Sattler (2002), “quando se avaliam os danos determinados pela atividade construtiva, estes são normalmente classificados quanto a: aumento da escassez de materiais brutos; dano ecológico causado pela extração destes materiais; consumo de energia em todos os estágios (incluindo transporte); consumo de água; poluição por ruídos e odores; emissões danosas, como aquelas conduzindo à redução na camada de ozônio; aquecimento global e chuvas ácidas; aspectos relativos à saúde humana; riscos de desastres; durabilidade e manutenção; reuso e desperdícios”.

A reunião dos quesitos a serem utilizados em uma matriz de impacto ambiental, depende do enfoque e da profundidade do estudo a ser desenvolvido. Um estudo desenvolvido pelo NIST (National Institute of Standards and Technology) denominado BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) aborda a avaliação dos materiais baseada nos quesitos: performance meio-ambiental (acidificação, eutrofização, aquecimento global, ar interno, recursos naturais, rejeitos sólidos) e performance econômica (custos iniciais, custos futuros). A figura 12 exemplifica uma análise de quatro materiais: azulejo, vinil, mármore e carpete utilizando o software BEES 2000.

(Inserir figura 12)

As matrizes formuladas no estudo da Casa Autônoma, avaliam os materiais utilizados na obra a partir de quesitos como as propriedades bioclimáticas, caráter estético, preço final, mão-de-obra (disponibilidade e capacitação), adequação aos conceitos fundamentais, comprometimento ecológico e impacto ambiental. São definidos critérios de valoração e regras para a uniformidade da avaliação. Dentro do conjunto de critérios, temos a Pontuação que é a valoração numérica do quesito estudado. Esta valoração não deve ser gratuita mas sim, fruto de uma pesquisa da literatura, da averiguação in locco e testes práticos e matemáticos. Outro critério importante na avaliação é o Peso dado a determinado quesito. A atribuição de peso deve ser fruto da introspecção do projetista a cerca dos quesitos mais importantes para cada projeto estudado. Por exemplo, se o projeto encontra-se em uma área delicada em termos de equilíbrio ecológico, deve-se pesar mais quesitos como comprometimento ecológico e impacto ambiental. Por outro lado, se a obra tiver limitação de orçamento, os critérios preço final e disponibilidade de mão-de-obra são mais significantes.

A Matriz de avaliação é montada a partir da pontuação de cada atributo multiplicado pelo peso estabelecido. A Tabela 2 apresenta um exemplo de matriz em que são avaliados vários materiais. O somatório dos índices adquiridos da multiplicação dos pontos pelos pesos nos apresentam a pontuação total de cada material que pode então ser comparada com o seu similar concorrente (Quadro 1 e gráfico 1).

(Inserir tabela 2)

(Inserir quadro 1)

(Inserir gráfico 1)

3 Formulação de uma matriz de diretrizes bioclimáticas

A formulação de uma Matriz de Diretrizes bioclimáticas é condição primária da execução de modelos que levem em consideração o clima e o conforto dos usuários. Baseado nos estudos climáticos a nível micro e macro, e na avaliação das propriedades das diretrizes (item 2.4.2) foi formulada uma matriz para a Casa Autônoma apresentada na tabela 3. A figura 13 exemplifica algumas soluções adotadas baseadas nesta matriz.

(Inserir tabela 3)

(Inserir figura 13)

4 A formulação de um modelo para a Casa Autônoma

A apropriação de toda a teoria de projeto ecológico e da metodologia cíclica citada nos fundamentos teóricos, nos permitiu o desenvolvimento de um modelo para a Casa Autônoma apresentado na figura 14.

(Inserir figura 14)

Este modelo, considera as interações meio-ambientais como sendo os vínculos dos sistemas e todo o fluxo dos insumos e produtos é avaliado a partir destas interações.

A formulação de um modelo plano ou matricial como este, carece de um apoio conceitual que nos permita avaliar as interações mais profundamente em se tratando dos impactos em outros níveis. A formulação de uma matriz em rede pode avaliar os impactos de segunda, terceira e ordens mais elevadas que surgem ligados ao desenvolvimento do impacto inicial. O quadro 2, exemplifica um esboço de uma matriz desta natureza estudada para o Projeto Casa Autônoma e que se baseia no na matriz formulada por Sorensen citado por Christofoletti (1999).

(Inserir quadro 2)

5 Os sistemas da Casa Autônoma

O estudo da modelagem e da matriz em rede apresentada no item 4, nos indica vários caminhos possíveis de atuação projetual com destaque para dois: O primeiro, mais complexo, é avaliar cada nível do modelo, cada interação e cada impacto de cada material (a exemplo do item 2.5) interagindo com as premissas e a conseqüente viabilidade econômica do aproveitamento dos insumos e da reciclagem dos produtos, produzindo uma segunda matriz extremamente complexa e de difícil assimilação. Um segundo caminho, mais simples, consiste no agrupamento das variantes em macro-sistemas, fazendo com que cada um destes macro-sistemas interaja com os demais e também desenvolva seus mecanismos de retro-alimentação, tomando a precaução de não se distanciar das interações propostas no modelo. A escolha para esta primeira abordagem do Projeto Casa Autônoma recaiu sobre a segunda opção, não excluindo, é claro, uma possível matriz futura para todas as variantes descritas.

Foram estabelecidos então, quatro macro-sistemas na tentativa de abrigar todos os conceitos presentes na concepção inicial, a saber:

O Sistema Hidro-sanitário aborda o caminho das águas através do mapeamento da fonte de insumos e sua utilização. Neste sistema temos a interação da captação de águas pluviais, o tratamento do esgoto primário, o tratamento do esgoto secundário e a utilização das águas subterrâneas.

O Sistema de energia aborda a geração de energia elétrica pelo sistema fotovoltaico, a energia térmica de aquecimento, a geração de energia eólica, a eficiência energética dos equipamentos e sistemas e o gerenciamento e monitoração dos insumos e do consumo.

O Sistema de climatização aborda a climatização natural integrado com a climatização mecânica através da utilização exclusiva da água com vaporizadores e aspersores de fachada e telhado.

O Sistema de gerenciamento e automação aborda a infra-estrutura necessária para a automação residencial, controle de segurança, monitoramento climático e monitoramento dos sistemas elétrico e hidro-sanitário.

Para este artigo, levando em conta a limitação de espaço editorial, selecionamos um estudo do dimensionamento e da viabilidade do sistema de geração e do sistema hidro-sanitário, os quais apresentamos nos tópicos a seguir.

6 Dimensionamento dos sistemas

6.1 Dimensionamento da geração elétrica

O dimensionamento é a aplicação prática do estudo do desempenho do sistema e de suas variantes. O desempenho relaciona três variantes principais: a energia requerida, a eficiência e a capacidade produtiva.

A energia requerida é definida pelos elementos de utilização do sistema e pelas exigências específicas de conforto requeridas pelo clima. É calculada em função da potência , do consumo dos elementos e do tempo de utilização.

A eficiência consiste da capacidade de obtenção do insumo com o mínimo de perda. As perdas são as parcelas de energia elétrica que são dissipadas em outras formas de energia e que não chegam ao destino final ou elemento de utilização. A eficiência de um gerador é definida principalmente pelas limitações técnicas do equipamento. A lei de Betz estabelece que “só se pode converter 16/27 (59%) da energia cinética em energia mecânica usando um aerogerador” (Windpower, 2001). Para a energia solar o máximo rendimento teórico de uma célula de silício é de 45-50% (Palz, 1978), estando a eficiência máxima alcançada pela indústria comercialmente entre 10 e 15%.A eficiência é uma variante que influi em todo o sistema . Assim, não é bastante se ter um gerador eficiente se os equipamentos que se utilizam da energia gerada não o são.

A capacidade produtiva é definida pela quantidade nominal de energia possível de ser gerada ou captada.

No dimensionamento de um sistema autônomo de energia são analisados ainda os geradores que são os fornecedores do insumo energético, os condutores que transmitem a energia (fios e cabos), os controladores de carga que regulam a voltagem do gerador e o estado de carga das baterias, os acumuladores (baterias) que armazenam a energia gerada para o aproveitamento futuro e os inversores transformam a corrente contínua gerada em corrente alternada própria a utilização na maioria dos equipamentos eletrodomésticos. A figura 15 representa um esquema típico de uma instalação autônoma

(Inserir figura 15)

6.1.1 Dimensionamento do sistema fotovoltaico

Foram estudados dois métodos de dimensionamento do sistema de geração fotovoltaico. O primeiro denominado método da avaliação horária consiste na avaliação do potencial de geração a partir de uma média de quantidade de horas em que as placas produzem efetivamente. A tabela 4 registra as quantidades de horas de insolação nos últimos anos, e a média que será adotada nos cálculos de dimensionamento para o projeto da Casa Autônoma em Brasília.

(Inserir tabela 4)

O segundo método é o proposto pelo National Resouces of Canada denominado Retscreen Photovoltaic Model, fornecido em software (RETSCREEN, 2001), analisa variantes como a quantidade de insolação anual no plano horizontal, no plano dos painéis fotovoltaicos e a temperatura ambiente. O programa Retscreen analisa ainda a possibilidade de interligação com a rede elétrica da concessionária e os custos do projeto.

Para o nosso cálculo de dimensionamento, utilizamos o método de avaliação horária que apresentou a necessidade de utilização de 22 painéis fotovoltaicos de 100 Wh cada para atender a demanda de 6895 Wh/dia de consumo previsto (quadro 3).

(Inserir quadro 3)

6.1.2 Dimensionamento do sistema eólico

A precisão do dimensionamento de um sistema de geração eólica está diretamente relacionada com a qualidade dos dados da incidência de ventos do local a ser implantado o sistema. A coleta precisa dos dados de incidência dos ventos requer aparelhos sofisticados de medição de velocidade e direção, além do armazenamento e processamento destes dados.

Um método mais simples de avaliação considera a freqüência relativa das velocidades que é a variação percentual de tempo em que determinada velocidade ocorreu. Este levantamento pode ser efetuado com um anemômetro simples e a precisão dos dados é dada na razão direta da quantidade de medições conseguida.

O método proposto de dimensionamento pela freqüência relativa nos indica a possibilidade de geração de 600 Wh/dia por turbina o que se enquadra na previsão do sistema híbrido de 9/1 (90% de geração solar e 10% de geração eólica).

6.2 Dimensionamento da reciclagem das águas

O caminho das águas definido separa cada tipo de água baseado em dois critérios: O primeiro, avalia a pureza da água e o segundo avalia o uso final. A figura 16 esquematiza a separação dos diversos tipos de águas baseado nestes dois critérios de avaliação.

(Inserir figura 16)

O dimensionamento do consumo baseia-se principalmente nos critérios de pureza e uso final, nos índices pluviométricos, nos estudos históricos de consumo (Tomáz, 2000) e nas expectativas dos fabricantes dos equipamentos utilizados.

A avaliação do consumo previsto de água pelos moradores nos indica um total de 1480 litros/dia distribuídos em três tipos de água conforme o quadro 4.

(Inserir quadro 4)

7 Conclusões

Os resultados alcançados com o dimensionamento dos sistemas carecem de um aprofundamento em termos do estudo de viabilidade de cada um em particular. Cálculos rápidos apresentam um retorno do investimento na ordem de 3,5 anos para o tratamento de esgotos e 4 anos para a captação de águas pluviais. Quanto a geração fotovoltaica e eólica , os mesmos cálculos apresentam sistemas sem retorno de investimento para o atual estado da arte dos processos. O aprofundamento destes cálculos necessita de estudos complexos envolvendo variantes econômicas e sociais. Tais estudos são propostas futuras na pauta do Projeto.

Uma boa alternativa para a viabilidade dos sistemas de geração fotovoltaica é a introdução dos sistemas interligados. No Brasil pouco se fala sobre a geração descentralizada de energia, que consiste da pequena geração localizada em residências, comércios e indústrias como opção ao fornecimento da rede local. A experiência Alemã prova que a participação estatal é fundamental na concretização de um modelo viável de geração descentralizada e interligada. Neste modelo entram diversos incentivos como os financiamentos para a instalação de centrais domésticas de geração, a assessoria técnica sempre disponível para suprir as dificuldades de instalações complexas e a compra pela concessionária da energia excedente produzida na edificação, eliminando assim a necessidade de armazenamento

Uma proposta metodológica para a execução de projetos ecológicos foi colocada neste artigo de forma teórica com uma pequena prática. A prática surgiu dos próprios processos gerados pela obra da Casa Autônoma e muito do que temos hoje foi fruto do processo de retro-alimentação. A obra continua, bem como as pesquisas em torno deste método. Um próximo passo é, com certeza, fazer uma revisão nas premissas colocadas no item 2.4 à luz do modelo e da matriz em rede do item 4.

Temos ainda a certeza que, após concluída a obra inicia-se uma nova fase de estudos que é o monitoramento dos ocupantes e da eficiência dos sistemas implantados. Os resultados destes monitoramentos trarão novos dados que permitirão novamente se proceder às revisões metodológicas. Uma proposta cíclica como a apresentada, baseada nas interações, não termina com o traço final do arquiteto. Ela permite reavaliações e retro-alimentações e prossegue evoluindo até mesmo na fase da construção e depois na ocupação pós-obra. A palavra evolução é colocada aqui não no sentido histórico darwinista de eliminação do mais fraco, mas na da concepção sistêmica de cooperação e reciprocidade.

Devemos destacar ainda, a importância dada ao trabalho com as Diretrizes Bioclimáticas e de como estes estudos propiciaram resultados práticos ao nível do conforto térmico e luminotécnico, observados até pelos visitantes da casa em construção. Todos os conceitos apresentados neste artigo, sugerem métodos simples e eficientes para o trabalho com as diretrizes, desmistificando a arquitetura bioclimática e tentando trazê-la mais próxima do dia-a-dia do trabalho do arquiteto.

A análise prática e a manipulação experimental dos equipamentos também tiveram papel fundamental na modelagem dos sistemas e acarretaram ainda a criação de um pequeno laboratório experimental para o desenvolvimento de produtos sustentáveis que conta com produtos em projeto, prototipagem e em teste final para produção.

Quando, a quatro anos, começamos a esboçar os primeiros conceitos do Projeto Casa Autônoma, já conhecíamos o trabalho do casal Valle que na década de 70 construiu um protótipo de casa autônoma. Uma grande dúvida nos angustiou no princípio. Por que este conceito tão belo e lógico não se popularizou e hoje, trinta anos depois, quase não conseguimos sequer encontrar referências bibliográficas sobre ele? Esta pergunta desencadeia várias respostas e uma delas sem dúvida tem a ver com os momentos passado e presente. O presente da época não reconhecia a necessidade urgente do estabelecimento de novas formas de utilização dos recursos pois se tinha a utópica ilusão da infindabilidade dos mesmos. No nosso presente, com os recursos cada vez mais minguados, somos obrigados a reconhecer a frágil situação ecológica do Homo sapiens no ecossistema de Gaia. Somos finalmente, obrigados a compartilhar, como forma definitiva de tentar preservar nosso presente e nosso futuro.

8 Referências Bibliográficas

CAPRA, F. A Teia da Vida, Cultrix, São Paulo. 1996.

CAPRA, F. O Ponto de Mutação, Cultrix, São Paulo, 1982.

CHRISTOFOLETTI, A. Modelagem de Sistemas Ambientais. E.Blücher, São Paulo. 1999.

DANISH WIND TURBINE MANUFACTURES ASSOCIATION –WINDPOWER . Disponível em www.windpower.dk, acessado em 01.08.2001.

DEUTSCHLAND, A Vida na Cidade Solar, nº 5, outubro/novembro de 2000. pg. 63.

DOCZI, G. O Poder dos Limites. Editora Mercúrio, São Paulo. 1990.

LIPPIATT, B. BEES 2.0. NIST, 2000. Disponível em www.bfrl.nist.gov/oae/software/bees.html, acessado em 01/02/2003.

MARGULIS, L; SAGAN, D. O que é vida. Jorge Zahar Editor. Rio de Janeiro. 2002.

Mc PHILLIPS, M. Viviendas com Energía Solar Pasiva. Gustavo Gilli, México. 1985.

MOORE, F. Environmental Control Systems. McGraw Hill, USA. 1993.

PALZ, W. Electricidad solar, Editorial Blume, Barcelona, 1978.

RETSCREEN. PV2000. Minister of Natural Resources Canada, 2000, disponível em http://retscreen.gc.ca/, Planilha Exel.

SATTLER, M. Edificações e Comunidades Sustentáveis. Apostila do mini curso in ENTAC –Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Foz do Iguaçu. 2002.

TOMAZ, P. Previsão de consumo de água. Navegar Editora. São Paulo. 2000.

VALE, B. e R. The Autonomous House. Thames & Hudson, Londres, 1975.

VALE, B. e R. The New Autonomous House. Thames &Hudson. Londres. 2000.

VIGGIANO, M. Bases Conceituais do Projeto Casa Autônoma. In: VI ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, São Pedro-SP. Anais em CD. ANTAC. 2001.

YEANG, K. Proyectar com la Naturaleza. Gustavo Gilli, Espanha. 1999.