projectos

Jee, Janela eco eficiente. Prémio BES Inovação 2007

Armadilha Solar - Miguel Veríssimo, Eduardo Melo, Armando Sanches, Isabel Mattos, Jorge Fernandes

Dec 14, 2009 - 11:46 AM

Jee - eco-efficient window
The Eco Efficient Window (JEE) is an optimized building system to be applied in outside spans of both domestic and service buildings, to control and take advantage of: the sun, thermodynamics, air flows, daylight, and acoustic, taking place between inside and outside environments.

Is our target, to apply this design and technological object, both in refurbishing and new constructions which will reduce the energy demands and the CO2 emissions, in about 40% (during its life cycle). The prototype monitoring has confirmed all our goals. JEE is ready to be industrialized.

Despite the fact of being an indivisible object, the Eco-Efficient Window, is composed by two systems that respond to complementary physical phenomena:
1) The span system (exterior window or door) - daylight (glass, venetian-blinds), ventilation and noise control;
2) Thermodynamic system, disposed along the vertical part of the span, including: a sunspace, a sun radiation heat accumulator, and active heat backup systems.
The JEE works in optimal conditions 24h/day, applied in a building facing south, following the solar cycles:

Winter sunny day; the isolation door opens and faces the mirror side to the sun, helping to concentrate sun radiation in the energy accumulator made of a high performance material. This system keeps the energy, which is going to be released at dawn, to the interior spaces, when the isolation door closes again. Meanwhile the sun radiation heats the sunspace, initiating a green house effect, accumulating the resulting heat gains in the interior rooms. Venetian-blinds made in polished aluminium, disposed in the span, reflect the sun light up to the white ceiling improving the intensity of natural illumination. The span permits also direct sun gains.

Summer- The isolation door inside the sunspace is closed. But an upper perforation linking the inside room and the sunspace, functions as a “thermo siphon”, sucking to the exterior, all the excessive heat gains concentrated close to the ceiling. That occurs, because the sun space is opened to the exterior, allowing the air to flow up, causing a depression and a suction phenomenon.
By using the Eco-Efficient Window (JEE), it is pointless the use of another thermal system, saving money and the existence of other objects to reach the comfort necessities.

JEE has a global wide potential and has is laboratory performance confirmed it will be an essential building system to reach Kyoto Protocol objectives.

Jee - Janela eco-eficiente
A ideia aponta para os vãos exteriores, como elementos fundamentais das transferências térmicas, lumínicas, ventilação e acústica, que ocorrem entre o interior e o exterior das habitações.
Procuramos com a JEE, um objecto de design/arquitectura, standard, ergonómico, que melhorasse a prestação dos vãos exteriores, optimizando a eficiência energética e o desempenho ambiental dos sistemas construtivos, recorrendo a materiais recicláveis, transformando resíduos em recursos.
Passível de ser produzida em série, a JEE, é uma tecnologia dimensionada e estudada para uma fácil aplicação em edifícios novos e a reabilitar, conseguindo em condições ideais de exposição solar e tratamento da envolvente, contribuir para uma poupança directa de energia acima dos 40% (entre energia incorporada e primária) numa analise de ciclo de vida de 20anos.
A utilidade da JEE nasce duma necessidade prática, desafiando a invenção, a inovação e o conhecimento duma equipa multidisciplinar constituída para o efeito, entre a Armadilha Solar, o Departamento de Civil e Física das Construções da Universidade do Minho e a SAPA Building Systems.
Sendo um objecto integrado, a JEE, é composta por dois sistemas complementares que dão resposta a diferentes fenómenos, contribuindo no final para a eficiência do conjunto:
- O Vão: em caixilharia de alumínio com ruptura térmica, desenvolvida para o efeito; vidro transparente, garantindo a vista para o exterior, com factor solar e condutibilidade térmica variáveis com a localização; um estore côncavo exterior, reflector da luz natural para o interior que garante também a ocultação.
- O Sistema Térmico: disposto na vertical ao longo da ombreira do vão, constituído por uma estufa semicilíndrica em acrílico transparente; uma portada automatizada em cortiça, com espelho concentrador em alumínio polido aplicado numa das faces; acumulador térmico, desenvolvido e dimensionado de forma a armazenar o máximo de energia possível, com uma inércia térmica adequada; um sistema activo de aquecimento garantindo o funcionamento nocturno do objecto em dias de fraca radiação solar.
Os modos de funcionamento seguidamente exemplificados, tipificam a prestação da
JEE em estações de aquecimento e arrefecimento e, a forma como funciona:
Dia frio e solarengo:
- Com o Sol, a portada isoladora automatizada abre, deixando a radiação penetrar atravessando a estufa. Incidindo no acumulador térmico, inicia-se o processo de armazenamento de calor que ocorrerá durante o dia a uma média de 400Wh/m2. Nesse momento, começa também o aquecimento do ar contido no caudal da estufa provocando uma termo circulação do ar interior que, passando por uns canais de ventilação através da estufa, aquece o espaço interior. A estufa e os ganhos solares directos da janela associados, garantem o aquecimento passivo do espaço durante o dia. Entretanto, a porta isoladora automatizada que tem a face interior espelhada, vai-se posicionando relativamente ao Sol, de forma a reflectir constantemente a radiação solar no acumulador térmico melhorando a incidência. Esse concentrador solar contribui também para o aquecimento da estufa. Essa porta vai-se fechando até ao pôr-do-sol, isolando no final o acumulador térmico preservando e determinando a condução térmica do calor para o espaço interior. O funcionamento passivo desse sistema garante o conforto térmico desde o início da noite, até às 23h. Inicia-se então, o funcionamento pontual do sistema activo inserido no interior do acumulador térmico, que controlado por termóstato tira partido da tarifa bi-horária. Em determinados dias com bastante insolação o sistema activo pode não funcionar.
Dia quente de Verão:
A portada isoladora encontra-se fechada, ocultando o acumulador da radiação solar.
No entanto a estufa está quente e assim, o ar exterior circula por convecção natural através dumas grelhas de ventilação pela estufa dissipando os ganhos excessivos, evitando o seu sobreaquecimento. Essa termo-circulação vertical do ar quente através da estufa, cria também um efeito de termosifão, “sugando” para o exterior o ar quente acumulado junto ao tecto da habitação. Esse fenómeno ocorre através dum canal superior, possibilitando a ventilação interior/exterior mesmo durante as estações de aquecimento. À noite, o sistema é aberto e deixado em modo de ventilação natural.
À eficiência do sistema térmico e ventilação, associam-se ainda os benefícios da iluminação natural que projecta a radiação solar profundamente no espaço. O conforto acústico está também optimizado com a aplicação da JEE.
A instrumentação e monitorização do protótipo numa célula de teste convencional, situada em Guimarães, simulando um espaço tipo duma habitação (12m2), validou a tecnologia, comparando-a com um vão convencional.
Assim, a JEE funciona durante todo o ano 24h/dia, climatizando, ventilando e iluminando os espaços habitáveis, quando orientada de forma a tirar o máximo partido do Sol como fonte de energia, reduzindo os consumos.
Sendo um sistema integrado no vão a sua aplicação não representa um custo acrescido e torna redundante o recurso a outros meios de climatização para se cumprir a legislação térmica.
A JEE tem por isso potencialidades para se tornar num conceito incontornável, contribuindo, a par doutros sistemas renováveis, para que os sectores da construção e habitação contribuam definitivamente para os objectivos de Quioto.