Casa passiva, energias renováveis e gêmeo digital

A casa passiva é um edifício projetado para ser de baixo consumo energético. Saiba como o digital twin apoia o design destes edifícios ecológicos para enfrentar os atuais desafios climáticos.

No contexto da emergência climática que está moldando o nosso mundo, a necessidade de adotar “práticas de design ecológico” tornou-se crucial. Com o aumento do aquecimento global e a necessidade urgente de reduzir as emissões de carbono, a indústria da construção está evoluindo cada vez mais em direção a soluções inovadoras e responsáveis. Neste cenário, as “casas passivas” emergem como “pioneiras da sustentabilidade”, representando o futuro tangível do design eco-friendly.

Consequentemente, a demanda por esta forma avançada de design ecológico está constantemente aumentando e trará consigo um aumento na demanda por arquitetos, engenheiros e técnicos especializados na concepção e implementação desse tipo de solução. Para atender à crescente demanda por trabalho no design de uma casa passiva e, de forma mais geral, de edifícios ecológicos, é necessária uma aceleração na pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias. Neste contexto, o Digital Twin (ou gêmeo digital) pode ser um recurso importante para todos os profissionais. Você pode começar a explorar as potencialidades desta tecnologia imediatamente, utilizando gratuitamente um software de gêmeo digital.

Neste artigo, aprofundamos o conceito de casas passivas e de digital twin e exploramos como a tecnologia digital twin auxilia os técnicos no design de casas passivas.

Interface de software para criação de gêmeo digital – usBIM

O que é uma casa passiva?

Uma casa passiva é uma residência extremamente eficiente do ponto de vista energético, projetada para minimizar o consumo de energia para aquecimento, resfriamento e ventilação. Estas casas são construídas de acordo com rigorosos padrões que visam alcançar um equilíbrio energético quase neutro.
Os elementos que caracterizam uma casa passiva são:

isolamento térmico excepcional: as paredes, pisos e telhados de uma casa passiva são extremamente bem isolados para impedir a perda de calor no inverno e o superaquecimento no verão. Materiais isolantes de alta qualidade são usados para minimizar a transferência de calor através das superfícies do edifício.
Caixilharia e vidros de alta eficiência energética: as janelas e portas são equipadas com vidros duplos ou triplos, muitas vezes com revestimentos especiais de baixa emissividade, que impedem a fuga de calor e reduzem a entrada de radiação solar indesejada.
Sistemas de ventilação controlada: um sistema de ventilação mecânica controlada (VMC) garante uma renovação constante do ar sem perda excessiva de calor. Este sistema recupera o calor do ar exaurido, contribuindo para o aquecimento do ar fresco vindo de fora.
Ausência de pontes térmicas: as pontes térmicas, que são áreas onde o isolamento é interrompido, são eliminadas ou minimizadas. Isso evita a perda de calor através de pontos fracos na estrutura do edifício.
Design orientado para o sol: a disposição dos elementos arquitetônicos e das janelas é cuidadosamente planejada para aproveitar ao máximo a energia solar. Isso pode contribuir para o aquecimento passivo durante o inverno.

O papel crucial das energias renováveis nas casas passivas

As casas passivas representam um marco na “arquitetura sustentável”, comprometendo-se a minimizar o consumo de energia através de uma abordagem inteligente ao design e eficiência. No entanto, os elementos construtivos de uma casa passiva por si só não são suficientes para atender completamente às necessidades energéticas da habitação. Portanto, é essencial “integrar fontes de energia renovável” de recursos naturais, como sol, terra, água e solo.
Portanto, tipicamente, no design de uma casa passiva, considera-se a possibilidade de um “telhado com sistema fotovoltaico” capaz de aproveitar a energia solar para produzir água quente para uso tanto sanitário quanto para aquecimento interno. Ou pode-se optar pela instalação de um “telhado verde” para melhorar o isolamento térmico e acústico do edifício. No caso de uma casa passiva com jardim, é possível aproveitar a “energia geotérmica” através de um sistema de bomba de calor terra-água conectado a sondas no solo. Essas sondas capturam o calor do solo e o transferem para painéis radiantes dentro da casa, garantindo um aquecimento eficiente e sustentável. Durante o verão, o processo é revertido: a frescura do solo é direcionada dos painéis para as sondas, contribuindo para manter um clima fresco e confortável em toda a habitação.

Em conclusão, através da “combinação certa de design avançado e tecnologias energéticas renováveis”, o design de casas passivas pode reduzir o impacto ambiental e oferecer um ambiente de vida sustentável e incrivelmente confortável para seus habitantes.

Vantagens das casas passivas

Uma casa passiva representa o futuro da construção sustentável. Graças à adoção de tecnologias inovadoras e ao design cuidadoso, essas casas demonstram uma abordagem à habitação que é tanto ecológica quanto economicamente vantajosa. As vantagens oferecidas pelo design de casas passivas são numerosas, incluindo:

alta eficiência energética: reduzem drasticamente o consumo de energia para aquecimento e resfriamento, resultando em economias significativas a longo prazo;
conforto superior: garantem um conforto térmico constante e qualidade do ar interna superior através de sistemas de ventilação controlada;
redução das emissões de CO2: contribuem para a redução das emissões de gases de efeito estufa devido à menor dependência de fontes de energia tradicionais;
sustentabilidade ambiental: promovem a conservação de recursos naturais e a sustentabilidade ambiental através do uso de materiais e práticas de construção ecológicos.

O que é um gêmeo digital?

O conceito de gêmeo digital tem ganhado considerável atenção e aplicação prática em vários setores, incluindo a construção, emergindo como uma tecnologia fundamental na era digital contemporânea. Mas o que exatamente se entende por “gêmeo digital”?
Um “gêmeo digital” é uma representação virtual, um modelo digital que age como um espelho de seu equivalente físico, fornecendo uma visão dinâmica e em tempo real de um objeto, processo ou sistema. Este modelo não é estático ou limitado a uma mera réplica visual; em vez disso, é alimentado e constantemente atualizado por dados de uma variedade de fontes, como sensores, dispositivos IoT e plataformas de monitoramento, criando uma imagem digital que reflete e simula o estado atual e as condições operacionais da entidade física.

A implementação de um gêmeo digital na indústria da construção não se limita à fase de projeto ou construção, mas se estende ao longo de todo o ciclo de vida do objeto físico, desde sua concepção até a demolição. As informações detalhadas e atualizadas fornecidas pelo gêmeo digital auxiliam os usuários a monitorar o desempenho, prever e identificar problemas potenciais e otimizar a manutenção e a gestão do objeto físico. Além disso, o gêmeo digital não é uma entidade isolada, mas é capaz de criar uma ponte digital que conecta dados, processos e pessoas, facilitando um fluxo bidirecional de informações e permitindo uma interação dinâmica entre o objeto físico e seu modelo digital. O gêmeo digital se torna, portanto, um “ponto de verdade único,” oferecendo uma fonte confiável e consistente de informações com base nas quais tomar decisões informadas e estratégias operacionais.

gêmeo digital de um edifício: dados e informações

Criação e funcionamento de um gêmeo digital

A criação de um gêmeo digital começa com a construção de um modelo digital preciso do objeto físico ou sistema em análise. Isso não se limita a uma simples replicação visual, mas incorpora uma série de dados e informações que permitem refletir e simular o comportamento e as condições da entidade real em um ambiente virtual. A criação do gêmeo digital pode envolver várias tecnologias e metodologias, incluindo fotogrametria terrestre, que utiliza fotografias e medições de referência para criar modelos precisos e detalhados, e o uso de modelos 3D, frequentemente criados através de plataformas de modelagem BIM no contexto da construção.
O funcionamento do gêmeo digital está intimamente ligado à sua capacidade de simular, analisar e prever o comportamento do objeto físico, fornecendo aos usuários um meio de realizar experimentos, testar cenários hipotéticos e tomar decisões informadas sem interferir no objeto real. Isso é possível por meio do uso de motores de simulação avançados e tecnologias de renderização, que permitem visualizar e interagir com o ambiente virtual de forma realista e detalhada.

A criação e a gestão de um gêmeo digital exigem, no entanto, uma compreensão profunda e a integração de várias tecnologias e disciplinas, incluindo IoT, inteligência artificial (AI), aprendizado de máquina (ML) e análise de dados, todas convergindo para fornecer um modelo digital que não apenas replica, mas também enriquece a realidade física com insights e funcionalidades avançadas.

Integração com dados e IoT

Uma das características fundamentais do gêmeo digital é sua capacidade de integrar dados de várias fontes, criando um modelo que não apenas é representativo, mas também dinâmico e reativo às variações no estado do objeto físico. Os dados podem ser provenientes de sensores, dispositivos IoT e outras plataformas de monitoramento, que fornecem informações em tempo real sobre o estado, as condições e o desempenho do objeto físico.
A Internet das Coisas (IoT) desempenha um papel crucial nesse contexto, fornecendo os meios para coletar, transmitir e receber dados entre o Gêmeo Digital e o objeto físico. Sensores e dispositivos IoT instalados no objeto físico coletam dados relacionados a vários parâmetros e os transmitem ao gêmeo digital, que utiliza essas informações para atualizar o modelo e refletir as condições atuais do objeto real. Essa integração contínua de dados permite que o gêmeo digital funcione como um ponto único de verdade, fornecendo uma visão coerente, precisa e oportuna do objeto ou sistema em análise.

Além disso, a integração de dados no gêmeo digital não se limita à mera coleta e exibição de informações. Os dados são analisados, interpretados e usados para alimentar simulações, prever tendências e identificar potenciais problemas ou áreas de otimização. Dessa forma, eles promovem uma gestão proativa baseada em dados do objeto físico.

Realidade virtual e aumentada no gêmeo digital

A Realidade Virtual (VR) e a Realidade Aumentada (AR) são tecnologias que permitem aos usuários mergulhar e interagir com ambientes virtuais ou sobrepor elementos virtuais ao mundo real. No contexto do gêmeo digital, a VR e a AR oferecem oportunidades únicas para visualizar, explorar e interagir com o modelo digital de maneira intuitiva e envolvente:

Visualização Imersiva: a VR permite aos usuários explorar o ambiente digital do gêmeo digital de forma imersiva, proporcionando uma compreensão mais profunda e intuitiva da estrutura e das dinâmicas do objeto físico.
Interação Avançada: a AR permite sobrepor o gêmeo digital ao mundo real, fornecendo informações e dados em tempo real enquanto se interage com o objeto físico, facilitando operações como manutenção, inspeção e treinamento.
Simulação e Experimentação: VR e AR permitem simular vários cenários e condições no gêmeo digital e permitem aos usuários testar e experimentar estratégias e soluções em um ambiente virtual seguro antes de implementá-las no mundo real.

Como o gêmeo digital suporta o design de uma casa passiva

O gêmeo digital pode representar uma inovação revolucionária na construção sustentável, pois é capaz de oferecer uma visão completa e detalhada do desempenho dos edifícios. O futuro do design de casas passivas eficientes e altamente confortáveis sem dúvida reside no uso dessa tecnologia.
Portanto, se você pretende aproveitar a crescente demanda por soluções sustentáveis de baixo impacto ambiental para enfrentar a crescente crise ambiental, recomendo que comece a considerar imediatamente o uso de um software de gêmeo digital e experimentar por si mesmo os benefícios que ele pode oferecer através de:

Criação de ambientes virtuais;
Simulação e interação realista;
Tomada de decisões baseada em dados.

Criação de Ambientes Virtuais

A criação de ambientes virtuais no gêmeo digital vai além da simples modelagem 3D do objeto físico. Envolve a construção de um ecossistema digital que reflete não apenas a forma e a estrutura do objeto, mas também suas funcionalidades, dinâmicas operacionais e interações com outros objetos ou o ambiente circundante.
A criação de ambientes virtuais dentro do gêmeo digital desempenha um papel crucial no design de casas passivas, pois permite obter uma modelagem altamente detalhada. De fato, o ambiente virtual no gêmeo digital é modelado com alto grau de precisão para garantir que reflita com precisão o objeto físico e suas características. Nestes ambientes virtuais, é possível experimentar o layout dos espaços interiores e exteriores do edifício. Isso inclui a otimização do arranjo de quartos, janelas e paredes divisórias para maximizar a iluminação natural, melhorar a circulação do ar e reduzir a necessidade de iluminação artificial e excesso de aquecimento/refrigeração. Além disso, é possível testar diferentes opções de materiais de construção para avaliar seu impacto ambiental e eficácia no isolamento térmico.

Simulações e interações realistas

A capacidade de realizar simulações e interações realistas no gêmeo digital permite experimentar, testar e otimizar vários cenários, estratégias e soluções em um ambiente virtual seguro antes de implementá-los no mundo real. O gêmeo digital oferece aos arquitetos e engenheiros a capacidade de:

realizar simulações dinâmicas: o gêmeo digital permite simular dinâmicas operacionais, fluxos de trabalho e cenários variáveis, oferecendo insights sobre desempenho, eficiência e possíveis gargalos ou problemas no objeto físico.
Interagir em tempo real: os usuários podem interagir com o gêmeo digital em tempo real, ajustando vários parâmetros, ativando ou desativando funções e observando os efeitos de suas ações no ambiente virtual.
Realizar análises detalhadas: as simulações e interações no gêmeo digital fornecem dados valiosos que podem ser analisados para avaliar a eficácia de diferentes estratégias, identificar áreas de melhoria e otimizar operações e decisões.

No contexto do design de edifícios sustentáveis, essas simulações são um meio poderoso de analisar e experimentar o desempenho do edifício em diferentes cenários e melhorar sua eficiência energética, sustentabilidade e o conforto dos ocupantes.

Tomada de decisões baseada em dados

O gêmeo digital não apenas fornece uma plataforma para coletar e analisar dados, mas também um meio para facilitar a tomada de decisões baseada em dados. Insights e informações resultantes da análise de dados no gêmeo digital podem ser usados para informar e orientar decisões em todas as fases do ciclo de vida do objeto físico, desde o design e construção até a manutenção e otimização.
As decisões baseadas em dados provenientes do gêmeo digital são informadas, oportunas e direcionadas, permitindo que os profissionais do setor atuem de forma proativa, em vez de reativa. Isso é de grande relevância no design de edifícios sustentáveis, pois permite:

identificar as necessidades de consumo de energia: coletando dados sobre a demanda energética, incluindo picos de consumo e padrões de uso, é possível entender melhor como o edifício será utilizado. Essas informações ajudam a projetar sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) otimizados, reduzindo o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa.
Monitorar e gerenciar o uso de energia: sistemas de monitoramento baseados em dados permitem o rastreamento em tempo real do consumo de energia do edifício. Esses dados são essenciais para identificar desperdícios e ineficiências, permitindo a correção oportuna de anomalias e a otimização dos sistemas para maximizar a eficiência energética.
Otimizar a iluminação e o controle ambiental: dados sobre iluminação, incluindo níveis de luz natural e artificial em diferentes partes do edifício, ajudam a projetar sistemas de iluminação que se acendem apenas quando e onde são necessários. Isso reduz o consumo excessivo de energia. Além disso, dados sobre umidade, temperatura e fluxo de ar podem ser usados para regular automaticamente o ambiente interno, otimizando o conforto dos ocupantes sem desperdício de energia.
Analisar o ciclo de vida e materiais de construção: a análise baseada em dados do ciclo de vida dos materiais permite avaliar o impacto ambiental de cada material utilizado na construção. Isso ajuda na seleção de materiais sustentáveis e na redução do impacto ambiental global do edifício.
Obter feedback contínuo para otimização: os dados coletados após a ocupação do edifício fornecem um feedback valioso sobre o desempenho em tempo real. Métricas de uso, hábitos dos ocupantes e dados de consumo de energia ajudam a otimizar os sistemas existentes e informar as decisões para futuros projetos sustentáveis.

Exemplos de uso do gêmeo digital para casas passivas

O gêmeo digital oferece uma ampla gama de aplicações práticas no design de casas passivas. Aqui estão alguns exemplos:

possibilidade de simular e otimizar o desempenho do edifício em diferentes cenários. Isso inclui a análise detalhada do desempenho energético, permitindo que os designers identifiquem ineficiências e façam alterações no processo de design para maximizar a eficiência energética.
Gestão avançada de sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC), ajustando dinamicamente essas funções para atender às necessidades dos ocupantes e às variações climáticas em tempo real.
Criação de modelos de simulação interativos que envolvem os ocupantes na gestão do consumo de energia. Esses modelos permitem que os usuários vejam o impacto de suas ações no consumo de energia do edifício, incentivando práticas mais sustentáveis.
Análise de dados históricos e em tempo real sobre o uso de energia, eficiência operacional e manutenção preventiva. Essa análise de dados informada suporta decisões estratégicas na gestão contínua de casas passivas, garantindo que elas sejam sustentáveis não apenas no presente, mas também a longo prazo.