Concepção de Reutilização de Águas em Escola NZEB

Artur Ribeiro1 , José Baptista2 , João Ramos3

(1) INESCC, Coimbra – Portugal

(2) Deptº Engenharia, UTAD, Vila Real – Portugal

(3) Deptº Engenharia do Ambiente, ESTG, Leiria - Portugal

Tel: 239 851 040 – artur.ribeiro.eng@sapo.pt

Resumo

A sustentabilidade ambiental implica a conservação dos recursos

naturais e o incremento da reutilização dos mesmos. Neste sentido

apresenta-se uma proposta para a reutilização de águas “cinzentas” e

recuperação de águas pluviais, para descarga em sanitas,

enquadrada na concepção de um edifício escolar NZEB (Net Zero

Energy Building) [1] [2], onde além da elevada eficiência energética

se pretende obter uma elevada eficiência hídrica. Este sistema foi

desenvolvido para dar resposta a quatro factores chave de utilização

de água, designados por 4R’s.

Palavras chave: Reutilização de águas, 4R’s, NZEB

Implementação

No presente trabalho efectua-se o estudo da implantação de um novo

edifício escolar NZEB [1] [2], com capacidade para 630 utentes, na

localidade de Alcobaça, onde se apresenta uma proposta para a reutilização

de águas “cinzentas” e recuperação de águas pluviais, para descarga em

sanitas [1]. Este sistema passa por Reduzir consumos, Reutilizar, Reciclar e

Recorrer a origens alternativas de água. A redução de consumos,

implementada, passou pela utilização de equipamentos hidráulicos de

elevada eficiência e pela utilização de técnicas passivas de filtragem na

reutilização. A água pluvial é conduzida por um sistema de vácuo, e a água

proveniente da recuperação de águas “cinzentas” das lavagens pessoais,

referentes a banhos e lavatórios, por gravidade, por canalizações

independentes [3] para um reservatório localizado num piso inferior do

edifício. [4] [5] [6] [7]. O abastecimento dos sanitários com a água

reutilizada é efectuado a partir dos reservatórios de cobertura, com o

bombeamento a ser efectuado desde o reservatório localizado no piso

inferior, para estes. Pretende-se determinar os consumos de água em

instalações sanitárias e aproveitamento da reutilização de águas

“cinzentas”, provenientes dos banhos e pluviais, para posterior utilização

em autoclismos nas melhores condições sanitárias, do edifício escolar em

estudo.

Figura 1: Esquema do sistema de reutilização de águas “cinzentas” e pluviais

Foi implementada a seguinte adaptação ao método de Rippl [4] no modelo

que permite simular o sistema hídrico de aproveitamento e reutilização de

águas pluviais e “cinzentas”.

1000 11 ⎥

⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ∑∑

i

iip

i

iipMêsp cAQcAQV ε

[m3] (1)

ACT

BLMêsR V

CCC

V+

=

[m3] (2)

A determinação dos diversos consumos presentes no edifício, pode ser

decomposta assim:

kPVC sS = [L/dia] (3)

kPVC LL = [L/dia] (4)

BBB PVC = [L/dia] (5)

PVC CC = [L/dia] (6)

A determinação do consumo per capita é efectuada através da

contabilização dos consumos de sanitários, lavatórios, banhos, cozinha e

limpeza do sistema, dividindo pela população total do edifício, perfazendo

um consumo de 19,73 L/dia. O volume útil do sistema pode ser obtido por:

RPU VVV += [m3] (7)

Com os consumos parciais, o consumo per capita e o seu regime de

funcionamento obtém-se o volume consumido mensalmente em m3.

O volume fornecido pela rede é obtido pela condição:

⎩⎨⎧

≤−⇒>−⇒−

=00

0

UAC

UACUACR VV

VVVVV

[m3] (8)

O volume acumulado pelo sistema, serve para a sua realimentação e é

obtido pela condição:

⎩⎨⎧

≤⇒−>⇒

=0

0

RRU

RUA VVV

VVV

[m3] (9)

O volume rejeitado pelo sistema pode ser determinado por:

ACT

LBTMêsRJ V

CCCC

V−−

=

[m3] (10)

O volume não utilizado na recuperação das águas pluviais, designado por

“first flush”, pode ser obtido por:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ∑

i

iipff cAQV1

ε

[m3] (11)

A eficiência do sistema 4R’s, ou seja, Reduzir consumos, Reutilizar, Reciclar

e Recorrer a origens alternativas de água, é determinada pela seguinte

equação:

1004 ×−

=AC

RACR V

VVE

[%] (12)

O dimensionamento de descarga do sistema de águas pluviais, foi efectuado

para valores acima de 70mm/m2/dia, implicando uma atenção especial no

dimensionamento das coberturas do edifício proposto, de modo a evitar

uma sobrecarga estrutural.

Em Portugal, a ANQIP [10], lançou recentemente a “primeira pedra” para a

construção de um modelo de certificação hídrica de produtos, onde na

Figura 2 se apresenta um exemplo de rótulo de produto de eficiência hídrica

[11]. Esta eficiência máxima implica, no caso dos autoclismos e bacias de

retrete, que seja compatibilizada a “perfomance” global do sistema, de

acordo com a prEN 14055 [12], com as condições da rede de drenagem,

para se poder utilizar sistemas A++. [11]

Figura 2: Rótulo de produto com eficiência hídrica A++ [11]

Resultados

Utilizou-se os perfis de pluviosidade mensal de Alcobaça, bem como

estimativa de consumos dos diversos equipamentos sanitários e de cozinha.

Esta adaptação veio complementar os estudos desenvolvidos por [5] [8]

[9], apresentando-os numa base mensal.

Tabela 1: Balanço hídrico anual com aproveitamento de água pluvial e reutilização

de águas “cinzentas”

Mês Volume chuva (m3)

Volume Reutilizado

(m3)

Volume Útil (m3)

Volume Acumulado

(m3)

Volume Rede (m3)

Volume Consumido

(m3)

Volume Rejeitado

(m3) JAN 58,46 133,14 191,59 191,59 145,47 337,06 203,92FEV 134,49 89,17 223,66 223,66 2,09 225,75 136,58MAR 124,66 108,03 232,70 232,70 40,81 273,51 165,47ABR 89,70 87,54 177,24 177,24 44,38 221,62 134,08MAI 37,41 98,21 135,62 135,62 113,02 248,64 150,43JUN 47,47 98,21 145,69 145,69 102,96 248,64 150,43JUL 17,82 38,20 56,02 56,02 40,69 96,71 58,51AGO 15,80 7,79 23,60 27,46 0,00 19,73 11,94SET 49,98 75,61 125,58 125,58 65,83 191,41 115,81OUT 204,97 132,75 337,71 339,35 0,00 336,07 203,33NOV 202,65 103,12 305,77 350,47 0,00 261,07 157,95DEZ 116,37 57,13 173,50 202,35 0,00 144,65 87,51

TOTAL 1099,76 1028,90 2128,67 2207,72 555,25 2604,87 1575,96

Tendo em conta o tarifário em vigor (Tabela 2) [13] e os proveitos obtidos

pela utilização de águas pluviais e reutilização de águas “cinzentas” (Tabela

1), obtêm-se uma eficiência do sistema de 78,68%, com uma amortização

em 2 anos, conforme período de amortização descrito na Figura 3.

A reutilização de água aliada a uma redução nos consumos é de extrema

importância. Assim será conseguida a maximização da eficiência.

Tabela 2: Tarifário de água e resíduos do Município de Alcobaça em 2008 [13]

Custo (€/m3)

Volume de água

(m3/mês)

Distribuição de água potável Águas residuais Resíduos sólidos urbanos Fixo mensal Variável Fixo mensal Variável Fixo mensal Variável

4,80 2,0347 1,50 0,47 2,40 0,445

Figura 3: Período de amortização do sistema de reutilização de águas “cinzentas” e

pluviais

Conclusões

Apresenta-se o estudo da implantação de um novo edifício escolar em

Alcobaça, que se destaca pela incorporação de energias renováveis,

complementadas por técnicas activas e passivas, com gestão técnica

centralizada. Quanto ao sistema de reutilização de águas “cinzentas” e

pluviais, demonstrou-se evidente a aposta, neste edifício, nos 4R’s, ou seja,

Reduzir consumos, Reutilizar, Reciclar e Recorrer a origens alternativas de

água. Esta redução afecta além da componente hídrica, também as

emissões de CO2 e contribui para o objectivo NZEB.

Simbologia

Vp Mês é o volume útil de águas pluviais recuperadas num mês [m3];

Qp é o caudal de águas pluviais ocorrido num mês (mm);

Ai é a área de cobertura i [m2];

ci é o coeficiente de escoamento (“Runoff”) [5] [6] da cobertura i [%];

ε é índice de eficiência de captação do sistema [%].

VR Mês é o volume útil de águas “cinzentas” reutilizado num mês;

CL é o consumo de água nos lavatórios [L/dia];

CB é o consumo de água nos banhos [L/dia];

CT é o consumo total de água no edifício [L/dia];

VAC é o volume de água consumida num mês [m3].

CS é o consumo diário nos sanitários [L/dia];

Vs é o volume unitário de água necessário ao funcionamento eficiente do

equipamento sanitário [L];

k é o coeficiente de simultaneidade do sistema;

P é a população do edifício servida pelo sistema sanitário.

CL é o consumo diário nos lavatórios [L/dia];

VL é o volume unitário de água necessário ao funcionamento eficiente do

lavatório (L);

CB é o consumo diário nos banhos [L/dia];

VB é o volume de água necessário a cada banho [L];

PB é a população que utiliza banhos diáriamente;

CC é o consumo no serviço de cozinha [L/dia];

VC é o volume unitário de água necessário ao serviço de cozinha [L];

E4R é a eficiência do sistema 4R’s no consumo de água

Referências

[1] Ribeiro, Artur; Concepção de Edifícios Energeticamente Eficientes com

Incorporação de Energias Renováveis (Dissertação de Mestrado); UTAD;

Vila Real; 2008;

[2] Voss, Karsten; Towards net zero energy buildings; University Wuppertal

- CYTED - Os Edifícios Bioclimáticos a integração das Energias

Renováveis e os Sistemas Energéticos; Lisboa; 2008;

[3] Aproveitamento de água pluvial (Consultado em 25/03/2008);

www.ecoagua.pt ;

[4] ABNT/CEET-00.001.77- Aproveitamento de água de chuva de coberturas

em áreas urbanas para fins não potáveis - Requisitos; ABNT; 2007;

[5] Bertolo, Elisabete; Aproveitamento da água da chuva em edificações

(Dissertação de Mestrado); FEUP; Porto; 2006;

[6] DIN 1989-1:2001-10 - Rainwater harvesting systems - Part 1: Planning,

installation, operation and maintenance; Deutsches Institut fur

Normung; Berlin; 2001;

[7] Geberit Pluvia - Sistema de drenagem de águas pluviais sem pendentes

(Consultado em 19/05/2008); www.geberit.pt ;

[8] Neves, Mário V.; Bertolo, Elisabete; Rossa, Sara; Aproveitamento e

reutilização da água para usos domésticos; FEUP; Porto; 2006;

[9] Rossa, Sara; Contribuições para o uso mais eficiente da água no ciclo

urbano - Poupança de água e reutilização de águas cinzentas

(Dissertação de Mestrado); FEUP; Porto; 2006;

[10] Certificação hídrica de produtos (Consultado em 22/09/2008);

www.anqip.pt ;

[11] Rodrigues, Carla; Um modelo para a avaliação da eficiência hídrica de

produtos (Dissertação de Mestrado); Universidade de Aveiro

(Dissertação de Mestrado); Aveiro; 2008;

[12] prEN 14055 - WC flushing cisterns. Part 1: Flushing cisterns with

integral overflow and valve outlet mechanism integral overflow and

valve outlet mechanism; CEN; Bruxelas; 2008;

[13] Tarifário de água, saneamento e resíduos sólidos urbanos - 2008; www.smalcobaca.pt .