UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
DEPARTAMENTO DE ARTES E ARQUITETURA
"Escola Prof. Edgar Albuquerque Graeff"
INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO
DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
Prof. António Manuel Corado Pombo Fernandes
professor arquiteto
1994
(revisto em 2002)
INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
APRESENTAÇÃO
Este texto pretende ser um instrumento expedito que capacite o estudante de
arquitetura a incorporar ao seu ato projetivo o entendimento da insolação dos edifícios
que lhe permitirá, com segurança, tratar de algumas questões importantes referentes ao
conforto térmico, tais como: insolação de fachadas, a partir de suas orientações,
definindo seus horários de insolação nos períodos principais do ano, equinócios e
solstícios; projeto de proteções solares, os brises-soleil, capazes de proteger
convenientemente as aberturas envidraçadas evitando as consequências negativas do
efeito estufa tendo em vista que nos situamos em região tropical onde o calor é a grande
preocupação.
Pedagogicamente optou-se por um texto enxuto e objetivo que, sem cair na
forma de receituário, possa transformar um conhecimento mínimo indispensável em um
instrumento de aplicação, simples e imediata, coadjuvante do ato conceptivo
arquitetônico. Com a mesma preocupação, prefere-se, sempre que possível, tratar o
assunto de forma gráfica, abdicando, conscientemente, de cálculos matemáticos mais
complexos e extensos visto que é o desenho a forma precípua de comunicação e de
estudo do arquiteto.
Primeiramente, na Introdução, apresentam-se alguns conceitos e determinadas
informações que, em princípio, justificam a importância do estudo que o presente texto
traz para uma concepção arquitetônica preocupada com a questão do conforto térmico
assim como com a racionalização do consumo de energia nos edifícios. A lembrança de
Le Corbusier como o criador dos brises-soleil é ponto desse prólogo.
Depois, em sequência, apresentam-se: os dados astronômicos básicos sobre a
posição relativa Sol e Terra assim como os movimentos desta, rotação e translação; o
movimento aparente do Sol na imaginária abóboda celeste, ao longo do ano; o sistema
de projeção adotado – projeção estereográfica horizontal - e a obtenção das cartas
solares, seu entendimento e manuseio; em seguida, a primeira aplicação à arquitetura,
isto é, os horários de insolação de uma fachada, dada sua orientação (azimute) nos
momentos notáveis das estações, equinócios e solstícios, conhecida a latitude do local.
Esta primeira aplicação, embora de grande significado prático, é operação gráfica muito
simples constituindo-se no posicionamento disciplinado de uma linha reta sobre a carta
solar representativa da latitude do local.
A sequência final apresenta: o chamado transferidor de ângulos de sombra
que, sobreposto corretamente à carta solar, permitirá relacionar a sombra desejável com
a geometria dos elementos de proteção solar capazes de promovê-la, sem, contudo,
predeterminar a forma final dos brises-soleil; questões estéticas e construtivas deverão
coadjuvar a definição final; os tipos de brises - horizontais, verticais e em grelha - e suas
correspondentes máscaras assim como suas potencialidades de proteção em função da
orientação das fachadas; e, finalmente, uma série de exercícios de fixação da
aprendizagem.
Em anexo apresentam-se, a carta solar para 16º Sul e o transferidor de ângulos
de sombra, instrumentos básicos para o estudo da insolação e o projeto das proteções.
A contribuição deste texto diz respeito à área de tecnologia do projeto. É,
portanto, mais um instrumento à disposição do projetista. O seu uso não é determinante
da arquitetura, mas, sem dúvida, poderá ser coadjuvante, como esperamos, na
concepção de uma arquitetura mais qualificada, comprometida com seu usuário e
com o meio ambiente.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
INTRODUÇÃO
"Embora
Corbu
viesse
trabalhando
no
conceito
das
persianas para controle do sol muitos
anos antes de 1936, o Ministério da
Educação no Rio foi o primeiro
grande edifício em que se fez pleno
uso do dispositivo. Desde então, a
combinação de uma parede de cortina
de vidro protegida por uma grade de
dispositivos de controle do sol,
verticais, horizontais, circulares, etc,
tem sido uma solução comum para os
edifícios modernos. Bem projetada,
essa cortina externa de persianas
pode conservar o interior fresco sem
obstruir muito a vista dos espaços
externos. Até nos edifícios com ar
condicionado, êsses dispositivos de
controle do sol ajudam a reduzir
sensivelmente a carga e a despesa do
ar condicionado. Em todas as áreas
tropicais e semitropicais do mundo,
os brises-soleil de Corbu são agora
um dispositivo arquitetônico aceito e
de valor comprovado." [4]
O texto acima em epígrafe e a respectiva ilustração [1] foram especialmente
escolhidos com o objetivo de salientar que, muito mais que um aparato técnico, as
proteções solares são elementos da composição arquitetônica e, como tal, devem
incorporar, na concepção original do projeto, as dimensões artísticas do objeto
arquitetônico. Entender e manipular tecnicamente a questão da insolação e da geometria
mais adequada para sua proteção é tarefa relativamente simples se comparada àquela
outra, ou seja, incorporar tais subsídios à obra de arquitetura com sensibilidade artística.
Se imaginarmos subtrair os brises-soleil do edifício do Ministério da Educação, acima
ilustrado, pode-se perceber, com certeza, que a consequência não será apenas a
redução de um aparato técnico, mas, principalmente, o empobrecimento da arquitetura,
pois a obra foi concebida tomando partido plástico do referido aparato, ou seja,
assumindo-o conceitualmente como um brise-soleil.
Feito este preâmbulo que consideramos de grande relevância tendo em vista a
fase de formação de conceitos no aprendizado do estudante de arquitetura passaremos
a discorrer sobre alguns princípios e informações que sustentam a importância,
especialmente em climas tropicais, da redução das cargas térmicas que penetram no
espaço interno dos edifícios comprometendo sua habitabilidade ou elevando,
desnecessária e onerosamente, os gastos energéticos com a climatização artificial.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
Parte da envolvente dos edifícios é constituida por fechamentos transparentes
necessários não só para permitir o recurso à iluminação natural como também para
oferecer ao usuário a visão do espaço exterior de grande significado psicológico. Nas
últimas décadas, as extensas superfícies envidraçadas - as cortinas ou peles de vidro têm comparecido com muita ênfase na arquitetura partindo muito mais para caracterizar
uma linguagem plástica aceita e desejada pela sociedade - um modismo - do que para
garantir as duas necessidades apontadas no início deste parágrafo. As novas soluções
estruturais e construtivas têm permitido tais arroubos gerando as famosas caixas de
cristal.
No entanto, tais fechamentos transparentes são elementos frágeis de um
edifício. Além de apresentarem transmissão térmica elevada e permitirem fácil passagem
aos ruidos, são, invariavelmente, mais caros que os fechamentos opacos. Quanto à
transmissão térmica são dois os inconvenientes: primeiro, suas espessuras sempre muito
delgadas e sua condutibilidade térmica elevada facilitam a passagem do calor por
condução e convecção derivando um aporte de carga térmica significativo; segundo, e
mais importante para o presente texto, a sua transparência permite, obviamente, uma
elevada transmissão da radiação solar - 0,85 da radiação incidente, normal à superfície,
no caso do vidro plano comum [1] - que se transforma em calor interno. Os elementos
internos, aquecidos, emitem radiações que, por suas características - radiações de onda
larga - são refletidas pelo vidro, mantendo-se no espaço interior, provocando o aumento
da temperatura do ar interno. Configura-se, assim, o chamado efeito estufa, inimigo
implacável na perseguição da habitabilidade térmica em climas quentes.
O projetista preocupado poderá recorrer a quatro alternativas para efetivar
ações de controle solar e reduzir a carga térmica sobre o edifício [2]:
a - orientação solar das fachadas e dimensão das áreas envidraçadas,
b - proteções solares internas: persianas, cortinas, etc.,
c - vidros especiais,
d - proteções solares externas: os brises-soleil.
Na figura abaixo apresenta-se a eficiência relativa entre algumas dessas
alternativas. Percebe-se, com facilidade, que as proteções internas assim como os vidros
especiais têm uma eficiência reduzida quando se comparam com o resultado obtido com
as proteções externas, isto é, os brises.
COMPARAÇÃO ENTRE ÁREAS DE ALGUNS FECHAMENTOS ENVIDRAÇADOS QUE DEIXAM
PASSAR A MESMA QUANTIDADE DE ENERGIA SOLAR. Adaptado de [1].
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As proteções solares internas, persianas ou cortinas, só conseguem uma certa
eficiência quando a cor de suas superfícies viradas para o exterior é branca ou muito
clara devolvendo para fora, por reflexão, parte da radiação; com cores escuras o
resultado é quase desprezível: ao absorverem a radiação, instauram o efeito estufa e
passam a aquecer o ar interior.
Quanto aos vidros especiais podemos fazer algumas breves considerações [2,3]
que elucidem certos equívocos bastante comuns . Para melhor entendê-las acompanhe
a leitura observando a figura e a tabela abaixo:
- os vidros absorventes (vulgarmente chamados de "fumê") embora
apresentem coeficientes de transmissão ( T ) que podem ser bastante reduzidos quanto
mais escuros forem, têm, inversamente e em contrapartida, coeficientes de absorção ( A
) progressivamente elevados (vidro comum: T = 0,85 ; A = 0,07 ; vidro absorvente
escuro: T = 0,09; A = 0,86). Essa barganha, que muitas vezes ilude os desavisados,
resulta pouco eficiente pois, ao assumirem temperaturas bastante elevadas resultado da
absorção (mais de 25º C acima da temperatura do ar exterior) transmitem para o interior
( Ai ), por radiação e convecção, boa parte do calor absorvido (40% ou bem mais quando
há refrigeração e a temperatura interna é bem menor que a externa) além de se
constituirem como superfícies quentes e radiantes de extremo desconforto para o corpo
humano;
- os vidros refletores conseguem boa eficiência quando refletem para o
exterior grande parcela da radiação incidente ( R > 0,45 ); seu custo, por outro lado, é
proporcional à sua capacidade de reflexão pois agregam películas especiais de reflexão
seletiva (refletem as radiações invisíveis), bastante onerosas, inviabilizando sua adoção
na maioria das vezes. Outra crítica diz respeito às reflexões provocadas e que passam a
ser incomodativas aos usuários dos edifícios vizinhos assim como aos próprios
transeuntes das vias públicas.
DESEMPENHO TÉRMICO DE ALGUNS VIDROS DIANTE DA RADIAÇÃO SOLAR
Tipos de Vidro
T
A
1. Comum
0,85
0,07
0,85
0,07
2. Absorvente Claro
0,52
0,41
3. Absorvente Médio
0,31
0,63
4. Absorvente Escuro
0,09
0,86
5. Refletor Médio
0,25
0,42
6. Refletor Escuro
0,11
0,42
7. Absorvente + Câmara de Ar + Comum
0,32
0,62
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R
0,08
0,08
0,07
0,06
0,05
0,33
0,47
0,06
G
0,88
0,68
0,56
0,43
0,42
0,28
0,57
ts
ta + 7,0
ta + 23,3
ta + 26,6
ta + 26,6
ta + 21,0
ta + 22,8
-----
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
-------------------------------------------Legenda (adaptado de [1])-------------------------------------------------T = coef. de transmissão (normal à superfície); G = coef global transmissão (G = T + 0,4 A)
A = coef. de absorção (normal à sup); ta = temperatura do ar exterior (C)
R = coef. de reflexão (normal à sup); ts = temperatura superficial máxima ao s
Com estas considerações fica claro que a raiz do problema deve ser atacada e
resolvida abordando as outras duas alternativas, pois só elas oferecem possibilidade de
solução significativa: orientação adequada das fachadas com parcimônia, sempre que
possível, nas dimensões das áreas envidraçadas e proteções exteriores, quando
necessárias, convenientemente projetadas.
Na tabela abaixo, pode-se verificar a eficiência comparativa entre as diversas
alternativas de trato da questão. Os números apresentados são bastante elucidativos e a
sua interpretação, acredita-se, pode ser extremamente pedagógica e persuasiva.
REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA NOS EDIFÍCIOS
Item
Projeto Convencional
Projeto Racional
Redução
_____________________________________________________________________
envidraçado
80/100% das fachadas 30/35% das fachadas
15%
tipo de vidro
comum
antitérmico refletivo
8 a 15%
maior eixo: norte/sul
maior eixo: leste/oeste
orientação solar
maiores fachadas:
maiores fachadas:
11%
leste e oeste
norte e sul
venezianas internas
15%
proteção solar
inexistente
--------------------------------brises-soleil
30%
iluminação
fluorescente normal
alta eficiência
5%
cores externas
médias/escuras
claras
5%
carga total
100%
60 a 65%
35 a 40%
carga unitária
160 a 180 w/m2
100 a 120 w/m2
60 w/m2
______________________________________________________________________
Fonte: Agência para Aplicação de Energia/SP - retirado de [7]
O principal objetivo do presente texto de estudo da insolação dos edifícios e de
suas proteções é proporcionar um instrumental para combater o problema na raiz
eliminando ou reduzindo drasticamente a entrada da radiação solar direta, isto é,
sombreando eficientemente as superfícies envidraçadas.
Num país como o nosso quase todo de clima tropical, construir a sombra é
uma necessidade básica para obter-se uma arquitetura comprometida com o homem e
com o meio ambiente. Não pode ser apenas força de expressão mas sim uma postura
consciente. Uma atitude consequente capaz, inclusive, de motivar a criação de novas
formas arquitetônicas.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
A TERRA E O SOL
A Terra gira em torno do Sol numa trajetória elíptica de pequena excentricidade,
isto é, os focos da elipse situam-se muito perto entre si. O Sol posiciona-se num desses
focos. O tempo dessa translação, como se sabe, é de 365 dias e 4 horas. Para efeito
deste texto não iremos muito além no que diz respeito à astronomia, pois não será
necessário para entender-se, suficientemente, a geometria da insolação.
A Terra gira, também, em torno de seu próprio eixo caracterizando o movimento
de rotação que provoca a ocorrência do dia e da noite no período de 24 horas.
O ponto crucial, no entanto, da relação Terra-Sol é a posição relativa entre o
eixo de rotação da Terra e o seu plano de translação em torno do Sol, ou seja, a
eclíptica. A longa experiência didática no trato do assunto leva-nos a iniciar a
abordagem da questão de forma hipotética como se segue.
Caso o eixo de rotação fosse perpendicular à eclíptica, como se pode ver na
ilustração abaixo, a posição relativa Terra-Sol seria idêntica para todos os momentos do
movimento de translação, isto é, em todos os dias do ano o Sol nasceria exatamente no
ponto cardeal Leste, por-se-ia exatamente a Oeste e faria sempre, ao longo de cada dia,
um mesmo caminho no céu. Êsse caminho, invariavelmente um semicírculo, só sofreria
alteração, mais "em pé" ou mais "deitado", caso o observador se deslocasse no sentido
Norte ou Sul, isto é, mudasse de latitude. Um observador, posicionado no equador, veria
o Sol subir do horizonte verticalmente passando, ao meio-dia, no ponto mais alto do céu,
ou seja, no zênite; após o meio-dia, desceria, também verticalmente, sobre o horizonte
oposto. Caso o observador se deslocasse, por exemplo, para uma latitude Sul de 45º , o
plano que contém o semicírculo apresentar-se-ia "deitado" para Norte com a inclinação
correspondente, ou seja, 45º . E se o observador se posicionasse no polo o semicírculo
estaria completamente "deitado", isto é, confundir-se-ia com o horizonte; na verdade, o
Sol giraria sobre o horizonte dando uma volta completa em 24 horas: não haveria nascer
nem pôr do Sol, não seria dia nem noite!
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Abóboda
N
S
N
S
Nesta hipótese não haveria estações, pois todos os dias do ano seríam iguais
tendo o período diurno e noturno sempre a mesma duração de 12 horas em qualquer
latitude. A região equatorial seria bem mais quente e as regiões de latitudes elevadas
muito mais frias. A diversidade bioclimática seria muito mais reduzida. Talvez o ser
humano nem existisse!
A hipótese levantada cumpriu um objetivo didático de introduzir, com mais
facilidade para o iniciante da matéria, a geometria da posição Terra-Sol. Na realidade o
eixo de rotação da Terra faz com a eclíptica um ângulo de 23º e 27 minutos que, para
efeito de simplificação, será arredondado para 23,5º . A Terra, ao girar em tôrno do Sol
no movimento de translação, mantêm o referido eixo paralelo a si mesmo decorrendo daí
que a posição relativa Terra-Sol modifica-se a cada dia, havendo, ao longo do ano,
apenas dois momentos em que essa posição se repete com simetria entre os
hemisférios. Na figura abaixo, que ilustra o fenômeno, os dois momentos referidos
recebem o título de equinócios: a reta que une os centros da Terra e do Sol é
perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Só nesses dois momentos a posição TerraSol equivale à da hipótese levantada anteriormente, isto é, ambos os hemisférios
recebem igualmente a radiação solar, a duração do dia é igual à da noite, 12 horas, e o
Sol nasce e se põe exata e respectivamente a Leste e a Oeste.
Os outros dois pontos notáveis da translação ilustrados acima, os solstícios,
têm características distintas e simétricas: num deles o hemisfério Norte está visivelmente
mais insolarado que o hemisfério Sul e no outro, ao contrário, o Sul está mais insolarado
que o Norte. No primeiro é verão no Norte e inverno no Sul; no segundo, inversamente, é
verão no Sul e inverno no Norte. A geometria específica desses dois momentos opostos
está representada na figura a seguir.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
Verifica-se que as posições dos paralelos notáveis -- Trópico de Câncer,
Trópico de Capricórnio, Círculo Polar Ártico e Círculo Polar Antártico -- são
decorrentes do ângulo que o eixo de rotação da Terra faz com a normal ao plano da
eclíptica.
Até agora consideramos o observador fora da
Terra. Nessa posição identificam-se os movimentos de
translação e de rotação do planeta estando o Sol num
ponto fixo. Para podermos avançar no estudo
precisamos reposicionar o observador situando-o
sobre a superfície terrestre. Neste momento todo o
sistema toma nova perspectiva, isto é, o Sol é que gira
em volta da Terra "desenhando" sua trajetória no céu.
Esse movimento aparente é, na verdade, aquilo que
nós observamos cotidianamente embora saibamos,
desde Copérnico e Galileu, que não é o Sol que roda
em volta da Terra. A cada dia que passa essa
trajetória altera-se paralela e gradativamente em
função das sucessivas variações da posição relativa
Terra-Sol. Ao longo de seis meses a trajetória
"caminha" 47º ( 2 x 23,5 ) e nos seis meses seguintes
volta sobre si mesma até atingir o ponto inicial ao
completar o ciclo anual. Os momentos extremos são o
solstício de verão e o solstício de inverno e o
momento intermediário representa os equinócios, de
primavera e de outono. Para efeito de simplificação do
estudo os desenhos vão-se restringir a estas três
trajetórias que representam os quatro momentos
notáveis anteriormente mostrados. Nos desenhos ao
lado e abaixo ilustra-se a explicação acima mostrandose as projeções ortogonais (vistas de Leste para
Oeste) representando diversas latitudes, do Equador
ao Polo Sul, e a perspectiva do sistema para a latitude
30º Sul (Porto Alegre).
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obs:desenhos adaptados de[1].
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
AS CARTAS SOLARES
Para transformar-se este conhecimento em instrumental de projeto - a carta
solar - é necessário optar-se por um sistema de projeção capaz de tornar coplanares
aquelas informações tridimensionais, simplificando-as e operacionalizando-as.
Assim, escolheu-se, entre outras (ortográfica horizontal, eqüidistante horizontal),
a projeção estereográfica horizontal (Pleigel, 1954) por ser de simples entendimento e
fácil graficação. Nos desenhos abaixo podemos entender o procedimento que permite
projetar as trajetórias do Sol, que estão desenhadas na abóboda celeste, no plano do
horizonte que se transforma no plano de projeção do sistema. Qualquer ponto da
abóboda (A, B, C...) é projetado no plano de projeção por meio de uma reta que parte,
invariavelmente, do ponto notável chamado nadir (centro de projeção) e que contém o
ponto a ser projetado. Esta reta projetante, ao atravessar o plano de projeção, identifica
nele um ponto (A', B', C'...) que é a projeção desejada. Estendendo-se tal procedimento a
todos os pontos da trajetória do Sol obtém-se a projeção da referida trajetória no plano
de projeção. O ponto nadir é simétrico do zênite que é o ponto superior da abóboda
celeste. Na projeção estereográfica, os arcos de circunferência desenhados na abóboda
projetam-se, também, sob a forma de arcos de circunferência decorrendo evidente
simplicidade gráfica motivo principal da escolha deste tipo de projeção. Em situações
limite, quando o arco passa pelo zênite e está contido em um plano perpendicular ao
plano do horizonte, a projeção será uma simples linha reta.
Os desenhos anteriormente apresentados referem-se à latitude 16º Sul que é,
por aproximação, a situação da cidade de Goiânia. Na perspectiva, e principalmente na
vista ortogonal (de Leste para Oeste), pode-se resgatar as informações básicas iniciais,
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
ou seja, a variação anual da trajetória do Sol ( 23,5º x 2 = 47º ) e a latitude do local
expressa tanto na declinação entre a linha do horizonte e o polo Sul celeste como na
declinação entre o zênite e o ponto B que representa o meio-dia na trajetória dos
equinócios. O terceiro desenho representa o resultado final -- a carta solar -- ali
graficada ainda de forma simplificada, isto é, apenas com as três trajetórias notáveis.
Feitas todas estas explicações
apresentamos, ao lado e abaixo, algumas
cartas solares referentes a diversas latitudes.
Nestes desenhos aparecem, além das três
trajetórias notáveis, mais outras quatro
referentes a datas intermediárias assim como
as linhas determinantes da variação horária
do Sol e os círculos concêntricos que
identificam, em projeção, as alturas angulares
da posição do Sol na abóboda celeste. O
desenho maior, logo abaixo, é a carta solar
para 16º Sul que foi mostrado antes de forma
simplificada e que se utiliza para Goiânia. A
carta ao lado, na qual se pode perceber a
simetria das trajetórias a Norte e a Sul
representa a latitude 0º graus, ou seja, a linha
do Equador que passa perto de Belém e
Manaus. Abaixo desta temos a de 24º Sul
que é, por arredondamento, a referente ao
Trópico de Capricórnio e que, por sua vez,
passa em São Paulo. No canto inferior direito
a carta de 40º Sul que passa abaixo de Mar
del Plata na Argentina.
obs: desenhos retirados de [2].
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
INSOLAÇÃO DE UMA FACHADA
Identificar os horários de insolação, pelo menos nas quatro datas notáveis das
estações - solstícios e equinócios - de uma determinada fachada é a primeira
aplicação do conhecimento já apresentado. Para tanto, é necessário, apenas, determinar
a orientação da fachada em estudo e ter em mãos a carta solar referente à latitude do
local.
A orientação de uma fachada é dada pelo seu azimute que se constitue no
ângulo que a normal à fachada faz (em planta) com o ponto cardeal Norte medido,
sempre, no sentido horário a partir do Norte. É bom lembrar que o ponto cardeal é o
Norte verdadeiro e não o Norte magnético indicado pela bússula. Há uma diferença
angular significativa entre ambos. Em Goiânia, atualmente, essa declinação é,
aproximadamente, de 17º (o Norte verdadeiro situa-se, a partir do Norte magnético, no
sentido horário). Este valor altera-se em função do local e ao longo do tempo. Os
desenhos abaixo ilustram as considerações que acabamos de fazer.
Determinado o azimute da fachada, no exemplo acima Az. = 45º , podemos
introduzir tal informação na carta solar desenhando a normal à fachada e, ortogonal a
esta, a linha-base da fachada a qual irá interceptar as trajetórias do Sol em
determinados pontos a partir dos quais se deduz os horários procurados, como se vê no
desenho abaixo.
LEGENDA
A (solstício de inverno - 22/jun):
do nascer do Sol até às 14:30 h.
B (equinócios - 23/set. e 21/mar.):
do nascer do Sol até às 13:00 h.
C (solstício de verão - 22/dez.):
do nascer do Sol até às 11:30 h.
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Quando o edifício tem planta retangular, como é o caso do esquema anterior,
podemos rapidamente determinar os horários de insolação das outras fachadas visto que
as fachadas adjacentes são ortogonais e as fachadas opostas são paralelas.
Assim, se a fachada Nordeste tem Az. = 45 graus, a fachada Sudeste,
adjacente à anterior no sentido horário, terá Az. = 45 + 90 = 135º . A fachada Sudoeste,
oposta e paralela à primeira, terá Az. = 45 + 180 = 225º (ou, o que é a mesma coisa,
como é adjacente à fachada Sudeste, Az. = 135 + 90 = 225º ). A fachada Noroeste, por
sua vez, terá Az. = 45 + 270 = 315º . Todas estas informações ficam graficamente
concentradas e simplificadas em duas únicas retas perpendiculares entre si sendo que
cada uma representa duas fachadas opostas, pois seus azimutes são suplementares (+
180º ), como se vê no desenho abaixo. Os horários de insolação das quatro fachadas
estão identificados na tabela.
______________________________________________________________________
Fachada
Solst. de Inverno
Equinócios
Solst. de Verão
______________________________________________________________________
Nordeste (Az. 45º )
até às 14:30 h.
até às 13:00 h.
até às 11:30 h.
Sudeste (Az.135º )
até às 09:30 h.
até às 11:00 h.
até às 12:30 h.
Sudoeste (Az. 225º )
após as 14:30 h.
após as 13:00 h.
após as 11:30 h.
após as 09:30 h.
após as 11:00 h.
após as 12:30 h.
Noroeste (Az. 315º )
______________________________________________________________________
INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
O TRANSFERIDOR DE ÂNGULOS DE SOMBRA
Após o estudo da carta solar e da insolação de uma fachada, abordados nos
ítens anteriores, passaremos a apresentar o segundo e último instrumento necessário
para o projeto das proteções solares dos envidraçados: o Transferidor de Ângulos de
Sombra.
Uma fachada é um plano vertical (poderá não ser excepcionalmente) que "vê"
metade da abóboda celeste. Considerando uma janela nessa fachada e um observador
olhando por ela para o exterior o mesmo poderá ver a semi-abóboda olhando-a
horizontalmente com uma varredura de 180º , 90 à direita e 90 à esquerda, assim como
verticalmente da linha do horizonte até o zênite, com uma varredura de 90º . O
Transferidor de Ângulos de Sombra proporciona reunir, em uma única projeção, tanto
a graduação horizontal (180º ), quanto a graduação vertical (90º ).
Para determinarmos a posição de um ponto qualquer situado nessa semiabóboda em relação ao plano da fachada fazemos passar pelo referido ponto dois planos
auxiliares: um vertical que secciona a semi-abóboda definindo um arco de 90º , e outro
passando pela LT (linha de terra). Observe os desenhos abaixo: a perspectiva, as vistas
lateral e superior e a projeção estereográfica da situação acima descrita. O plano PF é o
plano da fachada; o plano PH é o plano do horizonte; o ponto P é o ponto na abóboda a
determinar; o ponto P' é a projeção estereográfica do ponto P no plano de projeção (que
é o próprio plano do horizonte) sendo que a projeção P' fica determinada no cruzamento
do segmento OM (projeção estereográfica do arco ZPM) com o arco LP'T (projeção
estereográfica do arco LPT); neste tipo de projeção cônica o ponto N (nadir) é o centro
de projeção; o ponto Z é o zênite.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
Dadas as explicações acima, podemos, agora, apresentar o desenho final e completo
do Transferidor de Ângulos de Sombra identificando, nele, o ponto P, acima referido, e
acusando os ângulos horizontal (H) e vertical (V) que o referenciam ao plano da fachada.
As linhas radiais, de 10 em 10º , demarcam a varredura horizontal de 180º , 90 à direita e
90 à esquerda. Os arcos, também de 10 em 10º , demarcam a varredura vertical, do
horizonte até o zênite. Repare, abaixo, o desenho do Transferidor.
Para completar o entendimento do Transferidor de Ângulos de Sombra
faremos, a seguir, uma primeira e simples aplicação de seu uso respondendo à seguinte
pergunta: qual é a posição do Sol (ângulo horizontal e vertical), às 08:00 h. nos
equinócios, relativa à fachada Nordeste (Az. 45º ) de um edifício localizado em Goiânia
(lat. 16º Sul) mostrada no exemplo da página 12 ? E às 16:00 h. no solstício de verão
em relação à fachada Sudoeste? No desenho abaixo, sem necessidade de maiores
explicações (o desenho fala por si) identificam-se as respostas.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
PROTEÇÕES SOLARES HORIZONTAIS
As proteções solares horizontais, brises horizontais, são elementos cuja
dimensão preponderante está em um eixo longitudinal horizontal, podendo
constituir-se, inclusive, por placas inclinadas. As dimensões lineares e mesmo eventuais
inclinações das placas que os constituem nada têm a ver com sua geometria de
proteção. O estudo dos brises horizontais faz-se a partir da vista em corte pois é nessa
representação que aparece, em verdadeira grandeza, o ângulo de sombra vertical
que os mesmos proporcionam. O número de peças e seus desenhos não determinam o
desempenho da proteção. Assim, caberá à intenção e às circunstâncias de cada projeto
arquitetônico a opção pelo desenho mais conveniente. Reflita sobre estas afirmações
observando os desenhos abaixo. Cada um dos brises tem desenho diferenciado mas
qualquer um deles oferecerá a mesma proteção e o mesmo desempenho desde que o
ângulo de sombra vertical seja o mesmo, apresentando, portanto, a mesma máscara.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
PROTEÇÕES SOLARES VERTICAIS
As proteções solares verticais, brises verticais, são elementos cuja dimensão
preponderante está em um eixo longitudinal vertical, podendo constituir-se por
placas de topo ou inclinadas à fachada. Como nas proteções horizontais, o número de
elementos, suas dimensões lineares e formas não determinam seu desempenho. O
arquiteto, mesmo tendo definido certo ângulo de sombra horizontal necessário, terá
sempre vasta gama de opções geométricas para adequar suas intenções construtivas e
plásticas. O estudo dos brises verticais faz-se a partir dos desenhos em planta pois é
nessa representação que se obtém a verdadeira grandeza do ângulo de sombra
horizontal. Observando os desenhos abaixo podemos refletir sobre o exposto acima.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
PROTEÇÕES SOLARES EM GRELHA
Os brises em grelha constituem-se em associações combinadas de
proteções horizontais e verticais oferecendo tanto ângulo de sombra vertical
quanto horizontal. O estudo dos brises em grelha faz-se a partir da vista em corte e da
planta pois as sombras proporcionadas apresentam-se tanto em ângulo vertical quanto
em ângulo horizontal. Observe, nos desenhos a seguir, dois exemplos de brises em
grelha com a mesma capacidade de proteção, isto é, a mesma máscara.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
O edifício "Palácio da Justiça", em Goiânia, apresenta, na sua fachada Norte,
um belo exemplo de um brise em grelha formado por um painel de módulos premoldados
em concreto armado paralelo à fachada acompanhando a suave curva que esta faz a
certo ponto. Na época do solstício de inverno, quando acontece a insolação máxima
desta fachada, o resultado plástico do claro-escuro é de grande beleza. A cada momento
do dia temos um desenho diferente elaborado pelo contraste luz e sombra.
EXERCÍCIOS
1) Considerando as quatro fachadas de um edifício cuja orientação
D (Az =
)
é dada ao lado, identifique os azimutes e os horários de insolação
de cada uma delas:
fachada
A (Az =
)
B (Az =
)
C (Az =
)
solst. ver.
equinócios
solst. inv.
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
2) Considerando que nas fachadas A e B acima temos janelas protegidas por brises horizontais
com ângulo de sombra vertical de 30º (e portanto, 60º aberto), identifique os horários de
insolação dessas janelas:
fachada
A
B
solst. verão
equinócios
solst inverno
3) Idem para as fachadas C e D mas com ângulo de sombra vertical de 40º:
fachada
C
D
solst. verão
equinócios
solst inverno
4) Considerando uma fachada com azimute 340º e nessa fachada uma janela protegida com um
brise horizontal com ângulo de sombra de 50º , pergunta-se: qual o ângulo de sombra horizontal
mínimo para que não entre Sol nenhum à tarde? O brise vertical ficaria à direita (D) ou à esquerda
(E) da janela?
Resposta: _____º ; (
).
5) Num determinado edifício temos uma fachada exatamente Norte (Az 0º ). Por uma opção de
projeto decidiu-se sombrear totalmente esta fachada. Definiu-se, também, que a proteção solar
deveria se constituir num brise em grelha. Partindo destas considerações surgiram duas
geometrias de solução com o mesmo desempenho. Complete as lacunas a seguir:
a) ângulo de sombra vertical = 60º + ângulo de sombra horizontal (dir/esq) = ___ º
b) ângulo de sombra vertical = ___ º + ângulo de sombra horizontal (dir/esq) = 60º
Observações:
1) Considere sempre Goiânia (16º Sul). 2) O observador olha de dentro para fora para decidir à
direita ou à esquerda. 3) Brise horizontal >> ângulo de sombra vertical. Brise vertical >> ângulo
de sombra horizontal.
BIBLIOGRAFIA
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INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES
1. Rivero, R.; Arquitetura e Clima; Luzzatto Editores; 1986.
2. Koenigsberger, O. H.; Ingersoll, T. G.; Mayhew, A.; Szokolay, S. V.;
Viviendas y Edificios en Zonas Cálidas y Tropicales; Paraninfo S/A; 1977.
3. Cavaleiro e Silva, A.; Malato, J. J.; Geometria da Insolação de Edificios;
Laboratório Nacional de Engenharia Civil; 1969.
4. Blake, P.; Os Grandes Arquitetos, Vol. I, Le Corbusier e o Domínio da
Forma; Distribuidora Record; 1966.
5. Mascaró, L. R.; Luz, Clima e Arquitetura; FAU/USP; 1978.
6. Basso, A.; Geometria de Insolação e Iluminação Solar (mimeo); UFSCar;
1994.
7. Construção - Minas Centro-Oeste (revista); Editora Pini; março/1992.
ANEXO I
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Carta Solar para 16 graus Sul
Projeção Estereográfica Horizontal
Obs: desenho adaptado de [3].
ANEXO II
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Transferidor de Ângulos de Sombra
Projeção Estereográfica Horizontal
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Obs: desenho adaptado de [3].
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